JPH0337309B2 - - Google Patents

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JPH0337309B2
JPH0337309B2 JP10935286A JP10935286A JPH0337309B2 JP H0337309 B2 JPH0337309 B2 JP H0337309B2 JP 10935286 A JP10935286 A JP 10935286A JP 10935286 A JP10935286 A JP 10935286A JP H0337309 B2 JPH0337309 B2 JP H0337309B2
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Japan
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heat sink
central portion
integrated circuit
adhesive
fingers
Prior art date
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JP10935286A
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Japanese (ja)
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Eban Ruisu Terensu
Aran Sumairii Suteiibun
Raisu Retsukusu
Ripukesu Jiibu
Aanorudo Neruson Jon
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Unisys Corp
Original Assignee
Unisys Corp
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Publication of JPS6218743A publication Critical patent/JPS6218743A/en
Publication of JPH0337309B2 publication Critical patent/JPH0337309B2/ja
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    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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    • HELECTRICITY
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    • H01L2224/48227Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は集積回路のパツケージと冷却の技術
に関係するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION This invention relates to integrated circuit packaging and cooling technology.

通常用いられる先行技術による集積回路パツケ
ージの1つが、第1図において参照番号10で示
された断面で図解されている。このパツケージ1
0のいくつかの主要構成要素は、サブストレート
11、蓋12、複数の導電リード13、集積回路
チツプ14などである。
One commonly used prior art integrated circuit package is illustrated in cross section designated by the reference numeral 10 in FIG. This package 1
Some of the main components of 0 are a substrate 11, a lid 12, a plurality of conductive leads 13, an integrated circuit chip 14, etc.

第1図が示すように、サブストレート11は断
面が矩形である。またそれは上部主表面11aと
下部主表面11bを有している。表面11aはそ
の中央部に窪みを有しており、その窪みはチツプ
14を受入れるように形成されている。表面11
bはそれに比べて単なる平面である。
As shown in FIG. 1, the substrate 11 has a rectangular cross section. It also has an upper major surface 11a and a lower major surface 11b. The surface 11a has a depression in its center, and the depression is formed to receive the chip 14. Surface 11
b is just a plane in comparison.

複数の導電体11dは、窪み11cの周囲と表
面11aの周囲との間でサブストレート11内に
配置されている。窪み11cの周囲において、導
電体11dとチツプ14の間は複数の結合ワイヤ
15によつて電気的接続が形成されている。表面
11aの周囲部において、導電体11dはリード
13に直接接続しており、それらのリードは次に
外部システム(図示せず)への電気的接続を形成
するために表面11aから延びている。
The plurality of conductors 11d are arranged within the substrate 11 between the periphery of the recess 11c and the periphery of the surface 11a. An electrical connection is formed between the conductor 11d and the chip 14 by a plurality of bonding wires 15 around the recess 11c. At the periphery of surface 11a, electrical conductors 11d connect directly to leads 13, which in turn extend from surface 11a to form electrical connections to external systems (not shown).

蓋12は窪み11cに被さり、その窪みの周囲
部で蓋取付材料16によつて、表面11aに固定
的に取付けられている。この蓋取付材料16は蓋
12とサブストレート11とともにチツプ14の
ために密封封止を形成する。
The lid 12 covers the recess 11c and is fixedly attached to the surface 11a by a lid attachment material 16 around the recess. This capping material 16 forms a hermetic seal for the chip 14 with the cap 12 and substrate 11.

上述の回路パツケージにおけるその材料や寸法
の特定的な一例は次のようにである:サブストレ
ート11はセラミツク製であり;そしてそれは
0.950インチの長さ、0.950インチの幅、および
0.060インチの高さを有している。チツプ14は
主にシリコンから形成されており;そしてそれは
0.300インチの長さ、0.300インチの幅、および
0.020インチの厚さを有している。蓋12はセラ
ミツク製であり;そしてそれは0.580インチの長
さ、0.580インチの幅、および0.030インチの厚さ
を有している。さらに蓋取付材料16は0.002イ
ンチの厚さを有するガラスの層で形成されてい
る。
A specific example of the materials and dimensions of the circuit package described above is as follows: the substrate 11 is made of ceramic;
0.950 inch length, 0.950 inch width, and
It has a height of 0.060 inches. Chip 14 is primarily formed from silicon;
0.300" length, 0.300" width, and
It has a thickness of 0.020 inches. Lid 12 is made of ceramic; and it has a length of 0.580 inches, a width of 0.580 inches, and a thickness of 0.030 inches. Additionally, the lid attachment material 16 is formed from a layer of glass having a thickness of 0.002 inches.

パツケージ10中のチツプ14が比較的小さな
電力(たとえば、1ワツト以下)を使用するタイ
プのものであるとき、そのパツケージにはヒー
ト・シンクを取付ける必要はない。しかし、チツ
プ14が使用する電力量が増大するにつれて、い
つかはそのチツプ14がオーバヒートしないよう
に保証するために、そのパツケージへヒート・シ
ンクが取付けられなければならない点に到達す
る。
When the chips 14 in the package 10 are of the type that use relatively little power (eg, less than 1 watt), there is no need to install a heat sink on the package. However, as the amount of power used by the chip 14 increases, a point will eventually be reached where a heat sink must be attached to the package to ensure that the chip 14 does not overheat.

従来、ヒート・シンクは銅またはアルミニウム
のような金属で形成されており;そしてそれはチ
ツプ14の直下の表面11bへ、エポキシまたは
はんだによつて固定的に取付けられる。その取付
プロセスの間、エポキシまたははんだは流動状態
へ加熱されて、表面11bとヒート・シンクの間
で薄いなめらかな層に拡げられる。その後、その
エポキシまたははんだは冷却されて固められる。
Conventionally, the heat sink is formed of a metal such as copper or aluminum; and it is fixedly attached to the underlying surface 11b of the chip 14 by epoxy or solder. During the attachment process, the epoxy or solder is heated to a fluid state and spread into a thin smooth layer between surface 11b and the heat sink. The epoxy or solder is then cooled and solidified.

しかし、この冷却と硬化のステツプはそのパツ
ケージに応力を誘起し、特に蓋取付材料16にお
いて著しい。これらの応力の大きさは、取付けら
れるその特定のヒート・シンクの全体の形によつ
て変化する。また、そのヒート・シンクの形に依
存して、その応力は蓋取付材料16にクラツクを
生じるほど大きくなることもある。これが起こる
と、チツプ14のための密封封止が破られて、そ
のパツケージは不能となる。
However, this cooling and hardening step induces stresses in the package, particularly in the lid attachment material 16. The magnitude of these stresses will vary depending on the overall shape of the particular heat sink being installed. Also, depending on the shape of the heat sink, the stress may be large enough to cause cracks in the lid attachment material 16. When this occurs, the hermetic seal for chip 14 is broken and the package is rendered inoperable.

そのヒート・シンクが蓋取付材料16において
どのように応力を誘起するかをさらに理解するた
めに、ここで第2図が参照されるべきである。そ
の図はグラフを示しており、集積回路パツケージ
の温度が水平軸にプロツトされて、その蓋取付材
料16内の応力が縦軸のプロツトされている。こ
のグラフにおいて、曲線21は、ヒート・シンク
がパツケージ10へ取付けられていない条件の下
に、その蓋取付材料16内の応力が温度の関数と
してどのように変化するかを示している;一方、
もう1つの曲線22は、ヒート・シンクがパツケ
ージ10へ取付けられている条件の下に、その蓋
取付材料16内の応力がどのように変化するかを
示している。
To further understand how the heat sink induces stresses in the lid attachment material 16, reference should now be made to FIG. The figure shows a graph in which the temperature of the integrated circuit package is plotted on the horizontal axis and the stress within its lidding material 16 is plotted on the vertical axis. In this graph, curve 21 shows how the stress in the lid attachment material 16 varies as a function of temperature under the condition that no heat sink is attached to the package 10;
Another curve 22 shows how the stress in the lid attachment material 16 changes under the conditions that the heat sink is attached to the package 10.

曲線21と22は温度TLIDで始まつており、そ
れは蓋取付材料が凝固する温度である。たとえ
ば、その蓋取付材料がガラスのとき、温度TLID
約320℃である。蓋12を表面11aへ取付ける
ために、その蓋取付材料は温度TLID以上に加熱さ
れねばならず、典型的にはそれは420℃まで加熱
される。その後、そのパツケージは室温TRTまで
冷される。
Curves 21 and 22 begin at temperature T LID , which is the temperature at which the lid fitting material solidifies. For example, when the lid mounting material is glass, the temperature T LID is about 320°C. In order to attach the lid 12 to the surface 11a, the lid attachment material must be heated above a temperature T LID , typically it is heated to 420°C. The package is then cooled to room temperature T RT .

この冷却の間、サブストレート11と蓋12の
両方が接着する。しかし、この組立は取付材料1
6内に比較的小さな応力を誘起するだけである。
なぜならば蓋12とサブストレート11は両方と
も本質的に同じ材料で形成されており、したがつ
てそれらはほぼ等しい割合で収縮するからであ
る。
During this cooling, both substrate 11 and lid 12 adhere. However, this assembly requires mounting material 1
6 only induces relatively small stresses within.
This is because lid 12 and substrate 11 are both made of essentially the same material and therefore they will shrink at approximately equal rates.

その後、パツケージ10は表面11bへヒー
ト・シンクを取付けるために再加熱される。この
ステツプにおいて、パツケージが加熱される温度
は、そのヒート・シンク取付材料の凝固温度THS
以上でなければならない。たとえば、はんだに関
するその温度は約183℃であり、エポキシに関し
ては約150℃である。
Package 10 is then reheated to attach the heat sink to surface 11b. In this step, the temperature at which the package is heated is equal to the freezing temperature of its heat sink mounting material, T HS
Must be above. For example, the temperature for solder is about 183°C and for epoxy it is about 150°C.

そのヒート・シンク取付材料が液体の間である
限り、その蓋取付材料16内に誘起される応力は
比較的小さいものに留まる。しかし、一度そのヒ
ート・シンク取付材料が温度THSで凝固すれば、
その蓋取付材料16内の応力は急速に増大する。
応力のこの急速な増大は、そのヒート・シンクが
セラミツク・サブストレートよりはるかに早く収
縮するという事実による。たとえば、銅とアルミ
ニウムに関する熱膨張係数は、それぞれセラミツ
クの膨張係数の約2.6倍と3.6倍である。
As long as the heat sink attachment material remains liquid, the stresses induced in the lid attachment material 16 remain relatively small. However, once the heat sink mounting material solidifies at temperature T HS ,
The stress within the lid attachment material 16 increases rapidly.
This rapid increase in stress is due to the fact that the heat sink shrinks much faster than the ceramic substrate. For example, the coefficients of thermal expansion for copper and aluminum are approximately 2.6 and 3.6 times that of ceramic, respectively.

ヒート・シンクが収縮するにつれて、それはそ
のヒート・シンクが取付けられている表面11b
のその部分を圧縮する傾向になる。次に、これは
第3図に示したようにサブストレート11を円弧
状に曲げる。この図において、その曲げの量は、
そのような曲げが実際に起こるという点を図解す
るだけのために大きく誇張されて示されている。
そしてこの曲げは、蓋取付材料16内の応力の急
速な増大の原因となる。
As the heat sink contracts, it shrinks from the surface 11b to which it is attached.
tends to compress that part of the This then bends the substrate 11 into an arc as shown in FIG. In this figure, the amount of bending is
It is shown greatly exaggerated only to illustrate that such bending actually occurs.
This bending then causes a rapid increase in stress within the lid attachment material 16.

ヒート・シンクが取付けられてその集積回路が
動作環境に置かれた後、そのパツケージはある予
定された範囲の動作温度にさらされる。典型的な
最高の動作温度は、たとえば125℃であり;そし
て典型的な最低の動作温度は−55℃である。その
ような最高と最低の動作温度はそれぞれ第2図に
おいてTMAXとTMINで示されている。
After the heat sink is attached and the integrated circuit is placed in an operating environment, the package is exposed to a predetermined range of operating temperatures. A typical maximum operating temperature is, for example, 125°C; and a typical minimum operating temperature is -55°C. Such maximum and minimum operating temperatures are indicated in FIG. 2 as T MAX and T MIN , respectively.

曲線22は、温度TMAXにおいて蓋取付材料1
6内の応力が最小のレベルSMINにあることを示
し;一方、温度TMINにおいて蓋取付材料16内
の応力は最高レベルSMAXであることを示してい
る。そのような動作環境において、蓋取付材料内
の応力はSMAXとSMINの間で変化する。また、その
最大応力SMAXの大きさや、SMAXとSMINの間の度々
の繰返しは蓋取付材料にクラツクを生じる。
Curve 22 shows the lid mounting material 1 at temperature T MAX
6 is shown to be at a minimum level S MIN ; while at temperature T MIN the stress in the lid attachment material 16 is shown to be at a maximum level S MAX . In such an operating environment, the stress within the lid attachment material varies between S MAX and S MIN . Moreover, the magnitude of the maximum stress S MAX and the frequent repetition between S MAX and S MIN cause cracks in the lid attachment material.

さらに、ヒートシンク取付材料が温度THSで凝
固するとき、応力は、ヒートシンクとサブストレ
ート11との間の境界で生じ始める。この応力
は、蓋取付材料の応力と同様、ヒートシンクが、
サブストレート11よりはるかに急速に収縮する
という事実による。
Furthermore, as the heat sink mounting material solidifies at temperature T HS , stresses begin to develop at the interface between the heat sink and the substrate 11. This stress, similar to the stress in the lid mounting material,
This is due to the fact that it contracts much more rapidly than the substrate 11.

温度がTHSからTRTまで減少するとき、サブス
トレートとヒートシンクとの境界での応力は急速
に増加する。その後、ヒートシンクおよび集積回
路パツケージが、動作環境に置かれ、かつ温度
TMINとTMAXとの間でサイクルがかけられるとき、
サブストレートとヒートシンクとの境界での応力
はほぼ最大値サイクルをかける。その最大値の大
きさおよびそれからのサイクルの程度は共に、ヒ
ートシンクとサブストレート11との間にクラツ
クを生じさせることができる。
When the temperature decreases from T HS to T RT , the stress at the substrate-heat sink interface increases rapidly. The heat sink and integrated circuit package are then placed in an operating environment and at a temperature
When cycled between T MIN and T MAX ,
The stress at the interface between the substrate and the heat sink is approximately cycled to its maximum value. Both the magnitude of its maximum value and the degree of cycling therefrom can cause cracks between the heat sink and the substrate 11.

発明の概要 したがつて、この発明の1つの目的は、集積回
路パツケージのための改良されたヒート・シンク
を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, one object of the present invention is to provide an improved heat sink for integrated circuit packages.

この発明のもう1つの目的は、パツケージとヒ
ート・シンクが固着されておりかつ熱的なサイク
ルがかけられるときに、集積回路パツケージ内に
誘起される熱機械的応力の大きさを減少させるヒ
ート・シンクを提供することである。この発明の
さらにもう1つの目的は、ヒート・シンクが取付
けられた集積回路パツケージにおいて、クラツク
が生じるのを減らすのみならず、優れた冷却特性
を有しかつ製造の容易なヒート・シンクを提供す
ることである。
Another object of the invention is to provide a heat sink that reduces the magnitude of thermomechanical stresses induced within an integrated circuit package when the package and heat sink are bonded and subjected to thermal cycling. It is to provide a sink. Yet another object of the invention is to provide a heat sink that not only reduces the occurrence of cracks in integrated circuit packages to which the heat sink is attached, but also has superior cooling properties and is easy to manufacture. That's true.

本発明の一実施例において、これらおよび他の
目的は、2つの反対向の主表面を有する単一の薄
いシート材料から形成されるヒート・シンクによ
つて達成される。これらの主表面は共通の周囲を
有しており;その共通の周囲はヒート・シンクの
互いに隔てられた複数の指状部分を形成してお
り、それら指状部分は中央部分から放射状に延び
ている。その中央部分は平らであつて集積回路パ
ツケージへ取付けられており;一方、それら指状
部分は、その中央部分のために冷却フインを形成
するようにその中央部分の平面から曲げられてい
る。
In one embodiment of the invention, these and other objects are achieved by a heat sink formed from a single thin sheet of material having two opposing major surfaces. These major surfaces have a common perimeter; the common perimeter forms spaced apart fingers of the heat sink that extend radially from the central portion. There is. The central portion is flat and attached to the integrated circuit package; while the fingers are bent out of the plane of the central portion to form cooling fins for the central portion.

本発明のもう1つの実施例は、共通の周囲を持
つた2つの反対向の主表面を有する単一の薄いシ
ート材料からなるシート・シンクである。しか
し、この実施例も、周囲内の中央部にある1点か
ら予め決められた距離にある端部壁を有する複数
の放射状に向けられた細長い孔を有している。そ
の中央点に近い端末壁は、そのヒート・シンクの
中央部分を形成し;その中央点から遠い端末壁
は、その共通周囲とともに、その中心部分のまわ
りにリング状の部分を形成し;またそれらの孔の
側壁は、中心部分からリング状部分を連結する複
数の指状部分を形成する。その中央部分は平ら
で、集積回路パツケージに取付けられ;一方、指
状部分は、その中央部分の平面から一方向に曲げ
られて、そのリング状部分とともにその中央部分
を冷却するための手段を与える。
Another embodiment of the invention is a sheet sink comprised of a single thin sheet of material having two opposing major surfaces with a common perimeter. However, this embodiment also has a plurality of radially oriented elongated holes with end walls at a predetermined distance from a central point within the periphery. The end walls near the center point form the central part of the heat sink; the end walls far from the center point, together with their common perimeter, form a ring-shaped part around the center part; The side walls of the hole form a plurality of fingers connecting the ring-shaped portions from the central portion. The central portion is flat and attached to the integrated circuit package; while the fingers are bent in one direction from the plane of the central portion to provide a means for cooling the central portion together with the ring portion. .

本発明の種々の特徴と利点は、添付されている
図面と関連した詳細な説明において述べられる。
Various features and advantages of the invention are set forth in the detailed description in conjunction with the accompanying drawings.

この発明のさらに他の実施例は、ヒートシンク
の中央部分が凸状形であるように、上で説明した
実施例の両方を修正することによつて得られる。
この修正で、ヒートシンクの中央部分を集積回路
パツケージに取付ける接着剤は、中央で薄くな
り、かつ中央部分の周囲の方へ徐々により厚くな
らざるを得ない。その結果、集積回路パツケージ
とヒートシンクとの間の境界で熱で誘起された応
力は実質的に減じられ、集積回路パツケージとヒ
ートシンクとの間の熱伝達は高いままであり、か
つ接着剤は凸状形によつて固定されるので、接着
剤の厚さを設定するのにいかなる取付具も必要と
されない。
A further embodiment of the invention is obtained by modifying both of the embodiments described above, such that the central portion of the heat sink is of convex shape.
With this modification, the adhesive that attaches the central portion of the heat sink to the integrated circuit package must be thinner in the center and gradually thicker toward the periphery of the central portion. As a result, thermally induced stresses at the interface between the integrated circuit package and the heat sink are substantially reduced, heat transfer between the integrated circuit package and the heat sink remains high, and the adhesive has a convex shape. Since it is fixed by shape, no fittings are required to set the adhesive thickness.

発明の詳細な説明 ここで第4図と第5図を参照して、本発明の好
ましい一実施例を詳細に説明する。この特定の実
施例は、第4図と第5図において参照番号30で
示されている。第4図はヒート・シンク30を描
写的に示しており、そのヒート・シンクが第1図
の集積回路パツケージ10の表面11bへ取付け
られているのを示している。これに対して、第5
図はそのヒート・シンク30の平面図であり、そ
の製造プロセスの中間段階を示している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Referring now to FIGS. 4 and 5, one preferred embodiment of the invention will now be described in detail. This particular embodiment is designated by the reference numeral 30 in FIGS. 4 and 5. FIG. 4 depicts a heat sink 30 shown attached to surface 11b of integrated circuit package 10 of FIG. On the other hand, the fifth
The figure is a top view of the heat sink 30, showing an intermediate stage in the manufacturing process.

ヒート・シンク30は2つの反対向きの主表面
31aと31bを有する単一の薄いシート材料か
らなつている。表面31aと31bは共通の周囲
32を有している。その周囲32は中央部分33
から放射状に延びるヒート・シンクの互いに隔て
られた複数の指状部分34を形成する。
Heat sink 30 is comprised of a single thin sheet of material having two opposing major surfaces 31a and 31b. Surfaces 31a and 31b have a common perimeter 32. The periphery 32 is the central part 33
forming a plurality of spaced apart fingers 34 of the heat sink extending radially from the heat sink.

第4図と第5図に示された好ましい実施例にお
いて、34−1から34−8の8つの指状部分が
存在し;それらは中央部分のまわりに等間隔に設
けられている。しかしこの代わりに、その指状部
分の数は8つ以上の他の数であつてもよく、好ま
しくは4〜18の範囲である。
In the preferred embodiment shown in FIGS. 4 and 5, there are eight fingers, numbered 34-1 through 34-8; they are equally spaced around the central portion. However, alternatively, the number of fingers may be any other number greater than or equal to 8, preferably in the range 4 to 18.

ヒート・シンク30は、矩形の単一の薄い平ら
なシート材料から製造される。その矩形の材料
は、上述の周囲32を有する切断装置によつて打
抜かれる。第5図はこの打抜き後の平らなシート
材料を示している。
Heat sink 30 is manufactured from a single rectangular thin flat sheet of material. The rectangular material is punched out by a cutting device having a perimeter 32 as described above. FIG. 5 shows the flat sheet material after this punching.

その後に、すべての指状部分が円柱状の形状に
形成されて、その中央部分33はその円柱の一端
にあり;そしてそれらの指状部分の先端部は、フ
アンのように外側へ曲げられて、中央部分33に
平行な1つまたはそれ以上の平面内に存在する。
好ましくは、これらのステツプは、各指状部分に
60°〜90°の2つの曲げを形成することによつて行
なわれる。これらの曲げによつて、その指状部分
34−1から34−8は中心部分33のための冷
却フインを形成する。これは第4図に示されてい
る。
Thereafter, all the fingers are formed into a cylindrical shape, with the central portion 33 at one end of the cylinder; and the tips of the fingers are bent outward like a fan. , in one or more planes parallel to the central portion 33.
Preferably, these steps are on each finger.
This is done by making two bends of 60° to 90°. Due to these bends, the fingers 34-1 to 34-8 form cooling fins for the central portion 33. This is shown in FIG.

好ましくは、隣合う指状部分の2つの曲げの間
の距離は中央部分33のまわりで周期的に変化す
る。言い換えれば、好ましくは冷却フインの開放
端部の高さは、中央部分のまわりで周期的に互い
違いになつている。この高さの変化はそれらの冷
却フインを通る空気流に撹乱を生じ、それはその
ヒート・シンクの冷却能力を高める。
Preferably, the distance between two bends of adjacent fingers varies periodically around the central portion 33. In other words, preferably the heights of the open ends of the cooling fins are staggered periodically around the central portion. This height change creates a disturbance in the airflow through the cooling fins, which increases the cooling capacity of the heat sink.

さらに好ましくは、複数の孔35が中央部分に
設けられている。これらの孔はそのヒート・シン
クとそのヒート・シンクが取付けられるパツケー
ジとの間の結合を強化する。特に、それらの孔は
そのヒート・シンク取付材料と集積回路パツケー
ジの取付表面との間からガスを逃すことができる
手段を提供し、そしてそのヒート・シンク取付材
料内のボイドを減少させる。さらに、それらの孔
はヒート・シンク取付材料が中央部分から滲み出
して、それらの孔の周囲の表面31aに接着する
ための手段を与える。
More preferably, a plurality of holes 35 are provided in the central portion. These holes strengthen the bond between the heat sink and the package to which it is attached. In particular, the holes provide a means by which gas can escape between the heat sink mounting material and the mounting surface of the integrated circuit package, and reduce voids within the heat sink mounting material. Additionally, the holes provide a means for heat sink attachment material to seep out of the central portion and adhere to the surface 31a surrounding the holes.

本発明の上述の実施例における、材料と寸法の
1つの特定的な例は次のようである。ヒート・シ
ンク30は銅またはアルミニウムのような金属シ
ートで形成され、それは0.015〜0.045インチの厚
さである。そのようなシートから、ヒート・シン
クが第5図の周囲形状に打抜かれる。好ましく
は、その中央部分の半径は0.200インチであり;
フイン34−1,34−3,34−5、および3
4−7の2つの曲げの間隔は0.060インチであり、
一方、それらのフインの残りの部分の長さは
0.220インチであり;フイン34−2,34−4,
34−6,および34−8の2つの曲げの間隔は
0.150インチであり、一方、それらのフインの残
りの部分の長さは0.130インチであり;また孔3
5は等間隔に隔てられて0.020インチの半径を有
している。
One specific example of materials and dimensions for the above-described embodiments of the invention is as follows. Heat sink 30 is formed from a metal sheet, such as copper or aluminum, that is 0.015 to 0.045 inches thick. From such a sheet a heat sink is stamped in the circumferential shape of FIG. Preferably, the radius of the central portion is 0.200 inches;
Finn 34-1, 34-3, 34-5, and 3
The distance between the two bends in 4-7 is 0.060 inch,
On the other hand, the length of the rest of those fins is
0.220 inch; fins 34-2, 34-4,
The distance between the two bends 34-6 and 34-8 is
0.150 inch while the length of the rest of their fins is 0.130 inch;
5 are evenly spaced and have a radius of 0.020 inch.

ここで第6A図、第6B図、および第6C図が
参照されるべきで、それらには第4図と第5図の
上述のヒート・シンクに関する種々のテスト結果
が3つの表で与えられている。これらの表は、比
較のために、先行技術のヒート・シンクに関する
他のテスト結果をも含んでいる。第6A図は温度
サイクル・テストの結果を示し;第6B図は熱衝
撃テストの結果を示し;そして第6C図は冷却テ
ストの結果を示している。
Reference should now be made to FIGS. 6A, 6B, and 6C, in which various test results for the above-described heat sinks of FIGS. 4 and 5 are given in three tables. There is. These tables also include other test results for prior art heat sinks for comparison. Figure 6A shows the results of the temperature cycle test; Figure 6B shows the results of the thermal shock test; and Figure 6C shows the results of the cooling test.

まず第6A図の表を参照して、その表は7つの
列40〜46と3つの行を有している。それらの
行は“第4図の実施例”、“第3図の先行技術の実
施例”、および“第7C図の実施例”のテストに
おけるヒート・シンクを示し、一方、それらの列
は種々のテスト・データを示している。次の議論
において、第4図の実施例が先行技術と比較され
る。その後に第7図の実施例(本発明のもう1つ
の実施例)が先行技術と比較される。
Referring first to the table of FIG. 6A, the table has seven columns 40-46 and three rows. The rows represent the heat sinks in the tests of "Embodiment of FIG. 4,""Prior Art Embodiment of FIG. 3," and "Embodiment of FIG. 7C," while the columns represent the various heat sinks. test data is shown. In the following discussion, the embodiment of FIG. 4 is compared to the prior art. The embodiment of FIG. 7 (another embodiment of the invention) is then compared with the prior art.

第6A図の温度サイクル・テストの実施におい
て、第4図のタイプのヒート・シンク20個が第1
図のタイプのそれぞれの集積回路パツケージへ取
付けられて;第3図のタイプの先行技術によるヒ
ート・シンク20個が同様の集積回路パツケージへ
取付けられた。Thermalloy社によつて製造され
て売られているヒート・シンクが、第3図の先行
技術によるヒート・シンクとして選択された。な
ぜならば、それは全方向空気流を伴なう非常に興
味ある冷却特性を有しているからである。第6図
における列42〜46は、温度サイクル・テスト
に関連する第4図のヒート・シンクと第3図のヒ
ート・シンクに関するすべての物理的パラメータ
を示している。
In performing the temperature cycling test of Figure 6A, 20 heat sinks of the type of Figure 4 were
Attached to each integrated circuit package of the type shown; twenty prior art heat sinks of the type of FIG. 3 were attached to similar integrated circuit packages. A heat sink manufactured and sold by Thermalloy Corporation was selected as the prior art heat sink of FIG. Because it has very interesting cooling properties with omnidirectional airflow. Columns 42-46 in FIG. 6 show all physical parameters for the heat sink of FIG. 4 and the heat sink of FIG. 3 that are relevant to temperature cycling tests.

温度サイクル・テストを行なうために、2つの
独立したチヤンバが用意される。それらのチヤン
バの1つは125℃の温度の空気で満されており;
他のチヤンバは−55℃の空気で満されている。そ
れぞれの取付けられたヒート・シンクを有する集
積回路パツケージは、これら2つのチヤンバ間で
サイクル的に移され;それらの取付けられたヒー
ト・シンクを有するICパツケージが次のチヤン
バへ移される前に1つのチヤンバ内で15分間置か
れる。
Two independent chambers are prepared for temperature cycling testing. One of these chambers is filled with air at a temperature of 125°C;
The other chamber is filled with air at -55°C. The integrated circuit packages with their respective attached heat sinks are transferred cyclically between these two chambers; It is left in the chamber for 15 minutes.

列41を見ると、200サイクルの後において、
第4図のヒート・シンク20個のいずれもが、それ
らの取付けられている集積回路パツケージにおい
て何らクラツクを生じなかつたことがわかる。こ
れに対して、わずか80サイクルの後に、第3図の
先行技術による20個のヒート・シンクのすべて
が、それらの取付けられているパツケージの蓋取
付材料にクラツクを生じた。
Looking at column 41, after 200 cycles,
It can be seen that none of the twenty heat sinks of FIG. 4 caused any cracks in the integrated circuit packages to which they were attached. In contrast, after only 80 cycles, all 20 of the prior art heat sinks of FIG. 3 developed cracks in the package lid mounting material to which they were attached.

その蓋取付材料におけるクラツクの存在または
不在を検知するために、それらのテストされた部
分が放射性(ラジオアクテイブ)ガス内に浸され
る。もしクラツクが存在するならば、その放射性
ガスのいくらかが窪み11c内に捉えられる。そ
の後、その部分がそのガスから取出されて、いく
らかの捉えられた分子の存在または不在がガイガ
ー・カウンタによつて検知される。したがつて、
上記のテストは非常に正確である。
To detect the presence or absence of cracks in the lid fitting material, the tested parts are immersed in radioactive gas. If a crack is present, some of the radioactive gas will be trapped within the depression 11c. The portion is then removed from the gas and the presence or absence of any captured molecules is detected by a Geiger counter. Therefore,
The above test is very accurate.

次に、第6B図の表における熱衝撃テストの結
果について考えよう。その表において、行は以前
と同様に、テストされたヒート・シンクを識別
し、それらの列は特定のテスト・データを示して
いる。第6B図の熱衝撃テストにおいて、テスト
されたヒート・シンクのすべての物理的パラメー
タは、温度サイクル・テストに関する第6A図に
おける列42〜46に示されたものと同じである
ことを認識されたい。
Next, consider the results of the thermal shock test in the table of Figure 6B. In that table, the rows as before identify the heat sinks tested and the columns show specific test data. It should be appreciated that in the thermal shock test of Figure 6B, all physical parameters of the heat sink tested are the same as those shown in columns 42-46 in Figure 6A for the temperature cycling test. .

熱衝撃テストを行なうために、以前と同様に2
つのチヤンバが用意される;しかし、今回それら
は液体が満される。それらのチヤンバの1つにお
いて、その液体は125℃の温度であり;他のチオ
ンバにおいて、その液体は−55℃の温度である。
以前と同様に、それぞれ取付けられたヒート・シ
ンクを有する集積回路パツケージはチヤンバから
チヤンバへ周期的に移される。1つのチヤンバ内
に5分間置かれて、次にもう1つのチヤンバ内で
5分間置かれる。
To perform the thermal shock test, as before,
Two chambers are prepared; but this time they are filled with liquid. In one of the chambers, the liquid is at a temperature of 125°C; in the other chamber, the liquid is at a temperature of -55°C.
As before, integrated circuit packages, each with an attached heat sink, are periodically transferred from chamber to chamber. Placed in one chamber for 5 minutes, then placed in the other chamber for 5 minutes.

第6B図における列50は、第4図の実施例の
ヒート・シンク20個に熱衝撃テストが行なわれた
ことを示している。これらのヒート・シンクは、
以前と同様に、第1図のタイプの集積回路パツケ
ージへ取付けられた。列51は、15サイクルの後
における第4図のタイプのヒート・シンクのいず
れもが、それらの取付けられている集積回路パツ
ケージの蓋に全くクラツクを生じなかつたことを
示している。
Column 50 in FIG. 6B indicates that 20 heat sinks of the FIG. 4 embodiment were subjected to a thermal shock test. These heat sinks are
As before, it was attached to an integrated circuit package of the type shown in FIG. Column 51 shows that after 15 cycles none of the heat sinks of the type of FIG. 4 caused any cracks in the lids of the integrated circuit packages to which they were attached.

この熱衝撃テストは上述の温度サイクル・テス
トよりもずつと厳しいテストである。したがつ
て、第3図のタイプのヒート・シンクは、1つも
その熱衝撃テストが行なわれなかつた。なぜなら
ば、それらは温度サイクル・テストにさえパスし
得なかつたからである。
This thermal shock test is a much more severe test than the temperature cycling test described above. Therefore, no heat sink of the type shown in FIG. 3 has been subjected to thermal shock testing. Because they couldn't even pass the temperature cycle test.

次に、第6C図の表に示されている冷却テスト
の結果について考察しよう。この表において、以
前と同様に、テストされた特定のヒート・シンク
はその行で示されており;種々のテスト・データ
は列60〜69に示されている。
Let us now consider the results of the cooling test shown in the table of Figure 6C. In this table, as before, the particular heat sink tested is shown in its row; the various test data are shown in columns 60-69.

列64と65は、そのテストされるヒート・シ
ンクが同一の全体的高さと全体的幅を有している
ことを示している。これは公平な比較を行なうた
めに必要であり、なぜならばヒート・シンクの冷
却能力は、一般にその寸法が増大するとともに大
きくなるからである。さらに列68と69は、そ
のテストされるヒート・シンクが同一の材料で形
成されかつ同一の取付材料を介してそれぞれの
ICパツケージへ取付けられたことを示している
のを認識されたい。
Columns 64 and 65 indicate that the heat sinks being tested have the same overall height and width. This is necessary to make a fair comparison because the cooling capacity of a heat sink generally increases as its size increases. Additionally, rows 68 and 69 have their respective heat sinks formed of the same material and via the same mounting material.
Please note that it shows that it is attached to the IC package cage.

第4図のタイプの10個のヒート・シンクが第3
図の先行技術によるタイプの10個のヒート・シン
クとともにテストされた。列61は、同一のタイ
プの10個のテストされたヒート・シンクすべてに
関する平均の熱抵抗がその平均熱抵抗からの対応
する標準偏差とともに示されている。列61を見
ると、第4図のタイプのヒート・シンクの平均熱
抵抗が第3図の先行技術によるタイプのヒート・
シンクの平均熱抵抗の0.8℃/W以内にあり、ま
たその第4図のヒート・シンクが小さな標準偏差
を有していることがわかる。これは両方のヒー
ト・シンクが大体同じ冷却能力を有していること
を意味する。
Ten heat sinks of the type shown in Figure 4 are placed in the third
Tested with 10 heat sinks of the prior art type shown in the figure. Column 61 shows the average thermal resistance for all ten tested heat sinks of the same type, along with the corresponding standard deviation from that average thermal resistance. Looking at column 61, we see that the average thermal resistance of the type of heat sink of FIG. 4 is greater than that of the prior art type of heat sink of FIG.
It can be seen that the heat sink of FIG. 4 has a small standard deviation, which is within 0.8° C./W of the average thermal resistance of the sink. This means that both heat sinks have approximately the same cooling capacity.

次に要約として、第6A図、第6B図、および
第6C図のテスト結果は、冷却能力を犠牲にする
ことなしに、集積回路パツケージ中の熱誘起され
る応力を大きく減少させる傾向を有していること
において第4図のタイプのヒート・シンクの優秀
性を示している。さらに、第4図のヒート・シン
クは全方向に冷却し、もちろんこのことは重要で
ある。なぜならば、それはそのヒート・シンクが
取付けられている集積回路パツケージを、それら
の冷却を妨げることなしに、プリント回路板上に
いくつかの異なつた方向で配置して取付けること
ができるからである。さらに、第4図のヒート・
シンクは、第5図と関連して述べられたように製
造することが容易である。それらの製造のステツ
プは打抜きと折曲げ操作を含むだけで;これに対
して、第3図の先行技術によるヒート・シンクは
回転装置上の回転する母材から切り出されなけれ
ばならない。
Next, in summary, the test results of Figures 6A, 6B, and 6C tend to significantly reduce thermally induced stress in integrated circuit packages without sacrificing cooling capacity. This shows the superiority of the heat sink of the type shown in FIG. Furthermore, the heat sink of FIG. 4 cools in all directions, which is of course important. This is because it allows the integrated circuit packages to which the heat sinks are attached to be positioned and mounted on the printed circuit board in several different orientations without interfering with their cooling. Furthermore, the heat in Figure 4
The sink is easy to manufacture as described in connection with FIG. Their manufacturing steps only include stamping and folding operations; in contrast, the prior art heat sink of FIG. 3 must be cut from a rotating base material on a rotating device.

ここで第7A図ないし第7D図へ移つて、本発
明の種々の代わり得る好ましい実施例が述べられ
る。第7A図から始めて、そこに示されている実
施例は第4図の前述の実施例と同様であり、それ
は単一の薄いシート材料から形成されて、中心部
分のまわりに複数の指状部分を形成する共通の周
縁を有している。しかし、第7A図の実施例は
(第4図の実施例における8つの指状部分に対し
て)全部で12の指状部分を有している。さらに、
第7A図の実施例において、それらのすべての指
状部分は、それらの開放端部が中央部分の上の同
一の高さに存在するように曲げられる。次に、第
7B図の実施例を考察しよう。それも第4図の前
述の実施例と同様である。しかし、それはそれら
の指状部分の開放端部がすべて予め決められた角
度でそれらの軸についてツイストされていること
において第4図の実施例において異なる。好まし
くは、この角度は0〜45°の範囲である。これら
の指状部分のツイストされた開放端部は、それら
を通過する空気に撹乱を生じ、その結果そのヒー
ト・シンクの冷却能力を高める。
Turning now to FIGS. 7A-7D, various alternative preferred embodiments of the invention will be described. Starting with FIG. 7A, the embodiment shown therein is similar to the previously described embodiment of FIG. have a common periphery forming a . However, the embodiment of FIG. 7A has a total of twelve fingers (versus eight fingers in the embodiment of FIG. 4). moreover,
In the embodiment of Figure 7A, all of the fingers are bent so that their open ends are at the same height above the central part. Next, consider the embodiment of FIG. 7B. It is also similar to the previously described embodiment of FIG. However, it differs in the embodiment of FIG. 4 in that the open ends of the fingers are all twisted about their axes at a predetermined angle. Preferably this angle is in the range 0-45°. The twisted open ends of these fingers create turbulence in the air passing through them, thus increasing the cooling capacity of the heat sink.

次に、第7C図の実施例について考えよう。そ
れは、その中央部分のまわりに全部で12の指状部
分を有し、かつそれに加えて、それらの指状部分
がその中央部分の平面から円弧状に曲げられてい
るということにおいて第4図の実施例と異なる。
Next, consider the embodiment of FIG. 7C. It has a total of twelve fingers around its central portion, and in addition, the fingers are bent in an arc from the plane of its central portion. This is different from the example.

最後に、第7D図の実施例は、そのヒート・シ
ンクの共通の周囲が中央部分または指状部分のい
ずれをも形成していないということにおいて第4
図の実施例と異なる。代わりに、第7D図の実施
例は複数の放射状の細長い孔を有しており、それ
らの孔の各々は共通の周囲内の中心の一点から予
め決められた2つの距離のところに1対の端壁を
有している。中心点に近い方のこれらの端壁は、
そのヒート・シンクの中央部分を形成し;一方、
中心点から遠い方のそれらの端壁は、共通な周囲
とともにその中央部のまわりにリング状部分を形
成する。さらに、それらの端壁をつなぐ孔の側壁
は、中央部分とリング状部分を連結する複数の指
状部分を形成する。その中央部分は平らで、集積
回路パツケージへ取付けられ;一方、それら指状
部分は中央部分の平面から曲げられて、リング状
部分とともにそれらは中央部分を冷却するための
手段を与える。
Finally, the embodiment of FIG. 7D is fourth in that the common periphery of its heat sink does not form either a central portion or a finger portion.
This is different from the embodiment shown in the figure. Instead, the embodiment of FIG. 7D has a plurality of radial elongated holes, each of which has a pair of holes at two predetermined distances from a central point within a common perimeter. It has an end wall. These end walls closer to the center point are
forming the central part of the heat sink;
Those end walls remote from the central point form a ring-shaped section around the central part with a common perimeter. Furthermore, the side walls of the hole connecting the end walls form a plurality of fingers connecting the central part and the ring-shaped part. The central portion is flat and attached to the integrated circuit package; while the fingers are bent out of the plane of the central portion and together with the ring portion they provide a means for cooling the central portion.

上述の第7A図ないし第7D図の実施例は、す
べて薄い矩形の金属シートを用意して;求められ
るヒート・シンクの形状の周囲を有する切断装置
によつて、そのシートからヒート・シンクを打抜
いて;その打抜かれた部分を第7A図ないし第7
D図に示されたように曲げることによつて行なわ
れる。
The embodiments of FIGS. 7A-7D described above all involve preparing a thin rectangular metal sheet; and punching a heat sink from the sheet by a cutting device having a perimeter of the desired heat sink shape. Cut out the punched part;
This is done by bending as shown in Figure D.

第7C図の実施例に関するテスト結果が第6A
図、第6B図、および第6C図の表に含まれてい
る。第6A図の列41は第7C図のタイプの30個
のヒート・シンクが200回温度サイクルされて;
それらはICパツケージに何らクラツクを生じな
かつたことを示している。第6B図の列51は、
第7C図のタイプの30個のヒート・シンクが15回
の熱衝撃を加えられて;以前と同様に、それらは
いずれもICパツケージにクラツクを生じなかつ
たことを示している。第6C図の列60は第7C
図のタイプの10個のヒート・シンクがそれらの熱
冷却能力に関してテストされて、それらは第3図
の従来技術によるヒート・シンクより低い平均熱
抵抗を有していることを示している。
The test results for the embodiment of FIG. 7C are shown in FIG. 6A.
6B and 6C. Row 41 of FIG. 6A shows 30 heat sinks of the type of FIG. 7C that have been temperature cycled 200 times;
They show that no cracks occurred in the IC package. Column 51 of FIG. 6B is
Thirty heat sinks of the type of Figure 7C were subjected to 15 thermal shocks; as before, none of them showed any cracks in the IC package. Column 60 in Figure 6C is 7C.
Ten heat sinks of the type shown have been tested for their thermal cooling capacity and are shown to have a lower average thermal resistance than the prior art heat sink of FIG.

第8図を参照すると、この発明のさらに他の実
施例が説明される。この実施例は、第8図の断面
図で示されるが、参照数字80によつて示される。
ヒートシンク80は、第4図および第5図のヒー
トシンク30の冷却フインと同じように形作られ
る冷却フインを有する。しかしながら、ヒートシ
ンク80の改良された特徴は、参照数字81によ
つて示されるように、その中央部分が凸状形を有
するということである。適当に、この凸状形は、
凸状部材と凹状部材との間に第5図の打ち抜かれ
た部分を圧搾して置くことによつて得られる。
Referring to FIG. 8, yet another embodiment of the invention will be described. This embodiment is shown in cross-section in FIG. 8 and is designated by the reference numeral 80.
Heat sink 80 has cooling fins shaped similarly to the cooling fins of heat sink 30 of FIGS. 4 and 5. However, an improved feature of the heat sink 80 is that its central portion has a convex shape, as indicated by the reference numeral 81. Appropriately, this convex shape is
It is obtained by squeezing and placing the punched part of FIG. 5 between a convex member and a concave member.

凸状形81のため、ヒートシンク80をサブス
トレート11に取付ける接着剤82は、ヒートシ
ンクの軸83で薄く、かつ軸83からの距離が増
加するにつれて徐々にさらに薄くなる。好ましく
は、接着剤82は、軸83で厚さ0.5ないし2.0ミ
ルであり、かつ凸状表面81は、それが、その断
面の半分の長さの少なくとも20分の1だけ軸83
で外側に膨れるほどである。たとえば、接着剤8
2の端縁が軸83から125ミルであれば、その厚
さは少なくとも6.0ミルでなければならない。こ
れは、表面81の断面を、円、楕円、または放物
線の一部にすることによつて達成されてもよい。
Because of the convex shape 81, the adhesive 82 attaching the heat sink 80 to the substrate 11 is thin at the axis 83 of the heat sink and becomes progressively thinner as the distance from the axis 83 increases. Preferably, the adhesive 82 is 0.5 to 2.0 mil thick at the shaft 83 and the convex surface 81 is such that it extends along the shaft 83 by at least one-twentieth the length of half its cross-section.
So much so that it swells outward. For example, adhesive 8
If the edge of 2 is 125 mils from axis 83, its thickness must be at least 6.0 mils. This may be achieved by making the cross-section of surface 81 part of a circle, ellipse, or parabola.

凸状形81の1つの特徴は、熱応力はサブスト
レート11とヒートシンク80との間で減じら
れ、一方同時に、それらのコンポーネント間の良
好な熱伝達は維持されるということである。これ
は、第9図の方程式から明らかである。方程式1
は、表面81上の点Aが、温度差を受けるとき動
く距離を表わす。この方程式では、△LHSは、点
Aが動く距離であり、KHSは、ヒートシンク80
の熱膨脹係数であり、L0は、温度が変化する前
の点Aの軸83からの距離であり、かつ△Tは温
度変化である。
One feature of the convex shape 81 is that thermal stresses are reduced between the substrate 11 and the heat sink 80, while at the same time good heat transfer between those components is maintained. This is clear from the equation in FIG. Equation 1
represents the distance that point A on surface 81 moves when subjected to a temperature difference. In this equation, △L HS is the distance that point A moves and K HS is the distance that the heat sink 80
is the coefficient of thermal expansion of , L 0 is the distance of point A from axis 83 before the temperature change, and ΔT is the temperature change.

同様に、方程式2は、点Bが温度変化を受ける
ときサブストレート11上を動く距離を表わす。
その方程式では、LSUBは、点Bが動く距離であ
り、KSUBは、サブストレートの熱膨脹係数であ
り、かつL0および△Tは上で規定したのと同様
である。
Similarly, Equation 2 represents the distance that point B moves on substrate 11 when undergoing a temperature change.
In that equation, L SUB is the distance that point B moves, K SUB is the coefficient of thermal expansion of the substrate, and L 0 and ΔT are as defined above.

方程式1から方程式2を引くと、点Aが点Bに
対して動く距離Dを与える方程式3が生じる。こ
の相対運動によつて、部材80,82、および1
1は変形し、また剪断応力を生じる。方程式4
は、剪断応力(SS)は、材料が変形される角度
(○―)の剪断係数(G)倍に等しいというフツクの法
則を表わす概念である。
Subtracting Equation 2 from Equation 1 yields Equation 3, which gives the distance D that point A moves relative to point B. This relative movement causes members 80, 82, and 1
1 deforms and also generates shear stress. Equation 4
is a concept that expresses Hook's law, which states that shear stress (SS) is equal to the shear coefficient (G) times the angle at which the material is deformed (○-).

角度○―は、方程式5を介して点Aと点Bとの間
の接着剤82の距離Dおよび厚さtの項で表わさ
れる。方程式3および方程式5を方程式4に代入
すると、方程式6が生じる。方程式6を調べる
と、2つの変数L0およびtを含むことが示され
る。方程式6のすべての他の項は定数である。か
つそのため、それは、方程式7のように簡略化し
て書き直されることができる。
The angle ◯ is expressed in terms of distance D and thickness t of adhesive 82 between points A and B via Equation 5. Substituting Equation 3 and Equation 5 into Equation 4 yields Equation 6. Inspection of Equation 6 shows that it involves two variables, L 0 and t. All other terms in Equation 6 are constants. And so it can be simplified and rewritten as Equation 7.

方程式7は、ヒートシンク80とサブストレー
ト11との間の剪断応力は、距離L0に比例し、
かつその距離での接着剤の厚さt反比例するとい
うことを示す。それゆえに、接着剤82を中央部
分の周囲の方へ徐々により厚くすることによつ
て、応力は、中央部分が平らであり、かつ中央部
分とサブストレートとの間の接着剤が均一に薄い
場合よりも、中央部分全体を通じて小さい。
Equation 7 shows that the shear stress between the heat sink 80 and the substrate 11 is proportional to the distance L 0 ,
This shows that the thickness of the adhesive at that distance is inversely proportional to t. Therefore, by making the adhesive 82 progressively thicker towards the periphery of the central section, the stresses will be reduced if the central section is flat and the adhesive between the central section and the substrate is uniformly thin. , smaller throughout the central section.

他方、ヒートシンクの中央部分が平らであり、
かつ接着剤82が、熱応力を減じるために、中央
部分より下のいたるところで非常に厚くされれ
ば、ヒートシンクの冷却能力は、実質的に損なわ
れるだろう。これは、熱が1つの表面から他の表
面まで伝達される速度は、それらの表面間の材料
の厚さに反比例するという事実を考えると明らか
である。第8図では、接着剤82は、ヒートシン
クの中央より下で非常に薄く、かつそのため第6
C図に関連して前で説明した良好な冷却特性は、
冷却されるべき集積回路上に軸83を直接置くこ
とによつて維持される。
On the other hand, the central part of the heat sink is flat;
And if the adhesive 82 were made too thick everywhere below the central portion to reduce thermal stress, the cooling ability of the heat sink would be substantially compromised. This is clear in view of the fact that the rate at which heat is transferred from one surface to another is inversely proportional to the thickness of the material between those surfaces. In FIG. 8, the adhesive 82 is very thin below the center of the heat sink and is therefore
The good cooling properties described above in connection with diagram C are
This is maintained by placing the shaft 83 directly on the integrated circuit to be cooled.

凸状表面81のさらに他の特徴は、取付プロセ
ス中、それによつてボイドが接着剤82に形成し
ないということである。そのプロセスで、接着は
んだまたはエポキシは、液化温度THS以上に加熱
される。このため、気体の気泡は接着剤に形成
し、かつそれらは、表面81にぶつかるまで上方
に上昇する。それから、凸状形81のため、気体
の気泡は、中央部分の周囲の方へ動き、そこで空
中に洩れ出る。
Yet another feature of the convex surface 81 is that it prevents voids from forming in the adhesive 82 during the attachment process. In the process, adhesive solder or epoxy is heated above its liquefaction temperature T HS . Gas bubbles therefore form in the adhesive and they rise upward until they hit the surface 81. Then, because of the convex shape 81, the gas bubble moves towards the periphery of the central part where it leaks into the air.

比較すると、ヒートシンクの中央部分が平らで
あるとき、気体の気泡は、横方向に動かず、しか
もその代わりに、ヒートシンクの下に留まる。こ
れはまた、温度がTHS以下に下げられる後、サブ
ストレートとヒートシンクとの間にボイドを生じ
させる。そのようなボイドは、不十分な熱伝導特
性を有し、かつまた温度サイクル中、接着剤に微
少クラツクを発生させる。
By comparison, when the central portion of the heat sink is flat, the gas bubbles do not move laterally and instead remain below the heat sink. This also creates voids between the substrate and the heat sink after the temperature is lowered below T HS . Such voids have poor thermal conductivity properties and also cause microcracks in the adhesive during temperature cycling.

凸状表面81のさらに他の特徴は、それによつ
て接着剤の厚さは、高度の精度で、大量生産の環
境において再生されることができるということで
ある。これは、ヒートシンクの重さまたは外部の
重さが接着剤をその液体状態で単に潰すようにす
ることによつて、中央軸での接着剤が、容易に非
常に薄く(すなわち0.5ないし2.0ミルの範囲内)
にされることができる。それから、軸83から周
囲までの接着剤の厚さは、単に凸状形81によつ
て定められる。この厚さは、孔84を冷却フイン
のいくつかにあけることによつて、かつ取付プロ
セス中ヒートシンクを真直ぐに保持するためにそ
の孔に垂直ロツドを置くことによつて、軸83の
まわりで対称にされる。
Yet another feature of the convex surface 81 is that it allows the adhesive thickness to be reproduced with a high degree of accuracy in a mass production environment. This means that the adhesive at the central axis can easily become very thin (i.e. 0.5 to 2.0 mils) by allowing the weight of the heat sink or external weight to simply collapse the adhesive in its liquid state. within range)
can be made into The thickness of the adhesive from the axis 83 to the periphery is then simply determined by the convex shape 81. This thickness is made symmetrical about axis 83 by drilling holes 84 in some of the cooling fins and placing vertical rods in the holes to hold the heat sink straight during the installation process. be made into

比較すると、ヒートシンクの中央部分が平らで
あるとき、ヒートシンクとサブストレートとの間
の接着剤の厚さは、ヒートシンクをその冷却フイ
ンによつてサブストレート上に所望の高さで保持
する非常に正確な取付具を設けることによつての
み、正確に制御されることができる。また、この
取付具が働くために、取付具が保持する冷却フイ
ンは、それらが高すぎるかまたは低すぎれば、取
付具自体の精度が無効にされるので、非常に正確
に曲げられなければならない。
By comparison, when the central portion of the heatsink is flat, the thickness of the adhesive between the heatsink and the substrate is very precise to hold the heatsink at the desired height above the substrate by its cooling fins. Accurate control can only be achieved by providing suitable fittings. Also, for this fixture to work, the cooling fins that the fixture holds must be bent very precisely, as if they are too high or too low, the precision of the fixture itself will be negated. .

この発明の様々な好ましい実施例を、詳細に説
明してきた。しかしながら、さらに、発明の性質
および精神から逸脱することなく、これらの実施
例に多くの変更および修正をすることができる。
たとえば、第8図の断面図は、第5図の実施例の
修正として示されるが、第7A図、第7B図、第
7C図および第7G図の実施例に、それらの実施
例の中央部分を凸状形を有するように形成するこ
とによつて、類似の修正をすることもできる。孔
84はまた、冷却フインのいくつかに設けられる
ことができ、そのためヒートシンクは、取付プロ
セス中、容易に垂直に立てられることができる。
さらに、先行技術の他のヒートシンク(たとえば
第3図のヒートシンク)は、集積回路パツケージ
に取付けるそれらの部分が第8図の凸状形81を
有するように、この発明に従つて修正されること
ができる。
Various preferred embodiments of the invention have been described in detail. However, in addition, many changes and modifications may be made to these embodiments without departing from the nature and spirit of the invention.
For example, the cross-sectional view of FIG. 8 is shown as a modification of the embodiment of FIG. 5, but the embodiment of FIGS. A similar modification can also be made by forming it to have a convex shape. Holes 84 can also be provided in some of the cooling fins so that the heat sink can be easily stood upright during the installation process.
Additionally, other heat sinks of the prior art (such as the heat sink of FIG. 3) may be modified in accordance with the present invention such that those portions that attach to the integrated circuit package have the convex shape 81 of FIG. can.

したがつて、この発明は、上で説明した詳細な
実施例に制限されず、前掲の特許請求の範囲によ
つて規定されるということを理解しなければなら
ない。
It is therefore to be understood that the invention is not limited to the detailed embodiments described above, but is instead defined by the claims appended hereto.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明のヒート・シンクとともに用
いるのに適した先行技術による集積回路パツケー
ジの拡大断面図である。第2図は、先行技術のヒ
ート・シンクが第1図の集積回路パツケージの蓋
取付材料内に応力を誘起する様子を図解したグラ
フの図である。第3図は、先行技術のヒート・シ
ンクが第1図の集積回路パツケージをどのように
曲げるかを示す概略図である。第4図は、本発明
に従つて形成されるヒート・シンクの好ましい一
実施例の描写図である。第5図は、第4図のヒー
ト・シンクの平面図であり、その製造の中間段階
を示している。第6A図ないし第6C図は、先行
技術より優れた本発明のいくつかの特徴がわかる
テスト・データを含む表を示す図である。第7A
図ないし第7D図は、本発明の付加的な好ましい
実施例の描写図である。第8図は、第4図のヒー
トシンクの修正を示す、第4図の冷却フイン34
−6および34−1を介する断面図である。第9
図は、第8図のヒートシンクの特徴を説明する1
組の方程式を示す図である。 図において、10は集積回路パツケージ、11
はサブストレート、11aおよび11bは表面、
11cは窪み、11dは導電体、12は蓋、13
は導電リード、14は集積回路チツプ、15は結
合ワイヤ、16は蓋取付材料、30および80は
ヒートシンク、31aおよび31bは表面、32
は周囲、33は中央部分、34は指状部分、35
および84は孔、81は凸状表面、82は接着
剤、83はヒートシンクの軸である。
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a prior art integrated circuit package suitable for use with the heat sink of the present invention. FIG. 2 is a graph illustrating how a prior art heat sink induces stresses in the lid mount material of the integrated circuit package of FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing how a prior art heat sink bends the integrated circuit package of FIG. FIG. 4 is a pictorial diagram of a preferred embodiment of a heat sink formed in accordance with the present invention. FIG. 5 is a plan view of the heat sink of FIG. 4, showing an intermediate stage in its manufacture. 6A-6C are tables containing test data demonstrating several features of the present invention over the prior art. 7th A
Figures 7D are pictorial illustrations of additional preferred embodiments of the invention. FIG. 8 shows the cooling fins 34 of FIG. 4 showing a modification of the heat sink of FIG.
It is a sectional view through -6 and 34-1. 9th
Figure 1 explains the features of the heat sink in Figure 8.
It is a figure which shows a set of equations. In the figure, 10 is an integrated circuit package; 11 is an integrated circuit package;
is the substrate, 11a and 11b are the surfaces,
11c is a hollow, 11d is a conductor, 12 is a lid, 13
14 is a conductive lead, 14 is an integrated circuit chip, 15 is a bonding wire, 16 is a lid mounting material, 30 and 80 are a heat sink, 31a and 31b are a surface, 32
is the periphery, 33 is the central portion, 34 is the finger-like portion, 35
84 is a hole, 81 is a convex surface, 82 is an adhesive, and 83 is an axis of the heat sink.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 集積回路パツケージを冷却するヒートシンク
であつて、 2つの反対方向を向いた主表面を有する1つの
薄いシート材料を備え、 前記主表面は、中央部分、および前記中央部分
から放射状に延びる複数の間隔のあいた指状部分
を規定する共通の周囲を有し、 前記指状部分は、前記中央部分のための冷却フ
インとなるために、前記中央部分から外へ延びる
ように形成され、かつ前記中央部分は、不均一な
厚さの接着剤で、前記集積回路パツケージ上の平
らな表面に取付けるための凸状形を有する、ヒー
トシンク。 2 前記中央部分の凸状形は、その断面の半分の
長さの少なくとも20分の1だけ外部へ膨れる、特
許請求の範囲第1項記載のヒートシンク。 3 前記中央部分の凸状形は、円、楕円、または
放物線の部分のように湾曲される断面を有する、
特許請求の範囲第1項記載のヒートシンク。 4 前記冷却フインは、それが前記凸状中央部分
上にあるとき、前記ヒートシンクが転倒しないよ
うにするための柱を受ける1組の孔を有する、特
許請求の範囲第1項記載のヒートシンク。 5 前記指状部分は、60°−90°の角度で前記中央
部分から外へ曲がり、かつその後前記中央部分と
平行にあるように反対方向に曲がる、特許請求の
範囲第1項記載のヒートシンク。 6 前記指状部分は、前記中央部分から徐々に円
弧状に外へ曲がる、特許請求の範囲第1項記載の
ヒートシンク。 7 前記指状部分のすべては、前記中央部分から
同じ距離で終端する、特許請求の範囲第1項記載
のヒートシンク。 8 前記指状部分は、前記中央部分から比較的長
いおよび比較的短い距離で、周期的に終端する、
特許請求の範囲第1項記載のヒートシンク。 9 前記指状部分は、予め定められた角度でそれ
ぞれの軸に沿つてツイストしている、特許請求の
範囲第1項記載のヒートシンク。 10 平らな頂部および底部表面を有する平らな
サブストレートを備え、前記頂部表面は、半導体
チツプが配設される窪みを有し、前記窪みおよび
前記半導体チツプを覆い、かつ封止剤によつて前
記頂部表面に封止される蓋、および接着剤によつ
て前記底部表面に取付けられるヒートシンクをさ
らに備え、前記ヒートシンクは、中央部分、およ
び前記中央部分から放射状に延びる複数の間隔の
あいた指状部分を有するように形作られる1つの
薄いシート材料からなり、前記中央部分は、前記
接着剤によつて前記底部表面に取付けられる前記
ヒートシンクのほんの一部であり、かつ前記指状
部分は、前記中央部分のための冷却フインとなる
ように、前記底部表面から外へ湾曲されており、
前記中央部分は、凸状形を有し、かつ前記接着剤
は、前記中央部分の周囲の方へ徐々に厚くなつて
いる、集積回路パツケージ。 11 サブストレートを備える集積回路パツケー
ジであつて、ヒートシンクは、接着剤によつて前
記パツケージに取付けられる中央部分を有し、前
記部分は、その断面の半分の長さの少なくとも20
分の1だけ外部へ膨れる凸状形を有し、かつ前記
接着剤は、その中心より前記中央部分の周囲でよ
り厚くなつている、集積回路パツケージ。
Claims: 1. A heat sink for cooling an integrated circuit package, comprising a thin sheet of material having two oppositely oriented major surfaces, the major surfaces extending from a central portion and from the central portion. having a common periphery defining a plurality of radially extending spaced fingers, the fingers being configured to extend outwardly from the central portion to provide cooling fins for the central portion; and wherein the central portion has a convex shape for attachment to a flat surface on the integrated circuit package with an adhesive of non-uniform thickness. 2. The heat sink of claim 1, wherein the convex shape of the central portion bulges outward by at least one-twentieth of the length of half its cross section. 3. The convex shape of the central portion has a cross section that is curved like a circular, elliptical, or parabolic section;
A heat sink according to claim 1. 4. The heat sink of claim 1, wherein the cooling fins have a set of holes for receiving posts to prevent the heat sink from tipping over when it is on the convex central portion. 5. The heat sink of claim 1, wherein the fingers bend outward from the central portion at an angle of 60°-90° and then turn in the opposite direction to be parallel to the central portion. 6. The heat sink of claim 1, wherein the finger-like portions gradually curve outward in an arc from the central portion. 7. The heat sink of claim 1, wherein all of the fingers terminate at the same distance from the central portion. 8. said finger portions periodically terminate at relatively long and relatively short distances from said central portion;
A heat sink according to claim 1. 9. The heat sink of claim 1, wherein the fingers are twisted along their respective axes at a predetermined angle. 10 A flat substrate having flat top and bottom surfaces, the top surface having a recess in which a semiconductor chip is disposed, covering the recess and the semiconductor chip, and covering the recess and the semiconductor chip by an encapsulant. further comprising a lid sealed to a top surface and a heat sink attached to the bottom surface by adhesive, the heat sink having a central portion and a plurality of spaced fingers extending radially from the central portion. the central portion is a small portion of the heat sink that is attached to the bottom surface by the adhesive, and the finger portions are formed to have a curved outwardly from the bottom surface to provide cooling fins for
The integrated circuit package wherein the central portion has a convex shape and the adhesive is gradually thicker toward the periphery of the central portion. 11. An integrated circuit package comprising a substrate, the heat sink having a central portion attached to said package by adhesive, said portion having a length of at least 20 mm over half its cross-section.
An integrated circuit package having a convex shape that bulges outward by a factor of 1, and wherein the adhesive is thicker around the central portion than at the center.
JP61109352A 1985-07-15 1986-05-12 Heat sink Granted JPS6218743A (en)

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US754686 1985-07-15

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