DE4326207A1 - Mechanisch schwimmendes Mehr-Chip-Substrat - Google Patents

Mechanisch schwimmendes Mehr-Chip-Substrat

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DE4326207A1
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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf integrierte Schaltungsbausteine und im besonderen auf Module mit einem Array von integrierten Schaltungschips, die elek­ trisch mit einem Substrat, das innerhalb eines Gehäuse ent­ halten ist, verbunden sind.
Mehr-Chip-Module spielen eine zunehmend wichtige Rolle in der Elektronik-Industrie. Integrierte Schaltungschips inner­ halb eines Moduls können funktionsmäßig gleich sein, wie z. B. ein Array von Speicherchips, um eine Kapazität von 40 MB zu schaffen. Alternativ können die Chips funktionsmäßig zusammenhängen, wie z. B. ein Chipsatz, der einen Nur-Lese- Speicher-Chip (ROM-Chip), einen Speicherchip mit wahlfreiem Zugriff (RAM-Chip), einen Mikroprozessor und einen Inter­ face-Chip umfaßt.
Mit zunehmender Anzahl der Chips, die innerhalb eines einzelnen Moduls eingeschlossen sind, nimmt die Bedeutung der Schaffung ausreichender Kühlung ebenfalls zu. Die US-Patente 5,006,924, 5,001,548, 4,879,629 und 4,750,086 beschreiben die Anwendung einer Kühlflüssigkeit, die zwangsweise durch ein Mehr-Chip-Modul fließt, um die thermische Energie zu absorbieren, wobei die Kühlflüssigkeit aus dem Modul durch eine Auslaßöffnung entfernt wird. Die Schaffung einer Kühlflüssigkeitsschleife durch ein Modul ist eine wirksame Art der Sicherstellung einer ausreichenden Kühlung, ist aber ein teures Kühlungsverfahren. Der Bedarf eines Mechanismus zur Schaffung eines Zwangsdurchflusses der Kühlflüssigkeit würde in solchen Anwendungen, wie z. B. Computerworkstations, kostenineffizient sein.
Für kleine und mittelgroße Anwendungen, bei denen die Flüs­ sigkeitszwangskühlung keine kosteneffiziente Möglichkeit ist, werden Wärmetauscher oder -senken verwendet, um die thermische Energie an die umgebende Atmosphäre des Mehr- Chip-Moduls abzugeben. Besonders für Hochleistungschips, die einen bedeutenden Betrag thermischer Energie erzeugen, ist dies für das Wärmeübertragungsübergangsteil zwischen den Chips und dem Wärmetauscher wichtig. Idealerweise wird ein Kontakt zwischen den integrierten Schaltungschips und der Struktur hergestellt, die den thermischen Weg zu der umge­ benden Atmosphäre beginnt. Eine Schwierigkeit bei diesem Ideal ist es, daß es während der Herstellung eines Herstel­ lungsloses von Mehr-Chip-Modulen abmessungsmäßige Unter­ schiede zwischen den Modulen und sogar zwischen den ver­ schiedenen Chips innerhalb eines einzelnen Moduls geben wird. Z.B. sind Chips oft von einem Chipträger ummantelt, bevor sie auf eine Bestückungsoberfläche eines Substrats, das an dem Wärmetauscher angebracht ist, montiert werden. Die Träger haben oft geringe Unterschiede in der Höhe und/oder die Montage der Träger auf dem Substrat kann zu geringen Unterschieden in der Höhe oder dem Winkel bezogen auf die Bestückungsoberfläche des Substrates führen. Ver­ schiedene Herstellungs- und Anlagentoleranzen kommen derart hinzu, daß die Träger in einem Mehr-Chip-Modul keine ko­ planare obere Oberfläche haben werden. Blasebalganordnungen mit Flüssigkeitszwangskühlung zur Anpassung an individuelle Chips oder Träger eines Modules, wie sie in den US-Patenten 4,750,086 und 4, 879,629 beschrieben sind, können dort ange­ wendet werden, wo Kosten keine Hauptbedeutung sind, sondern sich die Sicherstellung eines wirksamen Kontaktes zwischen den einzelnen Chips und einer Wärmeabgabestruktur in vielen Anwendungen schwieriger gestaltet.
Alternativ können thermisch leitende Futter zwischen die Wärmespreizer und die Chips gebracht werden, wie es in den US-Patenten 5,000,256, 4,997,032 und 4,092,697 beschrieben ist. Das US-Patent 4,092,697 beschreibt z. B. einen elek­ trisch nicht-leitenden Film zur Kontaktgabe eines einzelnen Chips auf einer ersten Seite des nicht-leitenden Filmes, der ein flüssiges thermisches Material auf einer zweiten Seite enthält.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mehr-Chip-Modul zu schaffen, das ein anpassungsfähiges Wärmeübertragungs­ übergangsteil in einer zuverlässigen, kosteneffektiven Art bildet.
Diese Aufgabe wird durch ein Modul gemäß Anspruch 1, An­ spruch 12 und Anspruch 18 gelöst.
Die vorliegenden Erfindung schafft ein Mehr-Chip-Modul, das ein anpassungsfähiges Wärmeübertragungsübergangsteil ohne Flüssigkeitszwangskühlung und einen elektrischen Weg zu den Halbleiterchips des Moduls bildet.
Die Erfindung schafft ein alleinstehendes Modul, bei dem integrierte Schaltungsbauelemente, wie z. B. Halbleiterchips oder Chipträger, veranlaßt werden, sich zu verschieben, um sich an einen Wärmetauscher anzupassen. Die anpassungsfähige Verschiebung kann als Reaktion auf eine Differenz bei der thermischen Ausdehnung des Wärmetauschers relativ zu den integrierten Schaltungsbauelementen erfolgen und wird durch ein mechanisch schwimmendes Substrat erreicht, auf dem die Bauelemente montiert sind. Folglich werden jegliche Anpas­ sungen an das Bauelement/Tauscher-Übergangsteil durch Rück­ plazieren des Substrates durchgeführt und nicht durch Ein­ bauen einer Struktur, die dem Wärmeaustauscher erlaubt, sich relativ zu den Positionen der integrierten Schaltungsbau­ elemente anzupassen.
Die integrierten Schaltungsbauelemente sind auf einer Bau­ elementeoberfläche des Substrates montiert. Das Substrat ist innerhalb einer Kammer des Wärmetauschers enthalten und es ist montiert, um dem Substrat zu erlauben, innerhalb der Kammer zu "schwimmen". In einem Ausführungsbeispiel ist das Substrat vorgespannt, um die integrierten Schaltungsbauele­ mente gegen eine obere Wand der Kammer zu drücken. Zum Bei­ spiel können eine oder mehrere Federn zwischen dem Substrat und einer unteren Wand der Kammer angebracht sein, um das Substrat nach oben zu drücken. Bevorzugterweise ist die Fe­ der innerhalb einer thermischen Schmiere eingekapselt, um einen thermischen Weg von dem Substrat zu dem Wärmetauscher zu schaffen, wodurch ein thermischer Flußweg für die Abgabe der thermischen Energie geschaffen wird. Dieser thermische Flußweg besteht zusätzlich zu dem Weg, der von dem Bauele­ ment/Tauscher-Übergangsteil ausgeht.
Mechanisches Schwimmen kann ebenfalls erreicht werden durch Verwendung eines verformbaren Mechanismusses an der Ober­ fläche des Substrates gegenüber den integrierten Schaltungs­ bauelementen. Eine dünne Membran, die parallel zu dem Sub­ strat angeordnet ist, wird verwendet, um ein festes Flüs­ sigkeitsvolumen einzuschließen. Bevorzugterweise steht die Flüssigkeit durch die Einschließung zwischen dem Wärmetau­ scher und der Membran derart unter Druck, daß die Flüssig­ keit die Membran nach außen drückt. Der Druck auf die Membran stellt einen Druckkontakt der Membran gegenüber dem Substrat derart sicher, um die integrierten Schaltungsbau­ elemente gegen den Wärmetauscher zu drücken. Die Membran und die Flüssigkeit sind bevorzugterweise thermisch leitfähig. Die Membran kann z. B. ein rostfreies Stahlbauglied sein und die Flüssigkeit kann destilliertes Wasser mit einer Konzen­ tration eines Zusatzstoffes sein, um die Oxidation der Membran und des Wärmetauschers zu hemmen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine Anordnung aus einer verformbaren Membran und einer eingeschlossenen Flüssigkeit sowohl an der oberen als auch an der unteren Wand der Kammer, die das Substrat beherbergt, ausgebildet. Folglich ist das Substrat und seine integrierten Bauelemente mechanisch schwimmend zwischen den beiden verformbaren Mem­ bran- und Flüssigkeitsanordnungen.
Ein Vorteil der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele be­ steht darin, daß das schwimmende Substrat eine Verschiebung der integrierten Schaltungsbauelemente in einer Art erlaubt, um zuerst die erwünschten Bauelement/Tauscher-Übergänge zu erreichen und diese dann beizubehalten. Die Position der Membran kann angepaßt werden, um Veränderungen der Höhen und/oder der Winkel der integrierten Schaltungsbauelemente relativ zu der Bestückungsoberfläche des Substrats aus zu­ gleichen. Überdies ist während des Betriebes des Moduls der Ausgleich von Unterschieden bei den thermischen Ausbrei­ tungskoeffizienten der integrierten Schaltungschips, des Substrats und des Wärmetauschers möglich. Abhängig von den thermischen Koeffizienten kann die Fähigkeit des Substrates, innerhalb der Kammer zu schwimmen, eine Zugentlastung schaf­ fen oder eine Einrichtung zum Veranlassen der integrierten Schaltungsbauelemente schaffen, um der nach außen gerich­ teten Ausdehnung des Wärmetauschers zu folgen.
Das Modul schließt bevorzugterweise ein biegsames Kabel ein, das Signale und Versorgungsspannungen an und von dem Sub­ strat überträgt, ohne die Fähigkeit des Substrates zu bein­ trächtigen, innerhalb der Kammer zu schwimmen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel schließt das Modul ein Substrat ein, auf dem die Halbleiterchips mechanisch und el­ ektrisch montiert werden. Obwohl nicht unbedingt notwendig, ist das Substrat ein Siliziumsubstrat und die Chips werden unter Verwendung einer Lötmittelerhebungstechnik ober­ flächenmontiert. Ein Siliziumsubstrat schafft einen hohen Grad an Ebenheit und reduziert dadurch die Veränderungen der Dicke des Substrates als eine Quelle von nicht-koplanaren Chips. Weiterhin paßt Silizium bezüglich der thermischen Ausdehnungskoeffizienten besser zu den Chips als Standard­ materialien für gedruckte Schaltungsplatinen.
Der Wärmetauscher ist an das Substrat auf der Bestückungs­ oberfläche des Substrates befestigt. Eine fluiddichte Kammer ist zwischen der Membran und dem Wärmetauscher definiert. Das feste Volumen der Flüssigkeit ist innerhalb der fluid­ dichten Kammer enthalten. Bevorzugterweise steht die Flüs­ sigkeit durch die Einschließung zwischen dem Wärmetauscher und der Membran derart unter Druck, daß die Flüssigkeit die Membran nach außen drückt. Die Membran erstreckt sich im wesentlichen parallel zu den Chips. Die Flüssigkeit, die gegen die Membran drückt, sichert einen Druckkontakt der Membran gegen jeden Halbleiterchip, unabhängig von den Ände­ rungen der Höhe und der Winkel.
Die Membran besteht aus einem elektrisch leitenden Material, das einen elektrischen Weg von dem auf Masse liegenden Wärmetauscher zu den Rückseiten der Halbleiterchips bildet. Diese Erdung schafft einen Vorteil gegenüber typischen Strukturen des Standes der Technik, da die Erdung von Chips, die CMOS Bauelemente enthalten, oft wünschenswert ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß sie einen anpassungsfähigen Wärmeflußweg von den Chips zu dem Wärme­ tauscher schafft. Die Wärme wird von den Chips zu der ther­ misch leitfähigen Membran und Flüssigkeit und dann zu dem Wärmetauscher geleitet, wo die Energie an die umgebende Atmosphäre abgegeben werden kann. Das anpassungsfähige thermische Übergangsteil erlaubt nicht nur die Anpassungen an die Unterschiede der Chiphöhen und der Chipwinkel, die aus Herstellungstoleranzen resultieren, sondern schafft ebenfalls eine Zugentlastung für die Chipausdehnung während des Betriebes. Die Chipausdehnung ändert sich mit den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Chips und des Materials, das verwendet wurde, um jegliche Chipträger zu bilden. Bevorzugterweise hat die rostfreie Stahlmembran eine Dicke in der Größenordnung von 0,13 mm (0,005 Inch) bis 0,025 mm (0,001 Inch). Eine Membran, die zu dünn ist, wird unzuverläßlich zerbrechlich sein, während eine Membran, die zu dick ist, nicht die notwendige Anpassungsfähigkeit haben wird.
Verglichen mit der bekannten Gehäusung, die nur eine Wärme­ senke verwendet, erreicht die vorliegende Erfindung eine größere Kühlfähigkeit. Dies ist besonders dort erfüllt, wo ein zweiter Wärmetauscher an das Substrat auf der gegenüber­ liegenden Seite der Bestückungsoberfläche angebracht ist. Wahlweise können integrierte Schaltungschips auf beiden Hauptoberflächen des Substrates montiert werden. Das zwei­ seitige Substrat kann dann zwischen zwei anpassungsfähigen Übergangsteilen eingeschlossen sein, von denen jedes eine thermisch leitfähige Membran und ein statisches Volumen einer Flüssigkeit, die zwischen der Membran und einem Wärme­ tauscher eingeschlossen ist, umfaßt.
Durch Anwendung der vorliegenden Erfindung können integrier­ te Hochleistungsschaltungschips bei einer tieferen und mehr einheitlichen Temperatur, näher zusammen plaziert werden. Engere Bauelementebeabstandung erlaubt Produkte mit höherer Leistungsfähigkeit, da die elektrischen Wege verkürzt werden können. Überdies ergeben tiefere Temperaturen der Bauele­ mentübergänge sowohl eine höhere Leistungsfähigkeit als auch eine zunehmende Zuverlässigkeit der Bauelemente. Man kann voraussehen, daß eine Verbesserung von 34% bei der Gatter­ verzögerung für CMOS-Schaltungen erreicht werden kann.
Die vorliegende Erfindung integriert eine Tragestruktur, den Schutz vor der äußeren Umgebung, die Hochfrequenzabschirmung und ein anpassungsfähiges Wärmeübertragungsübergangsteil. Folglich erfordert die Ersetzung nur das Entfernen eines Moduls von dem Motherboard und Einsetzen eines Ersatzmoduls. Verbindungsinstallationen zu einer externen Quelle der Kühl­ flüssigkeit sind nicht notwendig. Es ist ebenfalls nicht notwendig, ein zweites Gehäuse zu schaffen, um die Hoch­ frequenzstrahlung einzuschließen, da die Erdung des Wärme­ tauschers ausreichend vor hochfrequenter Streustrahlung schützt.
Ebenfalls offenbart ist ein Modul mit zweiseitiger Kühlung. Eine erste und eine zweite Wärmesenke sind auf den gegen­ überliegenden Hauptoberflächen eines Multi-Chip-Substrates montiert. Ein erster thermischer Energieflußweg verläuft von den Chips zu der ersten Wärmesenke zur Abstrahlung in die umgebende Atmosphäre. Ein zweiter thermischer Energieflußweg verläuft von den Chips zu dem Substrat und dann zu der zwei­ ten Wärmesenke. Die doppelseitige Ausführung verbessert die thermischen Charakteristika eines Mehr-Chip-Moduls be­ deutend.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach­ folgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenschnittdarstellung eines Mehr-Chip-Mo­ duls mit einem doppelseitigen Wärmetauscher und mit einem anpassungsfähigen Wärmeübergangsteil;
Fig. 2 eine Seitenschnittdarstellung eines zweiten Aus­ führungsbeispieles eines Mehr-Chip-Moduls mit einem anpassungsfähigen Wärmeübergangsteil mit einem Array von Halbleiterchips;
Fig. 3 eine Seitenschnittdarstellung eines dritten Aus­ führungsbeispieles eines Mehr-Chip-Moduls, das integrierte Schaltungschips einschließt, die auf sich gegenüberliegenden Seiten eines Substrats, das gemäß der vorliegenden Erfindung mechanisch schwim­ mend ist, montiert sind;
Fig. 4 eine Seitenschnittdarstellung eines vierten Aus­ führungsbeispieles eines Mehr-Chip-Moduls, das ein Substrat, das durch eine Vorspannungsquelle mecha­ nisch schwimmend ist, einschließt; und
Fig. 5 eine Seitenschnittdarstellung eines fünften Aus­ führungsbeispiels eines Mehr-Chip-Moduls mit einem mechanisch schwimmenden Substrat.
Wie in Fig. 1 gezeigt, schließt ein Mehr-Chip-Modul 10 einen ersten und einen zweiten Wärmetauscher oder Wärmesenken 12 und 14 ein. Die Wärmesenken schließen parallele Kühlrippen 16 und 18 ein, die eine größere Oberflächenfläche zur Abgabe der Wärme in die umgebende Atmosphäre schaffen. Gerippte Wärmesenken aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sind in Fachkreisen bekannt.
Die erste und die zweite Wärmesenke 12 und 14 werden durch zwei oder mehr Schrauben 20 und 22 zusammengehalten. Die Schrauben sind äußerlich mit einem Gewinde versehene Bau­ glieder, die in die inneren Gewinde der zweiten Wärmesenke passen.
Die erste und die zweite Wärmesenke 12 und 14 haben Mittel­ hohlräume, die eine Substratkammer 24 definieren, nachdem die Wärmesenken zusammengefügt wurden. Innerhalb der Sub­ stratkammer 24 befindet sich ein Substrat 26 für die Montage von integrierten Schaltungsbauelementen, wie z. B. Chips 28, 30, 32, 34, 36 und 38. Bei einem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel ist das Substrat 26 ein Siliziumsubstrat. Das Si­ liziumsubstrat schafft eine Übereinstimmung der thermischen Ausbreitungskoeffizienten der integrierten Schaltungschips 28, 30, 32, 34, 36, 38. Die Übereinstimmung der Koeffizien­ ten ist wichtig, um die Gefahr einer Beschädigung, die aus mechanischen Belastungen resultieren können, die während des Betriebes des Moduls 10 hervorgerufen werden, zu minimieren.
Die Lötmittelerhebungen 40 verbinden die Chips 28, 30, 32, 34, 36, 38 elektrisch und mechanisch mit dem Siliziumsub­ strat 26. Die Lötmittelerhebungen werden in einer bekannten Art auf den Eingabe/Ausgabe- und den Gebrauchslötstützstel­ len auf der aktiven Seite der Chips ausgebildet. Obwohl die Chips hier als trägerlose Chips dargestellt sind, stellt dies kein erforderliches Merkmal dar. Überdies können andere Verfahren zur Verbindung der Chips mit dem Siliziumsubstrat verwendet werden.
Leiterbahnen, nicht gezeigt, entlang des Siliziumsubstrates 26 verbinden die integrierten Schaltungschips 28, 30, 32, 34, 36, 38 und übertragen Signale und Versorgungspannungen der Chips ausgehend von einer Kante des Siliziumsubstrates. Ein Anschlußleitungsrahmen 42 hat innere Anschlußleitungs­ enden 44, die auf die Kante des Siliziumsubstrates bei den Eingabe-/Ausgabekontakten, nicht gezeigt, gebondet sind. Äußere Anschlußleitungsenden 46 erstrecken sich zu dem Äußeren des Moduls 10 zur Verbindung mit einem Verbinder, mit einer gedruckten Schaltungsplatine oder mit ähnlichem. Bevorzugterweise ist der Anschlußleitungsrahmen eine viel­ schichtige Anordnung mit einem Array von im wesentlichen parallelen Metallanschlußleitungen auf jeder Schicht. Jedoch können andere Arten von Verbindungsanordnungen verwendet werden. Zusätzlich kann sich der Anschlußleitungsrahmen von mehr als einer Kante des Siliziumsubstrates ausgehend er­ strecken.
Ein Paar O-Ring-Dichtungen 48 und 50 schützen die Substrat­ kammer 24 vor Teilchenverschmutzungen, die ansonsten zwi­ schen der ersten und der zweiten Wärmesenke 12 und 14 ein­ treten können. Der Anschlußleitungsrahmen 42 wird zwischen den zwei Dichtungen 48 und 50 gehalten. Abdichtungsband­ streifen 52 und 54 werden ebenfalls verwendet, um die Sub­ stratoberfläche 24 zu schützen. Zusätzlich zum Schutz vor Teilchenverschmutzungen verhindern die O-Ringe und das Ab­ dichtungsband das Eintreten von korrosionsherbeiführenden Stoffen. Anstatt der O-Ringe kann Expoxidharz oder Polyimid eingebracht werden.
Die passive Seite jedes integrierten Schaltungschips 28, 30, 32, 34, 36, 38 ist die Hauptseite gegenüber den Lötmittel­ erhebungen 40. Idealerweise sind die passiven Seiten der Chips koplanar. Jedoch werden verschiedene Herstellungsbe­ schränkungen Unterschiede in den Höhen und den Winkeln der Chips relativ zu jedem anderen und relativ zu dem Silizium­ substrat 26 hervorrufen. Wie oben beschrieben, ist ein Grund zur Ausbildung des Substrates 26 aus Silizium die Schaffung einer besseren Übereinstimmung der thermischen Ausdehnungs­ koeffizienten, verglichen mit den Standardmaterialien ge­ druckter Schaltungsplatinen. Ein zweiter Grund für die Wahl von Silizium ist es, daß ein größerer Grad von Ebenheit ohne Schwierigkeiten erreicht werden kann. Jedoch können immer noch Unterschiede zwischen den Chips durch Änderung solcher Faktoren wie Lötmittelerhebungsanbringung, Toleranzen bei der Entstehung der Substratkontaktierungsoberfläche auf der zweiten Wärmesenke 14 und Veränderungen bei der Herstellung der Chips selbst und jeglicher Träger, in die die Chips ein­ gebaut werden können, auftreten.
Fig. 1 schließt ein anpassungsfähiges Wärmeübertragungsüber­ gangsteil zwischen den Chips 28, 30, 32, 34, 36, 38 und der ersten Wärmesenke 12 ein und gleicht dadurch jede Nicht-Ko­ planarität zwischen den passiven Seiten der Chips aus. Der Ausgleich maximiert die Leistungsfähigkeit der Leitung der thermischen Energie von den Chips 28, 30, 32, 34, 36, 38 zu der Atmosphäre, die das Modul 10 umgibt.
Ein erstes Element des anpassungsfähigen Wärmeübertragungs­ übergangsteils ist eine metallische Membran 56. Die metalli­ sche Membran sollte dünn, chemisch stabil und thermisch lei­ tend sein. Ein Abschnitt rostfreien Stahls mit einer Dicke im Bereich von 0,013 mm (0,0005 Inch) bis 0,025 mm (0,001 Inch) kann an die erste Wärmesenke 12 angebracht werden. Dünnheit ist ein wichtiges Merkmal für die meisten thermisch leitfähigen Materialien, weil solche Materialien typischer­ weise nicht leicht an die Form der Kontaktierungsoberflächen angepaßt werden können, wenn die Membran dick ist. Jedoch ist eine Membran, die zu dünn ist, unzuverläßlich zerbrech­ lich. Die Membran sollte aus einem geschmeidigen, reißfesten Material hergestellt sein.
Wie in Fig. 1 gezeigt, haben die Enden der metallischen Mem­ bran 56 Kontakt mit der ersten Wärmesenke 12. Die Enden können an die erste Wärmesenke in jeglicher herkömmlichen Art, die hitzebeständig ist, befestigt werden. Z.B. können Befestigungsbauglieder, nicht gezeigt, verwendet werden oder ein hitzebeständiges Haftmaterial kann verwendet werden.
Ein Abschnitt der metallischen Membran 56 ist von der ersten Wärmesenke 12 beabstandet, um eine zweite Kammer zu de­ finieren, in der ein thermisch leitfähiges Fluid 58 ent­ halten ist. Das Volumen der Flüssigkeit ist derart, daß sie die zweite Kammer gänzlich ausfüllt, um einen thermischen Weg von der metallischen Membran 56 der ersten Wärmesenke 12 zu schaffen und derart, daß die Flüssigkeit Druck auf die metallische Membran sogar dann ausübt, wenn das Modul 10 in einer vertikalen Position, und nicht in der horizontalen Position, die in Fig. 1 gezeigt wird, installiert ist.
Die thermisch leitfähige Flüssigkeit schließt bevorzugter­ weise destilliertes Wasser ein, dies stellt aber kein er­ forderliches Merkmal dar. Die bevorzugte Flüssigkeit ist destilliertes Wasser mit 10% Ethylenglykol. Ethylenglykol ist antibakteriell und hemmt die Oxidation der Aluminium­ wärmesenke 12 und der metallischen Membran 56. Ersatzstoffe sind erhältlich. Phasen-Wechsel-Salze, die schnell Energie abgeben, wenn sie zum Kochen gebracht wurden, sind bekannt, sind aber typischerweise teurer. Ein synthetisches Freon, das unter dem Warenzeichen Florinert von der 3M Corp. ver­ kauft wird, kann anstelle von obig genannten Ersatzstoffe genutzt werden. Jedoch ist bei der Auswahl eines Füllstoffes für das Volumen zwischen der metallischen Membran 56 und der ersten Wärmesenke 12 die Viskosität von Bedeutung. Die thermischen Koeffizienten der Halbleiterchips 28, 30, 32, 34, 36, 38 und der Aluminiumwärmesenken stimmen nicht so eng überein. Die Temperatur innerhalb der Substratkammer 24 kann 100°C erreichen. Folglich ist es vorteilhaft, einen Füllstoff zu haben, der leicht verdrängt wird, wie z. B. destil­ liertes Wasser, und nicht ein Material zu haben, wie z. B. Schmiermittel, das langsamer fließt.
Im Betrieb kann das Modul 10 nur durch Anbringen eines Ver­ binders an die äußeren Anschlußleitungsenden 46 des An­ schlußleitungsrahmen 42 angeschlossen sein. Der Anschluß von Installationen an das Modul ist nicht notwendig, da die thermisch leitfähige Flüssigkeit 58 innerhalb des Moduls eingeschlossen ist. Während der Herstellung paßt sich die metallische Membran 56 an Veränderungen in den Höhen und den Winkeln der integrierten Schaltungschips 28, 30, 32, 34, 36, 38 an. Die thermisch leitfähige Flüssigkeit 58 schafft einen Druck zur Anpassung der metallischen Membran an die passiven Seiten der Chips und schafft dadurch einen leistungsfähigen Wärmeübertragungsweg von den Chips zu der ersten Wärmesenke 12. In Fig. 1 haben die integrierten Schaltungschips 28, 30, 32 und 34 koplanare passive Seiten, während der integrierte Schaltungschip 36 leicht erhöht ist. Der Unterschied in der Höhe des Chips 36 wirkt sich nicht nachteilig auf die thermische Wechselbeziehung zwischen dem Chip 36 und der metallischen Membran 56 oder den anderen Chips 28, 30, 32, 34, 38 und der metallischen Membran aus. Geringe Verform­ ungen 60 und 62 der Membran auf den gegenüberliegenden Seite des Chips 36 stellen sicher, daß die Membran guten Kontakt mit jedem der integrierten Schaltungschips hat.
Die integrierten Schaltungschips 28, 30, 32, 34, 36, 38 sind nicht unbedingt vom selben Typ. Verschiedene Chips innerhalb des Moduls 10 können verschiedene Aufgaben durchführen und können veränderliche Wärmeerzeugungscharakteristika haben. Folglich kann sich der integrierte Schaltungschip 36 in einem größeren Umfang ausbreiten als die verbleibenden Chips 28, 30, 32, 34 und 38. Wiederum wird das anpassungsfähige Wärmeübertragungsübergangsteil, das die metallische Membran 56 und die thermisch leitende Flüssigkeit 58 umfaßt, die Veränderungen unter den Chips ausgleichen.
Die metallische Membran 56 bildet einen elektrischen Weg von den integrierten Schaltungschips 28, 30, 32, 34, 36, 38 zu der Wärmesenke 12. Typischerweise liegt die Wärmesenke auf Masse. Der elektrische Weg schafft eine gewünschte Erdung der Rückseiten der Chips.
Um das thermische Übergangsteil zu maximieren, kann ein synthetisches thermisches Schmiermittel benutzt werden, um die passiven Seiten der integrierten Schaltungschips 28, 30, 32, 34, 36, 38 zu umhüllen und dadurch feine Risse auszu­ füllen, die sich hin und wieder während der Herstellung der integrierten Schaltungschips ausbilden. Das synthetische thermische Schmiermittel sollte ebenfalls bei dem Übergang des Siliziumsubstrates 26 und der zweiten Wärmesenke 14 be­ nutzt werden. Zusätzlich zu den oben genannten Gründen zur Anwendung eines Siliziumsubstrates ist ein weiterer Grund, daß die thermische Leitfähigkeit von Silizium größer ist als die von herkömmlichen Materialien für gedruckte Schaltungs­ platinen. Die thermische Energie kann aus der Substratkammer 24 sowohl über die zweite Wärmesenke als auch über die erste Wärmesenke 12 geleitet werden.
Durch Anwendung des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 kann ein Mehr-Chip-Modul 10 hergestellt werden, das eine inte­ grierte Einheit ist, d. h. eine Einheit, die keinen Anschluß an Installationen erfordert, mit einer bedeutenden Verbesse­ rung der Kühlfähigkeiten bezogen auf die bekannten Module. Durch Absenken der Temperatur jedes Chips 28, 30, 32, 34, 36, 38 und durch Sicherstellung einer größeren Temperatur­ einheitlichkeit zwischen den Chips, können die Chips näher aneinander angeordnet werden. Eine geringere Bauteilbeab­ standung erlaubt leistungsfähigere Produkte, da die Ver­ zögerungen, die mit den langen elektrischen Wegen zwischen den Bauelementen zusammenhängen, beseitigt werden. Zudem werden geringere Bauelementübergangstemperaturen erreicht, die ein leistungsfähigeres Modul ergeben.
Das Mehr-Chip-Modul 10 ummantelt die integrierten Schal­ tungschips 28, 30, 32, 34, 36, 38 und das Substrat 26 inner­ halb der Aluminium-Wärmesenken 12 und 14 und erreicht damit einen hohen Grad an Hochfrequenzabschirmung. Betriebsfre­ quenzen von 500 Mhz werden erwartet. Streustrahlung aus dem Mehr-Chip-Modul könnte umliegende Stromkreise ungünstig be­ einflussen. Besonders wenn die Wärmesenken auf Masse­ potential liegen, bietet das Mehr-Chip-Modul Schutz gegen die Strahlung der Hochfrequenzenergie von dem Modul und gegen den Empfang von Hochfrequenzenergie durch Bauelemente und gedruckte Leiterbahnen innerhalb des Moduls.
Ein Mehr-Chip-Modul 64 mit einem einseitigen Wärmetauscher 66 ist in Fig. 2 gezeigt. Der Wärmetauscher schließt eine Anzahl von parallelen Kühlrippen 68 ein, um die gewünschte Oberflächenfläche für die Abgabe der thermischen Energie in die Atmosphäre zu erreichen. Die Schrauben 70 werden in mit Gewinde versehenen Bohrungen der Platten 72 und 74 aufge­ nommen, um eine gedruckte Schaltungsplatine 76 an dem Wärme­ tauscher zu befestigen. Anders als bei dem oben beschrie­ benen Ausführungsbeispiel besteht die gedruckte Schaltungs­ platine 76 aus den herkömmlichen Materialien zur Herstellung von Schaltungsplatinen, um eine Anzahl von integrierten Schaltungschips 78, 80, 82, 84, 86, 88 elektrisch zu ver­ binden. Elektrische Übertragung zwischen dem Modul 64 und einem Motherboard oder ähnlichem wird über metallische Anschlußstifte 90 erreicht, die in Durchgangslöcher in dem Motherboard eingelötet werden können.
Das Modul 64 schließt ein anpassungsfähiges Wärmeübertra­ gungsübergangsteil ein, das eine dünne metallische Membran 92 und eine thermisch leitfähige Flüssigkeit 94 umfaßt. Die metallische Membran ist ein Streifen rostfreien Stahls mit einer Dicke von 0,025 mm (0,001 Inch). Die Flüssigkeit ist bevorzugterweise eine Lösung aus 90% destilliertem Wasser und 10% Ethylenglykol mit einer Dicke von 1 mm (0,04 Inch). Die Flüssigkeit übt einen maximalen Druck von etwa 0,0069 N/mm2 (drei Pfund pro Quadratinch) auf die metallische Membran aus, dies stellt aber kein erforderliches Merkmal dar. Dieser Druck stellt sicher, daß die metallische Membran die gesamte obere Oberfläche jedes integrierten Schaltungs­ chips 78, 80, 82, 84, 86, 88 berührt, unabhängig von den Änderungen in der Höhe und dem Winkel relativ zu der ge­ druckten Schaltungsplatine 76. Verformungen 96 und 98 der metallischen Membrane werden auftreten, um Nicht-Koplanari­ täten auf der oberen Oberfläche der integrierten Schaltungs­ chips auszugleichen.
Ein Paar von O-Ringen 100 und 102 schützen eine Substrat­ kammer 104, die die integrierten Schaltungschips 78, 80, 82, 84, 86, 88 beherbergt. Während die einseitige Kühlung nach Fig. 2 einen etwas geringeren Grad an Kühlung als die dop­ pelseitige Kühlung nach Fig. 1 schafft, schaffen beide Aus­ führungsbeispiele eine Integration der strukturellen Trage­ teile, Schutz vor der äußeren Umgebung und das anpassungs­ fähige Wärmeübertragungsübergangsteil, das die Herstellung eines kostengünstigen, aber thermisch effizienten Mehr-Chip- Moduls erlaubt.
Die integrierten Schaltungschips 78, 80, 82, 84, 86, 88 kön­ nen von trägerloser Art sein oder können in einem Chipträger integriert sein. Es ist ebenfalls möglich, eine thermisch leitende Stütze zwischen jedem Chip und der metallischen Membran zu schaffen. Solche Stützen können hergestellt wer­ den, um eine Ebenheit zu erreichen, die auf den passiven Seiten des integrierten Schaltungschips nicht erreicht wer­ den kann.
Wahlweise kann mehr als eine metallische Membran auf einer einzelnen Seite des Substrates verwendet werden, wenn die integrierten Schaltungschips auf dieser Seite sich bedeutend in der Größe unterscheiden. Überdies kann die doppelseitige Kühlung in Fig. 1 in Ausführungsbeispielen verwendet werden, die die anpassungsfähigen Wärmeübertragungsübergangsteile, die oben beschrieben wurden, nicht einschließen. D.h., daß die Vorteile der ersten und zweiten gegenüberliegenden Wärmesenken, um einen ersten und zweiten thermischen En­ ergieflußweg von einem Multi-Chip-Substrat zu schaffen, ohne eine verformbare, von Flüssigkeit unterstützter Membrane er­ reicht werden können.
Fig. 3 bis 5 stellen Ausführungsbeispiele dar, bei denen ein Substrat innerhalb einer Substratkammer eines Wärmetauschers montiert ist, um dem Substrat zu erlauben, mechanisch zu schwimmen. Folglich kann das Substrat manövriert werden, um die integrierten Schaltungsbauelemente, wie z. B. Halbleiter­ chips, auswählbar zurechtzurücken. Während des Zusammenbaus eines Mehr-Chip-Moduls kann das Substrat die Veränderungen der Höhen der integrierten Schaltungsbauelemente ausglei­ chen. Während der Anwendung ist es wahrscheinlich, daß das Substrat, der Wärmetauscher und die integrierten Schaltungs­ bauelemente verschiedene thermische Ausdehnungskoeffizienten derart haben, daß das mechanisch schwimmende Substrat manövriert werden kann, um die erwünschten Bauelement/Tau­ scher-Übergänge beizubehalten.
Bezugnehmend auf Fig. 3 wird ein zweites Array von inte­ grierten Schaltungschips 106 auf die Unterseite des Sili­ ziumsubstrates 26, das oben beschrieben wurde, montiert. Ein zweiter verformbarer Mechanismus, der eine metallische Mem­ bran 108 und eine unter Druck stehende Flüssigkeit 110 um­ faßt, wird verwendet, um einen thermischen Energieweg von den Chips 106 zu der zweiten Wärmesenke 14 zu schaffen. Dem doppelseitigen Substrat 26 und den Chips 28-38 und 106 ist es erlaubt, zwischen den zwei verformbaren Übergängen zu schwimmen. Wahlweise können O-Ringe hinzugefügt werden, um die Stabilität des doppelseitigen Substrates 26 zu erhöhen. Bis auf die Hinzufügung der zweiten verformbaren Anordnung ist das Ausführungsbeispiel aus Fig. 3 identisch mit dem aus Fig. 1 und die Bezugszeichen aus Fig. 1 wurden auf Fig. 3 angewendet.
In Fig. 4 schließt ein Mehr-Chip-Modul 112 einen Wärmetau­ scher ein, der eine erste und eine zweite Wärmesenke 114 und 116 umfaßt. Die Wärmesenken werden durch Schrauben 118 mit äußerem Gewinde zusammengehalten. Die erste und zweite Wärmesenke 114 und 116 schließen Hohlräume ein, die ange­ ordnet sind, um eine Substratkammer 120 zu bilden. Ein Sub­ strat 122 schwimmt mechanisch innerhalb der Kammer. Eine Serpentinfeder 124 setzt das Substrat 122 nach oben unter Vorspannung, wodurch die integrierten Schaltungsbauelemente 126 gegen die obere Wand 130 der Substratkammer 120 gedrückt werden. Bevorzugterweise ummantelt eine synthetische ther­ mische Schmiere die passiven Seiten der integrierten Schal­ tungsbauelemente, um jegliche feinen Risse auszufüllen, die sich während der Herstellung der integrierten Schaltungs­ bauelemente 126 bilden können. Die thermische Schmiere wird ebenfalls verwendet, um die Feder 124 zu ummanteln.
Die integrierten Schaltungsbauelemente 126 und das Substrat 122 können von derselben Art sein, wie mit Bezug auf Fig. 1 beschrieben wurde. Zum Beispiel können die integrierten Schaltungsbauelemente trägerlose Chips sein, die elektrisch und mechanisch an ein Siliziumsubstrat 122 durch Lötmittel­ erhebungstechniken gekoppelt sind.
Ein Mehr-Leiterzwischenverbinder 132 ist-an den inneren An­ schlußleitungsenden des Substrat 122 angebracht. Die äußeren Anschlußleitungsenden des Zwischenverbinders werden auf einen Leiter auf einer gedruckten Schaltungsplatine oder ähnlichem gebondet oder angedrückt. Der Zwischenverbinder 132 kann ein Mehr-Ebenen-Bauglied sein.
Ein Paar O-Ring-Dichtungen 134 und 136 schützen die Sub­ stratkammer 120 vor Teilchenverschmutzungen, die ansonsten zwischen der ersten und der zweiten Wärmesenke 114 und 116 eintreten können. Streifen von Abdichtungsband 138 und 140 werden ebenfalls verwendet, um die Bestückungsoberfläche des Substrats zu schützen. Zusätzlich zum Schutz vor Teilchen­ verschmutzungen verhindern die O-Ringe und das Abdichtungs­ band das Eintreten von korrosionsherbeiführenden Stoffen. Anstatt der O-Ringe kann Epoxidharz oder Polyimid zwischen die Wärmesenken eingebracht werden. Im Betrieb haben die Aluminiumwärmesenken 114 und 116 einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die Siliziumchips 126. Die Tem­ peratur innerhalb des Mehr-Chip-Moduls 112 kann 100°C er­ reichen. Wenn die Temperatur steigt, wird die Serpentinfeder wirksam sein, um sicherzustellen, daß die integrierten Schaltungsbauelemente 126 gegen die obere Oberfläche 130 der Substratkammer 120 gedrückt bleiben. Dies tritt ebenfalls während des Abkühlens des Mehr-Chip-Moduls auf. Folglich wirkt die mit thermischer Schmiere ummantelte Feder 124 so­ wohl als eine Zugentlastung als auch als eine Einrichtung zum Aufwärtsbewegen der Bauelemente 126 entsprechend der durch die Ausdehnung herbeigeführten Bewegung der oberen Wand 130.
Andere Federmechanismen können anstelle der Serpentinfeder 124 aus Fig. 4 verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Array von Schraubenfedern unter dem Substrat 122 angeordnet wer­ den, um die erwünschte Vorspannung des Substrats zu er­ reichen. Bevorzugterweise ist der ausgewählte Federmech­ anismus thermisch leitfähig, um einen thermischen Weg von der unteren Seite des Substrates zu der unteren Wärmesenke 116 zu schaffen.
Fig. 5 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Mehr- Chip-Moduls mit einem mechanisch schwimmenden Substrat 142 dar. Bei diesem Ausführungsbeispiel ruht das Substrat auf einer Metallmembran 144. Die Metallmembran kann ein rost­ freies Stahlbauglied mit einer Dicke sein, die 0,025 mm (0,001 Inch) nicht übersteigt. Die Membran sollte aus einem geschmeidigen, reißfesten Material mit einem hohen thermi­ schen Leitfähigkeitskoeffizienten hergestellt sein. Zwischen der Membran 144 und der Oberfläche der zweiten Wärmesenke 116 ist ein festes Volumen eines thermisch leitfähigen Fluids 146. Das Volumen des Fluids ist derart, daß es die Region zwischen der Oberfläche der Wärmesenke und der unteren Oberfläche der Membran 144 gänzlich ausfüllt. Als ein Ergebnis übt das Fluid einen Druck auf die Membran aus, der auf das Substrat 142 und schließlich auf die inte­ grierten Schaltungsbauelemente 126 übertragen wird. Wie in dem Fall des Ausführungsbeispieles aus Fig. 4 wirkt das me­ chanische Schwimmen des Substrats 124 sowohl zum Schaffen einer Zugentlastung als auch zum Schaffen eines Anpassungs­ mechanismusses zum Beibehalten der thermischen Verbindung zwischen den integrierten Schaltungsbauelementen 126 und der oberen Oberfläche 130 der ersten Wärmesenke 114.
Das eingeschlossene Fluid 146 ist bevorzugterweise eine Flüssigkeit mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit. Eine geeignete Flüssigkeit ist destilliertes Wasser mit 10% Ethy­ lenglykol. Ethylenglykol ist antibakteriell und hemmt die Oxidation der Aluminiumwärmesenke 116 und der metallischen Membran 144. Ersatzflüssigkeiten sind jedoch erhältlich.

Claims (20)

1. Ein Mehr-Chip-Modul (112), gekennzeichnet durch fol­ gende Merkmale:
ein Substrat (122) mit einer Bestückungsoberfläche;
eine Mehrzahl von integrierten Schaltungsbauelementen (126), die auf der Bestückungsoberfläche des Substrates (122) montiert sind;
einen Wärmetauscherkörper (114, 116) mit inneren Wänden, die eine Substratkammer (120) definieren, wobei das Substrat (122) beweglich innerhalb der Substratkammer (120) eingeschlossen ist, wobei die integrierten Schal­ tungsbauelemente (126) thermisch mit einer ersten in­ neren Wand (130) des Wärmetauscherkörpers (114, 116) ge­ koppelt sind; und
eine anpassungsfähige Halteeinrichtung (124) zum nach­ gebenden Halten des Substrates (122) innerhalb des Wärmetauscherkörpers (114, 116) derart, daß das Substrat (122) relativ zu dem Wärmetauscherkörper (114, 116) ver­ schiebbar ist, um Nicht-Gleichmäßigkeiten bezogen auf die thermischen Ausdehungskoeffizienten und dimensions­ mäßige Toleranzen des Substrates (122), des Wärme­ tauscherkörpers (114, 116) und der integrierten Schal­ tungsbauelemente (126) anzupassen, wobei die anpas­ sungsfähige Halteeinrichtung (124) ausgebildet ist, um die thermische Kopplung der integrierten Schaltungsbau­ elemente (126) mit der ersten inneren Wand (130) beizu­ behalten.
2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierten Schaltungsbauelemente (126) je­ weils erste Seiten haben, die mit der Bestückungsober­ fläche des Substrates (122) verbunden sind und jeweils zweite Seiten haben, die an die erste innere Wand (130) des Wärmetauscherkörpers (114, 116) anstoßen.
3. Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Seiten der integrierten Schaltungsbau­ elemente (126) mit einer thermischen Schmiere ummantelt sind.
4. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner gekenn­ zeichnet durch eine biegsame Zwischenverbindereinrichtung (132) zum Leiten von Signalen von dem Substrat (122) an das Äußere des Wärmetauscherkörpers (114, 116).
5. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wärmetauscherkörper (114, 116) eine zweite in­ nere Wand auf einer gegenüber der ersten inneren Wand (130) liegenden Seite des Substrates (122) hat, wobei die anpassungsfähige Halteeinrichtung ein Feder­ mechanismus (124) ist, der ausgebildet ist, um das Sub­ strat (122) in Richtung der ersten inneren Wand (130) vorzuspannen, wobei die integrierten Schaltungsbau­ element (126) auf der Bestückungsoberfläche, anstoßend mit der ersten inneren Wand (130) und mit dem Substrat (122), montiert sind.
6. Modul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Federmechanismus (124) innerhalb einer thermi­ schen Schmiere angeordnet ist.
7. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die anpassungsfähige Halteeinrichtung eine verform­ bare Membran (144) einschließt, die mit dem Wärme­ tauscherkörper (114, 116) auf einer gegenüber der Be­ stückungsoberfläche liegenden Seite des Substrats (122) gekoppelt ist, wobei die verformbare Membran (144) im wesentlichen parallel zu der Bestückungsoberfläche ist, wobei die anpassungsfähige Halteeinrichtung ferner ein festes Volumen einer Flüssigkeit (146) umfaßt, das zwischen dem Wärmetauscherkörper (114, 116) und der ver­ formbaren Membran (144) eingeschlossen ist, um einen verformbaren Mechanismus für das nachgebende Halten des Substrates (122) innerhalb des Wärmetauscherkörpers (114, 116) zu schaffen.
8. Modul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare Membran (144) eine rostfreie Stahl­ membran mit einer Dicke von weniger als 0,025 mm (0,001 Inch) ist.
9. Modul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die integrierten Schaltungsbauelemente (126) an die erste innere Wand (130) anstoßen; und
daß sich die verformbare Membran (144) entlang der gegenüber der Bestückungsoberfläche liegenden Ober­ fläche des Substrats (122) erstreckt, wobei die erste innere Wand (130) und die verformbare Membran (144) da­ durch das Substrat (122) dazwischen zusammendrücken.
10. Modul nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner gekenn­ zeichnet durch eine zweite verformbare Membran (56), die in Kontakt mit den integrierten Schaltungsbauelementen (126) ist, wobei die zweite verformbare Membran (56) ein zweites festes Volumen von Flüssigkeit (58) einschließt, wobei das Substrat (26) mechanisch zwischen den verformbaren Membranen (56, 108) schwimmt.
11. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die integrierten Schaltungsbauelemente (126) Halb­ leiterchips sind.
12. Mehr-Chip-Modul (112), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
ein Gehäuse (114, 116) mit einer Kammer (120), die ge­ genüberliegende erste (130) und zweite Seiten hat;
ein Substrat (122), das innerhalb der Kammer (120) an­ geordnet ist, wobei das Substrat (122) eine Mehrzahl von integrierten Schaltungsbauelementen (126) mit ersten Fronten hat, die ausgerichtet sind, um an die erste Seite (130) der Kammer (120) anzustoßen; und
eine Vorspannungseinrichtung (124) innerhalb der Kammer (120) zum federnden Drücken des Substrates, um das An­ stoßen der ersten Fronten der integrierten Schaltungs­ bauelemente (126) gegen die erste Seite (130) beizube­ halten.
13. Modul nach Anspruch 12, ferner gekennzeichnet durch einen flexiblen Mehr-Leiterzwischenverbinder (132), der sich von dem Substrat (122) zu dem Äußeren des Gehäuses (114, 116) erstreckt, zur elektrischen Übertragung zwischen den integrierten Schaltungsbauelementen (126) und einem externen Bauelement, wobei der flexible Zwischenverbinder mit dem Substrat (122) verbunden ist, um dem Substrat (122) zu erlauben, mechanisch in der Kammer (120) zu schwimmen.
14. Modul nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Fronten der integrierten Schaltungsbau­ elemente (126) mit einer thermischen Schmiere ummantelt sind.
15. Modul nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vorspannungseinrichtung mindestens eine Feder (124) zwischen dem Substrat (122) und der zweiten Seite des Gehäuses (114, 116) einschließt.
16. Modul nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vorspannungseinrichtung (124) das Substrat (122) in einer Art an das Gehäuse (114, 116) drückt, da­ mit das Substrat (122) innerhalb der Kammer (120) mechanisch schwimmt.
17. Modul nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Vorspannungseinrichtung eine verformbare Mem­ bran (144) umfaßt, die an das Gehäuse (114, 116) auf einer gegenüber den integrierten Schaltungsbauelementen (126) liegenden Seite des Substrats (122) gekoppelt ist, wobei die Vorspannungseinrichtung ferner ein festes Volumen von Flüssigkeit (146) einschließt, das zwischen dem Gehäuse (114, 116) und der Verformbaren Membran (144) eingeschlossen ist, um einen verformbaren Mechanismus zu schaffen.
18. Mehr-Chip-Modul (10), gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
eine Wärmesenke (12) mit einer hohen thermischen Leit­ fähigkeit und mit einer flüssigkeitsenthaltenden Aushöhlung;
ein Substrat (26) mit einer Mehrzahl von integrierten Schaltungschips (28-38), die elektrisch mit einer ersten Seite des Substrats (26) verbunden sind, wobei das Substrat (26) mit der Wärmesenke (12) zur Gehäusung der Chips verbunden ist, wobei jeder Chip eine passive gegenüber dem Substrat (26) liegende Oberfläche hat; und
eine Ausgleichseinrichtung zum Schaffen eines verform­ baren thermischen Energieweges von den Chips (28-38) zu der Wärmesenke (12), wobei die Ausgleichseinrichtung ein flüssigkeitsunterstütztes Bauglied (56) ein­ schließt, das in einer Wärmeübertragungsverbindung mit jedem der Chips (28-38) angeordnet ist, wenn die pas­ siven Oberflächen der Chips (28-38) koplanar sind, wo­ bei die Ausgleichseinrichtung ferner eine im wesent­ lichen statische Flüssigkeit hat, die zwischen der Wärmesenke (12) und dem flüssigkeitsunterstützten Bau­ glied (56) eingeschlossen ist, um das flüssigkeitsun­ terstützte Bauglied anzudrücken, um sich an die Chips (28-38) anzupassen, wenn die passiven Oberflächen nicht-koplanar sind, wobei die statische Flüssigkeit in einem im wesentlichen Nicht-Flußzustand innerhalb der flüssigkeitsenthaltenden Aushöhlung der Wärmesenke ist, wobei das flüssigkeitsunterstützte Bauglied (56) sich im wesentlichen parallel zu dem Substrat (26) er­ streckt.
19. Modul nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmesenke (12) ein Abschnitt eines Gehäuses ist, wobei das Gehäuse eine Substratkammer (24) ein­ schließt, wobei das Substrat (26) innerhalb der Sub­ stratkammer eingeschlossen ist.
20. Modul nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssigkeitsunterstützte Bauglied (56) ein rostfreies Stahlbauglied ist, wobei das Substrat (26) aus Silizium besteht, wobei das flüssigkeitsunterstütz­ te Bauglied (56) aus einem elektrisch leitfähigen reiß­ festem Material hergestellt ist, wobei die Ausgleichs­ einrichtung eine hohe thermische Leitfähigkeit hat, wo­ bei die passiven Oberflächen der Chips (28-38) über das flüssigkeitsunterstützte Bauglied (56) und die Wärme­ senke (12) elektrisch geerdet sind.
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