JPH0340952B2 - - Google Patents

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JPH0340952B2
JPH0340952B2 JP57049079A JP4907982A JPH0340952B2 JP H0340952 B2 JPH0340952 B2 JP H0340952B2 JP 57049079 A JP57049079 A JP 57049079A JP 4907982 A JP4907982 A JP 4907982A JP H0340952 B2 JPH0340952 B2 JP H0340952B2
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low melting
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semiconductor device
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/70Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control
    • H10W40/77Auxiliary members characterised by their shape
    • H10W40/774Pistons, e.g. spring-loaded members
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/851Dispositions of multiple connectors or interconnections
    • H10W72/874On different surfaces
    • H10W72/877Bump connectors and die-attach connectors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00Package configurations
    • H10W90/701Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
    • H10W90/721Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bump connectors
    • H10W90/724Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bump connectors between a chip and a stacked insulating package substrate, interposer or RDL

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、特に高発熱密度の半導体チツプなど
の半導体デバイスの冷却に好適の集積回路の冷却
装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来のこの種の冷却装置は、例えば米国特許第
3993123号に記載されたもののようになつている。
第7図により従来のこの種の装置を説明する。ハ
ウジング1内に形成したシリンダ2内に間〓3を
介してピストン4を設け、ピストン4の背後に冷
却すべき半導体チツプ5に向け押圧力を加えるば
ね6を設ける。ピストン4の中心に孔7を、その
底面には孔7を連続した半径方向の溝8を設け、
さらに側壁に軸方向溝9及び軸方向溝9を横切る
ように形成された周方向溝10を形成し、孔7と
軸方向溝9内に熱伝導体物質であるワツクス1
1,12を充填する。ワツクス11,12は、組
立後に加熱されることにより溝8及び溝9中に流
れ出し、ピストン4と半導体チツプ5との間〓、
及びピストン4とハウジング1間の間〓13,3
を満たす。半導体チツプ5で発生した熱は間〓1
3に満されたワツクス11を介してピストン4に
伝えられ、さらに間〓3に満されたワツクス12
を介してハウジング1に伝えられ、最終的にハウ
ジング1を冷却する冷却水により除去される。
〔発明が解決しようとする課題〕
このような従来技術には次のような課題があ
る。
(イ) 基板は必ずしも完全な平面ではなく、表面に
うねりがある。従つて半導体チツプ背面もピス
トン軸に対し必ずしも垂直ではなく、ピストン
端面との間〓の大きさにはばらつきが生じる。
この間〓を満たすワツクスの熱伝導率は必ずし
も高くない(Heガスの2倍程度)ため、この
ばらつきが熱抵抗のばらつきの原因になる。
(ロ) 半導体チツプを交換する必要が生じた場合、
ピストンとチツプの分解及び組立が容易ではな
い。すなわち、分解時熱伝導体にワツクスが完
全な状態で残らないため、ワツクスの量を高精
度に管理するためには、全体を一度完全に洗浄
してからワツクスを新たに供給する必要があ
る。
この発明の目的は、上記の点に鑑み冷却効率が
高く、かつ分解、組立性に優れた集積回路の冷却
装置を得ることにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するため、この発明は、ハウ
ジングにより囲まれた基板に搭載されている半導
体デバイスの背面に熱伝導体を接触させることに
より前記半導体デバイスを冷却するようにした集
積回路の冷却装置において、前記熱伝導体の半導
体デバイス側端面に突起を設け、この突起により
前記半導体デバイス背面と前記熱伝導体端面との
間に間〓を形成し、この間〓に低融点金属を満た
す構成にすると共に、前記熱伝導体の半導体デバ
イス側端面の少なくとも一部に前記低融点金属を
融着させるようにしたものである。
〔作用〕
熱伝導体の端面に設けられた突起は、熱伝導体
の端面と半導体デバイス背面との間に低融点金属
を満たすための間〓を確保し、かつ低融点金属の
あふれ出しを防止するように作用する。
間〓内に設けられた低融点金属は次のように作
用する。加工公差や組立公差によつて、熱伝導体
の端面と半導体デバイス面との間に傾きが生じる
が、このような場合でも熱を加えることによつて
低融点金属が変形し、低融点金属の表面が半導体
デバイスの面に〓間なく接触し、低融点金属表面
と半導体デバイス背面間の接触熱抵抗を低減する
ことができる。また低融点金属は、熱伝導体の端
面と半導体デバイス背面間の間〓を満たし、半導
体デバイスからの熱を熱伝導体に伝える伝熱媒体
としても作用する。低融点金属はワツクス等に比
べてはるかに大きな熱伝導率を有するので、熱抵
抗そのものが小さく、低融点金属を満たしている
間〓の大きさにばらつきが生じても熱抵抗のばら
つきは小さくできる。
また、半導体デバイス面はセラミツクスやシリ
コンなどの非金属であるため金属に対して濡れに
くく、したがつて低融点金属は半導体デバイス背
面には単に接触しているだけであり、分解時には
低融点金属を半導体デバイスから簡単に分離する
ことができる。
また、熱伝導体端面を低融点金属に対し濡れや
すくする。例えば金属面とすることにより、低融
点金属を熱伝導体端面に融着させることができ
る。このため、分解時には低融点金属のほぼ全部
が熱伝導体端面に保持され、再組立が容易とな
る。
〔実施例〕
以下にこの発明の一実施例を第1図により説明
する。ハウジング1内に形成したシリンダ2内に
円筒状熱伝導体14を設け、この熱伝導体14と
ハウジング1をベローズ15により結合すること
により閉空間を形成する。閉空間内は熱伝導性物
質16及び気体層17で満たされる。熱伝導体1
4の端面18には突起19が形成される。さらに
熱伝導体14の端面18には低融点金属20が融
着される。これにより半導体チツプ(半導体デバ
イス)5の背面と熱伝導体14端面間の空〓は低
融点金属20で満たされる。この低融点金属20
は半導体チツプ5背面には融着せず、単に接触す
る。
次にこの実施例の作用を第1図〜第4図により
説明する。第2図は、熱伝導体14を半導体チツ
プ5に接触させる前の状態を示す。熱伝導体14
を加熱して端面18に低融点金属20を融着すれ
ば、表面張力の作用により球面状の界面が形成さ
るれ。この状態で熱伝導体14を冷却すれば、球
面状の固体低融点金属面23が得られる。低融点
金属20の融着量は、突起19が低融点金属20
内に完全に没するように定められる。第3図は、
球面上の低融点金属面23をベローズ15のばね
力により半導体チツプ5の背面に接触された状態
を示す。この状態でパツケージ全体を加熱すれ
ば、低融点金属20が溶融し、ベローズ15のば
ね力により押されて熱伝導体の端面と半導体チツ
プ5背面間の間〓を満たす。突起19は、熱伝導
体14の端面18とチツプ背面間の間〓の大きさ
を規定する。突起19の高さは、溶融金属がチツ
プ背面からあふれ出さないという条件から決めら
れる。一般に半導体チツプ背面は極めて滑らかな
面であり、また、溶融金属の界面ほ鏡面とみなさ
れる。したがつて半導体チツプ背面と溶融金属界
面の接触状態は極めて良好である。この状態でパ
ツケージ全体を冷却すれば、熱伝導体端面とチツ
プ背面間の溶融金属が固まり、第1図の状態が得
られる。低融点金属20は熱伝導体14の端面1
8には融着するが、半導体チツプ5背面には単に
接触する。ただし、前述の理由により、この接触
状態は極めて良好であるため接触熱抵抗は非常に
小さい。また、低融点金属20の熱伝導率はワツ
クスの100倍以上も高いため、低融点金属層の熱
抵抗は全体としての熱抵抗に比べ無視できる程度
に小さい。したがつてチツプ面の方向のばらつき
により熱伝導体の端面とチツプ背面間の間〓の大
きさにばらつきが生じても、それが全体としての
熱抵抗のばらつきの原因になることはない。ま
た、低融点金属20は半導体チツプ5背面には単
に接触しているだけであり、接触面における相互
のすべりが可能である。したがつて、基板22と
ハウジングの熱膨張率及び温度の差による位置ず
れにより、半導体チツプ5と基板22を結合しか
つ、信号を伝達するソルダーボール21に過大の
応力がかかることはない。熱伝導体14とハウジ
ング1をベローズ15により結合することにより
密閉空間を形成するため、熱伝導物質16による
半導体素子汚染の問題は無くなり、任意の高熱伝
導性物質を用いることができ、熱伝導体14とハ
ウジング1間の熱抵抗を小さくすることができ
る。また、閉空間内に十分な容積をもつ気体層1
7を設けることにより、ベローズ15の伸縮によ
る密閉空間内の圧力変動を十分小さくすることが
でき、半導体チツプ5背面への押しつけ圧力を常
に一定に保つことができる。大規模なパツケージ
では、一枚の基板に100個程度の半導体チツプを
搭載しており、チツプ交換の必要性が生じる。従
つて熱伝導体と半導体チツプは分離及び再結合が
可能でなければならない。本実施例では、低融点
金属20と半導体チツプ5背面は常に接触してい
るだけであるから分離は極めて容易である。第4
図に分離した状態を示す。この状態において熱伝
導体14を加熱すれば再び第2図の状態が得られ
るから、再結合もまた極めて容易である。
第5図はこの発明の他の実施例を示すものであ
る。シリンダ2の壁及び熱伝導体14側面に放射
状にフイン24,25を設けたものである。第5
図はシリンダ軸に垂直な平面により切つた断面図
を示している。この実施例において上記以外の構
成は第1図の実施例と同一である。また作用も第
1図の実施例と同じである。
この実施例によれば、熱伝導体14とハウジン
グ1間の伝熱面積が増しこの部分の熱抵抗をさら
に小さくできる。
第6図に本発明のさらに他の実施例を示す。熱
伝導体14の端面18に低融点金属に濡れ難い被
膜を区分的に形成し、低融点金属を区分的に融着
したものである。本実施例において上記以外の構
成は第1図の実施例と同じであるから第1図と同
一符号をつけて説明を省略する。作用も第1図の
実施例と同じである。
本実施例によれば、被膜形成位置に適切に決め
ることにより、融着量を精密に制御でき、大型の
チツプを冷却する際にも必要にして十分な融着量
を得ることができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、熱伝導体の端面と半導体デバ
イス背面との間に空〓を設け、この空〓を低融点
金属で満たす構成としたから、半導体デバイスと
熱伝導体間の熱抵抗を非常に小さくすることがで
き、従つて熱抵抗のばらつきを小さくすることが
できる。また、熱伝導体端面に設けた突起によつ
て前記空〓の大きさを容易に高精度に制御でき、
組立時に低融点金属が空〓からあふれ出すことも
ない。したがつて、本発明によれば冷却効率を向
上できる。
また、本発明では低融点金属は半導体デバイス
には単に接触しているだけなので、熱伝導体を半
導体デバイスから容易に取り外すことができ、装
置の分解が容易になり、さらに低融点金属は熱伝
導体の端面には融着させるようにしたから、熱伝
導体を半導体デバイスから分離した場合でも、低
融点金属は熱伝導体端面に保持され、装置の再組
立も容易になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の集積回路の冷却装置の一実施
例を示す図、第2図は第1図に示す実施例の作用
を説明する図、第3図は第1図に示す実施例の作
用を説明する図、第4図は第1図に示す実施例の
作用を説明する図、第5図は本発明の他の実施例
を示す図、第6図は本発明のさらに他の実施例を
示す図、第7図は従来の集積回路の冷却装置の一
例を示す図である。 1……ハウジング、2……シリンダ、3……間
〓、4……ピストン、5……半導体チツプ(半導
体デバイス)、6……ばね、7……孔、8……半
径方向溝、9……軸方向溝、10……周方向溝、
11……ワツクス、12……ワツクス、13……
間〓、14……熱伝導体、15……ベローズ、1
6……熱伝導物質、17……気体層、18……熱
伝導体端面、19……突起、20……低融点金
属、21……シルダボール、22……基板、23
……球状金属面、24……フイン、25……フイ
ン、26……被膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ハウジングにより囲まれた基板に搭載されて
    いる半導体デバイスの背面に熱伝導体を接触させ
    ることにより前記半導体デバイスを冷却するよう
    にした集積回路を冷却装置において、前記熱伝導
    体の半導体デバイス側端面に突起を設け、この突
    起により前記半導体デバイス背面と前記熱伝導体
    端面との間に間〓を形成し、この間〓に低融点金
    属を満たす構成にすると共に、前記熱伝導体の半
    導体デバイス側端面の少なくとも一部に前記低融
    点金属を融着させることを特徴とする集積回路の
    冷却装置。 2 特許請求の範囲第1項において、前記熱伝導
    体の半導体デバイス側端面に低融点金属に濡れ難
    い被膜を区分的に形成し、低融点金属を熱伝導体
    の前記端面に区分的に融着させることを特徴とす
    る集積回路の冷却装置。
JP57049079A 1982-03-29 1982-03-29 集積回路の冷却装置 Granted JPS58166750A (ja)

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JP57049079A JPS58166750A (ja) 1982-03-29 1982-03-29 集積回路の冷却装置

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JP57049079A JPS58166750A (ja) 1982-03-29 1982-03-29 集積回路の冷却装置

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JPS58166750A JPS58166750A (ja) 1983-10-01
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JP57049079A Granted JPS58166750A (ja) 1982-03-29 1982-03-29 集積回路の冷却装置

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Families Citing this family (5)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60126853A (ja) * 1983-12-14 1985-07-06 Hitachi Ltd 半導体デバイス冷却装置
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JPS58166750A (ja) 1983-10-01

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