JPH0325022B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は熱移送機構に関するものであり、具体
的には電子パツケージのための放熱構造体に関す
るものである。

〔技術背景〕

最近の集積回路半導体装置は回路密度が高いの
で、装置の動作パラメータを予定範囲に保つ限界
内に装置の温度を維持し且つ過熱による装置の破
壊を防止するために、動作によつて発生する熱を
効果的に除去する必要がある。熱の除去は半導体
装置が基板上の適当な端子へ電気的に接続する半
田端子を有する支持基板へ接続される場合には、
基板がヒートシンクとして働らくバツクボンドさ
れた半導体装置に較べて関連した問題が大きい。
そのような半田づけされた半導体装置で半田ボン
ドを介して達成される熱移送はバツクボンドされ
た半導体装置に較べて限られる。半導体装置は通
常封体に取付けられてヒートシンク内に又はそれ
と接して置かれる。ヒートシンクは液体又は空気
によつて冷却できる。しかし必要なときだけ冷却
できる空気の流れで熱を放散する方が、条件さえ
合えば安上りである。

動作装置を支持する基板の寸法が増加すればす
る程、半導体パツケージの構成要素の材料の膨脹
係数に重大な差が出る。使用中パツケージの温度
は固有の変化をする。かくて支持基板がセラミツ
ク製であるとき、半導体装置上の蓋又は封体も又
大体同様な膨脹係数を有するセラミツク製であ
る。しかしセラミツクは金属ほどの熱伝導性がな
い。従つて、セラミツク製の冷却フインは金属製
のものに較べて相対的に非能率であり、冷却条件
に適合しそうにない。膨脹係数相異の問題に打勝
つためにセラミツクに個別的な金属製フインが接
着されてもよい。しかしフインが接着された蓋は
こわれ易く、且つ比較的高価である。何故なら、
複数のフインを個別的に接着する作業は退屈で時
間の掛るものだからである。

電子パツケージ用の進歩した冷却構造体が米国
特許第4277816号に開示されている。そこでは下
端に穴のある中空金属管が上に取付けられたパツ
ケージに対して空気が下向きに導かれる。中空金
属管はパツケージの蓋に半田付け又はろう付けさ
れる。この構造体はパツケージを効果的に冷却す
るが高価でこわれ易い。

〔発明は概要〕

本発明の目的は大規模集積回路半導体パツケー
ジ用で、効果的に熱を除去し且つ異なつた材料と
両立しうる熱移送機構を提供することである。

本発明の他の目的は安価で、組立簡単で蓋とヒ
ートシンクとの間の熱膨脹の大きな相異に順応す
る、電子モジユール用の熱移送構造体を提供する
ことである。

本発明の他の目的は軽量で効果的な冷却特性を
呈し且つ種々の型式に製品に適合する、電子モジ
ユール用の熱移送構造体を提供することである。

本発明は蓋上に装着された熱放散組立体の改良
に係り、蓋に取付けられた熱伝導材料製の複数本
のピン及び複数本のピン上に装着された冷却フイ
ンの手段より成り、冷却フイン手段はそれ自体が
側面同志接した長い筒で形成された蜂の巣セル構
造であり、複数本のピンはフイン手段の複数の蜂
の巣セルに着座していることを特徴とする。

〔実施例〕

第１図に示すように電子パツケージ１０は、１
個又はそれ以上の集積回路半導体装置が載置され
た基板１２、基板１２と共に半導体装置の封体を
形成する蓋１４より成る。Ｉ／Ｏピン１６が基板
１２の下側に装着されている。ピン１６は関連装
置へ必要な電気的接続を行うために回路ボード又
は回路カードにプラグイン（差込み）されるのが
普通である。基板はその上面に装着された半導体
装置とＩ／Ｏピン１６との間に電気的接続を与え
るための任意適宜の形式のものでよい。複数の半
導体装置パツケージを装着する基板は米国特許第
4245273号に開示されたような導電性金属を有す
るものが望ましい。基板１２はセラミツク材料製
が普通である。基板１２が大型のときは、蓋１４
も又同様な膨脹係数を有するセラミツク製にする
のが望ましい。基板及び蓋が同じ材料で作られて
いるときは、両者は同じ割合で膨脹及び収縮する
ことにより熱サイクル中にストレスが発生するの
を防止する。

本発明は蓋１４の上面に装着して示す新規な放
熱組立体１８提供する。放熱組立体１８は熱伝導
材料製で蓋１４へ取付けられた複数個のピン２０
を含む。ピン２０は銅、アルミ等の熱伝導材料製
であるのが望ましく、セラミツク・カバー１４へ
ろう付け又は半田付けされる頭部２２を具備す
る。冷却装置を最も効果的に使用するために、ピ
ン２０は蓋１４によつて形成された封体の基板１
２の側に直接的に又は郡状に配置するのが望まし
い。普通は熱伝導手段は半導体装置からカバーへ
と一層効果的に熱を伝えるために熱伝導グリース
又は機械的な素子を備える。ピン２０の頭部２２
の上方に距離を置いて冷間形成された肩部２４を
設けるのが望ましい。肩部２４の目的は後述す
る。冷却フイン構造体２６は、第１図及び第２図
に示すようにピン２０上に装着される。冷却フイ
ン構造体２６は側面同志接した長い筒で形成され
た薄壁の蜂の巣セル構造を有する。この材料は市
販品で比較的安価である。フインを形成する蜂の
巣セル構造は第２図に示すように断面が六角形の
セルで形成するのが望ましい。フインは銅又はア
ルミのような比較的熱伝導性の良い材料で作られ
る。組立に際してピン２０の上端が第２図に明示
したように放熱組立体１８に挿入される。肩部２
４は放熱組立体１８を蓋１４の上面から一定距離
だけ離して保持する。ピン２０の断面は蜂の巣セ
ルの構造に合うように六角形にしてもよい。その
場合には蜂の巣セルの内径よりやや太いピンを圧
入して、セルの壁面を円形に近い形に変形し保持
力を高め且つ接触面積を拡大させる。蜂の巣セル
の薄い構造体の長さＸ及び蓋１４上の自由部分の
長さＹは最適冷却及び流量について算出される。
冷却のために空気が放熱組立体１８の上側からセ
ルを通つて下向きに吹付けられる。ピン２０上の
肩部２４はフイン構造体２６中にピンが進入する
深さを制御する。若しも希望するならばピン２０
は組立後にフイン構造体２６へ半田付け又はろう
付けてもよい。半田付け又はろう付けによつて得
られる金属性接着はピンからフインへの熱伝導を
一層良くする。

〔効果〕

上述の放熱構造は市販の素子即ち蜂の巣セルの
状の薄い構造及び変形ピンより成るので、結果の
フイン構造体のコストを著しく低下させる。この
構造は比較的簡単なので、フイン構造体の製造及
び組立体のために複雑且つ高価な工具を必要とし
ない。簡単なフイン構造であるためサイズの異な
つたモジユールに合せて作ることや異なつた放熱
条件に合せることが容易である。蓋の上に装着す
るピンの数及び分布は最適の放熱特性を得るため
に製品毎に決められる。ピンの配置は熱源即ちパ
ツケージ内の半導体装置の位置に合わせて決めら
れる。

本発明の構造の著しい利点は、薄い放熱構造体
及びそれを装着する材料間の大きい熱膨脹係数差
に順応する能力を持つことである。蓋１４の膨脹
又は収縮に対するピン２０の変位は、著しいスト
レスを生じることなく薄い壁構造の放熱フイン構
造によつて容易かつ簡単に順応できる。そればか
りか、本発明の冷却構造は比較的軽量でパツケー
ジそれ自身のストレスを最小化する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の冷却フインを装着した電子パ
ツケージの立面図、第２図は本発明の冷却フイン
構造の部分的平面図、第３図はピンの拡大立面図
である。 １０……電子半導体パツケージ、１２……基
板、１４……蓋、１６……Ｉ／Ｏピン、１８……
放熱組立体、２６……冷却フイン構造体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少くとも１個の集積回路半導体装置を載置し
   た基板及び上記基板と共に上記半導体装置の封体
   を形成する蓋部材を有する電子パツケージの上記
   蓋部材に装着される放熱組立体であつて、 上記蓋部材に取付けられた熱伝導材料製の複数
   個のピンと、 側面同志が長さ方向に部分的に接した筒で形成
   された蜂の巣セル構造をなし、上記複数個のピン
   に装着される冷却フイン素子とより成る電子パツ
   ケージのための放熱組立体。