ITTO20010540A1 - ELECTRONIC DEVICE AND RELATED MANUFACTURING PROCESS. - Google Patents

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Riccardo Groppo
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Description

D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION

del brevetto per invenzione industriale of the patent for industrial invention

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo elettronico e ad un relativo processo di fabbricazione, in particolare si riferisce ad un dispositivo elettronico tridimensionale comprendente circuiti integrati. The present invention refers to an electronic device and to a related manufacturing process, in particular it refers to a three-dimensional electronic device comprising integrated circuits.

Come è noto, un dispositivo elettronico tridimensionale è formato da una pluralità di circuiti elettronici fra loro impilati ed alloggiati in un contenitore di materiale plastico, tipicamente resina -epossidica, dal quale fuoriescono piedini di collegamento . As is known, a three-dimensional electronic device is formed by a plurality of electronic circuits stacked together and housed in a container of plastic material, typically epoxy resin, from which connection pins protrude.

I più recenti sviluppi dell'elettronica portano alla realizzazione di circuiti elettronici tridimensionali, in particolare circuiti integrati, di dimensioni sempre minori. La miniaturizzazione dei circuiti ha però un limite nella dissipazione dell'energia termica prodotta durante il funzionamento dei circuiti elettronici stessi. The most recent developments in electronics lead to the creation of three-dimensional electronic circuits, in particular integrated circuits, of ever smaller dimensions. However, the miniaturization of the circuits has a limit in the dissipation of the thermal energy produced during the operation of the electronic circuits themselves.

In particolare, i circuiti elettronici tridimensionali tradizionali prevedono di dissipare il calore prodotto da ciascun circuito per semplice scambio di energia termica tra il circuito stesso e l'aria circostante, ma tale semplice struttura non permette di dissipare in modo ottimale l'energia termica e provoca spesso rotture dei circuiti stessi. In particular, traditional three-dimensional electronic circuits provide for dissipating the heat produced by each circuit by simple exchange of thermal energy between the circuit itself and the surrounding air, but this simple structure does not allow the thermal energy to be optimally dissipated and causes often breakage of the circuits themselves.

Tale limite rallenta attualmente la rapida diffusione dell'elettronica tridimensionale e non è dunque possibile un adeguato sfruttamento di tutti i vantaggi da essa conseguenti. This limit currently slows down the rapid spread of three-dimensional electronics and therefore it is not possible to adequately exploit all the advantages resulting therefrom.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo elettronico ed un relativo processo di fabbricazione che consentano di superare almeno in parte gli inconvenienti sopra descritti e che, in particolare, consentano una- rapida dissipazione del calore prodotto dai circuiti elettronici e permettano quindi una maggiore miniaturizzazione degli stessi. The purpose of the present invention is to provide an electronic device and a related manufacturing process which allow to overcome at least in part the drawbacks described above and which, in particular, allow rapid dissipation of the heat produced by the electronic circuits and therefore allow greater miniaturization of the same.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un dispositivo elettronico, come definito nella rivendicazione 1. According to the present invention, an electronic device is realized, as defined in claim 1.

Secondo la presente invenzione viene inoltre realizzato un processo di fabbricazione di un dispositivo elettronico, come definito nella rivendicazione 9. According to the present invention, a manufacturing process for an electronic device is also carried out, as defined in claim 9.

Per una migliore comprensione dell'invenzione, ne viene ora descritta una preferita forma di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento alla figura allegata, nella quale sono mostrate le fasi di un processo di fabbricazione di un dispositivo elettronico tridimensionale. For a better understanding of the invention, a preferred embodiment is now described, purely by way of non-limiting example and with reference to the attached figure, in which the steps of a manufacturing process of a three-dimensional electronic device are shown.

Secondo quanto mostrato in tale figura, il processo di fabbricazione comprende una fase di impilamento ("stacking") di una pluralità di circuiti integrati 1, solo tre dei quali sono mostrati nella figura allegata per semplicità illustrativa. As shown in this figure, the manufacturing process comprises a "stacking" step of a plurality of integrated circuits 1, only three of which are shown in the attached figure for illustrative simplicity.

In particolare, ciascun circuito elettronico integrato 1 comprende un cosiddetto "die" 2 incollato o saldato su un supporto flessibile 3 avente una struttura simile a quella di una scheda di circuito stampato e sul quale sono realizzati adduttori 4 ("leads") collegati elettricamente da un lato a rispettive piazzole di test 5 disposte equispaziate l'una dall'altra lungo una porzione perimetrale del supporto flessibile 3, e, dall'altro, a rispettive regioni del die 2 tramite fili di collegamento. In particular, each integrated electronic circuit 1 comprises a so-called "die" 2 glued or soldered on a flexible support 3 having a structure similar to that of a printed circuit board and on which leads 4 are made electrically connected by one side to respective test pads 5 arranged equally spaced from each other along a perimeter portion of the flexible support 3, and, on the other, to respective regions of the die 2 by means of connecting wires.

La fase di impilamento è seguita da una fase di disposizione di un materiale imbibibile 10 fra ciascun circuito elettronico integrato 1 ed il successivo. The stacking step is followed by a step for placing an impregnable material 10 between each integrated electronic circuit 1 and the next.

In particolare, tale materiale imbibibile 10 è disposto nelle intercapedini formate tra i circuiti elettronici integrati 1, i quali possono essere disposti, ad esempio, ad una distanza di circa 0,2 mm uno dall'altro e possono, ad esempio, essere ciascuno di dimensioni pari a circa 1 cm<2>In particular, this impregnable material 10 is arranged in the gaps formed between the integrated electronic circuits 1, which can be arranged, for example, at a distance of about 0.2 mm from each other and can, for example, be each of size about 1cm <2>

In seguito, il materiale imbibibile 10 viene imbevuto di una miscela bifase di un liquido isolante termicamente stabile il quale impregna il materiale imbibibile ed è in grado di diffondersi per capillarità all'interno del materiale imbibibile 10 stesse. Subsequently, the impregnable material 10 is soaked in a two-phase mixture of a thermally stable insulating liquid which impregnates the impregnable material and is able to diffuse by capillarity inside the imbibable material 10 itself.

In dettaglio, quale materiale imbibibile 10 è utilizzabile un materiale avente struttura fibrosa ed in grado di formare vasi capillari, ad esempio un cotone o un tessuto o una polvere. In detail, a material having a fibrous structure and capable of forming capillaries, for example a cotton or a fabric or a powder, can be used as an impregnable material 10.

Quale liquido isolante termicamente stabile viene utilizzato un liquido non ionico, preferibilmente un solvente organico, quale ad esempio un idrocarburo o una miscela di idrocarburi, scelti in modo opportuno e preferibilmente aventi un punto di ebollizione compreso tra 50° C e 100° C. A non-ionic liquid, preferably an organic solvent, such as for example a hydrocarbon or a mixture of hydrocarbons, suitably selected and preferably having a boiling point between 50 ° C and 100 ° C, is used as the thermally stable insulating liquid.

Con riferimento nuovamente alla figura allegata, la fase di disposizione del materiale imbibibile è seguita da una fase di stampaggio ("moulding"), in cui viene realizzato un contenitore ("package") 7 di forma sostanzialmente parallelepipeda, il quale è realizzato di resina epossidica e racchiude i circuiti elettronici integrati 1. With reference again to the attached figure, the step of arranging the impregnable material is followed by a molding step ("molding"), in which a container ("package") 7 of a substantially parallelepiped shape is made, which is made of resin epoxy and enclose integrated electronic circuits 1.

Il contenitore 7 è poi sottoposto ad una operazione di taglio ("sawing") per mettere in evidenza gli adduttori 4. The container 7 is then subjected to a "sawing" operation to highlight the adductors 4.

È quindi prevista una fase di rivestimento ("plating") delle pareti laterali del contenitore 7, le quali vengono rivestite utilizzando un materiale di tipo conduttivo, costituito ad esempio da una lega di nichel e oro. A "plating" step is therefore provided for the side walls of the container 7, which are coated using a conductive material, consisting for example of an alloy of nickel and gold.

La fase di rivestimento è seguita da una fase di interconnessione in cui, tramite un raggio laser, vengono definite piste conduttive 8 che collegano elettricamente fra loro gli adduttori 4 che necessitano di essere interconnessi, ottenendo così il dispositivo elettronico tridimensionale indicato nel suo insieme con 9. The coating phase is followed by an interconnection phase in which, through a laser beam, conductive tracks 8 are defined which electrically connect the leads 4 which need to be interconnected, thus obtaining the three-dimensional electronic device indicated as a whole with 9 .

In uso, quando i circuiti elettronici integrati 1 si scaldano, il liquido viene utilizzato come mezzo di trasferimento del calore, infatti permea il materiale imbibibile 10 a contatto con i circuiti integrati 1 stessi passa allo stato di vapore e viene quindi a contatto con le pareti del contenitore 7 dove trasferisce il calore alle pareti del contenitore stesse che vengono utilizzate come mezzi dissipatori del calore. In use, when the integrated electronic circuits 1 heat up, the liquid is used as a heat transfer medium, in fact it permeates the impregnable material 10 in contact with the integrated circuits 1 it passes to the vapor state and therefore comes into contact with the walls of the container 7 where it transfers the heat to the walls of the container which are used as heat dissipating means.

Quindi il vapore si raffredda e ritorna allo stato liquido. Then the vapor cools and returns to the liquid state.

Il liquido viene quindi riassorbito dal materiale imbibitile 10, e sfruttandone le capillarità viene nuovamente a contatto dei circuiti integrati 1. The liquid is then reabsorbed by the imbibitile material 10, and by exploiting its capillarity it comes into contact again with the integrated circuits 1.

In tal modo, sostanzialmente viene sfruttato il principio che le miscele bifase sono isoterme ed i materiali sono quindi scelti a seconda delle dimensioni del dispositivo elettronico tridimensionale 9 stesso e di conseguenza a seconda della quantità di calore da dissipare . In this way, the principle that two-phase mixtures are isothermal is substantially exploited and the materials are therefore chosen according to the dimensions of the three-dimensional electronic device 9 itself and consequently according to the amount of heat to be dissipated.

Da quanto sopra descritto è evidente come sia possibile ottenere una rapida ed efficiente dissipazione del calore prodotto da circuiti elettronici all'interno di dispositivi elettronici tridimensionali combinando in modo opportuno un solvente non polare assorbito su un materiale imbibibile in modo analogo a quanto precedentemente descritto. From what has been described above it is evident how it is possible to obtain a rapid and efficient dissipation of the heat produced by electronic circuits inside three-dimensional electronic devices by suitably combining a non-polar solvent absorbed on an imbibible material in a similar way to that described above.

Il dispositivo elettronico tridimensionale 9 presenta i seguenti vantaggi. The three-dimensional electronic device 9 has the following advantages.

In primo luogo, il processo di fabbricazione del dispositivo elettronico tridimensionale 9, grazie all'aumentata capacità di disperdere il calore, permette di miniaturizzare ulteriormente ì circuiti elettronici contenuti nel dispositivo elettronico tridimensionale 9 stesso. In the first place, the manufacturing process of the three-dimensional electronic device 9, thanks to the increased ability to disperse heat, allows the electronic circuits contained in the three-dimensional electronic device 9 to be further miniaturized.

In secondo luogo, una migliore dissipazione del calore prodotti dai circuiti consente di diminuire il numero di rotture anche dei dispositivi elettronici tridimensionali tradizionali, consentendone un funzionamento in condizioni ottimali. Secondly, a better dissipation of the heat produced by the circuits makes it possible to reduce the number of breaks even in traditional three-dimensional electronic devices, allowing them to operate in optimal conditions.

Risulta infine evidente che al dispositivo elettronico tridimensionale descritto possono essere apportate modifiche e varianti, senza uscire dall'ambito della presente invenzione. Finally, it is evident that modifications and variations can be made to the three-dimensional electronic device described, without departing from the scope of the present invention.

In particolare, è possibile che i mezzi di dissipazione del calore non siano costituiti dalle pareti del contenitore 7, ma bensì siano esterni al contenitore 7 stesso. In particular, it is possible that the heat dissipation means do not consist of the walls of the container 7, but rather are external to the container 7 itself.

Inoltre, la presente invenzione può essere utilizzata per la dissipazione del calore in qualsiasi tipo di dispositivo elettronico anche non di tipo tridimensionale, ossia del tipo comprendente anche un solo circuito elettronico. Furthermore, the present invention can be used for heat dissipation in any type of electronic device, even if not of the three-dimensional type, ie of the type also comprising a single electronic circuit.

Claims (13)

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Dispositivo elettronico (1) comprendente almeno un circuito elettronico (1), mezzi di dissipazione del calore (7) prodotto da detto circuito elettronico (1) e mezzi di trasferimento del calore (10) dal circuito (1) a detti mezzi di dissipazione di calore (7), caratterizzato dal fatto che detti mezzi di trasferimento del calore (10) comprendono un materiale imbibibile (10) ed una miscela bifase costituita da un liquido in presenza del proprio vapore. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Electronic device (1) comprising at least one electronic circuit (1), means for dissipating the heat produced by said electronic circuit (1) and means for transferring heat (10) from the circuit (1) to said means of heat dissipation (7), characterized in that said heat transfer means (10) comprise an impregnable material (10) and a two-phase mixture consisting of a liquid in the presence of its own vapor. 2. Dispositivo elettronico tridimensionale secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto materiale imbibibile (10) comprende fibre. 2. Three-dimensional electronic device according to claim 1, characterized in that said impregnable material (10) comprises fibers. 3. Dispositivo elettronico tridimensionale secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto materiale imbibibile (10) è di fibra vegetali. 3. Three-dimensional electronic device according to claim 2, characterized in that said impregnable material (10) is of vegetable fiber. 4. Dispositivo elettronico tridimensionale secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto materiale imbibibile (10) è cotone. 4. Three-dimensional electronic device according to claim 2, characterized in that said impregnable material (10) is cotton. 5. Dispositivo elettronico tridimensionale secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto materiale imbibibile (10) è lana di roccia o lana di vetro. 5. Three-dimensional electronic device according to claim 1, characterized in that said impregnable material (10) is rock wool or glass wool. 6. Dispositivo elettronico tridimensionale secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che miscela bifase è un idrocarburo o una miscela di idrocarburi. 6. Three-dimensional electronic device according to claim 5, characterized in that the two-phase mixture is a hydrocarbon or a mixture of hydrocarbons. 7. Dispositivo elettronico tridimensionale secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto idrocarburo o detta miscela di idrocarburi bollono ad una temperatura compresa tra 50° C e 100° C. 7. Three-dimensional electronic device according to claim 6, characterized in that said hydrocarbon or said mixture of hydrocarbons boils at a temperature between 50 ° C and 100 ° C. 8. Dispositivo elettronico tridimensionale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto contenitore (7) è ermetico . 8. Three-dimensional electronic device according to any one of the preceding claims, characterized in that said container (7) is hermetic. 9. Dispositivo elettronico tridimensionale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto circuito elettronico (1) è un circuito integrato. 9. Three-dimensional electronic device according to any one of the preceding claims, characterized in that said electronic circuit (1) is an integrated circuit. 10. Dispositivo elettronico tridimensionale secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un secondo circuito elettronico (1) e dal fatto che detto primo e detto secondo circuito (1) sono disposti fra loro impilati e spaziati all'interno di un contenitore (7). 10. Three-dimensional electronic device according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a second electronic circuit (1) and in that said first and said second circuits (1) are arranged stacked and spaced apart inside a container (7). 11. Processo di fabbricazione di un dispositivo elettronico comprendente almeno un primo circuito elettronico (1); detto processo comprendendo le fasi di disporre mezzi di trasferimento del calore a mezzi di dissipazione del calore dal fatto che detti mezzi di trasferimento del calore comprendono una miscela bifasica . 11. Manufacturing process of an electronic device comprising at least one first electronic circuit (1); said process comprising the steps of arranging heat transfer means to heat dissipation means in that said heat transfer means comprise a biphasic mixture. 12. Processo di fabbricazione di un dispositivo elettronico (1) secondo la rivendicazione 11, detto dispositivo comprendendo almeno un secondo circuito elettronico (1) disposto impilato a detto primo circuito elettronico (1) e spaziato all'interno di un contenitore (7), detto procedimento essendo caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: impilare detto primo e detto secondo circuito elettronico (1) e dal fatto che detta fase di disporre mezzi di trasferimento del calore comprende la fase di disporre un materiale imbibìbile (10) durante detta fase di impilare un primo ed un secondo circuito elettronico (1) ed è seguita dalla fase di imbibire detto materiale imbibìbile (10). 12. Process for manufacturing an electronic device (1) according to claim 11, said device comprising at least one second electronic circuit (1) arranged stacked to said first electronic circuit (1) and spaced within a container (7), said process being characterized in that it comprises the steps of: stacking said first and said second electronic circuit (1) and in that said step of arranging heat transfer means comprises the step of arranging an impregnable material (10) during said step of stacking a first and a second electronic circuit (1) and is followed by the step of soaking said impregnable material (10). 13. Dispositivo elettronico tridimensionale e relativo processo di fabbricazione, sostanzialmente come descritto con riferimento alle figure annesse. 13. Three-dimensional electronic device and related manufacturing process, substantially as described with reference to the attached figures.
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