JPH0449800B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、複数個の半導体パツケージ（例えば
第５図の大電力ICチツプ５０）が発生する多量
の熱を冷却板（例えば第５図の冷却板４４）へ効
率よく伝えるよう両者間に介在させるための、可
撓性板状フインを有する熱伝導組立体（例えば第
５図の組立体１０）に関するものであり、更に具
体的に言えば取付の間隔又は平行性に僅かな偏差
を生じうる半導体パツケージ及び冷却板の間に介
在して両者間に熱対抗の小さい熱伝導経路を与え
る可撓性の熱伝導組立体の容易な製造方法（例え
ば第１図に示す中間段階を含む方法）に関する。

［従来技術］ 大電力半導体チツプは比較的高い電流を流すの
で内部で発生した熱を隣接の冷却板へ導くことが
必要である。冷却板とチツプとの間の結合は、高
い熱伝導率、公称寸法からの僅かな偏差に対する
融通性、及びチツプと冷却板の対向表面間の並行
性を要請し、しかも製造及び使用がコスト高にな
らないものでなければならない。このようなニー
ズにこたえて、熱をチツプから冷却板、カバー又
はキヤツプへ導くため半導体パツケージと一体化
した熱伝導装置が開発されてきた。それらの熱伝
導装置は半導体チツプ又は他の半導体デバイスと
冷却板との間の隙間を橋渡しする多数の薄いフレ
キシブルな板体で構成されていた。その例が本件
出願人の先願発明、特願昭57−84103号に開示さ
れている。

その例の冷却装置は半田づけされた半導体デバ
イス又はチツプの離側からデバイスに密接配置さ
れた冷却板へ熱を導くための、半導体パツケージ
の熱的ブリツジ素子として機能する。第１の組の
平坦で、薄くフレキシブルな板体はその板体の一
部がスペーサ手段を越えて突出するように第１の
組の個々の板体を離隔する第１のスペーサ手段を
有する第１のユニツトとして保持された。第１の
組の板体に対して滑動自在に重なる状態に置かれ
た部分を有する第２の組の平坦で、薄く、フレキ
シブルな板体が第２のスペーサ手段によつて定位
置に保たれた。スプリング手段が第１及び第２の
ユニツトを外方に拡張された関係に偏倚するよう
に働らく。それらの素子は拡張可能なように構成
された複数の交番状薄板より成るのが一般的であ
つて、これらの板体は底面がキヤツプ表面に対し
て傾斜していても密接する状態に調整することが
可能である。そのような素子は極めて低い熱抵抗
を呈する。

［発明が解決しようとする問題点］ これらの熱伝導組立体は熱を冷却シンクへ移送
する効果を持つとは言つても、比較的多数の部品
で組立てられており、多数の部品の製造及び組立
てに手間が掛りコスト高となる。

従つて本発明の目的は部品点数が少く、組立て
が簡単でしかも高い熱伝導性を有し、大電力集積
回路チツプの技術進歩に伴なう高い熱負荷放散条
件に合致しうる熱伝導組立体を提供することであ
る。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の熱伝導組立体の部品点数が少く組立て
が簡単な製造方法は基本的に下記のステツプを含
む。

半田づけ可能な２枚の熱伝導性金属条片の互に
対面した内側表面を溶剤で溶解可能な接着剤によ
り貼合わせ、外側表面に半田層を被着して成る層
状の複合条片を形成するステツプ。

上記の複合条片をアコーデイオンのひだ状に折
曲げて互に接した複数の並行な面部及び嶺部を形
成するステツプ。

上記折曲げた複合条件を半田づけ可能な２枚の
熱伝導性材料の支持体の互に対面した表面間に位
置づけて、上記嶺部を該支持体の互に対面した表
面と夫々接触した状態に置くステツプ。

嶺部を夫々の支持体に半田づけし且つ同一条件
の隣接した面部を相互に半田づけするための複合
条片を加熱するステツプ。

溶剤の溶解により接着剤を除去して支持体間に
内側に向つて突出した複数のフインを形成するス
テツプ。

上述の最初のステツプに於て接着剤による貼合
わせの前に条片の外側表面に半田層を被着してお
いてもよい。この方法は更に、支持体が相互にず
れる動きを制限するように滑動自在の支持体を機
械的にインターロツクするステツプを含んでもよ
い。それにより溶剤で接着剤を除去するステツプ
の後の挿間フインの滑動が、半田づけ可能支持体
間のインターロツクの範囲内に制限される。この
方法は更に、半田づけ可能な２枚の支持体の互に
対面した内面に予じめ半田を予備被覆しておき、
その向き合つた側面に配置した支持体と組合わさ
れた複合条件を加熱することにより支持体の向き
合つた面に対して、折曲げられた複合条片を嶺部
で半田づけするのを容易化してもよい。

［実施例］ 第１図に本発明の熱伝導組立体を形成する方法
の一態様を示す。この組立体は大電力半導体チツ
プからの熱を熱放散機能を有するヒートシンクへ
低い熱抵抗で導くように働らく。そのような組立
体１０が略示され、その製造方法は銅のような熱
伝導金属の２枚の条片（板体）１４，１６にポリ
スルホンのような溶剤可溶性の接着剤１８を被着
することにより背中合わせに除去可能状態に成層
化して、一般的に１２で示された複合条片を形成
するように両表面を対にするステツプを含む。条
片１４，１６の反対側の接着剤１８が被着されて
いない表面の例えば２０の部分が半田で被覆され
る。２枚の条片１４，１６を溶剤可溶性の接着剤
ポリスルホン１８と共に成層化するのに先立つて
個々の条件１４，１６の一方の表面に半田が被覆
されてもよい。

次にその複合条片１２を相互に隣接した状態に
コンパクトに折曲げてアコーデイオン状のひだ付
き形状又は蛇腹形状にする。折曲げられた複合条
片はそれに続いて支持体（上半ハウジング部）２
２及び支持体（下半ハウジング部）２４のような
２つの半田づけ可能な支持体間に置かれる。その
とき両支持体の対向表面は折曲げられた複合条片
１２の折線によつて規定される夫々向き合つた嶺
部と接触する状態に置かれる。そのようにして形
成された組立体を加熱することにより、すべての
嶺部は支持体２２，２４の一方に夫々半田づけさ
れ、そして熱伝導条片１４，１６の隣り合つた折
目が相互に半田づけされる。

最終ステツプは溶剤で溶解することによりポリ
スルホン接着剤を除去して支持体２２，２４間に
夫々の条片１４，１６によつて規定される交番状
フインを形成することである。スプリング２６の
ような偏倚手段が支持体２２，２４間に挿入して
両支持体を相互に引離すように偏倚させるのが望
ましい。ポリスルホン接着剤１８を除去すると、
折曲げられた条片１４，１６によつて規定される
すべてのフインが相互に軽くすり動けるようにな
り、支持体２２，２４間に非常に効果的な熱移送
路を形成する。スプリング２６は、複合条片１２
側とは反対側の支持体表面上にある大電力半導体
チツプの表面と他方の支持体の外側表面と直接的
に密接した冷却板（そこに冷却剤が循環されても
よい）との支持接触を良くするように働く。ポリ
スルホンを溶解除去するには、EMPのような溶
剤をスプレイ吹付けするか液体溶剤中に浸漬する
ことにより第１図の組立体に被着する。

第２図、第３図、及び第４図の実施例では第１
図と同じ素子に対しては同じ参照番号を付して説
明する。

これらの実施例は第１図で詳述した製造方法で
完成した後の大電力半導体チツプ用の熱伝導組立
体１０を示す。支持体（上半ハウジング又はキヤ
ツプ）２２及び支持体（下半ハウジング又は基
台）２４は両方共、図示のような形状に打抜かれ
曲げられた長方形の平坦な銅のような熱伝導性金
属板で形成される。支持体（キヤツプ）２２の両
端を曲げてその中間の中央区域２２ａおよびそこ
から直角に下る側壁区域２２ｂを形成する。後者
の両端を更に外方に曲げて２２ｃにフランジを形
成する。

フランジ状端部２２ｃの外縁２２ｅから内側に
支持体（基台）２４の厚さより大きい程度の切込
み２２ｆを両側に作つて、各フランジに突出し中
央タブ２２ｄを形成する。

支持体（キヤツプ）２２の下方に下半ハウジン
グ支持体（基台）２４を置いて両者をゆるく結合
する。支持体（基台）２４も又銅若しくは他の熱
伝導性金属の条片で形成され、両端が上向きに曲
げられて平坦な中央区域２４ａ及び垂直に直立し
た側壁２４ｂを形成している。側壁２４ｂは内側
に曲つた端部２４ｃで終つている。更に両側壁２
４ｂは、支持体（キヤツプ）２２の突出し中央タ
ブ２２ｄを通す窓又は開孔部を規定する長方形の
スロツト２８を中央に形するように切込まれてい
る。この構成では支持体（基台）２４の内側に曲
げられた両端部が支持体（キヤツプ）２２のフラ
ンジ２２ｃの上に乗り、支持体（キヤツプ）２２
は支持体（基台）２４から垂直方向に移動自在で
ある。ただし上方には支持体（基台）２４の内側
に曲げられた端部２４ｃによつて制限され、下方
には支持体（基台）２４の側壁２４ｂ内に形成さ
れたスロツト２８の深さによつて制限される。各
スプリング２６は互に反対方向に曲げられた板ば
ね部材３０，３２を背中合わせにして作られ、ス
ポツト熔接又はリベツト止めされた中央区域３０
ａ，３２ａと、その両側にある末広がりの脚部３
０ｂ，３２ｂを持つ。脚部３０ｂ，３２ｂは夫々
縁端３０ｃ，３２ｃで終つている。線端３０ｃ，
３２ｃは夫々の板ばね部材３０，３２の中央区域
３０ａ，３２ａに対して垂直な方向に向つてい
る。

スプリング２６は弛緩した状態では第２図、第
３図、及び第４図に示されたよりも高い位置まで
拡がつて、支持体（キヤツプ）及び支持体（基
台）の夫々中央区域２２ａ，２４ａ間の距離を最
大化する力を与えるようになつている。

第１図に示された正確な態様では、アコーデイ
オン状のひだ付き折曲げ複合条片１２は長い銅条
片１４，１６の折曲げられた対よりなり、両条片
の向き合つていない表面は完全に半田被覆されて
いるのに反して向き合つている表面はポリスルホ
ンのような可溶性接着剤によつて結合されてい
る。これは半田の付着を防止すると共に銅条片間
の間隔を制御するように働らく。複合条片１２を
折曲げるに当り、先づ折曲げられた複合条片１２
の高さがキヤツプの中央区域２２ａと基台の中央
区域２４ａとの間の最大距離よりも低くなるよう
に、銅条片１４及び１６の長さ方向に間隔を取つ
て個々の折曲げのための折り線を決める。予じめ
折曲げられ予じめ半田被覆され且つ半田が付着せ
ず間隔を制御しうるように接着剤被覆された条片
１４，１６を支持体（基台）２４上に置き、若し
も矢印Ｆによつて示されたような圧力を加えて圧
縮されるのでなければ重力で支持体（ハウジン
グ・キヤツプ）２５を乗せる。これは条片１４，
１６の向き合つていない表面上の嶺部１６ａ，１
４ａを、夫々支持体中央区域２２ａ，２４ａの内
側表面と接触させる。スプリング２６は半田づけ
終了後に装填するのが望ましい。

折曲げられた複合条片１２の長手方向の寸法
は、複合条片１２に対して若干の横方向圧力が掛
るようにする。そればかりか半田の層２０′を支
持体（キヤツプ）及び支持体（基台）の中央区域
２２ａ及び２４ａの内側表面に予じめ被着してお
くのが望ましい。圧力Ｆを掛けて又は掛けずに形
成された組立体を炉（図示せず）内に置いて加熱
する。条片１４，１６の折目の間の半田２０と、
キヤツプ及び基台の内側表面に被着された半田２
０′とが融着する。これを冷却するとアコーデイ
オン状のひだ付き複合条片１２の嶺部１４ａ，１
６ａが夫々キヤツプ及び基台の中央区域２２ａ，
２４ａとしつかりと接合される。この間に夫々の
アコーデイオン状ひだ付き複合条片１４，１６の
非対向表面も同様に相互にしつかりと接合されて
熱伝導フインを形成する。

そのステツプ及び半田２０及び２０′の冷却の
後に基台中央区域２４ａの端部とキヤツプのフラ
ンジ２２ｃとの間にスプリング２６が挿入され
る。折曲げられた条片を引離すように働らく力を
与えるスプリング２６により、溶剤可溶性接着剤
が適当な溶剤で溶解された結果として条片引離し
作用を生じる。若しも接着剤がポリスルホンより
成るならば、EMPで容易に溶解できる。

支持体（キヤツプ）２２がそのフランジ２２ｃ
と支持体（基台）２４の内側折曲げ端２４ｃとに
よつて決まる範囲で上方へ移動すると、フインを
規定する条片１４及び１６の内側の嶺部１４ｂ及
１６ｂが半田づけされた外側の嶺部１６ａ及び１
４ａから離れるように外向きに移動する。しかし
アコーデイオン状のひだ付き条片１４及び１６の
密集性、及びこれらの条片１４及び１６の向き合
つていない側の表面が半田づけされて組立体１０
用の側面接触フインを形成する事実により、条片
１４及び１６は互に良好な表面接触状態で滑動
し、スプリング２６の拡張性が許す範囲で相互に
相対的に移動する。フインの大部分が相互に重な
り合う。

上記によりこの熱伝導組立体をきわ立たせ且つ
その冷却作用を向上させる機械的な特徴が開示さ
れた。支持体（キヤツプ）２２及び支持体（基
台）２４は完全性を維持するため機械的にインタ
ーロツクされる。スプリング２６によつて与えら
れるスプリング偏倚力は対向するチツプ及び冷却
板と支持体（キヤツプ）２２及び支持体（基台）
２４の外表面との間の熱伝導接触を維持するよう
に働らく。低融点合金半田を使うと複合条片１２
を夫々中央区域２２ａ及び２４ａへ接合するのが
容易になる。アコーデイオン状のひだ付き折曲げ
嶺部によつて形成された丸形フイン端は、ポリス
ルホンの溶解による向き合つた表面の分離に際し
て「ばり」を発生せず、挿間された形の複数枚の
フイン間に横方向の接触を維持しつつ相互に容易
に滑動する。その結果、チツプとヒートシンク素
子との位置合わせ不良に起因してキヤツプと基台
との間に傾きが生じたとしても、フインの拘束が
殆んど起きなくなる。半田は夫々の条片１４，１
６の折曲げによつて形成された２枚重ねフインの
導電性、及び折曲げられたフインと中央区域２２
ａ，２４ａとの間の導電性を向上させる。この構
造はチツプとそのヒートシンクとの間に比較的短
い熱径路を有する冷却装置の形状を与える。第２
図乃至第４図の実施例の装置は２枚の銅製の条片
と、２枚の銅製のハウジング外殻と、４枚のスプ
リング部材（右側及び左側のスプリング２６を形
成するため熔接して２対にした）との僅か４つの
金属片しか使用しない。ハウジング２５の構成素
子即ち支持体（キヤツプ）２２及び支持体（基
台）２４は標準的な打抜き及び形成作業で作られ
るので低コストでしかも製造が簡単である。

この構造はチツプからの熱移送能力を劣化させ
ることなく、基台に対するキヤツプの傾斜を著し
く許容する。

第５図は代表的な半導体パツケージ４０を示
す。これは半田付けされた半導体チツプ５０の背
面からそれに近接配置されて冷却板４４へと、本
発明の組立体１０を用いて熱を伝えるように働ら
く。ピン４８を介して電力及び信号が供給される
プリント回路部材４６上にチツプの接点ボール５
２が乗るように複数個の半導体チツプ５０が位置
づけされている。複数個の大電力チツプ用の熱伝
導組立体１０が冷却板４４と夫々のチツプ５０の
背面との間に挿入されて、冷却装置ハウジング２
５の外面５６が冷却板４４の底面５４と完全に面
接触している。第２図乃至第４図に示された冷却
装置１０は、第５図で反転されてハウジング・キ
ヤツプの中央区域２２ａの外面６２が半導体チツ
プ５０の背面と完全に面接触するように載置され
ている。

冷却板４４は平坦なプリント回路部材４６を装
着する機能がある。プリント回路部材４６の厚さ
は、プリント回路部材４６と冷却板４４の底面５
４との間の隙間が基台中央区域２４ａの外面５６
とキヤツプ中央区域２２ａの外面６２との間の非
圧縮距離よりも小さくしそれにより組立体１０を
冷却板４４とチツプ５０との間に挿入するときス
プリング２６の圧縮を必要とするようになつてい
る。このことは、チツプ５０と冷却板４４との間
に熱抵抗の低い熱移送径路を与える優れた接触状
態を維持すると同時に、折曲げられた条片１４及
び１６によつて形成されるフインが相互に滑動す
るようにした為に可能になつた。冷却板４４に一
体的に装着されているものはヒートシンク冷却マ
ニホルド４２であつて、冷却板４４の大きさに合
わせ且つその外面に重ねて面接触状態に置かれて
いる。冷却剤ｃを導く冷却室６４がチツプ５０内
で発生し冷却板４４へ移送された熱を奪い去る。
冷却剤は入口のニツプル５８から入り出口のニツ
プル６０から出るように加圧で循環する。ニツプ
ルはそれに取付けたホース（図示せず）により冷
却剤ｃの供給源へ連結される。冷却剤は熱負荷に
応じた速さで循環される。

［発明の効果］ 本発明は多数のフインを位置決めして組合わせ
るのと異なりアコーデイオン状の唯１つの複合条
片を組込んで、全体をまとめて加熱処理及び溶剤
処理すればよいので組立簡単で安価に高い熱伝導
性を有する半導体チツプ用の熱伝導組立体を提供
することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法の原理を示す拡大断
面図、第２図は本発明の方法に従つて製造された
完成品の拡大断面図、第３図は第２図の完成品の
平面図、第４図は第２図の完成品の側面図、第５
図は半導体パツケージに組込まれた状態を示す図
である。 １０……熱伝導組立体、１２……複合条片、１
４，１６……熱伝導性金属の条片、１８……接着
剤、２０，２０′……半田、２２……支持体（上
半ハウジング部／キヤツプ）、２４……支持体
（下半ハウジング部／基台）、２６……スプリン
グ、２８……スロツト、３０，３２……板ばね部
材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半田づけ可能な２枚の熱伝導性金属板体を重
   ね合わせて、互に対面した内側表面を溶剤で溶解
   可能な接着剤の薄層により貼合わせ外側表面に半
   田層を被着して成る層状の複合条片を形成するス
   テツプと、 上記の複合条片をアコーデイオンのひだ状に折
   曲げて互に接した複数の並行な面部及び嶺部を形
   成するステツプと、 上記折曲げた複合条片を半田づけ可能な２枚の
   熱伝導性材料の支持体の互に対面した表面間に位
   置づけて、上記嶺部を該支持体の互に対面した表
   面と夫々接触した状態に置くステツプと、 上記複合条片を加熱して上記嶺部を上記支持体
   に夫々半田づけすると共に同一条片の隣り合つた
   面部を互に半田づけするステツプと、 上記複合条片から接着剤の薄層を溶解除去する
   ステツプと、 を含み、上記複合条片は形成された２枚の板体に
   分離して夫々の支持体内側表面から内側に突出し
   て挿間する複数の並行フインを構成する熱伝導組
   立体の製造方法。