DE60222434T2

DE60222434T2 - Verfahren zur herstellung einer legierungsschicht auf der kontaktfläche eines wärmetauschers für einen integrierten schaltkreis

Info

Publication number: DE60222434T2
Application number: DE60222434T
Authority: DE
Inventors: Blanquita Ortega Poway MORANGE
Original assignee: Delta Design Inc
Current assignee: Delta Design Inc
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2022-07-18
Also published as: DE60222434D1; EP1415341A2; JP2004537170A; WO2003010815A2; WO2003010815A3; EP1415341B1; US6513239B1; JP3929974B2; US20030019102A1

Description

Diese Erfindung betrifft Wärmetauscher, die die Temperatur eines integrierten Schaltkreises über Wärmeleitung regulieren, indem sie gegen den integrierten Schaltkreis drücken. Insbesondere betrifft diese Erfindung Verfahren und ein Gerät für die Verwendung bei der Herstellung einer bestimmten Art des vorstehenden Wärmetauschers, der eine Fläche mit einer Legierungsschicht aufweist, die gegen den integrierten Schaltkreis drückt.
In dem Stand der Technik beschreibt das US-Patent 6,243,944 (hiernach das Patent '944) eine Anordnung von mehreren Wärmetauschern, die durch einen Rahmen in Reihe mit einer entsprechenden Anordnung von integrierten Schaltkreisen auf einer gedruckten Leiterplatte gehalten werden, und jeder Wärmetauscher weist eine Fläche mit einer Legierungsschicht auf, die gegen einen jeweiligen der integrierten Schaltkreise drückt. Siehe zum Beispiel die 1 in dem Patent '944, in dem jedes Element 23 ein integrierter Schaltkreis ist und jedes Element 15 ein Wärmetauscher ist. Siehe auch die 6 in dem Patent '944, in dem das Element 15a die Fläche eines Wärmetauschers ist, das gegen einen integrierten Schaltkreis drückt, und das Element 15b eine Legierungsschicht auf der Fläche 15a ist.
Durch Bereitstellen der Legierungsschicht 15b auf der Fläche 15a des Wärmetauschers wird der Wärmewiderstand zwischen der Fläche und dem integrierten Schaltkreis in hohem Maße herabgesetzt. Die Legierungsschicht beeinflusst den Wärmewiderstand, weil die Fläche des Wärmetauschers und die Oberfläche des integrierten Schaltkreises, gegen die diese Flächen drückt, nicht perfekt glatt sind; und folglich besteht eine unregelmäßig gestaltete mikroskopische Spalte zwischen der Fläche des Wärmetauschers und des integrierten Schaltkreises. Wenn aber die Legierungsschicht auf der Fläche des Wärmetauschers geschmolzen ist, füllt im Wesentlichen die Legierung die Spalte; das verursacht, dass der Wärmewiderstand sinkt. Dies ist in den 7 und 8 des Patents '944 gezeigt.
Das vorstehende Konzept zur Verringerung des Wärmewiderstandes gilt für Wärmetauscher, die eine breite Vielfalt von Gestalten und Größen aufweisen und die in einer Anordnung über eine breite Vielfalt von Rahmen gehalten werden. Siehe zum Beispiel das US-Patent 6,179,047 (hiernach das Patent '047), in dem die 1 einen Rahmen 10 zeigt, der mehrere Wärmetauscher 20 in einer Anordnung hält, und jeder Wärmetauscher eine Fläche 21 aufweist, auf der eine Legierungsschicht bereitgestellt werden kann. Siehe ferner die 10 des Patents '047, die einen weiteren Wärmetauscher 90 zeigt, der über den Rahmen 10 in einer Anordnung gehalten werden kann, und dieser Wärmetauscher 90 weist eine Fläche 91 auf, auf der eine Legierungsschicht bereitgestellt werden kann.
Jedoch besteht ein Problem bei dem vorstehendem Konzept zur Verringerung des Wärmewiderstandes darin, wie die Legierungsschicht auf der Fläche der Wärmetauscher aufpoliert werden soll, nachdem sie mit mehreren integrierten Schaltkreisen in Kontakt gekommen sind. Dieses Aufpolieren ist gelegentlich erforderlich, wenn eine Anordnung von Wärmetauschern über einen Rahmen gehalten und in einer Einrichtung verwendet wird, die viele integrierte Schaltkreise der Reihe nach testet. Wenn der Test für eine Anordnung von integrierten Schaltkreisen vollendet ist, werden dort die Wärmetauscher zu einer anderen Anordnung von integrierten Schaltkreisen bewegt. Nachdem etwa einstausend bis dreitausend Anordnungen der integrierten Schaltkreise getestet worden sind, muss die Legierungsschicht auf der Fläche der Wärmetauscher aufpoliert werden, weil die Legierungsschicht oxidiert und das ihre Wärmecharakteristika verändert.
Wenn die Legierungsschicht auf der Fläche der Wärmetauscher aufpoliert wird, während sie über den Rahmen gehalten werden, können danach verschiedene Komponenten, die den Wärmetauscher mit dem Rahmen koppeln, durch verschiedene Flüssigkeiten, die in dem Aufpolierungsprozess verwendet wurden, kontaminiert werden. Zum Beispiel zeigt die 2 des Patents '944, dass für die Herstellung der Legierungsschicht ein Flussmittel zunächst auf der Fläche des Wärmetauschers ausgebreitet werden muss. Dieses Flussmittel begünstigt die metallurgische Bindung zwischen der Fläche des Wärmetauschers und der Metalllegierung, die anschließend aufgetragen wird, wie in den 3 und 4 gezeigt ist. Wenn jedoch ein Teil des Flussmittels von der Fläche des Wärmetauschers abtropft, könnte dieses Flussmittel andere Komponenten korrodieren, wie z. B. die Schraubenfedern 20 in der 1 des Patents '944, die Blattfedern 30a–30d in der 1 des Patents '047 und die Blattfeder 80 in der 10 des Patents '047.
Alternativ dazu können sämtliche der Wärmetauscher aus dem Rahmen entfernt werden bevor die Legierungsschicht aufpoliert wird; und danach können sämtliche der Wärmetauscher an dem Rahmen erneut befestigt werden. Jedoch sind der Schritt des Entfernens und der Schritt des erneuten Befestigens zeitaufwendig; und das trägt zu den Kosten des Aufpolierungsprozesses bei.
Ferner besteht ein weiteres Problem bei dem vorstehenden Konzept zur Verringerung des Wärmewiderstandes darin, wie die Legierungsschicht hergestellt werden soll, so dass sie eine Dicke aufweist, die in einem eng bevorzugten Bereich liegt. Wenn die Legierungsschicht zu dünn ist, dann wird die unregelmäßig geformte mikroskopische Spalte zwischen dem integrierten Schaltkreis und der Fläche des Wärmetauschers mit der Legierung nicht gefüllt; und das erhöht den Wärmewiderstand. Im Gegensatz dazu, wenn die Legierungsschicht zu dick ist, könnte dann ein Teil der Legierung von dem Wärmetauscher verdrängt werden, wenn die Fläche des Wärmetauschers gegen den integrierten Schaltkreis gedrückt wird; und das könnte zu einem Kurzschluss in der Testeinrichtung führen. Ein bevorzugter Bereich für die Dicke der Legierung, in dem sie weder zu dick noch zu dünn ist, beträgt 75 μm–100 μm.
In der 3 des Patents '044 wird die Dicke der Legierungsschicht gesteuert, indem ein festes Legierungsstück von vorbestimmter Größe auf die Fläche des Wärmetauschers gelegt wird; diese Legierung geschmolzen wird; und die geschmolzene Legierung zur Bildung der Schicht ausgebreitet wird. Jedoch bildet die Legierung in der 3 des Patents '044 eine Schicht auf dem Wärmetauscher an sämtlichen Stellen, die mit Flussmittel überzogen werden. Wenn etwas von dem Flussmittel in der 2 des Patents '044 von der Fläche auf einen benachbarten Bereich an der Seite des Wärmetauschers abtropft, wird dann somit auch dieser Bereich mit der Legierungsschicht überzogen. Folglich ist die Dicke der Legierungsschicht auf der Fläche des Wärmetauschers nicht in dem vorbestimmten Bereich.
Dementsprechend besteht eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren und Gerät zum. Lösen der vorstehendem Probleme bereitzustellen.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:
Die vorliegende Erfindung, wie sie hierin beansprucht ist, ist ein Verfahren zur Herstellung einer Legierungsschicht auf einer Fläche eines Wärmetauschers für einen integrierten Schaltkreis. Dieses Verfahren beginnt mit dem Schritt des Montierens der Kombination aus 1) einer Aufnahme für eine Flüssigkeit, die einen Boden mit einer Öffnung aufweist, in die sich der Wärmetauscher derart erstreckt, dass die Aufnahme die Fläche des Wärmetauschers umgibt; und 2) einem nachgiebigen Element in der Öffnung des Bodens der Aufnahme um den Wärmetauscher herum, das eine Abdichtung zwischen dem Wärmetauscher und der Aufnahme bildet. Danach wird ein Schritt des Verteilens durchgeführt, in dem verschiedene Flüssigkeiten (wie z. B. ein flüssiges Flussmittel, eine flüssige Legierung und Wasser) auf die Fläche des Wärmetauschers in einem Ablauf aufgebracht werden. Während diesem Schritt des Verteilens fällt mindestens ein Teil der Flüssigkeiten von der Fläche des Wärmetauschers in die Aufnahme; und diese Flüssigkeiten werden aus der Aufnahme zum Beispiel über Absaugen entfernt. Nachdem die Legierungsschicht aus der verteilten Flüssigkeit gebildet wurde, werden danach die leere Aufnahme und das nachgiebige Element zu einem weiteren Wärmetauscher auf dem Rahmen bewegt und die vorstehenden Schritte werden wiederholt.
Im Verlauf des vorstehenden Prozesses verhindert das nachgiebige Element, dass Flüssigkeiten, die in die Aufnahme fallen, aus der Aufnahme heraus auf beliebige weitere Komponenten, die den Wärmetauscher auf einem Rahmen halten, entweichen. Ferner bildet in einer Ausführungsform der Schritt des Montierens die Abdichtung um den Wärmetauscher benachbart zu der Fläche des Wärmetauschers herum; und das ermöglicht es, dass die Legierungsschicht mit einer genau gesteuerten Dicke auf der Fläche des Wärmetauschers hergestellt wird, da kein flüssiges Flussmittel oder flüssige Legierung versehentlich auf einen beliebigen Bereich des Wärmetauschers, der zu der Fläche benachbart ist, tropfen kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
1 ist eine auseinandergezogene Ansicht einer mechanischen Anordnung zur Herstellung einer Legierungsschicht, gemäß der vorliegenden Erfindung, auf einer Fläche eines Wärmetauschers für einen integrierten Schaltkreis.
2 ist eine Draufsicht der mechanischen Anordnung der 1.
3 ist eine Schnittansicht der mechanischen Anordnung in den 1 und 2, die entlang der Linie A in der 2 vorgenommen wurde.
4A führt die Schritte eines Prozesses auf, der eine Legierungsschicht, gemäß der vorliegenden Erfindung, auf der Fläche des Wärmetauschers herstellt, der sich in der Anordnung der 1–3 befindet.
4B führt die Schritte eines Prozesses auf, der dem Prozess der 4A vorausgeht, um eine Legierungsschicht auf der Fläche des Wärmetauschers aufzupolieren, der sich in der Anordnung der 1–3 befindet.
5–12 zeigen jeweils eine entsprechende Modifikation an der Anordnung der 1–3.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG:
Bezug nehmend nun auf die 1, 2 und 3 wird eine neue mechanische Anordnung, die eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, im Detail beschrieben. Später wird in Verbindung mit den 4A und 4B ein neuer Prozess im Detail beschrieben, der die vorstehende mechanische Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, um eine Legierungsschicht auf der Fläche eines Wärmetauschers für einen IC-Baustein herzustellen.
In der 1 ist die Komponente 11 ein Wärmetauscher, der eine Fläche 11a zum Drücken gegen einen IC-Baustein aufweist. Diese Fläche 11a befindet sich auf einem Sockel 11b, der sich aus einem Hohlkörper 11c heraus erstreckt. Der Hohlkörper 11c verfügt über einen Eingangsanschluss 11d und einen Ausgangsanschluss 11e, so dass eine Flüssigkeit durch den Hohlkörper gezwängt werden kann, wenn die Fläche 11a gegen den IC-Baustein drückt. Dieser Wärmetauscher 11 ist in dem Stand der Technik vorhanden und der ist in der 10 des Patents '047 (wie in dem HINTERGRUND zitiert ist) gezeigt.
Ebenfalls in der 1 ist die Komponente 12 eine Aufnahme für verschiedene Flüssigkeiten, die zur Herstellung der Legierungsschicht auf der Fläche 11a des Wärmetauschers 11 verwendet werden. Diese Aufnahme 12 weist einen Boden 12a mit einer Öffnung 12b auf; und der Sockel 11b an dem Wärmetauscher 11 erstreckt sich in die Öffnung 12b hinein. In dieser Position ist die Fläche 11a des Wärmetauschers von einer Seitenwand 12c der Aufnahme 12 umgeben. Die Seitenwand 12c weist ferner drei hohle Durchgänge 12d, 12e und 12f auf; und ihre Funktion wird später in Verbindung mit dem Prozess der 4A und 4B beschrieben.
Weiter in der 1 ist die Komponente 13 ein nachgiebiges Element, das eine Abdichtung zwischen dem Wärmetauscher 11 und der Aufnahme 12 bildet. Auf Grund dieser Abdichtung hält die Aufnahme 12 verschiedene Flüssigkeiten, die in dem Prozess der 4A und 4B zur Herstellung der Legierungsschicht auf der Fläche 11a des Wärmetauschers 11 verwendet werden. Das ist wichtig, da es ermöglicht, dass die Legierungsschicht auf der Fläche 11a hergestellt wird, während der Wärmetauscher 11 von einem Rahmen gehalten wird, und zwar ohne beliebige Teile zu kontaminieren, die den Wärmetauscher mit dem Rahmen koppeln.
Ein Beispiel aus dem Stand der Technik dafür, wie der Wärmetauscher 11 von einem Rahmen gehalten werden kann, ist in der 10 des Patents '047 gezeigt. Dort ist der Wärmetauscher durch die Bezugsziffer 90 identifiziert; der Rahmen ist durch die Bezugsziffer 70 identifiziert; und der Wärmetauscher ist mit dem Rahmen über ein Paar von Anschlagstücken 100 und eine Feder 80 gekoppelt. Ferner können mehrere Ausfertigungen der Struktur der 10 über Schrauben in einer Anordnung auf einen größeren Rahmen befestigt werden, wie z. B. der Rahmen 10 oder der Rahmen 10', die jeweils in der 1 und der 9 des Patents '047 gezeigt sind.
In der 1 der vorliegenden Erfindung besteht das nachgiebige Element 13 aus einer dünnen dehnbaren Membran 13a und einem ringförmigen Befestigungsteil 13b. Diese Membran 13a erstreckt sich über die Öffnung 12b an dem Boden der Aufnahme 12 und der ringförmige Befestigungsteil 13b passt raumfest in die Öffnung 12b. Folglich hält der ringförmige Befestigungsteil 13b die Membran 13a auf der Aufnahme 12, indem der Umfang der Membran 13a gegen die Aufnahme 12 um die Öffnung 12b herum gedrückt wird.
In der Mitte der Membran 13a befindlich ist ein Loch 13c; und es weist einen Umfang auf, der sich um die Fläche 11a des Wärmetauschers 11 herum dehnt. Auf Grund dieser dehnbaren Struktur wird eine Abdichtung gebildet, die die Fläche 11a des Wärmetauschers aussetzt und keinen Teil des Sockels 11b aussetzt, der benachbart zu der Fläche 11a liegt. Folglich quellen keine Flüssigkeiten, die zur Herstellung der Legierungsschicht auf der Fläche 11a verwendet werden, über einen benachbarten Teil des Sockels 11b. Das ist wichtig, da es ermöglicht, dass die Legierungsschicht mit einer bevorzugten Dicke und geringen Toleranzen hergestellt wird.
Wenn die Komponenten 11, 12 und 13 der 1 miteinander gekoppelt werden, bilden sie die Anordnung, die in den 2 und 3 gezeigt ist. In dieser Anordnung sind sämtliche der Komponenten und ihre physikalischen Merkmale durch die gleichen Bezugsziffern identifiziert, die sie in der 1 besitzen.
Ebenfalls in der Anordnung der 2 und 3 identifiziert die Bezugsziffer 21 die Abdichtung, die die dünne dehnbare Membran 13a mit dem Wärmetauscher 11 um die Fläche 11a herum bildet. Ebenso identifiziert in der 3 die Bezugsziffer 22 die Abdichtung, die die dünne dehnbare Membran 13a und der ringförmige Befestigungsteil 13b mit dem Wärmetauscher 11 um die Öffnung herum in dem Aufnahmeboden 12a bilden.
Ein Merkmal der Anordnung in den 2 und 3 besteht darin, dass die Abdichtungen 21 und 22 leicht gebildet und leicht rückgängig gemacht werden. Um die Abdichtung 21 zu bilden, wird der Sockel 11b einfach durch das Loch 13c in der dehnbaren Membran 13a geschoben. Um die Abdichtung 22 zu bilden, wird der Umfang der dehnbaren Membran 13a einfach zwischen dem Aufnahmeboden 12a und dem ringförmigen Teil 13b eingequetscht.
Wenn eine Vielzahl der Wärmetauscher 11 in einer Anordnung von einem Rahmen gehalten wird, kann dann folglich die Anordnung der 2 und 3 leicht bei jedem Wärmetauscher der Reihe nach gebildet werden. Dies wird einfach dadurch erreicht, indem die Aufnahme 12 und das nachgiebige Element 13 von einem Wärmetauscher zu einem weiteren bewegt werden. Jedes Mal, wenn die Anordnung der 2 und 3 bei einem bestimmten Wärmetauscher gebildet wird, können die Schritte des Prozesses der 4A und 4B durchgeführt werden, um eine Legierungsschicht auf der Fläche 11a von denjenigen Wärmetauscher zu bilden.
Ein weiteres Merkmal der Anordnung in den 2 und 3 besteht darin, dass die Abdichtung 21 sich um die Fläche 11a des Wärmetauschers herum bildet, selbst wenn die Fläche 11a hinsichtlich der Größe und Gestalt über einen weiten Bereich verändert wird. Dieses Merkmal tritt auf, da die Membran 13a sich dehnt, um verschiedene Größen und Gestalten der Fläche 11a und des Sockels 11b aufzunehmen. Folglich kann die Anordnung der 2 und 3 bei mehreren unterschiedlichen Wärmetauschern gebildet werden und eine separate Membran 13a muss nicht für jeden Wärmetauscher maßgeschneidert werden.
Nun wird unter Bezugnahme auf die 4A ein bevorzugter Prozess beschrieben, der die mechanische Anordnung der 1, 2 und 3 zur Herstellung einer Legierungsschicht auf der Fläche 11a des Wärmetauschers verwendet. Dieser Prozess wird über eine Abfolge von Schritten durchgeführt, die als die Schritte S1–S11 in der 4A aufgelistet sind. Jeder der Schritte S1–S11 kann entweder manuell von einem Arbeiter oder automatisch von einer Maschine durchgeführt werden.
Mit jedem der Schritte S1–S11 ist ein "Zeit"-Parameter, ein "Durchgang"-Parameter und ein "Auslauf"-Parameter assoziiert. Der "Zeit"-Parameter spezifiziert, wie langwierig in Sekunden der Schritt durchgeführt wird. Der "Durchgang"-Parameter identifiziert jeden Durchgang 12d, 12e oder 12f, der während der Durchführung des Schrittes zum Führen einer Flüssigkeit verwendet wird. Und der "Auslauf"-Parameter zeigt an, ob während der Durchführung des Schrittes irgendeine Flüssigkeit von der Fläche 11a des Wärmetauschers in die Aufnahme 12 ausläuft oder nicht ausläuft.
Der Zweck des Durchgangs 12f besteht darin, Wasser in die Aufnahme 12 zu geben, um die Fläche 11a des Wärmetauschers zu waschen. Der Zweck des Durchgangs 12e besteht darin, jedwede Flüssigkeit und jedweden Abrieb in der Flüssigkeit aus der Aufnahme 12 zu entfernen, aber nur bis zu der Höhe der Fläche 11a des Wärmetauschers. Der Zweck des Durchgangs 12d besteht darin, jedwede Flüssigkeit und jedweden Abrieb in der Flüssigkeit in ihrer Gesamtheit aus der Aufnahme 12 zu entfernen.
Das Entfernen von Flüssigkeit und Abrieb über die Durchgänge 12d und 12e erfolgt über Anlegen eines Vakuums an diese Durchgänge. Flüssigkeit und Abrieb werden in ihrer Gesamtheit über den Durchgang 12d entfernt, da die elastische Membran 13a sich von der Fläche 11a des Wärmetauschers weg und nach unten abschrägt und der Durchgang 12d an dem tiefsten Punkt in der Aufnahme 12 beginnt. Verglichen damit beginnt der Durchgang 12e an einem Punkt in der Aufnahme 12, der sich auf gleicher Höhe mit der Fläche 11a des Wärmetauschers befindet.
In dem Schritt S1 der 4A wird die Anordnung der 3 gebildet. Um das zu bewerkstelligen, wird die dehnbare Membran 13a zunächst auf dem Sockel 11b des Wärmetauschers derart aufgesetzt, dass die Abdichtung 21 um die Fläche 11a herum gebildet wird. Als Nächstes wird der Umfang der dehnbaren Membran 13a über das ringförmige Befestigungsteil 13b drapiert. Danach wird die Aufnahme 12 auf das ringförmige Befestigungsteil 13b geschoben, so dass der Umfang der dehnbaren Membran 13a zwischen dem ringförmigen Teil 13b und der Aufnahme 12 eingequetscht ist. Dieser Schritt S1 benötigt zur Vollendung nur etwa 30 Sekunden.
In dem Schritt S2 wird ein flüssiges Flussmittel auf der Fläche 11a des Wärmetauschers verteilt. Dieses Flussmittel ist eine beliebige Chemikalie, die eine metallurgische Bindung zwischen der Fläche 11a des Wärmetauschers und der Legierungsschicht begünstigt, die auf dieser Fläche hergestellt werden soll. Zum Beispiel ist ein solches Flussmittel ein Gemisch aus 70%–80% Alkohol, 15%–25% Carbonsäure und 10%–20% Aminhydrochlorid.
In dem Schritt S3 wird ein festes Stück an Legierung von einer vorbestimmten Größe aufgenommen und auf die Fläche 11a des Wärmetauschers gegeben. Die Größe von diesem festen Stück an Legierung ist derart ausgewählt, dass sie, nachdem die Legierung geschmolzen und über die Fläche 11a des Wärmetauschers einheitlich verteilt ist, eine bevorzugte Dicke aufweist. Eine solche Dicke beträgt 75 μm–100 μm.
In dem Schritt S4 wird die Legierung aus dem Schritt S3 geschmolzen und über die Fläche 11a des Wärmetauschers verteilt. Dies kann bewerkstelligt werden, indem zum Beispiel ein Werkzeug mit einer heißen Spitze verwendet wird, die die Legierung schmilzt. Bei diesem Schritt besteht die Hauptaufgabe schlicht darin, die gesamte Fläche 11a mit Legierung zu bedecken, und die Dicke der Legierung muss nicht einheitlich sein.
In dem Schritt S5 wird zusätzliches flüssiges Flussmittel auf die Legierung auf der Fläche 11a des Wärmetauschers verteilt. Vorzugsweise weist dieses Flussmittel eine verdünnte Konzentration auf. Wenn das Flussmittel nicht verdünnt ist, dann könnte sich die Legierungsschicht aus dem Schritt S4 von der Fläche 11a entnetzen, und der Fall, in dem die Legierung sich in dem Schritt S6 einheitlich ausbreitet, verschlechtert sich.
In dem Schritt S6 wird die Legierungsschicht, die in dem Schritt S4 gebildet wurde, zu einer glatten und einheitlich dicken Schicht ausgebreitet. Hier kann das Ausbreiten wiederum bewerkstelligt werden, indem ein Werkzeug mit einer heißen Spitze verwendet wird, die die Legierung schmilzt.
In dem Schritt S7 wird Wasser durch den Durchgang 12f in die Aufnahme 12 durchgeleitet. Dieses Wasser fließt solange, bis die Wasserhöhe in der Aufnahme 12 bei etwa einachtel Zoll oberhalb der Fläche 11a des Wärmetauschers ist. Die Gesamtmenge an Wasser, die in die Aufnahme 12 geleitet wird, ist durch die Flussgeschwindigkeit des Wassers und der Zeitspanne des Schritts S7 gesteuert. Mit diesem Schritt tritt eine vorläufige Säuberung der Fläche 11a ein.
In dem Schritt S8 werden jegliche Höcker oder vergleichbare Mängel in der Legierungsschicht auf der Fläche 11a geglättet. Dies wird erreicht, indem mit der heißen Spitze eines Werkzeugs die Höcker berührt und/oder die Höcker geglättet werden. Während dieses Schritts bleibt das Wasser in der Aufnahme 12 auf der Höhe, die in dem Schritt S7 eingestellt wurde.
In dem Schritt S9 erfolgt nur eine Pause. Dies stellt sicher, dass jedwedes verbleibendes Flussmittel und Flussmittelrückstand sich mit dem Wasser lösen, das in die Aufnahme 12 in dem Schritt S7 gegeben wurde. Ebenfalls während dieser Pause können jegliche kleine Höcker oder Grübchen in der Legierungsschicht mit der heißen Spitze eines Werkzeugs vor der Durchführung der Schritte S10 und S11 nachgebessert werden.
In dem Schritt S10 wird die Legierungsschicht auf der Fläche 11a des Wärmetauschers sorgfältig gewaschen und gespült. Dies wird erreicht, indem Wasser durch den Durchgang 12f in die Aufnahme 12 geleitet wird, während gleichzeitig dieses Wasser zusammen mit jedwedem verbliebenen Abrieb über den Durchgang 12e entfernt wird.
Schließlich wird in dem Schritt S11 die Aufnahme 12 vollständig von jeglichem Wasser und verbliebenem Abrieb geleert und die Aufnahme 12 wird zusammen mit der Fläche 11a des Wärmetauschers getrocknet. Dies wird erreicht, indem ein Vakuum an den Durchgang 12d angelegt wird.
Die Untersuchung der "Auslauf"-Parameter in der 4A zeigt, dass während der Schritte S2, S5, S7 und S10–S11 entweder Flussmittel oder Wasser von der Fläche 11a des Wärmetauschers herablaufen kann. Aber auf Grund der Arbeitsweise der Aufnahme 12 und des nachgiebigen Elements 13 werden keine Teile, die den Wärmetauscher 11 mit dem Rahmen koppeln, durch nichts von dem Auslauf kontaminiert oder sonst wie beschädigt. Beispiele des Standes der Technik für diese Teile und den Rahmen sind in den zuvor zitierten 1, 9 und 10 des Patents '047 gezeigt.
Ebenfalls auf Grund der Abdichtung 21, die von dem nachgiebigen Element 13 gebildet wird, wird nur die Fläche 11a des Wärmetauschers und kein benachbarter Teil des Sockels 11b des Wärmetauschers dem Flussmittel und der Legierung und dem Wasser ausgesetzt, die von dem Prozess der 4A verwendet werden. Ferner verbleibt durch vorsichtiges Ausbreiten und Glätten der Legierung in den Schritten S4, S6 und S8 alles von der Legierung, die in dem Schritt S3 verteilt wurde, auf der Fläche 11a des Wärmetauschers. Bedingt durch diese beiden Punkte weist die Legierungsschicht, die auf der Fläche des Wärmetauschers hergestellt wird, eine genau gesteuerte Dicke auf.
Nachdem die Legierungsschicht auf der Fläche 11a des Wärmetauschers über den Prozess der 4A hergestellt worden ist, ist der Wärmetauscher 11 bereit, in einer Testeinrichtung verwendet zu werden, die IC-Bausteine der Reihe nach testet. Jedes Mal, wenn ein IC-Baustein getestet wird, werden die Fläche des Wärmetauschers und der IC-Baustein zusammengedrückt und die Legierungsschicht schmilzt, um dadurch mikroskopische Spalten zwischen der Fläche 11a des Wärmetauschers und dem IC-Baustein zu füllen. Wenn die Legierungsschicht in einer solchen Einrichtung verwendet wird, oxidiert jedoch die Legierungsschicht langsam; und nach etwa eintausend bis dreitausend Zyklen muss die Legierungsschicht auf der Fläche 11a des Wärmetauschers aufpoliert werden.
Dieses Aufpolieren wird gemäß der vorliegenden Erfindung über die Durchführung der Schritte S21–S31 der 4B gefolgt von den Schritten S2–S11 der 4A bewerkstelligt. Der Prozess der 4B beginnt mit dem Schritt S21, in dem die Anordnung der 3 gebildet wird, wie zuvor in Verbindung mit dem Schritt S1 beschrieben wurde.
In dem Schritt S22 wird die Legierungsschicht, die zuvor auf die Fläche 11a des Wärmetauschers aufgebracht wurde und die nun wenigstens teilweise oxidiert ist, geschmolzen und entfernt. Dieses Entfernen wird erreicht, in dem Wasser auf der Fläche des Wärmetauschers verteilt wird, während gleichzeitig ein Absauggerät verwendet wird, um ein Gemisch aus der geschmolzenen Legierung und dem Wasser von der Fläche des Wärmetauschers abzusaugen. Jegliches überschüssiges Gemisch wird aus der Aufnahme 12 über den Durchgang 12d entfernt.
In den Schritten S23 und S24 werden verschiedene intermetallische Verbindungen und oxidierte Legierung und Rückstand entfernt, die sich auf der Fläche 11a des Wärmetauschers bilden. Dies wird erreicht, indem zunächst die Fläche des Wärmetauschers in dem Schritt S23 gescheuert wird. Danach wird in dem Schritt S24 ein Gemisch aus den abgescheuerten intermetallischen Verbindungen und oxidierter Legierung und Rückstand und Wasser mit einem Absauggerät entfernt. Wiederum wird jegliches überschüssiges Gemisch aus der Aufnahme 12 über den Durchgang 12d entfernt.
In den Schritten S25–S28 wird jedwedes oxidiertes Metall in der Fläche 11a des Wärmetauschers entfernt und danach wird die Fläche 11a des Wärmetauschers mit einer dünnen Schicht der Legierung überzogen. Dies wird erreicht, in dem zunächst der Schritt S25 durchgeführt wird, in dem Flussmittel auf der Fläche 11a des Wärmetauschers verteilt wird. Als Nächstes wird in dem Schritt S26 eine kleine Menge an Legierung auf die Fläche des Wärmetauschers gegeben und geschmolzen. Danach wird in dem Schritt S27 die geschmolzene Legierung zu einer uneinheitlichen dünnen Schicht über die Fläche 11a des Wärmetauschers ausgebreitet. Schließlich wird in dem Schritt S28 Wasser auf der Legierungsbeschichtung verteilt; und ein Gemisch aus diesem Wasser und Legierung und jeglichen verbliebenen Materialien auf der Legierungsbeschichtung wird mit einem Absauggerät entfernt. Dies lässt eine dünne Legierungsschicht auf der Fläche 11a des Wärmetauschers zurück, die nur etwa ein Zehntel so dick ist wie die Schicht, die über den Prozess der 4A gebildet wird.
In den Schritten S29–S31 wird die dünne Schicht an Legierung auf der Fläche 11a des Wärmetauschers vollständig gereinigt und getrocknet. Der Schritt S29 wird genauso wie der Schritt S7 in der 4A durchgeführt; der Schritt S30 wird genauso wie der Schritt S10 in der 4A durchgeführt; und der Schritt S31 wird genauso wie der Schritt S11 in der 4A durchgeführt.
Die Untersuchung der "Auslauf"-Parameter in der 4B zeigt, dass während der Schritte S22–S25 und S27–S31 entweder Flussmittel oder Legierung oder Wasser von der Fläche 11a des Wärmetauschers herablaufen kann. Aber auf Grund der Arbeitsweise der Aufnahme 12 und des nachgiebigen Elements 13 werden keine Teile, die den Wärmetauscher 11 mit dem Rahmen koppeln, durch nichts von dem Auslauf kontaminiert oder sonst wie beschädigt.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer neuen mechanischen Anordnung, die gemäß der vorliegenden Erfindung strukturiert ist, ist nun im Detail beschrieben worden. Ferner ist ein bevorzugter Prozess gemäß der vorliegenden Erfindung, der eine Legierungsschicht auf der Fläche des Wärmetauschers herstellt und aufpoliert, nun im Detail beschrieben worden. Jedoch können verschiedene Modifikationen an den vorstehenden Details vorgenommen werden, ohne von den Schutzumfang der Erfindung abzuweichen; und einige Beispiele für solche Modifikationen werden nun in Verbindung mit den 5–12 beschrieben.
In der 5 identifiziert die Bezugsziffer 52 eine Aufnahme, die eine modifizierte Version der Aufnahme 12 in den 1–3 ist. Hier besteht die einzige Modifikation darin, dass der Boden 52a der Aufnahme sich nicht nach innen hinter die Seitenwand 52c der Aufnahme erstreckt, wie er es in den 1–3 tut. Ferner identifiziert in der 5 die Bezugsziffer 53 ein nachgiebiges Element, das eine modifizierte Version des nachgiebigen Elements 13 in den 1–3 ist. Dieses nachgiebige Element 53 schließt die dünne dehnbare Membran 13a mit dessen Loch 13c ein, wie in den 1–3 gezeigt ist. Ferner schließt das nachgiebige Element 53 ein ringförmiges Befestigungsteil 53b ein, das den Umfang der dehnbaren Membran 13a gegen die Außenfläche der Seitenwand 52c der Aufnahme presst.
In der 6 identifiziert die Bezugsziffer 12 die Aufnahme 12 aus den 1–3; und die Bezugsziffer 63 identifiziert ein nachgiebiges Element, das eine modifizierte Version des nachgiebigen Elements 13 in den 1–3 ist. Dieses nachgiebige Element 63 schließt die dünne dehnbare Membran 13a mit dessen Loch 13c aus den 1–3 ein. Ferner schließt das nachgiebige Element 63 ein ringförmiges Befestigungsteil 63b ein, dass den Umfang der dehnbaren Membran 13a gegen die Innenfläche der Seitenwand der Aufnahme 12c presst.
In der 7 identifiziert die Bezugsziffer 12 die Aufnahme 12 aus den 1–3; und die Bezugsziffer 73 identifiziert ein nachgiebiges Element, das eine modifizierte Version des nachgiebigen Elements 13 in den 1–3 ist. Dieses nachgiebige Element 73 schließt ein starres ringförmiges Teil 73a ein, das eine innere Seitenwand aufweist, die einen Dichtungsring 73b hält, und die eine äußere Seitenwand aufweist, die einen Dichtungsring 73c hält. Der Dichtungsring 73b weist eine Gestalt auf, die den Sockel 11b des Wärmetauschers 11 in der 1 umgibt und eine Abdichtung benachbart zu der Fläche 11a des Wärmetauschers bildet. Der Dichtungsring 73c weist eine Gestalt auf, die in die Aufnahme 12 passt, und bildet eine Abdichtung mit dem Inneren der Seitenwand 12c der Aufnahme.
In der 8 identifiziert die Bezugsziffer 82 eine Aufnahme, die in eine modifizierte Version der Aufnahme 12 in den 1–3 ist; und die Bezugsziffer 73 identifiziert das nachgiebige Element 73 aus der 7. Die Modifikation, die bei der Aufnahme 82 vorliegt, besteht darin, dass der Boden 82a der Aufnahme eine Kerbe aufweist, in die das nachgiebige Element 73 raumfest passt, wie gezeigt ist; und der Dichtungsring 73c eine Abdichtung in dieser Kerbe bildet.
In der 9 ist eine Anordnung gezeigt, die zu der Anordnung der 1–3 ähnlich ist, aber in der das ringförmige Befestigungsteil 13b weggelassen ist. Um dies zu bewerkstelligen, schließt die Anordnung der 9 einen Wärmetauscher 91 und eine Aufnahme 92 ein, die eine Bodenfläche 92a mit einer Öffnung aufweist, in die der Wärmetauscher raumfest passt. Die Anordnung der 9 schließt ferner die dünne dehnbare Membran 13a der 1–3 ein, und diese Membran wird gegen die Aufnahme 92 von dem Wärmetauscher 91, wie gezeigt ist, gepresst, um die Abdichtung 22 zu bilden. Die dünne dehnbare Membran 13a bildet ferner die andere Abdichtung 21 um die Fläche 91a des Wärmetauschers herum, genauso wie sie es in den 1–3 tut.
In der 10 ist eine Modifikation an der zu vorbeschriebenen dünnen dehnbaren Membran 13a der 1 gezeigt. Hier besteht die Modifikation darin, dass eine Schicht aus einem klebrigen Material 13d an einem Teil der Membran 13a befestigt ist, die dem Loch 13c benachbart ist. Wenn diese Modifikation in die Anordnungen der 1–3, 5, 6 und 9 aufgenommen wird, kontaktiert das klebrige Material 13d den Sockel 11b des Wärmetauschers 11 um die Fläche 11a des Wärmetauschers herum, und dieses verbessert die Abdichtung 21. Ein spezifisches Beispiel für ein geeignetes klebriges Material 13d stellt ein doppelseitiger Siliconstreifen dar.
In der 11 ist eine Anordnung gezeigt, die ähnlich zu der Anordnung der 8 ist, aber in der das ringförmige Teil 73a und der Dichtungsring 73c weggelassen sind. Um dies zu bewerkstelligen, schließt die Anordnung der 11 eine Aufnahme 112 ein, die einen Boden 112a mit einer Öffnung aufweist, die etwas größer ist als die Fläche 11a des Wärmetauschers 11 in der 1. Ein Dichtungsring 112b wird von dem Boden der Aufnahme 112 gehalten und dieser Dichtungsring drückt gegen den Sockel 11b des Wärmetauschers 11 der 1, um dadurch die Abdichtung 21 zu bilden.
In der 12 ist eine Modifikation an dem Wärmetauscher 11 der 1 gezeigt. Hier besteht die Modifikation darin, dass der Sockel des Wärmetauschers 11 mit einem Material 11f beschichtet ist, das die Legierung, die auf der Fläche 11a des Wärmetauschers über den Prozess der 4A hergestellt wird, nicht benetzt. Beispiele für das Material 11f sind folgende: 1) eine Teflonbeschichtung, 2) eine Siliconbeschichtung, und 3) ein Teflonstreifen mit einem Siliconkleber. Mit dieser Modifikation kann die Abdichtung 21, wie in der 3 gezeigt ist, überall auf dem Sockel des Wärmetauschers auftreten und muss nicht zu der Fläche 11a des Wärmetauschers benachbart hergestellt sein.
Sämtliche der vorstehenden Anordnungen der 5–12 können in dem Prozess der 4A und 4B verwendet werden. Ferner können verschiedene Schritte in dem Prozess der 4A und 4B modifiziert werden. Zum Beispiel können die Flüssigkeiten, die in dem Prozess der 4A und 4B verwendet werden, über die Schwerkraft aus der Aufnahme 12 abgelassen anstatt von einem Vakuum durch den Durchgang 12d und 12c abgezogen zu werden. Um diese Modifikation aufzunehmen, müssen die Durchgänge 12d und 12e sich aus dem Inneren der Aufnahme 12 in eine Richtung nach unten zu der Außenseite der Aufnahme 12 erstrecken. Rohre können an diese Durchgänge angeschlossen sein und die Flüssigkeit von dem Rahmen ablassen, auf dem die Wärmetauscher gehalten werden.
Dementsprechend soll verstanden werden, dass der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht auf Details von irgendeiner bestimmten Anordnung oder irgendeinem Prozess eingeschränkt ist, die in den 1–12 gezeigt sind, sondern von den angefügten Ansprüchen bestimmt wird.
Dort, wo technische Merkmale, die in irgendeinem Anspruch erwähnt sind, von Bezugsziffern gefolgt werden, sind diese Bezugsziffern für den alleinigen Zweck der Steigerung der Verständlichkeit der Ansprüche eingefügt worden, und dementsprechend besitzen derartige Bezugsziffern keine beschränkende Wirkung auf den Schutzumfang von jedem Element, das von derartigen Bezugsziffern beispielhaft identifiziert wird.

Claims

Ein Verfahren zur Herstellung einer Legierungsschicht auf einer Fläche (11a) eines Wärmetauschers (11) zum Kontaktieren eines integrierten Schaltkreises; wobei das Verfahren die folgenden Schritte einschließt: Montieren der Kombination aus 1) einer Aufnahme (12) für eine Flüssigkeit, die einen Boden (12a) mit einer Öffnung (12b) aufweist, in die sich der Wärmetauscher derart erstreckt, dass die Aufnahme die Fläche des Wärmetauschers umgibt, und 2) einem nachgiebigen Element (13) in der Öffnung, das ebenfalls die Fläche des Wärmetauschers umgibt und das eine Abdichtung für die Flüssigkeit zwischen dem Wärmetauscher (11) und der Aufnahme (12) bildet; Verteilen der Flüssigkeit (52, 55, 57, 510) auf der Fläche des Wärmetauschers und Auffangen eines jedweden Anteils der Flüssigkeit, die von der Fläche fällt, in der Aufnahme; und Entfernen (12d, 12e, 12f) des Anteils der Flüssigkeit aus der Aufnahme.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Wärmetauscher durch zusätzliche Komponenten auf einem Rahmen gehalten wird und der Schritt des Montierens die Abdichtung derart bildet, dass die Flüssigkeit aus der Aufnahme nicht auf die zusätzlichen Komponenten entweichen kann.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Schritt des Montierens die Abdichtung vollständig um die Fläche des Wärmetauschers herum und dazu benachbart bildet.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Wärmetauscher eine zu der Fläche des Wärmetauschers benachbarte Beschichtung aufweist, die von der Legierung nicht benetzt wird; und der. Schritt des Montierens die Abdichtung vollständig um die Fläche des Wärmetauschers herum, aber davon beabstandet auf der Beschichtung bildet.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Schritt des Verteilens den Teilschritt des Auftragens eines flüssigen Flussmittels auf die Fläche des Wärmetauschers einschließt, die die metallurgische Bindung zwischen der Fläche und der Legierung begünstigt.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Schritt des Verteilens den Teilschritt des Waschens der Fläche des Wärmetauschers mit Wasser einschließt.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Schritt des Verteilens den Teilschritt des Ausbreitens der Legierung in einem flüssigen Zustand zu einer Schicht über die Fläche des Wärmetauschers einschließt.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Schritt des Verteilens den Teilschritt des Scheuerns der Fläche des Wärmetauschers mit der Flüssigkeit einschließt.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Schritt des Verteilens in einem Ablauf von separaten Zeitintervallen durchgeführt wird, während dessen mindestens zwei verschiedene flüssige Materialien auf der Fläche des Wärmetauschers verteilt werden.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Schritt des Entfernens durch Ansaugen des Anteils der Flüssigkeit aus der Aufnahme durchgeführt wird.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Schritt des Entfernens durch Ablassen des Anteils der Flüssigkeit aus der Aufnahme durchgeführt wird.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Schritt des Montierens die folgenden Teilschritte einschließt: a) Bereitstellen einer dehnbaren Membran in dem nachgiebigen Element, die ein Loch mit einem dehnbaren Umfang aufweist; und b) Dehnen des Umfangs des Lochs in der dehnbaren Membran um die Fläche des Wärmetauschers herum.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Schritt des Montierens die folgenden Teilschritte einschließt: a) Bereitstellen eines Dichtrings in dem nachgiebigen Element; und b) Schieben des Dichtrings auf den Wärmetauscher um die Fläche des Wärmetauschers herum.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Schritt des Montierens, der Schritt des Verteilens und der Schritt des Entfernens in einem Ablauf mehrere Male wiederholt werden und wobei zwischen jeder Wiederholung die Aufnahme und das nachgiebige Element von einem Wärmetauscher zu einem weiteren Wärmetauscher auf dem Rahmen bewegt werden.