JPS6235547A - 半導体素子の冷却機構 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体素子とそれらの素子上に装着された冷
却板との間の熱伝導機構に特徴のある半導体素子の冷却
機構に関する。

［従来の技術］ 従来、高集■Ａ化された半導体素子を冷却する手段とし
て基板上に複数個の半導体素子を塔載して成るＬＳＩパ
ッケージに使用されてきた方法は、第４図に示すような
液体を冷媒とした冷却構造であり、第５図にその拡大断
面図を示す。

基板６に取りつけられた半導体素子４にピストン１３が
ばね１４で押しつけられており、半導体素子４で発生し
た熱はピストン１３、すきま１６、シリンダーハウジン
グ７を通して冷却板８へと伝えられ、冷却板８は、冷媒
注入口９から注入され、冷媒排出口１０から排出される
冷媒１１により冷却されている。尚、２はシリンダー、
１５は良熱伝導性物質、５ははんだである。

また、第６図に示すようにピストン１３とばね１４のか
わりにスタッド１７とスタッド取り付は金具３を用いた
場合の１つのシリンダーの拡大縦断面図を示す。

この構造では半導体素子４とスタッド取り付は金具３は
間に絶縁板１２をはさんで接着され反対側でスタッド１
７をねじにより固定し、半導体素子４とスタッド１７を
熱的にも機械的にも接続する。このとき半導体素子４で
発生した熱は絶縁板１２、スタッド取り付は金具３、ス
タッド１７、すきま１６、シリンダーハウジング７を通
して冷却板８で冷媒１１により取り除かれる。

上記例はいずれもすきま１６に熱伝導のわるい空気が存
在しては熱伝導の効率が悪くなるため、シリンダーハウ
ジング７のシリンダー２やピストン１３、スタッド１７
などの部品の加工精度を上げて、すきま１６を微小にし
ている。

また、不活性気体やコンパウンドなどの良熱伝導性物質
１５をすきまに充填することにより熱伝導の効率を上げ
ていた。

［解決すべき問題点］ 上述した従来の技術では熱伝導を良くするためにはピス
トン１３やスタッド１７とシリンダー２のすきま１６を
小さくしなければならず高い加工精度が必要であるとい
う欠点がある。

熱伝導を良くするために不活性気体やコンパウンドなど
の良熱伝導性物質１５を充填したものでは漏れの防止の
ために特別の機構が必要であり、組み立ての複雑化及び
修理を要する場合の再加工の問題を生じる。

またコンパウンドなどを充填したものでは、半導体素子
４や基板６の金属部を腐食させるという問題もある。

コンパウンドなどを充填したものや、ピストン１３など
の可動部品をばね１４で押しつける構造のものは、重力
の影響を受けるので取り付は方向が制限されるという欠
点もある。

［問題点の解決手段］ 本発明は、上記従来の問題点に着目してなされたもので
、′スタッドとシリンダー間のすきまを小さくする必要
がなく、加工容易で、良熱伝導物質を充填する必要がな
く、腐食の問題も生じさせず、取付方向の制限されるこ
とのない半導体素子の冷却機構を提供せんとするもので
ある。

そのために、本発明は、基板上に複数個の半導体素子を
塔載したＬＳＩパッケージの前記半導体素子上に、絶縁
板及びスタッド取付金具を介してスタッドを取付け、該
スタッドを受入れる複数のシリンダーを備えたシリンダ
ーハウジングを前記基板上に取付けると共に、該シリン
ダーハウジング上に冷却板を密着して設けた半導体素子
の冷却機構において、前記スタッドは半導体素子の発熱
により生じる高温が変態温度を超えている材質の形状記
憶合金で作られ、円筒形で上面から軸方向にうがった穴
と、上面から放射状に穴の底まで設けた複数本のスリッ
トと、底面に軸方向にめねじが設けられており、温度が
変態温度以上になると変形して上部が放射状に広がり上
記シリンダーの側壁と密着するような形状記憶が与えら
れ、上記シリンダー内に設けられ、常温ではシリンダー
側壁との間にある規定されたすきまを形成する径を有す
ることを特徴とする半導体素子の冷却機構を提供するも
のである。

［実施例］ 次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の縦断面図である。第２図は
組立て時の変態温度以下の低温において第１図のシリン
ダーを取り出した拡大縦断面図、′ｉ５３図は変態温度
以上の高温における拡大縦断面図である。

形状記憶合金製スタッド１は円筒形で上面から軸方向に
うがった穴１８ａと、上面から放射状に穴１８ａの底ま
でとどく複数本のスリ７）１８ｂと、底面軸方向にめね
じ１９が設けられている。

またスタッド１は半導体素子４の発熱により生じる高温
が変態温度を超える温度となるような材質の形状記憶合
金で造られており、変態温度を超える温度では変形して
上部が放射方向に広がり外面がシリンダー２の側壁と密
着するように形状記憶が与えられており、変態温度以下
の低温ではシリンダー２の側壁との間にある規定された
すきまを有する径をしている。シリンダー２はシリンダ
ーハウジング７内に設けられ、内に形状記憶合金製スタ
ッド１を設け、形状記憶合金製スタッド１が変態温度以
上の高温時に変形した際には、内壁が密着できる程度の
径をもった穴である。スタッド取り付は金具３は上面に
は形状配憶合金製スタッド１のめねじ１９とかみ合うお
ねじ２０が切られており下面は平面に仕上げられており
、半導体素子４に絶縁板１２を間にはさんで接着される
。これに形状記憶合金製スタッド１をねじ込むことによ
り、半導体素子４と形状記憶合金製スタッド１が機械的
及び熱的に接続され、電気的には絶縁される。半導体素
子４ははんだ５で、基板６の一方の面上にマウントされ
る。

基板６はシリンダーハウジング７に取り付けられる。こ
のシリンダーハウジング７は銅やアルミのような熱伝導
性の非常によい材質で作られており、シリンダー２を設
けるに十分な大きざをもっている。

シリンダーハウジング７には冷却板８が取り付けられる
が、熱伝導関係を良くするためにおたがいに密着するよ
うな形状に表面が仕上げられている。冷却板８には熱を
取り除くために冷媒注入口９から注入され、冷媒排出口
１０から排出される冷媒１１が通っている。

組立て時における変態温度以下の低温時には第２図に示
されるように形状記憶合金製スタッド１は上方のスリッ
ト１８を閉じている半導体素子４に通電すると発熱し、
熱は絶縁板１２及びスタッド取り付は金具３を通して形
状記憶合金製スタッド１に伝わる。半導体素子４から伝
えられた熱は形状記憶合金製スタッド１の温度を上昇さ
せ、形状記憶合金の変態温度を超えた高温状態となる。

この時形状記憶合金製スタッド１は形状記憶により変形
し、上部はスリット１８を開き放射方向に広がりシリン
ダー２の側壁に密着する。熱は形状記憶合金製スタッド
１からシリンダーハウジング７を通して冷却板８へと伝
わり、冷却板８の内部を流れている冷媒１１によって取
り除かれる。このときの形状記憶合金製スタッド１の状
態は第３図に示された状態である。

このとき形状記憶合金製スタッド１の上部はシリンダー
２の側壁と密着しており、高い熱伝導性を示す。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は、基板上に複数個の半導
体素子を塔載したＬＳＩパッケージの前記半導体素子上
に、絶縁板及びスタッド取付金具を介してスタンドを取
付け、該スタッドを受入れる複数のシリンダーを備えた
シリンダーハウジングを前記基板上に取付けると共に、
該シリンダーハウジング上に冷却板を密着して設けた半
導体素子の冷却機構において、前記スタッドは半導体素
子の発熱により生じる高温が変態温度を超えている材質
の形状記憶合金で作られ、円筒形で上面から軸方向にう
がった穴と、上面から放射状に穴の底まで設けた複数本
のスリットと、底面に軸方向にめねじが設けられており
、温度が変態温度以上になると変形して上部が放射方向
に広がり上記シリンダーの側壁と密着するような形状記
憶が与えられ、上記シリンダー内に設けられ、常温では
シリンダー側壁との間にある規定されたすきまを形成す
る径を有することを特徴とする半導体素子の冷却機構と
したため、熱伝導機構として形状記憶合金製スタッドを
使用することにより、高温時には形状記憶合金製スタッ
ドは変形してシリンダーの側壁と密着するため従来のよ
うに加工精度を上げシリンダー２とのすきまを小さくす
る必要がなくなる。金属と金属が密着するためコンパウ
ンドや不活性気体などの良熱伝導性物質を充填する必要
もなく、漏れ防止のための特別な機構や、がっしりとし
たシリンダーハウジングも必要でない。

また充填する必要がないことから半導体や基板の金属部
の腐食のおそれもない、保守性も向上し、修理の問題も
なくなる。また重力に影響される部材はないため取り付
は方向に制限を生じない等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図（イ）（
ロ）は組立て時の変態温度以下の低温においてＰｐＪ１
図の一つのシリンダーを取り出した拡大縦断面図とその
Ａ−Ａ線断面図、第３図（イ）（ロ）は半導体素子の発
熱時に生じる変態温度以上の高温における縦断面図とそ
のＢ−Ｂ線断面図、 第４図は従来技術の構造の縦断面図、 第５図（イ）（ロ）は第４図の一つのシリンダーを取り
出した拡大縦断面図とそのＣ−Ｃ線断面図、 そして、第６図（イ）（ロ）はピストンのかわりにスタ
ッドを用いた構造の拡大縦断面図とそのＤ−Ｄ線断面図
である。 １：形状記憶合金製スタッド ２ニジリンダ− ３：スタッド取り付は金具 ４：半導体素子 ６：基板 ７：シリンダーハウジング ８：冷却板 １２：絶縁板 １７：スタッド １８ａ、１８ｂニスリツト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板上に複数個の半導体素子を塔載したＬＳＩパッケー
   ジの前記半導体素子上に、絶縁板及びスタッド取付金具
   を介してスタッドを取付け、該スタッドを受入れる複数
   のシリンダーを備えたシリンダーハウジングを前記基板
   上に取付けると共に、該シリンダーハウジング上に冷却
   板を密着して設けた半導体素子の冷却機構において、前
   記スタッドは半導体素子の発熱により生じる高温が変態
   温度を超えている材質の形状記憶合金で作られ、円筒形
   で上面から軸方向にうがった穴と、上面から放射状に穴
   の底まで設けた複数本のスリットと、底面に軸方向にめ
   ねじが設けられており、温度が変態温度以上になると変
   形して上部が放射方向に広がり上記シリンダーの側壁と
   密着するような形状記憶が与えられ、上記シリンダー内
   に設けられ、常温ではシリンダー側壁との間にある規定
   されたすきまを形成する径を有することを特徴とする半
   導体素子の冷却機構。