DE3851985T2

DE3851985T2 - Wärmeleitende Packung für elektronische Bauelemente.

Info

Publication number: DE3851985T2
Application number: DE3851985T
Authority: DE
Inventors: Harvey S Friedman
Original assignee: Digital Equipment Corp
Current assignee: Digital Equipment Corp
Priority date: 1987-07-01
Filing date: 1988-06-30
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2008-07-01
Also published as: JPH0581185B2; EP0297894A3; EP0297894A2; EP0297894B1; CA1282866C; US4887147A; JPS6489451A; DE3851985D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Packungen für elektronische Bauelemente, wie Halbleiterchips, und insbesondere eine Packung, die als Ableiter für die von den Chips erzeugte Wärme dient.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die jüngsten Fortschritte in der Technologie der Halbleiterfertigung haben zur verstärkten Miniaturisierung von integrierten Halbleiterbauelementen geführt, die allgemein als "Chips" bekannt sind. Die neuen Chips sind imstande, mit höherer Geschwindigkeit komplexere Funktionen durchzuführen als ihre Vorgänger, sind aber häufig gleich groß oder kleiner. Um diese komplexen Funktionen durchzuführen, verbrauchen die neuen Chips mehr Leistung als ihre Vorgänger und erzeugen folglich mehr Wärme. Dies ist von Bedeutung, da die meisten Chips unter 100º C betrieben werden sollen. Wird ein Chip zu heiß, so neigen die Halbleiterübergänge, die die elektrischen Grundelemente innerhalb des Chips bilden, zum Durchbrechen, und der Chip kann versagen. Somit ist es notwendig, die Wärme wirksam abzuleiten oder die Chips auf andere Weise zu kühlen, während sie arbeiten, um sicherzustellen, daß sie auf Dauer richtig funktionieren.
Man hat für die Chips Thermopackungen vorgesehen, die, außer daß sie einen Schutz für die Chips bilden, eine Einrichtung zum Ableiten der von den Chips erzeugten Wärme enthalten. Innerhalb der Kammer befindet sich irgendeine Art von Wärmeübertragungseinrichtung, etwa Kolben oder andere Elemente, die aus wärmeleitendem Material gebildet sind und die sich jeweils in Kontakt mit einem einzelnen Chip und alle in Kontakt mit einem externen Kühlkörper befinden. Der externe Kühlkörper weist gewöhnlich entweder einen Satz Kühlrippen, die einstückig mit der Außenseite der Packung sind, oder eine Kühlplatte auf, durch die ein Strömungsmittel zirkuliert. Die von den Chips erzeugte Wärme wird vom Kühlkörper durch die Wärmeübertragungseinrichtungen hindurch abgeleitet.
Damit die Wärme leicht vom Chip durch die Wärmeübertragungseinrichtung fließen kann, sollte der Wärmewiderstand zwischen dem Chip und der Wärmeübertragungseinrichtung möglichst klein sein. Folglich muß die Wärmeübertragungseinrichtung in körperlichem Kontakt mit dem Chip stehen. Viele Thermopackungen sind mit Wärmeübertragungseinrichtungen versehen, die durch Federn oder andere mechanische Einrichtungen gegen die angrenzenden Chips vorgespanntwerden. Diese Einrichtungen üben somit eine Kraft auf den Chip aus, die eine Beanspruchung hervorruft. Diese Beanspruchung kann infolge der wiederholten Wärmeausdehnung und -kontraktion der Wärmeübertragungseinrichtung verschlimmert werden, wenn sich die dadurch hindurchfließende Wärmemenge ändert, was zur Folge hat, daß sich die Wärmeübertragungseinrichtungen mit einer anderen Geschwindigkeit als die Chips, mit denen sie in Kontakt stehen, ausdehnen und zusammenziehen. Darüber hinaus können die Wärmeübertragungseinrichtungen die Chips, mit denen sie in Kontakt stehen, dadurch noch mehr beanspruchen, daß sie äußere Verformungen mitteilen und mechanische Schwingungen übertragen. Diese Beanspruchungen können sowohl im normalen Gerätebetrieb als auch als Folge einer Bewegung des Geräts auftreten, wie beim Versand oder beim Einbau. Mit der Zeit können die Änderungen der mechanischen Beanspruchung die Chips altern, so daß sie von der Schaltung losgerissen werden, an der sie befestigt sind, brechen, oder auf andere Weise unbrauchbar gemacht werden.
Weiterhin sollten die Wärmeübertragungseinrichtungen in gutem körperlichen Kontakt mit dem externen Kühlkörper stehen, um eine gute Wärmeleitfähigkeit dazwischen aufrechtzuerhalten. Um den notwendigen Kontakt zu erzeugen, sind viele Thermopackungen integrierte Aufbauten, bei denen der Chip, die Wärmeübertragungseinrichtung und der externe Kühlkörper nicht leicht auseinandergenommen werden können. Dieser Aufbautyp macht es schwierig, an nur einem Teil der Packung eine Wartung durchzuführen. Versagt zum Beispiel ein Chip in der Packung, so kann es schwierig sein, zu ihm Zugang zu erhalten, damit er ersetzt werden kann, und somit muß möglicherweise die ganze Packung ersetzt werden. Diese Situation würde die Gesamtkosten des Betriebs eines Geräts vermehren, das diesen Wärmepackungstyp enthält.
Darüber hinaus müssen viele neue Chips mit einem relativ hohen Drainspannungspegel versorgt werden, um ihren nutzbaren Betrieb sicherzustellen. Normalerweise wird diese Spannung durch Leiter auf der Platine zugeführt, an der der Chip befestigt ist. In einer Thermopackung kann der Chip an einer kleinformatigen Platine innerhalb der Packung befestigt sein, die möglicherweise nicht genug Raum aufweist, um die für die Zufuhr der Drainspannung notwendigen Leiter unterzubringen.
Eine weitere Erwägung bei der Packung von Halbleiterchips ist, daß die an einer bestimmten Schaltung befestigten Chips, die die gleiche Wärmemenge erzeugen, häufig verschiedenen Kühlbedingungen ausgesetzt sind. Dies kann an ihren Plätzen in der Schaltung liegen, von der sie ein Teil sind. Zum Beispiel kann ein Chip, der sich näher an einer Kühlquelle befindet, etwa einem Lüfter oder einer Öffnung, bei niedrigerer Temperatur als ein Chip weiter weg arbeiten. Wenn dies geschieht, kann die Signalübertragung zwischen den Chips wegen unterschiedlicher Spannungspegel und Rauschschwellen auf den Chips als Folge davon, daß sie auf wesentlich verschiedenen Temperaturen betrieben werden, verschlechtert werden.
Das IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 21, Nr. 6, November 1978, Seite 2431, New York, US, V. W. Antonetti et al, mit dem Titel "Compliant Cold Plate Cooling Scheme", zeigt eine Modulpackungsanordnung, die eine Kühlplatte mit einer Vielzahl von Bohrlöchern verwendet, die jeweils einen wärmeleitenden Kolben enthalten. Federn drücken die Kolben gegen die Module, d. h. die elektronischen Bauelemente. Um die Kolben herum werden außerdem Gummibälge mit einer wärmeleitenden Zusammensetzung verwendet. Die Anordnung gewährleistet dem Anschein nach einen niedrigen Wärmeübergangswiderstand und eine gute Wärmeübertragung und erzeugt eine viskose Dämpfung. Die EP-A-01 03 068 liefert eine alternative Packungsanordnung.

ABRISS DER ERFINDUNG

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 aufgeführt und liefert eine neue und verbesserte Thermopackung für Halbleiterchips.
Die Thermopackung der Erfindung umfaßt einen oder mehrere Chips, die auf einem Platinenverdrahtungsträger angebracht und mit Hilfe von flexiblen Anschlußdrähten, wie den Anschlußdrähten von automatischem Filmbonden (TAB), daran befestigt sind. An der an den Platinenverdrahtungsträger angrenzenden Seite jedes Chips ist ein elastisches Schaumkissen befestigt. An der Oberseite jedes der Chips über dem Platinenverdrahtungsträger ist ein Wärmeverteiler befestigt. Die Wärmeverteiler sind an einer Trägerplatte befestigt, die über dem Platinenverdrahtungsträger angebracht ist. Ein Kühlkörper, wie eine Kappe mit Kühlrippen oder eine Kühlplatte, ist an der Oberseite der Trägerplatte befestigt. Der Wärmeverteiler besteht aus einem Material, das gute Wärmeleitungseigenschaften und im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die Chips aufweist
Die Wärmeverteiler sind in Bohrungen angebracht, die in der Trägerplatte gebildet sind, und werden darin durch einen Klemmringaufbau festgehalten, der die Oberseite der Wärmeverteiler gegen den Kühlkörper vorspannt.
Auf der dem Platinenverdrahtungsträger benachbarten Seite der Trägerplatte sind elektrische Leiter vorgesehen. Die Wärmeverteiler weisen auf ihren Außenseiten Leiter auf, die eine elektrische Verbindung zwischen den Trägerplattenleitern und elektrischen Kontaktpunkten auf der Oberseite der Chips bilden.
Wenn die Thermopackung montiert ist, sind die Chips darin vor äußeren Kräften geschützt über die Leiter in der Trägerplatte und dem Wärmeverteiler kann den Chips eine Spannung zugeführt werden. Da die Chips fest am Wärmeverteiler befestigt sind und der Wärmeverteiler in Richtung auf den externen Kühlkörper getrieben wird, fließt die von den Chips erzeugte Wärme leicht durch den Wärmeverteiler hin durch zum externen Kühlkörper.
Des weiteren ist jeder Chip mit einem eigenen Wärmeverteilerversehen, der ohne Rücksicht auf seine Position in der Thermopackung die Wärme wirksam vom Chip in Richtung auf den Kühlkörper leitet. Jeder Wärmeverteiler arbeitet unabhängig von den anderen, so daß Temperaturunterschiede von Chip zu Chip minimiert werden können. Als Folge können nachfolgende Spannungs- und Rauschabweichungen zwischen den Chips ähnlich verringert werden.
Die Wärmeverteilerüben keinerlei wesentliche Beanspruchung auf die Chips aus. Dies liegt daran, daß die Wärmeverteiler und die Chips aneinander befestigt sind und der Klemmringaufbau die Baugruppe aus Chip und Wärmeverteiler von dem Platinenverdrahtungsträger weg vorspannt. Irgendeine Bewegung der Baugruppe aus Chip und Wärmeverteiler in bezug auf den Platinenverdrahtungsträger wird wegen der Flexibilität der TAB-Anschlußdrähte zugelassen.
Darüber hinaus befindet sich jeder einzelne Wärmeverteiler ohne Rücksicht auf irgendwelche Abweichungen der Planheit der Kühlkörperoberfläche in körperlichem Kontakt mit der Oberfläche des Kühlkörpers.
Da der Wärmeverteiler normalerweise in Richtung auf den Kühlkörper vorgespannt ist, müssen die beiden nicht mit permanenten Befestigungsmitteln aneinander befestigtwerden, um einen festen körperlichen Kontakt und gute Wärmeübertragungseigenschaften dazwischen aufrechtzuerhalten. Es können Befestigungsmittel, wie Schrauben, verwendet werden, um den Kühlkörper an der Thermopackung zu befestigen. Dies macht es möglich, diese Thermopackung so zu montieren, daß sie leicht auseinandergenommen werden kann, falls es notwendig ist, eine Wartung durchzuführen oder die Chips darin zu ersetzen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Auf die Erfindung wird in den beigefügten Patentansprüchen ausführlich hingewiesen. Die obigen und weitere Vorteile der Erfindung lassen sich besser verstehen, indem auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
Fig. 1 eine teilweiseweggeschnittene Draufsicht ist, die die Thermopackung der Erfindung darstellt;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht der Thermopackung der Erfindung mit einem darin angebrachten Chip ist; und
Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung einer flexiblen Dichtfeder von Fig. 2 ist, die erfindungsgemäß benutzt wird, um den Wärmeverteiler in Richtung auf den externen Kühlkörper vorzuspannen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 stellt eine erfindungsgemäß aufgebaute Thermopackung 10 dar, die eine Anzahl von Chips 12 enthält, die auf einem Platinenverdrahtungsträger 14 angebracht sind. Die Platinenverdrahtung 14 ist an einer Grundplatte 16 befestigt, die aus einem Material gebildet ist, das zum Wärmeausdehnungskoeffizienten des Platinenverdrahtungsträgers 14 paßt, etwa einem Polyimid-Kupfer-Verbundwerkstoff. Wärmeverteiler 18, jeder mit einem im wesentlichen zylindrischen Profil und einer ebenen Oberseite 19, sind an den Hauptseiten der Chips 12 über der Platinenverdrahtung 14 befestigt. Die Wärmeverteiler 18 werden an einer Trägerplatte 20 mit einer ebenen Oberseite 21 festgehalten, die eine Anzahl von Verteilerbohrungen 24 bildet, um die einzelnen Wärmeverteiler 18 aufzunehmen. Ein extern er Kühlkörper, wie eine Kühlrippenplatte 28 mit einer ebenen Unterseite 30 (Fig. 2), ist so an der Trägerplatte 20 befestigt, daß die Unterseite 30 (Fig. 2) des Kühlkörpers gegen die Verteileroberseiten 19 (Fig. 2) stößt.
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist jeder Chip 12 mit einem elastischen Schaumkissen 32 versehen, das an der Seite des Chips 12 befestigt ist, auf der die Bauelemente gebildet sind, der aktiven Seite, die an den Platinenverdrahtungsträger 14 an grenzt. Auf einem Filmstück gebildete Anschlußdrähte 33 für automatisches Filmbonden (TAB), die relativ flexibel sind, verbinden (nicht dargestellte) Kontaktpunkte auf dem Chip 12 elektrisch mit Leitern auf der Platinenverdrahtung 14.
Jeder Wärmeverteiler 18 ist aus einem Keramikmaterial oder einem anderen Material gebildet, das gute Wärmeleitungseigenschaften und den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie der Chip 12 aufweist, an dem er befestigt ist. Ein Materialtyp, aus dem die Wärmeverteiler 18 gebildet sein können, ist Siliziumkarbid-Keramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Der Wärmeverteiler 18 hat eine ebene Unterseite 34, mit der der Chip 12 verbunden ist. Die Chips 12 und die Wärmeverteiler 18 sind mittels eines Klebstoffs 37 mit guten Wärmeleitungseigenschaften miteinander verbunden, wie einigen Epoxidharzen oder Weichlot. Die ebene Wärmeverteiler-Unterseite 34 ist Teil eines Wärmeverteiler- Unterteils 36, der sich über eine Querschnittsfläche hinzieht, die größer ist als die, über die sich der Hauptkörper des Wärmeverteilers 18 hinzieht.
Die Trägerplatte 20 ist aus einem Material gebildet, etwa einer Beryllium-Kupfer- Legierung, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der mit demjenigen der Kühlrippenplatte 28 und der Grundplatte 16 übereinstimmt. Eine stufenförmige, mit der Trägerplatte 20 einstückige Ringlippe 38 erstreckt sich in jede Verteilerbohrung 24 neben der Platine 12. Die Ringlippe 38 grenzt eine Bodenöffnung 40 ab, deren Querschnittsfläche kleiner als die des Verteilerunterteils 36 ist. Die Baugruppe aus dem Chip 12 und dem Wärmeverteiler 18 wird durch eine Klemmvorrichtung 41 und eine flexible Feder 42 an der Trägerplatte 20 festgehalten. Die flexible Feder, die detaillierter in Fig. 3 gezeigt ist, weist eine Spiralfeder 43 auf, die mit einem Gummiring 44 ummantelt ist. Die flexible Feder ist um den Wärmeverteiler 18 herum oberhalb der Ringlippe 38 der Trägerplatte 20 angeordnet. Die Klemmvorrichtung 41 ist ein Spaltring mit einem Gewinderaum 46, der zur Aufnahme eines Einbauwerkzeugs verwendet wird. Die Klemmvorrichtung 41 ist am Außenumfang des Wärmeverteilers 18 befestigt und 50 angeordnet, daß die flexible Feder 42 zwischen der Klemmvorrichtung und der Ringlippe 38 der Trägerplatte zusammengedrückt wird. Der Gewinderaum 46 weist ein Nockenmerkmal auf, um die Klemmwirkung der Klemmvorrichtung 41 um den Wärmeverteiler 18 herum zu erleichtern.
Die Seite der Trägerplatte 20 direkt an der Platinenverdrahtung 14 ist mit einem oder mehreren Leitern 50 versehen, die sich zu den Bodenöffnungen 40 hin erstrecken. Die Leiter 50 können durch einen Polyimidfilm oder einen anderen geeigneten Isolator von der Trägerplatte 18 und voneinander isoliert sein (nicht dargestellt). Die Leiter 50 sind elektrisch mit zugehörigen Verteilerleitern 54 verbunden, die unter Verwendung von geeigneten, in der Technik bekannten Metallisierungstechniken auf die Oberfläche der Verteilerunterteile 36 einschließlich der ebenen Unterseite 34 aufgebracht worden sind. Die elektrische Verbindung zwischen dem Trägerplattenleiter 50 und dem Verteilerleiter 54 kann unter Verwendung eines geeigneten nachgiebigen Leitungselements 55 hergestellt werden, etwa einem elektrisch leitenden Elastomerstück oder Metallfedern. Die Verteilerleiter 54 werden durch körperlichen Kontakt, durch Löten oder durch einen elektrisch leitenden Klebstoff in elektrischem Kontakt mit Kontaktpunkten auf der Hauptseite der Chips 12 gehalten.
Der Platinenverdrahtungsträger 14 ist mit einer Anzahl von (nicht gezeigten) äußeren Anschlußdrähten für eine elektrische Verbindung der Chips 12 mit der Schaltung versehen, an der sie befestigt sind. In der Grundplatte 16 sind eine oder mehrere, nicht dargestellte Öffnungen vorgesehen, um die (nicht gezeigten) Anschlußdrähte unterzubringen.
Die Thermopackung 10 kann montiert werden, indem zuerst die Chips 12 mit den Verteilerunterteilen 36 und der Platinenverdrahtungsträger 14 mit der Grundplatte 16 verbunden werden. Um die Chips 12 mit dem Platinenverdrahtungsträger 14 zu verbinden, werden standardmäßige TAB-Bondetechniken verwendet. Die Wärmeverteiler 18 werden dann an der Oberseite der Chips 12 befestigt. Die Trägerplatte 20 wird dann über den Wärmeverteilern 18 angeordnet, und die Klemmvorrichtung 41 und die flexiblen Federn 42 werden über die Wärmeverteiler 18 geschoben, um sie an der Trägerplatte 20 festzuhalten. An der oberen Hauptfläche 21 der Trägerplatte können dann die Kühlrippen 28 oder ein anderer Kühlkörper befestigt werden.
Alternativ kann die Thermopackung 10 montiert werden, indem zuerst die Chips 12 an den Platinenverdrahtungsträger 14 TAB-gebondet werden. Darauf werden die Wärmeverteiler 18 mit der Baugruppe aus der Klemmvorrichtung 41 und der flexiblen Feder 42 an der Trägerplatte 20 angebracht. Die Baugruppe aus den Wärmeverteilern 18 und der Trägerplatte 20 wird dann in einem Arbeitsgang mit den Chips 12 verbunden.
Wenn diese Thermopackung 10 montiert ist, sind die Chips 12 und der Platinenverdrahtungsträger 14 durch die Grundplatte 16, die Trägerplatte 20 und die Kühlrippenplatte 28 vor äußeren Kräften geschützt. Eine Spannung kann den Chips 12 über die Plattenleiter 50 und die Verteilerleiter 54 zugeführt werden. Die Wärmeverteiler 18 dienen als Wärmeübertragungseinrichtungen, und von den Chips 12 erzeugte Wärme geht leicht durch sie hindurch auf die Kühlrippenplatte 28 über.
Die flexiblen Federn 42 treiben die Klemmvorrichtungen 41 und die daran befestigten Wärmeverteiler 18 von den Bodenöffnungen 40 der Trägerplatte weg, so daß die Oberseiten 21 der Wärmeverteiler gegen die Unterseite 30 des Kühlkörpers vorgespannt werden. Da die Chips 12 an den ebenen Verteilerunterseiten 34 befestigt sind und die Wärmeverteiler vom Platinenverdrahtungsträger 14 weg vorgespannt sind, üben die Wärmeverteiler 18 keinerlei Kraft auf die Chips 12 aus. Außerdem haben die Chips 12 und die Wärmeverteiler 18 den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, so daß die durch Änderungen des Wärmeflusses dadurch hindurch verursachten Kontraktionen oder Ausdehnungen der Chips 12 und der Wärmeverteiler 18 übereinstimmen. Daher ist die Beanspruchung der Chips 12 minimal, die durch den Kontakt der Wärmeverteiler 18 dagegen verursacht wird. Da an jedem der Chips 12 ein Schaumkissen 32 befestigt ist und die Chips 12 mit Hilfe der flexiblen TAB-Anschlußdrähte 33 mit dem Platinenverdrahtungsträger 14 verbunden sind, wird eine vertikale und eine horizontale Bewegung in bezug auf den Platinenverdrahtungsträger 14 während des Einbaus und aufgrund von Wärmeausdehnung und -kontraktion zugelassen. Somit werden die in der Thermopackung 10 untergebrachten Chips 12 im Grunde keiner mechanischen Beanspruchung ausgesetzt, die mit der Zeit bewirken kann, daß die Chips gealtert werden und unbrauchbar gemacht werden.
Außerdem ist jeder in dieser Packung 10 untergebrachte Chip 12 an einem eigenen Wärmeverteiler 18 befestigt, der ohne Rücksicht auf die Position des Chips in der Packung 10 als Weg für die wirksame Leitung von Wärme davon weg dient, so daß die Temperaturunterschiede zwischen den Chips 12 minimal gemacht werden. Als Folge werden nachfolgende Spannungs- und Rauschabweichungen zwischen den Chips, die die Folge von Temperaturabweichungen sind, ähnlich verringert.
Wenn die Thermopackung 10 montiert wird, indem zuerst die Chips 12 auf dem Platinenverdrahtungsträger 14 installiert werden und dann an dieser Baugruppe die Baugruppe aus den Wärmeverteilern 18 und der Trägerplatte 20 angebracht wird, können des weiteren die Wärmeverteiler 18 in bezug auf die Trägerplatte 20 präzise positioniert werden. Dies macht es zu einer relativ einfachen Aufgabe, die elektrische Verbindung zwischen den Trägerplattenleitern 50 und den Verteilerleitern 54 herzustellen. Außerdem erlaubt dieser Montagevorgang die Verwendung von standardisierten Bauteilen, und er kann leicht durch automatische Montagemaschinen durchgeführt werden, was zu Kostenersparnissen sowohl bei den Bauteilen als auch beim Aufbau führt.
Da der Platinenverdrahtungsträger 14, die Grundplatte 16 und die Trägerplatte 20 im wesentlichen übereinstimmende Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, beanspruchen darüber hinaus diese Bauteile einander nicht, wenn sich die von den Chips 12 erzeugte Wärme ändert.
Noch ein Vorteil dieser Thermopackung 10 ist, daß die Wirkung der Klemmvorrichtungen 41 und der flexiblen Federn 42, die die Wärmeverteiler 18 gegen die ebene Unterseite der Kühlkörper vorspannen, gewährleistet, daß ein guter mechanischer Kontakt und damit eine gute Wärmeleitfähigkeit zwischen den Wärmeverteilern 18 und der Kühlrippenplatte 28 besteht. Da die Wärmeverteiler 18 normalerweise gegen die Kühlrippenplatte 28 vorgespannt sind, kann die Packung mit Befestigungsmitteln, wie Schrauben, montiert werden, die eine schnelle Demontage der Packung 10 gestatten. Dies macht die Reparatur und den Austausch des Teils der Thermopackung 10, der die Chips 12 enthält, zu einer relativ einfachen Aufgabe. Dies ist besonders wichtig, falls die Thermopackung 10 eine Kühlplatte mit einem Umlaufkühlmittel anstelle einer Kühlrippenplatte 28 als Kühlkörper aufweist; die Packung 10 kann für eine Reparatur auseinandergenommen werden, ohne die Kühlplatte von ihrer zugehörigen Rohrleitung zu trennen. Da die Kühlrippenplatte 28 oder ein anderer Kühlkörper nicht starr an der Packung 10 befestigt ist, beansprucht sie bzw. er darüber hinaus die Packung 10 nicht, wenn die von den Chips 12 erzeugte Wärme schwankt.
Des weiteren drücken die Klemmvorrichtungen 41 die Gummiringe 44 (Fig. 2) der flexiblen Federn gegen den Außenumfang der Wärmeverteiler 18 und der Wände, die die Verteilerbohrungen 24 abgrenzen, zusammen. Die flexible Feder 42 dient somit auch als Dichtung, um Verunreinigungen von den Chips 12 und dem Platinenverdrahtungsträger 14 fernzuhalten. Darüber hinaus dichtet das an die aktive Seite des Chips 12 angrenzende Schaumkissen 32 die darauf hergestellten Bauelemente ab, um ihre Verschlechterung aufgrund von Kontakt mit Umgebungsverunreinigungen zu verhindern.
Selbstverständlich dient diese Beschreibung allein zur Veranschaulichung, und es sind alternative Ausführungsformen der Erfindung möglich. Zum Beispiel kann, wie zuvor erwähnt, eine Kühlplatte und nicht die Kühlrippenplatte 28 als extern er Kühlkörper verwendet werden. Die Wirkungsweise der Thermopackung 10 ist vom Typ des vorgesehenen Platinenverdrahtungsträgers unabhängig. Die Thermopackung kann verwendet werden, um sowohl einen einzelnen Chip als auch mehrere Chips unterzubringen und Wärme davon abzuleiten. In manchen Ausführungsformen der Erfindung kann es aus Gründen der Nutzbarkeit und der Wirtschaftlichkeit der Konstruktion wünschenswert sein, mehr als einen Chip an jedem Wärmeverteiler zu befestigen. Es können alternative Verfahren verwendet werden, um die Wärmeverteiler 18 an der Trägerplatte festzuhalten, so daß sie gegen den Kühlkörper getrieben werden. Außerdem kann die Thermopackung 10 mehr als einen Plattenleiter 50 und Verteilerleiter 54 pro Chip 12 aufweisen, um ihn mit mehreren Spannungen zu versorgen.

Claims

1. Aufbau, in dem wenigstens ein elektronisches Bauelement (12) untergebracht ist, wobei der Aufbau umfaßt:

a. einen Platinenverdrahtungsträger (14), mit dem das elektronische Bauelement elektrisch verbunden ist;

b. einen Wärmeverteiler (18) mit einer Unterseite (34) und einer Oberseite (19); und

c. eine im Abstand von dem Platinenverdrahtungsträger (14) angeordnete Trägerplatte (20) mit einer Oberseite (21) und einer Unterseite, wobei die Trägerplatte (20) eine Verteilerbohrung (24) abgrenzt, in der der Wärmeverteiler (18) angeordnet ist; und wobei der Aufbau gekennzeichnet ist durch:

d. einen Kühlkörper (28), der an der Trägerplatte (20) befestigt ist und der eine Unterseite (30) hat, die an die Oberseite (21) der Trägerplatte angrenzt; wobei

e. die Verteilerbohrung (24) ein Durchgangsloch in der Trägerplatte (20) ist;

f. die Länge des Verteilers (18) die Dicke der Trägerplatte (20) übersteigt;

g. das elektronische Bauelement (12) mit der Verteilerunterseite (34) verbunden ist, um eine Bauelement-Verteiler-Baugruppe zu bilden, und das elektronische Bauelement (12) durch Mittel, die eine Vielzahl von flexiblen Anschlußdrähten (33) umfassen, mit dem Platinenverdrahtungsträger (14) verbunden ist; und durch

h. eine Federbefestigungseinrichtung (42, 43), um die Bauelement-Verteiler- Baugruppe an der Trägerplatte (20) festzuhalten und um die Verteileroberseite (19) in Richtung auf die Kühlkörperseite (30) zu treiben.

2. Aufbau nach Anspruch 1, der weiterhin durch ein elastisches Schaumkissen (32) gekennzeichnet ist, das zwischen dem elektronischen Bauelement (12) und dem Platinenverdrahtungsträger (14) angeordnet ist.

3. Aufbau nach Anspruch 1, der weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

a. der Wärmeverteiler (18) ein im wesentlichen zylindrisches Profil aufweist und die Verteilerbohrung (24) von einem im wesentlichen zylindrischen Umfang abgegrenzt wird;

b. eine Ringlippe (38) sich von der Trägerplatte (20) aus in die Verteilerbohrung (24) hinein erstreckt, um eine Öffnung (40) abzugrenzen;

c. der Wärmeverteiler (18) einen an den Platinenverdrahtungsträger (14) angrenzenden Bodenteil (36) mit einer Querschnittsfläche umfaßt, die größer als diejenige der Öffnung (40) ist; und

d. der Wärmeverteiler (18) so in der Öffnung (40) angeordnet ist, daß der Verteilerbodenteil (36) zwischen der Trägerplatte (20) und dem Platinenverdrahtungsträger (14) angeordnet ist.

4. Aufbau nach Anspruch 1 oder 3, der weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß die Federbefestigungseinrichtung (42) ein federndes Element (42, 43), das um den Wärmeverteiler (18) herum in der Verteilerbohrung (24) angeordnet ist und an die Ringlippe (38) angrenzt, und eine Klemmvorrichtung (41) umfaßt, die an dem Wärmeverteiler (18) befestigt ist und zwischen dem federnden Element (42, 43) und dem Kühlkörper (28) angeordnet ist, so daß das federnde Element (42, 43) die Klemmvorrichtung (41) und den Wärmeverteiler (18) in Richtung auf den Kühlkörper (28) treibt.

5. Aufbau nach Anspruch 4, der weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß das federnde Element (43, 44) einen Gummiring (44) und eine innerhalb des Gummirings (44) angeordnete Spiralfeder (43) umfaßt.

6. Aufbau nach Anspruch 1 oder 3, der weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß:

a. auf dem Wärmeverteiler (18) ein Leiter (54) vorgesehen ist, der mit dem elektronischen Bauelement (12) in Kontakt steht;

b. auf der Trägerplatte (20) ein Leiter (50) vorgesehen ist, der mit dem Wärmeverteiler-Leiter (54) elektrisch verbunden ist, um einen elektrischen Weg von der Trägerplatte (20) zu dem elektronischen Bauelement (12) zu bilden.

7. Aufbau nach Anspruch 6, der weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß der Trägerplattenleiter (50) wenigstens teilweise auf der Unterseite der Trägerplatte (20) angeordnet ist.

8. Aufbau nach Anspruch 1, der weiterhin durch eine Grundplatte (16) gekennzeichnet ist, die an dem Platinenverdrahtungsträger (14) befestigt ist und die so angeordnet ist, daß der Platinenverdrahtungsträger (14) zwischen dem elektronischen Bauelement (12) und der Grundplatte (16) angeordnet ist.

9. Aufbau nach einem der Ansprüche 1-8, der weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß der Wärmeverteiler (18) im wesentlichen den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das elektronische Bauelement (12) hat.