JPH0320069A - 半導体モジュール - 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、その背面が直接または間接的に熱散逸伝導体
（ｈｅａｔ　ｄｉｓｓ１ｐａｔｉｎｇ　ｃｏｎｄｕｃｔ
ｏｒ）装置、例えば金属の熱スプレッダープレー｝　（
ｈｅａｔｓｐｒｅａｄｅｒ　ｐｌａｔｅ）に連結したと
ころの少なくとも一つの半導体チップを含む半導体モジ
ュールに関する。

〔従来の技術〕

そのような半導体モジュール（マルチチップモジュール
とも呼ばれる）は一般に知られている。

そのような半導体モジュールにおいては、操作中にデバ
イス（ｄｅｖｉｃｅ）中で発生する熱の移動が、通常問
題を与える。たとえば、約０．５〜１ｃＪの面積及び数
十〜数百ミクロンの厚みの寸法を有する単結晶シリコン
から成る各チップは、一般に、操作中に熱を発生する数
百万のトランジスターを含む。一般に該トランジスター
は、チップの一つの主要な面内またはその近傍に位置す
る。熱の除去は主要な面の反対側から起こる。マルチチ
ップモジュール中の熱の散逸のための、今までに知られ
ている解決法が、アイイーイーイー　トランザクション
ズ　オン　コンポーネンツ．ハイブリッズ　アンド　マ
ニュファクチュリング　テク／０ジー（ＩＥＥＥ　丁ｒ
ａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，
Ｈｙｂｒｉｄｓ　　ａｎｄ　　｝ｌａｎｕｆａｃｔｕｒ
ｉｎｇ　　丁ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ），　　ＣＨ｝Ｉ丁−
１０巻，第２号（１９８７年６月），１５９〜１７５ペ
ージの論文“空冷及び液冷マルチチップモジュールの熱
処理（Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　
Ａｉｒ−　ａｎｄＬｉｑｕｉｄ−Ｃｏｏｌｅｄ　｝ｌｕ
ｌｔｉｃｈｉｐ　Ｍｏｄｕｌｅｓ）″中に詳細に記載さ
れている。前記の論文は、水冷を使用すると、空冷を使
用するよりもより良好な結果が得られることを示す。こ
のことは空気が本質的に劣った冷却材であることを考え
ると、考えられないことではない。だがしかし、媒質の
より優れた操作性のために、しばしば空冷が好まれる。

〔発明の構戒〕

本発明は、公知のモジュールの冷却よりも優れた冷却が
可能で、従来水冷を使用して得られたよりも好ましい結
果が空冷においても達或されるように構或された、上記
の第一段落に記載された種類の半導体モジュールを提供
することを目的とする。

該半導体モジュールは本発明に従い、熱散逸伝導体装置
またはヒ＝トシンク（ｈｅａｔ　ｓｉｎｋ）はチップに
面していない側で高熱伝導性の物質、例えば金属の、多
数の密に配置された突き出たワイヤ冷却フィン（ｆｉｎ
．ひれ）を備えられ、その冷却フィンが空所によって互
いに隔てられた群の中に位置し、この空所が一つ置きに
冷却材のための流入口または排出口に接続されているこ
とを特徴とする。好ましくは該半導体モジュールは、本
発明に従い、冷却フィンが細長い空所によって互いに隔
てられた細長い群の中に位置することを特徴とする。本
発明に従う半導体モジュールは、本発明に従い、ヒート
シンクからある程度の距離において空所の幅及び冷却フ
ィンの群の幅が、それらの縦方向（長手方向）を横切っ
て測定すると、ヒートシンクの表面においてよりも夫々
大きく及び小さいことを特徴とする．特に、本発明に従
う構造物は、熱スプレッダープレートから冷却フィンの
群の高さｈの半分のオーダーの距離において、空所の幅
及び冷却フィンの群の幅が、それらの縦方向を横切って
測定すると、ヒートシンクの表面においてよりも夫々大
きく及び小さい（好ましくは少くとも５０％）ようなも
のである。本発明に従い、該構造物は好ましくは、それ
らの縦方向を横切って測定すると、冷却材の流入口に接
続した空所の通路が供給方向に減少する（好ましくは徐
々に〉値を有し、冷却材の排出口に接続した空所の通路
が排出方向に増大する｛好ましくは徐々に｝値を有する
ようなものである。

半導体モジュールの特に効果的な態様は、本発明に従い
、冷却フィンの群が夫々多数の冷却フィンから戒り、そ
れらが、群の縦方向に垂直な面で、熱スプレッダープレ
ートに取り付けられた個所から多かれ少なかれ互いの方
向に配向されまたは曲げられていることを特徴とする。

本発明に従うその事例において、互いの方向に配向され
たまたは曲げられた、一つの群中の冷却フィンは種々の
長さを有し、それらの外周は大体において三角形を形或
し、その三角形の傾斜面は前記の空所の境界となる。本
発明に従う冷却フィンは、特別に形或された群、例えば
ほぼ三角形の横断面の群として、同様に形付けられた空
所を有して配列されるが、本発明に従い、冷却フィンの
全ての群のワイヤ冷却フィンは、ヒートシンクの表面に
概して均一に分布され、ヒートシンクの取付け位置は、
例えば連続した正三角形のパターンを形或する。本発明
に従う半導体モジュールは好ましくは、隣合った冷却フ
ィン群の頂が、熱スプレッダープレートに対してジグザ
グなパターンにて延びることを特徴とする。この場合に
おいて、本発明に従い、冷却フィンの各群の頂に、冷却
フィンの群の縦方向に延びるバッフルが位置すると、熱
移動におけるさらに他の実質的な改善を達或することが
出来る。そのような隣接した（好ましくは箔の細片から
成る）バッフルは、前記の空所と共に、冷却材のための
流入路（ｉｎｌｅｔ　ｃｈａｎｎｅｌ）または排出路（
ｏｕｔｌｅｔ　ｃｈａｎｎｅＪ＞を形成する。

効果的に冷却される半導体モジュールは、本発明に従い
、冷却フィンの各群の最大幅が、熱スプレッダープレー
トでのそれらの取付け個所でかつそれらの縦方向を横切
って測定すると、モジュールの半導体チップの平均長さ
より小さいことを特徴とする。この後者の態様により、
系全体の各チップが殆ど同じ温度を有し、新鮮な冷却空
気で冷却されるような冷却を起こすことを可能にする。

気体の冷却材、特に空気での冷却で使用するための半導
体モジュールは、本発明に従い、冷却フィンの各群の基
部での前記の最大幅が１〜９■ｌ、好ましくは３〜６關
であることを特徴とする。本発明に従う、液体冷却材、
特に水での冷却で使用するための半導体モジュールは、
冷却フィンの各群の基部での前記の最大幅が、１〜２■
ｌであることを特徴とする。

十分な熱の散逸を有する半導体モジュールは、本発明に
従い、ワイヤ冷却フィンがヒートシンクに、０．０５〜
３ｓｎの相対的中心距離で取付けられ、かつ、少なくと
も２０μｍ〜１０００μｍの直径を有することを特徴と
する。

半導体モジュールの好ましい態様は、本発明に従い、冷
却フィンの群の頂からヒートシンクまでの距離ｈが、ｌ
／２０●Ｈ＜ｈ＜Ｈ　（ここで、Ｈはバッフルの上端（
ｔｏｐ　ｅｄｇｅ）からヒートシンクまでの距離である
）の値を有することを特徴とする。

本発明に従う半導体モジュールの冷却は、好ましくは冷
却空気を用いて行われるがしかし、一般に他の冷却流体
を使用することもまた出来る。該冷却材は、細いワイヤ
の形の冷却フィンの群の間の、徐々に狭くなって行く空
所に供給される。群の間の前記の空所及びまた箔バッフ
ル間の空間が狭まって行くので、冷却材は群の中に配置
された金属ワイヤの形の冷却フィンの間を強制的に流さ
れる。非常に多数の、たとえば１ｃ一当たりｌ０００の
金属ワイヤの故に、４５．１０’　Ｗ／ｒｒｒのオーダ
ーの高い熱除去を達成することが出来る。該冷却材は多
数のワイヤ冷却フィンの間の、長い入り組んだ通路を移
動し、このことが特に好ましい冷却作用を有する、本発
明に従うモジュールをもたらす。

本発明に従うデバイスにおいて、チップで生じた熱が出
来るだけ速く除去されることが重要である。それ故、チ
ップから冷却材への熱の通路は、出来るだけ短くあるべ
きである。しかしながら加えて、金属の熱散逸スプレッ
ダープレートと各チップの背面の間には適当な電気絶縁
が備えられるべきである。勿論、モジュール中の金属の
熱スプレッダープレートは一般に接地されているであろ
う。チップの背面が接地されることは殆ど望まれない。

高い熱伝導性を有する電気絶縁体として、結晶性の物体
、例えばダイアモンド、立方晶の窒化ホウ素等が挙げら
れる。

しかしながら、そのような結晶は硬くてもろく、チップ
の表面（これもまた硬い）と硬い金属シートとの間の、
単一の中間層としての使用にほとんど適していない。本
発明に従うモジュールにおいては、チップと金属シート
の間の中間層の形のサンドイッチ状の要素であって、金
属の熱スプレッダープレート上の軟い金属の薄い層、チ
ップ表面上の金属の対応する層、及び二つの軟い金属の
間のポリマー物質の層（そこでは、ポリマ一層の厚みよ
りも大きな平均寸法のダイアモンド結晶または類似の物
質の粒のある程度の量がポリマー物質中に入れられてい
る）より構成されているところのものを使用するのが好
ましい。

それらの寸法が、ポリマ一層の厚みを越えるので、該結
晶は両側の軟い金属中に侵入し、それ故金属と結晶の間
にポリマー物質は存在しない。このようにして、チップ
から金属シートへの良好な熱伝動が実現される。ダイア
モンド結晶を使用すると、接触面の僅かｌＯ％が金属／
ダイアモンド／金属の接触であっても、熱伝導性はシリ
コンの単結晶層のそれと大体等しくなる。

さらに、熱の除去における金属ワイヤの使用自体は公知
であることを述べねばならない。即ち、欧州特許出願第
０８２　０５１号公報には、金属シートによって作られ
た要素のヒートシンクにハンダ付けされた銅ワイヤのオ
ープンコイルのパターンを含む、電子素子の冷却のため
の系が記載されている。コイルを固定した後、多数のル
ーズなワイヤが残るように、それらを任意的に切り開い
て良い。

米国特許第４，４５０．５０５号明細書より、チップの
背面に冷却材が通ることの出来る空間と接続したべロー
ズ（ｂｅｌ　ｌｏｖｓ）が固定されたマルチチップモジ
ュールが知られる。各ベローズの底部から、従ってチッ
プの背面から冷却材のための空間へと多数の熱伝導性ス
トランド（ｓｔｒａｎｄ）が延びている。

日本国特開昭５８−２００　５８０号には、ずれ応力を
伝えることのできない柔軟なワイヤ群によって、チップ
からヒートシンクに熱を伝導するための系が記載されて
いる。

アイビーエム技術開示公報（ＩＢＭ　Ｔｅｃｈｎ１ｃａ
ｌＤｉｓｃｌｏｓｕｒｅ　Ｂｕｌｌｅｔ１ｎ）第２１巻
第５号，　１９７８年１０月（米国，ニューヨーク）中
（１８５７ページ）の、アール　ジー　デザウア−（Ｒ
．　Ｇ．　Ｄｅｓｓａｕｃｒ）他による論文“先端にブ
ラシを付けた、熱伝導のためのピストン（Ｂｒｕｓｈ−
ｔｉｐｐｅｄ　Ｐ１ｓｔｏｎ　ｆｏｒ　Ｔｈｅｒｍａｌ
Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ）“には別の系が記載されている
。そこにおいては、チップからの熱がワイヤの束の自由
端（ワイヤの束の他方の端はばね圧ピストンに固定され
ている）により移動される。

オランダ国特許第１１０　７１５号公報には、ハウジン
グの中に置かれ、そして電極を備えられた半導体本体で
あって、操作のほとんどの間加熱される該電極が、少な
くとも接触部分が金属であるハウジングと、十分な熱伝
導接触を有し、熱が金属のハウジングと他の金属の構成
部分との間に備えられた電気絶縁性物質の層を横切って
散逸されるところの半導体が記載されている。この事例
における構成は、合成物質の絶縁層（これは、それ自体
公知の方法にて、高熱伝導性の固体絶縁体の、粉砕され
た粒を含む）が大体等しい大きさの多数の粒を有し、金
属の構威部分の間の小さな空間は、絶縁層によって隔て
られた二つの金属構成部分間の相対距離がこれら粒の大
きさと等しいように選択されたところのものである。

エレクトロニクス　アンド　パワー（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
−１ｃｓ　＆　Ｐｏｗｅｒ）第１８巻，　１９７２年６
月〔ヒッチェン，ジービー（ｌｌｉｔｃｈｅｎ．　ＣＢ
））の論文“球状ダイアモンドのヒートシンク（Ｓｐｈ
ｅｒｉｃａｌ　ｄｉａｍｏｎｄｈｅａｔｓｌｎｋｓ）”
（２３５ページを見よ）は、ダイアモンド粒子は電気的
に絶縁性であり、熱伝導性であることに言及している。

これらの特性のために、基材中に備えられたダイアモン
ド粒子を電子的構成要素のプリント回路におけるヒート
シンクに使用することが提唱される。

欧州特許出願第０　０６５　６８６号公報には、パワー
デバイス（ｐｏｗｅｒ　ｄｅｖｉｃｅ）と、アルミニウ
ムの冷却リブ（ｃｏｏｌｉｎｇ　ｒｉｂｓ）を含む熱交
換器との間に誘電性基材を備えられたパワーデバイスモ
ジュールが記載されている。その誘電性基材は、粉末ア
ルミニウム、粉末銅、粉末銀、粉末ベリリアの群より選
択される熱伝導性フィラーを含有する構造接着剤でアル
ミニウムの熱交換器に取り付けられている。

前述のどの刊行物からも、本発明に従うような、適当な
パターンで配列された金属箔のバッフルに順々に接続さ
れたところの適切な形の群で金属ワイヤがアセンブルさ
れた構造物を知ることが出来ない． 本発明を、図面を参照して以下で説明する。

第１図は本発明に従うモジュールの一実施態様の一部の
断面図である。

第２図は本発明に従うモジュールにおいて群にアセシブ
ルされ、金属箔の細片の形のバツフルを備えられた金属
ワイヤの系の立面図である。

第３図は第２図で図示したモジュールの一部分の、バッ
フルを省略した、立面図である。

第４．５及び６図Ｇｉ、第３図（７）ＩＶ．　Ｖ．　及
びＶｌの面に沿った、幾つかの冷却フィンの群の断面図
である。

第７図は幾つかの冷却フィンの群の、大きく拡大された
スケールでの見取図である。

，第８図はバッフルの大要の平面図である。

第９図は本発明に従うモジュールのスタックの大要の図
である。

第１０図は本発明に従うモジュールの一実施態様におけ
る、金属シートとチップの間の中間の層の一部の断面図
である。

第１図は、本発明に従うモジュールの一実施態様の一部
の断面の大要の図である。

この実施態様において、多数のチツブ■（マルチチップ
モジュールにおける実際の数は、数十〜数百のチップで
あり得る）が、中間層２によって、金属シ一ト３のよう
な高熱伝導性のスブレツダープレートにより形成された
ヒートシンクに取り付けられる。各チップにおいて、多
数のトランジスターまたは他の電子部品が、通常のよう
にして備えられ、これらの部品への電気的接続は接続層
４により実現される。層４の性質及び構造は本発明と無
関係であり、当業者に公知の慣用の種類のものであって
良い。

チップ１において操作中に発生した熱は、中間層２（本
発明に従いこの層は電気的に絶縁性で高熱伝導性の層か
ら少なくとも戒り、その極めて適当な一実施態様は後述
される〉を通して金属シ一ト３へと移動される。

熱はそこからさらに本発明に従う特別の構造物（これは
大略、多数の金属ワイヤを含み、その頂に金属箔のバッ
フルを備えた冷却フィンの群で作られる）を通って移動
される。該構造物は金属シ一ト３に取り付けられる。

金属シ一ト３の、チップｌの反対側には、金属ワイヤ５
により形戒された多数のワイヤ冷却フィンが取り付けら
れ、このワイヤ５は金属シ一ト３の表面から、ブラシの
ワイヤのように突き出る。該金属ワイヤ（これは、任意
の適当な高熱伝導性の物質、例えば銅またはアルミニウ
ム製であって良い）は、たとえば０．１〜０．２ｍの直
径を有し、金属シート表面に、例えばハンダ付けによっ
て、たとえば０．１〜０．７ｍの規則的に置かれた間隔
で固定される。゛ワイヤブラシ”は例えば、その上に可
溶性物質が押出されているところの銅のワイヤを束ね、
多数のストランドをブラシのワイヤの所望の最大長さに
等しい厚みのシートに切断し、こうして作られたシート
を金属シ一ト３にハンダ付けし、上記可溶性物質を溶解
により除くことによって作られる。

金属ワイヤ５のブラシ中に、例えばエッチングによって
“溝（ｇｒｏｏｖｅｓ　）″が作られ、従ってその溝に
おいて金属ワイヤ５は隣合ったワイヤよりも短いであろ
う。そのような゛″溝゜゛の各側の長いワイヤが次に互
いの方向に曲げられ、ハンダ付けによって接続され、そ
うして第１図に図示されたような、三角形の断面で高さ
ｈの冷却フィンの群６のパターンが形成される。第１図
に示したように、各群６は、外側の通常先が細った長い
ワイヤ５、及び列の内側の、より先細った夫々短い乃至
極めて短いワイヤ５ａ並びに５ｂより作られる。

金属ワイヤ５で作られた冷却フィンの群６のパターンは
、以下で第２〜７図を参照してより詳細に論じられるで
あろう。

冷却フィンの各群６の頂は、それにハンダ付けされた箔
７に接続され、これは金属シ一ト３の大略反対方向にそ
の群から、上方に突き出る。箔７の連らなる細片（これ
らは例えばＯ．　ｌａｍｓのオーダーの厚さの銅または
アルミニウム製である）はさらに、第２図及び第８図に
示したように、先端（ｆｒｏｎｔ　ｅｄｇｅ）　９と末
端（ｅｎｄ　ｅｄｇｅ）　１０で対で互いに接続される
．その結果として、該細片７は、冷却フィンの群６の間
の空所８上に、冷却材のためのバッフルを形或する。バ
ッフル７はその上端で、それらに取り付けられたカバー
１２（これは任意的に次のマルチチップモジュールの底
面から或っていて良い）で覆われている。空気または他
の気体のあるいは液体の冷却材は、大気圧より高い適当
な圧力の下、流入口（図示されていない》より矢印１１
の方向に沿ってバッフル７の間の流入路へと供給される
。バッフル７の間の空間は矢印１３の方向に徐々に狭ま
るので、冷却空気は、次々と継続する隔てられた冷却フ
ィンの群６の間の空所８を通り下向きに（第４．５，及
び６図の矢印１４を見よ）流れることを直接強いられる
。空所８もまた矢印１３の方向に狭まるので、冷却空気
は冷却フィンの群６の金属ワイヤ５，５ａ及び５ｂの間
を、ほぼ矢印１５によって示されるように流れることを
強いられる。熱放射で熱せられた空気は、冷却フィンの
群６から離れ、再び、次々と継続する冷却フィンの列６
の間の空所中を、矢印１６で示されたようにして上方に
移動し、そして矢印１７の方向に空気排出口（図示され
ていない）へ、すなわち空気排出口に接続した空所８の
矢印１７の方向における幅の広がり及びバッフル７の間
の同様に幅が広がる空間の影響の下で移動するであろう
。冷却材は冷却フィンの群を通過する際に、金属ワイヤ
５，５ａ及び５ｂの間の入り組んだ径路を進むので、特
に満足な冷却が威し遂げられる。

第７図は、金属ワイヤ５が、金属シ一ト３に取付けられ
た冷却フィンの群６を形成するようにアセンブルされた
系において、その群の頂に金属箔７がハンダ付けされる
前の段階における平面図を示す。金属ワイヤ５が夫々そ
れらの基部１９によって金属シ一ト３上にハンダ付けさ
れ、規則的な列にて配列されていることが明らかである
。第２．３，及び８図に図示したように、冷却フィンの
群６とバッフル７は、ジグザグなパターンで形成される
。該冷却フィンの群６の基部での、すなわち金属シ一ト
３における適当な幅は、たとえば２．５職である。

ワイヤの列６とバッフル７の高さは、合計でＨ＝１０ｍ
（例えば、冷却フィンすなわちワイヤの群の高さがｈ＝
６ｍｍ、その上にバッフル７の高さが４　ｍ　）のオー
ダーであって良い。この寸法は単なる例としてここに与
えられたものである。適当な値は、全ての設計及び意図
する各冷却材のために当業者によって決められる必要が
ある。

十分な熱の散逸を保障するために、チップ１と金属シ一
ト３の間の接続（第１図）、すなわち中間層２が高い熱
伝導性を有することが重要である。

本発明に従い、チップ１に対する金属シ一ト３の同様に
望まれる電気的絶縁性を保持しなが４、そのような好ま
しい特性を有する中間層を備えることが出来る。そのよ
うな中間層を有する本発明に従うデバイスの一実旋態様
が、断面図で第１０図−（主要部分について）に示され
ている。そのような実施態様における中間層２（サンド
イッチ要素とも呼ばれる）は、層を戒した、すなわちサ
ンドイッチ状の構造物である。そのような構造物は、チ
ップ１の側における軟い金属の薄い層２０、及び金属シ
一ト３の側における軟い金属の同様の薄い層２１で構或
される。層２０及び２１は、次の金属の群：アルミニウ
ム、銅、ニッケル、金、スズ、及び鉛より選択される物
質で作られる。夫々５〜１００μｍの厚みの軟い金属の
層２０と２１の間には、電気絶縁性物質の中間層２２が
存在する。層２２（これはポリマーで出来ていて良い）
中に埋め込まれているのは、ダイアモンドの粒２３であ
る。層２２におけるポリマーは、次の物質の群：ボリエ
ボキシド類、ポリイミド類、ボリアミド類、及びポリエ
ステル類から選択されて良い。サンドイッチ楕造物の厚
み方向において、粒２３の少なくとも比較的多量が、そ
れらが埋め込まれたところの層２２の厚みを越える大き
さを有する。それ故、粒２３は軟い金属層２０及び２１
中に、夫々底部及び上部において直接侵入する。層２０
及び２１中に延びた粒の端を横切って測定された中間層
２２の平均厚みは、例えば２〜２００μｍである。

粒の大きさ及び層２０．　２１並びに２２の厚みは、粒
がチップ１とも金属シ一ト３とも直接接触しないような
範囲になるように、互いに調節される。粒の最大厚みは
例えば２〜２００μｍであり、粒の物質は次の物質の群
；ダイアモンド、窒化アルミニウム、立方晶の窒化ホウ
素、及び酸化ベリリウムより選択されて良い。

前記のサンドイッチ要素のサンドイツチ構造物中の軟い
金属層の機能は、チップ１及び金属シート３夫々の表面
に適合させることである。マトリックス即ち埋め込み物
質の機能は、構造物を一体に保持し、求められる可視性
を与えることである。該ダイアモンド粒（例えば２０ミ
クロンの大きさを有する）は、チップ１から金属シ一ト
３への所望の熱伝導を゛与える。前記の粒は例えば、５
０〜２０００Ｗ／　ｍ″Ｋの熱伝導性を有し、その比電
気抵抗Ｒは１０１０〜１ｏ１５Ωｍである。

第９図は、実際の例において、本発明に従う多数のモジ
ュールをいかにしてスタック（ＳｔａＣｋ）へと形戒す
ることが出来るかの大要図である。この場合、各モジュ
ールの盤形の部品２４がチツプｌ及び接続層４を含み、
各モジュールの盤形の部品２５はサンドイッチ要素、す
なわち中間層２、金属シ一ト３、及び冷却フィン群構造
物６を含む、すなわち第１図に示されたようになる。矢
印１１が示すように、冷却空気は、金属箔のバッフル７
によって形成された流路へと送り込まれる。金属箔バッ
フルのパッケージは全体として常に２６で示され、盤形
の部品２４と２５の間に位置する。空気は、その冷却操
作を行い終えた後、矢印１１によって示したように、ス
タックの他の側に再び出て来る。

下記の二つの実施例により、本発明を説明する。

〔実　施　例〕

実施例　１ 次の選択された条件の下、コンピューター本体用の半導
体モジュールを使用する。

冷却デバイス全体、すなわち金属ワイヤ（５．５ａ，５
ｂ）、金属シ一ト３、金属箔のバッフル７、及びシ一ト
２０並びに２１は銅で作られている。

用いられる冷却材は空気である。

全体の高さＨ（第１図を見よ）は２０ｍｍである。

冷却フィンの列６の縦方向に測定したデバイスの奥行は
ｌｏｏｍである。

ワイヤ５．５ａ　，５ｂの直径は０．　１ｍ＋である。

入って来る空気とチップ接合部の間の温度差が５０″Ｋ
であり、このことによってチップ表面の温度は約３５０
’　Ｋとなる。

前記の出発データに基く計算は、以下に示したパラメー
タが、そこに列挙された値を有すべきところの最適な熱
交換器を与えるであろう。

フィンの列６の高さｈ（第１図を見よ）は６．５鴫であ
るべきであり、それ故、箔のバッフル７の高さは１３．
５ｍｍとなる。

金属シ一ト３に取付けられた位置における、ワイヤ（５
，５ａ　．５ｂ）間の中心距離（フィン間隔）は０．　
１６０ｍ＋ｓである必要がある。

ジグザグのパターンにて配列されたフィンの列６及び箔
のバッフル７のピッチ、すなわち箔の二つの連続した細
片の先端９の間の間隔は、２．７ｎｗであるべきである
。

散逸される熱に対するポンプ動力、すなわち冷却空気移
送動力の率は、０．４であるべきである。

本実施例中で与えられたパラメータを用いることによっ
て、５５Ｗ／一のオーダーの熱散逸容量を有する半導体
モジュールが得られ、これは特に好ましいと云うべきで
ある。

実施例　２ パーソナルコンピューターのための半導体モジュールの
場合には、他の基準、すなわち低い騒音発生レベルが通
常適用される。このことは、デバイス中での冷却材の速
度を１　ｍ　／　ＳｅＣに減じることによって達或され
る。ここでも、冷却デバイス全体が銅で作られ、使用さ
れる冷却材が環境空気であると仮定する。デバイス全体
の高さＨ及び前述の奥行は共に５０閣に選定され、入っ
て来る空気とチップ表面の間の温度差はまたも５０゜Ｋ
であった。フィンの列６の高さｈは１０ｍｍであり、そ
れ故、箔のバッフル７の高さは４０ｍであった。ワイヤ
（５．５ａ　，５ｂ）の直径は０．２００ｍｍであり、
それらの、金属シ一ト３に取付けられた位置での中心距
離は０．４００ｍ・であった。ジグザグのパターンにて
配列されたフィンの列６及び箔のバッフル７の望みのピ
ッチは５■であった。

このデータに基く計算は、散逸される熱に対する冷却空
気のポンプ動力の前記の比が０．００３であることを示
す。

本実施例中に与えられたパラメータを用いることにより
、低い騒音発生レベルを保ちながら約１０Ｗ／一のオー
ダーの熱散逸容量を有する半導体モジュールが得られ、
これは特に好ましいと云うべきである。

本発明の範囲内において、種々の改変を行うことが出来
る。特に、ワイヤ要素は円形の断面である必要はなく、
他のいかなる所定の断面形、例えば平状、多角形状、ま
たは裂片状（１０ｂａｔｅ）の断面のワイヤをまた用い
ることが出来る。

チップとヒートシンクの間の表面の一つは、熱サイクル
においてチップが応力を受けないように、滑動できるよ
うにされていて良い。該チップは、作用面上の微量のシ
リコーンゴムによって、ヒートシンクに対して、その作
用面上に絶えず押しつけられていて良い。この微量はま
た、水の補そく剤としても作用する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従うモジュールの一実施態様一部の断
面図である。 第２図は本発明に従うモジュールにおいて群にアセンブ
ルされ、金属箔の細片の形のバッフルを備えられた金属
ワイヤの系の立面図である。 第３図は第２図で図示したモジュールの一部分の、バッ
フルを省略した、立面図である。 第４，５及び６図は、第３図ノＩＶ．Ｖ．及びＶｌの面
に沿った、幾つかの冷却フィンの群の断面図である。 第７図は幾つかの冷却フィンの群の、大きく拡大された
スケールでの見取図である。 第８図はバッフルの大要の平面図である。 第９図は本発明に従うモジュールのスタックの大要の図
である。 第１０図は本発明に従うモジュールの一実施態様におけ
る、金属シートとチップの間の中間の層の一部の断面図
である。 ｆｉｇ．１ ｆｉｇ．４ ｆｉｇ．ｓ ｆｉｇ．６ 手続補正書彷創 平戒２年６月２８日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、その背面で直接または間接的に熱散逸伝導体装置に
   接続されているところの半導体チップを少なくとも一つ
   含む半導体モジュールにおいて、該熱散逸伝導体装置ま
   たはヒートシンクは、チップに面していない側で、高熱
   伝導性物質の多数の密に配置された突き出たワイヤ冷却
   フィンを備えられ、該冷却フィンが空所によって互いに
   隔てられた群の中に位置し、該空所が一つ置きに冷却材
   のための流入口または排出口に接続され得ることを特徴
   とする半導体モジュール。 ２、冷却フィンが、細長い空所によって互いに隔てられ
   た細長い群の中に位置することを特徴とする、請求項第
   １項の記載に従う半導体モジュール。 ３、ヒートシンクからある程度の距離において空所の幅
   及び冷却フィン群の幅が、それらの縦方向を横切って測
   定すると、ヒートシンクの表面においてよりも夫々大き
   く及び小さいことを特徴とする、請求項第１項の記載に
   従う半導体モジュール。 ４、熱スプレッダープレートから冷却フィンの群の高さ
   ｈの半分のオーダーの距離において、空所の幅及び冷却
   フィン群の幅が、それらの縦方向を横切って測定すると
   、ヒートシンクの表面においてよりも夫々大きく及び小
   さいことを特徴とする、請求項第３項の記載に従う半導
   体モジュール。 ５、空所の幅及び冷却フィン群の幅が、それらの縦方向
   を横切って測定すると、ヒートシンクへの距離が増大す
   るにつれて、夫々より大きく及びより小さくなることを
   特徴とする、請求項第３項の記載に従う半導体モジュー
   ル。 ６、空所の幅及び冷却フィン群の幅が、それらの縦方向
   を横切って測定すると、ヒートシンクの表面において、
   夫々最小値及び最大値を有することを特徴とする、請求
   項第３項の記載に従う半導体モジュール。 ７、ヒートシンクの表面における空所の幅が、ヒートシ
   ンクへの取付け個所における次々と継続する冷却フィン
   間の相対距離に殆ど等しいことを特徴とする、請求項第
   ６項の記載に従う半導体モジュール。 ８、冷却材の排出口に接続された空所の通路が、その縦
   方向を横切って測定すると、供給方向に減少する値を有
   することを特徴とする、請求項第１項の記載に従う半導
   体モジュール。 ９、冷却材の排出口に接続された空所の通路が、その縦
   方向を横切って測定すると、排出方向に増大する値を有
   することを特徴とする、請求項第１項の記載に従う半導
   体モジュール。 １０、冷却フィンの群が夫々多数の冷却フィンから成り
   、それらが、熱スプレッダープレートに取付けられた個
   所から、群の縦方向に垂直な面で多かれ少なかれ互いの
   方向に配向されまたは曲げられていることを特徴とする
   、請求項第１項の記載に従う半導体モジュール。 １１、互いの方向に配向されまたは曲げられている、一
   つの群中の冷却フィンが種々の長さを有し、それらの外
   周が大体三角形を形成し、その三角形の傾斜が前記の空
   所の境界となることを特徴とする、請求項第１０項の記
   載に従う半導体モジュール。 １２、冷却フィンの全群のワイヤ冷却フィンが、ヒート
   シンクの表面上に大体均一に分布することを特徴とする
   、請求項第１１項の記載に従う半導体モジュール。 １３、隣合った冷却フィン群の頂が、熱スプレッダープ
   レートに対してジグザグのパターンで延びることを特徴
   とする、請求項第１１項の記載に従う半導体モジュール
   。 １４、冷却フィンの各群の頂に、冷却フィン群の縦方向
   に延びるバッフルが位置し、隣合ったバッフルが前記の
   空所と共に冷却材のための流入口または排出口を形成す
   ることを特徴とする、請求項第１３項の記載に従う半導
   体モジュール。 １５、冷却フィンの各群の最大幅が、その熱スプレッダ
   ープレートへの取付け個所において、その縦方向を横切
   って測定すると、半導体チップの平均長さより小さいこ
   とを特徴とする、請求項第１項の記載に従う半導体モジ
   ュール。 １６、気体状冷却材での冷却で用いられる半導体モジュ
   ールにおいて、冷却フィンの各群の、基部における前記
   の最大幅が３〜９ｍｍであることを特徴とする、請求項
   第１５項の記載に従う半導体モジュール。 １７、液体状冷却材での冷却で用いられる半導体モジュ
   ールにおいて、冷却フィンの各群の、基部における前記
   の最大幅が１〜２ｍｍであることを特徴とする、請求項
   第１５項の記載に従う半導体モジュール。 １８、ワイヤ冷却フィンがヒートシンクに、相対中心距
   離０．０５〜３ｍｍにて取付けられていることを特徴と
   する、請求項第１項の記載に従う半導体モジュール。 １９、ワイヤ冷却フィンが、少なくとも２０〜１０００
   μｍの直径を有することを特徴とする、請求項第１８項
   の記載に従う半導体モジュール。 ２０、冷却フィンの群の頂からヒートシンクまでの距離
   ｈが、１／２０・Ｈ＜ｈ＜Ｈ（ここで、Ｈはバッフルの
   上端からヒートシンクまでの距離である）の値を有する
   ことを特徴とする、請求項第１４項の記載に従う半導体
   モジュール。 ２１、半導体チップの背面とヒートシンクの間に、高熱
   伝導性ならびに高電気絶縁性の中間層の形のサンドイッ
   チ要素が位置することを特徴とする、請求項第１項の記
   載に従う半導体モジュール。 ２２、チップとヒートシンクの間の中間層が熱スプレッ
   ダープレート上の軟い金属の薄い層、チップ表面上の金
   属の対応する層、及び二つの軟い金属層の間のポリマー
   物質の層で構成され、ポリマー物質中には熱伝導性なら
   びに電気絶縁性の物質の粒が入れられており、その粒が
   、ポリマー層から各側に突き出て二つの金属層中に延び
   るような大きさを有することを特徴とする、請求項第２
   １項の記載に従う半導体モジュール。 ２３、該粒がダイアモンドであることを特徴とする、請
   求項第２２項の記載に従う半導体モジュール。