JPS61159548A - 低融点金属材料 - Google Patents
低融点金属材料Info
- Publication number
- JPS61159548A JPS61159548A JP23885A JP23885A JPS61159548A JP S61159548 A JPS61159548 A JP S61159548A JP 23885 A JP23885 A JP 23885A JP 23885 A JP23885 A JP 23885A JP S61159548 A JPS61159548 A JP S61159548A
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- JP
- Japan
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- gallium
- metallic material
- melting point
- liquid metal
- low
- Prior art date
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- Pending
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- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
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。
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〕
本発明は半導体冷却装置、特に配線基板上に装着された
半導体チップを冷却する際に使用されるに好適な熱伝導
媒体（低融点金属）に関するものである。
半導体チップを冷却する際に使用されるに好適な熱伝導
媒体（低融点金属）に関するものである。
従来の液体金属熱伝導体を用いた半導体冷却装置として
は、特開昭５６−４２５７号公報に記載のように、第２
図に示すものが提案されている。基板４上に半田３を介
して半導体チップ２を装着し、この半導体チップ２とカ
バー５との間に液体金属熱伝導体１を介在させ、カバー
５の表面を２次冷却体ｌＯにより冷却するように構成し
、前記半導体チップ２の稼動時に発生する熱を液体金属
熱伝。
は、特開昭５６−４２５７号公報に記載のように、第２
図に示すものが提案されている。基板４上に半田３を介
して半導体チップ２を装着し、この半導体チップ２とカ
バー５との間に液体金属熱伝導体１を介在させ、カバー
５の表面を２次冷却体ｌＯにより冷却するように構成し
、前記半導体チップ２の稼動時に発生する熱を液体金属
熱伝。
導体１によ秒吸収する仕組みになっている。
上記液体金属熱伝導体として用いることが可能であって
、常温付近で液体状態の金属または合金は、水銀、セシ
ウム、ガリウム等がある。水銀とセシウムはそれぞれ人
体に有害であり、化学的に活性なために空気中で発火す
るという難点がある。
、常温付近で液体状態の金属または合金は、水銀、セシ
ウム、ガリウム等がある。水銀とセシウムはそれぞれ人
体に有害であり、化学的に活性なために空気中で発火す
るという難点がある。
一方、ガリウムは融点が３０℃で、かつ蒸気圧も著しく
低い（１０−”ｍＨｇ ）から取扱いが容易であるので
、上記液体金属熱伝導体として有望視されている。とこ
ろが、純ガリウム（１００％）は凝固時に体積膨張を示
す代表的な金属であり、その膨張量は約３−程度である
ので、このガリウムを前記冷却装置の熱伝導体１として
用いた場合、凝固時の膨張により荷重がチップ２および
半田３に付加されるため、チップ２または半田３に著し
く悪影響を与えるという欠点がある。この欠点に対し、
従来第１表に示すようなできるだけ融点を低く、かつ凝
固時の膨張量を少なくしたガリウム合金が開発されてき
た。しかし、これらの合金の凝固時の体積膨張率（チ）
も約１俤程度あり、凝固時の膨張により荷重がチップ２
および半田３に発生する恐れがある。したがって、前記
熱伝導媒体１は凝固時の膨張量がほぼ０に等（〜いもの
が望ましい。
低い（１０−”ｍＨｇ ）から取扱いが容易であるので
、上記液体金属熱伝導体として有望視されている。とこ
ろが、純ガリウム（１００％）は凝固時に体積膨張を示
す代表的な金属であり、その膨張量は約３−程度である
ので、このガリウムを前記冷却装置の熱伝導体１として
用いた場合、凝固時の膨張により荷重がチップ２および
半田３に付加されるため、チップ２または半田３に著し
く悪影響を与えるという欠点がある。この欠点に対し、
従来第１表に示すようなできるだけ融点を低く、かつ凝
固時の膨張量を少なくしたガリウム合金が開発されてき
た。しかし、これらの合金の凝固時の体積膨張率（チ）
も約１俤程度あり、凝固時の膨張により荷重がチップ２
および半田３に発生する恐れがある。したがって、前記
熱伝導媒体１は凝固時の膨張量がほぼ０に等（〜いもの
が望ましい。
本発明は上記要望を満足させる液体金属からなる熱伝導
媒体、すなわち凝固時の膨張量がほぼ０に等しい低融点
金属材料を提供することを目的とするものである。
媒体、すなわち凝固時の膨張量がほぼ０に等しい低融点
金属材料を提供することを目的とするものである。
本発明は１記目的を達成するために、ガリウムおよびガ
リウム合金からなる低融点金属にカプセルの中に気体を
封入した変形可能なマイクロカプセルを体積比で１０係
以下添加したことを特徴とするものである。
リウム合金からなる低融点金属にカプセルの中に気体を
封入した変形可能なマイクロカプセルを体積比で１０係
以下添加したことを特徴とするものである。
以下本発明の実施例について詳述する。
まず、ガリウム合金系液体金属に添加するマイクロカプ
セルについて説明する。第１図に示すようにこのマイク
ロカプセルは気体の核６とカプセル７からなる。気体を
マイクロカプセルに封入すること１−ｉｉｎ−ｓｉｔｕ
重合法というマイクロカプセルの製造方法で可能である
。気体中でカプセル化するには、常温で液体状のモノマ
ー（例えばポリアミン、ポリエステル等）をキャリヤー
ガス（窒素、空気など）によって蒸気化して行うのが普
通である。こうして作られたマイクロカプセルの圧力−
変形特性曲線を第３図に示す。半径的２００〜６００μ
ｍのマイクロカプセルでは、約０．０１〜０．０２ ｋ
ｇ／ｃｍ” （約１０５〜２×１０ｓダイン／ｃｍ２）
の圧力で半径の約１０１程度が変形する。
セルについて説明する。第１図に示すようにこのマイク
ロカプセルは気体の核６とカプセル７からなる。気体を
マイクロカプセルに封入すること１−ｉｉｎ−ｓｉｔｕ
重合法というマイクロカプセルの製造方法で可能である
。気体中でカプセル化するには、常温で液体状のモノマ
ー（例えばポリアミン、ポリエステル等）をキャリヤー
ガス（窒素、空気など）によって蒸気化して行うのが普
通である。こうして作られたマイクロカプセルの圧力−
変形特性曲線を第３図に示す。半径的２００〜６００μ
ｍのマイクロカプセルでは、約０．０１〜０．０２ ｋ
ｇ／ｃｍ” （約１０５〜２×１０ｓダイン／ｃｍ２）
の圧力で半径の約１０１程度が変形する。
この変形特性ではマイクロカプセルは外部の圧力によっ
て体積の約３０９６程度まで変化することが可能である
。第２図に示すチップ２とヒートシンク５のギャップ（
通常０．５〜１ ｍｗ程度の大きさ）のようなほとんど
変形が不可能な材料で密閉された隙間の中でガリウム合
金系液体金属１が凝固時の体積膨張で発生する圧力は約
１０ｋｇ／Ｃｍ２程度である。しかし、上記液体金属１
の中に凝固時の”体積膨張を吸収する能力をもつ吸収体
が存在すれば、圧力は発生しない。本発明ではこの吸収
体として変形可能なマイクロカプセルを用い、従来のガ
リウム合金系液体金属に添加して複合材料を作る。今ま
で知られているガリウム合金系の液体金属の凝固時の体
積膨張率は１〜３鴫程度であるから、上記マイクロカプ
セル（外部の圧力によって体積が約３０係まで変化する
ことが可能である）を体積比で３〜１０憾程度添加して
混合すれば本発明の液体金属複合材料が得られる。先に
述べたように本発明で用いるマイクロカプセルの半径を
約２００〜５００μｍにすれば、本発明の液体金属複合
材料は厚さ０．５ ｔａ程度までのギャップへの充填が
可能である。
て体積の約３０９６程度まで変化することが可能である
。第２図に示すチップ２とヒートシンク５のギャップ（
通常０．５〜１ ｍｗ程度の大きさ）のようなほとんど
変形が不可能な材料で密閉された隙間の中でガリウム合
金系液体金属１が凝固時の体積膨張で発生する圧力は約
１０ｋｇ／Ｃｍ２程度である。しかし、上記液体金属１
の中に凝固時の”体積膨張を吸収する能力をもつ吸収体
が存在すれば、圧力は発生しない。本発明ではこの吸収
体として変形可能なマイクロカプセルを用い、従来のガ
リウム合金系液体金属に添加して複合材料を作る。今ま
で知られているガリウム合金系の液体金属の凝固時の体
積膨張率は１〜３鴫程度であるから、上記マイクロカプ
セル（外部の圧力によって体積が約３０係まで変化する
ことが可能である）を体積比で３〜１０憾程度添加して
混合すれば本発明の液体金属複合材料が得られる。先に
述べたように本発明で用いるマイクロカプセルの半径を
約２００〜５００μｍにすれば、本発明の液体金属複合
材料は厚さ０．５ ｔａ程度までのギャップへの充填が
可能である。
本発明による液体金属複合材料を半導体冷却装置の熱伝
導媒体として用いた実施例を第４図と第５図に示す。第
４図は地表に対して垂直に置かれた半導体チップ２を冷
却する場合を、第５図は地表に対して水平に置かれた半
導体チップ２を゛冷却する場合を示すものである。上記
マイクロカプセルを液体金属に添加４した場合、密度差
によりマイクロカプセルは液体金属の上部に浮遊するが
、このときの伝熱面積はマイクロカプセルの添加量が少
ないためにマイクロカプセルを添加しないときの伝熱面
積と比べて大差なく、液体金属の熱伝導のさまたけとは
ならない。また、本発明の液体金属複合材料を用いずに
チップ２とヒートシンク５０間に閉じた隙間に液体金属
による凝固時の体積膨張を吸収するためのガス空間を設
けた例を第６図、第７図に示す。これらの例ではカス空
間のために明らかにチップ２とヒートシンク５０間の熱
伝導は低下する。
導媒体として用いた実施例を第４図と第５図に示す。第
４図は地表に対して垂直に置かれた半導体チップ２を冷
却する場合を、第５図は地表に対して水平に置かれた半
導体チップ２を゛冷却する場合を示すものである。上記
マイクロカプセルを液体金属に添加４した場合、密度差
によりマイクロカプセルは液体金属の上部に浮遊するが
、このときの伝熱面積はマイクロカプセルの添加量が少
ないためにマイクロカプセルを添加しないときの伝熱面
積と比べて大差なく、液体金属の熱伝導のさまたけとは
ならない。また、本発明の液体金属複合材料を用いずに
チップ２とヒートシンク５０間に閉じた隙間に液体金属
による凝固時の体積膨張を吸収するためのガス空間を設
けた例を第６図、第７図に示す。これらの例ではカス空
間のために明らかにチップ２とヒートシンク５０間の熱
伝導は低下する。
以上説明したように本発明によれば、室温で液体金属の
凝固時の体積膨張量をはｔ丁０にすることができるので
、万一、凝固した場合でも半導体チップにストレスを付
加しない熱伝導媒体（冷却媒体）をうろことができる。
凝固時の体積膨張量をはｔ丁０にすることができるので
、万一、凝固した場合でも半導体チップにストレスを付
加しない熱伝導媒体（冷却媒体）をうろことができる。
第１図は本発明の一実施例のマイクロカプセルの概略断
面図、第２図は従来例の説明図、第３図はマイクロカプ
セルの圧力−変形特性曲線図、第４〜第７図は半導体冷
却装置の概略断面図である。 ２・・・チップ、５・・・ヒートシンク、６・・・気体
の核、７・・・マイクロカプセル。
面図、第２図は従来例の説明図、第３図はマイクロカプ
セルの圧力−変形特性曲線図、第４〜第７図は半導体冷
却装置の概略断面図である。 ２・・・チップ、５・・・ヒートシンク、６・・・気体
の核、７・・・マイクロカプセル。
Claims (1)
- １、ガリウムおよびガリウム合金低融点金属又は合金の
中に、気体を封入した変形可能なマイクロカプセルを体
積比で１０％以下入れたことを特徴とする低融点金属材
料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23885A JPS61159548A (ja) | 1985-01-07 | 1985-01-07 | 低融点金属材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23885A JPS61159548A (ja) | 1985-01-07 | 1985-01-07 | 低融点金属材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61159548A true JPS61159548A (ja) | 1986-07-19 |
Family
ID=11468389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23885A Pending JPS61159548A (ja) | 1985-01-07 | 1985-01-07 | 低融点金属材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61159548A (ja) |
-
1985
- 1985-01-07 JP JP23885A patent/JPS61159548A/ja active Pending
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