JPS5832504B2 - 半導体チップの熱伝達装置 - Google Patents

半導体チップの熱伝達装置

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JPS5832504B2
JPS5832504B2 JP55168154A JP16815480A JPS5832504B2 JP S5832504 B2 JPS5832504 B2 JP S5832504B2 JP 55168154 A JP55168154 A JP 55168154A JP 16815480 A JP16815480 A JP 16815480A JP S5832504 B2 JPS5832504 B2 JP S5832504B2
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chip
plate
cap
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heat
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JP55168154A
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カール・デービツド・オスタグレン
モハンラル・セブジ・マンシユリア
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International Business Machines Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔本発明の分野〕 本発明は、集積回路半導体チップ（以下チップとする）
が発生する熱を除去するように改良された熱伝達装置に
関する。
〔先行技術〕
チップが発生する熱を効率よく除去するためには、チッ
プとモジュール・キャップのような熱伝導手段の間の熱
伝導をよくしなければならない。
このために、チップの背面と熱伝導手段との間にピスト
ンのような熱伝導部材を設けることが、考え出され、実
用化されている。
このピストンは、チップが水平に設けられたときには、
両者の接触面がきちんと接触しあうので、良い熱伝導を
達成するが、チップが傾いて設けられたときには、両者
の接触面間に隙間ができるので、十分な熱伝導を提供し
ない。
この隙間による熱伝導の低下を防ぐために、次のような
熱伝導部材が考え出された。
即ち、１つはＩＢＭ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｓｃｌ
ｏｓｕｒｅ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ。
Ｖｏｌ、２１、Ａ２、Ｊｕｌｙ １９７８、ｐｐ、７５
２〜７５３に示されているような、単一のピストンに代
って、小さなピン・ピストンを多数設けてチップと点接
触するようにしたものである。
もう一つはＩＢＭ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｓｃｌ
ｏｓｕｒｅ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ。
Ｖｏｌ、２１、Ａ５．０ｃｔｏｂｅｒ １９７８、ｐｐ
、１８５７に示されているような、単一のピストンの先
端に多数ワイヤを設けて、やはりチップと点接触するよ
うにしたものである。
このようにチップと点接触させることにより、チップの
傾きには対処できるようになったが、このような点接触
の熱伝導には、次のような欠点が存在する。
即ち、（１）点接触を達成するために、熱伝導部材の構
造が、複雑となる。
（２） ピン又はワイヤのような細い物を設けるので
、製造が実際には困難である。
製造できたとしても、細工に時間がかかり、コスト高と
なる。
（３）ピン又はワイヤによる点接触であるので、チップ
からの熱伝導は、接触地点に限定される。
従って、高集積化に向い、発生する熱が増加する傾向に
あるチップを、十分に冷却することができない。
（４）ピン又はワイヤのような表面積の小さなものから
、モジュール・キャップのような熱伝導手段へ熱を伝導
するので、熱伝導部材と熱伝導手段との間の熱伝導効率
が悪い。
〔本発明の概要〕
本発明は、前記のような従来技術の欠点を改善すること
を技術的課題としてなされたものである。
即ち、次のような特徴を有する熱伝導部材を備えた熱伝
導装置の開発を、技術的課題としてなされたものである
。
（１′） 構造が簡単である。
（２′） 製造が容易である。
（３′） チップの傾きに、熱伝導効率が良い面接触
で対処できる。
（４′） 熱伝導手段への熱伝導効率が優れている。
本発明は、このような技術的課題を、次のようにして解
決した。
即ち、ヒートシンクに結合されたモジュール・キャップ
のような熱伝導手段にチップに対向する複数のみぞを設
け、 このみそに、チップの背面と接触する平らなせまい接触
面並びにみぞの側壁に対向する平らな広い放熱面を有す
る板状熱伝導部材を設け、熱伝導部材をチップの方へ弾
性的にバイアスする手段で、熱伝導部材の接触面をチッ
プの背面に接触させること、 によってである。
従って、本発明の目的は、チップと熱伝導手段との間の
熱伝導を最適にした熱伝導装置を提供することである。
本発明により、チップと熱伝導手段との間の熱伝導は、
チップの傾きにもかかわらず、最適にされる。
またチップには均一な力が分散して加わることになるの
で、許容レベル以上の力は、チップのどの部分にも加わ
らず、従って、チップを破損するようなことはない。
〔本発明の実施例〕
第１図では、チップ１０の冷却を提供するために、本発
明によるガス・カプセル封入モジュールの断面図が示さ
れている。
良く知られているように、チップは固体装置より成り、
これらは、各チップで高密度に実装されている。
チップ内の回路で消費される電力は、チップから取り除
かれなければならない熱を発生する。
種々の回路が異なる電力を必要とし、又集積された固体
回路装置は信頼できる動作のために所定の温度範囲内に
維持されなければならないので、必要とされる動作温度
範囲内にチップの温度を維持するような特性の冷却でな
ければならない。
チップ１０は他方の側から伸びるピン１４を有する、一
般にセラミックより成る基板１２の一方の側の表面にマ
ウントされている。
この説明のためには、チップの集積回路が公知技術によ
りソルダー・ボール１０Ａを通して基板中の導体（図示
せず）へ接続されていることを単に認識することで十分
である。
これらの導体は選択的にピン１４に接続される。
これらの接続ピン１４は、補助回路等を支えるボート（
図示せず）へのモジュールのプラグとして提供されてい
る。
モジュール・キャップ１６は、基板１２の周辺からキャ
ップ１６まで伸びるフランジ１８により基板１２に取り
付けられている。
キャップ１６は銅又はアルミニウムのような良好な熱伝
導物質より形成される。
キャップ１６は数多くの長く伸びた平行なみぞ２０を含
む。
キャップ１６のみぞ２０は多くの凹所に分割され、スペ
ーサ・ワイヤ１９により凹所２０Ａを形成する。
キャップ１６中の凹所２０Ａは、基板１２上のチップ位
置に対応するパターンに配置される。
キャップ１６中の各凹所２０Ａは、チップ１０と向い合
って且つ位置合せされて設けられる。
第３図に示されているように、凹所２０Ａはスペーサ・
ワイヤ１９により画成されるみぞ２０の部分である。
キャップ部材１６内の各凹所２０Ａは、熱伝導性の板状
部材２１を受けるように正確に大きさが決められている
。
各板状部材は、みぞ２０の凹所２０Ａ内でバネ２２によ
りバネ・バイアスされている。
バネ２２は板状部材の必須部分であっても、又は板状部
材をチップの平らな表面に押すところの別個のバネであ
ってもよい。
各板状部材はチップ１０と向い合って且つ位置合せされ
ている。
第１及び第２図に示されているように、各板状部材はチ
ップとキャップ１６との間の熱伝達をなす。
各板状部材２１はその関係するチップの向い合って配置
された平らな表面と界面を形成する長く伸びた狭い平ら
な表面を有する。
各バネ・バイアスされた板状部材２１は、向い合って配
置されたチップの平らな表面と比較的平らな面係合を達
成するために、その凹所２０Ａ内で十分自由に動けるよ
うになっている。
傾いたり高くなったリするチップの平らな表面と良好な
熱接触をさせるためにも、バネ・バイアスされた板状部
材がその凹所２０Ａ内で十分自由に動けるようになって
いることも、また認識されるところである。
板状部材とチップとの界面の熱抵抗は、板状部材の向い
合って配置された長く伸びる狭い平らな表面とチップの
平らな表面との間の、非常に密接な物理的接触により減
少される。
板状部材とキャップの界面の熱抵抗は、長く伸びる板状
部材が板状部材とキャップ内のみぞとに共通な十分大き
な横方向の表面領域を提供するので、また減少される。
好ましくはヘリウムのような熱的に伝導性の流体３０が
、流体充填口３２から基板１２とキャップ１６との間の
空いた空間領域へ導入される。
ヘリウムを保つために、基板１２とキャップ１６との間
の空間領域は密封されることは認識すべきだ。
ガスは低分子量を有し、そしてこれゆえに板状部材とチ
ップとの界面の空所に容易に充満していっばいになる。
チップ及び板状部材並びにみぞ内の板状部材の大きな横
方向表面領域の間のより良好な平らな接触のために、不
活性な窒素のような低伝導性媒体がある適用に対しては
用いられる。
これゆえに、高価な封緘処理は省かれ、又は密封の必要
性を減らされる。
第１図を参照すると、カバー１７とキャップ１６との間
の空間領域は、水のような適当な冷却液が流れるように
されている入口３３及び出口３４を有している。
液体の冷却剤が通るキャップ１６とカバー１７の間の部
分はコールド・プレートと呼ばれる。
本発明の範囲から離れることなく好実施例において多く
の変更及び変化が行なわれることは、認識されるところ
である。
例えば、ある適用においてコールド・プレートを用いる
。
モジュール内に含まれる基板１２上のチップの数は、１
から１００位のかなりの数まで変わる。
チップ当りの板状部材の数は、３つより大きくもまたは
３つより小さくもできる。
チップ当りの板状部材の好ましい数は、３乃至５である
。
多くのチップを含むモジュール内では、チップ当りの板
状部材の数は、チップの冷却必要性に応じてチップによ
って変わる。
板状部材の断面積は、板状部材とチップの界面部分にお
いて拡大され得る。
板状部材により提供される部材とチップの界面における
改良された物理的接触とともに、ヘリウムの高熱伝導性
及びヘリウムのギャップを充填できる性質を結合するこ
とが、本発明の好実施例では、チップと部材の界面のさ
らに改良された熱接合及び改良された冷却モジュールを
提供するために、用いられている。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による半導体チップとみぞ付モジュー
ル・カバーとの間でバネ・バイアスされた板状部材を示
すガス・カプセル封入モジュールの一部分の断面図であ
る。 第２図は板状部材の側面即ち幅を示す、第１図のライン
２−２における断面図である。 第３図は、第１図のライン３−３における断面図であっ
て、スペーサ・ワイヤ間のみぞ内に存在する板状部材と
モジュール・カバー内のみぞを示すものである。 １０・・・・・・集積回路半導体チップ、１２・・・・
・・基板、１６・・・・・・モジュール・キャップ、１
７・・・・・・カバー２０・・・・・・溝、２１・・・
・・・板状部材、２２・・・・・・バネ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 集積回路半導体チップの背面を弾性的に押圧する複
    数個の板状熱伝導部材を、前記チップの背面に対向する
    熱伝導手段に設けたことを特徴とする、半導体チップの
    熱伝達装置。
JP55168154A 1980-01-21 1980-12-01 半導体チップの熱伝達装置 Expired JPS5832504B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/113,898 US4263965A (en) 1980-01-21 1980-01-21 Leaved thermal cooling module

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS56110249A JPS56110249A (en) 1981-09-01
JPS5832504B2 true JPS5832504B2 (ja) 1983-07-13

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ID=22352196

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP55168154A Expired JPS5832504B2 (ja) 1980-01-21 1980-12-01 半導体チップの熱伝達装置

Country Status (4)

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US (1) US4263965A (ja)
EP (1) EP0033836B1 (ja)
JP (1) JPS5832504B2 (ja)
DE (1) DE3160889D1 (ja)

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EP0033836A3 (en) 1981-09-02
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