JPS59115548A - 熱伝導橋渡しエレメント - Google Patents

熱伝導橋渡しエレメント

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JPS59115548A
JPS59115548A JP58171441A JP17144183A JPS59115548A JP S59115548 A JPS59115548 A JP S59115548A JP 58171441 A JP58171441 A JP 58171441A JP 17144183 A JP17144183 A JP 17144183A JP S59115548 A JPS59115548 A JP S59115548A
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cap
bridging element
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    • H10W72/874On different surfaces
    • H10W72/877Bump connectors and die-attach connectors

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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】 〔技術分野〕 本発明は動作中の半導体が発生する熱エネルギを放散す
るための構造に関するものである。具体的には半導体デ
バイスカー基板に装着され、且つキャップ又はヒートシ
ンクがそれに密接装着された集積回路実装組立体に於て
、半導体デバイスを冷却するだめの熱伝導エレメントに
関するものである0 最近の集積回路半導体デバイスはその回路密度が高いの
で、半導体デバイスの温度を制限内に保つため、その動
作によって発生される熱を効率的に排出して半導体デバ
イスの動作パラメータを予定の範囲内に保ち、そして過
熱によるデバイスの破壊を防ぐことが必要である。半導
体デバイスを基板上の適当な端子へ電気的に接続する半
田端子により支持基板へデバイスが接続されるとき、熱
排出の問題が増大する。そのような半田付けされた半導
体デバイスに関しては半田を介して達成され5る熱伝、
導は、背面接着された半導体デバイスに較べると僅かな
ものである。半導体デバイスの冷却はそれを適当な冷却
液に浸すことによって達成できろ。、しかし、そのよう
な冷却方法はデノ・イス及び基板の金属工学的な腐食を
生じさせるおそれがあり、しかも、若しもその実装体が
再使用されねばならない即ちデバイスが取外され又は交
換されなげればならないなら問題が生じる。デバイスと
キャップ又は冷却板との間に熱伝導ピストン又はスプリ
ング・エレメントのような熱伝導性材料のリンクを設け
ることによっても冷却を達成できる0これらのエレメン
トは低い熱抵抗を保つため出来るだけ広℃・面積に亘っ
て良好な界面接触を形成しりろものでブエければブ工ら
な℃・0そのような界面を形成しても既知の冷却方法で
は達成困姉である。何故ならば、デバイスが傾いている
ようなときは不満足な点接触又は線接触を生じるからで
ある。一般に冷却ピストンは空気よりも大きい熱伝導率
を有する不活性気体の雰囲気中で使用されなければフエ
らず、又はピストンの端部とデバイスれなければならな
い。他の不利点は、実装体が慣性力を受けたとき、ピス
トンが冷却されつつあるデバイスに衝撃を与えることで
ある。デバイスと冷却板との間に熱伝導のためのスプリ
ング・エレメントを置くことは既知である。しかし、熱
を効果的に導き、しかもデバイスをひび割れさせたり砕
いたりする力をデバイスに与えない十分に強いスプリン
グを設計することが大きな問題である。
デバイス間の隙間の許容誤差が増すにつれて問題は益々
厳しくなる。
〔従来技術〕
米国特許第3993125号は半田付けされた半導体デ
バイスの背面に可動性熱伝導ピストンを接触配置してデ
バイスから冷却板へと熱を導く半導体装体を開示してい
る。
米国特許第4034468号及び408182号は低融
点の半田が半田刊けされたデバイスの背面とモジュール
・キャップとに接触して設けられてデバイスから熱を排
出する半導体装を開示している。
米国特t′F第4156458号はデバイスの背面とヒ
ートシンクとの間に延びた可撓性熱伝導金属箔束を含ん
だ冷却装置を開示している。
18M社のTDB第21巻、第ろ号(1978年8月発
行)第1141頁は、長方形の中央部分及びキャップに
接触する1対のそらし翼より成るモジュール・キャップ
と、半田伺けされた半導体デバイスとの間に配置された
熱シャント・エレメントを開示している。
18M社のTDB第20巻、第6号(1977年11月
発行)第2214頁及び米国特許第416458号は、
アルミニウム箔の複数の子じめ形成されたシートを筐体
中の半田(=Jけされた半導体デバイス相互間に配置し
てデバイスから熱を排出するものを開示して℃・る。
〔本発明〕
本発明は半田付けされた半導体デバイスとモジュール・
キャップ又は冷却板との間に熱伝導橋渡し部(ブリッジ
)を形成するように、それらの間に配置するのに適した
新規な冷却エレメントに関する。その冷却エレメントは
半導体デバイスと接触する状態に置くのに適した第1の
板と、第1の板に結合された熱伝導性月利の第1の渦巻
き条片と、ヒートシンク表面又はキャップ表面と接触す
る状態に置くのに適した第2の板と、部分的に重なって
「入れ子」関係(テレスコープの伸縮鏡胴関係うで熱伝
導性材料の第1の渦巻き条片の列間に挿間されている薄
℃・熱伝導性材料の第2の渦巻き条片とを有する。デバ
イス及びヒートシンク又はキャップとしつかり接触する
ようにするため、第1の板及び第2の板を相互に外方へ
偏倚する手段が設けられてもよ(・。本発明の熱伝導橋
渡しエレメントは、板の表面がデバイスの背面及びカッ
く−又はキャンプと密接するように十分可撓性になって
いるので全体的に低い熱抵抗を達成し、これによりデバ
イスからキャップ又はと−トシンクヘと熱を効率的に導
くことを可能にしている。
〔実施例〕
第1図は半導体装体10と本発明の熱伝導橋渡しくブリ
ッジ)エレメント2oとの組合せを示す。実装体10は
半導体デバイス14を相互に接続し且つ基板12の下面
から突出しているピン16へ接続する金属パターンを内
部又は上面に含んだ誘電体基板12を有する。デバイス
14は半田球18によって基板12の内部又は上にある
金属パターンへ結合される。表面24をデバイス14の
上面から離隔した状態でキャップ22がデバイス14を
覆って配置される。基板12に固着又はろう付けされた
フランジ部材26がキャップ22へ結合される。通路3
0.入口ろ2、及び出口ろ4を有する冷却板28がキャ
ップ22及びデバイス14から熱を排出する目的でキャ
ップ22の上に装着される。使用状態では冷却液が入口
ろ2へ導かれ月つ出口54を介して排出される。代案と
して、キャップ22上にフィン又は類似のものを設けて
冷却板28を冷却するようにしてもよい。
本発明の熱伝導橋渡しエレメント2oは全体的に低い熱
抵抗を有し、デバイスからキャップへの熱径路を与え、
使用状態では動作中のデバイスの信頼性ある徹底した冷
却を与える。
第2図及び第6図は本発明の熱伝導橋渡しニレメン)2
0の実施例を示す。ニレメン)20は半導体14と接触
した第1の板40を有し、半導体14は半田接続体18
で基板12へ接続される。
エレメント2Dは、キャップ22に接触された又は取付
けられた熱伝導性金属製の(望ましくは銅製の)第2の
板42を有する。第1の板4oには薄い熱伝導性材料製
の(望ましくは銅製の)第1の渦巻き条片44が固着さ
れている・薄い熱伝導性拐料の(望ましくは銅製の)第
2の渦巻き条片46が板42に装着されている。図示さ
れたように、第1及び第2の渦巻き条片44及び46は
挿間され且つ「入れ子」関係に装着されている。渦巻ぎ
条片44及び46は銅、銀及びアルミニウムのような熱
伝導性の高い金属で相対的Kg<形成されて(・る。渦
巻き条片44及び46の厚さは渦巻き同志の間に大きな
接触領域を達成するため小さくしである。厚さは0.0
025 mm乃至0,25mmであり、望ましくは0.
025mm乃至0.15mmである。最も望ましい渦巻
き条片は厚さ0.05の高純度銅製のものである。又は
銅998%、ジルコン0.2%より成る合金でもよし・
。コイル状の渦巻き条片は夫々の板に例えば半田利は又
はろう伺けのような任意の適当な方法で固着される。コ
イル状の渦巻き条片44及び46はデバイスから冷却板
へ熱を伝えるのに適した極めて効果的な熱伝導体として
働らく。何故ならばそれらは接触領域が棒めて大きく且
つ「入れ子」関係にあり、デバイスが僅かに整合外れし
た場合(例えば傾いた場合)でもデバイスの表面と冷却
板の表面に順応するからである。上述の型式の熱伝導エ
レメントは0.1 mm平方のチップに対し1ワット肖
り1°Cの熱抵抗を達成することが出来る。板40及び
42を外方に偏倚してデバイス及びキャップ又は冷却板
と接触状態にするための偏倚手段が設けられて℃・る。
この手段は望ましくはコイル状の渦巻き条片群の中央に
配置されたコイル・スプリング48である。更に、板4
0.42が渦巻き条件44及び46の入れ子動作範囲を
越えて離れないようにするための制限手段が設けられて
いる。この制限手段は任意の適当な接続形式のものでも
よいが、板40及び42へ結合された弾性クリップ50
が望ましい。
本発明の重要な点は「入れ子」渦巻き条片を熱伝導エレ
メント内に組込むことが容易なことである。熱伝導橋渡
しエレメント20を作るに当って、1対の細長い金属条
片をかぷぜて部分的に重なった関係に置き、そして両条
片を第6図に明示された形のコイル状になるように巻上
げる。その後金属板40及び42がコイル状の渦巻き条
片に半田伺け、ろう伺け、又は他の適当な手段で接合さ
れる。コイル状の渦巻き条片はコイル・スプリング48
の周囲に奉伺けられてもよく、又は空所に巻かれて形成
された後にコイル・スプリング48が挿入されてもよし
・。その後で制限手段が両方の板4D、42へ接合され
て、熱伝導橋渡しエレメントを例えば第1図に示された
ような任意の適当な形の実装体へ組込む準備が出来る。
デバイスと熱伝導橋渡しエレメントとの間の熱抵抗及び
板とキャップとの間の熱抵抗は半田付けにより、又は参
照番号56及び58で示した熱伝導グリースの使用によ
り、減少することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は基板に半田付けされた半導体デバイス、冷却板
、及びそれらに冷却作用関係で配置された熱伝導橋渡し
エレメントを含んだ半導体装体を部分的に断面で示す立
面図、第2図は本発明の熱伝導橋渡しエレメントの関係
を示す拡大立面図、第6図は第2図を@5−1で切断し
て示ず図である0 10・・・・半導体装体、12・・・・基板、14・・
・・半導体デバイス、16・・・・ビン、18・・・・
半田球、20・・・・熱伝導橋渡しエレメント、22・
・・・キャップ、26・・・・フランジ部材、28・・
・−冷却板、40,42・・・・板、44.46・・・
・渦巻き条・・熱伝導グリース。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 半導体デバイスから冷却板へ熱を導くため半導体装体に
    於て使用する熱伝導橋渡しエレメントであって、 半導体デバイスの表面に接触配置される第1の板体と、 上記第1の板体に接合された薄い熱伝導材料製の第1の
    渦巻き橋渡し条片と、 上記半導体デバイスの表面から離隔されたヒートシンク
    表面と接触配置される第2の板体と、上記第2の板体に
    接合された薄し・熱伝導材料製の渦巻き橋渡し条片であ
    って、部分的に重ブ、zる入れ子関係で上記第1の渦巻
    き橋渡し条片に対し挿間的に配置された第2の渦巻き橋
    渡し条片と、上記第1及び第2の板体を相互に対して外
    方へ偶奇するための手段と、 を含む熱伝導橋渡しエレメント〇
JP58171441A 1982-12-20 1983-09-19 熱伝導橋渡しエレメント Granted JPS59115548A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/450,884 US4448240A (en) 1982-12-20 1982-12-20 Telescoping thermal conduction element for cooling semiconductor devices
US450884 1999-11-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS59115548A true JPS59115548A (ja) 1984-07-04
JPS6323659B2 JPS6323659B2 (ja) 1988-05-17

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ID=23789904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58171441A Granted JPS59115548A (ja) 1982-12-20 1983-09-19 熱伝導橋渡しエレメント

Country Status (4)

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US (1) US4448240A (ja)
EP (1) EP0111709B1 (ja)
JP (1) JPS59115548A (ja)
DE (1) DE3377554D1 (ja)

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