JPS60257156A - 熱伝導冷却モジユ−ル装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体チップの如き熱発生装置によって発生さ
れる熱を冷却装置に伝達するだめの構成に関する。具体
的には、本発明は半導体チップが微少はんだで配線基板
に取付けられた、単一装置基体もしくは多重装置基体を
含む集積回路パンケージ組立体中の半導体チップを冷却
する熱伝導冷却モジュール装置に関する。

〔発明の背景〕

大型電子計算機では計算速度の速いことが要求されるた
め、近年、限定された半導体基体中に半導体素子を多数
個集積し、もって各素子間の電気的連絡配線長を可及的
に短縮した半導体装置、即ちＪ、ａｒｇｅ　、９ｃａｌ
ｅ　Ｊｌｔｅｇｒａｌｅｄ　Ｃ１ｒｃｕｉｔ（以下ＬＳ
Ｉと言う）チップが開発されている。また、そのＬＳＩ
チップを搭載し、チップと外部回路とを電気的中継接続
する配線基板も多層かつ高密度に電気配線され、もって
中継接続配線長を実質的に短縮した回路基板が開発され
ている。更に、ＬＳＩチップは回路基板上に多数個実装
される方法が開発されている。ＬＳＩチップの動作パラ
メータを予定の範囲内に保持するとともに、過熱による
チップの破壊を防止するためには、動作によって発生し
た熱を効率的に外部へ放散させる補助的手段を施す必要
がある。

ＬＳＩチップの実装密度が低く、発生熱量が少ない場合
は、従来、熱発生源としてのＴ、ＳＩチップから熱中継
媒体を経由して連なる放熱体を、空気による強制対流方
式の冷却法が採られてきた。

しかしながら、チップの実装密度が高くなり、発生熱量
の増大化を招くにつれ、限られた表面積の放熱体を十分
冷却する必要があるが、このためには空気速度を増さね
ばならず、これに伴う騒音問題を無視できなくなる。し
たがって、この強制空冷方式に代り得だ何等かの補助的
冷却手段を施さなければ、ＬＳＩチップをこれらにとっ
て適切な動作温度範囲に維持することはできない。

補助的冷却手段の一例として提案されているものに、空
冷と液体冷却を併用した冷却システムがある。これは、
米国特許第３７４１２９２号に示されているように、カ
プセル内に封入された低融点の誘電性液体で包囲された
部分に、熱発生成分を浸漬したモジュールである。これ
に多用される液体は、低沸点を有するフロロカーボン液
で、比較的低い温度のもとて沸騰を生ずる。即ち、熱発
生成分から伝熱されたフロロカーボン液は蒸気となり、
液面より上部に位置した蒸気部分に移動し、容器から内
部へ向けて連なった凝縮器として作用する内部フィンで
冷却されて再び液化されるサイクルをくり返す。この際
、容器から外方に延びている外部フィンが空冷され、内
部フィンから伝達された熱に対する放熱体の役割を担う
。以上の過程のもとで熱発生成分の熱放散が達成される
。しかし、この種の液体カプセル封入モジュールは、沸
騰−凝縮の基本プロセスが確実に遂行されるように維持
されねばならないが、このためには極端に高純度で汚染
物質の無い冷却剤液体を必要とする。また、この冷却概
念は、ＴＪＳＩチップの如き熱発生成分を冷却する場合
には、容易に適用できない。

液体及びこの液体に取込まれた不純物質または汚染物質
によりＴ、ＳＩ構成物質が腐蝕されたり、これに伴う故
障を併発する危険が極めて大きいからである。

米国特許第３９９３１２３号には、１以上の冷却される
べき半導体チップの如き熱発生装置をガスとともにカプ
セル封止した冷却モジュール装置が開示されている。熱
発生装置はアルミナ基板上に搭載され、基板とキャップ
に、ｌ：り密閉され、この密閉空間に不活性ガスが充填
されるとともに、熱伝導性部材が配置されている。基板
に対向するキャップの壁面は熱発生装置に向って該装置
と同一中心上を延びる＋ｉ＋ｉｌｌ長い開孔を有してい
る。開孔の内方端部には弾性部材が配置されている。熱
伝導性部材が各開孔内に配置されており、各開孔の壁面
とそれに関連する熱伝導性部材との間に狭い周辺間隙が
形成されている。弾性部材は熱伝導性部材を熱発生装置
に圧接ｒるような力を、熱伝導性部材に付与している。

気密空間内には不活性ガスが充填されていて、この不活
性ガスにより周辺間隙及び熱発生装置と熱伝導性部材間
の界面を満している。熱発生成分で生じた熱は、不活性
ガスや熱伝導性部材を経由してキャップに至り、キャッ
プと結合したヒートシンクへ放出されるっカプセル封止
冷却モジュール装置には、キャップ材及び熱伝導性部材
として銅やアルミニウム、そして封入ガスとしてヘリウ
ム、水素、二酸化炭素が用いられている。これらは熱伝
導性の優れた材料であって、熱発生装置からフートシン
クへ至る熱伝導経路をこれらの材料で構成することによ
り、効率のよい熱放散を実現している。しかしながら、
カプセル封入冷却モジュール装置では、占有面積が大き
くなり、モジュール装置をプリント基板に実装する際に
密度を高めることが困難である。これは、高気密空間を
形成するために、キャップとの間で封止部を形成する部
分に、アルミナ板の周辺から封止部へ向けて延びるフラ
ンジを設けており、そして場合によっては封止部を形成
するため、キャップとフランジとを圧着する締結手段が
付加されるからである。

一方、米国特許第４０３４４６８号及び４０８１８２５
号には、１以上の冷却されるべき熱発生装置としての半
導体チップとヒートシンクとしてのパッケージのキャン
ヌはカバーとの間に優れた熱輸送路を形成する低融点ソ
ルダからなる熱伝導パッドを設けた、伝導冷却回路パッ
ケージが開示されている。半導体チップはアルミナ基板
上に搭載され、基板と銅又は真鍮からなるキャン又はカ
バーとにより密閉されている。半導体チップとキャン又
はカバーとの間には、ギャップが形成されているが、こ
のギャップ部分を埋める如くにインジウム又はその合金
からなる熱伝導パッドを配置している。

この熱伝導パッドは、半導体チップまたはキャンないし
カバーのいずれか一方のみと金属的に接合され、金属的
な接合がなされない他方の係合部は非金属的に、例えば
単に接触界面を形成する如くに接合されている。この際
、金属的接合を具現するため、半導体チップまたはキャ
ンないしカバーにクロム−ｍ−金、クロム−ニッケル、
チタニウム−パラジウム−金、クロム−銅からなる薄膜
が形成されている。伝導冷却回路パッケージでは、金属
的接合がなされない接触界面で機械的拘束力を受けない
から、熱的サイクルの付加にともなう劣化、例えば疲労
破壊の如き故障を生じにくい。

しかし、熱伝導路を形成する非金属的接合部は、（９） 金属的接合がなされた界面に比べて熱伝導性能の点で劣
ることは明確である。

従って、より冷却効率の高い熱伝導路を形成するには、
熱発生装置としての半導体チップからヒートシンクへ係
合されるハウジングに至る熱伝導路に、半導体チップ及
びハウジングの双方に金属的に接合された熱伝導パッド
を配置するのが好ましい。しかしこの場合には、熱伝導
パッドが半導体チップ又はハウジングのいずれか一方と
金属的に係合されない部分を仔する、熱伝導冷却パッケ
ージにおいて発生しにくい新たな問題が生ずる。

即ち、互に熱膨張係数の異なる半導体チップとハウジン
グ部材の双方に合金材の如き熱伝導パッドを金属的に接
合した場合は、回路の稼動及び休止に伴う熱変化を生ず
るとき、熱膨張係数差に起因して熱伝導パッドに熱応力
が印加され、この熱応力のくり返し印加によって熱伝導
パッドの疲労破壊、例えばクラックを生ずるに至る。こ
のような熱伝導パッドの疲労破壊は、熱伝導路の熱抵抗
を高める要因となり、特に発熱量の大きい半導体チ（１
０） ツブに関する熱伝導路の場合は、−］二記破壊を防止す
る手段が講じられねばならない。又、熱伝導性空間を維
持するためには、熱伝導性封入ガスを閉込めるため、ハ
ウジング及び基板の相互間は直接的又は間接的に接合さ
れねばならない。この接合がろう材を用いてなされる場
合、ハウジングと基板間の熱膨張係数差が大きいと、上
述と同様の疲労問題を生ずる。特にこの部分の接合部は
寸法的に大きくなるため、疲労破壊の危険は顕著であシ
、熱伝導空間を維持することが困難となる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、容器内に複数個配置された熱発生装置
の冷却効率の向上を図った改良された熱伝導冷却モジュ
ール装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明熱伝導冷却モジュール装置は、か＼る目的を達成
するため、以下の特徴を有する。

熱発生装置を密封する容器の一部となり、かつ熱発生装
置から容器外の冷却手段に至る熱伝導路の一部となる部
分を、異種の２以上の金属が相互（１１） に一体化された複合金属から構成ｌ〜たことを特徴とす
る。また、熱発生装置と容器部分との間に位置Ｌ　、熱
発生装置と容器部分とに金し４的に接合された低融点金
属からなる熱伝導パッドを具備することも特徴の１つと
している。

複合金属は熱ノ彫張係数が熱発生装置又は熱発生装置を
搭載する基板と近似している第１の金属と、第１の金属
より熱伝導率の大きい第２の金属とが相互に一体化され
たものである。第１の金属としては、鉄または鉄合金、
第２の金属としては銅−またはアルミニウム、若しくは
銅またはアルミニウムの合金が用いられる。

本発明において、容器の一部となるハウジングは熱発生
装置に関連する熱伝導路に用いられるから、本質的に高
い熱伝導性を付していることが必要であるほか、更に好
ましくは、ハウジングは熱膨張係数が熱発生装置及び熱
発生装置を搭載する基板と近似し、高い気密性を有して
いる必要がある。これは熱伝導パッドの疲労劣化を避け
るとどもに、封入カプセル内の高気密性を維持するため
（１２） である。そこで、こうした性能を有する材料を探索し比
較検討した結果、ハウジング本体を構成する第１金属の
熱発生装置の各々に対向する部分に、熱伝導率の高い第
２金属を配置し、第１及び第２金属を相互に一体化した
材料が、・・ウジング用材料として好適な性能を有して
いることが確認された。本発明において、第１金属は熱
膨張係数が熱発生装置又は熱発生装置を搭載する基板の
それと可及的に近似するような材料が選択され、そして
第２金属は熱膨張係数の観点よりもむしろ熱伝導率が高
いような材料が選択される。ただしこの場合、第２金属
は第１金属と一体化されることにより、その熱膨張係数
が熱発生装置に近似するようになされねばならない。こ
のような条件を満し得る構造として、第１及び第２金属
の一体化物であるハウジングは、略板状の第１金属に熱
発生装置の寸法に略一致した寸法の貫通孔を設け、貫通
孔部に第２金属を配置し、第２金属が第１金属によって
嵌合される如くに一体化された複合金属が好適であるこ
とが確認された。即ち、第２金属が第（１３） １金属より大きな熱膨張係数を有する場合は、熱膨張係
数の小さな第１金属による膨張の抑制作用によって、実
質的に低い熱膨張係数に抑えられる。

第２金属は熱伝導性パッドを介して熱発生装置と金属的
に接合さｎるが、第１金属によって嵌合される如くに一
体化された第２金属は、熱発生装置と対向するように配
置され、同熱発生装置に略近似した熱膨張係数を付与さ
れるようになっている。

〔発明の実施例〕

次に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する
。第１図はＬＳＩチップ１０として示されている熱発生
装置と、これを冷却するだめの補助的冷却手段を有した
気体封入熱伝導冷却モジュール装置を示す概略俯諏図、
そして第２図は第１図に示されるＡ−Ａ’部の断面図で
ある。両図を参照して説明するに、シリコン基体に固体
回路を形成してなるＬＳＩチップ１０の約１００個が、
面積約９０ｗｍＸ９０ｍｍのセラミックの多層配線基板
１２の一方面に微少はんだ１１により装着されている。

基板１２はその他方面から突出する約（１４） １５００本もの接続ピン１４を有している。これらのピ
ン１４を補助回路等を担持した配線ボード１３に差込み
、熱伝導モジュール装置が支持される。基板１２のチッ
プ１０を搭載した側の周縁部に対向する如くに突出部１
．６　ｄが設けられた凹型のキャップ即ちハウジング１
６が配置され、けんだろう材の如き封着部材１７により
固着されている。この際、基板１２の封着部には封着部
材１７に対するぬれ性を付与する金属化手段（図示せず
）を設けている。これらの部材構成によってＴ、８Ｉチ
ツプを収納する密閉空間１９が形成されているが、この
部分にはヘリウムガスの如き熱伝導性気体３１が充填さ
れている（第２図）。チップ１０とチップ１０の各々に
対向するハウジング１６の間には、チップ１０とハウジ
ング１６に金属的に接合された低融点金屑からなる熱伝
導性パッド２０が設けられ、チップ１０からハウジング
１６に至る熱伝導路を形成している。本発明において、
ハウジング１６は鉄（Ｆｅ、熱膨張係数　×ｔｏ−’／
ｃ、熱伝導率０．１８　ｃａｔ／ｃｒｎ−ｓ　・Ｃ）４
２（１５） ７ａイ（４２Ｎｉ−Ｆｅ、熱膨張係数４．５〜５．８Ｘ
ｔＯ−’／ｃ、熱伝導率０．０３２　ｃａｔ／ｃｍ−ｓ
　−２Ｚ”　）、インバー（３６Ｎｉ−Ｆｅ、熱膨張係
数ｔ５ｘｔｏ”／　ＣＺ熱伝導率（１，０２６ｃａｌ／
ｌｙｎ・ｓ　・ＣＬコバー／ｌ／　（２９Ｎｉ−１７Ｃ
ｏ−Ｆｅ、熱膨張係数５．０Ｘ１０−’／ｌｌ？、熱伝
導率０．０４　ｃａｌ／ｃｍ−ｓ　−Ｃ）　、モリブデ
７（Ｍｎ、熱膨張係数４．９Ｘ１０−’／Ｃ、Ｍ伝導率
０６３４Ｃａｔ／ｃｒｒ１・ｓ・ｃ）、タングステン（
Ｗ。

熱膨張係数４．６　Ｘ　１０−６／Ｃ，熱伝導率０．３
９７Ｃａｔ／Ｃｍ・ｓ　−Ｃ）等の如き低熱膨張係数を
有し、ハウジング１６の本体を構成する第１金属１６ａ
と、ハウジング１６のチップ１０に対向する部分に、銅
（Ｃ１１、熱膨張係数１６．５Ｘ１．（１−’／ｌ”、
熱伝導率０．９４　ｃａｔ／ｃｍ−ｓ　・Ｃ）、アルミ
ニウム（Ａ４．熱膨張係数２３．９Ｘ１０−’／ｌ：’
、熱伝導率０．５３　ｃａｌ／ｃｍ　・ｓ　−Ｃ）、ニ
ッケル（Ｎｉ、熱膨張係数１２．５Ｘ１０−’／ｌ、熱
伝導率０．２２　ｃａｔ／　ｃｍ・Ｓ・Ｃ）等の単体金
属又はその合金〔例えば黄銅（Ｃｕ−２０Ｚｎ）］の如
き高熱伝導性を有する第２金属１６ｂを配置したいわゆ
る第１金属、第（１６） ２金属の複合金属体から構成される。この複合金属体か
らなるハウジング１６は、基板１２の母材がアルミナセ
ラミック、ムライトセラミックであシ、チップ１０がシ
リコンである場合特に優れた性能を維持できる。ハウジ
ング１６の第２金属１６ｂは見かけ上シリコンに近似し
た熱膨張係数を有しており、熱的サイクルの印加にとも
なう熱伝導性パッド２０の熱疲労破壊を防止するのに役
立つ。ハウジング１６が熱伝導性パッド２０と金属的に
接合される部分の見かけ上の熱膨張係数αは、半径ｒ２
を有する円柱状第２金属の周囲を外半径ｒｌを有する第
１金属で被覆した複合金属体と仮定した場合、次式で近
似される値を持つ。

ここで、 αＩ　：第１金属の熱膨張係数 ６１：第１金属の縦弾性係数 ν区　：第１金属のポアッソン比 （１７） α２　：第２金属の熱膨張係数 Ｅ２　：第２金属の縦弾性係数 ν２　：第２金属のポアッソン比 この複合金属からなるハウジング１６は、基板１２との
封止部において実質的に第１金属と等価な熱膨張特性を
有する。したがって、上記ハウジング１６はアルミナセ
ラミックやムライトセラミックと近似した熱膨張係数を
有しておシ、基板１２とハウジング１６間の封止部材１
７の熱疲労破壊が防止される。熱伝導性パッド２０の破
壊が引起されないから、主要な熱伝導路の伝熱性能が維
持され、そして封止部材１７の破壊を生じないから、熱
伝導性気体３１のもれがなく気体を経由する熱伝導路の
伝熱性能が維持される。尚、基板１２の母材が樹脂であ
る場合であっても熱膨張係数の調節された基板であれば
、複合金属体をハウジングに用いることができる。

本発明において、熱伝導性パッド２０は６７重ｉｉ：％
ビスマスー１６重量襲鉛−１７重量％錫はんだであシ、
チップ１０及びハウジング１６にそれ（１８） ぞれ金属的に接合されている。この熱伝導性パッド２０
は固相点９５ｃ１液相点１４９ｃを有する低融点金属で
、チップ１０とハウジング１６の第２金属１６ｂとの微
少な熱膨張係数差に基づく熱伝導性パッド２０の疲労を
優れた塑性変形性能で補なっている。熱伝導性パッド２
ｏは、上記組成のはんだ材以外にビスマス、錫、インジ
ウム、水銀の如き単体金属や、鉛、錫、ビスマス、イン
ジウム、カドミウム、水銀、アンチモンの少くとも１種
を含む合金材にすることにより、上述と同様の耐熱疲労
性が付与される。

ハウジング１６の第１金属１６ａと第２金属１６ｂは、
相互に直接又は間接に一体化される。

前者の場合は機械的な嵌合あるいは熱圧着や爆接等によ
る拡散接合により、そして後者の場合ははんだ、銀ろう
、金糸合金材の如きろう材又はエポキシ樹脂、アクリレ
ート樹脂の如き有機系接着材又は鉛系ガラス、亜鉛系ガ
ラスの如きガラス材による固着によってハウジング１６
を得ることができる。この実施例において、ハウジング
１６は、（１９） 熱伝導性パッド２０及び封止部材１７と金属的に接合さ
れるものであり、これらに対するぬれ性を付与するだめ
の手段を施しておくことは好ましいことである。例えば
具体的には、少くとも金属的接合がなされる部分にニッ
ケル、金、銀、銅の如き金属膜を被覆しておくこと１．
または後述する多層金属膜を設けておくことが良い。

熱伝導性気体３１としてのヘリウムガスは、周知の如く
低分子気体であって微少間隙に侵入して満しやすく、良
好な熱伝導体であって熱抵抗を下げ、不活性ガスであっ
て安全性が高くかつ腐蝕性や毒性を持たず、最も好まし
い封入用気体材料になり得る。しかし、チップ１０の安
定動作を維持する上で放熱能力に余裕がある場合は、水
素、二酸化炭素、窒素等の気体を封入すること及びヘリ
ウムガスを含めた気体の２種類以上の混合気体を封入す
ることも可能である。この場合、気体の種類や気体の混
合組成は冷却されるべきチップ１゜の発生熱量と熱伝導
冷却モジュール装置全体の放熱能力とのバランスで適宜
選択されるべきである。

（２０） 空間１９は、基板１２、ハウジング１６とこれら各部材
を固着している封止部材１７により気密性を維持し、封
入ヘリウムガス３１の散逸を防ぐと同時に、外気の侵入
による腐蝕等から保獲されるようになっている。このよ
うな気密性保持や疲労破壊防正の観点で選択される限り
においては、封止部材１７として錫、鉛、ゲルマニウム
、シリコン、アンチモン、ビスマス、カドミウム、ガリ
ウムから選択された少くとも１種を含む金糸合金材や、
錫、鉛、銀、アンチモン、インジウム、ビスマス、鋼、
亜鉛、金、カドミウムから選択された少くとも１種を含
む鉛、錫または銀合金等のろう材が好ましい。また、金
属ろう材による固着手段以外に熱硬化性樹脂組成物、熱
可塑性樹脂組成物による封主材を適用することも可能で
ある。この場合、一般に樹脂組成物は金属に比べ気体に
対する気密性に劣るため、封入気体の選択が必要になる
。しかしながら、チップ１０は基板１２上に可及的高密
度に搭載されていて、その中の一部に故障を生じた場合
は所定の回路機能を轡、痔できなく（２１） なる。このような場合には、熱伝導冷却モジュール装置
全体の構成を全て交換するか、あるいはチップ１０の一
部を交換するか、いずれかの方法によって再生を計らね
ばならない。後者の方法は、前者に比べて経済的損失を
軽微にとどめる点で好ましい方法と言える。しかしこの
ためには、封止部を開放してチップ１０の交換が可能な
状態にすること、即ち熱伝導冷却モジュール装置には開
封性が付与されていなければならず、更に開封並びに再
封止の熱処理によって他の接続部、例えば微少はんだ１
１に悪影響を及ぼさないような配慮がなされねばならな
い。このような観点で封止部材を選択するならば、例え
ば微少はんだ１１の材質として９５鉛−５錫系はんだを
用いた場合は、少くとも同はんだ材の固相点よりも低い
融点を有するろう材、即ち９５錫−５銀、６３錫−３７
鉛、８０インジウム−１５鉛−５銀、５０錫−５０イン
ジウム、３４錫−２０鉛−４６ビスマス、１４錫−２９
鉛−４，８ビスマス−１０アンチモン等のろう材が好ま
しい。

（２２） チップ１０から熱伝導性パッド２０を経由してハウジン
グ１６に伝達された熱は、ハウジング１６に係合された
冷却板３２の如きヒートシンクに伝達される。第２図で
理解されるように、ハウジング１６の表面と冷却板３２
の表面は、両者間で良好な熱伝達がなされるように平坦
に形成されている。冷却板３２の空間部３２ａには、冷
却板３２に伝達された熱を除去する冷却液体４２（第２
図）が循環されていて、効率的な冷却がなされる。効率
的な冷却をなし得る冷却液体として、水の如き数体が望
ましい。したがって、冷却されるべきチップ１０が、作
動状態においてあらかじめ設計された温度以上に過熱さ
れない状態に維持される場合には、冷却板３２による冷
却に代えて空冷によるヒートシンクを用いることも可能
である。

この際には、当然ながら上述した騒音問題を軽微にとど
めるような配慮がなされなければならない。

尚、本発明熱伝導冷却モジュール装置では、ハウジング
１６が封入モジュール装置の外方で冷却媒体に直接触れ
るヒートシンクを兼ねることは何等（２３） 障害になるものではない。

第３図は、チップ１０とともに用いられた熱伝導性パッ
ド２０及びハウジング１６の部分を拡大して示した概略
断面図で、熱伝導体パッドを金属的に接合するために多
層金属膜を用いた例を示すものである。チップ１０は一
辺が６．５閣の正方形状をしており、チップ１０のはん
だボール１１の設けられていない側にクロム−ニッケル
ー銀積層金属層からなる金属化層ｉｏａが設けられ、熱
伝導性パッド２０とチップ１０の金属的接合の実現に寄
与している。また、ハウジング１６のチップＩＯとの対
向部に略同寸法のクロム−ニッケルー銀積層金属層から
なる金属化層１６Ｃが設けられ、熱伝導性パッド２０と
ハウジング１６との金属的接合の実現に寄与している。

金属化層１０ａや１６Ｃのクロム層はシリコン又は第２
金属１６ｂとの接合強度を保つだめの役割、ニッケル層
は熱伝導性パッド２０の構成金属とクロム層の反応を抑
制するためのストッパとしての役割、そして銀層は熱伝
導性パッド２０に対するぬれ性を付与す（２４） る役割をそれぞれ有している。したがって、それぞれの
金属層は上述の役割を果し得る限りにおいて、他の金属
に代替できる。例えば接着強度を保つための層としては
、クロムの他にチタニウム、モリブテン、タングステン
、ニッケル、アルミニウムの如き金属、ストッパとして
はニッケルの他に銅、パラジウム、白金、アルミニウム
の如き金属、そしてぬれ性を付与するだめの層としては
上記銀の信金、白金、ニッケル、銅の如き金属を適用で
きる。必要ならクロム層とニッケル層の間にクロム・ニ
ッケル混合層を設けて接着力を強化する手段を講じても
よい。これら積層金属Ｊ−は真空蒸着法によって形成さ
れるが、必要ならスパッタリング法、イオンブレーティ
ング法を用いて形成してもよい。金属化層１０ａ、１６
Ｃは熱伝導路の伝熱性能を高めるのに有効である。より
伝熱性能ヲ高めるには、ハウジング１６の金属化層１６
Ｃは、サンドブラスト法等で面に微細な凹凸を設けた後
形成することが望ましい。尚、このような積層金属層は
、ハウジング１６の突出部１６ｄにも（２５） 同様に設けられて、封止部材１７との金属的接合を容易
にすることも可能である。

更に、基板１２上に搭載されたチップ１０内には、限定
された半導体基体内に多数個乗積された半導体素子を有
し、それぞれの半導体素子は所定の電気配線により電気
的な機能を果し得るように電気回路を形成している。こ
れらの半導体素子は、′ｄ電気回路形成するために、必
要に応じて相互に電気的に絶縁された半導体領域に形成
されなければならない。したがって、一般に半導体素子
は、ｐｎ接合を逆バイアスして電気的に分離さ在た、通
常島と呼ばれる半導体領域に形成される。問題は、その
ｐｎ接合を逆バイアスするだめの電圧が半導体基体、即
ち熱伝導性パッドと金属的に接合する部分に与えられる
ことである。一般には、機能の異なる２種ないしそれ以
上のチップ１０が同一基板１２上に搭載される。このよ
うな場合は、逆バイアス電圧を２ないしそれ以上の水準
に維持する必我がある。異なる逆バイアス′唯圧の与え
られたチップ１０どうしは、導電性の熱伝導性パラ（２
６） ド２０やハウジング１６の第１金属１６ａ、第２金属１
６ｂを介して電気的に連絡することとなり、あらかじめ
予定された逆バイアス条件を維持できず、熱伝導冷却モ
ジュール装置全体の回路機能が損なわれる。このような
場合は、第３図に開示されたハウジング１６ないしハウ
ジング１６内の第２金属１６ｂと金属化層１６Ｃとの間
、又はチップ１０と金属化層１０ａとの間の少くとも一
方に絶縁性物質（図示せず）を設けておくことが望まし
い。この絶縁性物質は、−例として二酸化シリあること
が好ましく、一般的に周知なＣｈｅｍｉｃａｌＶａ［）
ｏｒ　Ｄｅｌ）ｏｓｉｔｉｏｎ法、スパッタリング法、
熱酸化法等によｐ形成される。又、絶縁性薄膜物質を金
属層１０８又は１６Ｃを形、成する少くとも一方の部分
に設ける場合、あるいは絶縁性薄膜物質を全く設けない
場合であっても、ハウジング１６を構成する第１金属１
６ａと第２金属１６ｂとを相互に一体化するための固着
材に絶縁性物質、例（２７） えは有機系樹脂やガラス材のｙｌき物質を用い、これら
固着材によってチップ１０の相互間を電気絶縁すること
が可能である。

尚、同一ハウジング内において第１金、１１６ａに嵌合
される如くに一体化される第２金属１６ｂは、１種類の
金属であることを必須とするものではなく、必要に応じ
複数の種類の金属を用いることもできる。

〔光間の効果〕

以上説明したように、本発明によシ熱発生装置からの放
熱効果の優れた熱伝導冷却モジュール装置を得ることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明熱伝導冷却モジュール装置の一実施例を
示す一部所面した斜視図、第２図は第１図のＡ−Ａ’線
に沿う断面図、第３図は第２図の要部拡大図である。 １０・・・ＬＳＩチップ、１２・・・配線基板、１６・
・・ノ）ウジング、１６ａ・・・ハウジングの第１金属
、１６ｂ・・・ハウジングの第２金属。 代理人　弁理士　高橋明夫。 （２８） 第３２ １１ｂ　／ど

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱発生装置と、熱発生装置を載置する配線基板と、
   配線基板の周辺に気密に固着され配線基板と共に熱発生
   装置を収納する容器を形成するハウジングと、容器外に
   あってハウジングに隣接して設けた冷却手段と、ハウジ
   ングを介して熱発生装置と冷却手段とを熱的に連結する
   手段とを具備し、上記ハウジングが異種の２以上の金属
   が相互に一体化された複合金属からなることを特徴とす
   る熱伝導冷却モジュール装置。 ２、ｔｆ！ｆ許請求の範囲第１項において、上記熱的に
   連結する手段が、上記熱発生装置と上記ハウジングに金
   属的に接合された低融点金属からなる熱伝導性パッドで
   あることを特徴とする熱伝導冷却上ジュール装置。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項において、上記
   ハウジングは、熱膨張係数が上記熱発生装置のそれと近
   似する第１金属と、上記第１金属に嵌合される如くに配
   置され上記第１金属より熱伝導率の高い第２金属とが相
   互に一体化された複合金属からなることを特徴とする熱
   伝導冷却モジュール装置。 ４、特許請求の範囲第１項、第２項捷たは第３項におい
   て、上記ハウジングは、第１金属が鉄、鉄合金、モリブ
   デン、タングステンの群から選択された１種の金属であ
   り、第２金属が上記４１金属に嵌合される如くに配置さ
   れた銅、アルミニウム、ニッケル、銅合金、アルミニウ
   ム合金、ニッケル合金の群から選択された１種の金属で
   あシ、上記第１金属と第２金属とが相互に直接又は金属
   ろうにより間接的に一体化された複合金属からなること
   を特徴とする熱伝導冷却モジュール装置。 ５、％許請求の範囲第１項、第２項、第３項または第４
   項においＣ１上記ハウジングの第２金属は、その見かけ
   上の熱膨張係数を上記第１金属によって実質的に小さく
   なるように調節されることを特徴とする熱伝導冷却モジ
   ュール装置。 ６、特許請求の範囲第２項、第３項、第４項または第５
   項において、上記熱伝導性パッドは、上記ハウジングの
   少くとも第２金属と金属的に接合されることを特徴とす
   る熱伝導冷却モジュール装置。 ７、特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、
   第５項または第６項にセいて、上記熱発生装置がＬ　Ｓ
   　Ｉチップであることを特徴とする熱伝導冷却モジュー
   ル装置。 ８、特許請求範囲第２項、第３項、第４項、第５項、第
   ６項！、たけ第７項において、上記熱伝導パッドｆよ、
   ６７重計係ビスマスー１６市量楚鉛−１７重盪裂錫から
   なるはんだ、ビスマス、錫、インジウム、水銀、カドミ
   ウム、アンチモン、錫、鉛から選ばれた合金、ビスマス
   、錫、インジウム、水銀のうらから選ばれ単体金属であ
   ることを特徴とする熱伝導冷却モジュール装置。