JPS60253248A - 熱伝導冷却モジユ−ル装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体装置基体によって発生される熱を冷却装
置に伝達するための構成、具体的には、半導体装置基体
が微少はんだで配線基板に取付けられた、単一装置基体
もしくは多重装置基体を含む集積回路パッケージ組立体
中の半導体装置基体を冷却する熱伝導冷却モジュール装
置に関する。

〔発明の背景〕

大型亀子計算機では計算速度の速いことが要求されるた
め、近年、限定された半導体基体中に半導体素子を多数
個集積し、もって各素子間の電気的連絡配線長を可及的
に短縮した半導体装置、即ちＩ、ａｒｇｅ　５ｃａｌｅ
　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃ１ｒｃｕｉｔ（以下ＬＳＩ
と言う）チップが開発されている。又、そのＬＳＩチッ
プを搭載し、該チップと外部回路とを電気的に中継接続
する回路基板も多層かつ高密度に電気配線され、もって
中継接続配線長を実質的に短縮されている。更に、ＬＳ
Ｉチップは回路基板上に多数個実装される方法が開発さ
れている。ＬＳＩチップの動作パラメータを予定の範囲
内に保持するとともに、過熱によるＬＳＩチップの破壊
を防止するためには、動作によって発生した熱を効率良
く外部へ放散させる補助的手段を施す必要がある。

ＬＳＩチップの実装密度が低く、発生熱量が少ない場合
は、従来、熱発生源としてのＬＳＩチップから熱中継媒
体を経由して連なる放熱体を、空気による強制対流方式
で冷却する方法が採られてきた。しかしながら、ＬＳＩ
チップの実装密度が高くなり、発生熱量が増大するにつ
れ、放熱体の冷却を更に強化する必要があり、このため
には空気速度を増さねばならず、それには限界があるの
み々らず、それに伴なう騒音問題が新たに生じて来る。

したがって、この強制空冷方式に代シ得る例等かの補助
的冷却手段を施さなければ、ＬＳＩチップを適切な動作
温度範囲に維持することはできない。

補助的冷却手段の一例として提案されているものに、空
冷と液体冷却を併用した冷却システムがある。これは、
米国特許第３７４１２９２　号に示されているように、
カプセル内に封入された低融点の誘電性液体で包囲され
た部分に、熱発生成分を浸漬したモジュールである。こ
れに多用される液体は、低沸点を有するフロロカーボン
液で、比較的低い温度のもとて沸騰を生ずる。この冷却
システムでは、熱発生成分か伝熱された誘電性液体は蒸
気となシ、液面よシ上部に位置した蒸気部分に移動し、
容器から内部へ向けて連なった凝縮器として作用する内
部フィンで冷却されて再び液化されるサイクルをくり返
す。この際、容器から外方に延びている外部フィンが空
冷され、内部フィンから伝達された熱に対する放熱体の
役割を担う。

以上の過程のもとて熱発生成分の熱放散が達成される。

しかし、この種の液体カプセル封入モジュールは、沸騰
−凝縮の基本プロセスが確実に遂行されるように維持さ
れねばならないが、このためには極端に高純度で汚染物
質の無い冷却剤としての液体を必要とする。父、この冷
却概念は、ＬＳＩチップの如き熱発生成分を冷却する場
合には、容易に適用できない。液体及び同液体に取込ま
れた不純物質又は汚染物質によりＬＳＩチップ構成物質
が腐蝕されたり、これに伴なう故障を併発する危険が極
めて大きいからである。

米国特許第３９９３１２３号には、１以上の冷却される
べき半導体チップの如き熱発生装置をガスとともにカプ
セル封止した冷却モジュール装置が開示されている。熱
発生装置はアルミナ基板上に搭載され、基板とキャップ
によシ密閉され、この密閉空間に不活性ガスが充填され
る。基板に対向するキャップの壁面には熱発生装置に向
って延びる細長い開孔が設けられている。開孔の底部に
は弾性部材が配置されている。各開孔には一端がＬＳＩ
チップに対向するように設けられた熱伝導性部材が案内
配置されており、各開孔の壁面と熱伝導性部材との間に
狭い間隙が形成されている。弾性部材は熱伝導性部材を
熱発生装置に圧接するような力を、熱伝導性部材に付与
している。気密空間内には不活性ガスが充填されていて
、この不活性ガスによυ開孔と熱伝導性部材間の間隙及
び熱発生装置と熱伝導性部材間の界面を満している。熱
発生成分で生じた熱は、不活性ガスや熱伝導性部材を経
由してキャップに至り、このキャップと結合したヒート
シンクへ放出される。

上記のカプセル封止冷却モジュール装置には、キャップ
材及び熱伝導性部材として銅やアルミニウム、そして封
入ガスとしてヘリウム、水素、二酸化炭素が用いられて
いる。これらは熱伝導性の優れた材料であって、熱発生
装置からヒートシンクへ至る熱伝導経路をこれらの材料
で構成することにより、効率のよい熱放散を実現してい
る。しかしながら、かかるカプセル封入冷却モジュール
装置では、占有面積が大きくなり、モジュール装置をプ
リント基板に実装する際に密度を高めることが困難であ
る。これは、高気密空間を形成するために、キャップと
の間で封止部を形成する部分に、アルミナ板の周辺から
封止部へ向けて延びるフランジを設けており、そして場
合によっては封止部を形成するため、キャップとフラン
ジとを圧着する締結手段が付与されるからである。又、
キャップに熱伝導性のよい銅を用いるよう力場台は、モ
ジュール装置の重量が過大になり、モジュールの入出力
信号を他回路との連絡をとる接続部の劣化を促進せしめ
る。

更に、封入カプセル内の基板には、熱発生装置が可及的
高密度に実装されている。それぞれの熱発生装置は、限
定された半導体基体中に多数個集積した半導体素子を有
している。各々の半導体素子が電気回路を形成するため
には、必要に応じて素子相互間を電気的に絶縁しなけれ
ばならない。

このため、一般に半導体素子は、ｐｎ接合によって電気
的に分離された、通常島と呼ばれる半導体領域に形成さ
れる。問題は、ｐｎ接合を逆バイアスするだめの電圧が
半導体基体、即ち熱伝導性部材と接触界面を形成する熱
発生装置基体に与えられることである。基板上に実装さ
れる熱発生装置の全てが同一機能を有する半導体基体か
らなる場合は稀で、一般には機能の異なる２種ないしそ
れ以上の熱発生装置が同一冷却モジュール装置内に実装
されると考えねばならない。このような場合は逆バイア
ス電圧を２ないしそれ以上の水準に維持する必要がある
。ところで、異なる逆バイアス電圧の与えられた熱発生
装置どうしは、導電性の熱伝導性部材、弾性部材、キャ
ップを介して電気的に連絡することとなシ、アらかじめ
予定された逆バイアス条件を維持できず、冷却モジュー
ル装置全体の回路機能が損なわれる。又、冷却モジュー
ル装置内に実装された全ての熱発生装置の逆バイアス条
件が全く同一である場合は上述の問題は（９） 解消される。しかし力から、キャップに連なって接触界
面を形成するヒートシンクないし冷媒中の不純物や汚染
物質を通じて冷却モジュール装置相互が電気的に連絡さ
れたり、更に筐体中に高密度実装されたプリント基板上
の冷却モジュール装置どうしの振動接触による電気短絡
網を形成する危険が伴なう。したがって、基板上に実装
された熱発生装置どうしは、あらかじめ予定された導電
路以外で電気的に連絡されることは好ましくなく、この
意味で具体的にはキャップないし熱伝導性部材に電気絶
縁機能を付与しておく必要がある。

一方、米国特許第４０３４４６８号及び４０８１８２５
号には、１以上の冷却されるべき熱発生装置としての半
導体チップとヒートシンクとしてのパッケージのキャン
またはカバーとの間に、浸れた熱輸送路を形成する低融
点ソルダからなる熱伝導パッドを設けた熱伝導冷却回路
パッケージが開示されている。半導体チップはアルミナ
基板上に搭載され、基板と銅又は真鍮からなるキャンま
たはカバーとにより密閉されている。半導体チップとキ
ヤ（１０） ンまたはカバーとの間には、ギャップが形成されている
が、このギャップ部分を埋める如くにインジウムまたは
その合金からなる熱伝導パッドを配置している。この熱
伝導パッドは、半導体チップまたはキャンないしカバー
のいずれか一方のみと金属的に接合され、金属的な接合
がなされない他方の係合部は非金属的に、例えば単に接
触界面を形成する如くに接合されている。この際、金属
的接合を具現するため、半導体チップまたはキャンない
しカバーにクロム−銅−金、クロム−ニッケル、チタニ
ウム−パラジウム−金、クロム−銅からなる薄膜が形成
されている。この熱伝導冷却回路パッケージでは、金属
的接合がなされない接触界面で機械的拘束力を受けない
から、熱的サイクルの付加にともなう劣化、例えば疲労
破壊の如き故障を生じにくい。しかし、熱伝導路を形成
する非金属的接合部は、金属的接合がなされた界面に比
べて熱伝導性能の点で劣ることは明確である。

また、この場合であっても、半導体チップからキャンな
いしカバーに至る熱伝導路内に、上述した（１１） 電気絶縁性を付与する必要性のあることは当然である。

この−し０として、米国特許第４０３４４６８号では、
それ自体良好な絶縁体である酸化べＩＪ　ＩＪウムから
々るキャンないしカバーを用い得ることを開示している
。しかし、酸化ベリリウムは毒性の問題を有している。

従って、よシ冷却効率の高い熱伝導路を形成するには、
熱発生装置としての半導体チップからヒートシンクへ係
合されるハウジングに至る熱伝導路に、半導体チップ及
びハウジングの双方に金属的に接合された熱伝導パッド
を配置するのが好ましい。しかしこの場合には、熱伝導
パッドが半導体チップ又はハウジングのいずれか一方と
金属的に接合されない部分を有する。伝導冷却パッケー
ジにおいて発生しにくい新たな問題が生ずる。即ち、互
に熱膨張係数の異なる半導体チップとハウジング部材の
双方に合金材の如き熱伝導パッドを金属的に接合した場
合は、回路の稼動及び休止に伴なう熱変化を生ずるとき
、熱膨張係数の差に起因して熱伝導パッドに熱応力が印
加され、この熱（１２） 応力の〈υ返し印加によって熱伝導パッドの疲労破壊、
例えばクラックを生ずるに至る。このような熱伝導パッ
ドの疲労破壊は、熱伝導路の熱抵抗を高める要因となり
、特に発熱量の大きい半導体チップに関する熱伝導路の
場合は、破壊を防止する手段が講じられねばならない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、冷却されるべき熱発生装置の冷却を効
率的に行なわしめる改良された熱伝導冷却モジュール装
置を提供することにある。

本発明の他の目的は、熱伝導路の疲労破壊を防止ないし
軽減した改良された熱伝導冷却モジュール装置を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明熱伝導冷却モジュール装置は、上記の目的を達成
するため、以下の特徴を有する。

熱発生装置を密封する容器外に設けた冷却手段と冷却さ
れるべき熱発生装置との間の熱伝導路を、炭化ケイ素を
主成分とする焼結体からなる部分及び低融点金属からな
る部分を配置したことを特徴（１３） とする。炭化ケイ素を主成分とする焼結体には、ベリリ
ウム、酸化ベリリウム、窒化ホウ素の少なくとも１種を
含まれているのが好ましい。

本発明における容器のキャップ部材は熱発生装置に関連
する熱伝導路に用いられるから、本質的に高い熱伝導性
を有していることが必要であるほか、軽量かつ電気絶縁
性を有していることが好ましい。更に好ましくは、容器
のキャップ部材は熱膨張係数が熱発生装置及び熱発生装
置を搭載する配線基板と近似し、高い気密性を有してい
る必要がある。これは熱伝導路となる低融点金属の疲労
劣化を避けるとともに、容器内の高気密性を維持するた
めである。そこで、こうした性能を有する材料を探索し
比較検討した結果、ベリＩＪウム、酸化ベリリウム、窒
化ホウ素の少なくとも１種を含む高密度焼結体炭化ケイ
素が上記の性能を有することを試作品によシ確認した。

具体的には炭化ケイ素１００重量部に対しベリリウム含
有量（酸化ヘリリウム換算）、窒化ホウ素含有量が２重
量部以上である焼結炭化ケイ素は、熱伝導率ｏ、７ｃｎ
ｔ７（１４） Ｃ−副・Ｓ（室温）、密度３．２ｇ／ｃｍ”、ビッカー
ス硬さ約４０００、曲げ強さく三点支持）４５に９ｆ／
ｍ＋”、熱膨張係数３．７Ｘ１０−’／ｃ及び電気抵抗
率１０１３Ω・ｍ以上（室温）と、熱伝導部材並びに容
器のキャップ部材用材料として好適な性能を有している
ことに着目した。

炭化ケイ素焼結体からなる熱伝導部材及び容器のキャッ
プ部材は、ベリリウム、酸化ベリリウム、窒化ホウ素に
よシ炭化ケイ、素結晶粒界の電気抵抗を高められ、炭化
ケイ素焼結体の電気絶縁性が付与されていると同時に熱
伝導性が付与されている。

焼結炭化ケイ素には、出発原料中に不純物の形で含有さ
れているシリコン、アルミニウム、鉄、チタニウム、ニ
ッケルの単体又はこれらの酸化物、炭化物及び遊離炭素
が残留している。これらの不純物の中で、アルミニウム
は炭化ケイ素焼結体の抵抗率を低下させる働きを有する
ので少ないことが望ましい。しかし、一方においてアル
ミニウムは焼結炭化ケイ素の高密度化、即ち気孔率の低
減に重要な役割を演するものでもある。この気孔率（１
５） の低減の必要性は後述するパッケージの高気密化に無視
できない意味を持つ。したがって、このような場合は、
アルミニウムの存在によって低下した抵抗率を相殺する
分量の上記べ１，１１Ｊウム、酸化ベリリウム、窒化ホ
ウ素を添加することが望ましい。

本発明の熱伝導性冷却モジュール装置において、熱伝導
部材や容器のキャップ部材として必要な抵抗率は１０１
０　Ωｍ以上、そして熱伝導率は少なくともアルミニウ
ム（０，５３ｄ／ＣｒｒＩ−Ｃ＠Ｓ）と同等若しくはそ
れ以上であることが望ましい。これを達成するだめの望
ましい添加量は、酸化ベリリウムによってベリリウムを
添加する場合の添加量及び窒化ホウ素の添加量を主成分
となる炭化ケイ素１００重量部に対し２重量部以上であ
る。

又、特にキャップ部材は、基板や他の部材とともに熱発
生装置を包囲する空間を形成し、熱伝導部材とキャップ
部材または熱発生装置間界面の伝熱を補助するヘリウム
ガスの如き気体を封入する容器を兼ねるため、高気密性
を有していなければ（１６） ならない。ヘリウムガスは原子半径の小さい気体であっ
て、極めて微少な間隙や気孔を通して散逸しやすいから
である。このような気密性の問題は、キャップ部材用素
材として金属を用いる場合と異なり、セラミックス材を
適用する場合に特に解決しなければならない点である。

この気密性は、ヘリウムガスのもれ量に換算して１０″
−ｔＢｔｍｍｌ／Ｓ以下が好ましい値であるが、焼結炭
化ケイ素にこの程度の気密性を付与するには、焼結体の
相対密度が９７−以上にすることが望ましい。このよう
な炭化ケイ素焼結体を得るには、典型的には粒径２μｍ
以下の炭化ケイ素粉末を同等の粒径の絶縁性、熱伝導性
を付与する添加物とともに均一に混合し、同混合物を９
８ＭＰａ程度の圧力で仮成形後、温度２０５０ｃ圧力３
０ＭＰａ−ｔ’１時間程度真空ホットプレス（真空度１
０”’ＭＰａ）するのがよい。この際、−焼結炭化ケイ
素中には、絶縁性や熱伝導性を付与するための添加物以
外に、出発原料中に含まれる不純物としてのシリコン、
アルミニウム、畝、チタニウム、ニッケルの単体又（１
７） はこれらの酸化物や炭化物及び遊離炭素が含まれている
。これらの不純物は炭化ケイ素結晶粒相互間を緻密にさ
せるために有効な働きを持つものである。したがって、
積極的に焼結炭化ケイ素に気密性を付与するために、上
記シリコン、アルミニウム、鉄、チタニウム、ニッケル
の単体又はこれらの酸化物、炭化物を添加するのは好ま
しいことである。

〔発明の実施例〕

第１図はＬＳＩチップ１０として示されている熱発生装
置と、これを冷却するためこ・補助的冷却手段を有した
気体封入熱伝導冷却モジュール装置を示す概略俯諏図、
そして第２図は第１図のＡ−Ａ’線に沿う断面図である
。両図を参照して説明するに、シリコン基体に固体回路
を形成してなるＬＳＩチップ１０の約１００個が、面積
約９０旧×９０−のセラミックの多層配線基板１２の一
方面に微少はんだポール１１により装着されている。基
板１２はその他方面から突出する約１５００本もの接続
ピン１４を有している。とれらのピン１４を（１８） 補助回路等を担持した配線ボード１３に差込み、熱伝導
モジュール装置が支持される。基板１２のチップ１０を
搭載した側に、その周縁部に対向する如くに突出部１６
ａが設けられた凹型のキャップ即ちハウジング１６が載
置され、はんだろう材の如き封着部材１７により気密に
固着されている。これらの部材即ち、基板、ハウジング
及び封着部材によって密閉空間１９が形成されているが
、この空間１９にはヘリウムガスの如き熱伝導性気体３
１が充填されている（第２図参照）。各チップ１０とそ
れに対向するハウジング１６の各部との間には、チップ
１０とハウジング１６に金属的に接合された低融点金属
からなる熱伝導性パッド２０が設けられ、これがチップ
１０からハウジング１６に至る熱伝導路を形成している
。ハウジング１６の材質は上述した性能を有する炭化ケ
イ素焼結体が選択されるが、基板１２の母材がアルミナ
セラミック、ムライトセラミックであり、チップ１０が
シリコンである場合、特に浸れた性能を発揮することが
できる。即ち、炭化ケイ素焼結（１９） 体はシリコンに極めて近似した熱膨張係数を有しており
、熱伝導性パッド２０の熱疲労破壊が防止できる。また
、炭化ケイ素焼結体はアルミナセラミックやムライトセ
ラミックと近似した熱膨張係数を有しており、基板１２
とハウジング１６間の封止部材１７の熱疲労破壊が防止
できる。熱伝導性パッド２０の破壊が引起されないから
主要な熱伝導路の伝熱性能が維持され、かつ封止部材１
７の破壊を生じないから熱伝導性気体３１のもれがなく
同気体を経由する熱伝導路の伝熱性能が維持される。伺
、基板１２の母材が樹脂である場合においても、熱膨張
係数の調節された基板であれば、炭化ケイ素焼結体をハ
ウジングに用いることができる。

本実施例において、熱伝導性パット２０は６７重量％ビ
スマス−１６重量％鉛−１７重量％錫はんだであシ、チ
ップ１０及びハウジング１６にそれぞれ金属的に接合さ
れている。この熱伝導性パッド２０は固相点９５Ｃ１液
相点１４９Ｃを有する低融点金属で、チップ１０とハウ
ジング１６と（２０） の微少な熱膨張係数差に基づく熱伝導性パッド２０の疲
労を、優れた塑性変形性能で補なっている。熱伝導性パ
ッド２０は、上記組成のはんだ材以外にビスマス、錫、
インジウム、水銀の如き単体金属や、鉛、錫、ビスマス
、インジウム、カドミウム、水銀、アンチモンの少なく
とも１種を含む合金材にすることにより、上述と同様の
耐熱疲労性が付与される。

熱伝導性気体３１としてのヘリウムガスは周知の如く、
低分子量気体であって微少間隙に侵入して満しやすく、
良好な熱伝導体であって熱抵抗を下げ、不活性ガスであ
って安全性が高く、腐蝕性や毒性が無く、最も好ましい
封入用気体材料になシ得る。しかし、チップ１００安定
動作を維持する上で放熱能力に余裕がある場合は、水素
、二酸化炭素、窒素等の気体を封入すること及びヘリウ
ムガスを含めた上記気体の２種類以上の混合気体を封入
することも可能である。この場合、気体の種類や気体の
混合組成は冷却されるべきチップ１０の発生熱量と熱伝
導冷却モジュール装置全体（２１） の放熱能力とのバランスで適宜選択されるべきである。

空間１９は、基板１２、ハウジング１６とこれら各部材
を固着している封止部材１７により気密性を維持し、封
入ヘリウムガス３１の散逸を防ぐと同時に外気の侵入に
よる腐蝕等から保護されるようになっている。このよう
な気密性保持や疲労破壊防止の観点で選択される限りに
おいては封止部材１７として、錫、鉛、ゲルマニウム、
シリコン、アンチモン、ビスマス、カドミウム、ガリウ
ムから選択された少なくとも１種を含む金糸合金材や、
錫、鉛、銀、アンチモン、インジウム、ビスマス、銅、
亜鉛、金、カドミウムから選択された少なくとも１種を
含む鉛又は錫又は銀合金等のろう材が好ましい。また、
金属ろう材による固着手段以外に熱硬化性樹脂組成物、
熱可塑性樹脂組成物による封止材を適用することも可能
である。

この場合、一般に樹脂組成物は金属に比べ気体に対する
気密性に劣るため、封入気体の選択が必要になる。更に
、金属ろう材、樹脂組成物による固着手段以外であって
も、圧接法、陽極結合法等の（２２） 手法によって封止することも可能である。しかしながら
、チップ１０は基板１２上に可及的高密度に搭載されて
いて、その中の一部に故障を生じた場合は所定の回路機
能を維持できなくなる。このような場合には、熱伝導冷
却モジュール装置全体の構成を全て交換するかあるいは
チップ１０の一部を交換するか、いずれかの方法によっ
て再生を計らねばならない。後者の方法は、前者に比べ
て経済的損失を軽微にとどめる点で好ましい方法と言え
る。しかしこのためには、封止部を開放してチップ１０
の交換が可能な状態にすること、即ち熱伝導冷却モジュ
ール装置には開封性が付与されていなければならず、更
に開封並びに再封止の熱処理によって他の接続部、例え
ば微少はんだボール１１に悪影響を及ぼさないような配
慮がなされねばならない。このような観点で封止部材１
７を選択するならば、例えば微少はんだボール１１の材
質として９５鉛−５錫系はんだを用いた場合は、該はん
だボールの固相点よりも低い融点を有するろう材、即ち
９５錫−５銀、６３錫−３７鉛、（２３） ８０インジウム−１５鉛−５銀、５０錫−５０インジウ
ム、３４錫−２０鉛−４６ビスマス、１４錫−２９鉛−
４８ビスマス−１０アンチモン等のろう材が好ましい。

チップ１０から熱伝導性パッド２０を経由してハウジン
グ１６に伝達された熱は、ハウジング１６に係合された
冷却板３２の如きヒートシンクに伝達される。第２図で
理解されるように、ハウジング１６の表面と冷却板３２
の表面は、両者間で良好な熱伝達がなされるように平坦
に形成されている。冷却板３２の空間部３２Ｈには、冷
却板３２に伝達された熱を除去する冷却液体４２が循環
されていて、効率的な冷却がなされる。効率的な冷却を
なし得る冷却液体として、水の如き液体が望ましい。し
たがって、冷却されるべきチップ１０が、作動状態にお
いてあらかじめ設計された温度以上に過熱されない状態
に維持される場合には、冷却板３２による冷却に代えて
空冷によるヒートシンクを用いることも可能である。こ
の際には、当然ながら上述した騒音問題を軽微にとどめ
（２４） るような配慮がなされなければならない。同、本発明熱
伝導モジュール装置では、炭化ケイ素焼結体からなるハ
ウジング１６が、封入モジュール装置の外方で冷却媒体
に直接触れるヒートシンクを兼ねることは何等障害にな
るものではない。

第３図は、チップ１０とともに用いられた熱伝導性パッ
ド２０及びハウジング１６０部分を拡大して示した概略
断面図である。チップ１０は一辺が６．５　ｍの正方形
状をしておシ、チップ１０のはんだボール１１の設けら
れていない側にクロム−ニッケルー銀積層金属層からな
る金属化層１０ａが設けられ、熱伝導性パッド２０とテ
ップ１０の金属的接合の実現に寄与している。また、ハ
ウジング１６のチップ１０との対向部に略同寸法のクロ
ム−ニッケルー銀積層金属層からなる金属化層１６ｂが
設けられ、熱伝導性パッド２０とハウジング１６との金
属的接合の実現に寄与している。

金属化層１０ａや１６・ｂのクロム層はシリコンまたは
炭化ケイ素焼結体との接合強度を保つだめの役割、ニッ
ケル層は熱伝導性パッド２０の構成金（２５） 属とクロム層の反応を抑制するためのストッパとしての
役割、そして銀層は熱伝導性パッド２０に対するぬれ性
を付与する役割をそれぞれ有している。したがって、そ
れぞれの金属層は上述の役割を果し得る限りにおいて、
他の金属に代替できる。

例えば接着強度を保つだめの層としては、クロムの代シ
にチタニウム、モリブデン、タングステン、ニッケル、
アルミニウムの如き金属が、ストッパとしてはニッケル
の代シに銅、パラジウム、白金、アルミニウムの如き金
属が、そしてぬれ性を付与するための層としては銀の代
りに金、白金、ニッケル、銅の如き金属が使用できる。

必要ならクロムＪｆ４トニッケル層の間にクロム・ニッ
ケル混合層を設けて接着力を強化する手段を講じてもよ
い。

これら積層金属層は真空蒸着法によって形成されるが、
必要ならスパッタリング法、イオンブレーティング法を
用いて形成してもよい。金属化層１０ａ、１６ｂは熱伝
導路の伝熱性能を高めるのに有効である。よシ伝熱性能
を高めるには、・・ウジングの金属化層は、サンドブラ
スト法等で面に（２６） 微細な凹凸を設けた後形成されることが望ましい。

又、金属化層１６ｂは例えばモリブデン厚膜焼成メタラ
イズ層や銅−マンガン合金圧接メタライズ層等にぬれ性
を付与する金属をめっき形成したようなものであっても
よい。同、ハウジング１６の突出部１６ａと基板１２と
の間の封止部材１７に対するぬれ性と金属的接合を可能
にするため、突出部１６ａに同様の金属化層（図示せず
）が設けられ、そして基板１２側にも金属化層（図示せ
ず）が設けられている。炭化ケイ素ハウジングには、上
述した種々の金属層からなる積層金属層が設けられるの
が好ましく、上述の実施例においてはクロム−ニッケル
ー銀からなる積層金属層が設けられている（図示せず）
。この封着部は内部を気密に保つために重要な部分であ
って、金属化層形成部の残留歪が過大になると温度変化
が与えられることによってハウジング材の破壊を生ずる
危険がある。積層金属層は１〜２μｍ程度の薄膜であっ
てハウジングに与える残留歪を小さくする上で大きな効
果がある。この残留歪の問題は熱伝導性パ（２７） ゛ラド形成部においても存在し、上述と同様に解決され
得る。

上述の実施例において、ハウジング１６は基板１２との
間で封止部材１７によシ直接固着されているが、本発明
においてハウジング１６は基板１２に間接的に固着され
てもよい。第４図はその一例であり、基板１２のチップ
１０を搭載した側の周辺部には金属またはセラミックか
らなるスペーサ１５が、そしてスペーサ１５の他方の側
にはキャップ即ちハウジング１６が連なって配置され、
はんだ等のろう材の如き封着部材１７．１８によシ固着
されている。これらの部材構成によって、密閉空間１９
が形成されている。スペーサ１５の材質は熱伝導性の観
点よりも、むしろ基板１２及びハウジング１６と熱膨張
係数が一致又は近似している点を優先して選択されるべ
きである。例えば基板１２の材質がアルミナセラミック
、ムライトセラミックそしてハウジングが炭化ケイ素焼
結体である場合には、スペーサ１５はアルミナセラミッ
ク、ムライトセラミック、炭化ケイ素焼結体、（２８） コバール、５８Ｆｅ−４２Ｎｉ、タングステンカーバイ
ド等のような材質を選ぶことができる。熱膨張係数の観
点を憂先する理由は、基板１２又はハウジング１６との
間の熱膨張係数差に起因して、熱的サイクルが与えられ
たとき生ずる封着部材の疲労破壊を避ける必要からであ
る。更に、金属化層はハウジングと可及的に大きな接着
強度を有していることが望ましい。本発明において接着
強度は、例えばクロム層の厚さを調節することで向上さ
せ得る。−例を示すと、クロム−ニッケルー金積層金属
層である場合、接着強度はクロム層厚さ０．１μｍの時
の２．５に４ｌ１ｍ”から０．３　ｐ　ｍの時の７勾／
　Ｔｉ１ｌ”に向上させ得る。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明熱伝導冷却モジュール装
置のハウジング１６には電気絶縁性や耐ヘリウムリーク
性が付与されると同時に高い熱伝導性が与えられておシ
、チップ１０や基板１２との間における熱膨張係数の整
合性や軽量性を有しており、高性能かつ高信頼の熱伝導
冷却モジ−”４−（２９） 一ル装置を得るのに有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す一部断面した斜視図、
第２図は第１図のＡ−Ａ’線に沿う断面図、第３図は第
２図の要部拡大図、第４図は本発明の他の実施例を示す
断面図である。 １０・・・ＬＳＩチップ、１２・・・配線基板、２０・
・・熱伝導性パッド。 代理人　弁理士　高橋明夫 （３０） 第Ｚロ ア２　ｌｂ久 茅３０ 茅４目 ｚｉｓ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、冷却されるべき熱発生装置と、熱発生装置を載置す
   る配線基板と、配線基板の周辺部に気密に接着され配線
   基板と共に熱発生装置を気密に包囲する容器を形成する
   キャップ部材と、熱発生装置とキャップ部材との間を熱
   的に連絡する熱伝導部材と、キャップ部材を冷却する手
   段とを具備し、キャップ部材の熱伝導部材と冷却手段と
   の間に位置する部分が炭化ケイ素を主成分とする焼結体
   であり、かつ熱伝導部材が熱発生装置とキャップ部材に
   金属的に接合された低融点金属からなることを特徴とす
   る熱伝導冷却モジュール装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記熱伝導部材が
   ビスマス、錫、インジウム、水銀の群から選択された１
   種の単体金属又は鉛、錫、ビスマス、インジウム、カド
   ミウム、水銀、アンチモンの少なくとも１種の金属を含
   む合金材であり、上記熱伝導部材が、上記キャップ部材
   にクロム、チタニウム、モリブデン、・−ングステン、
   ニッケル、アルミニウムの群から選択された少なくとも
   １種からなる第１の金属層、ニッケル、銅、パラジウム
   、白金、アルミニウムの群から選択された少なくとも１
   種からなる第２の金属層、銀、金、白金、ニッケル鋼の
   群から選択された少なくとも１種からなる第３の金属層
   からなる積Ｉ−金属層を介して、金属的に接合されたこ
   とを特徴とする熱伝導冷却モジュール装置。 ３、％許請求の範囲第１項または第２項において、上記
   キャップ部材が、炭化ケイ素を主成分とし、ベリリウム
   、酸化ベリリウム、窒化ホウ素の群から選択された少な
   くとも１種を添付物として含む焼結体であることを特徴
   とする熱伝導冷却モジュール装置。 ４、特許請求の範囲第１項または第２項において、上記
   キャップ部材が、電気抵抗率１０１０Ω・副以上を付与
   されていることを特徴とする熱伝導冷却モジュール装置
   。 ５、特許請求の範囲第１項または第２項において、上記
   キャップ部材が、炭化ケイ素を主成分とし、ベリリウム
   、酸化ベリリウム、窒化ホウ素の群から選択された少な
   くとも１種を添付物として含み、アルミニウム、シリコ
   ン、鉄、チタニウム、ニッケルの少なくとも１種の単体
   、または酸化物ないし炭化物を含む焼結体であることを
   特徴とする熱伝導冷却モジュール装置。 ６、特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項ま
   たは第５項において、上記熱発生装置がＬＳＩチップで
   あることを特徴とする熱伝導冷却モジュール装置。