WO1998000869A1 - Anordnung zur wärmeableitung bei chipmodulen auf mehrschicht-keramikträgern, insbesondere multichipmodule - Google Patents

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Annette Seibold
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Definitions

  • the invention is based on an arrangement for heat dissipation in chip modules, on multilayer ceramic carriers, in particular
  • Multichip modules the genus defined in the preamble of claim 1.
  • thermal passages are a regular arrangement of holes, hole arrays, which are punched in all circuit layers and filled with silver paste.
  • the heat dissipation from the power ICs through the thermal passages to the metallic base plate, which is arranged under the multilayer ceramic carrier is not very effective.
  • the passages punched through all the circuit layers consume a lot of space that is lost for other conductor tracks on the corresponding circuit layers. This reduces the circuit density.
  • TCM thermal conductive module
  • heat pipe structures are devices which serve to dissipate quantities of heat from one place of production to another. With an appropriate design, their effective heat transfer is 10 times higher than that of the best metallic heat conductors. A good description of their effect is given, for example, by Y. Eastman in Scientific American, 5/68, pages 38-46.
  • the principle of the heat pipes can be described as follows: a suitable liquid with high latent heat of vaporization evaporates in the hot area of the arrangement. The pressure created during evaporation drives the steam to the cold part of the arrangement. There the steam condenses into the liquid phase and releases the transported heat. The liquid condensate is returned to the evaporation point. This creates a cycle.
  • the arrangement according to the invention for heat dissipation in chip modules with the characterizing features of claim 1 has the advantage over the known arrangements that the principle of Heat pipes in miniaturized form for the effective cooling of power I s, which are applied to relatively poorly conductive multilayer ceramic substrates, in particular glass ceramic multilayer circuits.
  • the heat is dissipated to the metallic heat sink much more effectively, whereby
  • the multilayer ceramic carrier is applied to a metal heat sink, in the uppermost layer of the multilayer ceramic carrier in the area of the chip to be applied, thermal passages, in particular in the form of a hole pattern or array, are provided in the the next layer of the multilayer ceramic carrier located underneath is provided in the area of the chip to be applied a cavity which acts as an evaporation space, in the metallic heat sink in the region of the chip to be applied a trough-like recess which acts as a condenser is provided, and the layers of the multilayer ceramic carrier which are located between the evaporation space and the condenser, in the area of these spaces are provided with a large number of large-area steam channels and small-area condensate channels which act as capillaries and which connect the two rooms to one another.
  • each trough-shaped recess provided as a condenser in the multilayer ceramic carrier is provided with a closable filling opening for filling in a heat-conducting medium.
  • the large-area steam channels and the small-area condensate channels are designed as straight channels between the associated layers of the multilayer ceramic carrier.
  • the small-area condensate channels are at least partially designed as angled channels, at least some of which are in the plane of one or several layers of the multilayer ceramic carrier.
  • the part of the condensate channels running in the plane of one or more layers can be produced in various ways. Thus, they can be produced by printing, the corresponding parts of the channels being printed with carbon paste, which is later burned out to produce the partial channels, or they can be punched out or milled out or by embossing the parts of the channels in the unfired ceramic material, in particular the ceramic tape , getting produced.
  • the large-area steam channels have a diameter of approximately 1.5 mm and the small-area condensate channels have a diameter of approximately 0.1 mm.
  • the small-area condensate channels are filled with porous ceramic powder or with metallic frits that do not sinter at the firing temperatures used.
  • the large-area steam channels in the area of the condenser space provided in the metallic heat sink can have a diameter or a passage area that is smaller than the passage area provided in more distant layers of the multilayer ceramic carrier of the steam channel.
  • a liquid with the highest possible evaporation heat at a suitable evaporation temperature and with a high surface tension and wetting angle for the capillaries is provided as the heat-conducting working fluid, in particular alcohols and hydrocarbons.
  • the invention provides that the individual chip or chips can be attached to the multilayer ceramic carrier by means of a suitable, heat-conducting adhesive, and / or that the multilayer ceramic carrier is attached by means of a suitable, heat-conducting adhesive the metallic heat sink is attachable.
  • the invention is explained in more detail in the following description with reference to an embodiment shown in the drawing.
  • the single figure shows schematically in a sectional view in the xy-plane a section from one Multi-layer ceramic carrier, which is applied to a metal heat sink and on which a chip or a power IC is mounted.
  • the invention is shown schematically in a sectional view through an arrangement of a metallic heat sink 1, a multilayer ceramic carrier 2 and a chip 3 mounted thereon.
  • the representation is not necessarily to scale.
  • the dimensions in the x-direction are approximately 10 times enlarged and the dimensions in the y-direction are approximately 40 times enlarged in order to show the features essential to the invention in a clearly recognizable manner.
  • the electrical connections of the chip 3 to the circuit via bonding wires and also the electrical paths within the individual layers of the multilayer ceramic carrier 2 are not shown.
  • the multilayer ceramic carrier 2 which consists of seven layers or layers L1 to L7 in the example shown, is attached to the metal heat sink 1 by means of an adhesive layer 4.
  • the or adhesives used for adhesive layers 4 and 5 are thermally conductive.
  • thermal passages 6 are provided in the area of the chip 3 to be applied, for example in its flat size.
  • These passages 6 can be referred to as thermal vias and are for example by punching out the Layer 1 in the form of a regular hole pattern, a hole array. After punching or drilling these holes serving as passages 6, they are filled with silver paste, for example, for better heat conduction.
  • the bores or passages 6 can have a diameter of approximately 0.2 mm and an equally large space.
  • a cavity 7 is provided in the next layer L2 of the multilayer ceramic carrier 2 located underneath. This cavity 7 is larger in size than the one above it
  • Lace pattern It is preferably also larger than the chip 3 to be mounted. This is shown in the figure.
  • the cavity 7 can be easily formed by punching out the layer L2 in the necessary size. The cavity 7 forms an evaporation space below the chip 3 and thus very close to the heat source.
  • the metallic heat sink 1 is provided in the region of the chip 3 to be applied with a trough-like recess 8 on the side facing the multilayer ceramic carrier 2.
  • this cutout 8 corresponds approximately to that of the associated chip 3 to be arranged above it.
  • These steam channels DKl - DKn and these condensate channels KKO - KKn are arranged in the area of rooms 7 and 8 and connect these two rooms with each other.
  • the large-area steam channels DK1-DKn with a diameter of approximately 1.5 mm are shown, and the small-area condensate channels KKO-KKn with a diameter of approximately 0.1 mm.
  • the trough-like recess 8 in the heat sink 1 which can be produced by milling, is provided with a filling opening 9 which can be closed by a screw 10.
  • a filling opening 9 which is arranged on the side of the heat sink 1 opposite the recess 8, the heat-conducting medium, the evaporating and again condensing, becomes after mounting the chip 3
  • thermoelectric working fluid filled After the filling opening 9 has been closed by the screw 10, operation can be started.
  • a liquid with the highest possible heat of vaporization at a suitable vaporization temperature and which is provided with a high surface tension and wetting angle for the capillaries is advantageously used as the heat-conducting working fluid.
  • these can be alcohols and hydrocarbons.
  • both the large-area steam channels DK1-DKn and the small-area condensate channels KKO-KKn are designed as straight channels between the associated layers or layers L3 and L7 of the multilayer ceramic carrier 2.
  • the steam channels DK1-DKn in the lowest layer L7 with a smaller diameter than in the other layers L6-L3 in order to provide one to prevent direct evaporation of condensate.
  • a combination of straight and angled condensate channels is also possible. This makes a particularly flexible adjustment option possible
  • the capillary channels which are partially constructed in a layered layer, can be produced by printing according to a possible embodiment.
  • the channels are printed with carbon paste, which is later burned out to create the channels.
  • Other production options are punching out, milling out the channels.
  • a particularly useful possibility is to emboss the channels in the unfired ceramic material, in particular the ceramic tape.
  • the bores KKO-KKn serving as capillary channels, the condensate channels, can also be filled with suitable material instead of being empty.
  • porous ceramic powder or non-sintering metallic frits can be used at the firing temperatures of approx. 900 ° C.
  • the diameter of the small-area condensate channels KKO-KKn can thus be made larger and the suction quantity of the condensate can thus be increased.
  • the arrangement for heat dissipation shown in the figure for a chip 3 is particularly advantageous if a plurality of chips 3 are mounted on one and the same multilayer ceramic carrier 2 and this in turn is mounted on a heat sink 1. Then the circuit density and effectiveness of heat dissipation gained are particularly advantageous.
  • the miniaturized heat pipe structure created according to the invention thus allows a significantly greater circuit density and flexibility in the design of the circuit with increased heat dissipation.
  • the arrangement designed according to the invention ensures an effective heat-dissipating circuit which, in a miniaturized version, can transport a lot of energy per unit of time with short distances.

Abstract

Es wird eine Anordnung zur Wärmeableitung bei Chipmodulen auf Mehrschicht-Keramikträgern, insbesondere Multichipmodule, beschrieben, wobei im Keramikträger Durchlässe für ein wärmeleitendes Medium vorgesehen sind. Der Mehrschicht-Keramikträger (2) ist auf einem metallischen Kühlkörper (1) aufgebracht. In der obersten Lage (L1) des Mehrschicht-Keramikträgers sind im Bereich des aufzubringenden Chips (3) thermische Durchlässe (6), insbesondere in Form eines Lochmusters oder Arrays vorgesehen. In der darunter befindlichen nächsten Lage (L2) des Mehrschicht-Keramikträgers ist im Bereich des aufzubringenden Chips ein als Verdampfungsraum wirkender Hohlraum (7) vorgesehen und im metallischen Kühlkörper (1) ist im Bereich des aufzubringenden Chips eine wannenähnliche Aussparung (8), die als Kondensor wirkt, vorgesehen. Die Lagen (L3 - L7) des Mehrschicht-Keramikträgers, die zwischen dem Verdampfungsraum (7) und dem Kondensor (8) liegen, sind im Bereich dieser Räume mit einer ganzen Anzahl von großflächigen Dampfkanälen (DK1 - DKn) und kleinflächigen, als Kapillaren wirkenden Kondensatkanälen (KK0 - KKn) versehen, welche die beiden Räume miteinander verbinden. Diese Anordnung bildet eine Heatpipe-Struktur in miniaturisierter Form, die auf kurzen Wegen viel Energie pro Zeiteinheit transportieren kann.

Description

Anordnung zur Wärmeableitung bei Chipmodulen auf Mehrschi ehr* Keramikträσern. insb sondere Multichip odule
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zur Wärmeableitung bei Chipmodulen, auf Mehrschicht-Keramikträgern,, insbesondere
Multichipmodulen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Bei einer bekannten Anordnung zur Wärmeableitung bei Modulen, bei denen ein oder mehrere Chips auf einem Mehrschicht-Keramikträger angeordnet sind, wird das oder werden die Chips, insbesondere der oder die Leistungs-IC ε , auf sogenannten „Thermal vias", thermischen Durchlässen, angeordnet. Diese thermischen Durchlässe sind eine regelmäßige Anordnung von Löchern, Locharrays, die in allen Schaltungslagen gestanzt sind und mit Silberpaste gefüllt werden. Die Wärmeabfuhr von den Leistungs-IC s durch die thermischen Durchlässe hindurch zu der metallischen Grundplatte, die unter dem Mehrschicht-Keramikträger angeordnet ist, ist nicht sehr effektiv. Durch die durch alle Schaltungslagen hindurch gestanzten Durchlässe wird viel Fläche verbraucht, die für andere Leitungsbahnen auf den entsprechenden Schaltungslagen verloren ist. Dadurch nimmt die Schaltungsdichte ab.
Die von der Firma IBM entwickelte, bekannte technische Lösung der thermisch leitenden Module, TCM (thermal conductive moduls), führt die Wärmeleistung der IC's sehr effektiv senkrecht nach oben vom Substrat ab. Diese Lösung ist für viele Anwendungen jedoch zu aufwendig.
Generell sei angemerkt, daß Heatpipe-Strukturen Vorrichtungen sind, die zur Abfuhr von Wärmemengen dienen, von einem Ort der Erzeugung zu einem anderen. Bei entsprechender Auslegung ist ihr effektiver Wärmetransport um 10er Faktoren höher als der von besten metallischen Wärmeleitern. Eine gute Beschreibung ihrer Wirkung wird beispielsweise von Y. Eastman in Scientific American, 5/68, Seite 38 - 46, gegeben.
Das Prinzip der heatpipes läßt sich wie folgt beschreiben: am heißen Bereich der Anordnung verdampft eine geeignete Flüssigkeit mit hoher latenter Verdampfungswärme. Der bei der Verdampfung entstehende Druck treibt den Dampf zum kalten Teil der Anordnung. Dort kondensiert der Dampf in die flüssige Phase und gibt die transportierte Wärme wieder ab. Das flüssige Kondensat wird wieder zur Verdampfungsstelle zurückgeführt. Damit ist ein Kreislauf aufgebaut .
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Wärmeableitung bei Chipmodulen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat gegenüber den bekannten Anordnungen den Vorteil, daß das Prinzip der heatpipes in miniaturisierter Form zur effektiven Kühlung von Leistungs-I s , die auf relativ schlecht leitenden Mehrschicht- Keramikträgern, insbesondere Glaskeramik-Mehrlagenschaltungen, aufgebracht sind, angewandt wird. Die Wärme wird wesentlich effektiver zur metallischen Wärmesenke abgeführt, wobei
Schaltungsdichte und Schaltungsflexibilität erhalten bleiben, da der notwendige Flächenverbrauch minimiert ist.
Gemäß der Erfindung wird dies prinzipiell dadurch erreicht, daß der Mehrschicht-Keramikträger auf einem metallischen Kühlkörper aufgebracht ist, in der obersten Lage des Mehrschicht- Kera ikträgers im Bereich des aufzubringenden Chips thermische Durchlässe, insbesondere in Form eines Lochmusters oder Arrays vorgesehen sind, in der darunter befindlichen nächsten Lage des Mehrschicht-Keramikträgers im Bereich des aufzubringenden Chips ein als Verdampfungsraum wirkender Hohlraum vorgesehen ist, im metallischen Kühlkörper im Bereich des aufzubringenden Chips eine wannenähnliche Aussparung, die als Kondensor wirkt, vorgesehen ist, und die Lagen des Mehrschicht-Keramikträgers, die zwischen dem Verdampf ngsraum und dem Kondensor liegen, im Bereich dieser Räume mit einer ganzen Anzahl von großflächigen Dampfkanälen und kleinflächigen, als Kapillaren wirkenden Kondensatkanälen versehen sind, welche die beiden Räume miteinander verbinden.
Durch die in den weiteren Ansprüchen niedergelegten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Anordnung zur Wärmeableitung möglich.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind auf dem Mehrschicht-Keramikträger eine Vielzahl von Chips,' insbesondere erhebliche Verlustwärme erzeugende Leistungs-ICs, aufbringbar. Gemäß einer weiteren vorteilhaf en Ausgestaltung der Erfindung ist jede in dem Mehrschicht-Keramikträger vorgesehene als Kondensor wirkende wannenförmige Ausnehmung mit einer verschließbaren Füllöffnung zum Einfüllen eines Wärme leitenden Mediums versehen.
Entsprechend einer besonders vorteilhaften und einfach herzustellenden Ausfuhrungsform der Erfindung sind die großflächigen Dampfkanäle und die kleinflächigen Kondensatkanäle als gerade Kanäle zwischen den zugehörigen Schichten des Mehrschicht-Keramikträgers ausgeführt.
Gemäß einer zu dieser Ausfuhrungsform alternativen Gestaltungsform der Erfindung, die bei manchen Anwendungen insbesondere im Hinblick auf den Flächenbedarf sowie die Anordnung von Leitungen interessant ist, sind die kleinflächigen Kondensatkanäle zumindest zum Teil als abgewinkelte Kanäle ausgebildet, von denen zumindest ein Teilbereich in der Ebene einer oder mehrerer Lagen des Mehrschicht-Keramikträgers verläuft. Die in der Ebene einer oder mehrerer Lagen verlaufenden Teil der Kondensatkanäle können auf verschiedene Weise hergestellt werden. So können sie durch Drucken hergestellt werden, wobei die entsprechenden Teile der Kanäle mit Kohlepaste gedruckt werden, welche später zur Erzeugung der Teilkanäle ausgebrannt wird, oder sie können durch Ausstanzen oder Ausfräsen oder durch Prägen der Teile der Kanäle in dem ungebrannten Keramikmaterial, insbesondere dem Keramiktape, hergestellt werden.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung weisen die großflächigen Dampf anäle einen Durchmesser von ca. 1,5 mm und die kleinflächigen Kondensatkanäle einen Durchmesser von ca. 0 , 1 mm auf . In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung, die zur Verbesserung der Kondensatleitung beitragen kann, sind die kleinflächigen Kondensatkanäle mit porösem Keramikpulver oder mit bei den verwendeten Brenntemperaturen nicht sinternden metallischen Fritten gefüllt.
Um direktes Verdampfen des Kondensats zu verhindern, können gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die großflächigen Dampfkanäle im Bereich des im metallischen Kühlkörper vorgesehenen Kondensorraums einen Durchmesser bzw. eine Durchlaßfläche aufweisen, die geringer ist als die in weiter entfernten Schichten des Mehrschicht-Keramikträgers vorgesehene Durchlaßfläche des Dampfkanals.
In zweckmäßiger Ausführung der Erfindung ist als Wärme leitende Arbeitsflüssigkeit eine Flüssigkeit mit möglichst hoher Verdampfungswärme bei geeigneter Verdampfungstemperatur, sowie mit hoher Oberflächenspannung und Benetzungswinkel für die Kapillaren, vorgesehen, insbesondere Alkohole und Kohlenwasserstoffe.
Bei der Erfindung ist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehen, daß der oder die einzelnen Chips durch einen geeigneten, Wärme leitenden Klebstoff auf dem Mehrschicht- Keramikträger befestigbar ist bzw. sind, und/oder daß der Mehrschicht-Keramikträger durch einen geeigneten, Wärme leitenden Klebstoff auf dem metallischen Kühlkörper befestigbar ist.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch in einem Schnittbild in der x-y-Ebene einen Ausschnitt aus einem Mehrschicht-Keramikträger, der auf einem metallischen Kühlkörper aufgebracht ist, und auf den selbst ein Chip bzw. ein Leistungs-IC montiert ist.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der Figur ist in einem Schnittbild durch eine Anordnung von einem metallischem Kühlkörper l, einem Mehrschicht -Keramikträger 2 und einem darauf montiertem Chip 3 die Erfindung schematisch dargestellt. Die Darstellung ist nicht unbedingt maßstabsgerecht. So sind die Dimensionen in x-Richtung etwa 10 -fach und die Dimensionen in y-Richtung etwa 40-fach vergrößert dargestellt, um die erfindungswesentlichen Merkmale gut erkennbar zu zeigen. Weiterhin sind die elektrischen Verbindungen des Chips 3 mit der Schaltung über Bonddrähte sowie auch die elektrischen Bahnen innerhalb der einzelnen Lagen des Mehrschicht-Keramikträgers 2 nicht dargestellt.
Der im dargestellten Beispiel aus sieben Lagen bzw. Schichten Ll bis L7 bestehende Mehrschicht -Keramikträger 2 ist mittels einer Kleblage 4 auf dem metallischen Kühlkörper 1 befestigt. Der Chip 3, der einen Leistungs-IC, eine relativ viel Verlustwärme erzeugende integrierte Schaltung darstellt, und dessen erzeugte Verlustwärme abzuleiten ist, ist ebenfalls mittels einer Klebschicht 5 befestigt, und zwar auf der obersten Lage Ll des Mehrschicht-Keramikträgers 2. Der oder die für die klebenden Schichten 4 und 5 verwendeten Klebstoffe sind wärmeleitend.
In der obersten Lage Ll des Mehrschicht-Keramikträgers 2 sind im Bereich des aufzubringenden Chips 3, etwa in dessen flächiger Größenausdehnung, eine Reihe von thermischen Durchlässen 6 vorgesehen. Diese Durchlässe 6 können als thermische Vias bezeichnet werden und sind beispielsweise durch Ausstanzen der Lage l in Form eines regelmäßigen Lochmusters, eines Locharrays, herzustellen. Nach dem Stanzen oder Bohren dieser als Durchlässe 6 dienenden Bohrungen werden sie zur besseren Wärmeleitung beispielsweise mit Silberpaste gefüllt. Die Bohrungen bzw. Durchlässe 6 können einen Durchmesser von ca. 0,2 mm und einen gleich großen Zwischenraum haben.
In der darunter befindlichen nächsten Lage L2 des Mehrschicht- Keramikträgers 2 ist ein Hohlraum 7 vorgesehen. Dieser Hohlraum 7 ist ausdehnungsmäßig größer als das darüber befindliche
Lochmuster. Vorzugsweise ist es auch größer als der zu montierende Chip 3. Dies ist in der Figur dargestellt. Der Hohlraum 7 kann durch Ausstanzen der Lage L2 in der notwendigen Größe auf einfache Weise gebildet werden. Der Hohlraum 7 bildet unterhalb des Chips 3 und somit sehr nahe an der Wärmequelle, einen Verdampfungsraum.
Dieser Verdampfungsraum steht durch die Vielzahl von Durchlässen 6 in intensiver Wärmekopplung mit dem Chip 3.
Der metallische Kühlkörper 1 ist erfindungsgemäß im Bereich des aufzubringenden Chips 3 mit einer wannenähnlichen Aussparung 8 an der dem Mehrschicht -Keramikträger 2 zugewandten Seite versehen.
Die flächenmäßige Ausdehnung dieser Aussparung 8 entspricht in etwa derjenigen des zugehörigen, darüber anzuordnenden Chips 3.
Sie kann auch, wie in der Figur dargestellt, geringfügig größer sein. Die wannenähnliche Aussparung 8 im metallischen Kühlkörper bildet den Kondensor. In diesem Raum wird aus der verdampften
Arbeitsflüssigkeit wieder die flüssige Arbeitsflüssigkeit .
In denjenigen Lagen, im in der Figur dargestellten Beispiel sind dies die Lagen L3 - L7, des Mehrschicht-Keramikträgers 2, die zwischen dem den Verdampfungsraum bildenden Hohlraum 7 in Lage L2 und der den Kondensor bildenden wannenähnliche Aussparung 8 im Kühlkörper 1 liegen, sind gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung eine Anzahl von großflächigen Dampfkanälen DKl - DKn und kleinflächigen, als Kapillaren wirkende Kondensatkanäle KKO - KKn angebracht . Diese Dampfkanäle DKl - DKn und diese Kondensatkanäle KKO - KKn sind im Bereich der Räume 7 und 8 angeordnet und verbinden diese beiden Räume miteinander. In dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel sind die großflächigen Dampfkanäle DKl - DKn mit einem Durchmesser von etwa 1,5 mm gezeigt, und die kleinflächigen Kondensatkanäle KKO - KKn mit einem Durchmesser von ca. 0,1 mm.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die wannenähnliche Ausnehmung 8 im Kühlkörper 1, die durch Ausfrasen hergestellt werden kann, mit einer Füllöffnung 9 versehen, die durch eine Schraube 10 verschließbar ist. Durch diese Füllöffnung 9, die auf der der Ausnehmung 8 gegenüberliegenden Seite des Kühlkörpers 1 angeordnet ist, wird nach Montage des Chips 3 das wärmeleitende Medium, die verdampfende und wieder kondensierende
Arbeitsflüssigkeit eingefüllt. Nach Verschließen der Füllöffnung 9 durch die Schraube 10 kann der Betrieb aufgenommen werden. Als Wärme leitende Arbeitsflüssigkeit wird in vorteilhafter Weise eine Flüssigkeit mit möglichst hoher Verdampfungswärme bei geeigneter Verdampfungstemperatur verwendet, die mit hoher Oberflächenspannung und Benetzungswinkel für die Kapillaren versehen ist. Dies können insbesondere Alkohole und Kohlenwasserstoffe sein.
Im in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl die großflächigen Dampfkanäle DKl - DKn als auch die kleinflächigen Kondensatkanäle KKO - KKn als gerade Kanäle zwischen den zugehörigen Schichten bzw. Lagen L3 und L7 des Mehrschicht- Keramikträgers 2 ausgeführt. Alternativ dazu ist es möglich, die Dampfkanäle DKl - DKn in der untersten Lage L7 mit kleinerem Durchmesser als in den anderen Lagen L6 - L3 zu versehen, um eine direkte Verdampfung von Kondensat zu verhindern. Es ist auch möglich, zumindest einige der kleinflächigen Kondensatkanäle KKO - KKn statt als gerade Kanäle zumindest in Teilbereichen davon abweichend mit horizontalen Strecken, die in der Ebene von Schichten, d. h. innerhalb von Lagen des Mehrschicht- Keramikträgers 2 verlaufen, zu versehen. Diese das Kondensat zu dem Verdampfungsraum führende Kapillarkanäle werden dann teilweise in der Schichtlage ausgeführt. Auch eine Kombination von geraden und abgewinkelten Kondensatkanälen ist möglich. Dadurch ist eine besonders flexible Anpassungsmöglichkeit an
Schaltungεnotwendigkeiten und Platzverhältnisse in einzelnen oder mehreren Lagen eröffnet .
Die Kapillarkanäle, die teilweise in einer Schichtlage ausgeführt sind, können nach einer möglichen Ausfuhrungsform durch Drucken hergestellt werden. Dabei werden die Kanäle mit Kohlepaste gedruckt, welche später zur Erzeugung der Kanäle ausgebrannt wird. Andere Möglichkeiten der Herstellung bestehen im Ausstanzen, im Ausfräsen der Kanäle. Eine besonders zweckmäßige Möglichkeit besteht im Prägen der Kanäle in dem ungebrannten Keramikmaterial, insbesondere dem Keramiktape.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung können die als Kapillarkanäle dienenden Bohrungen KKO - KKn, die Kondensatkanäle, statt leer zu sein auch mit geeignetem Material gefüllt sein.
Beispielsweise kann poröses Keramikpulver oder bei den verwendeten Brenntemperaturen von ca. 900°C nicht sinternde metallische Fritten eingesetzt werden. Dadurch wird der besondere Vorteil erzielt, daß die Kapillarkräfte beeinflußt werden können. Es kann somit der Durchmesser der kleinflächigen Kondensatkanäle KKO - KKn größer gestaltet und damit die Durchsaugmenge des Kondensats erhöht werden. Die in der Figur für ein Chip 3 dargestellte Anordnung zur Wärmeableitung ist dann von besonderem Vorteil, wenn mehrere Chips 3 auf ein und demselben Mehrschicht-Keramikträger 2 und dieser wiederum auf einem Kühlkörper l montiert sind. Dann besonders ist die gewonnene Schaltungsdichte und Effektivität der Wärmeableitung von enormem Vorteil. Die erfindungsgemäß geschaffene miniaturisierte Heatpipe-Struktur erlaubt also bei erhöhter Wärmeabfuhr eine wesentlich größere Schaltungsdichte und Flexibilität in der Gestaltung der Schaltung. Die erfindungsgemäß gestaltete Anordnung stellt einen effektiven Wärme ableitenden Kreislauf sicher, welcher in miniaturisierter Ausführung bei kurzen Wegen viel Energie pro Zeiteinheit transportieren kann.

Claims

Ansprüche
l. Anordnung zur Wärmeableitung bei Chipmodulen auf Mehrschicht- Keramikträgern, insbesondere Multichipmodule, wobei im Keramikträger Durchlässe für ein Wärme leitendes Medium vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrschicht-Keramikträger (2) auf einem metallischen Kühlkörper (1) aufgebracht ist, daß in der obersten Lage (Ll) des Mehrschicht-Keramikträgers (2) im Bereich des aufzubringenden Chips (3) thermische Durchlässe (6) , insbesondere in Form eines Lochmusters oder Arrays vorgesehen sind, daß in der darunter befindlichen nächsten Lage (L2) des Mehrschicht-Keramikträgers (2) im Bereich des aufzubringenden Chips (3) ein als Verdampfungsraum wirkender Hohlraum (7) vorgesehen ist, daß im metallischen Kühlkörper (1) im Bereich des aufzubringenden Chips (3) eine wannenähnliche Aussparung (8) , die als Kondensor wirkt, vorgesehen ist, daß die Lagen (L3 - L7) des Mehrschicht-Keramikträgers (2) , die zwischen dem Verdampfungsraum (7) und dem Kondensor (8) liegen, im Bereich dieser Räume mit einer ganzen Anzahl von großflächigen Dampfkanälen (DKl - DKn) und kleinflächigen, als Kapillaren wirkenden Kondensatkanälen (KKO - KKn) versehen sind, welche die beiden Räume miteinander verbinden.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Mehrschicht-Keramikträger (2) eine Vielzahl von Chips (3), insbesondere erhebliche Verlustwärme erzeugende Leistungs-ICs, aufbringbar sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede in dem Mehrschicht-Keramikträger (2) vorgesehene als Kondensor wirkende wannenförmige Ausnehmung (8) mit einer verschließbaren Füllόffnung (9, 10) zum Einfüllen eines Wärme leitenden Mediums versehen ist .
4. Anordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die großflächigen Dampfkanäle (DKl - DKn) und die kleinflächigen Kondensatkanäle (KKO - KKn) als gerade Kanäle zwischen den zugehörigen Sqhichten (L3 - L7) des Mehrschicht-Keramikträgers (2) ausgeführt sind.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3 , dadurch gekennzeichnet, daß von den kleinflächigen Kondensatkanälen (KKO - KKn) zumindest einige als abgewinkelte Kanäle ausgebildet sind, von denen zumindest ein Teilbereich in der Ebene einer oder mehrerer Lagen (L3 - L7) des Mehrschicht- Keramikträgers (2) verläuft.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Ebene einer Lage verlaufenden Teile der Kondensatkanäle (KKO - KKn) durch Drucken hergestellt werden, wobei die entsprechenden Teile der Kanäle mit Kohlepaste gedruckt werden, welche später zur Erzeugung der Teilkanäle ausgebrannt wird, oder durch Ausstanzen oder Ausfräsen oder durch Prägen der Teile der Kanäle in dem ungebrannten Keramikmaterial, insbesondere dem Keramiktape.
7. Anordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die großflächigen Dampfkanäle (DKl - DKn) einen Durchmesser von ca. 1,5 mm und die kleinflächigen Kondensatkanäle (KKO - KKn) einen Durchmesser von ca. 0,1 mm aufweisen.
8. Anordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinflächigen Kondensatkanäle (KKO - KKn) mit porösem Keramikpulver oder mit bei den verwendeten Brenntemperaturen nicht sinternden metallischen Fritten gefüllt sind.
9. Anordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die großflächigen Dampfkanäle (DKl - DKn) im Bereich des im metallischen Kühlkörpers (1) vorgesehenen Kondensorraums (8) einen Durchmesser bzw. eine Durchlaßfläche aufweisen, die geringer ist als die in weiter entfernten Schichten (L6 - L3) des Mehrschicht-Keramikträgers (2) vorgesehene Durchlaßfläche des Dampfkanals .
10. Anordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärme leitende Arbeitsflüssigkeit eine Flüssigkeit mit möglichst hoher Verdampfungswärme bei geeigneter Verdampfungstemperatur, sowie mit hoher
Oberflächenspannung und Benetzungswinkel für die Kapillaren, vorgesehen ist, insbesondere Alkohole und Kohlenwasserstoffe. ll. Anordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die einzelnen Chips (3) durch einen geeigneten Wärme leitenden Klebstoff (5) auf dem Mehrschicht-Keramikträger (2) befestigbar ist und/oder daß der Mehrschicht-Keramikträger (2) durch einen geeigneten Wärme leitenden Klebstoff (4) auf dem metallischen Kühlkörper (1) befestigbar ist.
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