JP2004146819A - 伝熱方法およびデバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】熱放散システムは、高伝導率の液体金属の薄い層を用いて、半導体チップのような電子サブアセンブリに冷却を提供する。
【解決手段】液体金属１８は、好ましくは、チップ１４からヒート・シンクまたは熱放散部１６へ熱を伝えるガリウムまたはその合金である。このシステムは、液体による充填と、液体によって占められた空間の排気とを可能にする１以上の開孔部３８を有する。本システムは、また、Ｏリング、もしくは止め輪によって適所に保持された膜のような可撓性シール、あるいは充填開孔部をシールするプラグを用いる。シールは可撓性であり、液体の膨張および収縮、加えて液相から固相への相変化に対応する。
【選択図】図６
【解決手段】液体金属１８は、好ましくは、チップ１４からヒート・シンクまたは熱放散部１６へ熱を伝えるガリウムまたはその合金である。このシステムは、液体による充填と、液体によって占められた空間の排気とを可能にする１以上の開孔部３８を有する。本システムは、また、Ｏリング、もしくは止め輪によって適所に保持された膜のような可撓性シール、あるいは充填開孔部をシールするプラグを用いる。シールは可撓性であり、液体の膨張および収縮、加えて液相から固相への相変化に対応する。
【選択図】図６
Description
本発明は、電子パッケージングの分野に関し、具体的には、電子構造物内の集積回路チップのような電源からヒート・シンクへ熱を放散させるのに特に有用な効率的な伝熱システムに関する。
集積回路チップ・デバイスへ用いられる半導体技術において、過熱によって起こり得る悪影響、例えば寸法変動，動作特性の不定，および熱膨張差を最小化するために、チップ内部で発生した熱を放散させる適切な手段を備えることが重要である。このようなデバイスの非効果的な冷却は、許容出力密度，許容回路密度，および許容システム速度の減少をもたらす。
熱伝導によって熱源からシンクへ熱を放散することが望まれる場合はいつでも、伝熱の重要な側面は、熱源とヒートシンクとの間の現実の接触量である。隣接する面の平滑さ、そして当該面が合わさるよう強制するために用いられる圧力の大きさにかかわらず、接触している面間に空隙を生じさせる凹凸が不可避的に存在する。空気は不良熱導体とみなされるため、界面におけるこれらの空隙の存在は、熱源からシンクへの熱の流れに対する抵抗を増加させる傾向がある。面の空隙と空間とを充填する界面材料を与えることによって、２面間の界面の熱抵抗を低減することができる。２面間で伝熱するために多くの様々な構造が用いられてきた。電子パッケージングにおいて用いられる例は、Ｏリングまたはヒート・シンクをチップへ接着する接着剤，面間に配されるグリース，面を直接接着するハンダ，および面間で締付けられる変形可能パッドなどである。全ての場合において、界面の熱抵抗を最小化し、そして伝熱媒体の熱伝導率を最大化することが望まれる。電子パッケージングにおける実効熱伝導率の典型的な値は、０．２〜２W／m-K（ＳＩ単位）である。
一方の面からもう一方の面へ伝熱するための理想的な媒体は、低い界面熱抵抗と高い伝導率とを有する必要がある。液体は、低い界面抵抗を有する。というのは、液体が表面をぬらし、広い面積との連続的な接触を形成するからである。一方、大部分の液体は、それほど高い伝導率を有していない。固体、特に金属は、極めて高い伝導率を有するが、高い界面抵抗を有する。双方の特性を利用するために、大部分の一般的な伝熱材料は、高伝導性粒子を液体またはプラスチックと組み合わせる。前者の例はグリースおよびゲルであり、後者の例は、充填エポキシ樹脂，シリコーン，およびアクリル樹脂などである。
充填接着剤の対応する伝導率より著しく優れている３．８W／m-Kもの伝導率を有するグリースが開発されている。グリースに関する典型的な問題は、ポンピング（pumping）および乾燥などであり、この両者によって、伝導媒体は、伝熱面の一方若しくは双方との接触を失う可能性が有る。熱膨張差または機械的負荷によって構造が変形するときにポンピングが発生し、グリースが押し出される。グリースに含まれるオイルは、蒸発によって、あるいは分離および毛管流出によって激減し得る。
水銀、そしてガリウム合金のような液体金属は、低い界面抵抗と高伝導率の双方を潜在的に示す。水銀は周知のように生物学的に有害であり、大量の商業的使用を不適切にさせる。一方、ガリウムおよびその合金はそうではない。極めて低い溶融点を有する様々なガリウム合金が潜在的な液体金属界面材料として取り扱われてきた。これらの合金の最も重要な特性を以下の表にまとめた。共晶でない合金について固相温度と液相温度の双方を列挙した。伝導率は、現在使われているＧＥ３２８１シリコーンのような接着剤より典型的には約２０倍優れている。
Eberhard-Karls大学，チュービンゲンによるGalinstan合金に関する安全性データ・シートおよび毒物学的証明は、“人類または環境にとっての危険が存在しないことを立証した。”Galinstan合金は、温度計およびチルト・スイッチにおける水銀の代替品として一般的に使用されている。
液体金属を使用してチップからＯリングまたはヒート・シンクへ伝熱することを教示するいくつかの米国特許が存在する。これらは、接着剤による液体金属の封じ込めを教示するが、膨張室（expansion chamber）またはシールの使用を教示するものは１つもない。これらの特許のうちの一部を以下に列挙する。
米国特許第４，９１５，１６７号公報“Thermal Coupling to Enhance Heat Transfer”１９９０年。
米国特許第５，１９８，１８９号公報“Liquid Metal Matrix Thermal Paste”１９９３年。
米国特許第６，０１９，５０９号公報“Low Melting Gallium, Indium and Tin Eutectic Alloys and Thermometers Employing Same”２０００年。
米国特許第６，３４３，６４７号公報“Thermal Joint and Method of Use”２００２年。
米国特許第５，１９８，１８９号公報“Liquid Metal Matrix Thermal Paste”１９９３年。
米国特許第６，０１９，５０９号公報“Low Melting Gallium, Indium and Tin Eutectic Alloys and Thermometers Employing Same”２０００年。
米国特許第６，３４３，６４７号公報“Thermal Joint and Method of Use”２００２年。
導電性の液体を電子パッケージ内部に収容できる能力により、大きな問題が生じる。短絡を回避するためには、液体は、パッケージの耐用期間を通してそのエンクロージャ内に確実に保持されなければならない。加えて、実効抵抗を最小化するためには、伝熱面の間の空間から空気を除かなければならない。これは、液体の体積膨張のために困難であり、パッケージの温度範囲内で金属が液体状態と固体状態との間を変化する場合には悪化する。
米国特許第４，９１５，１６７号公報“Thermal Coupling to Enhance Heat Transfer”１９９０年。
米国特許第５，１９８，１８９号公報“Liquid Metal Matrix Thermal Paste”１９９３年。
米国特許第６，０１９，５０９号公報“Low Melting Gallium, Indium and Tin Eutectic Alloys and Thermometers Employing Same”２０００年。
米国特許第６，３４３，６４７号公報“Thermal Joint and Method of Use”２００２年。
本発明は、伝熱液体の体積変化に対応する方法、および空間を液体で充填した後に空間から空気を除去する方法を開示する。
２つの面間に十分低い実効熱抵抗を与える構造をここに開示する。ガリウムまたはガリウムとインジウムの合金のような液体金属を用いる。このような液体は極めて低い界面抵抗と高い伝導率とを有する。さらに、これらは無毒であり、環境上危険がない。液体金属は、２つのほぼ平行な面と、それらの面間に配されたエポキシ若しくはシリコーンのような材料とによって範囲を定められた空間を充填する。液体体積の変化、そして液体から固体への状態変化は、隔膜を有するエラストマ・プラグによって対応される。隔膜は、２つの面間の空間の充填も可能にする。開孔部を加えて充填を促進してもよい。このような構造は、３０W／m-Kもの高さの熱伝導率を有することが可能である。
より具体的には、本発明は、２つの面間で温度差を有するほぼ平行な面間の伝熱を促進する熱結合デバイスに関する。このデバイスは、温度差を構成するほぼ全温度範囲にわたって液体である金属を含む。このデバイスは、また、２つの面間に液体金属を封じ込めるシールを含む。当該シールは、２つの面間の間隔の変化および金属の体積変化に対応する手段を有する。当該シールは、典型的に、可撓性エラストマ材料または可撓性重合体材料を含む。当該シールは、２つの面のうちの一方の環状開口内に保持されたＯリング・シールとしてもよい。代わりに、当該シールは、可撓性膜と２つの面のうちの一方内の環状開口内に当該可撓性膜を保持する止め輪とを含んでもよい。どちらの場合においても、シールは、１以上の開孔部を含むまたは有することができる。２つの平行な面は、半導体チップの表面とヒート・シンクまたは熱放散部の表面とを含んでもよい。
本発明は、また、使用時に熱を発生させる半導体チップと結合した集積回路を含む電子構造に関する。熱吸収器を用いて、発生した熱をチップの露出面から除去する。熱吸収器はヒート・シンクまたは熱放散部としてもよい。熱吸収器は、チップの露出面に隣接するが、チップの露出面から短い距離（典型的に約０．９mm）離れている。当該構造の通常の使用時に生じるほぼ全温度範囲にわたって液体である金属を伝熱媒体として用いる。金属の例はガリウムおよびその合金である。シールを用いて、２つの面間に液体金属を封じ込める。当該シールは、２つの面間の間隔の変化および金属の体積変化に対応する手段を有する。このシールは、可撓性エラストマ材料または可撓性重合体材料を含む。エラストマ材料または重合体材料は、少なくとも１つの開孔部を含むことができる。当該シールは、２つの面のうちの一方の環状開口内に保持されたＯリングを含んでもよい。代わりに、当該シールは、可撓性膜と、２つの面のうちの一方の環状開口内に当該可撓性膜を保持するために使用される金属または硬質重合体の止め輪とを含んでもよい。
本発明は、また、相互の間で温度差を有し、ほぼ平行で，対向しており，離間した面を有する半導体チップとヒート・シンクもしくは熱放散部のような２つの基板間で伝熱する方法に関する。この方法は、
a)２つの面間の空間を限定する工程と、
b)２つの面間の空間に液体金属を導入する工程と、
c)空間内の全ての空気を排除する工程と、
d)可撓性シールを設けて液体金属を封じ込め、２つの基板の離間関係に影響を与えることなく金属の膨張と収縮とを可能にする工程とを含む。
当該シールは、２つの面のうちの一方の環状開口内に保持されたＯリング・シールのような可撓性エラストマ材料または可撓性重合体材料を含む。代わりに、当該シールは、可撓性膜と、２つの面のうちの一方の環状開口内に当該可撓性膜を保持するための止め輪とを含んでもよい。当該シールは、典型的に、空気の排除のための少なくとも１つの開孔部を含む。空気を排除した後にこの開孔部をシールする。
a)２つの面間の空間を限定する工程と、
b)２つの面間の空間に液体金属を導入する工程と、
c)空間内の全ての空気を排除する工程と、
d)可撓性シールを設けて液体金属を封じ込め、２つの基板の離間関係に影響を与えることなく金属の膨張と収縮とを可能にする工程とを含む。
当該シールは、２つの面のうちの一方の環状開口内に保持されたＯリング・シールのような可撓性エラストマ材料または可撓性重合体材料を含む。代わりに、当該シールは、可撓性膜と、２つの面のうちの一方の環状開口内に当該可撓性膜を保持するための止め輪とを含んでもよい。当該シールは、典型的に、空気の排除のための少なくとも１つの開孔部を含む。空気を排除した後にこの開孔部をシールする。
図１および２は、２つの伝熱面間の空間の範囲を限定する２つの方法を示す。エポキシ樹脂のような適切なアンダーフィル材料２０によって電子基板２２へ接続された半導体チップ１４が示される。図１において、これに限定されないが好ましくはシリコーンである接着剤のビード（bead）１０がチップ１４の外縁部１２の周囲に配され、Ｏリングまたはヒート・シンク１６がビード１０と接触している。接着剤の一部は、チップ上に突出してもよく、一部の領域において、それはチップのアンダーフィル材料２０を完全に覆わなくてもよい。短絡する恐れのある露出回路を用いずに完全に囲まれた液体金属用の空間（volume）を形成することのみが必須である。
図２は、チップ１４の上部に直接配された接着剤ビード１０を示す。このアプローチは、ヒート・シンクとＯリングとの間のようなあらゆる２平面に対して用いることができる。液体金属１８は、チップ１４と熱放散部１６との間の空間を充填する。上述したように、チップ１４は、エポキシ樹脂のようなアンダーフィル材料２０によって基板２２へ接続されている。当該樹脂は、これらの部品の（もしあれば）熱膨張差および収縮差によるチップおよび基板内の応力を最小化する。基板２２は集積回路とすることができ、あるいは結合した回路を有するもしくは有さない他の電子モジュールとすることができる。
空間を充填するためには、伝熱面のうちの一方に少なくとも１つの開口が存在している必要がある。第１の例において、図３および４に示すように、熱放散部１６に開口３０を形成し、開口３０がエラストマＯリング・プラグ３２を収容できるようにする。開口３０の周縁部３６は断面が半円形であり、プラグ３２の円形リング３４を収容する。Ｏリング・プラグを示したが、多くの他の構成が可能である。プラグは、液体金属を保持することとなる空間の範囲を限定する面のうちの１つに、１以上の開孔部３８を有してもよい。図３に示すように、液体金属１８は、半導体チップ１４と熱放散部１６との間のこの空間を充填する。液体金属１８の表面張力は、充填の際に当該開孔部３８を通して液体が漏出するのを阻止する。シリコーン・シーラント，エポキシまたはゴム・プラグ（図示しない）のような適切な接着剤を用いて、後に、開孔部３８のそれぞれを封止することができる。
エラストマ・プラグ３２の一部分２８は、容易に変形可能であり、液体金属１８の体積変化に対応するために十分な大きさである。理想的には、金属の凝固の際に発生する収縮に対応できる。液体金属の凝固は、一般的に、空間の周辺部から中心へ向かって進行する。したがって、単一の開孔部を用いる場合には、当該開孔部を中心部分に設置する必要がある。
Ｏリングの代わりに可撓性膜４０を用いて、液体金属の体積変化および／または対向する面の空間的関係（spatial relationship）の変化に対応することもできる。図５および６は、フラット・リング４２によってＯリング１６内部の開口３０内に保持された膜４０を示す。開口３０は、肩部４６に取り付けられた縁部４４によって定められる。リング４２，膜４０および肩部４６の間の摩擦性の干渉は、シールを適所に確実に保持する。摩擦の代わりに、あるいはこれに加えて接着剤を用いて、シールを適所に保持してもよい。上述したように、Ｏリング１６とチップ１４との間の限られた空間を液体金属１８で充填するために膜内の開孔部３８が用いられる。
注入器によって空間を充填し、続いて真空中でガス抜きしてもよい。ガリウムおよびその合金はガラスおよびシリコンをぬらして充填プロセスを促進する。空間を充填した後、プラグを適所に押しつけてもよい。この構造を製造する他の方法は、液体金属を封じ込めるためのダムとして非硬化接着剤ビードを用いる。均一なプレート間隔を保持する手段、例えばガラス・ビードと共に、金属の小滴を表面上に配してもよい。第２の表面が接着剤と接触するとき、液体金属が封じ込められ、開孔部へ押し込まれる。開孔部は続いてふさがれる。充填の方法に関係なく、開孔部を非硬化ポリマで充填してもよい。スクリーニングによって液体金属をチップへ付着してもよい。
ヒート・シンク５０が熱放散部１６の広い平面に接続されている応用例において、第３のタイプのシールを図７および８に示す。ヒート・シンクは数個の冷却フィン５２を有する。上述したように、周囲リングの接着剤（図示せず）を用いて２つの伝熱面を接着してもよく、あるいは、締付力を加えることが可能である場合には、ガスケットを用いてもよい。シール６０を用いて空間の充填を可能にし、熱膨張に対応する。シールは、厚い周縁部６２と、上述した目的のために少なくとも１つの開孔部３８を有する薄い曲線膜６４とを含む。熱放散部１６とヒート・シンク５０との間の空間を、上述したように液体金属１８で充填する。薄い曲線膜は、液体金属の膨張および収縮に対応するように形作られる。
大部分のヒート・シンクは、押し出し成形されたアルミニウムである。アルミニウムはガリウムに溶け、そして水分の存在下で反応して厚い酸化物を形成する。はるかに低い程度であるが、銅もガリウムに溶ける。不浸透性酸化物層は下にある材料の溶解を阻止できるが、これらの理由によってＯリングの好適な材料はニッケルめっきされた銅である。液体金属による、めっきされたニッケル表面のぬれを、シラン処理によって改善することができる。
Gallinstan合金（表１を参照）を用いる熱テスト・クーポンを、シールを用いて作成した。１インチ平方、厚さ８８ミルのアルミニウム・プレートの外縁の周囲に短時間硬化エポキシ・ビードを付着した。エポキシ・ビードと隣接するクーポンのコーナー近くにGallinstanの小滴を付着した。８ミルの最大寸法を有するガラス粒子を、それぞれのコーナーへ滴下した。第２のプレートを配置し、エポキシが乾燥するまで締付けた。液体金属が膨張室内にあることが認められ、図４および５に示したのと同一のシールを第２のプレート内の開口にはめ込んだ。十分に制御された条件下で熱伝達率を測定し、液体金属の接触領域を評価した後に、熱伝達率 ＞ ７W／m-Kであることが分かった。
ここに述べたチップ，熱放散部およびヒート・シンクの具体的な詳細および動作、加えてこれらに関連して用いられる様々な受動デバイスおよび能動デバイスの詳細は、当業者に周知である。したがって、それらおよびそれらの動作を本発明の一部になるように変更するという場合を除いて、これらの詳細は本発明の一部を構成しない。熱源として半導体回路の点から本発明を説明したが、電源を含む他の電子デバイスを本発明によって教示した方法で冷却できることが理解できる。
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
（１）相互に離間して配置され、相互間で温度差を有するほぼ平行な２つの面間の伝熱を促進する熱結合デバイスであって、前記２つの面は限られた空間を形成し、前記温度差を含むほぼ全温度範囲にわたって液体であり、前記２つの面間の限られた空間を占める金属と、前記２つの面間に前記液体金属を封じ込めるシールであって、前記２つの面間の間隔の変化および前記金属の体積変化に対応する手段と前記空間から空気を除去する手段とを有するシールと、を備えるデバイス。
（２）前記シールは、可撓性エラストマ・プラグまたは可撓性重合体プラグを含む上記（１）記載のデバイス。
（３）前記シールは、前記２つの面のうちの一方の環状開口内に保持されたＯリング・シールを含む上記（２）記載のデバイス。
（４）前記シールは、可撓性膜と、前記２つの面のうちの一方の環状開口内に前記可撓性膜を保持するために用いられる止め輪とを含む上記（２）記載のデバイス。
（５）前記平行な２つの面のうちの一方は半導体チップの表面を含み、前記平行な２つの面のうちの他方はヒート・シンクまたは熱放散部の表面を含む上記（２）記載のデバイス。
（６）前記エラストマ材料または重合体材料は、少なくとも１つの開孔部を含む上記（２）記載のデバイス。
（７）使用時に熱を発生させる半導体チップと結合した集積回路と、前記チップの露出面から前記発生した熱を除去する手段とを備える電子構造であって、前記熱を除去する手段は、前記チップの露出面に隣接するが前記チップの露出面から短い距離を置いて配置されたヒート・シンクまたは熱放散部を含む熱吸収器と、温度差を含むほぼ全温度範囲にわたって液体である金属と、前記２つの面間に前記液体金属を封じ込めるシールであって、前記２つの面間の間隔の変化および前記金属の体積変化に対応する手段を有するシールと、を有する構造。
（８）前記チップの露出面と前記熱吸収器との間の前記短い距離は、約０．９ｍｍである上記（７）記載の構造。
（９）前記シールは、可撓性エラストマ材料または可撓性重合体材料を含む上記（７）記載の構造。
（１０）前記シールは、前記２つの面のうちの一方の環状開口内に保持されたＯリング・シールを含む上記（８）記載の構造。
（１１）前記シールは、可撓性膜と、前記２つの面のうちの一方の環状開口内に前記可撓性膜を保持するために用いられる止め輪とを含む上記（８）記載の構造。
（１２）前記平行な面のうちの一方は半導体チップの表面を含み、前記平行な面のうちの他方はヒート・シンクまたは熱放散部の表面を含む上記（８）記載の構造。
（１３）前記エラストマ材料または重合体材料は、少なくとも１つの開孔部を含む上記（９）記載の構造。
（１４）ほぼ平行で，対向しており，離間した面を有する２つの基板間で伝熱する方法であって、ｅ）前記２つの面間の空間を限定する工程と、ｆ）前記２つの面間の空間に液体金属を導入し前記空間内の全ての空気を排除する工程と、ｇ）可撓性シールを設けて前記液体金属を封じ込め、前記２つの基板の離間関係に影響を与えることなく前記金属の膨張と収縮とを可能にする工程と、を含む方法。
（１５）前記シールは、可撓性エラストマ材料または可撓性重合体材料を含む上記（１４）記載の方法。
（１６）前記シールは、前記２つの面のうちの一方の環状開口内に保持されたＯリング・シールを含む上記（１５）記載の方法。
（１７）前記シールは、可撓性膜と、前記２つの面のうちの一方の環状開口内に前記可撓性膜を保持する止め輪とを含む上記（１５）記載の方法。
（１８）前記平行な面のうちの一方は半導体チップの表面を含み、前記平行な面のうちの他方はヒート・シンクまたは熱放散部の表面を含む上記（１５）記載の方法。
（１９）前記エラストマ材料または重合体材料は、前記空気の排除のための少なくとも１つの開孔部を含む上記（１５）記載の方法。
（２０）前記空気を排除した後に前記少なくとも１つの開孔部をシールする上記（１９）記載の方法。
（１）相互に離間して配置され、相互間で温度差を有するほぼ平行な２つの面間の伝熱を促進する熱結合デバイスであって、前記２つの面は限られた空間を形成し、前記温度差を含むほぼ全温度範囲にわたって液体であり、前記２つの面間の限られた空間を占める金属と、前記２つの面間に前記液体金属を封じ込めるシールであって、前記２つの面間の間隔の変化および前記金属の体積変化に対応する手段と前記空間から空気を除去する手段とを有するシールと、を備えるデバイス。
（２）前記シールは、可撓性エラストマ・プラグまたは可撓性重合体プラグを含む上記（１）記載のデバイス。
（３）前記シールは、前記２つの面のうちの一方の環状開口内に保持されたＯリング・シールを含む上記（２）記載のデバイス。
（４）前記シールは、可撓性膜と、前記２つの面のうちの一方の環状開口内に前記可撓性膜を保持するために用いられる止め輪とを含む上記（２）記載のデバイス。
（５）前記平行な２つの面のうちの一方は半導体チップの表面を含み、前記平行な２つの面のうちの他方はヒート・シンクまたは熱放散部の表面を含む上記（２）記載のデバイス。
（６）前記エラストマ材料または重合体材料は、少なくとも１つの開孔部を含む上記（２）記載のデバイス。
（７）使用時に熱を発生させる半導体チップと結合した集積回路と、前記チップの露出面から前記発生した熱を除去する手段とを備える電子構造であって、前記熱を除去する手段は、前記チップの露出面に隣接するが前記チップの露出面から短い距離を置いて配置されたヒート・シンクまたは熱放散部を含む熱吸収器と、温度差を含むほぼ全温度範囲にわたって液体である金属と、前記２つの面間に前記液体金属を封じ込めるシールであって、前記２つの面間の間隔の変化および前記金属の体積変化に対応する手段を有するシールと、を有する構造。
（８）前記チップの露出面と前記熱吸収器との間の前記短い距離は、約０．９ｍｍである上記（７）記載の構造。
（９）前記シールは、可撓性エラストマ材料または可撓性重合体材料を含む上記（７）記載の構造。
（１０）前記シールは、前記２つの面のうちの一方の環状開口内に保持されたＯリング・シールを含む上記（８）記載の構造。
（１１）前記シールは、可撓性膜と、前記２つの面のうちの一方の環状開口内に前記可撓性膜を保持するために用いられる止め輪とを含む上記（８）記載の構造。
（１２）前記平行な面のうちの一方は半導体チップの表面を含み、前記平行な面のうちの他方はヒート・シンクまたは熱放散部の表面を含む上記（８）記載の構造。
（１３）前記エラストマ材料または重合体材料は、少なくとも１つの開孔部を含む上記（９）記載の構造。
（１４）ほぼ平行で，対向しており，離間した面を有する２つの基板間で伝熱する方法であって、ｅ）前記２つの面間の空間を限定する工程と、ｆ）前記２つの面間の空間に液体金属を導入し前記空間内の全ての空気を排除する工程と、ｇ）可撓性シールを設けて前記液体金属を封じ込め、前記２つの基板の離間関係に影響を与えることなく前記金属の膨張と収縮とを可能にする工程と、を含む方法。
（１５）前記シールは、可撓性エラストマ材料または可撓性重合体材料を含む上記（１４）記載の方法。
（１６）前記シールは、前記２つの面のうちの一方の環状開口内に保持されたＯリング・シールを含む上記（１５）記載の方法。
（１７）前記シールは、可撓性膜と、前記２つの面のうちの一方の環状開口内に前記可撓性膜を保持する止め輪とを含む上記（１５）記載の方法。
（１８）前記平行な面のうちの一方は半導体チップの表面を含み、前記平行な面のうちの他方はヒート・シンクまたは熱放散部の表面を含む上記（１５）記載の方法。
（１９）前記エラストマ材料または重合体材料は、前記空気の排除のための少なくとも１つの開孔部を含む上記（１５）記載の方法。
（２０）前記空気を排除した後に前記少なくとも１つの開孔部をシールする上記（１９）記載の方法。
１０ 接着剤のビード
１２ チップ１４の外縁部
１４ 半導体チップ
１６ 熱放散部
１８ 液体金属
２０ アンダーフィル材料
２２ 電子基板
２８ エラストマ・プラグ３２の一部分
３０ 開口
３２ Ｏリング・プラグ
３４ 円形リング
３６ 開口３０の周縁部
３８ 開孔部
４０ 可撓性膜
４２ フラット・リング
４４ 縁部
４６ 肩部
５０ ヒート・シンク
５２ 冷却フィン
６０ シール
６２ 厚い周縁部
６４ 薄い曲線膜
１２ チップ１４の外縁部
１４ 半導体チップ
１６ 熱放散部
１８ 液体金属
２０ アンダーフィル材料
２２ 電子基板
２８ エラストマ・プラグ３２の一部分
３０ 開口
３２ Ｏリング・プラグ
３４ 円形リング
３６ 開口３０の周縁部
３８ 開孔部
４０ 可撓性膜
４２ フラット・リング
４４ 縁部
４６ 肩部
５０ ヒート・シンク
５２ 冷却フィン
６０ シール
６２ 厚い周縁部
６４ 薄い曲線膜
Claims (20)
- 相互に離間して配置され、相互間で温度差を有するほぼ平行な２つの面間の伝熱を促進する熱結合デバイスであって、前記２つの面は限られた空間を形成し、
前記温度差を含むほぼ全温度範囲にわたって液体であり、前記２つの面間の限られた空間を占める金属と、
前記２つの面間に前記液体金属を封じ込めるシールであって、前記２つの面間の間隔の変化および前記金属の体積変化に対応する手段と前記空間から空気を除去する手段とを有するシールと、
を備えるデバイス。 - 前記シールは、可撓性エラストマ・プラグまたは可撓性重合体プラグを含む請求項１記載のデバイス。
- 前記シールは、前記２つの面のうちの一方の環状開口内に保持されたＯリング・シールを含む請求項２記載のデバイス。
- 前記シールは、可撓性膜と、前記２つの面のうちの一方の環状開口内に前記可撓性膜を保持するために用いられる止め輪とを含む請求項２記載のデバイス。
- 前記平行な２つの面のうちの一方は半導体チップの表面を含み、前記平行な２つの面のうちの他方はヒート・シンクまたは熱放散部の表面を含む請求項２記載のデバイス。
- 前記エラストマ材料または重合体材料は、少なくとも１つの開孔部を含む請求項２記載のデバイス。
- 使用時に熱を発生させる半導体チップと結合した集積回路と、前記チップの露出面から前記発生した熱を除去する手段とを備える電子構造であって、前記熱を除去する手段は、
前記チップの露出面に隣接するが前記チップの露出面から短い距離を置いて配置されたヒート・シンクまたは熱放散部を含む熱吸収器と、
温度差を含むほぼ全温度範囲にわたって液体である金属と、
前記２つの面間に前記液体金属を封じ込めるシールであって、前記２つの面間の間隔の変化および前記金属の体積変化に対応する手段を有するシールと、
を有する構造。 - 前記チップの露出面と前記熱吸収器との間の前記短い距離は、約０．９ｍｍである請求項７記載の構造。
- 前記シールは、可撓性エラストマ材料または可撓性重合体材料を含む請求項７記載の構造。
- 前記シールは、前記２つの面のうちの一方の環状開口内に保持されたＯリング・シールを含む請求項８記載の構造。
- 前記シールは、可撓性膜と、前記２つの面のうちの一方の環状開口内に前記可撓性膜を保持するために用いられる止め輪とを含む請求項８記載の構造。
- 前記平行な面のうちの一方は半導体チップの表面を含み、前記平行な面のうちの他方はヒート・シンクまたは熱放散部の表面を含む請求項８記載の構造。
- 前記エラストマ材料または重合体材料は、少なくとも１つの開孔部を含む請求項９記載の構造。
- ほぼ平行で，対向しており，離間した面を有する２つの基板間で伝熱する方法であって、
ｅ）前記２つの面間の空間を限定する工程と、
ｆ）前記２つの面間の空間に液体金属を導入し前記空間内の全ての空気を排除する工程と、
ｇ）可撓性シールを設けて前記液体金属を封じ込め、前記２つの基板の離間関係に影響を与えることなく前記金属の膨張と収縮とを可能にする工程と、
を含む方法。 - 前記シールは、可撓性エラストマ材料または可撓性重合体材料を含む請求項１４記載の方法。
- 前記シールは、前記２つの面のうちの一方の環状開口内に保持されたＯリング・シールを含む請求項１５記載の方法。
- 前記シールは、可撓性膜と、前記２つの面のうちの一方の環状開口内に前記可撓性膜を保持する止め輪とを含む請求項１５記載の方法。
- 前記平行な面のうちの一方は半導体チップの表面を含み、前記平行な面のうちの他方はヒート・シンクまたは熱放散部の表面を含む請求項１５記載の方法。
- 前記エラストマ材料または重合体材料は、前記空気の排除のための少なくとも１つの開孔部を含む請求項１５記載の方法。
- 前記空気を排除した後に前記少なくとも１つの開孔部をシールする請求項１９記載の方法。
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