JPH07120737B2 - 吸熱器 - Google Patents
吸熱器Info
- Publication number
- JPH07120737B2 JPH07120737B2 JP61078427A JP7842786A JPH07120737B2 JP H07120737 B2 JPH07120737 B2 JP H07120737B2 JP 61078427 A JP61078427 A JP 61078427A JP 7842786 A JP7842786 A JP 7842786A JP H07120737 B2 JPH07120737 B2 JP H07120737B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mixture
- particles
- thermal conductivity
- temperature
- microcrystalline material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
- C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
- C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
- C09K5/063—Materials absorbing or liberating heat during crystallisation; Heat storage materials
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
- Cookers (AREA)
- Non-Silver Salt Photosensitive Materials And Non-Silver Salt Photography (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は吸熱器（heat sink）に関するものである。
現在エレクトロニクスの分野で用いる装置はより複雑、
より小型となる傾向がある。
より小型となる傾向がある。
より複雑となるのはエレクトロニクス部品自体の使用の
増加に起因している。より小型となるのは所定の時間内
になし得る演算の数に関連する。より複雑とするには１
秒間当たりの操作数を増加しかなければならない。総て
の電気信号は光の速度で進み、これ以上にはならないか
ら各オペレータ間の距離を減少しなければならず、又こ
のためシリコンチップの単位面積当たりの回路を多くす
る努力がなされている。
増加に起因している。より小型となるのは所定の時間内
になし得る演算の数に関連する。より複雑とするには１
秒間当たりの操作数を増加しかなければならない。総て
の電気信号は光の速度で進み、これ以上にはならないか
ら各オペレータ間の距離を減少しなければならず、又こ
のためシリコンチップの単位面積当たりの回路を多くす
る努力がなされている。
製造は既にミクロン以下のレベルの間隔でなされてお
り、材料を改良してもその製造速度を向上するのは不可
能であり、従ってより大きな面積を必要としている。装
置の複雑さは今や製造方法における誤差率に起因して制
限されている。製造の誤差率は90％であり、これにより
装置のコストが高くなっている。
り、材料を改良してもその製造速度を向上するのは不可
能であり、従ってより大きな面積を必要としている。装
置の複雑さは今や製造方法における誤差率に起因して制
限されている。製造の誤差率は90％であり、これにより
装置のコストが高くなっている。
誤差率を減少することは単位面積当たりのオペレータ又
はゲートの総数が大きくなれば困難であり、１つのゲー
トの欠陥が全装置の欠陥となることのためプロセス速度
が低下する。
はゲートの総数が大きくなれば困難であり、１つのゲー
トの欠陥が全装置の欠陥となることのためプロセス速度
が低下する。
更にエレクトロニクスは全ハイブリッド化に向けられて
いる。このため複合回路が製造効率から前テストされた
マイクロチップを集めることによって組み立てられてい
る。このチップとチップ間の距離は小さくしなければな
らず、三次元的な回路設計としなければならない。この
プロセスは既に始められており、完成されている。この
プロジェクトにおける大きな問題は個々のチップの冷却
にある。従ってマイクロチップの列を冷却するために好
適な高い熱伝導度の吸熱器を得るのが特に望まれてい
る。吸熱器には伝熱製のペーストとセラミックを用いる
のが考えられるが安全性の点で好ましくない。
いる。このため複合回路が製造効率から前テストされた
マイクロチップを集めることによって組み立てられてい
る。このチップとチップ間の距離は小さくしなければな
らず、三次元的な回路設計としなければならない。この
プロセスは既に始められており、完成されている。この
プロジェクトにおける大きな問題は個々のチップの冷却
にある。従ってマイクロチップの列を冷却するために好
適な高い熱伝導度の吸熱器を得るのが特に望まれてい
る。吸熱器には伝熱製のペーストとセラミックを用いる
のが考えられるが安全性の点で好ましくない。
本発明の吸熱器は、密封セルと、この密封セル内に詰め
られた少し硬いペースト状の混合物とより成り、この混
合物は、ダイヤモンド、立方晶形窒化硼素、サイファイ
ヤ又は炭化珪素又はこれらの混合物より成る微晶材料の
非導電性粒子と、前記微晶材料の粒子間の空隙に充填さ
れる、シリコン油、フルオロカーボン類又はパラフィン
類又はこれらの混合物である非導電性液状充填材とより
成り、前記微晶材料の前記粒子の密度が大きく、粒子間
の平均距離を小さく、その結果熱伝導度が温度に対して
非直線であり、且つ正特性で前記熱伝導度が温度上昇と
共に上昇するものである。
られた少し硬いペースト状の混合物とより成り、この混
合物は、ダイヤモンド、立方晶形窒化硼素、サイファイ
ヤ又は炭化珪素又はこれらの混合物より成る微晶材料の
非導電性粒子と、前記微晶材料の粒子間の空隙に充填さ
れる、シリコン油、フルオロカーボン類又はパラフィン
類又はこれらの混合物である非導電性液状充填材とより
成り、前記微晶材料の前記粒子の密度が大きく、粒子間
の平均距離を小さく、その結果熱伝導度が温度に対して
非直線であり、且つ正特性で前記熱伝導度が温度上昇と
共に上昇するものである。
上記吸熱器は他の吸熱器と熱的に接触できる。
半導体装置は、密封セルと、この密封セル内に詰められ
た少し硬いペースト状の混合物と、この混合物にこれと
熱的に接触するよう埋められた互いに電気的に接続され
た複数のマイクロチップ素子とより成り、この混合物
は、ダイヤモンド、立方晶形窒化硼素、サイファイヤ又
は炭化珪素又はこれらの混合物より成る微晶材料の非導
電性粒子と、前記微晶材料の粒子間の空隙に充填され
る、シリコン油、フルオロカーボン類又はパラフィン類
又はこれらの混合物である非導電性液状充填材とより成
り、前記微晶材料の前記粒子の密度が大きく、粒子間の
平均距離が小さく、その結果熱伝導度が温度に対して非
直線であり、且つ正特性で前記熱伝導度が温度上昇と共
に上昇するものである。
た少し硬いペースト状の混合物と、この混合物にこれと
熱的に接触するよう埋められた互いに電気的に接続され
た複数のマイクロチップ素子とより成り、この混合物
は、ダイヤモンド、立方晶形窒化硼素、サイファイヤ又
は炭化珪素又はこれらの混合物より成る微晶材料の非導
電性粒子と、前記微晶材料の粒子間の空隙に充填され
る、シリコン油、フルオロカーボン類又はパラフィン類
又はこれらの混合物である非導電性液状充填材とより成
り、前記微晶材料の前記粒子の密度が大きく、粒子間の
平均距離が小さく、その結果熱伝導度が温度に対して非
直線であり、且つ正特性で前記熱伝導度が温度上昇と共
に上昇するものである。
微晶材料の粒子は所定の伝熱通路、即ち所定区域から熱
を急速に除去する通路を作るために好ましい密度とされ
る。マイクロチップを吸熱器内に埋める例ではマイクロ
チップが混合物粒子に熱的に接触し、その結果チップに
生じている熱が急速に除去される。一般にチップは30℃
以下に維持すべきであるが本発明の吸熱器はこのために
好適である。
を急速に除去する通路を作るために好ましい密度とされ
る。マイクロチップを吸熱器内に埋める例ではマイクロ
チップが混合物粒子に熱的に接触し、その結果チップに
生じている熱が急速に除去される。一般にチップは30℃
以下に維持すべきであるが本発明の吸熱器はこのために
好適である。
例えば粒子密度は50容量％以上、好ましくは60容量％以
上とし、粒子間の平均距離は約0.1μ又はこれ以下とす
る。所望の粒子間平均距離が0.1μ又はこれ以下である
限り粒子の大きさは問題とはならない。振動によるマイ
クロチップに対する害は少ない。
上とし、粒子間の平均距離は約0.1μ又はこれ以下とす
る。所望の粒子間平均距離が0.1μ又はこれ以下である
限り粒子の大きさは問題とはならない。振動によるマイ
クロチップに対する害は少ない。
前記充填材は非導電性で破壊電圧が大きく、収縮や熱膨
張が少なく流動特性が良く、少なくとも300℃の温度に
耐えるものとする。更に充填材は吸熱器内に埋めたチッ
プ又は回路を必要に応じて取り出すことができるもので
あるようにする。
張が少なく流動特性が良く、少なくとも300℃の温度に
耐えるものとする。更に充填材は吸熱器内に埋めたチッ
プ又は回路を必要に応じて取り出すことができるもので
あるようにする。
充填材を液状とし、特別な物質に混ぜた場合、少し硬い
ペーストが得られるようにするのが好ましい。
ペーストが得られるようにするのが好ましい。
以下図面によって本発明の実施例を説明する。
第１図において１は吸熱器を示し、２はセル、３はその
カバー、４はこのセル２内に充填された微晶材料の非導
電性粒子と、この粒子間の空隙に充填された非導電性液
状充填材との混合物である。
カバー、４はこのセル２内に充填された微晶材料の非導
電性粒子と、この粒子間の空隙に充填された非導電性液
状充填材との混合物である。
５は混合物４内に埋められた基板６に取り付けた複数の
導電性マイクロチップであり、混合物４と熱的に直接に
接触し、熱はこのマイクロチップ５から導出される。
導電性マイクロチップであり、混合物４と熱的に直接に
接触し、熱はこのマイクロチップ５から導出される。
7a,7bは夫々マイクロチップ５に接続され電気回路を形
成する導線である。
成する導線である。
第１図には複数のマイクロチップ５の１つの群を示す
が、複数の群を設け所望の列、例えば三次元的に配列し
て電気的に接続することが可能である。
が、複数の群を設け所望の列、例えば三次元的に配列し
て電気的に接続することが可能である。
吸熱器１は同一又は他の種類の吸熱器1aに熱的に接触せ
しめることができる。この場合には吸熱器１内のマイク
ロチップ５は吸熱器1a内のマイクロチップ5aに導線7bに
よって電気的に連結される。
しめることができる。この場合には吸熱器１内のマイク
ロチップ５は吸熱器1a内のマイクロチップ5aに導線7bに
よって電気的に連結される。
混合物４の微晶材料の粒子はダイヤモンド粒子であるが
他の微晶材料、例えば立方晶形窒化硼素、サファイヤ又
は炭化珪素等を用い得る。又充填材は液状であり、シリ
コン油、フルオロカーボン又はパラフィン、その他の好
ましい材料を使用できる。
他の微晶材料、例えば立方晶形窒化硼素、サファイヤ又
は炭化珪素等を用い得る。又充填材は液状であり、シリ
コン油、フルオロカーボン又はパラフィン、その他の好
ましい材料を使用できる。
上記混合物は熱伝導度が温度に対して非直線であり、且
つ正特性で前記熱伝導度が温度上昇と共に上昇するよう
前記微晶材料の粒子密度及び粒子間の平均距離を定め
る。
つ正特性で前記熱伝導度が温度上昇と共に上昇するよう
前記微晶材料の粒子密度及び粒子間の平均距離を定め
る。
例えば、混合物４は少なくとも50容量％、好ましくは少
なくとも60容量％のダイヤモンド粒子密度を有する少し
硬いペースト状とする。セル２内の混合物４の粒子径の
分布及び充填の度合は平均粒子間距離が約0.1μ又はこ
れ以下となるようにする。混合物４を形成する際にダイ
ヤモンド粒子は酸洗いし、極めて純度の高い水によって
ゆすぎその表面の汚れを落とし、次いで真空炉内で焼成
する。
なくとも60容量％のダイヤモンド粒子密度を有する少し
硬いペースト状とする。セル２内の混合物４の粒子径の
分布及び充填の度合は平均粒子間距離が約0.1μ又はこ
れ以下となるようにする。混合物４を形成する際にダイ
ヤモンド粒子は酸洗いし、極めて純度の高い水によって
ゆすぎその表面の汚れを落とし、次いで真空炉内で焼成
する。
例Ｉ 粒径分布が約65容量％で平均粒子間距離が約0.1μのダ
イヤモンド粉末を酸洗いし、極めて純度の高い水によっ
てゆすぎその表面の汚れを落とし、次いで約500℃、真
空度少なくとも1.00-6トールの炉内で焼成し、材料内に
侵み込んだ水分を含めて総ての水分を除去した。次いで
炉内の温度を120℃に減じ、炉内にｎ−デカンの蒸気を
吹き込んだ。蒸気圧をｎ−デカンが凝縮する迄増加し
た。得られた粉末を100℃の閉容器に移し、ｎ−デカン
とフルオロカーボン油1.4モル％との混合物を、粉末を
十分に塗らずに十分な量だけ加える。得られた混合物の
約65容量％を空隙を発生しないようにしてセルに充填
し、次いでセルを封じた。得られた混合物の熱伝導度は
温度に対して非直線であり且つ正特性で、温度上昇と共
に上昇した。
イヤモンド粉末を酸洗いし、極めて純度の高い水によっ
てゆすぎその表面の汚れを落とし、次いで約500℃、真
空度少なくとも1.00-6トールの炉内で焼成し、材料内に
侵み込んだ水分を含めて総ての水分を除去した。次いで
炉内の温度を120℃に減じ、炉内にｎ−デカンの蒸気を
吹き込んだ。蒸気圧をｎ−デカンが凝縮する迄増加し
た。得られた粉末を100℃の閉容器に移し、ｎ−デカン
とフルオロカーボン油1.4モル％との混合物を、粉末を
十分に塗らずに十分な量だけ加える。得られた混合物の
約65容量％を空隙を発生しないようにしてセルに充填
し、次いでセルを封じた。得られた混合物の熱伝導度は
温度に対して非直線であり且つ正特性で、温度上昇と共
に上昇した。
ダイヤモンド粉末が加えられる混合物内のｎ−デカンに
対するフルオロカーボン油の割合は、最適な熱伝導度を
得るため最終混合物内のダイヤモンド粉末の密度に応じ
て変えることが出来、この好ましい割合は試行錯誤によ
って容易に決定することが出来る。
対するフルオロカーボン油の割合は、最適な熱伝導度を
得るため最終混合物内のダイヤモンド粉末の密度に応じ
て変えることが出来、この好ましい割合は試行錯誤によ
って容易に決定することが出来る。
例II 例Ｉと同様の方法で63容量％のダイヤモンド粒子とパラ
フィンの混合物Ａを作った。この混合物Ａの略63容量％
をセル内に充填し、メーターケルビン（ｍ・ｋ）当たり
の熱伝導度（ワット）（W/（ｍ・ｋ））をセルの異なる
温度（ΔＴ）で測定した。この結果を第２図及び表Ｉに
示す。
フィンの混合物Ａを作った。この混合物Ａの略63容量％
をセル内に充填し、メーターケルビン（ｍ・ｋ）当たり
の熱伝導度（ワット）（W/（ｍ・ｋ））をセルの異なる
温度（ΔＴ）で測定した。この結果を第２図及び表Ｉに
示す。
表１と第２図は熱伝導度が温度に対して非直線であり且
つ正特性を有することを示している。
つ正特性を有することを示している。
例III 例Ｉと同様の方法で58容量％のダイヤモンド粒子とフル
オロカーボンの混合物Ｂを作った。この混合物Ｂの略58
容量％をセル内に充填し、メーターケルビン（ｍ・ｋ）
当たりの熱伝導度（ワット）（W/（ｍ・ｋ））をセルの
異なる温度（ΔＴ）で測定した。この結果を第２図及び
表IIに示す。
オロカーボンの混合物Ｂを作った。この混合物Ｂの略58
容量％をセル内に充填し、メーターケルビン（ｍ・ｋ）
当たりの熱伝導度（ワット）（W/（ｍ・ｋ））をセルの
異なる温度（ΔＴ）で測定した。この結果を第２図及び
表IIに示す。
表IIと第２図は熱伝導度が温度に対して非直線であり、
正特性を有して温度上昇と共に熱伝導度が上昇すること
を示している。
正特性を有して温度上昇と共に熱伝導度が上昇すること
を示している。
本発明の吸熱器のメカニズムは完全には解明されていな
いが充填材の原子が密に充填されたダイヤモンド粒子の
対向面間ではね返り、温度上昇と共にその速度が増加
し、その結果混合物の熱伝導度が正特性で温度上昇と共
に非直線的に増加するものと考えられる。
いが充填材の原子が密に充填されたダイヤモンド粒子の
対向面間ではね返り、温度上昇と共にその速度が増加
し、その結果混合物の熱伝導度が正特性で温度上昇と共
に非直線的に増加するものと考えられる。
混合物内のダイヤモンド粉末の密度が増加すれば所定温
度における熱伝導度を増加することができる。これは表
ＩとII及び第２図の比較からも明らかである。
度における熱伝導度を増加することができる。これは表
ＩとII及び第２図の比較からも明らかである。
ダイヤモンド粉末粒子上の汚れが熱伝導度を低下せしめ
るためダイヤモンド粒子のクリーニングは必要である。
るためダイヤモンド粒子のクリーニングは必要である。
第３図は、従来既知の吸熱器用充填混合物（タイプ１）
Δの温度（ΔＴ℃）に対する熱伝導度（Km）の関係を本
発明のもの（タイプ2a,●及びタイプ2b,□）と比較した
ものである。
Δの温度（ΔＴ℃）に対する熱伝導度（Km）の関係を本
発明のもの（タイプ2a,●及びタイプ2b,□）と比較した
ものである。
ここでタイプ2a,2bは夫々第２図における混合物A,Bに対
応する。
応する。
このタイプ１のものは、第３図から明らかなように温度
に対する熱伝導度は殆ど変化せず、また、非直線に上昇
するものではない。
に対する熱伝導度は殆ど変化せず、また、非直線に上昇
するものではない。
これに対し、本発明における混合物は、非導電性液状充
填材と微晶材料とを用い、この微晶材料の粒子密度を大
きくし、粒子間の平均距離を小さくして混合物の熱伝導
度を温度に対して非直線に上昇するようにしたものであ
り、この結果、特に熱放散を必要とする、例えば50℃の
高温度となったときの熱放散が急激に良くなり、その結
果マイクロチップが過熱されるおそれが無く、また、吸
熱器を小型となし得るものである。
填材と微晶材料とを用い、この微晶材料の粒子密度を大
きくし、粒子間の平均距離を小さくして混合物の熱伝導
度を温度に対して非直線に上昇するようにしたものであ
り、この結果、特に熱放散を必要とする、例えば50℃の
高温度となったときの熱放散が急激に良くなり、その結
果マイクロチップが過熱されるおそれが無く、また、吸
熱器を小型となし得るものである。
第１図は本発明吸熱器の断面図、第２図はその熱伝導度
曲線を示す線図、第３図は従来のものと比較して示した
本発明における混合物の温度特性線図である。 1,1a……吸熱器、２……セル、３……カバー、４……混
合物、5,5a……マイクロチップ、６……基板、7a,7b…
…導線。
曲線を示す線図、第３図は従来のものと比較して示した
本発明における混合物の温度特性線図である。 1,1a……吸熱器、２……セル、３……カバー、４……混
合物、5,5a……マイクロチップ、６……基板、7a,7b…
…導線。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−56445（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】密封セル（２）と、この密封セル（２）内
に詰められた混合物（４）とより成り、この混合物
（４）は、ダイヤモンド、立方晶形窒化硼素、サイファ
イヤ又は炭化珪素又はこれらの混合物より成る微晶材料
の非導電性粒子と、前記微晶材料の粒子間の空隙に充填
される、シリコン油、フルオロカーボン類又はパラフィ
ン類又はこれらの混合物である非導電性液状充填材とよ
り成るペースト状のものであり、前記微晶材料の前記粒
子の密度が50容量パーセント以上であり、粒子間の平均
距離が0.1μ又はこれ以下であり、その結果熱伝導度が
温度に対して非直線であり、且つ正特性で前記熱伝導度
が温度上昇と共に上昇するものであることを特徴とする
吸熱器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB8509439 | 1985-04-12 | ||
| GB858509439A GB8509439D0 (en) | 1985-04-12 | 1985-04-12 | Heat sink |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61237457A JPS61237457A (ja) | 1986-10-22 |
| JPH07120737B2 true JPH07120737B2 (ja) | 1995-12-20 |
Family
ID=10577553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61078427A Expired - Lifetime JPH07120737B2 (ja) | 1985-04-12 | 1986-04-07 | 吸熱器 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4762174A (ja) |
| EP (1) | EP0201170B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07120737B2 (ja) |
| AT (1) | ATE56468T1 (ja) |
| DE (1) | DE3674057D1 (ja) |
| GB (1) | GB8509439D0 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01248551A (ja) * | 1988-03-30 | 1989-10-04 | Toshiba Corp | 半導体パッケージ |
| GB2246471B (en) * | 1988-08-23 | 1993-07-28 | Nobuo Mikoshiba | Cooling semiconductor devices |
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| JPH08222669A (ja) * | 1995-02-10 | 1996-08-30 | Fuji Dies Kk | ヒートシンク及びその製法 |
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| US5930893A (en) * | 1996-05-29 | 1999-08-03 | Eaton; Manford L. | Thermally conductive material and method of using the same |
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-
1985
- 1985-04-12 GB GB858509439A patent/GB8509439D0/en active Pending
-
1986
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