JPH079956B2 - 集積回路基板用ヒート・シンク - Google Patents

集積回路基板用ヒート・シンク

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JPH079956B2
JPH079956B2 JP2313012A JP31301290A JPH079956B2 JP H079956 B2 JPH079956 B2 JP H079956B2 JP 2313012 A JP2313012 A JP 2313012A JP 31301290 A JP31301290 A JP 31301290A JP H079956 B2 JPH079956 B2 JP H079956B2
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Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、一般に熱管理の分野に関し、具体的には、高
密度集積回路基板の電子デバイスにおける熱管理の分野
に関する。さらに具体的には、本発明は、集積回路基板
を電子デバイスに電気的結合する際に自動的に係合する
ヒート・シンク・デバイスの分野に関する。
B.従来の技術と本発明が解決しようとする課題 周知の如く、過剰な温度は電子部品に悪影響を及ぼすの
で、電子デバイス内部の熱管理は、従来技術でもよく知
られていた。早期の電子デバイスでは、過剰な熱の蓄積
は、一般に、発熱部品を含むシャーシに周囲の空気を引
き込むための電動式換気扇を設けることによって処理さ
れていた。さらに、既知の受動熱管理技法は、しばし
ば、ある部品と一体式に作成された、または熱伝導性接
着剤によってそれらのデバイスと接触して取り付けられ
た、単純な機械的冷却扇を含むものであった。
集積回路デバイスの出現は、このようなデバイスの電力
密度が低くなったために、当初は熱の蓄積の減少を意味
したが、現況技術のデバイスではパッキング密度が増加
してきたため、集積回路デバイスをますます接近して配
置するようになり、電力密度が高くなって、熱の問題が
生じている。
接近して実装された集積回路デバイスからの熱の伝達を
助ける１つの既知の装置は、3M社から「フルオリナート
（FLUORINERT）リキッド・ヒート・シンク」の商標で市
販されているものである。前記の商標の熱伝導性流体
を、自由変形可能なプラスチック・バッグに詰めて、複
数の集積回路デバイス上にゆるくはめ込んで置き、集積
回路デバイスからの熱が伝導性流体に伝達されるように
する。しかし、この技法は、各集積回路デバイスと自由
変形可能なバッグ内の流体との間に熱的結合が欠けてい
るため、多くの場合、完全な効果はない。さらに、この
ようなバッグと集積回路デバイスの間で起こる熱的不整
合により、熱膨張率及び熱収縮率が等しくないために、
しばしば集積回路デバイス装着物内に応力が発生する。
したがって、熱的不整合によって引き起こされる集積回
路デバイスとヒート・シンクの相対的移動に対処しなが
ら、集積回路デバイスからヒート・シンクへの効率的な
熱の伝達を可能にする。改良された熱管理技法が明らか
に求められている。
本発明の目的は、電子デバイスで使用するための改良さ
れた熱管理技法を提供することである。
本発明の別の目的は、電子デバイス内の高密度集積回路
基板で使用するための改良された熱管理技法を提供する
ことである。
本発明の別の目的は、集積回路基板を電子デバイスに電
気的に結合する際に自動的に係合できる、高密度集積回
路基板で使用するための改良された熱管理技法を提供す
ることである。
C.課題を解決するための手段 上記の目的は、以下に記述するようにして達成される。
本発明の方法に従って作成される各ヒート・シンクは、
熱伝導性流体の塊を含む少なくとも１つの自由変形可能
なバッグを含む。各バッグ内には、Ｚ軸熱伝導性の高い
薄い可撓性金属膜を含むアパーチャがある。この金属膜
は、熱的不整合の際に相対運動を可能にし、同時に集積
回路デバイスから熱伝導性流体への熱伝導を向上させる
ために、集積回路デバイス表面とスライド式に係合する
ようになっている。第２の金属膜をバッグの上部表面に
装着し、複数の冷却フィンに熱的に結合することが好ま
しい。本発明の１実施例では、複数のこのような自由変
形可能なバッグを直列に相互接続し、ポンプを利用して
各バッグ内で流体を循環させる。この実施例では、１対
の固定して取り付けたニードル弁を利用して、ヒート・
シンクを電子デバイスに組み込む基板の電気的接続に応
答して、流体ポンプを複数の自由変形可能なバッグに自
動的に結合することができる。
D.実施例 図面、特に第１図には、本発明に従って作成されたヒー
ト・シンク10の断面図が示されている。図のように、ヒ
ート・シンク10は、カプトンやユピレックスなどの熱的
に安定した可撓性プラスチック素材を使用して作成され
た自由変形可能なバッグ12を含む。自由変形可能なバッ
グ12内には、熱伝導性流体14が含まれている。本発明の
ヒート・シンクでは、任意の熱的に安定な熱伝導性流体
が使用できる。そのような１つの例は、3M社から「フロ
ーリナート」の商標で市販されている流体である。
本発明の重要な１態様によれば、自由変形可能なバッグ
12は、その下部表面にアパーチャ16を含むことが好まし
い。薄い可撓性膜18が、自由変形可能なバッグ12に結合
され、アパーチャ16内に装着されている。薄い可撓性膜
18は、Ｚ軸の熱伝導性が高い金属素材で作成することが
好ましい。可撓性膜18を作成するために利用できる素材
の１例は、銅の薄膜である。Ｚ軸熱伝導性が高い素材を
使用することによって、薄い可撓性膜18から熱伝導性流
体14への熱エネルギーの伝達が大幅に向上する。さら
に、薄い可撓性膜18の上面を粗くして、熱伝導性流体14
への熱伝達を向上させることができる。実際には、冷却
フィン19を設けて熱伝達を向上させることもできる。
第１図に示したように、自由変形可能なバッグ12はま
た、剛性膜20を使ってシールされた上部アパーチャを含
む。剛性膜20には、複数の冷却フィン22が装着されてい
る。これらの冷却フィン22は、当技術分野で周知の方法
で、熱エネルギーの、熱伝導性流体14から冷却フィン22
を取りまく大気への伝達を向上させるために使用され
る。
第２図には、集積回路デバイス24と係合関係にある第１
図のヒート・シンク10が示されている。図のように、集
積回路デバイス24は、はんだボール26によって基板28に
装着することが好ましい。はんだボール26は、被制御コ
ラプス・チップ・コネクション（C4）技術として知られ
る技法を利用して形成することが好ましい。米国特許第
3401126号及び第3429040号明細書に、この技法が開示さ
れている。これらの特許によって、半導体チップをキャ
リヤに下向きにボンディングする被制御コラプス・チッ
プ・コネクション技法が確立されたと言うことができ
る。
一般に、上記の２件の特許に記載された技法は、金属は
んだの可鍛性パッドを半導体デバイスの接触部位及びチ
ップ・キャリヤの導体のはんだ溶接可能な部位に形成す
る方法を開示している。デバイス・キャリヤのはんだ溶
接可能な部位は、はんだ溶接不可能なバリヤによって取
り囲まれており、半導体デバイス接触部位上のはんだが
融けたとき、半導体デバイスは表面張力によってキャリ
ヤ上に保持される。
図に示すように、可撓性膜18の平滑な下部表面を下向き
に押しつけて、集積回路デバイス24とスライド式に係合
させる。上で検討したように、これによって、集積回路
デバイス24から発生した熱の、可撓性膜18及び冷却フィ
ン19を介した熱伝導性流体14への熱伝達が向上する。当
業者なら理解できるように、自由変形可能なバッグ12内
に熱伝導性流体14が存在するため、可撓性膜18の全表面
積にわたって集積回路デバイス24上の圧力が均等にな
る。
このように、第２図に示したように、可撓性膜18が集積
回路デバイス24の上部表面とスライド式に係合するよう
に、ヒート・シンク10を下向きに集積回路デバイス24上
に押し付けると、集積回路デバイス24から発生する熱エ
ネルギーは、熱伝導性流体14を介して簡単かつ容易に冷
却フィン22に伝えられる。滑らかな素材を利用して可撓
性膜18を作成することにより、ヒート・シンク10と集積
回路デバイス24の間に熱的不整合が生じる場合、可撓性
膜18と集積回路デバイス24の上部表面の間にスライド式
係合接触を確立することによって、それに対処する。
第３図には、本発明の第２実施例に従って作成された多
重集積回路デバイス・ヒート・シンクの部分的に概略的
な平面図が示されている。第３図に示すように、図の多
重集積回路デバイス・ヒート・シンクは、剛性膜30を含
む。この膜は、銅などの高熱伝導性素材で作成すること
が好ましい。剛性膜30の表面には、複数のチェンバがエ
ッチングによって作成されている。これらのチェンバ
は、複数の直列に相互接続されたチェンバ32、36、40、
44、48、52、56、60と関連づけることが好ましい。図に
示すように、このように形成された各チェンバを利用し
て、適切な柔軟素材をそれに接着し、第１図及び第２図
に示した伝導性バッグ12に類似した自由変形可能なバッ
グを作成することができる。このように作成された自由
変形可能な各バッグは、通路34、38、42、46、50、54、
58など複数の通路によって直列に相互接続される。この
ように、チェンバ32内に含まれるどのような流体も通路
34を介してチェンバ36に流れ込むことができることは明
かである。同様に、チェンバ36内の流体は、通路38を介
してチェンバ40に流れ込むことができる。このようにし
て、剛性膜30の表面上に形成された自由変形可能な各バ
ッグは、直列に相互接続される。第３図に示した各種の
チェンバは、蛇行して直列に相互接続されているが、当
業者なら理解できるように、これらのチェンバを１つま
たは複数のマニホールドによって相互接続して、複数の
平行な流体経路を実現することができる。
第３図に示したように、入口弁62と出口弁64が、それぞ
れチェンバ32と60の内部に設けられる。このようにし
て、熱伝導性流体のソースを入口弁62を介してチェンバ
32に結合することが可能である。流体は、その後、後続
の各チェンバ及びそれに結合した通路を通って流れ、出
口弁64を介してチェンバ60から流れ出る。加圧された熱
伝導性流体のソースと、チェンバ32、36、40、44、48、
52、56、60に関連して作成された複数の直列に相互接続
された自由変形可能なバッグの間の相互接続は、ニード
ル弁66とニードル弁68など１対の固定して取り付けられ
たニードル弁を介して行なうことが好ましい。概略的に
図示したように、入力ニードル弁66は、ポンプ76に結合
することが好ましい。このポンプは、熱伝導性流体を貯
蔵タンク78から複数の直列に相互接続された自由変形可
能なバッグに供給する働きをする。続いて、出口弁64か
らニードル弁68を介して流れ出た熱伝導性流体は、流体
ポンプ技術で周知のようにして貯蔵タンク78に流れ込
む。
その後、第４図により詳細に示すように、作成された自
由変形可能な各バッグを押しつけて、第１図及び第２図
に示したようにして集積回路デバイスの表面とスライド
式に係合接触させることができるように、集積回路基板
70（破線で示す）を、複数の可撓性装着スタッド74を介
して剛性膜30に装着することができる。本発明の重要な
特徴によれば、基板70は、エッジ・コネクタまたは他の
類似の既知のデバイスを利用して形成した電気コネクタ
72を含むことが好ましい。電気コネクタ72を、基板70入
口弁62及び出口弁64に隣接する縁部に配置することによ
り、電気コネクタ72が適切な電気レセプタクルにはまり
込むのに応じて、第３図に示したヒート・シンク内の直
列に相互接続された複数の自由変形可能なバッグを、ポ
ンプ76及び貯蔵タンク78に自動的に結合することが可能
になる。このようにして、関連するヒート・シンクを形
成し、集積回路基板を電子デバイスに差し込んだとき冷
却系が自動的に動作するように、各集積回路基板に装着
することができる。
最後に、第４図には、第３図の多重集積回路デバイスに
使用されたヒート・シンクの側面図が示されている。図
示されているように、基板70は、上記で詳細に説明した
ようにして基板上に装着された、複数の集積回路デバイ
ス82を含む。基板70の真上に、可撓性装着スタッド74に
よって剛性膜30が直接装着されている。この剛性膜は、
本発明の好ましい実施例では、複数の冷却フィン80を含
み、これらの冷却フィンは、各集積回路デバイス82から
の熱エネルギーを周囲の大気に伝達するのを促進するた
めに利用される。
図示されているように、複数の直列に相互接続されたチ
ェンバ36、40、52、56は、第１図及び第２図に関して上
述したようにして形成する。第１図及び第２図に示した
のと同様にして、可撓性膜18を、自由変形可能な各バッ
グと組み合わせて設け、それによって、ヒート・シンク
と各集積回路デバイスの間にスライド式係合関係を確立
し、各集積回路デバイス82からヒート・シンク内に含ま
れる熱伝導性流体14への熱エネルギの伝導を向上させる
ことができる。
E.発明の効果 本発明によると、高密度集積回路基板に使用でき、各集
積回路デバイスからヒート・シンクへの熱エネルギーの
伝導を向上させ、熱的不整合によって生ずる移動に対処
するために各集積回路デバイスとヒート・シンクの間の
スライド式接触を可能にするヒート・シンクを提供する
ことができる。このように、本発明のヒート・シンク
は、熱的不整合によってこのような基板に生ずる生理的
緊張を最小にしながら、集積回路デバイスから大気中に
熱エネルギーを効率よく伝達することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に従って作成されたヒート・シンクの
断面図である。 第２図は、集積回路デバイスと係合関係にある第１図の
ヒート・シンクである。 第３図は、本発明の第２の実施例に従って作成された多
重集積回路デバイス・ヒート・シンクの部分的に概略的
な平面図である。 第４図は、第３図の多重集積回路デバイス・ヒート・シ
ンクの側面図である。 10……ヒート・シンク、12……自由変形可能なバッグ、
14……熱伝導性流体、16……アパーチャ、18……薄い可
撓性膜、19、22……冷却フィン、20……剛性膜、24……
集積回路デバイス、26……はんだボール、28……基板。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電気コネクタが形成された回路基板上に平
    面構成で装着された複数の集積回路デバイスからの効率
    的な熱伝達を可能とする集積回路基板用ヒート・シンク
    であって、 前記複数の集積回路デバイス側の前記回路基板上に固定
    された熱伝導性の剛性基板と、 前記剛性基板に固定されて前記複数の集積回路デバイス
    のそれぞれに密着し、直列に相互接続された自由変形可
    能な複数のバッグと、 前記複数のバッグ内に熱伝導性液体を流入させるよう
    に、前記複数のバッグの一の列端に形成された入口弁
    と、 前記複数のバッグ内から前記熱伝導性液体を排出させる
    ように、前記複数のバッグの他の列端に形成された出口
    弁と、 電気レセプタクル近傍に固定された流入コネクタ及び流
    出コネクタを有し、前記電気レセプタクルへ前記電気コ
    ネクタを接続すると、前記流入コネクタが前記入口弁に
    連結され、前記流出コネクタが前記出口弁に連結され
    て、前記複数のバッグ内に前記熱伝導性液体を供給する
    熱伝導性液体供給源と を備えたことを特徴とする集積回路基板用ヒート・シン
    ク。
  2. 【請求項２】請求項１記載の集積回路基板用ヒート・シ
    ンクにおいて、 前記複数のバッグの各々が、 前記集積回路デバイスの表面側に形成された開口部と、 前記開口部を塞いで前記集積回路デバイスの表面に密着
    する可撓性膜と を有していることを特徴とする集積回路基板用ヒート・
    シンク。
JP2313012A 1989-12-29 1990-11-20 集積回路基板用ヒート・シンク Expired - Lifetime JPH079956B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US459089 1989-12-29
US07/459,089 US5006924A (en) 1989-12-29 1989-12-29 Heat sink for utilization with high density integrated circuit substrates

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Publication Number Publication Date
JPH03211862A JPH03211862A (ja) 1991-09-17
JPH079956B2 true JPH079956B2 (ja) 1995-02-01

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EP (1) EP0435586B1 (ja)
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