[發(fā)明專利]改進散熱性能的電子電路組件

無效

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• 申請日: 1994-06-28
• 公開（公告）號: CN1047278C
• 公開（公告）日: 1999-12-08
• 發(fā)明（設計）人: 蘭迪·Ｌ·帕羅克;喬治·Ｆ·安德森
• 申請（專利權）人: 摩托羅拉公司
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20;H01L23/367
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 楊國旭

本發(fā)明在整體上涉及電子電路組件，更具體地，涉及改進了散熱性能的電子電路組件。

現(xiàn)代電子電路組件包含有高功率模擬和數(shù)字半導體器件，它們固有地會產(chǎn)生大量的熱量。在工作期間，各元件產(chǎn)生的熱量必須被散發(fā)掉以保持一個可接受的工作溫度。

通常，電子元件是被安裝在印刷電路板上。印刷電路板并不是好的散熱器，但是，它提供了電子電路工作時所必需的電絕緣，并且為連接各種元件的印刷電路提供了一個襯底。為了散發(fā)熱量，常規(guī)的印刷電路板通常被安裝在金屬散熱器上，例如銅，它們將從該電路板上把熱量帶走。

在模擬電子線路中，例如，隨著現(xiàn)代電信技術所要求的頻率和功率的增高，上述散熱方式已不足以保持工作溫度了。同樣的問題也出現(xiàn)在數(shù)字式電子線路，例如具有高性能的微處理器中。現(xiàn)有技術的解決方案是將那些發(fā)熱最多的特殊元件隔離出來，并把它們單獨與位于印刷電路板下面的金屬散熱器相連上。上述方法是通過設計一個穿過印刷電路板的開口來實現(xiàn)的。該開口通到金屬散熱器上。

發(fā)熱元件不能直接地連接到金屬散熱器上，因為它必須連到一個電氣上絕緣的襯底上。因此，該發(fā)熱元件首先被附接到一陶瓷襯底上。然后，通過印刷電路板上的開口，將該陶瓷襯底貼到金屬散熱器上。

現(xiàn)有技術的解決方法導致一些特殊的缺點。例如，發(fā)熱元件和散熱器之間的陶瓷襯底不能特別好地散熱。與銅相比，陶瓷僅具有其散熱能力的百分之一。因而，盡管可以保持正常的工作溫度，但將存在熱梯度，即安裝在陶瓷襯底上的發(fā)熱元件附近，熱量將高一些。這導致諸如金屬移動(metal?migration)一類問題，最終導致器件故障。

此外，氧化鈹通常被用作為陶瓷襯底因為它具有極其優(yōu)良的散熱特性。然而，在生產(chǎn)過程中，氧化鈹產(chǎn)生許多有毒物質(zhì)。而且，由于將發(fā)熱元件與散熱器相連接的陶瓷不是特別好的散熱元件。

因此，必須將電子元件本身設計成盡可能有效地散熱。典型地，電子元件是一塊半導體芯片。為了提供有效的散熱，此種半導體芯片通常被作成薄到5密耳(mil)的厚度。這一厚度導致器件易碎，并要求額外的處理工藝，因此，影響產(chǎn)品的成本及產(chǎn)量。

因此，需要一種具有改善了散熱性能的電子電路組件，它克服了現(xiàn)有技術的這些缺點。特別地，需要這樣一種散熱配置，它能有效地和均勻地傳導熱量，同時又能提供電氣絕緣且不需要附加的陶瓷襯底。此外，也還希望提供足夠的散熱能力，因而就無須將發(fā)熱元

件作成薄型的了。

本發(fā)明提供了一種改善了散熱性能的電子電路組件，具有：一塊元件承載板，包括第一表面，第二表面，以及至少一個從第一表面延伸到第二表面的開口，該電子電路組件的特征在于：還具有該元件承載板的第一表面相鄰設置的第一金剛石層，該第一金剛石層通過開口絕緣地與電子元件相接觸；以及由一種金屬構成的第一金屬層，位于第一金剛石層及元件承載板的第一表面之間；第二金屬層，由金屬的金屬碳化合物構成，并位于第一金屬層及元件承載板的第一表面之間；電子元件，位于至少一個開口內(nèi)并疊加到第二金屬層上；以及第一焊料，位于第二金屬層及電子元件之間。

術語“金剛石”一詞，在用于描述與本發(fā)明相關聯(lián)的那些材料時，指大致上為金剛石。

圖1為一個簡化的示例性電子電路組件的透視圖；

圖2是現(xiàn)有技術的電子電路組件的一個簡化的剖面圖；

圖3是按照本發(fā)明的電子電路組件的一個簡化的剖面圖；

圖4是按照本發(fā)明的電子電路組件的一替代實施例的一個簡化剖面圖；

圖5是按照本發(fā)明的電子電路組件的又一替代實施例的簡化剖面圖。

圖1是一個電子電路組件10的透視圖。電路組件10是一個簡化的示例性組件。電路組件10包括元件承載板12，通常是一塊包括絕緣板和連接各電子元件的若干導電條(圖中沒有畫出)的印刷電路板。元件14,16,18,20，和22代表組成該電路的各種電子元件。元件14和16代表各種表面安裝的集成電路。元件18和20代表片狀電阻和片狀電容。元件22是發(fā)熱元件。例如，發(fā)熱元件22可以是高頻模擬器件或者微處理器。注意，金屬絲23,25,27和29表示元件22和該電路其余部分之間的絲焊(wirebomded)連接點。此外，元件22也可能是一個經(jīng)由各種導電條電氣連接到電路的其余部分的被封裝好的器件。

電路組件10更進一步地還包括設置在印刷電路板12的底面的散熱層24。在現(xiàn)有技術中，散熱層24可以是一塊銅襯底。此外，發(fā)熱元件22可被安裝在一塊陶瓷襯底上(未示出)，并通過印刷電路板12上的開口26連接到散熱層24上。開口26被作成能容納元件22的大小。