DE2749848C3 - Wärmebrücke einer in einem Gehäuse eingekapselten integrierten Schaltung - Google Patents
Wärmebrücke einer in einem Gehäuse eingekapselten integrierten SchaltungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Wärmebrücke einer in einem Gehäuse eingekapselten, auf einem Substrat
befestigten integrierten Schaltung, wobei die Wärmebrücke sich zwischen der integrierten Schaltung und
dem Gehäuse befindet und polsterförmig ausgebildet ist. In der der DE-OS 27 29 074 entsprechenden älteren
Anmeldung ist bereits eine derartige Wärmebrücke vorgeschlagen worden, die aus einem verformbaren
Polster aus Metall oder einer solchen Metall-Legierung besteht, das einseitig entweder mit der integrierten
Schaltung oder dem Gehäuse metallisch verbunden ist, während die andere Seite des Polsters auf dem Gehäuse
oder der integrierten Schaltung lose aufliegt. Weiterhin ist in der der DE-OS 27 48 350 entsprechenden älteren
Anmeldung ebenfalls eine Wärmebrücke der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, die aus einem
niedrigschmelzenden Löttropfen besteht, der zwischen einem in das Gehäuse oberhalb der integrierten
Schaltung eingelöteten Stift und der integrierten Schaltung angeordnet ist.
Diese vorgeschlagenen Wärmebrücken sind auf Materialien beschränkt, die bei Erwärmung und damit
verbundener Erweichung sich nicht vom vorgegebenen Ort entfernen und im Gehäuse verteilen.
Ferner ist in IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 13, Nr. 2, Juli 1970, Seite 442, eine Halbleiteranordnung
beschrieben, bei der eine durch Wärmeableitung gekühlte isothermischc Kühlplatte benutzt wird, die
über einen Molybdänkörper mit verschiedenen integrierten Schaltungen in einer mehrere integrierte
Schaltungen enthaltenden Packung verbunden ist.
Wenn dieser Molybdänkörper unmittelbar mit dem Halbleiterplättchen verbunden ist, ergeben sich Schwierigkeiten
dadurch, daß verschiedene Spannungsbeanspruchungen auftreten, wenn die Halbleitervorrichtungen
die üblichen Wärmezyklen durchlaufen. Diese wiederholten Spannungsbeanspruchungen können zu
Erir.üdungsbrüchen bei den verschiedenen leitenden Verbindungen innerhalb der Halbleitervorrichtungen
führen, so daß oft dadurch die Schaltung insgesamt ausfällt.
Weiterhin ist es bereits aus IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 17, Nr. 2, Juli 1974, Seite 392 bekannt, eine Wärmebrücke zwischen einem Bauelement auf einem Substrat und einem Gehäuse mit Kühlkörper durch eine an dem Gehäuse angelötete Bimetallfolie herzustellen. Normalerweise wird die Wärme über das Substrat direkt an das Gehäuse und den Kühlkörper abgegeben. Dabei erwärmt sich die am Gehäuse befestigte Bimetallfolie. Bei zunehmender Erwärmung senkt sich diese und berührt das Bauelement Das Bauelement kann zur besseren Wärmeableitung an die Bimetallfolie mit einem gut wärmeleitenden dielektrischen Gel überzogen sein. Dies ist eine relativ aufwendige Kühlvorrichtung.
Weiterhin ist es bereits aus IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 17, Nr. 2, Juli 1974, Seite 392 bekannt, eine Wärmebrücke zwischen einem Bauelement auf einem Substrat und einem Gehäuse mit Kühlkörper durch eine an dem Gehäuse angelötete Bimetallfolie herzustellen. Normalerweise wird die Wärme über das Substrat direkt an das Gehäuse und den Kühlkörper abgegeben. Dabei erwärmt sich die am Gehäuse befestigte Bimetallfolie. Bei zunehmender Erwärmung senkt sich diese und berührt das Bauelement Das Bauelement kann zur besseren Wärmeableitung an die Bimetallfolie mit einem gut wärmeleitenden dielektrischen Gel überzogen sein. Dies ist eine relativ aufwendige Kühlvorrichtung.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wärmebrücke der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sie an
der zu kühlenden integrierten Schaltung und dem Gehäuse dicht anliegt, einen kleinen thermischen
Widerstand aufweist, bei im Betrieb üblichen wechselnden Temperaturen keine mechanischen Spannungen
überträgt und hinsichtlich der Auswahl des wärmeleitenden Materials nicht auf solche Materialien beschränkt
ist, die auch bei Erweichung sich nicht unkontrolliert im Gehäuse ausbreiten.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die polsterförmige Wärmebrücke aus einem mit einer Folie
umhüllten wärmeleitenden Material besteht und eine unmittelbare Verbindung zwischen der integrierten
Schaltung und dem Gehäuse bildet. Ausgestaltungen der Wärmebrücke nach dem Anspruch 1 sind den
nachgeordneten Ansprüchen zu entnehmen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend in Verbindung mit den Abbildungen im einzelnen
beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Draufsicht, teilweise im
Schnitt, einer integrierten Schaltungspackung mit einer Wärmebrücke;
Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 in F i g. 1 und
F i g. 3 und 4 Teilschnittansichten weiterer Ausführungsformen
der Wärmebrücke.
W In Fig. 1 ist zunächst eine mit integrierten Schaltungen
versehene Packung mit einem Gehäuse dargestellt, das zur Wärmeableitung durch Wärmestrahlung oder
als Wärmesenke ausgebildet ist und auf einem Substrat 13 befestigt ist, das eine Anzahl von durchgehenden
Anschlußstiften 15 trägt, die die Anschlüsse über elektrische Verbindungsleitungen (nicht gezeigt) von
den auf dem Substrat 13 befestigten integrierten Schaltungen 17 herstellt. Auf der Unterseite des
Gehäuses 11 ist eine dünne Folie 19 befestigt, die ein
bo wärmeleitfähiges Material 21 enthält, wobei die Folie 19 mit der Oberfläche der integrierten Schaltung 17 dann
in Berührung kommt, wenn das Gehäuse 11 auf das Substrat 13 aufgesetzt und mit diesem abgedichtet wird.
Die Abdichtung kann dabei in an sich bekannter Weise
(v erfolgen.
Aus der Querschnittansicht der F i g. 2 sieht man, daß die integrierte Schaltung 17 mit der Oberseite des
Substrats 13 über eine Anzahl von elektrisch leitenden
Verbindungen, die beispielsweise Lötkügelchen sein können, verbunden ist. Da dies die einzigen Verbindungen
zwischen der integrierten Schaltung 17 und dem Substrat 13 sind, besieht nur eine «ehr geringe
Möglichkeit für die Wärmeableitung zwischen diesen beiden Teilen, und es wäre damit an sich schwierig, die
von der integrierten· Schaltung 17 erzeugte Wärme abzuleiten. Mit der verformbaren Folie 19, die das
wärmeleitende Material 21 umschließt wird ein inn:ger
Kontakt zu-ischen der Folie 19 und der Oberseite der
integrierten Schaltung hergestellt, so daß eine unmittelbare Wärmeübertragung zwischen der integrierten
Schaltung und dem Gehäuse 11 stattfindet, das als Wärmesenke oder Kühlkörper durch Wärmestrahlung
ausgebildet ist.
Das Material der verformbaren Folie ist vorzugsweise ein dielektrisches Material, beispielsweise ein
organisches Polymeres, wie ein Polyamid oder Polyester, könnte aber auch eine dünne metallische Folie sein,
die auf der mit der integrierten Halbleiterschaltung in Berührung kommenden Oberfläche oxidiert ist.
Die Folie 19 kann durch irgendein bekanntes Verfahren an dem Gehäuse 11 befestigt werden, was
eine relativ starke luftdichte Abdichtung gibt. Beispielsweise könnte der Umfang der Folie auf der Innenseite
des Gehäuses auflaminiert sein oder durch ein Epoxydharz oder ein sonstiges Klebemittel befestigt
sein, durch das die Umgebung der integrierten Schaltung 17 nicht verunreinigt wird. Vorzugsweise soll
der das wärmeleitfähige Material 21 enthaltende Hohlraum vor dem Abdichten der Folie mit dem
Gehäuse ausgepumpt werden, damit wirklich keine Luft mehr enthalten ist, die sonst in dem Polster als
Wärmesperre wirken könnte.
Das wärmeleitfähige Material 21 könnte beispielsweise ein wärmeleitendes Öl oder Fett, ein pulverisiertes
Metall oder ein niedrig schmelzendes Metall oder eine Legierung, die bei Zimmertemperaturen flüssig bleibt,
sein. Niedrigschmelzende Metalle könnten z. B. Lötzinn, Quecksilber, Cäsium oder Gallium sein. Im allgemeinen
wird das aus der Membran oder der Folie 19 und dem wärmeleitfähigen Material 21 bestehende Polster
jederzeit auf die Rückseiteder integrierten Schaltung 17 einen genau bemessenen Druck ausüben, so daß stets
eine ausreichende Wärmebrücke zwischen der integrierten Schaltung 17 und dem Gehäuse 11 des Moduls
sichergestellt ist.
Die Verwendung eines derartigen ver!Ormbaren
Polsters hat eine Reihe von ganz besonderen Vorteilen. Zunächst erhält man gute Wärmeableitung des Moduls.
Man erhält zudem eine abgedichtete Wärmebrücke, die eine Verunreinigung der Umgebung des Moduls
verhindert, und man kann die derzeit üblichen Abdichtverfahren einschließlich metallisierter Keramiken
einsetzen. Außerdem können die Toleranzanforderungen klein gehalten werden, da die Folie 19 und das
Material 21 verformbar sind.
Bei bestimmten Anwendungsgebieten kann es erwünscht sein, ein positives Anhaften zwischen der Folie
19 und der Oberfläche der integrierten Schaltung 17 vorzusehen, wie z. B. durch Verwendung eines Klebstoffes.
In anderen Fällen mag es besser sein, zwischen der Folie 19 und der integrierten Schaltung 17 keinen
Klebstoff vorzusehen, um damit eine Ausbesserung des Moduls möglicherweise zu erleichtern. Selbst dann,
wenn ein Klebstoff benutzt wird, so sieht man, daß die auf die Oberseite der integrierten Schaltung 17
ausgeübten Zug- oder Druckkräfte wegen der Verformbarkeit des als Wärmebrücke dienenden Polsters klein
bleiben.
In bestimmten Anwendungsgebieten mag es erwünscht sein, das verformbare, ein wärmeleitfähiges
Material enthaltende Polster für sich allein zu benutzen anstelle der Unterseite des Gehäuses U als ein Teil
dieses Polsters. Eine derartige Ausführungsform zeigt F i g. 3, bei der die Folie 19' das Material 21 vollständig
umgibt. Bei dieser Ausführungsform kann das Polster auf der Rückseite der integrierten Schaltung aufgesetzt
und/oder mit dieser verbunden werden, bevor das Gehäuse (nicht gezeigt) aufgesetzt wird, oder man
könnte auch das Polster an dem Gehäuse innen befestigen, bevor die integrierte Schaltung eingekapselt
wird.
Eine weitere Möglichkeit für ein verformbares Polster zeigt F i g. 4. In diesem Ausführungsbeispiel ist
das wärmeleitfähige Material 31 zwischen einer Folie 19' und dem Substrat 13 enthalten und umgibt die
integrierte Halbleiterschaltung 17 vollständig. Bei dieser Ausführungsform muß das wärmeleitfähige Material 31
elektrisch nichtleitend und nichtkorrodierend sein und darf auch die integrierte Schaltung und ihre elektrischen
Anschlüsse nicht angreifen. Dies hat aber den zusätzlichen Vorteil, daß eine verbesserte Wärmebrükke
zwischen der Unterseite der integrierten Schaltung 17 und dem Substrat 13 gebildet wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Wärmebrücke einer in einem Gehäuse eingekapselten,
auf einem Substrat befestigten integrierten Schaltung, wobei die Wärmebrücke sich
zwischen der integrierten Schaltung und dem Gehäuse befindet und polsterförmig ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die polsterförmige Wärmebrücke aus einem mit einer Folie (19)
umhüllten wärmeleitenden Material (21) besteht und eine unmittelbare Verbindung zwischen der integrierten
Schaltung und dem Gehäuse bildet.
2. Wärmebrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die polsterförmige Wärmebrücke
(19', 21') an der Unterseite des Gehäuses (11) befestigt ist.
3. Wärmebrücke nach Anspruch 1, cadurch gekennzeichnet, daß die polsterförmige Wärmebrücke
durch eine an der Oberseite des Substrats befestigte Folie (19") gebildet ist.
4. Wärmebrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie aus Polyestern,
Polyamiden oder Metall besteht.
5. Wärmebrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als wärmeleitfähiges Material
ein wärmeleitfähiges Fett oder öl, ein pulverisiertes Metall oder ein niedrig schmelzendes Metall dient.
6. Wärmebrücke nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das bei niedriger Temperatur
schmelzende Metall bereits bei etwa Zimmertemperatur flüssig ist.
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