Мікрозборка електронного блоку

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано в конструкциях электронных модулей с высокой эффективностью рассеяния тепла. Известна микросборка электронного блока [1], содержащая многослойную коммутационную плату, составленную из двух керамических подложек, соединенных слоем стекла. Каждая керамическая подложка покрыта с обеих сторон слоем фольги из металла или сплава, присоединенных к подложке слоем стекла. На внешних поверхностях подложек установлены кристаллы интегральных схем (ИС). Микросборка герметизирована крышками. Пересекающиеся каналы системы охлаждения выполнены травлением канавок в металлической фольге на внутренней поверхности подложек с последующим соединением подложек слоем стекла. Соединение системы охлаждения платы с системой охлаждения электронного блока осуществлено через тонкие металлические трубки, сообщающиеся с системой каналов и источником охлаждающей жидкости. Наличие в -конструкции микросборки слоев стекла с низкой теплопроводностью снижает эффективность передачи тепла, выделяющегося в процессе работы ИС, к каналам системы охлаждения. Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой конструкции является выбранная в качестве прототипа конструкция микросборки электронного блока [2], содержащая многослойную керамическую плату (МКП) с размещенной внутри нее системой охлаждения. МКП представляет собой керамическую пластину, в верхней части которой размещена проводниковая разводка для коммутации кристаллов ИС и элктрического соединения с другими элементами эпектронного блока, а в нижней части каналы системы охлаждения. Система охлаждения МКП выполнена в виде взаимосвязанных каналов сложной конфигурации, имеющих общий вход и выход и расположенных вн утри МКП. Система каналов начинается от входного отверстия на торце МКП каналом-распределителем. От него ответвляется ряд параллельных каналов меньшего сечения, расположенных на одном или разных уровнях равномерно по длине распределителя и перпендикулярно к нему. Параллельные каналы соединены с каналом-коллектором, который выход на торец МКП. В местах выхода на торцы МКП каналов распределителя и коллектора установлены штуцеры., Конструктивная и тепловая связь между системами охлаждения МКП и электронного блока осуществляется через отдельный конструктивный узел тепловой разъем. Это штуцеры, установленные на торцах МКП, и соединительные трубки, закрепленные на штуцерах МКП и системы Охлаждения электронного блока. При значительных тепловых потоках, генерируемых кристаллами ИС, температура охлаждающей жидкости повышается уже при прохождении через канал-распределитель, так что разность температур у входа и выхода параллельных каналов падает, а тепловое сопротивление охлаждающей системы МКП соответственно растет. Недостаточно эффективный отвод тепла приводит к нарушению теплового режима работы микросборки и электронного блока при тепловых нагрузках свыше 5 Вт/см. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать микросборку электронного блока за счет создания условий интенсивного теплообмена между охлаждающей жидкостью и окружающей средой, что повышает эффективность охлаждения микросборки. Заявляемая микросборка электронного блока содержит МКП с системой параллельных каналов охлаждения внутри нее; тепловые разъемы для соединения каналов охлаждения указанной выше МКП с системой охлаждения электронного блока. Согласно изобретению, концы параллельных каналов охлаждения указанной выше МКП расположены на двух противоположных торцах, а тепловые разъемы выполнены в виде полых элементов со штуцерами, причем полые элементы установлены на торцах указанной выше МКП, на которых расположены концы каналов охлаждения, с обеспечением их охвата и сообщены своими полостями с указанными выше каналами охлаждения. Каналы системы охлаждения МКП имеют индивидуальный вход и выход в систему о хлаждения электронного блока через тепловой разъём. Тепловое сопротивление теплового разъема минимизируется за счет создания условий интенсивного теплообмена между жидкостью, протекающей по полому элементу, и окружающей средой (высокая теплопроводность материала полого элемента, значительная его поверхность, низкая температура окружающей среды). Вследствие этого температура охлаждающей жидкости у входа в каждый из каналов системы охлаждения платы близка к температуре охлаждения жидкости в системе охлаждения электронного блока, причем охлаждающая жидкость поступает непосредственно в зону съема тепла. Это позволяет повысить эффективность отвода тепла в заявляемой конструкции микросборки по сравнению с известными конструкциями, а также улучшить технологичность конструкции микросборки за счет исключения операций формирования каналов распределителя и коллектора, имеющих большое сечение, внутри платы, обеспечить возможность визуального контроля качества выполнения системы охлаждения платы в процессе изготовления микросборки. На фиг. 1 представлена схема протекания потоков жидкости через систему охлаждения МКП (стрелками указано направление движения потока жидкости): а) согласно конструкции-прототипу; б) согласно заявляемой конструкции. На фиг. 2 представлена микросборка электронного блока заявляемой конструкции: а) общий видмикросборки (вертикальное сечение); б) вид многослойной керамической платы с торца (без полых элементов теплового разъема). Возможность осуществления изобретения иллюстрируется следующим примером. Микросборка электронного блока содержит МКП 1 с расположенными на ее верхней поверхности 2 кристаллами ИС 3. С целью герметизации микросборки к МКП 1 герметично присоединены рамка 4 и крышка 5. Электрическое соединение микросборки с другими деталями электронного блока осуществлено с помощью выводов 6. Коммутация кристаллов ИС 3 с выводами 6 I выполнена с помощью проводниковой разводки 7, расположенной в верхней части МКП 1. Параллельные каналы охлаждения 8 расположены внутри МКП 1 и вы ходят на два противоположных торца 9, 10 МКП 1. Полые элементы 11, 12, имеющие вид прямоугольного параллелепипеда без одной боковой грани, установлены на торцах 9, 10 МКП 1 с обеспечением их охвата и сообщены своими полостями с каналами охлаждения 8 через отверстия 13, 14 на торцах 9, 10 МКП 1. Штуцеры 15, 16 расположенные по центру боковой поверхности полых элементов 11, 12 соответственно, вместе с полыми элементами 11. 12 образуют тепловой разъем, соединяющий систему охлаждения МКП 1 с системой охлаждения электронного блока (на фиг. 2 не показан). Таким образом реализуется конструктивная и тепловая связь теплового разъема с МКП 1. Связь теплового разъема с системой охлаждения электронного блока осуществляется через соединительные трубки и штуцеры (на фиг. 2 не показаны). Предлагаемая микросборка электронного блока изготавливается следующим образом. МКП 1 изготавливается, например, методом обжига пакета металлизированных необожженных керамических заготовок. В качестве керамики используется алюмооксидная керамика ВК 94-1 (аЯО.027.002 ТУ). Проводниковая разводка выполняется методом трафаретной печати вольфрамо-молибденовой пасты В-1 (ЩИО.028.002 ТУ). Каналы 8 выполняются прямоугольного сечения 400х800 мкм набором в полупакет керамических заготовок, прессованием и последующей обработкой лучом лазера для получения нужной конфигурации каналов. .Ме таллизированные заготовки с рисунком проводниковой разводки, полупакет керамических заготовок с рисунком каналов, неметаллизированные керамические заготовки набираются в пакет в последовательности, определенной топологией схемы, производится прессование и обжиг полученного изделия. В результате получают МКП 1, на верхней поверхности 2 которой размещены проводниковые элементы (на фиг. 2 не показаны) для присоединения кристаллов ИС 3, рамки 4, выводов 6. полых элементов П, 12, а на торцах 9, 10 имеются отверстия 13, 14 каналов 8. Затем к МКП 1 методом пайки твердым припоем присоединяются внешние выводы 6, рамка 4 и конструктивные элементы теплового разъема: полые элементы 11, 12 и штуцеры 15,16. После этого производят монтаж пайкой или сваркой кристаллов ИС 3 и присоединение крышки 5 к рамке 4 методом роликовой сварки. Микросборка работает следующим образом. В процессе функционирования электронного блока, частью которого является микросборка, установленные в ней кристаллы ИС3 выделяют тепло. Через проводниковые и керамические слои МКП 1 тепло передается каналам 8. по которым циркулирует охлаждающая жидкость, например, вода. Охлаждающая жидкость поступает из системы охлаждения блока через тепловой разъем, содержащий полый элемент 11. При прохождении по тепловому разъему температура охлаждающей жидкости практически не повышается благодаря малому тепловому сопротивлению разъема. Затем через отверстие 13 охлаждающая жидкость попадает в каналы 8, образующие систему охлаждения МКП 1, после чего выводится в систему охлаждения электронного блока через отверстие 14 и полый элемент 12. При этом конфигурация каналов 8 системы охлаждения МКП 1 в сочетании с тепловым разъемом, имеющим полые элементы 11, 12 обеспечивает подачу охлаждающей жидкости с низкой температурой к каждому каналу 8 и создает условия для более эффективного отвода тепла от тепловыделяющих элементов, чем в микросборке известной конструкции.