JPS5831732B2 - 集積回路実装構造体 - Google Patents

集積回路実装構造体

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JPS5831732B2
JPS5831732B2 JP55050527A JP5052780A JPS5831732B2 JP S5831732 B2 JPS5831732 B2 JP S5831732B2 JP 55050527 A JP55050527 A JP 55050527A JP 5052780 A JP5052780 A JP 5052780A JP S5831732 B2 JPS5831732 B2 JP S5831732B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野及び発明の目的〕 本発明はマルチ・チップ実装構造体、特に空冷に適し且
つチップに於て温度平均化の効果を与えるマルチ・チッ
プ・モジュールに関スる。
本発明の目的はモジュール全体の大きさを増加させる事
なく必要な冷却を与え、且つチップが平均温度に維持さ
れるような空冷マルチ・チップ実装構造体を提供する事
である。
〔従来技術の問題点〕
従来より、複数個の集積回路チップを搭載した実装構造
体の放熱手段として種々のものが考案されて来た。
その１つに、チップを搭載したセラミック基板表面を密
閉して熱伝導度の高い気体を封入し、さらにチップ毎に
熱伝導ピストンを設はチップに圧接して、チップの冷却
をはかるものがある。
最終的な放熱は空冷によって行なう事ができる。
その場合は、上記ピストンを収容するシリンダの外壁に
フィンを設けこれに空気を吹き付ける方式が知られてい
るが、シリンダの数が多い場合は空気流に対するインピ
ーダンスが増大するという欠点かあった。
また低電力のチップを交えた複数チップを冷却する場合
、上記方式によれば低電力チップが冷却しすぎる事によ
って所望の動作温度に到達しない事があった。
その対策として、従来は、低電力チップからの放熱経路
中に熱抵抗手段を設ける事が行なわれていた。
従ってモジュールの構造が複雑化する欠点があった。
〔発明の概要〕
前記従来技術の問題点は本発明の集積回路実装構造体に
より解決される。
本発明の実装構造体は、複数個の集積回路チップか基板
上に搭載され、熱伝導ピストン及び冷却フィンによって
チップの冷却が行なわれるものに係る。
本発明においては、ピストンのチップ側端面に熱伝導性
のフランジが設けられ、このフランジはスロットにより
複数のチップ接触部に分割されている。
従ってフランジが接触している複数のチップで発生した
熱は、フランジを経て熱伝導ピストンに伝えられ、さら
に冷却フィンによって放散される。
またチップとフランジとの良好な接触を与えるように、
チップ接触部をチップに押しつけるばね手段を用いても
よい。
更に、このばね手段はチップ接触部の湾曲した延長部で
形成してもい０ 上記構成を用いれば、熱伝導フランジ面が複数のチップ
に接触するのでチップの温度が平均化され、従来のよう
に低電力チップに特別の対策を施す必要がない。
また共通のピストンのフィンによって放熱がなされるの
でモジュールの大きさを増加させる事もなく、又冷却用
空気流に対して大きなインピーダンスを与える事もない
。
〔実施例の詳細な説明〕
空冷マルチ−チップ・モジュール１０は熱伝導によるチ
ップ群１２の冷却のための構成を与える。
熱はフィン構造１４まで伝導され、フィンを横切って吹
き付けられる強制気流によって冷却される。
モジュール１０は、モジュールを回路カード又は回路ボ
ード２０に接続するためにモジュールの片側から伸び出
す多数のピン１８を有する基板１６から構成される。
基板１６の内側には多数のチップ１２がフェース・ダウ
ン方式で搭載されている。
即ち回路を含むチップ表面がはんだボール２１接続を介
して基板に面を下にして搭載されている。
容器即ちキャップ２２はその端部で基板１６に取り付け
られ、シリンダ２４が形成されている。
熱伝導ピストン２６はシリンダ内にあり、シリンダ内壁
と小さな間隔２８を形成する。
熱伝導ピストン２６は熱伝導ピストン中のはね保持開孔
中にあるばね３０によってばね負荷される。
ばね３０は熱伝導ピストン２６へ力を供給し、ピストン
はチップ群１２の中央のチップに対して圧力を加え、そ
れと良好な熱伝導接触を形成する。
ピストン２６の底部はフランジ３２の形に底形されるか
、又はフランジが取り付けられている。
フランジ３２は銅、アルミニウム等の柔軟な材料又は熱
伝導物質の組合せで出来ていて、柔軟なように充分薄く
なっている。
フランジ３２は第２図及び第３図のように四角でも円形
でもよい。
四角の場合、フランジは隣接チップの露出面上に横たわ
るように充分幅が広くなっている。
円形フランジ３２は、四角のフランジの場合のように正
確な向きを与えなくても挿入できる利点かある。
円形フランジは、四角のフランジよりも多くの余地を必
要とする次点を有する。
「フリップ・チップ」として一般に知られる技術に付随
する問題は、はんだボール２１マウンテイングがしばし
ば少し傾斜したチップ１２を生じる事である。
チップ１２の露出面からの良好な熱伝達を得るために、
熱除去素子により可能な限り大きなチップ面との面接触
を得る必要かある。
多くの場合熱除去素子は平坦な表面を有し、これは露出
チップ面に隣接した時チップの傾きのために点又は線で
接触する。
この問題は本発明において、任意のチップ１２の傾きに
適合するように充分に柔難な順応面フランジ３２によっ
て解決される。
フランジ３２の順応面接触領域はチップ１２間の領域で
フランジ３２にスロット３４を切除する事で形成される
。
これらのスロット３４は第２図に最も良く示されており
、幅はチップ１２間の距離までに制限される。
フランジ面のスロットを有する順応面接触はフランジ３
２の延長部３６とも見なせる。
スロット３４は接触領域を自由にし、チップ面に対して
接触領域が定着するようにより以上の柔軟性を与える。
延長部３６即ち順応面接触部はその端で上向きに湾曲し
た部分３８を有する。
これらの湾曲端部３８は弾性材料で出来ていて、モジュ
ール１０の中に挿入された時第１図に示すようにキャッ
プ２２の内側と接触する。
これらの弾性材料は順応面接触部３６をチップ面に対し
て加圧する力を及ぼす。
これは境界面４０を形成する会合面の間に良好な面接触
を保証する。
第１図及び第２図から、フランジ３２は中央の熱伝導ピ
ストン２６から全ての方向に伸び、全ての隣接チップ１
２と接触する事か認められる。
シリンダ２４は円形で、キャップ２２は３×３のチップ
のアレイを取り囲む矩形のキャップである。
延長部３６の端部の湾曲部３８（即ち小ばね）の代わり
に種々のばね負荷手段を用いる事かできるであろう。
例えばチップ面に対して共形面を偏よらせるばね負荷板
を用いる事ができるであろう。
第１図に示されるように、フィン１４はキャップ２２の
一部として底形する事ができる。
又シリンダ２４及び熱伝導ピストン２６の長さを伸ばし
、フィン１４の数を増やして、特定のチップに関して要
求される放熱を増加させる事かできる。
フィン１４は第４図のようにキャップ２２のシリンダ２
４の上に当てはまり、必要なフィン１４を有する筒４２
の形でシリンダ２４に付は加える事ができる。
フィン筒４２はシリンダ２４にフィンを形成する事程効
率的ではないかもしれない。
というのは別の境界面４６がシリンダ２４の外側と筒４
２との間に導入されるからである。
もちろんこの境界面４６は熱伝達に影響を与える熱抵抗
をさらに導入する。
空冷マルチ−チップ・モジュール１０は第１図に示され
るよりも多くのチップ１２から熱を除去するように拡張
できる。
例えば第５図は６×６のチップ１２のアレイに関する本
発明のモジュール１０を示す。
この構成中でキャップ即ち容器４８は、チップ１２の１
つの群の中央のチップの上に１つずつの複数のシリンダ
５０を含む。
順応面接触部５２は各群の８つの隣接チップ上に伸びて
いる。
チップ１２の６Ｘ６アレイにおいて中央ピストン５４は
９つのチップから成る各象限の中央のチップ上に位置す
る。
前述のように順応面フランジ５６は熱伝導ピストン５４
の底部から直角に伸び、フランジ５６の延伸部５２の端
部に形成されたばね手段５８によって隣接チップ１２に
対してばね偏位される。
この構成はチップからの必要な熱伝達に関して充分はフ
ィン６０表面積を与える。
各チップ１２に関し別々の熱伝導ピストンを与えようと
すれば、フィンに関する表面積はかなり減少し、且つシ
リンダ自身が空気流に対するインピーダンスとして作用
するであろう。
第５図でピストン５４の側面から見た断面図は第５図と
同様の図になるであろう。
これはモジュールか対称で６×６のチップのアレイを含
む事を示している。
第１図でモジュール１０からの熱伝達はシリンダ２４及
びその中のピストン２６を引き伸ばし、フィン１４のた
めに利用可能な場所を増やす事によって強化できる。
言い換えれば、もし必要であれば熱伝達を増加させるた
めにより多くのフィン１４を、長くしたシリンダ２４に
付は加える事ができる。
モジュール１０の内部は例えば境界面にサーマル・グリ
ースを使用する等の種々の公知技術を用いる事によって
熱伝達を強化できる。
例えばピストンとシリンダとの間の境界面２８はサーマ
ル・グリースで充填し、それによって境界面の抵抗を減
少させる事ができる。
同様にチップ１２と順応接触面３６等の伝導面との間の
境界面４０もサーマル・グリースを加える事ができる。
又、容器２２の内部全体に、境界面を充たしその熱抵抗
を低減させるヘリウム・ガス等の流体を充填できる。
動作時に主要な熱伝達路はチップ１２上の回路から、チ
ップ１２と順応面接触部３６との間の境界面４０を横切
り、フランジ３２に沿って共通の熱伝導ピストン２６に
至る経路である。
群の中央のチップの場合、経路は境界面４０を横切り直
接ピストン２６に入る経路である。
さらに経路は熱伝導ピストン２６から、ピストン２６と
シリンダ２４との間の境界面を横切り、冷却フィン１４
に至る。
そして強制気流がフィンから熱を吸収するために冷却フ
ィン１４に吹き付けられる。
さらに別の熱伝達路は順応面接触部３６から小ばね３８
を通り小ばね３８の接触部とキャップ２２との間の境界
面を横切る。
この経路はキャップ２２に沿って放熱フィン１４に至る
。
チップ１２からはんだボール２１を経て基板１６への、
及び基板１６からキャップ２２へそして最終的にはフィ
ン１４へ至る熱伝達路もある。
チップ１２の群の熱伝達に関して共通の熱伝導ピストン
２６を使用する事は、関与するチップからの熱除去を平
均化し従ってそれらを平均温度にする傾向を有する。
各チップ毎の別々のピストンの代わりにフランジ３２及
び単一の熱伝達ピストン２６を使用する事は各モジュー
ルにかなりの単純化と節約を提供する。
【図面の簡単な説明】
第１図は空冷マルチ−チップ・モジュールの部分断面図
、第２図は第１図で用いられる熱伝導ピストン及びフラ
ンジを示す図、第３図は熱伝導ピストン及び円形フラン
ジを示す図、第４図はフィン付き筒をシリンダにかぶせ
た空冷モジュールの部分断面図、第５図は複数チップ群
の空冷マルチ−チップ・モジュールの部分断面図である
。 １０・・・・・・モジュール、１２・・・・・・チップ
、１４・・・・・・フィン、２２・・・・・・キャンプ
、２６・・・・・・ピストン、３０・・・・・・ばね、
３２・・・・・・フランジ、３８・・・・・・ばねとし
て作用するフランジ湾曲部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 集積回路チップ方向に押し下げられる熱伝導性ピス
    トン及び冷却フィンを有する集積回路実装構造体におい
    て、上記ピストンのチップ側端面に複数個のチップ接触
    部に分割された熱伝導性のフランジを備えることを特徴
    とする実装構造体。 ２ 上記チップ接触部はばね手段により集積回路チップ
    に押しつけられる特許請求の範囲第１項に記載の実装構
    造体。 ３ 上記ばね手段は上記チップ接触部の湾曲した延長部
    よりなる特許請求の範囲第２項に記載の実装構造体。
JP55050527A 1979-06-29 1980-04-18 集積回路実装構造体 Expired JPS5831732B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/053,679 US4246597A (en) 1979-06-29 1979-06-29 Air cooled multi-chip module having a heat conductive piston spring loaded against the chips

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Publication Number Publication Date
JPS566460A JPS566460A (en) 1981-01-23
JPS5831732B2 true JPS5831732B2 (ja) 1983-07-08

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ID=21985836

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP55050527A Expired JPS5831732B2 (ja) 1979-06-29 1980-04-18 集積回路実装構造体

Country Status (4)

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US (1) US4246597A (ja)
EP (1) EP0020911B1 (ja)
JP (1) JPS5831732B2 (ja)
DE (1) DE3071089D1 (ja)

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