JPS61201452A - 集積回路チツプ冷却装置 - Google Patents

集積回路チツプ冷却装置

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JPS61201452A JP60041118A JP4111885A JPS61201452A JP S61201452 A JPS61201452 A JP S61201452A JP 60041118 A JP60041118 A JP 60041118A JP 4111885 A JP4111885 A JP 4111885A JP S61201452 A JPS61201452 A JP S61201452A
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中西　敬一郎
Masahide Tokuda
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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〕 本発明はマルチチップ・モジュール、特に集積回路チッ
プの発熱を効果的に取り去るマルチチップ・モジュール
の冷却構造に関するものである。
〔発明の背景〕
１枚の配線基板上に複数の集積回路チップを実装するマ
ルチチップ・モジュールの冷却構造の一例を、本出願人
は特願昭５８−０７２Ｊ９６号で既に提案している。
この構造は、柔軟なパイプで接続した冷却ブロック（複
数）を各集積回路チップ個別に固着又は接触させるもの
で、冷却性能を大巾に向上できる６保守性、信頼性の点
では冷却ブロックを集積回路チップに固着させるのでは
なく、接触させることが望ましい、その時、冷却ブロッ
クとチップの対接触面、特に集積回路チップの接触面は
製造工程上どうしても数μｍ以上の反りが残り、この反
りによって、対向接触触面の間隔の下限、ひいては熱抵
抗の下限が規定されていた。
しかも、将来チップの大型化、多層配線化が進むにつれ
て、増々チップの反りは大きくなると予想される。
したがって、冷却性能の一層の向上のためには。
この反りを矯正して、対向接触面の間隔を更に短かくで
きる構造が必要である。
これに関し、デビット　ビー　タッカ−マン（Ｄａｖｉ
ｄ　Ｂ、Ｔｕｃｋｅｒｍａｎ）及びアール　ファビアン
ピース（Ｒ，Ｆａｂｉａｎ　Ｐａａｓｅ）は１９８３シ
ンポジウムオン　ブイエルニスアイ　チクノロシイ、マ
ウイ（Ｓｙｍｐｏｓｉｕａ＋　ｏｎ　ＶＬＳＩ　Ｔｅｃ
ｈｎｏｌｏｇｙｙ　Ｍａｕｉ）のダイジェスト　オブ　
テクニカル　ペーパーズ（Ｄｉｇｅｓｔ　ｏｆ　Ｔｅｃ
ｈｉｅａｌ　Ｐａｐｅｒｓ）　Ｐ、Ｐ、６０−６１にお
けるｒマイクロキャピラリイ　サーマル　インク−フェ
イス　チクノロシイ　フオ　ブイエルニスアイ　パッケ
ージＪ　　（Ｍｉｃｒｏｃａｐｉｌｌａｒｙ　Ｔｈｅｒ
ｍａｌＩｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆ
ｏｒ　ＶＬＳＩ　Ｐａｃｋａｇｅ）と題する文献におい
て、冷却ブロックの接触面に微細な溝を形成し、シリコ
ーンオイルを介在させて、集積回路チップに接触させる
構造を提案している６微細な溝の毛細管効果によって生
じた負圧により、集積回路チップの反りを矯正するもの
である。
しかし、マルチチップ・モジュールにおいてはチップを
配線基板にコンドロールド・コラプス・ボンディングＣ
ＣＣＢ＞等によって固着する必要があるので、負圧によ
るチップの反りの矯正は困難である。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、高い冷却性能を持ち、しかも、保守性
、信頼性の良い、集積回路チップの冷却装置を提供する
ことにあり、そのため、低熱抵抗で接触方式の、集積回
路チップ冷却装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
かかる目的を達成するため、本発明は、集積回路チップ
と冷却ブロックとの間に吸着板を設けることを特徴とす
る。この吸着板の一方の面には微細な溝を設けておき、
シリコーン・オイル等を介在させて集積回路チップに接
触させて毛細管効果により負圧を生じさせる。さらに、
吸着板の板厚を薄くしておくことにより、負正によって
、チップの反りにならってしならせ、吸着板とチップの
対向接触面の間隔を短くできる。吸着板のもう一方の面
と冷却ブロックの下面の接触部には液体金属等の高熱伝
導流体を充填する等の低熱抵抗構造を形成しておく。チ
ップ交換等保守点検時に、チップと冷却装置を分離する
必要がある場合は、チップと吸着板の間で容易に分離で
きる。
〔発明の実施例〕
以下図面により発明を説明する。
第１図は本発明の一実施例を示す新面図である。
集積回路チップ冷却装置１００は、多数の集積回路チッ
プ２を封入し、かつ冷却する手段を与えるものである。
封止は、配線基板３とハツト５をハンダ６により接合す
ることにより行なわれる。配線基板３上には多数の集積
回路チップ２がハンダ端子４を介して電気的に相互接続
されており、基板下面には、冷却装置を回路カード又は
回路ボードに接続するための多数の入出力（ビン９が存
在する。
集積回路チップ２により発生した熱は、各集積回路チッ
プ上に搭載された冷却構造体１に伝達され、冷却構造体
内部を循環する冷媒により冷却される。冷媒は、ノズル
８ａを通して冷却装置外部から流入し、ベローズ形状の
柔軟なパイプ１０を介して各冷却構造体内を循環し、ノ
ズル８ｂを通して冷却装置外部へ排出される。
第２図は冷却構造体１の拡大破断図である。冷却構造体
は冷却フィン２３を一体成形した底板２２及びキャップ
２１からなる冷却ブロック２０と吸着板３０とから成る
。冷却フィン２３の材質としては高熱伝導率材料、例え
ば銅、アルミ、モリブデン又は高熱伝導性の炭化ケイ素
セラミックス等を使用できる。またキャップ２１との接
続にパイプ１ｏを半田付等によって接続してあり、冷却
構造体上部のハツト５内に設けである冷媒流路７と接続
する。
なお、本実施例では、ベローズ１０の形状を長円形にし
て、ベローズ断面積を増加させ、その結果としてベロー
ズ内の冷媒流速を減少させ、圧力損失の低減、腐食の防
止を図っている。また、これら長円形ベローズをフィン
列の両端に配置して、各フィンへの冷媒流入量を均一に
している。
第３図は冷却構造体１の断面図である。吸着板３０と冷
却ブロックの底板２２との間に空隙を設け、そこに高熱
伝導流体４０、例えばＧ　ａ　−Ｉ　ｎ−８ｎ合金等の
液体金属を封入しである。冷却フィンの材質として、銅
、アルミ等を用いる場合は、耐腐食性の向上のため、液
体金属との接触部にクロム、ニッケル等のメッキを施し
ておく、底板２２の周囲には凹み２４を設け、液体金属
溜めとして使用する。吸着板３０と底板２２とは半田付
は等によって外周部を固着しである。
第４図は吸着板３０の底面（チップ接触面）を　。
示す斜視図である。上部が狭く、下部が広−溝３１を底
面全体に形成しである。また、凹み３２を設は各溝間を
連結しておく６本実施例では吸着板３０の材料としてＳ
ｉを用い、上述したタッカ−マン（Ｔｕｃｅｒｍａｎ）
の文献に詳述しであるように、異方性エツチング技術及
びメッキ技術を用いて本構造を形成した。
ピッチを１０μｍ、巾を上部で１μｍ、臀部で４μｍま
た、吸着板３０の板厚を１００μｍにしている。
この吸着板を有する冷却構造体１を集積回路チップｉに
シリコーン・オイル等を介在させて接触させ、吸着板３
０の溝３１の毛細管効果により負圧を発生させて、チッ
プ２の反りにならって吸着板３０をたわませて、吸着板
３０とチップ２の対向接触面の間隔を短くする。
集積回路チップで発生した熱はシリコーン・オイル、吸
着板、液体金属、底板、冷却フィンを経由して最終的に
冷媒へ伝達される。
集積回路チップ２の大きさを２１０とし１反りが１５μ
ｍある場合でも１本実施例では約４００　。
ｇｆ／ａｌの負荷が生じて、対向接触面の間隙を１μｍ
以下にできるので、シリコーン・オイルの熱伝導率を０
．００１５Ｗ／　ｃｓ　・Ｋとして、１ａ１１当りの接
触熱抵抗を約０．０２　Ｋ／Ｗと非常に小さくできる。
接触部以外の熱伝導経路も、高熱伝導率材料で短かく構
成できているので、チップから冷媒への総熱抵抗も、チ
ップ１ｄ当り０．５　　Ｋ／Ｗ以下と小 非常に災さくできる。
なお、モジュールは必ずしも水平に置く必要はない、吸
着板と底板の対向面間に液体金属が充填されるように、
液体金属の量と液体金属溜めの体積を適切に設定すれば
、モジュールを垂直に置いても良いことは勿論である。
本発明の他の実施例を第５図を用いて説明する。
本図は第１の実施例の第３図に対応するもので。
ただし、ベローズ１０は省略しである。本図以外の構造
は第１の実施例と同様である。
本実施例は、第１の実施例の液体金属４０の代りに高熱
伝導性の気体、例えばＨｅを吸着板３０と底板２２の間
の空間に封入したものである。ただし、熱伝導率は低下
するので、微細な溝５０を吸着板３０と底板２２の対向
面にそれぞれ形成し、かん合させることにより対向面積
を拡大しである。
もう一つの実施例を第６図を用いて説明する。
本実施例は吸着板３０と底板２２を低融点金属６０を用
いて固着するもので、構造を大巾に簡単にできる。
組立手順は、まず集積回路チップ２に吸着板３０をシリ
コーン・オイル等を介在させて吸着させ、チップの反り
にならってたわませる。その後、底板、キャップ等から
成る冷却ブロック２０を。
必要な厚さの低融点金属箔を間にはさんで押し付け、こ
の低融点金属６０を溶融固化させて固着する。なお、低
融点金属６０とのぬれ性を確保するため、吸着板３０及
び底板２２の対向面の各々に必要なメタライズ膜を形成
しておいても良いことは勿論である。
低融点金属６０としては、その融点がシリコン・オイル
等の表面張力に大きな影響を与える温度範囲にあること
が必要であり、例えばＩｎ−８ｎ合金（融点１１７℃）
を用いることができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、接触方式で低熱抵抗の、集積回路チッ
プ冷却装置を実現できるので、冷却性能を損なうことな
く、保守性、信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は冷却
構造体を示す斜視図、第３図は冷却構造体の断面図、第
４図は吸着板の斜視図、第５図は第２の実施例の冷却構
造体の断面図、第６図は第３の実施例の冷却構造体の断
面図である。 １・・・冷却構造体、２・・・集積回路チップ、３・・
・配線基板、４・・・半田端子、５・・・ハツト、８・
・・ノズル、９・・・入出力ビン、１０・・・ベローズ
、２０・・・冷却ブロック、２１・・・キャップ、２２
・・・底板、２３・・・冷却フィン、３０・・・吸着板
、３１・・・溝、４０・・・液体　　。 第　ｌ　　目 第　２　凹 第３０

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. １．内部に冷媒が循環する空間を有する冷却ブロックを
    集積回路チップに接触させる冷却装置において、一面に
    微細な溝を形成した吸着板を上記冷却ブロックに少なく
    とも周辺部で接続し、該吸着板の溝形成面と該集積回路
    チップとを液体を介在させて吸着させたことを特徴とす
    る集積回路チップ冷却装置。
  2. ２．上記冷却ブロックと吸着板の間に空間を設け、該空
    間に高熱伝導流体を封入したことを特徴とする特許請求
    の範囲第１項記載の集積回路チップ冷却装置。
  3. ３．上記冷却ブロックと上記吸着板の対向面の各各に溝
    を形成し、かん合させたことを特徴とする特許請求の範
    囲第１項記載の集積回路チップ冷却装置。
  4. ４．上記液体を介在させて上記集積回路チップに吸着さ
    せた上記吸着板を、該液体の表面張力に悪影響を与えな
    い温度範囲に融点を持つ低融点金属により冷却ブロック
    に固着したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
    の集積回路チップ冷却装置。
JP60041118A 1985-03-04 1985-03-04 集積回路チツプ冷却装置 Expired - Lifetime JPH06101523B2 (ja)

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