JPS58164252A - 熱交換素子 - Google Patents

熱交換素子

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JPS58164252A
JPS58164252A JP57218484A JP21848482A JPS58164252A JP S58164252 A JPS58164252 A JP S58164252A JP 57218484 A JP57218484 A JP 57218484A JP 21848482 A JP21848482 A JP 21848482A JP S58164252 A JPS58164252 A JP S58164252A
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cup
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semiconductor
heat
heat exchange
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ジヨセフ・ルイス・ホ−ヴアス
ルイス・ドカツカ−・リツプシヤツ
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    • 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
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    • HELECTRICITY
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    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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    • H10W72/071Connecting or disconnecting
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    • HELECTRICITY
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    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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    • H10W72/20Bump connectors, e.g. solder bumps or copper pillars; Dummy bumps; Thermal bumps

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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 王寥鬼9立亘 本発明は、半導体素子がそれらの動作中に発生する熱エ
ネルギを放散させる構造体に係り、更に風体的に云えば
、半導体素子がはんだ接続部により基板−りに装着され
そしてそれらの半導体素子の裏側に近接して熱シンク即
ちキャツフ”が装着されている、単−素子又は多素子集
積回路パッケージ組立体に於ける半導体素子を冷却させ
る熱交換素子に係る。
今日の高回路密度の集積回路半導体素子に於ては、それ
らの半導体素子の動作パラメータが所定範囲内に保たれ
セして又過熟による半導体素子の破壊が防がれる様な範
囲内にそれらの半導体素子の温度を維持するために、そ
れらの半導体素子の動作により生じた熱を効率的に除去
することが必要である。この熱の除去に関連する問題は
、半導体素子を基板−Lの適当な端子に電気的に接続す
るldんだ端子によって半導体素子が支持基板に接続さ
れる場合には、より大きくなる。その様なはんだ接続に
よる半導体素子に於ては、はんだ接続部を経て達成され
得る熱伝導が、裏面接続による半導体素子の場合と比べ
て限定されている。半導体素子の冷却は、米国特許第3
741292号の明細書に開示されている如く、半導体
素子を適当な冷却液中に浸漬することによって達成され
得る。
しかしながら、それらの冷却技術は、半導体素子上び基
板導体の城食を生じ、又パッケージが分解されて修理さ
れねばならない場合に問題を生じ得る。冷却は又、米国
特許第3993123号の明細書に記載されている如く
、冷却ピストンの如き熱伝導材料系を設け、又は米国特
許第4069498号の明細書に記載されている如(、
半導体素子とキャップ即ち熱シンクとの間に固定した部
材を設けることによっても達成されイ%る。それらの部
材は、半導体素子と熱シンク即ちキャップとの間に低い
熱抵抗を保つために出来る限り大きい面積に亘って良好
な界面接触を一様に形成し且つ維持し得ねばならない。
冷却ピストンを用いた場合には、半導体素子が基板に関
して傾斜して、不満尾な点接触又は耐接触を生じ得るの
で、その峰な界面接触を形成及び維持することが難しい
。概して、冷却ピストンは空気よりも高い熱伝導率を有
する不活性ガスの雰囲気中で用いられねばならず、又は
ピストン端部と半導体素子との界面にグリース或は他の
形状適合手段が施されねばならない。
もう1つの不利な点は、パッケージが慣性力にさらされ
るとき、ピストンが冷却されている半導体素子に慟撃ン
加え得ることである。半導体素子と熱シンクとの間の熱
伝導にスプリング素子を用いることも知られている。熱
を効率的に伝導して間隔の許容誤差に適応し、しかも半
導体素子上に亀裂又は欠損を生ぜしめる破壊カケ与えな
い、充分に重いスプリングを設計することは難しく、こ
の問題は半導体素子とキャップとの間の間隙の許容誤差
が増すとともに更に大きくなる。概して、従来のスプリ
ング素子は、熱を効率的に伝導させる様に九分亜(形成
された場合には、硬すぎて間隔のK tlb K 適応
できず、半導体素子−Eに損傷を与え得る応力を加える
ことになる。これと逆に、スプリング素子が間隔の許容
誤差に適応する様に充分薄く且つ可傭性を有する様に形
成された場合には、その埠さは冷却条件を充たす様に半
導体素子から熱を逃がす充分な能力を有していない。半
導体パッケージ技術に於ては、傾斜した半導体素子にも
適応することが出来、しかもはめ込み式素子相互間に確
実な面接触を達成する関好な熱伝導特性を有する、安価
な、伸張可能な熱交換素子が必要とされている。
本発明の概要 本発明は、半導体パッケージに於て基板−Fに装着され
ている半導体素子からそれらの半導体素子との間に間隔
を置いて配置されている熱シンク即ちキャップへ熱を伝
導させる、はめ込み成熱交換素子を提供し、その熱交換
素子は、平坦な底面及び環状壁な有する熱伝導性材料よ
り成る第1カツフー状部材と、平坦な底面及び上記第1
カップ状部材の上記壁に対してはめ込み式にスライド可
能、な状態に並置される、スロットが設けられた弾性環
状壁を有する熱伝導性材料より成る第2カップ状部材と
、上記第1及び第2カップ状部材の壁相互間に均一な信
和し得るスライド接触を生せしめる手段とを有す不。
本発明の好実施例 第1図は、基板の上面に装着された半導体素子12と基
板の底面から延びるピン14とを相互接続する、基板内
又は基板上の導体パターン(図示せず)を有する基板1
0より成る半導体パッケージを示している。ひれ状部分
18を設けられた典型的なキャップ16がろう付は封止
部20により基板10に固定されている。半導体素子1
2は、はんだ接続部22により基板−L又は基板内の導
体系に電気的に接続されている。動作に於て、半導体素
子12は放散されねばならない熱を発生する。
発生された熱の一部ははんだ接続部22を経て基板10
へ伝導される。しかしながら、高性能の集積半導体素子
を用いた場合には、はんだ接続部22を経ての熱伝導で
は、半導体素子の温度を動作可能な範囲内に維持するに
は通常不充分である。
本発明に於ては、はめ込み成熱交換素子24によって、
熱が半導体素子12からFのキャップ゛16へ除去され
る。
第2図は、本発明の一実施例によるはめ込み式熱父換素
子24を拡大して示している。熱交換素子24は、キャ
ップ16と接触する平坦な底面28及び環状壁60を有
する熱伝導性材料より成る、第1カップ状部材26を有
1.ている。カップ状部材26は、例えば銅、銀又はそ
れらの合金の如き、適当な金属から形成され得る。好ま
しくは、壁が弾性ケ有する様にスプリングに似た軸杵を
する金属が用いられる。壁60は、その各部分が他の部
分から独立して撓み得る様にスロットをを]7ているこ
とが好ましい。カップ状部材26は、正方形の断面を有
していることが好ましいが、所望ならば矩形又は円形の
断面′?:督してもよい。カップ状部材の今頃の厚さは
適当でよいが、典型的には約0.07乃至0.51gの
範囲内である。平坦なjに面64P+、ぴスロットが設
けられた弾性環状壁56を有する熱伝導性材料より成る
第2カップ状部材62が、第1カップ状部材26の上記
壁に対してはめ込み式にスライド可能な状態に並置され
ている。
カップ状部材26梃び32の組立てが容易になる様に、
部材26の壁60の上部が外側に張り出されそして部材
52の壁66の−L部が内側に傾斜していることが好ま
しい。部材26の内側の幅の寸法が部材62の外側の幅
の寸法に相当していることが好ましい。部材26反び6
2が相互に内方に押されて、より近接してはめ込まれた
とぎ、それらの930反び36の間のスライド接触は環
状の面接触となる。第2図に示されている位置に於ては
、部材26及び320間の接触は耐接触である。
・窮2図に於ては、構造ケより明確に示すために、椿6
0曵ひ36の弓状端部が誇張して示されている。部材2
6攻び62の平坦な底面28文び64ケ半導体素子12
及びキャップ16に対して押しつけるために、適当なス
プリング38が設けられ得る。
第3図は、カップ状部材26及び32が内部にスプリン
グを用いて又は用いずに相互に組合わされた後に、それ
らが分離しない様にする1つの係合機構を示している。
熱交換素子の各角部に、両部材の分離を防ぐ1組のフッ
ク手段が設けられている。より具体的に云えば、@6図
に示されているhn<、壁3D上のタブの延長部分40
が壁56上のタブの対応する延長部分42と係合する。
カップ状部材26反び62が相互にはめ込まれるとぎ、
一方又は両方のタブが外方へ撓められて、タブの+1〔
長部分40反び42が相互に係合され得る。
必要1fらは、組合わされているカッツー状部材は、角
部の各タブを同時に外方へ撓ませてそれらの延長部分の
係合を外すことによって、相互に分離され・得る。両カ
ップ状部材相互間の分離が防がれるとともに、半導体素
子をキャップの変動に適応させるためにそれらの重畳部
分が自由に増加又は減少され得る。
カップ状部材26反び62の一方又は両方にスロットが
設けられ得る。スロットは壁を複数の部分に分割させて
、確実なスライド接触火達成する。
又、壁の弾性も、組立体の外部抵抗を著しく減少させる
スライド接触を達成して、半導体素子12からLのキャ
ップ即ち熱シンクへの熱の効率的な伝導を+」l能にす
る。本発明によるはめ込み成熱交換素子は、両カップ状
部材相互間に確実なスライド接触を得るための精密加工
を要しないので、比較的安価である。更に、本発明のは
め込み成熱交換素子は質量が小さく、従ってパッケージ
が犬ぎな慣性力にさらされても、該パッケージに於ける
半導体素子が損傷される可能性が極めて低い。従って、
質量の小さい熱交換素子24は半導体素子に最小の力を
加える。又、熱交換素子24は、半導体素子とキャップ
との間に於ける変動する幅の間隙を橋渡しすることが出
来る。史に、第2カップ状部材32が壁30文び36の
弾性によって傾斜面に適応し鵠るので、熱交換索子24
は基板10L、の傾斜した半導体素子に適応し得る。そ
れと同時に、両カップ状部材26反び62の間に、熱抵
抗を低ドさせる線接触又は面接触のいずれかが維持され
る。
44A図及び第4B図は、本発明のもう1つの実施例レ
ボしている。はめ込み式カップ状部材50反び52は、
半導体素子を冷却するために、先に熱交換索子24に関
して述べた場合と同様にして、熱伝導を行う。しかしな
がら、この実施例に於ては、壁54反び56の端部が湾
曲していない。
その結果、両カップ状部材50使び52間には、常に面
接触が得られる。その接継の面積が両部材の相対的位置
に応じて変化することは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるはめ込み成熱交換素子並びに該熱
交換素子と半導体素子反び熱シンクとの間の関係ケ示す
、半導体パッケージの立面図であり、第2図は本発明に
よるはめ込み成熱交換素子の一実施例を示す立面図であ
り、第3図は両カッフー状部材の分離を防ぐ、本発明の
他の実施例を示す図であり、第4A図は組立てられてい
ない本発明による熱交換素子のもう1つの実施例を示す
立面図であり、448図は組立てられた′$4A図の熱
交換素子を示す立面図である。 10・・・・基板、12・・・・半導体素子、14・・
・・ビン、16・・・・キャップ(熱シンク)、18・
・・・ひれ状部分、20・・・・ろう付は封止部、22
・・・・はんだ接続部、24・・・・はめ込み成熱交換
素子、26.32.50.52・・・・カップ状部材、
28・・・・部材26の底面、50156.54.56
・・・・環状壁、34・・・・部材62の底面、38・
・・・スプリング、40.42・・・・タブの延長部分
tt[人  インターナショカル・62ネス・マシーン
ズ・コーポレーション代理人 弁理士  岡   1)
  次   生(外1名)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 平坦な底面及び環状壁を有する熱伝導性金属より成る第
    1カップ状部材と、 平坦な底面及び上記第1カップ状部材の上記壁に対して
    はめ込み式にスライド可能な状態に並置される、スロッ
    トが設けられた弾性環状壁を有する熱伝導性金属より成
    る第2カップ状部材と、上記第1及び第2カップ状部材
    の壁相互間にスライド接触な生ぜしめる手段とを有する
    、はめ込み成熱交換素子。
JP57218484A 1982-03-10 1982-12-15 熱交換素子 Granted JPS58164252A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/356,677 US4483389A (en) 1982-03-10 1982-03-10 Telescoping thermal conduction element for semiconductor devices
US356677 1982-03-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS58164252A true JPS58164252A (ja) 1983-09-29
JPS635904B2 JPS635904B2 (ja) 1988-02-05

Family

ID=23402456

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP57218484A Granted JPS58164252A (ja) 1982-03-10 1982-12-15 熱交換素子

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4483389A (ja)
EP (1) EP0088246B1 (ja)
JP (1) JPS58164252A (ja)
DE (1) DE3374491D1 (ja)

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