DE4410467C2 - Wärmesenkenanordnung mit einer thermisch leitenden Platte für eine Mehrzahl von integrierten Schaltungen auf einem Substrat - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wärmesenken­ anordnung für ein Multichip-Modul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Moderne elektronische Einrichtungen, z. B. Computer, haben viele Hunderte von integrierten Schaltungen und anderen elektronischen Komponenten, von denen die meisten auf ge­ druckten Leiterplatten angebracht sind. Viele von diesen er­ zeugen während des normalen Betriebs Wärme. Komponenten, die relativ groß sind oder die im Bezug auf ihre Größe eine re­ lativ kleine Anzahl von Funktionen haben, z. B. einzelne Transistoren oder integrierte Schaltungen geringer Dichte, leiten ihre gesamte Wärme gewöhnlich ohne eine Wärmesenke ab. Die großen physikalischen Ausdehnungen solcher Komponen­ ten, besonders verglichen mit ihren aktiven Abschnitten, be­ grenzen ihre Dichte auf einer Leiterplatte ausreichend, so daß genügend Raum für irgendwelche Wärmesenken, die benötigt werden können, vorhanden ist. Demgemäß kann eine beliebige Komponente, die Unterstützung bei der Ableitung der Wärme benötigt, eine eigene Wärmesenke haben.

Der Ausdruck "Wärmesenke", wie er hierin allgemein verwendet wird, bezieht sich auf eine passive Vorrichtung, z. B. eine gezogene Aluminiumplatte mit einer Mehrzahl von Rippen, die thermisch mit einer elektronischen Komponente gekoppelt ist, um Wärme von der Komponente zu absorbieren. Die Wärmesenke leitet diese Wärme durch Konvektion in die Luft ab.

Mit dem Fortschritt der Elektrotechnik wurden die Komponen­ ten in dem Maße immer kleiner, daß viele Tausende derselben nun in einem einzigen integrierten Schaltungschip kombiniert sind. Zusätzlich sind die Komponenten hergestellt, um immer schneller zu arbeiten, um die Rechenleistung zu liefern, die in zunehmendem Maße von Computern und anderen elektronischen Bauelementen gefordert ist. Mit dem Anwachsen der Arbeitsge­ schwindigkeit wächst auch die Wärmemenge an, die die Kompo­ nenten abzuleiten haben. Diese Faktoren erschwerten es vie­ len Komponenten zunehmend, die Hitze, die sie erzeugen, ohne die Unterstützung von externen Wärmesenken abzuleiten. Gleichzeitig hat es die anwachsende Dichte der Komponenten unzweckmäßig gemacht, für die zunehmende Anzahl von Kompo­ nenten, die diese benötigen, einzelne Wärmesenken vorzuse­ hen. Demgemäß wurde es notwendig, daß viele Komponenten eine Wärmesenke teilen.

Ein weit verbreitetes Verfahren, die Geschwindigkeit einer elektronischen Schaltung zu erhöhen, besteht darin, die Län­ ge der Verbindungsleitungen zu reduzieren. Zum Teil wird dies durch die Aufgabe der älteren Praxis, jeden integrier­ ten Schaltungschip in ein getrenntes Gehäuse einzuschließen, zugunsten dem Anbringen vieler Chips nebeneinander auf einem einzigen Substrat bewerkstelligt. Eine derartige Anordnung von Chips und Substrat wird gewöhnlich als Multichip-Modul ("MCM") bezeichnet. Die Chips auf einem MCM sind zu klein, und müssen gewöhnlich zu nahe beieinander auf dem MCM lie­ gen, um die Verwendung von getrennten Wärmesenken für die einzelnen Chips zu ermöglichen. Demgemäß ist es notwendig, eine einzige Wärmesenke zu verwenden, um die Wärme, die durch die Chips auf einem MCM erzeugt wird, abzuleiten.

In einer Bauart eines MCM ist jeder Chip mechanisch mit ei­ ner gemeinsamen Wärmesenke verbunden, z. B. durch Lot oder Kleber. Die Chips sind mit dem Substrat durch flexible Lei­ tungen verbunden, z. B. durch automatische Folienbondtechni­ ken ("TAB" = Tape Automated Bonding). Die flexiblen Leitun­ gen absorbieren die Bewegung, wenn sich die Chips später la­ teral zueinander als Folge eines unterschiedlichen Maßes an Ausdehnung der Chips und der Wärmesenke bewegen. Folglich setzt eine relative laterale Bewegung der Chips weder die Chips noch deren elektrische Verbindungen einer signifikan­ ten mechanischen Belastung aus.

Flexible Leitungen haben Nachteile. Ein solcher Nachteil ist die relative Komplexität der Leitungsanordnung. Ein weiterer liegt darin, daß die parasitären Effekte der Leitungen wirk­ sam die Geschwindigkeit begrenzen, mit der die gesamte Vor­ richtung arbeiten kann. Demgemäß ist es bei vielen Anwendun­ gen notwendig, die Chips mittels Lötkontakthügeln direkt auf dem Substrat zu befestigen. Dieses Verfahren ist als "Flip- Chip"-Befestigung bekannt.

Eine Technik zum Kühlen eines MCM, bei dem die Chips direkt auf das Substrat gelötet sind, besteht darin, die Wärmesenke thermisch mit der den Chips gegenüberliegenden Seite des Substrats zu koppeln. Die Wärme bewegt sich dann von den Chips durch die Lötkontakthügel und das Substrat und in die Wärmesenke. Diese Technik ist oft ungenügend, besonders wenn das MCM Hochleistungschips enthält.

Die Befestigung einer einzelnen Wärmesenke auf der Oberseite aller Chips in einem MCM mittels einer dünnen Epoxie- oder Lot-Schicht ist der einfachste Lösungsansatz, jedoch war dieser in Hochleistungsschaltungen nicht zufriedenstellend. Die Lötkontakthügel, die die elektrischen Verbindungen zwi­ schen den Chips und dem Substrat herstellen, sind die schwächste mechanische Verbindung in dem MCM. Unterschiede zwischen den Ausdehnungskoeffizienten der Chips und der Wär­ mesenke haben eine laterale Bewegung der Chips relativ zu­ einander zur Folge, während sich die Chips und die Wärmesen­ ke aufwärmen, wenn die Chips starr mit der Wärmesenke gekop­ pelt sind. Diese laterale Ausdehnung setzt die Lötkontakthü­ gel mechanischen Belastungen aus und führt schließlich zu einem Ausfall der elektrischen Verbindungen. Zusätzlich ist es sehr schwierig, die Wärmesenke zu entfernen, um Zugriff zu den Chips zu erlangen, wenn es notwendig wird, das MCM zu warten, z. B. um einen der Chips zu ersetzen.

Eine Alternative besteht darin, die Chips durch eine Wärme­ paste mit der Wärmesenke zu koppeln. Dies löst das differen­ tielle Ausdehnungsproblem, da es die Paste den Chips und der Wärmesenke ermöglicht, lateral relativ zueinander zu glei­ ten, ohne die Lötkontakthügel irgendeiner Belastung auszu­ setzen. Jedoch haben die Chips oft nicht alle die gleiche Höhe über dem Substrat, z. B. da die Chips ihrerseits ver­ schiedene Dicken haben, oder aufgrund von Veränderungen der Lötkontakthügelhöhe oder der Flachheit des Substrats. Um diese Veränderungen der Höhe zu kompensieren, muß eine re­ lativ dicke Pastenschicht verwendet werden. Die thermische Leitfähigkeit der Paste ist nicht so gut wie die des Lots, was eine ungenügende Wärmeübertragung zur Folge hat, wenn Hochleistungschips eingeschlossen sind.

Es hat viele Versuche gegeben, das Problem, Wärme, die von integrierten Hochleistungs-Schaltungschips in einem MCM ent­ wickelt wird, abzuleiten, zu lösen. Durch Beispiele sind ei­ nige Lösungsansätze dieses Problems in den folgenden Schrif­ ten erörtert: Darveaux und Turlik, "Backside Cooling of Flip Chip Devices in Multichip Modules", ICMCM Proceedings, 1992, Seiten 230-241; EP 0 368 743 A2; US-Patent 4,034,468; US-Patent 5,094,769; und Darveaux u. a., "Thermal Analysis of a Multi-Chip Package Design", Journal of Electronic Mate­ rials, Ausgabe 18, Nr. 2 (1989), Seiten 267-274. Einige dieser Lösungen sind mechanisch komplex, oder sind aufwendig oder machen es schwierig oder unmöglich, das MCM zu überar­ beiten oder zu warten. Aus diesen und anderen Gründen hat keiner der früheren Lösungsansätze das Problem adäquat ge­ löst.

Aus der EP 0 509 825 A2 ist bereits eine Wärmesenken­ anordnung bekannt, welche ein an einem Metallgehäuse ange­ brachtes Kühlelement umfaßt, wobei zwischen der Innenseite des Metallgehäuses und Halbleiterchips eine Aluminium­ nitridplatte liegt. Die Halbleiterchips sind über Lotkon­ takthügel mit einer Substratplatte verbunden, die über eine flexible Verdrahtung mit Anschlußdrähten in Verbindung steht, die durch das Metallgehäuse geführt sind.

Aus der US 5,109,317 ist eine Kühlungsstruktur bekannt, die eine Abdeckung aus einem thermisch leitfähigem Material hat, welche über ein wärme-leitfähiges Schmiermittel mit einer Wärmesenke und über Lötstellen mit einem Substrat verbunden ist. Das Substrat ist seitlich durch Klemmbauglieder be­ grenzt. Durch die Ausgestaltung der Klemmbauglieder ist eine laterale Bewegung des Substrats und der fest auf demselben angebrachten Abdeckung verhindert.

Aus der EP 0 350 593 A2 ist eine Kühlstruktur für eine elek­ tronische Schaltung bekannt, bei der ein Schaltungssubstrat mit einem weiteren, flexiblen Schaltungssubstrat verbunden ist, welches seinerseits mit einem Schaltungschip verbunden ist, der wiederum an einer Wärmesenke angebracht ist. Die Wärmesenke ist über eine Lötverbindung mit dem ersten Substrat verbunden.

Aus dem Vorhergehenden ist es offensichtlich, daß noch ein Bedarf nach einer Möglichkeit besteht, geeignet Wärme von allen integrierten Schaltungschips in einem MCM in dem phy­ sikalisch begrenzten Raum, der verfügbar ist, abzuleiten, ohne mechanische Belastungen zu verursachen, die zu einem Ausfall führen können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Wärmesenke, die von vielen Komponenten gemeinsam verwendet wird, zu schaffen, um die Wärme, die von den Komponenten in einem MCM erzeugt wird, geeignet abzuleiten.

Diese Aufgabe wird durch eine Wärmesenkenanordnung nach An­ spruch 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft eine einzige Wärmesenken­ anordnung, die die Wärme, die von allen Chips in einem MCM erzeugt wird, geeignet ableitet, ohne mechanische Belastun­ gen zu verursachen, die den Ausfall des MCM bewirken können. Eine Wärmesenkenanordnung, die die Erfindung verkörpert, ist mechanisch einfach, ökonomisch, leicht zu installieren und leicht zu entfernen, wenn es notwendig wird, das MCM zu war­ ten.

Kurz und in allgemeinen Ausdrücken umfaßt eine Wärmesenken­ anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung folgende Merkmale: eine thermisch leitende Platte, eine Zwischenschicht, z. B. Indium-Lot, um die Platte mit den verschiedenen Chips eines MCM zu verbinden, eine Wärmesenke, und eine Wärmepaste zwischen der Wärmesenke und der Platte. Das MCM ist auf der Wärmesenke befestigt, wobei die Platte zwischen die Chips und die Wärmesenke zwischengelegt ist. Das Indium-Lot stellt gute thermische Verbindungen zwischen den Chips und der Platte her. Die Platte hat einen relativ kleinen Ausdehnungskoeffizienten, der die relative laterale Bewegung der Chips und die daraus resultierende mechanische Belastung der Lötkontakthügel, die die Chips mit dem Substrat verbinden, minimiert. Die Wärmepaste, z. B. Metall- oder Metall-Oxid-Teilchen in Silikon-Öl, leiten die Wärme von der Platte zu der Wärmesenke.

Die thermisch leitende Platte ist aus einem Material mit einem relativ geringen Ausdehnungskoeffizienten, der sich nicht außerordentlich von dem der Chips unterscheidet, z. B. Silizium-Karbid oder einer Legierung aus Kupfer und Wolfram, hergestellt.

In einigen Fällen weisen alle Chips eine metallisierte obere Oberfläche auf, die sich ohne weiteres mit dem Indium-Lot verbindet. In anderen Fällen sind einige Chips nicht mit einer derartigen metallisierten Oberfläche ausgestattet, und Wärmepaste wird verwendet, um die Platte mit beliebigen sol­ cher Chips thermisch zu koppeln. Es kann z. B. erwünscht sein, nur die Hochleistungschips mit der Platte zu verlöten, wobei in diesem Fall nur die Hochleistungschips mit einer metallisierten oberen Oberfläche versehen sind.

Für alle Chips auf dem MCM kann eine einzige Platte verwen­ det werden. Alternativ kann die Platte segmentiert sein, wo­ bei jedes Segment unterschiedliche Chips kontaktiert.

Die Wärmesenke kann auf verschiedene Art und Weise an dem MCM befestigt sein. Eine Art und Weise dies zu realisieren, besteht darin, eine Trägerplatte zu verwenden, die zusammen mit der Wärmesenke einen Hohlraum bildet, der das MCM und die thermisch leitende Platte einschließt. Schrauben oder andere geeignete Befestigungsmittel werden verwendet, um die Trägerplatte an der Wärmesenke zu befestigen. Ein flaches flexibles Kabel stellt elektrische Verbindungsmöglichkeiten zwischen dem MCM und einer externen Schaltung her.

In einem alternativen Ausführungsbeispiel, das für ein MCM, bei dem Chips auf beiden Seiten des Substrats angebracht sind, geeignet ist, werden zwei thermisch leitende Platten und zwei Wärmesenken verwendet, eine für die Chips auf jeder Seite des Substrats. Bei diesem Ausführungsbeispiel definie­ ren die zwei Wärmesenken einen Hohlraum, in dem das MCM und die Platten liegen. Alles, was benötigt wird, um die gesamte Anordnung zusammenzuhalten, ist ein Befestigungsmittel, um die zwei Wärmesenken zusammenzuhalten.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer Wärmesenkenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung, die ähnlich der in Fig. 1 gezeigten ist (wobei die Wärmesenke zur Verdeutlichung entfernt ist), und die eine segmentierte thermisch leitende Platte aufweist.

Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer Wärmesenkenanordnung ähnlich der in Fig. 1 gezeigten, aber mit einer Wärmepaste anstelle des Indium-Lots zwischen eini­ gen der Chips und der thermisch leitenden Platte.

Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer Wärmesenke ähnlich der in Fig. 1 gezeigten, aber für ein MCM mit Chips auf beiden Seiten des Substrats.

Wie in den Zeichnungen zum Zwecke der Darstellung gezeigt ist, ist die Erfindung in einer Wärmesenkenanordnung, die Wärme, die von allen Chips in einem MCM erzeugt wird, ab­ leitet, ohne signifikante mechanische Belastung zu verur­ sachen, verkörpert.

Eine Wärmesenkenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schließt eine thermisch leitende Platte, ein Indium-Lot oder dergleichen, das die Platte mit den Chips verbindet, und eine Wärmesenke, die mit der Platte durch eine Wärmepaste gekoppelt ist, ein. Die Wärmesenke ist an dem MCM befestigt, wobei die Platte dazwischen zwischengelegt ist. Diese Wärmesenkenanordnung ist mechanisch einfach und ökonomisch. Sie ist zum Warten oder Entfernen des MCM leicht zu installieren und leicht zu entfernen. Außerdem vermeidet sie übermäßige mechanische Be­ lastungen, die zu einem Ausfall der Lötkontakthügel führen können. Obwohl die Erfindung eine hauptsächliche Anwendung in einem Kühlsystem für MCMs findet, findet sie genauso An­ wendungen in anderen Typen von Wärmeübertragungssystemen.

Fig. 1 stellt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Wär­ mesenkenanordnung gemäß der Erfindung dar. Die Anordnung ist in Kombination mit einem MCM (Multichip-Modul) der Bauart dargestellt, die ein Substrat 11 und eine Mehrzahl von inte­ grierten Schaltungschips 13, die auf einer ersten Oberfläche 15 des Substrats mittels Lötkontakthügeln 17 befestigt sind, aufweist. Die Anordnung umfaßt eine thermisch leitende Platte 19; eine erste thermische Zwischenschicht 21 zwischen den Chips und der Platte, die wirksam ist, um Wärme von den Chips zu der Platte zu leiten; eine Wärmesenke 23; eine zweite thermische Zwischenschicht 25 zwischen der Platte und der Wärmesenke, die wirksam ist, um Wärme von der Platte zu der Wärmesenke zu leiten; und eine Befestigungseinrichtung, z. B. eine Trägerplatte 27, um das MCM, die thermisch leiten­ de Platte und die Wärmesenke zusammenzuhalten.

Indium-Lot oder dergleichen wird bevorzugt als die erste thermische Zwischenschicht 21 verwendet, um die Chips 13 mit der thermisch leitenden Platte 19 zu verbinden. Wärmepaste wird als die zweite thermische Zwischenschicht 25 zwischen der thermisch leitenden Platte 19 und der Wärmesenke 23 verwendet.

Die thermisch leitende Platte 19 schließt bevorzugt Sili­ zium-Karbid, eine Legierung aus Kupfer und Wolfram oder ein ähnliches Material ein, das eine Verbindung mit dem Indium- Lot herstellt und das einen relativ geringen Ausdehnungs­ koeffizienten aufweist, der sich nicht außerordentlich von dem der Chips 13 unterscheidet.

Verschiedene Substanzen können für die Wärmepaste verwendet werden. Im allgemeinen haben Pasten, die Metall- oder Me­ tall-Oxid-Teilchen enthalten, z. B. Aluminium, Aluminium­ nitrid oder Silber in Silikon-Öl, eine relativ gute thermi­ sche Leitfähigkeit (1,6-2,6 W/m-K) und ergeben erwiesener­ maßen gute Ergebnisse. Eine brauchbare Wärmepaste ist ferner im obengenannten US-Patent 5,094,769 beschrieben.

Die Wärmesenke ist vorzugsweise aus gezogenem Aluminium oder einem anderen geeigneten Material hergestellt. Optional kann ein Lüfter (nicht gezeigt) an den Rippen der Wärmesenke an­ gebracht sein, um das Maß an konvektiver Wärmeübertragung zu erhöhen.

Die Dimensionen der verschiedenen Elemente sind nicht kri­ tisch und können wie gewünscht gemäß solcher Faktoren wie Größe und Anzahl der Chips auf dem MCM und der thermischen Leitfähigkeiten der verwendeten spezifischen Materialien eingestellt sein. In einem Ausführungsbeispiel ist die ther­ misch leitende Platte z. B. etwa 1,5 mm dick, das Indium-Lot ist etwa 0,15 mm dick und die Wärmepaste ist etwa 0,4 mm dick.

In einigen Fällen kann es erwünscht sein, die thermisch lei­ tende Platte in zwei oder mehr Segmente zu teilen. Ein Bei­ spiel dafür ist in Fig. 2 gezeigt. Ein Substrat 29, ähnlich dem Substrat 11 von Fig. 1, trägt eine Mehrzahl von Chips, von denen nur zwei Chips 31 und 33 gezeigt sind. Die ther­ misch leitende Platte ist in zwei Segmenten 35 und 37 gebil­ det. Dieser Lösungsansatz ist besonders vorteilhaft, wenn mehr als ein Chip mit verhältnismäßig hoher Leistung auf dem Substrat installiert ist. Ein getrenntes Segment der Platte ist mit jedem solchen Hochleistungschip verlötet. Chips mit geringerer Leistung, die benachbart zu jedem Hochleistungs­ chip sind, werden mit demselben Segment in geeigneter Weise entweder durch Lot oder durch Wärmepaste gekoppelt.

In einigen MCMs weisen alle Chips metallisierte obere Ober­ flächen auf, die ohne weiteres eine Verbindung mit dem In­ dium-Lot eingehen. Andere MCMs haben Chips, z. B. statische RAMs (RAM = Random Access Memory = Speicher mit wahlfreiem Zugriff), die nicht mit metallisierten Oberflächen ausge­ stattet sind. Zwischen solchen Chips und der thermisch lei­ tenden Platte wird Wärmepaste verwendet. Ein Beispiel dafür ist in Fig. 3 gezeigt. Ein Substrat 39 trägt einen ersten Chip 41, dessen Verbindung mit Indium-Lot hergestellt ist, und einen zweiten Chip 43, bei dem dies nicht der Fall ist. Eine thermisch leitende Platte 45 ist mit dem Chip 41 durch ein Indium-Lot 47 und mit dem Chip 43 durch eine Wärmepaste 49 thermisch gekoppelt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ist eine Wärmesenke 51 thermisch mit der Platte 45 durch Wärmepaste 53 gekoppelt. Dieser Lösungsansatz ist be­ sonders vorteilhaft, wenn ein Hochleistungschip und mehrere Niederleistungschips gekühlt werden sollen. Der Hochlei­ stungschip (z. B. ein Mikroprozessor) ist metallisiert, um zu ermöglichen, mit der thermisch leitenden Platte für eine ma­ ximale thermische Leitfähigkeit verlötet zu sein. Die Nie­ derleistungschips (z. B. SRAMs (SRAM = static RAM = stati­ scher RAM)) sind nicht metallisiert und sind durch Wärme­ paste, die eine geeignete thermische Leitfähigkeit liefert und die jede laterale Bewegung absorbiert, wodurch die Löt­ kontakthügel vor mechanischen Belastungen geschützt werden, mit der thermisch leitenden Platte verbunden.

Verschiedene Einrichtungen können verwendet werden, um das MCM und die thermisch leitende Platte an der Wärmesenke zu befestigen. Eine solche Einrichtung, die Trägerplatte 27 ist in Fig. 1 dargestellt. Schrauben (von denen nur eine Schrau­ be 55 tatsächlich in der Zeichnung dargestellt ist) oder an­ dere geeignete Befestigungsmittel werden verwendet, um die Trägerplatte an der Wärmesenke zu befestigen. Die Träger­ platte und die Wärmesenke definieren einen Hohlraum 57, der das Multichip-Modul und die thermisch leitende Platte ein­ schließt.

Elektrische Leitungen müssen vorgesehen sein, um das MCM mit externen Schaltkreisen zu verbinden. Zu diesem Zweck kann ein flaches flexibles Kabel 59, das sich zwischen der Trä­ gerplatte 27 und der Wärmesenke 23 erstreckt, verwendet wer­ den. Eine flexible Mikrostreifenschaltung mit einer charak­ teristischen 50-Ohm-Impedanz ist dazu geeignet. Wenn dieser Typ einer flexiblen Schaltung verwendet ist, sind Masse- und Versorgungs-Verbindungen mittels einer geteilten ebenen Schicht vorgesehen.

Fig. 4 stellt ein alternatives Ausführungsbeispiel dar, das für ein MCM mit einem Substrat 61, das einen oder mehrere Chips 63 auf einer oberen Oberfläche 65 und mehrere Chips 67 auf einer unteren Oberfläche 69 aufweist, angepaßt ist. Die Chips 63 sind thermisch mit einer ersten thermisch leitenden Platte 71 über eine erste thermische Zwischenschicht 73, z. B. Indium-Lot, gekoppelt. Die Platte 71 ist thermisch mit einer ersten Wärmesenke 75 über eine zweite thermische Zwischenschicht 77, z. B. Wärmepaste, gekoppelt. Ähnlich sind die Chips 67 thermisch mit einer zweiten thermisch leitenden Platte 79 über eine dritte thermische Zwischenschicht 81, z. B. Indium-Lot, gekoppelt. Die Platte 79 ist thermisch mit einer zweiten Wärmesenke 83 über eine zweite thermische Zwischenschicht 85, z. B. Wärmepaste, gekoppelt. Die erste und die zweite Wärmesenke 75 und 83 schließen das MCM und die zwei thermisch leitenden Platten in einem Hohlraum 87 ein. Die Wärmesenken sind mechanisch durch Schrauben oder andere Befestigungsmittel (nicht gezeigt), die geeignet sind, aneinander befestigt. Ein flaches Kabel 89 erstreckt sich zwischen den Wärmesenken, um elektrische Verbindungen mit einem externen Schaltungsaufbau herzustellen.

Claims (10)

1. Wärmesenkenanordnung für ein Multichip-Modul des Typs, der ein Substrat (11; 61) und eine Mehrzahl von inte­ grierten Schaltungen (13; 63), die auf einer ersten Oberfläche (15; 65) des Substrats (11; 61) mittels Lot­ kontakthügeln angebracht sind, aufweist, wobei die Wärmesenkenanordnung folgende Merkmale einschließt:
eine erste thermisch leitende Platte (19; 71);
eine erste thermische Zwischenschicht (21; 73) zwischen den integrierten Schaltungen (13; 63) und der ersten thermisch leitenden Platte (19; 71), die wirksam ist, um Wärme von den integrierten Schaltungen (13; 63) zu der thermisch leitenden Platte (19; 71) zu leiten;
eine erste Wärmesenke (23; 75); und
eine Befestigungseinrichtung (27, 55) zum Befestigen des Multichip-Moduls, der ersten thermisch leitenden Platte (19; 71) und der ersten Wärmesenke (23; 75) aneinander, gekennzeichnet durch
eine zweite thermische Zwischenschicht (25; 77) aus Wärmepaste zwischen der ersten thermisch leitenden Platte (19; 71) und der ersten Wärmesenke (23; 75), die wirksam ist, um Wärme von der ersten thermisch leitenden Platte (19; 71) zu der ersten Wärmesenke (23; 75) zu leiten;
wobei die erste thermisch leitende Platte (19; 71) aus­ schließlich über die zweite thermische Zwischenschicht (25; 77) an der ersten Wärmesenke (23; 75) derart ange­ bracht ist, daß die erste thermisch leitende Platte (19; 71) bezüglich der Wärmesenke lateral beweglich ist.

2. Wärmesenkenanordnung nach Anspruch 1, bei der die Be­ festigungseinrichtung (27, 55) eine Trägerplatte (27) und ein Befestigungsmittel (55) zum Befestigen der Trä­ gerplatte (27) an der Wärmesenke (23, 75) aufweist, wo­ bei die Trägerplatte (27) und die Wärmesenke (23; 75) zwischen sich einen Hohlraum (57) definieren, der das Multichip-Modul und die thermisch leitende Platte (19; 71) einschließt.

3. Wärmesenkenanordnung nach Anspruch 2, die ferner ein flaches flexibles Kabel (59), das sich zwischen der Trä­ gerplatte (27) und der Wärmesenke (23; 75) erstreckt, aufweist, um eine elektrische Verbindungsmöglichkeit zwischen dem Multichip-Modul und einer externen Schal­ tung herzustellen.

4. Wärmesenkenanordnung nach Anspruch 1, die ferner folgen­ de Merkmale aufweist:
eine zweite thermisch leitende Platte (79);
eine dritte thermische Zwischenschicht (81) zwischen einer integrierten Schaltung (67), die auf einer zweiten Seite (69) des Substrats (11; 61) und der zweiten thermisch leitenden Platte (79) angebracht ist, die wirksam ist, um Wärme von der integrierten Schaltung (67) zu der zweiten thermisch leitenden Platte (79) zu leiten;
eine zweite Wärmesenke (83); und
eine vierte thermische Zwischenschicht (85) aus Wärme­ paste zwischen der zweiten thermisch leitenden Platte (79) und der zweiten Wärmesenke (83), die wirksam ist, um Wärme von der zweiten thermisch leitenden Platte (79) zu der zweiten Wärmesenke (83) zu leiten.

5. Wärmesenkenanordnung nach Anspruch 4, bei der die Be­ festigungseinrichtung ferner ein Befestigungsmittel zum Befestigen der ersten (23; 75) und der zweiten (83) Wär­ mesenke aneinander, aufweist, wobei die erste (23; 75) und die zweite (83) Wärmesenke zwischen sich einen Hohl­ raum (87) definieren, der das Multichip-Modul und die zwei thermisch leitenden Platten (19; 71, 79) ein­ schließt.

6. Wärmesenkenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als erste thermische Zwischenschicht (21; 73) ein Indium-Lot (47) zwischen der ersten ther­ misch leitenden Platte (45) und allen Chips (41), die metallisierte Oberflächen aufweisen, und eine Wärmepaste (49) zwischen der ersten thermisch leitenden Platte (45) und allen Chips (43), die keine metallisierten Oberflächen aufweisen, verwendet wird.

7. Wärmesenkenanordnung nach den Ansprüchen 4 bis 6, bei der als dritte thermische Zwischenschicht (81) ein In­ dium-Lot (47) zwischen der zweiten thermisch leitenden Platte (79) und allen Chips (41), die metallisierte Oberflächen aufweisen, und eine Wärmepaste (49) zwischen der zweiten thermisch leitenden Platte (79) und allen Chips (43), die keine metallisierten Oberflächen auf­ weisen, verwendet wird.

8. Wärmesenkenanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, bei der die erste thermisch leitende Platte (19; 71) aus einer Legierung aus Kupfer und Wolfram be­ steht.

9. Wärmesenkenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die erste thermisch leitende Platte (19; 71) aus Silizium-Karbid besteht.

10. Wärmesenkenanordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, bei dem die erste thermisch leitende Platte (19; 71) aus einer Mehrzahl von Segmenten (35, 37) be­ steht.