TW449896B - Arrangement for heat dissipation in chip modules on multilayered ceramic carriers, in particular multichip modules - Google Patents

Description

A7 4 4989 6 B7 五、發明說明（I ) l这Φί dj对景_ 本發明關於一锺申請專利範圍第1項之引文中定義的 類型的一種多層陶瓷菽體上的晶Η模組（尤其是多晶Η镇 组）的散熱装置二 在一Μ模組的習茹散熱装置（其中一涸或多個晶Η設 在一多層陶瓷載體上），這種或這些晶Η (特別是SJ革I C ) 設在所謖之熱通道（Γη e r κ a I ν i a s )上。這種熱通 道係規則設置的iL ι孔列 > 它們在所有電路層冲TL彤成， 並甩鋇谲充填。熱從功率I C經此熱通道過去的金屬基S (.它設在多曆陶瓷載體下方）導離的效果並不根有效。ώ η通道谣渖孔穿過葫有電路1而形成=敁沾去了許多面積 ，因跎在相關電路層上读導電蕗用的面積損失很多。因& 符口々念麻·、κ小 、

m ftr ϊη >S fk > J iSM公司m發展之導熱摸驵之習龆技術解法方案丁 CM i thermal conductive moduls )使I C的熱功率很 ^r frfcr fiL7 -g L ^ 气茌 ；q i-^· fig ^ «a- in V-V ^ Ή /λ ^ |Pj _u yc M. - iii ie. 3 rfl· t7\ JJ ^ at & ru -±r _u .

ϋϋ ϋ j\ c.(j m. J 一般而言要注意一點，熱薈搆造是一 1芾於將熱量導 猛的装置，將之涅热產生的地點帶到另一菡：在相醖之設 計3¾場会；其育效熟運埕比S最好之金藺熱導體所帶定熱 高ώ十涪：舉倒而言，它的作觅的詳Μ說明見Κ ϊ.. Listinan SScieiHiiic AsiirUan, 卩/SS，33'1S 頁中」 熟苕：ε原埕K 5G i '說明：一 M具有高潛在蒸發熱的遮 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — II---I I I I— t I I . ^ ---1 1 I I I I I - ----I I Ϊ (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 4 4989 β Β7 五、發明說明（^ ) (請先閱讀背面之泫意事項再填寫本頁) 當詨體在該裝置的熱區域蒸發 > 在蒸發時產生的1力蒔it 奚氣推商該装置的冷部分。在該處蒸氣冷凝成液ffi並將所 運送之熱再放出。此液態冷凝再回授到蒸發位置，如此造 成一種1環… 二本發明的優點：

CtJ ΤΓί Vl-τ -M- -TS：· +'_： Tt^r « -t^· rft ^ ^ T 1¾¾ ^ 1 -i* 4-f- H S U 與白ίϋ i又術？b鉍，兵月Φ e月専杓純_弟 i湞‘付1¾ Id 3ϋ本1明的晶HiS組之導熱装置的漫點為，蔣上述那種熱 t的原埋a —般：：大型改成+型化的型式κ將访率I c作 有效的冷却（該®栗ic撝装在導熱诠較差的多層陶瓷載 體上*尤其上镀璃陶瓷多層電路上）*熱·専離到金屬的熱 導a部的作尾變得更有效得多，其中電路密度及電路的可 撓度保持不變 > 因為所周之面積減到最少。 經濟部智慧財產局具工消f合作社印製 依本發明，這點在原理上係芾以下方式達成*卽：該 多層陶瓷載體設在一金屬冷却體上，在多JB陶瓷載體的最 上層中在所要装之晶片的區域中設熱通道*特荊是圼孔1 型或孔鼯列形式中 > 在多層陶瓷載體之其下方之一層中在 所要装晶η的區域中設育一空腔，當作蒸發室的作用*在 金屬冷£卩體中*在所要裝之I C的®域中有一益挺之S隙 ，當$冷凝器的作吊，在蒸發室與冷凝器之間的多層陶瓷 載體其他層在此空間的區域中設有很多的大面積的蒸發流 道Μ及小面積毛细管作芾的冷凝淀道，它們將二空間互相 遵接二 利用串語專利範圍其他各項的措施可將申請專利範1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 4989 6 a? _B7_ 五、發明說明（> ) 第.1項的導熱装置做有利的進一步發屐及改良 砍本發明一種有利的設計*在該多層陶瓷較體上可設 多數晶片，特别是會產生拒當之損失熱的功率I C : 依本發明另一種育钶的設計，各廊設在多層陶瓷載發 中當做冷凝器作尾的盆芯B隙設育一個坷封閉的充填開口 • Μ充入一種導熱的介質： 嵌本1明一種特別有利且容易製造的實旋例，該大® 樓的蒸發流道與小面積的冷凝流道敬成在多層陶瓷载體之 相_層之間的直流道形式 泫本發明的一種與這些實施例相異的設計彩式（它在 某些用途上，特別是就®積需求及管路設置而言特別有利 ) >該小面積之冷凝流道至少育一部分設計成傾斜角度的 流道形式，它ΙΗ1少有一部分區域在該多層陶瓷載體的一 1或數層的平ε中延谇：菽冷凝液流道在fe—層或數層的 平面中延谉的部分可周各種不同方式製造。因此它可甩印 嗣製造|其中該流道之招II部分利用碳擺印刷，它在以後 菝謂掉而產生部分流道*或者忠可在未m掉之陶g材料中 (特別是陶瓷帶）藉冲壓或銑切或鐫印將流道犹部分製成 在本發明有利的進一步特色中，該大面積之蒸氣流道 之直徑1 . 5卿，該小面積之冷凝液流逭直徑約0 . 1 «Β。 在本發明另一適當設計（它可浞進改善冷凝謖流道） 中 > 該小面積之冷凝詨流道甬多孔隙之陶瓷粉充填，或在 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — I I I ----- - ------- 訂 ----- --- (請先閱讀背面之注帝？事項再填寫本頁) A7 4 4989 6 B7_ 五、發明說明（0) 所用之黑燒溫度時，甩未馍结之金屬燒结粒（F r i 11 e ίΐ ) —* 1'^v . 為7防止冷凝物直接蒸發，可依本發明另一有利設計 *使大面禎的蒸發流道在該設在金麗冷却體中的冷凝莖的 區域中的直徑或通過面積小於在該蒸發流道在該多層陶瓷 載體的其t隔開之層中的通過面積= 在本發明一小型設計中設有一種液體當作導熱工作液 ，它S適當蒸發溫度具有1量高的蒸發熱，且具有毛细管 闱需z高表®張力a潤濕角度，特別是醇與烴類： 在苯發昭另一有利設計* g卩：該晶片可利芾一適當之 專熱粘膠固定在該多層陶爱載題，且/或該多層陶瓷載體 司利周一適當之導熱粘膠固定在該金屬冷却體上。 〔圖式之說明〕 η配合圖式中所示之實宼例在κ下說明中詳细鉸述。 式中： 第一 IfeSXY平—切面示意圖，顯示一多層陶 瓷蕺體的切面=它谅設在一金麗冷部體上，且有一晶片或 一功率iC装到該載體上： ΐ寅旋調的說明： S圖式中的切靣圖顯示一種金屬冷却體（1)，一多 層陶瓷載體（2)及一設在其上之晶Μ的本發明装置，此 圖式不一定是依正確比洌尺寸者，S此沿X方商度最約為 放大十涪，沿Υ方向度量约4 0 ig，以使本發明的持徵能 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — — — — — — — — — — — I· >11)1!1] ---- — ili — I <請先33讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智«財產局員工消t合作社印製 4989 6 A7 B7 五、發明說明（f ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ίΜ ** 顯 示 ftu 外 ! 晶 L_j ( Κ a it V 層 陶 瓷 載 體 ί 3 -ί»- ί土 所 示 之 W 例 中 山 m 夕 陶 载 體 ( 〇 ) 像 2：! 1 4'U W 體 ( i ) 上 : θ SB Η ( 生 ?x 多 之 电 能 XC3 iti *4* PJ 積 - 1.-A- 晶 r^i I^J 樣 地 利 用 一 钻 曆 m -1 載 'm ( 广， L. ) 的 SZ 上 Γ ) 所 Μ-· m Jtf-t 粘 m f-i. L?h 守 熱 在 多 層 陶 瓷 載 nat m ( 〇 ) 的 區 域 中 f 大 約 在 列 穿- 通 道 / 6 Λ / c 這 些 通 言 ί 可 藉 著 m BS=3 m / 1 ) 冲 m 77T 成 茌 將 這 适 裡 當 通 道 ( \ Γ^ΤΤ liij 言 时 它 們 粉 m 充 填 ) 直 rrr· fS 可 〇 .L· ΠΠΐΙ t H 多 層 m 二％7 萏 載 體 2 r~, \ } 中 設 有 一 art fix 此 ic. 的 孔 圖 入 > 最 «· U in 示 於 iS 式 中 ；. 腔 -7 小. m fi 眾 方 式 造 成 : 空 罪 近 熱 源 —L* 處 造 成 ~_ 蒸 6 ) 與 F-ί LJ ( ) 作 密 m 3)遝由结合電線與電路的連接 )中的導電路不做圖示： iz層（L 1 )〜（L 2 )構成的 用一轱膠層（4)固定在金蘧冷 )像一锺功寒1C，這是一種產 體電路 > 其產生之損失熱須専離 膠層（5)固定，且係固定在多 層（L 1 )上：粘膠層（4 )及 者： )之最上曆中，在所要裝之晶片 其面積大小的伸展範圍中設有一 道（6 )可稱為熱道路*舉例而 孔成規則孔圖形或孔列的形朊闹 6)房的孔冲岀或鑽出後*擧洌 使導熱S更好，這些孔或通道（ ，而其間相隔空間一 1大 )之（L1)下方之次一層（L 腔（7 )的延渖範圍大小比其下 出所要安裝的晶片（3)大：此 )可藉著將層（L 2 )丨中出所需 腔（7)在晶片(3)下方Μ及 發室。這個蒸發室經多數通道（ 的熱耦合（即：二者間有®案的 * 8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 农 ----— II 訂 ----I ---_ A7 4 4989 6 B7 五、發明說明（L) 熱傳等路徑）: 金屬冷郄體i 1 )依本發明在所要装之晶Μ (3)的 區域中設有一盆形之凹隙（8)，位於相向多層陶瓷載體 (2 )的那一測上：此凹隙t 8 )之面積延伸範圍柜當於 其下方Βί要設之相閻的晶Η ί 3 )的面積延ί申範圍：它亦 可妬_所示，消微比晶Μ更大一點點=此砍盆之Ϊ3隙（8 )在金屬冷却體中構成冷凝器。在此空間中，從蒸發之工 作疲再冷凝成液態工作疲。 在多1陶瓷載體（2 )的某些層〔在圖示實葩例篮指 層（L3)〜（L7)，它們位於層（L2)中構成蒸發 室(7 )的空腔（7)，以及在冷劫體（1)中搆成冷凝 器的Μ之凹隙（8)之間〕中·依本發明一重要特點，像 設有多數之大面積的蒸氣流道（D K ^ )〜（D Κ η )及 小ffl積之毛细作兩的冷凝疲流道（KKg)〜（KKu): 這些蒸氣流道（DKi )〜（DKn )及冷凝液流道（ K K 〇)〜ίΚΚη)淫設在空間（7)與（8)的區域： 且將該二空間互拒連接：在第一 中衙示之實菇飼中，該 大®積的蒸氣流道（DKi )〜（DKfO之直徑的1.5 BBS，而小面積之冷凝液流道之直徑約0 . 1 廳'

在本發明另一持點中*該冷却體（1)中之盆形a隙 (3;(它可南銑切製成）設有一充填開D (9)，該開 α可玥一摞緣(ιοί封閉：在晶片(3)安装後可遝 找充填開口 （ 9 )〔它設在冷却體（1 )與凹隙（8 ) S 本紙張尺度適用中國固家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) ^ i I ----It--If---- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 4989 6 A7 __B7__五、發明說明（j ) 立的一側〕將導熱介質（它族先Μ發再冷凝的工作液）充 人。用镙绦（10)將充填開口 ( 9 )封閉後，就可進行 操作·:所甬之導熱工作寂像以育利之方式使茁一锺在適當 蒸發溫度時具儘量高之蒸發熱的疲體*它具有毛遛菅所需 之高表面張力與溜濕角度：它可Κ特別是醇類及烴類= 在圖中m示之實誥例中*該大靣積的蒸氣流道（DPh )〜(D Κ η ) Κ及小面積的冷凝液流道（ΚΚο)〜（ K K a) fe做成在多層陶瓷載體ί 2 )的相II層（L 3 ) δ ( L 7 )之間的直流道方式- S3不採肚方式，也可以使 蒸氧流道（D K t )〜（D Κ η )在最下羃（L 7 )的直 徑比在其迆層（L6)〜（L3)中為小，以組止冷凝寂 直接蒸發=it可以把至少一些小面積之冷凝疲流道（ΚΚο )〜（Κ Κ η)不圼直流道方式*而係至少在部分區域與 Κ方式不同垲設以水平路徑，在層的平®中，亦即在多層 阖瓷載體的層内延ί申。抝這種將冷凝液送到蒸發室的 毛龆蓄S道就部分地m在層中·:也可採1流道與傾_之冷 凝液流道的组合。如1&，坷在涸别的或更多之層中特別育 彈性迪配合電路的需求。 部分地馼在一層中的毛细流道可依一種可能之實猫飼 莉招印嗣製造:在lit，該流道w碳瑚印刷，它W後IS燒掉 而產生流道。另外之可掂製造方式為將流道冲壓岀或铣切 岀。一镩特別遒宜的坷能方式昆在阖瓷衬料（尤其是陶瓷 m )上鎞印岀流道： -i〇- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 -------訂-------I I線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公笼） 4 4 9 8 9 6 a7 __B7_ 五、發明說明（及） 依本發明之一特點，該用於做毛细流道的孔（κ Κ 〇 )〜(Κ K 11}，即冷凝液流道並不空著，而係用缠當材 料充填。洌如可周孔隙之陶瓷粉或使用在所用之約9 0 0 X：的燃璘溫度不會燒结的金*燒结粒。如此可達到一特別 之優點=即：可Κ影響毛網作甬力童》因此可將小面積冷 凝疲流道（ΚΚο)〜（KKn)的直徑做得較大，因而提 高泠凝液的通過量。 在第三圖中晶片（3 )的敗熱装置中，如果數涸晶Μ ()装到同一醒多層陶瓷載體（2 )，而該載體再裝在 一泠邸體（1 )上，則甚有利，如此特別是所得到的電路 密度及散熱效率都極有利。因此依本發明既黻的小型化熱 管構造可提高散熱能力，茈使電路密度高得多*且電路搆 造中的可撓性也大得多。依本發明設計的装置可確保有效 之導熱循環，它在小型化的實施例中在短短的路徑中每單 位蒔間可帶走許多能量。 ------------4*---- I--訂 --------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 44989^ 韻 C8 D8 六、申請專利範圍 1 ‘ 一種在多層陶瓷載體上之晶Η模組尤其是多晶片 模沮的敗熱裝置，其中在陶瓷截體中設有通道Κ淇導熱介 質通過，其特歡在： 該多層陶瓷較體（2)設在一金屬冷却體（1)上， 該多層陶瓷較體ί 2 }之最上層（L1)中在所要装晶片 (3)的區域中設有熱通道（6) •尤其是圼孔圖形或孔 列®式者* 在該方的多1陶瓷載體（2)的次一層（L2) 中在所要装設之晶片（3)的區域中設有一空腔（7)， 當作蒸發室之壻|在該金屬冷却體（1 )中在所要装設之 晶Η (3)的區域中設有一盆形旧隙（8)，當作冷凝器 之用； 該泣於蒸發室（7)與冷凝器（8)之閭的多層陶瓷 載體（2)的層（L3)〜（L7)在此空間的區域設有 #數大ill積的燕氣流道ί D Κ ί )〜（D Κ ίΐ j及小面積 毛涯管作Μ的冷凝菠流道（Κ Κ 〇)〜（Κ Κ η) •這些流 道將該二空間互相達接： 2 .如串11專利範圍第1項之装置；其中： 該多層陶瓷載體（2)上可設多數晶片（3)，尤其 是產生招當多之能量損失熟的功率I C」 '茆串請專利範圔第1或M2項之装置，其中： 各設芷多1陶瓷鼓體(2 )中當冷凝器；^的盆形凹隙 設育一 封閉的充填開口（3)，羯來充人一種 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------；------才--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 經濟部智慧財產局員工消費合作社印 广 A8 449896 g D8 六、申請專利範圍 導熟的介質。 4 ，如申請專利範圍第1或第2項之装置•其中： ' 該大面積的蒸氣流道（D K !)〜（D Κ ϊΐ )與小面 積的冷凝疲流道（KKo)〜（KKn)傜做或在多層阖瓷 載體.（2)的相闥層（L3)〜（L7)之間的直流道肜 rv,- 5 ·如串諳專利範圍第1或第2項之装置 < 其中： 這些小面稹之冷凝液流道（KKo)〜（KKn)中1 少有一些係設計成傾斜角流道形式，這些傾斜角流道至少 有Μ部分區域在該多層陶瓷載體（2)的平靣或數層（L 3)〜（L7)中延渖。 6 *茹申請專利範圔第5項之装置，其中： 該冷凝液流道（ΚΚΰ)〜（ΚΚ η)在一層之平面延 i串的部分係甩®刷製成，其中該流道之對愿郤分甩碳糊印 嗣*它在以後燒掉以製成部分流道，在者挹該流道對應部 分利用冲壓或銑出或鐫印在未燃燒之陶瓷Μ料中；尤其是 在陶瓷帶中）做a。 7 *茹串請專利範圍第1或第2項之装置，其中： 战大ej f貴心蒸氣&〔垣ί D K i )〜i_ D Κ π )亘瘦約 丄* 〇顯’而小®漬的冷凝液流道{ Κ Κ ΰ)〜（Κ Κ η) Ε Γ.·*-{ y—\ ， _ a m u . l nun .-: 3 *如Φ請專利範圍第1或第2項之裝置，其中-· 該小面積的冷凝®浞道（KKo)〜（ΚΚη)用多孔 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公蹵） -----------—-Π I ϊ 1-------^訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 4 9 8 9 6 AS B8 ca D8 六、申請專利範圍 填 充 粒 结 馍 屬 金 之 结 燒 會 不 度 溫 0 燃 用 所 在 或 粉 瓷 陶 之 隙 置 K 裝 D 之 ί 項 ~ 2 ) 第 1 或 Κ 1± 第 ，，、 圍道 0 流 利，氣 專蒸 請 之 电積 δπ面 . 大 9 該 中 其 設 該 在 或 β 徑 L 夏 ί 的層 中 之 域開 區隔 的您 ) 其 8 ) ί 2 室 ( 凝體 冷載 的瓷 中陶 ) 層 1 多 { 在 體於 nur 、 £/iJ 冷稹 屬M 金過 在通 中 其 置 ο 装 積 之 面 項 過 2 通第 的或 道 1 通M 氣圍 蒸範 之利 設專 所請 中 & }5Π 3 ,L ο 有濕 度涠 溫之 發 力 蒸張· 之 面 當表 適高 在之 它需 ’ 所 液 管 作细 工 毛 。 熱 育類 導具烴 做 旦與 當，類 體熱醇 寂 發是 種蒸別 一 的特 有 高 ， 量度 0 角 : 定 中固 宜\ .. ， 5 置 ί 装膠 之粘 項熱 2 導 第 之 或當 1 適 第種 圍 一 範甩 利 利 專 可 請 } S. 3 如 ί . 片 1 晶 i 該 1i /IV /tv 11體 載却 瓷冷 陶屬 層金 多該 該在 或定 /固 旦 }， 4 上ί }膠 2 粘 ( 熱 體導 載當 瓷適 陶一 層用 多利 ΐ 該可 上 S ) } (請先閱讀背面之;i意事項再填寫本頁) ,^.11-----訂.--------. 绶濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）