JPS5823463A - 熱的ブリツジ素子 - Google Patents

熱的ブリツジ素子

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JPS5823463A
JPS5823463A JP57084103A JP8410382A JPS5823463A JP S5823463 A JPS5823463 A JP S5823463A JP 57084103 A JP57084103 A JP 57084103A JP 8410382 A JP8410382 A JP 8410382A JP S5823463 A JPS5823463 A JP S5823463A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置によって発生する熱エネルギを消散
するための技法及び構成に関する。でらに具体的には、
本発明は装置がはんだポンドで基板に取付けられ、キャ
ップが装置に近接して取付けられた、単一装置もしくは
多重装置集積回路パッケージ組立体中の半導体装置を冷
却する熱伝導素子に関する。
現代の集積回路半導体装置の高い回路密、度は装置の動
作パラメータを予定の範囲内に保持し同様に過熱による
装置の破壊を防止するために、動作によって発生した熱
を有効に除去する事を必要とする。熱除去の問題は装置
が該装置を基板上の適切な端子に電気的に接続するはん
だ端子によって支持基板に接続きれる時には増大する。
この様なはんだ接続装置上でははんだボンドによって達
成され得る熱移動は裏面ボンド装置と比較して制限され
る。半導体装置の冷却は適切な液体冷却剤中に装置を浸
漬する事によって達成され得る。しかしながら、これ等
の冷却技法は装置及び基板冶金の腐食を生じ、もしパッ
ケージが再生処理でれなければならない時には問題が生
ずる。冷却は同様に装置及びキャップもしくは冷却板間
に熱伝導性ピストンもしくはばね素子の如き熱伝導性材
料のリンクを与える事によって達成され得る。これ等の
素子は低熱抵抗を保持するために出来るだけ広い領域上
で良好なインターフェイス・コンタクトを形成しなくて
はならない。冷却ピストンでは、この様なインターフェ
イスを形成する事は困難である。なんとなれば装置が傾
斜する事がろっで、不満足な点もしくは線コンタクトを
生ずるからである。一般に、冷却ピストンは空気よシも
高い熱伝導率を有する不活性気体の雰囲気中で使用され
なくてはならず、グリースもしくは他の適合した手段が
ピストン端一装置のインターフェイスに与えられている
。他の欠点はパッケージが慣性力を受ける時にピストン
が冷却される装置にショックを与える点に、Ｔｈる。装
置及び冷却板間に熱伝導を与えるばね素子は周知でるる
。関連問題は十分な熱伝導を与え、しかもひび割れもし
くは欠けを生じない様な力を装置に加え得る十分重いば
ねを設計する事である。装置とキャップ間のギャップの
公差が増大する時には問題はより重大となる。
背景技法 次の文献ははんだボンド半導体装置から熱を除去するた
めの種々の構造体に関連する。米国特許第５９９５１２
５号は熱を装置から冷却板に伝導はせる様にはんだボン
ド半導体装置の裏側と接触する様に可動熱伝導ピストン
が置かれた半導体パッケージを開示している。米国特許
第４０！１４４６８号及び第４０８１８２５号は共に装
置から熱を除去する様に低融点はんだがはんだボンド装
置及びモジュール・キャップと接触された半導体パッケ
ージを開示している。米国特許第４１５６４５８号は装
置の裏面と熱はけ間に延出す可撓性熱伝導性金属箔束を
含む冷却配列体を開示している。
Ｉ　　ＢＭ　　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　　Ｄｉｓｃｌｏｓ
ｕｒｅＢｕｌｌｅｔｉｎ　　Ｖｏｔ、２１　　Ａ３　　
Ａｕｇ、１９７８ｐ、１１４１Ｈはんだポンド半導体装
置並びに長方形の中心部及びキャップと接触する一対の
発散翼より成るモジュール・キャップ間に配向された熱
的シャント素子を開示している。Ｉ’ＢＭ　　ＴＤＢＶ
ｏｔ、２０　　＆６　　Ｎｏ１．１９７７　　ｐ、２２
１４及び米国特許第４１４６４５８号は装置から熱を除
去するために互に入れ子犬にされ、はんだボンド半導体
装置及びハウジング間に配向された複数個の予しめ形成
きれたアルミニウム箔のシートを開示シティる。Ｉ　Ｂ
Ｍ　　ＴＤＢ　　Ｖｏｔ、　１９Ａ１２　　Ｍａｙ　　
１９７７　ｐ−４，６８３は複数の交互に介在して相対
的に滑行可能なひれを特徴とするはんだポンド半導体装
置及びキャップ間の熱伝導性ブリッジ素子を開示してい
る。米国特許出願第２４９２６２号は少なく共１個のタ
ブ素子を画定する切断部が与えられた比較的厚い金属シ
ートを開示している。
不発明の開示 本発明は装置とキャップもしくは冷却板間に熱伝導性ブ
リッジを形成するためはんだボンド半導体装置及びモジ
ュール・キャップもしくは冷却板間に位置付けられるに
適した改良冷却素子である。
冷却素子はたとえ装置の上部表面がキャップもしくは冷
却板表面に関連して傾けられたとしても、冷却素子の端
が膨張可能で同様に装置と密接に接触出来る様に調節可
能に配置された複数個の交互にさしはさまれた薄板を有
する。熱的素子は可撓性板ばね素子の第１の組、板ばね
素子間のスペーサ素子の組、一部分が上記第１の組の板
はね素子に滑行可能な関係に配向されている可撓性板は
ね素子の第２の組、第１及び第２の板ばね素子を組立て
、延出可能な関係に保持する装置、及び延出された関係
に板はね素子をバイアスするばねを有する。本発明の熱
的ブリッジ素子は素子の端が装置及びカバーもしくはキ
ャップの裏面に直接接触する様に十分に柔軟性がロシ、
これによって装置からキャップもしくは冷却板へ熱伝導
を可能とする低い全体的熱抵抗を達成する事が可能でる
る。
不発明を遂行するための最良モード 図面を参照するに、第１図は半導体パッケージ１０及び
本発明の熱伝導素子２０との関連を示す。
パッケージ１０は半導体装置１４を互に相互接続しそし
て基板１２の底表面から突出するピン１６に相互接続す
る上部表面の内側もしくは表面上にある冶金パターンを
含む誘電体基板１２を有する。
装置１４ははんだボンド１８によって基板１２中もしく
は上の冶金パターンに接続でれている。
カバー索子２２はその表面２４が半導体装置１４の上部
表面に間隔をへだてだ関係になる様に装置１４土に位置
付けられている。基板１２に固定もしくはろう付けされ
たフランジ部材２６がキャップ２２に結合てれている。
通路３０並びに入口３２及び出口５４を有する冷却板２
８はキャｒツブ及び装置１４から熱を除去させる目的の
ためにキャップ２２上に取付けられている。使用に際し
て、冷却流体が入口５２へ導入でれ、出口３４を通して
除去される。これとは別にキャップ２２には冷却板２８
の互換体としてひれ等が与えられ得る。
本発明の熱伝導素子２０Ｆｉ装置１４から使用中に装置
に依存して一貫性のめる冷却を与える、全体的に熱抵抗
の低いキャップへの熱的経路を与える。
第２図及び第３図を参照するに、本発明の熱的ブリッジ
素子が開示されている。素子２０は平坦で、薄い、可撓
性板ばね素子６６及び素子３６間に介在するスペーサ素
子３８を有する第１の組を有する。板ばね素子及びスペ
ーサは一対のボルトもしくハ、リベット４０によって一
体にしめつけられている。第６図に示された如く、各板
はね３６の一部はスペーサ素子３８を十分に越えて延出
している。スペーサ素子４４によって分離された平坦な
、薄い、可撓性板ばね素子４２よシ成りスペーサ素子か
ら延出す部分を有する第２の組は板はね素子３６と交互
に配置されている。少ばね素子４２及びスペーサ素子４
４は一対のリベットもしくはボルト４０によって一体に
保持されている。
第４及び第５図は板ばね素子３６及びスペーサ素子３８
の形状を示している。板はね素子４２及びスペーサ素子
４４は夫々板はね及びスペーサ素子３６及び３８と同一
の形状を有する事が好ましい。
第１及び第２の組の板ばね素子が分離するのを防止する
ため、板ばね素子の組の各端ｖｃＦｉ第２図に示された
如く一対の端板４６及び４８空与えられている。端板は
リベット４０によって板はね素子の組にしめつけられて
いる。端板４６は内方に延出た突出部５２に終る２つの
下方に延びる間隔を隔てた延長部５０を有する。端板４
８は突出部５２と相互作用し、第１及び第２の組の板ば
ね素子が分離するのを防止する外方に延出す突出部５４
を有する。第３図に示された如く、板はねの組は互に縦
方向に自由に滑行出来、対向する平坦な表面５６及び５
８が互に種々の距離で位置付けられる様に−ｇれている
。同様に、板ばね素子６６及び４２の可撓性は表面５６
及び５８の傾斜を制限する。ブリッジ素子の分離部分を
バイアスするため、ばね６０が与えられる。ばね６０は
対向する端板４６及び４８と係合し、両組の板はね素子
を外方に伸張関係にバイケスしている。動作時には、表
面５６がキャップ２２の下側表面２４と接触し、表面５
８が装置１４と接触する様に第１図に示され−た位置に
置かれた熱的ブリッジ素子２０は装置／ １４から冷却板２８に熱を伝導する。ブリッジ素子２０
は装置１４の上部表面及びキャップ２２の表面２４間の
間隔の変動を調節するのに適している。これＦｉはんだ
ポジ′ド１８の変動によるチンプ１４の傾斜を調節し得
る。系の熱効率はキャップ及び装置の裏面に対して表面
５６及び５８をはんだ付けするか、もしくはこのインタ
ーフェイスに適切なグリースもしくは他の型の物質を与
える事によってさらに向上嘔せる事が出来る。
熱的ブリッジ素子２ｏの寸法及び形状は装置７４の間隔
及び装置の寸法に依存する。一般に装置１４の間隔がブ
リッジ素子の寸法を設定する際の決定因子である。もし
、装置１４の間隔がカナリ接近していると、表面５６０
表面積は実際の表面積に合わされなければならない。板
ばね素子３６及び４２に使用される材料は効率的に熱を
伝え得る事が好ましく、即ち高い熱伝導・率を有さなけ
ればならない。さらに、板はね素子は、下部表面５８の
上部表面５６に関する傾斜を調節出来る様に十分に可撓
性でなければならない。一般に板はね素子３６の厚さは
任意の適切な厚さのものでめり得るが、半導体チップの
冷却の場合には好ましくは、０．５０８Ｘ１０−’副乃
至１２．７　Ｘ　１０−’ｍであり、さらに好ましくＦ
ｉ１２．ａｓｘｔＯ″″”ｆｆ１１乃至２．５４　Ｘ　
１０−３ｃｍである。板ばね素子の材料は銅、銀、アル
ミニウムもしくは熱伝導率に影響を与えないが、材料に
対してよシばねの弾性を与えるそれ等の合金でるる事が
好ましい。一般に、スペーサ素子６８及び４４は板ばね
素子３６の厚さの略２倍でるる。板ばね素子３６及び４
２に対する好ましい材料Ｆｉ９９．８％の銅及び０．２
　％のジルコニウムより成るジルコニウム−銅合金でる
る。
板ばね素子及びスペーサの組合せ体の互換実施例が第６
図及び第７図に示されている。板はね素子−スペーサの
組合せはスペーサの部分が２重に畳まれた部分７２より
成る第７図に示された構造の様に一片の平坦な材料から
形成する事が出来る。
互換はね配列体は第８図及び第９図に示されている。板
ばね素子及び端板は第２図及び第・３図に図示されたパ
ものと類似している。ばね８０は第８図に示された如く
端板４６及び４８の表面８２及び８４間に配列されてい
る。ばね８０は第２図のばね６０の場合と同様に板ばね
素子の組を拡張する関係に外方にバイアスしている。
本発明の熱的ブリッジ素子２０を製造するための好まし
い技法は、第１０図に示された一般的形状を有する熱伝
導性材料の細長い条片８６を最初に形成する事よシ成る
。同じ条片ｑ端部９０が重畳する互違いの関係になる様
に対向位置に組立てられる。同時に所望の幅の素子が組
立てられる迄、スペーサも組立てられる。この時、条片
Ｂ６Ｆｉｍ９２上で切断され、開孔９４が穿孔される。
端板４６及び４８が積層組立体の各端に位置付はられ、
リベット４０が固定される。次に第２図及び第３図もし
くは第８図及び第９図に示された形のバイアス用ばねが
定位置に挿入でれ、組立体は使用出来る状態になる。も
し望まれるならば、組立体の端面、即ち５６及び５８は
研摩され得る。スペーサ兼板ばね素子７０ももしこの様
な実施例が望まれるならば同様に使用され得る。
【図面の簡単な説明】
第１図は基板にはんだ接着された半導体装置及び冷却板
を含み、熱的ブリッジ素子が半導体装置及び冷却板に冷
却作用を与え得る関係に配向された半導体パッケージの
立断面図でるる。第２図は本発明の熱的ブリッジ素子の
構造の拡大立面図でるる。第３図は不発明の熱的ブリッ
ジ素子の交互ｖｃさしはさまれた構造を示す第２図の線
５−５ＶＣ沿って見た断面図でめる。第４図は本発明の
熱的ブリッジ素子に使用きれる単一の板ばね素子を示し
た図でめる。第５図は単一のスペーサ素子を示した図で
るる。。第６図は本発明の他の好ましい特定実施例の改
良板ばね素子及びスペーサ、を示した図でるる。第７図
は第６図の板ばね素子の側面図でるる。第８図は本発明
の熱的ブリッジ素子の互換ばね実施例の正面図である。 第９図は第８図の線９−９に沿って見た断面図である。 第１０図は本発明の熱的ブリッジ素子を形成する好まし
い方法を示した連続的金属条片の図でるる。 １０・・・・半導体パッケージ、１２・・・・基板、１
４・・・・半導体装置、１６・・・・ビン、１８・・・
・はんだポンド、２０・・・・熱的ブリッジ素子、２２
・・・・カバー（キャップ）、２８・・・・冷却板、３
６・・・・第１の板ばね素子、６８・・・・第１のスペ
ーサ、４２・・・・第２の板ばね素子、４４・・・・第
２のスペーサ、４６．４８・・・・端板、６０・・・・
バイアス用はね。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 平坦な薄い可撓性の板ばね素子の第１の組と、上記第１
    の組の個々の板ばね素子を分離する第１のスペーサ装置
    と、 上記各板ばね素子の一部は上記スペーサ装置を越えて突
    出する形状を有することと、 上記板ばね素子を第１のユニットとして保持する装置と
    、 上記板ばね素子の第１の組に対して滑行可能な重畳関係
    に配置された平坦な薄い可撓性の板ばね素子の第２の組
    と、 上記第２の組の個々の板ばね素子を分離する第２のスペ
    ーサ装置と、 該板ばね素子の一部は上記第２のスペーサ装置を越えて
    突出する形状を有することと、上記板ばね素子を第２の
    ユニットとして一体に保持する装置と、 上記第１及び第２のユニットを外方に拡張する関係にバ
    イアスするばね装置と、 より成るはんだ接着された半導体装置の裏面から該半導
    体装置に接近して位置付けられた冷却板に熱を伝えるた
    めの、半導体パッケージ中で使用されるための熱的ブリ
    ッジ素子。
JP57084103A 1981-08-03 1982-05-20 熱的ブリツジ素子 Granted JPS5823463A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/289,025 US4498530A (en) 1981-08-03 1981-08-03 Flexible thermal conduction element for cooling semiconductor devices
US289025 1981-08-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5823463A true JPS5823463A (ja) 1983-02-12
JPS6238859B2 JPS6238859B2 (ja) 1987-08-20

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ID=23109691

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JP57084103A Granted JPS5823463A (ja) 1981-08-03 1982-05-20 熱的ブリツジ素子

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US (1) US4498530A (ja)
EP (1) EP0071709B1 (ja)
JP (1) JPS5823463A (ja)
DE (1) DE3277157D1 (ja)

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