JPH0645488A - Ｉｃチップの温度制御装置 - Google Patents
Ｉｃチップの温度制御装置Info
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- JPH0645488A JPH0645488A JP4353510A JP35351092A JPH0645488A JP H0645488 A JPH0645488 A JP H0645488A JP 4353510 A JP4353510 A JP 4353510A JP 35351092 A JP35351092 A JP 35351092A JP H0645488 A JPH0645488 A JP H0645488A
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- heat
- heat pipe
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- H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
- H01L25/065—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
- H01L25/0652—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the devices being arranged next and on each other, i.e. mixed assemblies
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- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
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- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
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- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting 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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】１または複数のチップの温度制御を広範囲にわ
たり行い、チップ間における電子部品の電気的相互接続
も可能にする装置。 【構成】本発明では、基板上の、チップとの選択された
電気相互接続を導電性および熱伝導性の高い材料からな
る基板に設けられたカラムと結合させることにより、予
め設けられたヒートパイプの作業流体と熱的に直接接触
させる。ヒートパイプは密封されて基板内部に設けら
れ、チップ上の部品と電気的にそして熱的に接続する。
ヒートパイプの作業流体は、部品からの熱をカラムを通
って受け取り、この熱を吸収するため相変化し、この熱
を予め設けられた熱消散手段へ移送する。そして、熱を
放散させた後相変化によって再び作業流体としてヒート
パイプ中を循環する。
たり行い、チップ間における電子部品の電気的相互接続
も可能にする装置。 【構成】本発明では、基板上の、チップとの選択された
電気相互接続を導電性および熱伝導性の高い材料からな
る基板に設けられたカラムと結合させることにより、予
め設けられたヒートパイプの作業流体と熱的に直接接触
させる。ヒートパイプは密封されて基板内部に設けら
れ、チップ上の部品と電気的にそして熱的に接続する。
ヒートパイプの作業流体は、部品からの熱をカラムを通
って受け取り、この熱を吸収するため相変化し、この熱
を予め設けられた熱消散手段へ移送する。そして、熱を
放散させた後相変化によって再び作業流体としてヒート
パイプ中を循環する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子部品チップから、
そのチップの動作中において電子アセンブリに組み込ま
れた装置を利用して、熱を除去することに関するもので
ある。
そのチップの動作中において電子アセンブリに組み込ま
れた装置を利用して、熱を除去することに関するもので
ある。
【０００２】
【従来技術とその問題点】半導体チップ構造体の電子部
品の密度は過去10年間に約1000倍増加しており、これら
チップの動作により発生される熱を除去する必要がある
ことから部分的に制限されている。チップは、信号を一
つのチップから他のチップに伝搬する時間を減少させる
ために互いに一層密接するように設置されている。静的
および動的ランダムアクセスメモリ・ユニット(「RAM 」)
等の部品では動作中ユニットあたり0.25ワットというよ
うな比較的わずかの熱を発生する。信号処理チップ等の
他の半導体デバイスは５〜35ワットの割合で熱エネルギ
を発生する。所定のチップに割当てられる半導体構造の
ための領域が減少するにつれて、熱発生の問題が少なく
とも次の２つの理由で一層扱いにくくなっている。単位
面積あたりおよび単位時間あたり発生する熱はチップの
密度と共に比例して増加すること及び所定のチップはそ
の隣接するチップよりはるかに高い割合で熱を発生する
ことがあり、したがってこれら隣接するチップが動作す
る熱環境に予想外に影響を与えることである。
品の密度は過去10年間に約1000倍増加しており、これら
チップの動作により発生される熱を除去する必要がある
ことから部分的に制限されている。チップは、信号を一
つのチップから他のチップに伝搬する時間を減少させる
ために互いに一層密接するように設置されている。静的
および動的ランダムアクセスメモリ・ユニット(「RAM 」)
等の部品では動作中ユニットあたり0.25ワットというよ
うな比較的わずかの熱を発生する。信号処理チップ等の
他の半導体デバイスは５〜35ワットの割合で熱エネルギ
を発生する。所定のチップに割当てられる半導体構造の
ための領域が減少するにつれて、熱発生の問題が少なく
とも次の２つの理由で一層扱いにくくなっている。単位
面積あたりおよび単位時間あたり発生する熱はチップの
密度と共に比例して増加すること及び所定のチップはそ
の隣接するチップよりはるかに高い割合で熱を発生する
ことがあり、したがってこれら隣接するチップが動作す
る熱環境に予想外に影響を与えることである。
【０００３】半導体デバイスから熱を除去する幾つかの
方法が考案されている。米国特許第3,361,195 号では、
基板に複数の通路を含むヒート・シンクの使用が開示さ
れている。この通路は円環状または放射状の曲りくねっ
た構成を有し、通路を通してデバイスからの熱を受取り
且つ運び去るためのヒート・シンク液体がその通路中に
循環している。この方法では、液体を受取って冷却する
ための外部プレナムさらに通路を通して液体を押し流す
のにエンジンが必要であり、各半導体デバイス、また
は、このようなデバイス群に曲りくねった通路を備えて
いる構造にさせることが要求される。
方法が考案されている。米国特許第3,361,195 号では、
基板に複数の通路を含むヒート・シンクの使用が開示さ
れている。この通路は円環状または放射状の曲りくねっ
た構成を有し、通路を通してデバイスからの熱を受取り
且つ運び去るためのヒート・シンク液体がその通路中に
循環している。この方法では、液体を受取って冷却する
ための外部プレナムさらに通路を通して液体を押し流す
のにエンジンが必要であり、各半導体デバイス、また
は、このようなデバイス群に曲りくねった通路を備えて
いる構造にさせることが要求される。
【０００４】米国特許第3,564,109 号では、熱を除去し
ようとするデバイスのハウジング壁に冷却リブまたは冷
却フィンを設けることが記載されている。リブは単一の
片を成し、ポリエステル樹脂、エポキシド樹脂アラルデ
ィト、シリコン、またはポリプロプレン等の特殊な熱伝
導合成材料から製造される。リブの形状はモールドされ
て露出冷却面積の熱発生材料の体積に対する比を大きく
するようにしてあり、リブは液体を押し流すダクトを備
えることができる。
ようとするデバイスのハウジング壁に冷却リブまたは冷
却フィンを設けることが記載されている。リブは単一の
片を成し、ポリエステル樹脂、エポキシド樹脂アラルデ
ィト、シリコン、またはポリプロプレン等の特殊な熱伝
導合成材料から製造される。リブの形状はモールドされ
て露出冷却面積の熱発生材料の体積に対する比を大きく
するようにしてあり、リブは液体を押し流すダクトを備
えることができる。
【０００５】熱を他の場所に輸送するヒート・パイプの
原理は最初1944年にGaugler(米国特許第2,350,349 号)
により、および1962年にTrefethen(G.E. Co. Tech. Inf
o. Ser. No.615-D114)により論ぜられた。Groverおよび
協同研究者は独立に1964年にヒート・パイプを発明し製
作し(Jour. of Appl. Phys. vol.35(1964)1190〜1191)
、近似的に等温の熱伝達手段としての有効性を実証し
ている。米国特許第4,047,198 号には、誘電体粉末芯(w
ick)材によるヒート・パイプを用いて行うトランジスタ
の冷却が記載されている誘電体芯材料をヒート・パイプ
構造の全ての内側表面および冷却すべき電子デバイスの
全ての露出表面に吹きつけるかまたは付着させる。芯材
はマットとして働く誘電体粉末の順応コーティング(con
formal coating) で、平均長0.08cm、平均直径0.0008cm
のガラスファイバの束を伴う。ヒート・パイプの作業流
体はフルオロケミカルの液体である。冷却機構は電子ア
センブリに組込まれていない。
原理は最初1944年にGaugler(米国特許第2,350,349 号)
により、および1962年にTrefethen(G.E. Co. Tech. Inf
o. Ser. No.615-D114)により論ぜられた。Groverおよび
協同研究者は独立に1964年にヒート・パイプを発明し製
作し(Jour. of Appl. Phys. vol.35(1964)1190〜1191)
、近似的に等温の熱伝達手段としての有効性を実証し
ている。米国特許第4,047,198 号には、誘電体粉末芯(w
ick)材によるヒート・パイプを用いて行うトランジスタ
の冷却が記載されている誘電体芯材料をヒート・パイプ
構造の全ての内側表面および冷却すべき電子デバイスの
全ての露出表面に吹きつけるかまたは付着させる。芯材
はマットとして働く誘電体粉末の順応コーティング(con
formal coating) で、平均長0.08cm、平均直径0.0008cm
のガラスファイバの束を伴う。ヒート・パイプの作業流
体はフルオロケミカルの液体である。冷却機構は電子ア
センブリに組込まれていない。
【０００６】米国特許第4,327,399 号には、芯および作
業流体が満たされているヒート・パイプ空洞と直接連通
する基板の開口にIC（集積回路）が挿入されているICチ
ップに対するヒート・パイプ冷却機構が開示されてい
る。ICもまた芯を支持しているが、ICは直接冷却される
ようヒート・パイプ空洞内の芯と位置合せされている。
基板は作業流体に直接アクセスするため、開口が形成さ
れていなければならない。
業流体が満たされているヒート・パイプ空洞と直接連通
する基板の開口にIC（集積回路）が挿入されているICチ
ップに対するヒート・パイプ冷却機構が開示されてい
る。ICもまた芯を支持しているが、ICは直接冷却される
ようヒート・パイプ空洞内の芯と位置合せされている。
基板は作業流体に直接アクセスするため、開口が形成さ
れていなければならない。
【０００７】ヒート・パイプ装置による基板の冷却は米
国特許第4,519,447 号に開示されている。ヒート・パイ
プには、液状の、基板上に設置されている一つ以上の熱
発生部品の近くを通る作業流体が含まれている。液状
で、低い表面張力を有する作業流体はヒート・パイプの
芯を濡らし、液体は熱発生部品により通常の方法で加熱
され、蒸発する。本特許のー実施例では、作業流体はフ
レオンである。高温で使用される他の実施例では、熱運
搬液は循環ループを満たし、液体水銀等の導電性の液体
で、作業流体に印加される電磁流体力学的力を利用して
無端ループ内に強制流循環が発生する。これら実施例に
は、基板を通じて熱吸収液体を強制的にまたは自然に流
すために基板に閉じた曲りくねった経路を設け、液体を
満たすことが必要である。液体は蒸発温度で吸熱相に変
化し、または相変化なしで基板の熱を吸収することがで
きる。
国特許第4,519,447 号に開示されている。ヒート・パイ
プには、液状の、基板上に設置されている一つ以上の熱
発生部品の近くを通る作業流体が含まれている。液状
で、低い表面張力を有する作業流体はヒート・パイプの
芯を濡らし、液体は熱発生部品により通常の方法で加熱
され、蒸発する。本特許のー実施例では、作業流体はフ
レオンである。高温で使用される他の実施例では、熱運
搬液は循環ループを満たし、液体水銀等の導電性の液体
で、作業流体に印加される電磁流体力学的力を利用して
無端ループ内に強制流循環が発生する。これら実施例に
は、基板を通じて熱吸収液体を強制的にまたは自然に流
すために基板に閉じた曲りくねった経路を設け、液体を
満たすことが必要である。液体は蒸発温度で吸熱相に変
化し、または相変化なしで基板の熱を吸収することがで
きる。
【０００８】米国特許第4,727,454 号では、半導体パワ
ー・モジュール用基板として働く金属化セラミックにヒ
ート・シンクを取付けるため、はんだ付けまたは他の類
似する方法が開示されている。ヒート・シンクは液体凝
縮表面を備えるヒート・パイプで、該液体凝縮表面は基
板と別個のヒートシンクを接続する熱的流通面積より大
きく、またヒート・シンクは基板に組込まれてはいな
い。
ー・モジュール用基板として働く金属化セラミックにヒ
ート・シンクを取付けるため、はんだ付けまたは他の類
似する方法が開示されている。ヒート・シンクは液体凝
縮表面を備えるヒート・パイプで、該液体凝縮表面は基
板と別個のヒートシンクを接続する熱的流通面積より大
きく、またヒート・シンクは基板に組込まれてはいな
い。
【０００９】米国特許第4,859,520 号では、基板から熱
を除去するため誘電体材料層からなる焼結スタックの製
造が記載されており、基板内に液体運搬ダクトの内部系
を設け、基板から熱を除去している。基板は、電気接続
トレースを備える第１の層および冷却に使用される内部
ダクトを備える第２の層から構成されており、これら２
つの層は焼結、のり付けなどにより互いに接着されてお
り、互いに挟まれることはない。フッ素含有冷却液また
は気体を内部ダクトを通して循環させ、基板を冷却して
いる。加熱された流体はオリフィスを通って基板からは
分離されている冷却貯槽に戻り、冷却ダクトおよび冷却
貯槽は閉循環系を形成している。
を除去するため誘電体材料層からなる焼結スタックの製
造が記載されており、基板内に液体運搬ダクトの内部系
を設け、基板から熱を除去している。基板は、電気接続
トレースを備える第１の層および冷却に使用される内部
ダクトを備える第２の層から構成されており、これら２
つの層は焼結、のり付けなどにより互いに接着されてお
り、互いに挟まれることはない。フッ素含有冷却液また
は気体を内部ダクトを通して循環させ、基板を冷却して
いる。加熱された流体はオリフィスを通って基板からは
分離されている冷却貯槽に戻り、冷却ダクトおよび冷却
貯槽は閉循環系を形成している。
【００１０】米国特許第4,878,152 号には、材料を一方
向に圧縮して得られるグラファイトコアを使用して、プ
リント回路板をヒート・シンクに接続する横方向の熱伝
導度が非常に高い材料について記載されている。ここで
は、グラファイトコア層を横断する熱伝導度の異方性を
利用して横方向の熱の大部分が吸収されるので、有効熱
膨張係数が比較的小さい材料を得ることができる。
向に圧縮して得られるグラファイトコアを使用して、プ
リント回路板をヒート・シンクに接続する横方向の熱伝
導度が非常に高い材料について記載されている。ここで
は、グラファイトコア層を横断する熱伝導度の異方性を
利用して横方向の熱の大部分が吸収されるので、有効熱
膨張係数が比較的小さい材料を得ることができる。
【００１１】
【発明の目的】本発明の目的は、上述の問題点を解消
し、ICまたはその基板に組込まれ、一定のICの信号端子
を接続する電気接続トレースを備えた回路冷却機構を備
えた温度制御装置を得ることにある。本発明の他の目的
は冷却機構の温度範囲にフレクシブリティーを持たせ、
回路動作温度を広範囲にわたり任意に選ぶことができ、
多様なパワー消散環境に使用することができる温度制御
装置を提供することにある。
し、ICまたはその基板に組込まれ、一定のICの信号端子
を接続する電気接続トレースを備えた回路冷却機構を備
えた温度制御装置を得ることにある。本発明の他の目的
は冷却機構の温度範囲にフレクシブリティーを持たせ、
回路動作温度を広範囲にわたり任意に選ぶことができ、
多様なパワー消散環境に使用することができる温度制御
装置を提供することにある。
【００１２】
【発明の概要】本発明の一実施例では、流体相変化室と
ヒート・パイプ芯を備え、ヒート・パイプ芯はその変化
室の１または複数の側面に設けられた２以上の電子部品
チップと熱的に接触するように設置される。相変化室は
例えばスラブ内部に形成され、チップから熱を取り出し
てチップの動作温度Tchip を約-40 ℃≦Ｔ≦120 ℃とい
った更に広範の受容可能な範囲に保つ作業流体が含まれ
ている。相変化室は動作流体を更に高い温度で気体とし
て受取るヒートパイプ凝縮室を備えており、作業流体か
ら熱エネルギの大部分を回収し、液体としての作業流体
をヒート・パイプ芯に沿って、相変化室の他端に設置さ
れているヒートパイプ気化室に戻す。作業流体が、液体
の形で、凝縮室から芯内部の気化室の方に移動するにつ
れて、液体は芯に隣接する基板から別の熱を拾い上げ、
この液体は気化室の端部付近に来ると蒸発する。気化し
た流体は今度は気体として圧力の低い凝縮室端の方に移
動し、このプロセスが繰返される。この再循環プロセス
は電子部品チップにより発生され、気化室に（および、
更に少い程度で凝縮室に）伝えられる廃熱により駆動さ
れる。チップとヒート・パイプとの熱的接触は、チップ
部品間の電気接触を行うのに役立つはんだバンプおよび
電気的ヴァイア（「カラム」）により行われる。１また
は複数のチップと基板との間の電気的および熱的接触を
行うにははんだバンプ以外の手段を使用することもでき
る。
ヒート・パイプ芯を備え、ヒート・パイプ芯はその変化
室の１または複数の側面に設けられた２以上の電子部品
チップと熱的に接触するように設置される。相変化室は
例えばスラブ内部に形成され、チップから熱を取り出し
てチップの動作温度Tchip を約-40 ℃≦Ｔ≦120 ℃とい
った更に広範の受容可能な範囲に保つ作業流体が含まれ
ている。相変化室は動作流体を更に高い温度で気体とし
て受取るヒートパイプ凝縮室を備えており、作業流体か
ら熱エネルギの大部分を回収し、液体としての作業流体
をヒート・パイプ芯に沿って、相変化室の他端に設置さ
れているヒートパイプ気化室に戻す。作業流体が、液体
の形で、凝縮室から芯内部の気化室の方に移動するにつ
れて、液体は芯に隣接する基板から別の熱を拾い上げ、
この液体は気化室の端部付近に来ると蒸発する。気化し
た流体は今度は気体として圧力の低い凝縮室端の方に移
動し、このプロセスが繰返される。この再循環プロセス
は電子部品チップにより発生され、気化室に（および、
更に少い程度で凝縮室に）伝えられる廃熱により駆動さ
れる。チップとヒート・パイプとの熱的接触は、チップ
部品間の電気接触を行うのに役立つはんだバンプおよび
電気的ヴァイア（「カラム」）により行われる。１また
は複数のチップと基板との間の電気的および熱的接触を
行うにははんだバンプ以外の手段を使用することもでき
る。
【００１３】本発明に係る装置では、作業流体から回収
された熱エネルギの大部分または全部を受取るヒートパ
イプ凝縮室に隣接し且つ熱的に接触して設けられた熱消
散手段も含む。作業流体によりチップから回収される熱
エネルギの電力密度Ｐは0.5ワット/cm2≦Ｐ≦50ワット/
cm2の範囲にある。作業流体は、液体の形での表面張力
が比較的高く、蒸発温度Tvapが-40 ℃≦Tvap≦120 ℃の
範囲にある流体中から選ぶのが望ましい。チップを支持
する基板は電気接続トレースを備えており、このトレー
スは一般に基板表面に平行で、金属等のまたは他の導電
材料でよい。これらのトレースは、一方向でこれらから
基板表面に隣接する１以上のチップまで伸び、反対方向
でこれらのトレースからヒート・パイプ芯の方に延長す
る導電カラムと接触している。これら導電性カラムはト
レースに接続された導電性ヴァイアとして働き、チップ
から発生した熱をヒートパイプに導いて他の場所で除去
する熱伝導性ヴァイアとしても役立つ。
された熱エネルギの大部分または全部を受取るヒートパ
イプ凝縮室に隣接し且つ熱的に接触して設けられた熱消
散手段も含む。作業流体によりチップから回収される熱
エネルギの電力密度Ｐは0.5ワット/cm2≦Ｐ≦50ワット/
cm2の範囲にある。作業流体は、液体の形での表面張力
が比較的高く、蒸発温度Tvapが-40 ℃≦Tvap≦120 ℃の
範囲にある流体中から選ぶのが望ましい。チップを支持
する基板は電気接続トレースを備えており、このトレー
スは一般に基板表面に平行で、金属等のまたは他の導電
材料でよい。これらのトレースは、一方向でこれらから
基板表面に隣接する１以上のチップまで伸び、反対方向
でこれらのトレースからヒート・パイプ芯の方に延長す
る導電カラムと接触している。これら導電性カラムはト
レースに接続された導電性ヴァイアとして働き、チップ
から発生した熱をヒートパイプに導いて他の場所で除去
する熱伝導性ヴァイアとしても役立つ。
【００１４】
【発明の実施例】図１は本発明の一実施例11を示す断面
図である。複数の電子部品チップ13は基板12の対向する
二つの表面上に設置されている。基板12は厚さｈ( ｈ≦
１cm）のスラブ15として形成されており、その内部に一
つまたは複数の中空のヒート・パイプ・チャネル17を備
えている。スラブ15およびその中空のチャネル17はヒー
トパイプ室を形成しており、液体移送芯(liquid-carryi
ng wick)19は各チャネル17の外部境界に設けられ、この
ようなチャネルの長さだけ延びている。中空のチャネル
17の第１の端部は気化室21として機能する。ヒート・パ
イプの作業流体に対する蒸気−液体界面は気化室21の端
部またはその付近に位置する。中空のチャネル17の第２
の端部は、気体から液体への相変化する際に生じるその
流体の気化熱を除去した後、加熱気体を液体に変換させ
る凝縮室23を形成している。本発明の一実施例では、チ
ャネル17の第２の端部には、凝縮室23と熱的に接触し
て、複数のフィンまたは熱ラジエータ25が設けられてい
る。これにより、そこからの熱を受けつけ、これを放射
および自然または強制空気対流により消散させている。
一または複数のチップにより発生された熱は直接基板材
を横断して気化室21に移すことができるが、以下に述べ
るように、垂直に位置する熱伝導カラムを使用してチッ
プからヒート・パイプに一層効率良く移すこともでき
る。
図である。複数の電子部品チップ13は基板12の対向する
二つの表面上に設置されている。基板12は厚さｈ( ｈ≦
１cm）のスラブ15として形成されており、その内部に一
つまたは複数の中空のヒート・パイプ・チャネル17を備
えている。スラブ15およびその中空のチャネル17はヒー
トパイプ室を形成しており、液体移送芯(liquid-carryi
ng wick)19は各チャネル17の外部境界に設けられ、この
ようなチャネルの長さだけ延びている。中空のチャネル
17の第１の端部は気化室21として機能する。ヒート・パ
イプの作業流体に対する蒸気−液体界面は気化室21の端
部またはその付近に位置する。中空のチャネル17の第２
の端部は、気体から液体への相変化する際に生じるその
流体の気化熱を除去した後、加熱気体を液体に変換させ
る凝縮室23を形成している。本発明の一実施例では、チ
ャネル17の第２の端部には、凝縮室23と熱的に接触し
て、複数のフィンまたは熱ラジエータ25が設けられてい
る。これにより、そこからの熱を受けつけ、これを放射
および自然または強制空気対流により消散させている。
一または複数のチップにより発生された熱は直接基板材
を横断して気化室21に移すことができるが、以下に述べ
るように、垂直に位置する熱伝導カラムを使用してチッ
プからヒート・パイプに一層効率良く移すこともでき
る。
【００１５】図１に示すように、ヒート・パイプは閉じ
られた室または管で、選択された流体（「作業流体」）
の液体と気体との混合体が部分的に詰められており、チ
ャネルの第１の端部（気化室）はその中にある液体を毛
細管作用により輸送する多孔質の芯材と整列している。
ヒート・パイプの第１の端部は外部環境（チップ）から
熱を受け、この熱は液体の一部を加熱、蒸発させ、これ
により蒸発をチャネルの第２の端部（凝縮器）へ追い込
む圧力差が生じる。チャネルの凝縮器端部では温度が低
く、ここに到達する蒸気はそこから除去される熱を持っ
ており、芯19により取上げられる液体に凝縮する。芯19
はこの液体を毛細管力によりチャネルの気化室端部に輸
送し、そこで気化および凝縮のサイクルが繰返される。
室の凝縮端部での気体の液体への凝縮により少なくとも
この気体の気化熱に等しい熱エネルギが開放され、この
熱エネルギは室の凝縮端部に隣接している他の手段によ
り消散される。この工程は、芯に適量の作業液体が詰ま
っていて乾燥してしまわない限り、および蒸気・液体・
壁の境界で充分な毛細管力が維持されている限り、繰り
返し行われる。
られた室または管で、選択された流体（「作業流体」）
の液体と気体との混合体が部分的に詰められており、チ
ャネルの第１の端部（気化室）はその中にある液体を毛
細管作用により輸送する多孔質の芯材と整列している。
ヒート・パイプの第１の端部は外部環境（チップ）から
熱を受け、この熱は液体の一部を加熱、蒸発させ、これ
により蒸発をチャネルの第２の端部（凝縮器）へ追い込
む圧力差が生じる。チャネルの凝縮器端部では温度が低
く、ここに到達する蒸気はそこから除去される熱を持っ
ており、芯19により取上げられる液体に凝縮する。芯19
はこの液体を毛細管力によりチャネルの気化室端部に輸
送し、そこで気化および凝縮のサイクルが繰返される。
室の凝縮端部での気体の液体への凝縮により少なくとも
この気体の気化熱に等しい熱エネルギが開放され、この
熱エネルギは室の凝縮端部に隣接している他の手段によ
り消散される。この工程は、芯に適量の作業液体が詰ま
っていて乾燥してしまわない限り、および蒸気・液体・
壁の境界で充分な毛細管力が維持されている限り、繰り
返し行われる。
【００１６】図２には、基板12に１以上のヒート・パイ
プ・チャネル17が設置される、図１の実施例と矛盾しな
い、本発明の他の実施例が示されている。基板12にはそ
の一端に気化室21を備えた一つまたは複数の中空のチャ
ネル17がある。チャネル17の一方の端部の凝縮器23には
複数の熱ラジエータまたはフィン25が設けられている。
１以上のチップ13が基板12の表面の室の気化室端部に設
けられている。図２では、基板12には長方形のスラブが
用いられていることが示されている。
プ・チャネル17が設置される、図１の実施例と矛盾しな
い、本発明の他の実施例が示されている。基板12にはそ
の一端に気化室21を備えた一つまたは複数の中空のチャ
ネル17がある。チャネル17の一方の端部の凝縮器23には
複数の熱ラジエータまたはフィン25が設けられている。
１以上のチップ13が基板12の表面の室の気化室端部に設
けられている。図２では、基板12には長方形のスラブが
用いられていることが示されている。
【００１７】図３には、円形または楕円形のスラブ12a
を使用し、チップ13a 及び気化室21a がスラブ12a の円
周近くに設置され、凝縮室23a が中央付近に設置されて
いる別の実施例29が示されている。蒸気の流れはほぼ内
側半径方向で、芯中の液体の流れはほぼ外側半径方向で
ある。図４に示す円形または楕円形のスラブを使用して
いる他の実施例30では、気化室21b を円形または楕円形
のスラブ12b の中央付近に設置することができ、凝縮室
23b を平板の円周に近くに設置させることが可能であ
る。
を使用し、チップ13a 及び気化室21a がスラブ12a の円
周近くに設置され、凝縮室23a が中央付近に設置されて
いる別の実施例29が示されている。蒸気の流れはほぼ内
側半径方向で、芯中の液体の流れはほぼ外側半径方向で
ある。図４に示す円形または楕円形のスラブを使用して
いる他の実施例30では、気化室21b を円形または楕円形
のスラブ12b の中央付近に設置することができ、凝縮室
23b を平板の円周に近くに設置させることが可能であ
る。
【００１８】図５に示す本発明の他の実施例31では、複
数のチップ33がヒート・パイプ・ハウジングの一端に設
けられており、該ハウジングにはヒート・パイプ・チャ
ネル37の第１の端部に基板32の一部として構成された気
化室35が含まれている。ヒート・パイプ・チャネル37の
第１の端部には誘電体または電気絶縁材料の基体36が設
けられ、これには扇形に似た形状の気化室のチャネルが
形成されている。ヒート・パイプ・チャネル37の第２の
端部は、熱放散の面積を大きくするように扇形状のすな
わち末広がりの、一つまたは複数の凝縮室39を備え、そ
の中に凝縮室チャネル溝を形成されており、基体36とは
異なる材料から成る基体38を含む。
数のチップ33がヒート・パイプ・ハウジングの一端に設
けられており、該ハウジングにはヒート・パイプ・チャ
ネル37の第１の端部に基板32の一部として構成された気
化室35が含まれている。ヒート・パイプ・チャネル37の
第１の端部には誘電体または電気絶縁材料の基体36が設
けられ、これには扇形に似た形状の気化室のチャネルが
形成されている。ヒート・パイプ・チャネル37の第２の
端部は、熱放散の面積を大きくするように扇形状のすな
わち末広がりの、一つまたは複数の凝縮室39を備え、そ
の中に凝縮室チャネル溝を形成されており、基体36とは
異なる材料から成る基体38を含む。
【００１９】図１から図５には全てではないが、ヒート
・パイプを電気的接続基板の中に組み込む本発明の幾つ
かの特徴を示している。図６は基板の気化室端部の端面
断面図であり、本発明の他の多数の特徴を示している。
基板41には基板内部に第１および第２の対向基板表面4
7、49の付近にそれとほぼ平行に、複数の電気接続トレ
ース43、45が設けられている。基板41はその内部に、各
々が熱を除去し、局部の温度を制御する一体形成された
ヒート・パイプとして働く複数の封止された中空のチャ
ネル51をも備えている。１または複数のチップ53、55が
対向基板面47、49の各々に隣接して設置されており、第
１のチップ53は、チップ53と基板の第１の表面47との間
に突出する複数の導電性且つ伝熱性の「はんだバンプ」
53a 、53b、53c により基板41と接続するかまたは基板4
1との直接接触を緩和させている。同様に、第２のチッ
プ55はチップ55と基板41の第２の表面49との間に突出す
る複数のはんだバンプ55a 、55b 、55c により基板41に
接続されるか、または基板41との直接接触を緩和させ
る。
・パイプを電気的接続基板の中に組み込む本発明の幾つ
かの特徴を示している。図６は基板の気化室端部の端面
断面図であり、本発明の他の多数の特徴を示している。
基板41には基板内部に第１および第２の対向基板表面4
7、49の付近にそれとほぼ平行に、複数の電気接続トレ
ース43、45が設けられている。基板41はその内部に、各
々が熱を除去し、局部の温度を制御する一体形成された
ヒート・パイプとして働く複数の封止された中空のチャ
ネル51をも備えている。１または複数のチップ53、55が
対向基板面47、49の各々に隣接して設置されており、第
１のチップ53は、チップ53と基板の第１の表面47との間
に突出する複数の導電性且つ伝熱性の「はんだバンプ」
53a 、53b、53c により基板41と接続するかまたは基板4
1との直接接触を緩和させている。同様に、第２のチッ
プ55はチップ55と基板41の第２の表面49との間に突出す
る複数のはんだバンプ55a 、55b 、55c により基板41に
接続されるか、または基板41との直接接触を緩和させ
る。
【００２０】はんだバンプ53a 及び55a は、基板41のそ
れぞれ第１及び第２の表面47、49の所定の位置に設置さ
れており、それぞれ伝導性カラムまたはヴァイア57a 、
59aに電気的および熱的に接続されており、これらヴァ
イアはタングステン、銅、銀、金、または他の適切な伝
導性材料等の導電性および熱伝導性材料から成り、それ
ぞれのトレース43、45に接続している。伝導性はんだバ
ンプ53a （または55a）および伝導性ヴァイア57a （ま
たは59a ）は共にチップ53（または55）から基板41の内
部に突出する伝導性カラムを形成し、チップ53、55から
トレース43、45への導電経路、また、チップ53、55から
ヒート・パイプ室の一部であるチャネル51への熱伝導経
路を提供する。これら伝導性カラム53a/57a および55a/
59a は適切な材料から特別に作られたカラムであること
が望ましい。随意に、伝導性カラム53a/57a および55a/
59a をヒート・パイプのチャネル51のエッジまで、ま
た、その内部を貫通するまで伸長させることができる。
代わりに、伝導性カラム53a/57a および55a/59a を基板
内部を貫通してチャネル51のエッジにある芯56まで伸長
させて、ヒート・パイプ・チャネルの内部を横断しない
ようにすることができる。タングステン、アルミニウ
ム、銅、銀、金、または同様の金属を含有する金属化合
物はカラムまたはヴァイアの材料に適している。
れぞれ第１及び第２の表面47、49の所定の位置に設置さ
れており、それぞれ伝導性カラムまたはヴァイア57a 、
59aに電気的および熱的に接続されており、これらヴァ
イアはタングステン、銅、銀、金、または他の適切な伝
導性材料等の導電性および熱伝導性材料から成り、それ
ぞれのトレース43、45に接続している。伝導性はんだバ
ンプ53a （または55a）および伝導性ヴァイア57a （ま
たは59a ）は共にチップ53（または55）から基板41の内
部に突出する伝導性カラムを形成し、チップ53、55から
トレース43、45への導電経路、また、チップ53、55から
ヒート・パイプ室の一部であるチャネル51への熱伝導経
路を提供する。これら伝導性カラム53a/57a および55a/
59a は適切な材料から特別に作られたカラムであること
が望ましい。随意に、伝導性カラム53a/57a および55a/
59a をヒート・パイプのチャネル51のエッジまで、ま
た、その内部を貫通するまで伸長させることができる。
代わりに、伝導性カラム53a/57a および55a/59a を基板
内部を貫通してチャネル51のエッジにある芯56まで伸長
させて、ヒート・パイプ・チャネルの内部を横断しない
ようにすることができる。タングステン、アルミニウ
ム、銅、銀、金、または同様の金属を含有する金属化合
物はカラムまたはヴァイアの材料に適している。
【００２１】典型的なはんだバンプ・アレイの中心間距
離は約250 μm で、各はんだバンプの直径は約150 μm
、基板上のバンプの高さは約75μm である。ワットあ
たり（バンプあたり）約120 ℃の熱抵抗に対して、500
個のはんだバンプを配列させると等価熱抵抗はワットあ
たり0.24℃であり、これは妥当である。半球形はんだバ
ンプの温度を上昇させ、はんだバンプが軟化し、流動す
るまでになると、はんだバンプ53a を電気的ヴァイア57
a と接触させ、ほぼ双曲面回転体が構成されるまで冷却
する。置換が電気的および熱的に伝導性である限り、は
んだバンプをワイヤボンドのような他の材料または構成
で置換えることができる。
離は約250 μm で、各はんだバンプの直径は約150 μm
、基板上のバンプの高さは約75μm である。ワットあ
たり（バンプあたり）約120 ℃の熱抵抗に対して、500
個のはんだバンプを配列させると等価熱抵抗はワットあ
たり0.24℃であり、これは妥当である。半球形はんだバ
ンプの温度を上昇させ、はんだバンプが軟化し、流動す
るまでになると、はんだバンプ53a を電気的ヴァイア57
a と接触させ、ほぼ双曲面回転体が構成されるまで冷却
する。置換が電気的および熱的に伝導性である限り、は
んだバンプをワイヤボンドのような他の材料または構成
で置換えることができる。
【００２２】はんだバンプ53a を一方向性導電製品の一
つであるZ-poly接着剤（A.I. Technology 製）から成
る、複数のほぼ球形の物体と置き換えることができる。
このようなZ-poly接着剤の製品データシートによれば、
固有電気抵抗は、接着剤に使用されている金属充填剤に
より運ばれる単位面積あたりの電流により、約５×10-5
オーム・cmから約10-5オーム・cmの範囲にあることがわ
かる。結合の剪断強さは接着剤が受ける熱サイクルの数
が増加すると共に約４分の１に減少するが、結合の剪断
強さはなお妥当である。接触抵抗は、周囲温度がT ＝85
℃以下に保たれていれば、熱サイクル数の増加と共に２
倍未満だけ増加する。金属原子の移動は銀充填剤の場合
問題になるが、金、白金パラジウム、チタン、ジルコニ
ウム、アルミニウム、タングステン、ニッケル、錫、お
よびコバーンを含有する金属充填剤では移動が生じな
い。鉛、はんだ、銅、亜鉛、燐、青銅を含有する金属充
填剤を有する接着剤の移動の傾向はこれら両極端の場合
の間になる。貴金属充填剤はすべて重合接着剤が耐え得
る程の高い温度まで熱的に安定である。
つであるZ-poly接着剤（A.I. Technology 製）から成
る、複数のほぼ球形の物体と置き換えることができる。
このようなZ-poly接着剤の製品データシートによれば、
固有電気抵抗は、接着剤に使用されている金属充填剤に
より運ばれる単位面積あたりの電流により、約５×10-5
オーム・cmから約10-5オーム・cmの範囲にあることがわ
かる。結合の剪断強さは接着剤が受ける熱サイクルの数
が増加すると共に約４分の１に減少するが、結合の剪断
強さはなお妥当である。接触抵抗は、周囲温度がT ＝85
℃以下に保たれていれば、熱サイクル数の増加と共に２
倍未満だけ増加する。金属原子の移動は銀充填剤の場合
問題になるが、金、白金パラジウム、チタン、ジルコニ
ウム、アルミニウム、タングステン、ニッケル、錫、お
よびコバーンを含有する金属充填剤では移動が生じな
い。鉛、はんだ、銅、亜鉛、燐、青銅を含有する金属充
填剤を有する接着剤の移動の傾向はこれら両極端の場合
の間になる。貴金属充填剤はすべて重合接着剤が耐え得
る程の高い温度まで熱的に安定である。
【００２３】IC冷却装置に使用する作業流体はその動作
温度が約-40 ℃≦Ｔ≦120 ℃の範囲から選択したものが
好ましく、気化温度Tvapは、動作ICを維持すべき温度Tc
hipにほぼ等しいか、摂氏数度下にあるべきである。次
の表１には、各種の液体、その気化温度、およびこれら
の目的に適している気化温度での表面張力を示す。
温度が約-40 ℃≦Ｔ≦120 ℃の範囲から選択したものが
好ましく、気化温度Tvapは、動作ICを維持すべき温度Tc
hipにほぼ等しいか、摂氏数度下にあるべきである。次
の表１には、各種の液体、その気化温度、およびこれら
の目的に適している気化温度での表面張力を示す。
【表１】
【００２４】非導電性基板材料に有用な材料にはこれら
に限られるものではないが、例えば、Kyocera Al2O3 セ
ラミック、Sumitomo焼結AIN およびアンドープシリコン
があり、これらの熱伝導度はそれぞれ0.1673、1.7987、
および1.5(W/cm・℃) で、熱膨張係数はそれぞれ１℃に
あたり7.0 ×10-6、4.5 ×10-6、および2.6 ×10-6であ
る。基板および半導体チップ材の熱膨張係数は、可能な
限り厳密に、好ましくは差が３×10-6/ ℃以内に、合致
して熱膨張不整合応力が大きくなり過ぎないようにする
ことが重要である。
に限られるものではないが、例えば、Kyocera Al2O3 セ
ラミック、Sumitomo焼結AIN およびアンドープシリコン
があり、これらの熱伝導度はそれぞれ0.1673、1.7987、
および1.5(W/cm・℃) で、熱膨張係数はそれぞれ１℃に
あたり7.0 ×10-6、4.5 ×10-6、および2.6 ×10-6であ
る。基板および半導体チップ材の熱膨張係数は、可能な
限り厳密に、好ましくは差が３×10-6/ ℃以内に、合致
して熱膨張不整合応力が大きくなり過ぎないようにする
ことが重要である。
【００２５】図７は他の実施例60の断面端面図であり、
図６のものとほぼ同様であるが、カラムまたはヴァイア
54が図示するように一面から他の側の対向面まで基板41
を貫通して伸びている。カラム54がヒート・パイプ・チ
ャネル51を通過し、したがって作業流体および／または
芯材56と接触するところで、カラム54にセラミック等の
材料から作られた電気絶縁シース52が設けられる。この
シースは、作業流体または芯材料が電気的に導通する場
合、カラムが作業流体または芯材料と電気的に接触しな
いよう隔離している。図７に示す実施例60はヒート・パ
イプ・チャネル56の対向面上のチップ間で１以上の電気
接続を行わなければならない場合に使用することができ
る。シース52の厚さはカラム54とヒート・パイプ・チャ
ネルの含有物との電気絶縁をおこなうものであるが、熱
エネルギが流れる経路ともなる。
図６のものとほぼ同様であるが、カラムまたはヴァイア
54が図示するように一面から他の側の対向面まで基板41
を貫通して伸びている。カラム54がヒート・パイプ・チ
ャネル51を通過し、したがって作業流体および／または
芯材56と接触するところで、カラム54にセラミック等の
材料から作られた電気絶縁シース52が設けられる。この
シースは、作業流体または芯材料が電気的に導通する場
合、カラムが作業流体または芯材料と電気的に接触しな
いよう隔離している。図７に示す実施例60はヒート・パ
イプ・チャネル56の対向面上のチップ間で１以上の電気
接続を行わなければならない場合に使用することができ
る。シース52の厚さはカラム54とヒート・パイプ・チャ
ネルの含有物との電気絶縁をおこなうものであるが、熱
エネルギが流れる経路ともなる。
【００２６】図８には他の実施例70の断面端面図で示さ
れている。基板71は、ヒート・パイプ・チャネルとして
作用する複数の封止された中空のチャネル73を備えてお
り、複数のはんだバンプ75a 、75b 、77a 、77b によっ
て図示のように隣接チップ83、85を電気的ヴァイア79a
、79b 、81a 、81b と電気的及び熱的に接続される。7
9a および81b のような電気的ヴァイアの所定の組合わ
せは、ヒート・パイプ・チャネル73およびそのヒート・
パイプに使用される芯87を通過するヴァイア80aにより
共に電気的および熱的に接続される。チップ83または85
の電子部品は導電性カラム80a 、80b および電気接続ト
レース76a 、76b 、78a 78b を介して１以上の他のチッ
プ（図示せず）の電子部品にも接続させることができ
る。80a 等のヴァイアがヒート・パイプ・チャネル73を
通過する位置で、そのヒート・パイプ・チャネルにある
ヒート・パイプ作業流体はヴァイア80a との接触により
直接加熱される。この実施例では、作業流体および芯に
使用される材料は、79a 、79b等の分離した電気的ヴァ
イアが芯材料によりまたは作業流体により終端する電気
経路により共に電気的に短絡しないように非導電性でな
ければならない。ここでの適切な非導電性作業流体はFl
utee PP2である。図８に示す実施例に使用されるヒート
・パイプ芯および作業流体として非導電性の芯材料およ
び作業流体を使用することも望ましい。図６、図７、お
よび図８に示す実施例において、ヒート・パイプ・チャ
ネルの直径は10から300 ミル(250〜7600μm)の範囲とす
ることができる。
れている。基板71は、ヒート・パイプ・チャネルとして
作用する複数の封止された中空のチャネル73を備えてお
り、複数のはんだバンプ75a 、75b 、77a 、77b によっ
て図示のように隣接チップ83、85を電気的ヴァイア79a
、79b 、81a 、81b と電気的及び熱的に接続される。7
9a および81b のような電気的ヴァイアの所定の組合わ
せは、ヒート・パイプ・チャネル73およびそのヒート・
パイプに使用される芯87を通過するヴァイア80aにより
共に電気的および熱的に接続される。チップ83または85
の電子部品は導電性カラム80a 、80b および電気接続ト
レース76a 、76b 、78a 78b を介して１以上の他のチッ
プ（図示せず）の電子部品にも接続させることができ
る。80a 等のヴァイアがヒート・パイプ・チャネル73を
通過する位置で、そのヒート・パイプ・チャネルにある
ヒート・パイプ作業流体はヴァイア80a との接触により
直接加熱される。この実施例では、作業流体および芯に
使用される材料は、79a 、79b等の分離した電気的ヴァ
イアが芯材料によりまたは作業流体により終端する電気
経路により共に電気的に短絡しないように非導電性でな
ければならない。ここでの適切な非導電性作業流体はFl
utee PP2である。図８に示す実施例に使用されるヒート
・パイプ芯および作業流体として非導電性の芯材料およ
び作業流体を使用することも望ましい。図６、図７、お
よび図８に示す実施例において、ヒート・パイプ・チャ
ネルの直径は10から300 ミル(250〜7600μm)の範囲とす
ることができる。
【００２７】図９は本発明の他の実施例90の断面端面図
であり、ここでは１以上のチップ91が反転され、チップ
の電気接点がチップの上面に露出している。第１のチッ
プ91はセラミックまたは他の非導電材料から成る基板93
に取り付けられ、基板には１つまたは複数の熱伝導性ヴ
ァイアまたはカラム95a 、95b 、95c が設けられてい
る。第２のチップ97は基板93に設置され、基板には第２
の複数の熱伝導性ヴァイアまたはカラム99a 、99b 、99
c が設けられている。基板93の内部に、１以上の中空の
ヒート・パイプ・チャネル101 が形成されており、95a
または99a のような各ヴァイアまたはカラムがそれぞれ
のチップ91または97の下側表面よりヒート・パイプ・チ
ャネル101 の境界まで、またはそれを越えて伸長してい
る。ヒート・パイプ・チャネル101 は、ヒート・パイプ
・チャネルの境界に沿って設置された適切な材料の芯10
3 を備えており、また、上述した作用を有する、ヒート
・パイプ・チャネルに含まれる作業流体を備えている。
チップ91（または97）の露出表面に、そのチップに対す
る１以上の電気接点105a、105b（または107 ）が設けら
れており、１以上の電気接続109aおよび109b（または11
1 ）はチップ91（または97）と図９には示してない他の
チップとの間の電気接続を行う。ヒート・パイプ・チャ
ネル101 から離れて設置されいる導電性ヴァイアまたは
カラム113 は基板の異なる表面に設けられる、91、97等
の、チップの間の電気的相互接続を行う。導電性カラム
113 はそれに接続された１以上の電気接続トレース115
、117 を備え、異なるチップ上に設置された２以上の
電子部品の間の電気接続を行うことができる。
であり、ここでは１以上のチップ91が反転され、チップ
の電気接点がチップの上面に露出している。第１のチッ
プ91はセラミックまたは他の非導電材料から成る基板93
に取り付けられ、基板には１つまたは複数の熱伝導性ヴ
ァイアまたはカラム95a 、95b 、95c が設けられてい
る。第２のチップ97は基板93に設置され、基板には第２
の複数の熱伝導性ヴァイアまたはカラム99a 、99b 、99
c が設けられている。基板93の内部に、１以上の中空の
ヒート・パイプ・チャネル101 が形成されており、95a
または99a のような各ヴァイアまたはカラムがそれぞれ
のチップ91または97の下側表面よりヒート・パイプ・チ
ャネル101 の境界まで、またはそれを越えて伸長してい
る。ヒート・パイプ・チャネル101 は、ヒート・パイプ
・チャネルの境界に沿って設置された適切な材料の芯10
3 を備えており、また、上述した作用を有する、ヒート
・パイプ・チャネルに含まれる作業流体を備えている。
チップ91（または97）の露出表面に、そのチップに対す
る１以上の電気接点105a、105b（または107 ）が設けら
れており、１以上の電気接続109aおよび109b（または11
1 ）はチップ91（または97）と図９には示してない他の
チップとの間の電気接続を行う。ヒート・パイプ・チャ
ネル101 から離れて設置されいる導電性ヴァイアまたは
カラム113 は基板の異なる表面に設けられる、91、97等
の、チップの間の電気的相互接続を行う。導電性カラム
113 はそれに接続された１以上の電気接続トレース115
、117 を備え、異なるチップ上に設置された２以上の
電子部品の間の電気接続を行うことができる。
【００２８】作業流体は、芯内の対抗力に勝つために、
可能な限り大きい表面張力δ（単位長あたりの力）を持
つべきである。表面張力に関する一つの制約は、発生す
る駆動力が作業流体の凝縮室から膨張室への動きに対抗
する重力と芯摩擦力との和より大きいということであ
る。この制約は表面張力δが次の式で表すことができ
る。 δ cosθw ＞ａｈρｇ／4 ＋４ｆw LQ／ｎπａ2 ここでは、ａは芯の細孔の直径、ρは芯内の作業流体の
質量密度、ｈ及びＬはそれぞれ芯の端から端までの高さ
の差および端から端までの長さ、ｇは重力パラメータ、
ｆw は芯細孔の表面により作業流体に加えられる単位面
積あたりおよび単位速度あたりの摩擦力、Ｑは芯導管ア
センブリを通る体積流量、ｎは作業流体がそれを通して
流れるのに利用する芯導管の平均数、θw は作業流体の
濡れ角で部分的には作業流体の表面張力特性によって決
まる。θw の典型的な値は約0.5 である。
可能な限り大きい表面張力δ（単位長あたりの力）を持
つべきである。表面張力に関する一つの制約は、発生す
る駆動力が作業流体の凝縮室から膨張室への動きに対抗
する重力と芯摩擦力との和より大きいということであ
る。この制約は表面張力δが次の式で表すことができ
る。 δ cosθw ＞ａｈρｇ／4 ＋４ｆw LQ／ｎπａ2 ここでは、ａは芯の細孔の直径、ρは芯内の作業流体の
質量密度、ｈ及びＬはそれぞれ芯の端から端までの高さ
の差および端から端までの長さ、ｇは重力パラメータ、
ｆw は芯細孔の表面により作業流体に加えられる単位面
積あたりおよび単位速度あたりの摩擦力、Ｑは芯導管ア
センブリを通る体積流量、ｎは作業流体がそれを通して
流れるのに利用する芯導管の平均数、θw は作業流体の
濡れ角で部分的には作業流体の表面張力特性によって決
まる。θw の典型的な値は約0.5 である。
【００２９】液体の表面張力δは、1982年発行の「Heat
Pipe 」第３版(Pergamon Press)の272 〜281 ページに
掲載される付録Ａに示される、水、有機液体、および液
体金属を含む18の物質についてのδ(T) の値を調べるこ
とによってわかるように、温度Ｔの上昇と共に激しく減
少する。これらのデータから、表１の材料に対するδ(T
＝Tvap) は0.87から5.89ニュートン／メートルまで変わ
るが、これは適切であることが理解される。
Pipe 」第３版(Pergamon Press)の272 〜281 ページに
掲載される付録Ａに示される、水、有機液体、および液
体金属を含む18の物質についてのδ(T) の値を調べるこ
とによってわかるように、温度Ｔの上昇と共に激しく減
少する。これらのデータから、表１の材料に対するδ(T
＝Tvap) は0.87から5.89ニュートン／メートルまで変わ
るが、これは適切であることが理解される。
【００３０】図１、図２、または図５のどれかを参照す
ると、本発明に使用されるヒート・パイプの凝縮端部
は、その温度を制御しようとする電子部品を保持してい
る一つまたは複数のチップには隣接していない。したが
って、ヒート・パイプの凝縮端部を囲むかまたはそれに
隣接する材料はヒート・パイプの膨張端部を囲むかまた
はそれに隣接する材料とは相違してもよい。ヒート・パ
イプの凝縮端部は、基板材料が片持梁形の凝縮端部およ
びフィンまたは凝縮端部により支持される他の熱消散手
段を支持するのに充分な強さがある限り、片持梁とする
ことも可能である。
ると、本発明に使用されるヒート・パイプの凝縮端部
は、その温度を制御しようとする電子部品を保持してい
る一つまたは複数のチップには隣接していない。したが
って、ヒート・パイプの凝縮端部を囲むかまたはそれに
隣接する材料はヒート・パイプの膨張端部を囲むかまた
はそれに隣接する材料とは相違してもよい。ヒート・パ
イプの凝縮端部は、基板材料が片持梁形の凝縮端部およ
びフィンまたは凝縮端部により支持される他の熱消散手
段を支持するのに充分な強さがある限り、片持梁とする
ことも可能である。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る温度
制御装置は作業流体を相変化を利用することにより吸熱
−放熱を循環させ、基板内に組み込むことにより、組み
込まれたICチップだけでなく、電気的に相互接続する隣
接する他のICに対しても温度補償をおこなうことができ
る。
制御装置は作業流体を相変化を利用することにより吸熱
−放熱を循環させ、基板内に組み込むことにより、組み
込まれたICチップだけでなく、電気的に相互接続する隣
接する他のICに対しても温度補償をおこなうことができ
る。
【図１】本発明のー実施例である装置の断面図。
【図２】図２の平面図。
【図３】本発明の他の実施例である装置の平面図。
【図４】本発明の他の実施例である装置の平面図。
【図５】本発明の他の実施例である装置の部分平面図。
【図６】本発明の他の実施例である装置の部分側面図。
【図７】本発明の他の実施例である装置の部分端面図。
【図８】本発明の他の実施例である装置の部分端面図。
１２、３２、４１、７１：基板 １５、１２a 、１２b ：スラブ １３、１３a 、１３b 、３３、５３、５５、８８、８、
９１、９７：チップ １７、３７、５１、７３、１０１：ヒート・パイプ・チ
ャネル ２５：ラジエータ ３６、３８：基体 ５３a 、５３b 、５３c 、５５a 、５５b 、５５c ：は
んだバンプ ７５a 、７５b 、７７a 、７７b ：はんだバンプ ５７a 、５９c 、７９a 、７９b 、８１a 、８１b ：ヴ
ァイア ９５a 、９５b 、９５c 、９９a 、９９b 、９９c ：ヴ
ァイア ４３、４５、７６a 、７６b 、７８a 、７８b 、１１
５、１１７：電気接続トレース ５２：電気絶縁シース ５４、１１３：カラム
９１、９７：チップ １７、３７、５１、７３、１０１：ヒート・パイプ・チ
ャネル ２５：ラジエータ ３６、３８：基体 ５３a 、５３b 、５３c 、５５a 、５５b 、５５c ：は
んだバンプ ７５a 、７５b 、７７a 、７７b ：はんだバンプ ５７a 、５９c 、７９a 、７９b 、８１a 、８１b ：ヴ
ァイア ９５a 、９５b 、９５c 、９９a 、９９b 、９９c ：ヴ
ァイア ４３、４５、７６a 、７６b 、７８a 、７８b 、１１
５、１１７：電気接続トレース ５２：電気絶縁シース ５４、１１３：カラム
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年８月１１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である装置の断面図。
【図２】図２の平面図。
【図３】本発明の他の実施例である装置の平面図。
【図４】本発明の他の実施例である装置の平面図。
【図５】本発明の他の実施例である装置の部分平面図。
【図６】本発明の他の実施例である装置の部分側面図。
【図７】本発明の他の実施例である装置の部分端面図。
【図８】本発明の他の実施例である装置の部分端面図。
【図９】本発明の他の実施例である装置の部分端面図。
【符号の説明】 １２、３２、４１、７１：基板 １５、１２ａ、１２ｂ：スラブ １３、１３ａ、１３ｂ、３３、５３、５５、８８、８、
９１、９７：チップ １７、３７、５１、７３、１０１：ヒート・パイプ・チ
ャネル ２５：ラジエータ ３６、３８：基体 ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５５ａ、５５ｂ、５５ｃ：は
んだバンプ ７５ａ、７５ｂ、７７ａ、７７ｂ：はんだバンプ ５７ａ、５９ｃ、７９ａ、７９ｂ、８１ａ、８１ｂ：ヴ
ァイア ９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９９ａ、９９ｂ、９９ｃ：ヴ
ァイア ４３、４５、７６ａ、７６ｂ、７８ａ、７８ｂ、１１
５、１１７：電気接続トレース ５２：電気絶縁シース ５４、１１３：カラム
９１、９７：チップ １７、３７、５１、７３、１０１：ヒート・パイプ・チ
ャネル ２５：ラジエータ ３６、３８：基体 ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５５ａ、５５ｂ、５５ｃ：は
んだバンプ ７５ａ、７５ｂ、７７ａ、７７ｂ：はんだバンプ ５７ａ、５９ｃ、７９ａ、７９ｂ、８１ａ、８１ｂ：ヴ
ァイア ９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９９ａ、９９ｂ、９９ｃ：ヴ
ァイア ４３、４５、７６ａ、７６ｂ、７８ａ、７８ｂ、１１
５、１１７：電気接続トレース ５２：電気絶縁シース ５４、１１３：カラム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニエル・ジェイ・ミラー アメリカ合衆国カリフォルニア州サンフラ ンシスコ、フェアー・オークス 373 (72)発明者 キム・エイチ・チェン アメリカ合衆国カリフォルニア州フレモン ト、ビーバー・コート 852
Claims (1)
- 【請求項１】第１の端部から第２の端部にまで伸長す
る、１または複数の中空のチャネルがその中に設けられ
る基板と、前記基板は少なくとも１つのチップと対向す
る表面を有し、作業流体が充満され、前記基板チャネル
の周辺に位置し、前記チャネルの第１の端部から第２の
端部に向かって伸びるヒート・パイプ芯と、前記チャネ
ルの第１の端部で前記ヒート・パイプ芯と隣接及び連通
し、前記芯から前記作業流体を受け取り、前記作業流体
に熱エネルギを与え、前記チャネルの第２の端部へ指向
させるヒート・パイプ気化室と、前記チャネルの第２の
端部で前記ヒート・パイプ芯と隣接及び連通し、前記芯
から気体状態の前記作業流体を高温下で受け取り、前記
作業流体から熱エネルギを取り出し、前記芯中に含まれ
る作業流体として前記チャネルの第１の端部に戻すヒー
ト・パイプ凝縮室と、前記凝縮室と隣接し、熱的に接触
し、前記凝縮室からの熱エネルギを放出させ、そして消
散させ、予め決められた温度範囲に前記凝縮室の温度を
維持する熱消散手段と、導電性及び熱伝導性が高い材料
から成り、前記気化室内の作業流体と前記基板表面上の
少なくとも１つのチップを熱的に直接接触させる複数の
カラムと、２またはそれ以上のチップ上の電子部品と電
気的に接続させる材料から成り、少なくとも２つの分離
した電子部品を少なくとも２つの前記カラムと接続させ
る複数の電気相互接続トレースを具備し、電子部品によ
って発生した熱をチップからまたは電気的に接続する他
のチップまたは隣接しているチップから実質的に除去す
ることを特徴とするＩＣチップの温度制御装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/806,997 US5161090A (en) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | Heat pipe-electrical interconnect integration for chip modules |
| US806,997 | 1991-12-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0645488A true JPH0645488A (ja) | 1994-02-18 |
Family
ID=25195336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4353510A Pending JPH0645488A (ja) | 1991-12-13 | 1992-12-14 | Ｉｃチップの温度制御装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5161090A (ja) |
| EP (1) | EP0551741A1 (ja) |
| JP (1) | JPH0645488A (ja) |
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| JP2014241338A (ja) * | 2013-06-11 | 2014-12-25 | 富士通株式会社 | 半導体装置 |
| JP2015018993A (ja) * | 2013-07-12 | 2015-01-29 | 富士通株式会社 | 電子装置 |
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- 1992-12-10 EP EP92311281A patent/EP0551741A1/en not_active Withdrawn
- 1992-12-14 JP JP4353510A patent/JPH0645488A/ja active Pending
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