JPS62260346A - 熱交換装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は電子回路チップのアレーからの熱を伝導させる
ための熱交換装置、より具体的に言えば、冷却フィン（
ひれ）を有する可撓性薄板であって、チップのアレー上
に直接載置されるべき熱交換装置に関する。

電子回路チップのアレーは厖大な数の電子回路を与える
ため相互接続される。そのような回路は、非常に大量の
電子回路素子を使用しているコンピュータとか他の電子
機器に使われる。特に、回路チップ内に存在する多数の
トランジスタや池の回路素子が電源からの電流による付
勢に応答して熱を発散することは注意を呼び起す必要が
ある。これらの回路を適正に機能させるために、熱を除
去して、回路を適正な動作温度に維持しなければならな
い。

Ｂ、従来の技術 従来の冷却方式の一例は、米国特許第４３８１０３２号
に示されているように、ばねにより回路チップに押え付
けられる金属板を使う型式である。

電子回路を冷却するための他の型式の熱交換装置は、米
国特許第４０７２１８８号に開示されているように、液
状の冷媒を透型させる通路の一部として、冷却されるべ
き回路に対して押し付けられる可撓性の壁部が設けられ
ている。他の型式の熱交換装置は、米国特許第４２５４
４３１号に開示されているように、回路チップにばねで
保持される被覆された金属製のプントライ）　（ｄａｎ
ｄｒｉｔｅ　）を使用している。更に他の型式の熱交換
装置は、米国特許第４０９２６９７号に開示されている
ように、電気回路からの熱を交換するための液体で満た
された薄膜製のまくら状の陶遺体を用いている。更に他
の型式の熱交換装置は、米国特許第４１５１５４’７号
に開示されているように、電子回路のような熱源とヒー
トシンクとの間で、圧力により変形される展性のあるく
ぼみ付きのウェハを便っている。冷却の考察についての
理論的な論文は、１９８１年５月の工ＥＥＥの電子装置
レター（工ｆＭＥｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ　Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ　）　Ｖｏｌ、　ＥＤＬ−２，Ｎｏ。

５の［ｖＬＳＩの高性能ヒートシンク法Ｊ（ＨｌｇｈＰ
ｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｈｅａｔ　Ｓｉｎｋｉｎｇ　Ｆ
ｏｒ−工）と題するタッカマン（’Ｉ’ｕｃｌｃｅｒｍ
ａｎ　）等の文献がある。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 上述の従来の熱交換装置の構造は、複雑すぎるか、又は
、冷却されるべき電子回路を熱交換装置に組み込む際に
、複雑な製造手続を必要とすることに問題がある。非常
に多数の回路チップを電子機器に使用するという事実、
そして、チップが数ミリメートル角程度の小さな大きさ
であるという事実を考慮すると、熱交換装置の複雑性や
組み立て方法の複雑性を少しでも緩和すれば、それは製
造コストを顕著に低下することが出来るばかりか、電子
回路の高い熱消散に役立てることも出来る。

この利益は従来の熱交換装置で得ることは出来ないＯ Ｄ１問題点を解決するための手段 本発明は熱伝導性の材料の可撓性シートで構成される熱
交換装置であって、その可撓性シートはシート上に直立
している熱伝導性の材料で作られたフィンの組が与えら
れている。可撓性シートは、共通の基板上に配列された
複数−の回路チップのアレーを取り囲むのに充分な大き
さを有している。

このシートは、冷媒流体によるチップの汚染を防ぐ密閉
シールを形成するように、適当な接着剤を用いて基板に
付着させることが出来る。加えて、シートの夫々の部分
が、対応するチップの表面と完全に整合するよう大きな
柔軟性を持つように、シートは、チップが置かれた場所
と場所の間に、波形の部分を設けることが出来る。

フィンは冷媒の流れの方向に配列されており、これによ
って、チップの熱が冷媒へ、より効率的に伝導される。

本発明の一実施例において、フィンは食い違いのアレー
に配列されており、冷媒の流れと、冷媒及びフィンの間
の接触を促進している。本発明の能の実施例において、
フィンの厚さはフィンの間の間隔とほぼ等しくされてお
り、これは転じて、シートの厚さは代表的には約５０ミ
クロン（２ミル）にほぼ等しい大きさにされている。

熱交換装置の製造に用いられる材料は冷媒の性質に従う
。従えば、冷媒流体として空気を使用する場合、シート
及び熱交換装置のフィンは、良好な熱伝導度を与え、且
つ加えて、約０．０１　ｍｍ　（０゜５ミル）乃至釣０
，１３覚寓（５ミル）の範囲の厘さの薄板で柔軟性を与
える銅で作ることが出来る。

空気よりも腐蝕性の強い例えば水のような冷媒の場合、
銅製のフィンは、水による腐蝕を防ぐために、ニッケル
のような金属で被着される。クローム及びその合金も熱
交換装置の被覆として用いることが出来る。

シートとその下にある回路チップとの間の良好な熱伝導
が熱伝導グリスを使うことによって得ることが出来る。

加えて、若し必要ならば、熱交換構造をチップのアレー
に押し付けるために、フィンの頂部にばねで圧力を加え
た板を設け、これにより、熱交換装置とチップの間の良
好な熱伝導を促進させることが出来る。

本発明の重要な特徴は、微細な溝へ強制的に環流させる
冷却法と、可撓性で密封シールがｈされたシートと、プ
リント回路板の製造で使われているホトリングラフの技
術によって、熱交換装置を達成したことにある。フィン
と溝の製造において、フィンの厚さと溝の幅は両者とも
約５０ミクロンにされ、この寸法は、フィンから水のよ
うな冷媒へ熱を移転するのに穫めて適している。複数個
のチップと、それらに組み合わされるフィン・アセンブ
リとを組み立てる際に、フィン・アセンブリに関連して
、チップに圧力、即ちストレスが加えられることには注
意を払う必要がある。またチップは、はんだボールの形
の！れ易い接続体によって基板に装着されており、その
はんだボールはチップにかかる過剰なストレスによって
毀れる。可撓性シートは密封シールにより回路チップの
汚染を防ぐのに加゛えて、上述のチップ間のストレスを
軽減してチップと基板の間の接続体を保護するように働
らく。上述した小さなフィン及び溝の寸法は、フィン及
び溝の冷却構造を形成するために、マスク工程及び付加
的なめつき工程に対して適当な大きさなので、ホトリソ
グラフ技術によって熱交換装置を製造することは有利性
がある。

Ｅ６実施例 第１図乃至第３図を参照すると、共通の基板２４上に配
列された回路チップ２２の７レーとして形成された、電
子装置２０が示されている。回路チン１２２間相互の電
気的接続は、チップ２２の端子間にある一組のはんだボ
ール接続体２６と、基板２４の導体（図示せず）とによ
って基板２４内で行われる。チップ２２の回路中を流れ
る電流によってチップ２２内で発生する熱は、冷却装置
２８から送り出されて供給導管３０及び戻り導管３２に
よってチップ２２へ導かれる冷媒流体によって除去され
る。第１図に部分的に示されたダクト３４は導管３０及
び３２の間のチップ２２を通過する冷媒を案内する。第
１図のチップ２２は図示された電子装置２０の一部のみ
を示しており、図示されていない他のチップが他の付加
的な導管と共に設けられているごとは注意を要する。こ
の付加的な導管は、導管６０及び６２と組み合わされて
、冷却器２８と電子装置２０の間で冷媒を導くためのマ
ニホルドを構成する。

本発明に従って、チップ２２の冷却は、可撓性シート３
８を含む熱交換装置３６を用いることによってより効率
的に達成することが出来る。その可撓性シート３８は熱
伝導性の材料製であって、可撓性シート３８から突出し
ている熱伝導性のフィン４０を有している。第１図にお
いて、シート３８はチップ２２を覆っており、シート３
８の一部は２個のチップ２２を部分的に示すために破断
して示しである。シート３８の可撓性により、熱交換装
置６６は、毛布状にチップ２２及び基板２４を覆ってい
る。シート６８の可撓性は、冷却システムがチップ２２
に及ぼすストレスを軽減する。

上述のはんだボール接続体２６はたった約０．１３闘（
５ミル）の直径であり、且つ穀れ易いことは注意を喚起
する必要がある。上述のストレスは、シート３８のたわ
み作用のために、他のチップへシート６８を介して伝え
られることがない。このことが接続体２６を保護するこ
とになる。

熱交換装置６６を構成するのに適当な熱伝導材料は銅の
ような可撓性のある材料である。金属シートから直立し
ているフィン４０の構造は「金属ビロード」と呼ばれる
ように、シートの一方の面が微細なフィンの構造を有し
ているのに反して、シートの他方の面は平滑である。空
冷式の熱交換装置６６は比較的大きなフィンを有するが
、小さなフィン寸法、即ち、５０ミクロンのフィンの厚
さ及び溝幅はフィンから水への熱伝達を促進するので、
水冷式の微細なフィンの「ビロード構造」による効果を
利用する方が有利である。

第２図に示されているように、フィン４０は、フィン４
０の間に冷媒を案内するように、冷媒の流れの方向に沿
って並べられたフィン４０の間の溝４２を形成するよう
に、規則正しく方向付けられている。フィン４０は、チ
ップ２２の位置に対応する場処にだけシート３８上に設
けられている。

第３図に示されたように、チップ２２の間の空間に対応
するシート３８上の位置において、シート６８に波形部
４４を設けて、シート６８の下側をチップ２２の上表面
に、より良く順応して取付けるのを保証するため、シー
ト５８の柔軟性を増加することは利益がある。特に、チ
ップ２２から冷媒への熱伝導を促進させるために、シー
１−３　ｓ　ａ）可撓性が熱交換装置３６を、チップ２
２の個々の方向に対して順応させることができることは
注意を払う必要がある。

必要ならば、第３図に示したように、圧力板４６をフィ
ン４０の上端部に当接させ、冷却マニホルドのダクト６
４に固着したばね４８によって熱交換装置に対して加圧
することが出来る。ばね４８で加えられる圧力は、フィ
ン４０を僅かでも折り曲げることのないように充分に小
さく、シかも、第３図に示された中央のチップ２２の上
表面とシート３８との間で、圧力板４６により熱的接触
が強化されるように充分大きくなければならない。

フィン４０の配列に関して述べると、フィン４０は第２
図に示したように列及び行に配列することが出来、或は
代案として、第４図に図式的に示されたように、食い違
い式のアレーに配置することが出来る。何れの場合にも
、フィン４０の向きは、フィン４０から冷媒へ熱の伝導
が良好に行われるように、冷媒流の流線の方向に沿って
いる。

第２図の実施例において、フィン４０の間の空間はｆ−
々のフィンの厚さとほぼ等しい大きさであり、これによ
って、冷媒がフィン４０を経て流れたとき、冷媒内で温
度差の境界層が出来るのを最少限にとどめる。

第２図に示されているように、熱交換装置の材料は、冷
媒による材料の腐蝕を防止するため、被！！１５０を被
着することが出来る。被覆５０は腐蝕性の無い冷媒には
必要がない。例えば、冷媒が空気の場合は、熱交換装置
６６の適当な材料は銅である。空気は非腐蝕性だから、
陽極酸化被覆か、又は被覆なしでも充分である。然しな
から、冷媒が水である場合、銅は、銅が水によって腐蝕
されるのを防ぐために、ニッケルの被覆５０で被覆され
なければならない。第２図において、フィン４０の一部
が銅の基部材料５２上の被ｆｆ１５０を示すため部分的
に破断されている。また、基部材料５２及びニッケル被
ａ１５０がシート３８の断面に示されている。熱交換装
置３６を作るのに他の適当な材料はステンレス鋼である
。ステンレス鋼は銅はど良い熱伝導率を持っていないが
、ステンレス鋼は冷媒に対して耐性を持っているので被
覆なしで使うことが出来る。

チップ２２の上表面上にシート６８を据え付けるときに
、熱伝導性を最高にするために、チップ２２とシート６
８との閾に、低温度の歌い金属合金はんだを用いること
が好ましい。より低い熱伝導度が必要な場合は、他の熱
伝導性材料の薄い層′　をチップ２２とシート３８との
間に介在させることが出来、そのような適当な熱伝導性
材料は酸化亜鉛を含むグリス、又は油である。その他の
適当な熱伝導性材料は、炭化シリコンのような熱伝導性
粒子を含む軟性のシリコン・エラストマを含む。

フィン４０の間隔及び大きさは使われる特定の冷媒に従
って選択される。例えば、フッ化炭素の冷媒の場合、フ
ィン４０は約２５ミリ　（１インチ）の距離だけシート
３８から離隔して延ばすことが出来、且つ約３　ミ’Ｊ
　　（１／８インチ）の間隔にすることが出来る。他方
、水を冷媒にした場合、フィンは５０ミクロンの厚さで
、５０ミクロンの間隔を有し、そして、個々のフィンは
０．３　ｓｇ　（１２ミル）の距離で、冷媒の流れの方
向に沿って配置されスへ 本発明の熱交換装置３６は、その可撓性によって、チッ
プ２２の大きなアレー、例えば１００個のチップのアレ
ーを、アレーの整列の寸法を正確にする必要なしに装着
しつるという事実に、本発明の熱交換装置を使用する特
別の利益がある。また付加的な特徴として、シート６８
の周囲を基板２４に接着的に固定することによって、す
べてのチップ２２を冷媒から密閉的に隔離することが挙
げられる。金属シート３８の厚さは熱交換装置６６の製
造に使われる特定の金属に従って決められるが、銅の場
合の厚さは約０．０２５ｓｓ乃至０．２５４龍（１乃至
１０ミル）が適当である。−辺が４．５ｍｍの正方形の
チップを８酩の間隔で配列した場合、約０゜０５ｍｍ乃
至０．０７酩（２乃至３ミル）の厚さの銅がフィン４０
へ良好な熱伝導を与える。フィンの列の間には、銅が存
在してはならず、ニッケル被覆だけが可撓性シートを形
成しなければならない。フィン４０の設置について説明
すると、本発明の実施例では１個のチップ２２がある場
処に、５０個のフィンが設けられている。

電子装置２０を製造する際に、チップ２２は、代表例で
は一辺が約１０ｃ７１（４インチ）の正方形のセラミッ
ク・タイルの形の基板上に置かれていることは注意する
必要がある。このような構造に対して、シート３８はタ
イル全体を覆うに充分な大きさに作られるので、電子装
置２０を組み立てるための製造プロセスが極めて容易に
なる。更にまた、基板２４及びチップ２２（通常はシリ
コンで作られている）の両方とも硬いから、はんだボー
ル接続体２６の亀裂を防ぐために、チップと基板間のス
トレスや歪みを避けるように構成された熱交換装置を使
用することは有利であることに注意を向ける必要がある
。本発明の熱交換装置３６は、その可撓性の効果によっ
て、ストレスを与えることがない。

本発明の熱交換装置はプリント回路板の製造に使われる
プロセスと同じプロセスで容易に製造することが出来る
。−例を述べると、波形を持つ平滑ナアルミニウムのマ
ンドレル（心金）を出発材料とする。表面にマスクを形
成して、チップと当接する各位置に選択的に銅のフィン
をめっきする。

これらのフィン及びマンドレルを無電解めっきによって
、アモルファス・ニッケルの薄層で被覆する。アルカリ
溶液によってこのマンドレルヲ腐蝕する。その結果、各
チップの位置には、ニッケルの薄層で覆われた銅のフィ
ンが残る。チップの間はニッケルの薄層である。

第５図及び第６図に示された他の製造方法によって、熱
交換装置３６は容易に製造することが出来る。第５図に
おいて、先づフィン４０の形を持つ空隙５６を有する鋳
型５４が準備される。熱交換装置６６はとりベロ０から
鋳型５４の中へ熔融金属５８を注ぎ込むことにより鋳込
まれる。その後、鋳型は熔融金属を固化するため冷却さ
れる。

鋳込まれた金属を鋳型から取り出すと、シート３８上に
一体的に形成されたフィン４０を有する熱交換装置３６
が得られる。説明を簡素化するために、鋳型の一部のみ
が示されている。然しなから、図示されたものより大き
な鋳型は、熱交換装置の大きなシートに波形部分４４を
形成するための空隙を含むことが出来るのは容易に理解
出来る。従って、熱交換装置６６の全体を単一の製造工
程で形成することが出来る。

第６図に示された他の製造方法では、銅のような熱の伝
導度の良い材料の金属板６２を準備することで製造工程
を開始する。フィン４０の形をした空隙が設けられてい
るマスク６４を金属板６２の上に載せる。次に、マスク
６４の空隙６６の中にフィン４０を設けるために、化学
蒸着法によって、銅のような材料が供給源６８から与え
られる。

次に、マスク６４は通常の方法で取り除き、そして、熱
交換装ｆ１１３６の被覆されたシート６８及びフィンを
与えるため、アセンブリ全体を例えば、ニッケル被覆の
如き薄膜を被着するための被着金属源７０が用いられる
。波形部は波型をしたアンビルを使ったすえ込みの如き
機械工作で形成することが出来る。この方法によって、
熱交換装置３６は、相対的に大きなチップ２２のアレー
を被うための充分に大きな寸法で製造することが出来る
。

電子装置２０（第１図）と同じような電子装置７２が第
７図及び第８図に示されており、それは共通基板７６上
に回路チップ７４のアレーとして形成されている。チッ
プ７４の冷却は本発明の他の実施例に従って構成された
熱交換装置７８によって達成されており、この実施例に
おいては、冷却フィン８０の独立した組が銅のような熱
の良導体で作られた準可撓性（ｓｅｍｉ−ｒｉｇｉｄ　
）パッド８４の助けにより可撓性シート８２に取り付け
られている。フィン８０は銅で作られており、矢印で示
されているように、チップ７４から冷却用空気の流れへ
熱を良好に伝達する。シート８２は、例えば、商標名「
カプトン」で市販されているポリカーボネイトのような
電気絶縁体プラスチック材料で作られている。冷却用空
気は導管８６（第８図）を経て導かれ、空隙８８を通っ
て夫々のフィンの組８０へ案内される。パッド８４を対
応するチップ７４に対して押し付けるためのばね９０（
唯１個だけが第８図に示されている）がフィン８０の夫
々の組と導管８６の壁９２との間に設けられており、こ
れによりパッド８４とチップ７４の間の熱伝導を良好に
している。各パッド８４とそれに対応するチップ７４と
の間に、熱伝導性のグリスの層９４を挿置して、チップ
７４とパッド８４との間の熱伝導を更に向上している。

本発明のこの実施例はフィン８０とパッド８４との間に
しつかりした接続を与えており、このしつかりした接続
は第３図のフィン４０よりも遥かに背の高いフィン８０
の採用を可能にしている。

フィンと冷媒との接触面積を、液体の冷媒の場合よりも
、大きくしなければならない空冷式の場合には、この特
別に背の高いフィンは特に有利である。熱交換装置７８
の製法の１例を説明すると、それは、銅の薄板とプラス
チックの薄板８２とを積層し、プラスチック薄板８２の
開口９６（第８図）を通して銅薄板と接触させたフィン
８０を置き、そして約１５０°Ｃの低温のはんだ付けに
よってフィン８０を銅薄板にはんだ付けを行う。はんだ
付けは薄板８２のプラスチック材料を損なわないよう充
分に低い温度で行われる。その後、銅薄板は、個々のパ
ッド８４を限定し且つパッド８４を相互に電気的に絶縁
するためのとい９８を形成するため蝕刻される。

他の製造方法を説明すると、先づ、各パッドに関連する
フィンの組８０を持ったパッド８４のアレーを普通の方
法で形成し、次にフィンの組８０がプラスチック・シー
ト８２の開口９６に差し込まれる。その後、パッド８４
がシート８２に接着されて、熱交換装置７８が形成され
る。基板７６に対するチップの高さや、チップの向きの
多少の不揃いには無関係に、シート８２が持つ可撓性に
よって、夫々のパッドを対応するチップ７４の表面に載
置させる。また、第１図の実施例で説明したのと同じよ
うに、シート８２はチップ７４を気密に密封する。

第９図は、チップ１０２の回路の間を電気的に接続する
電気導体（図示せず）を含む共通の基板１０４上に配列
された一組の電子回路チップ１０２で構成される電子装
置１００の模式図である。Ｃ４と呼ばれる一組のはんだ
ボールがチップ回路の端子と基板１０４の導体との間の
接続体１０６として使われている。電子装＠１００は、
−組のフィン・アセンブリ１１０を含む本発明の他の実
施例で構成されており、各フィン・アセンブリ１１０は
一組のフィン１１２と、フィン１１２を支持するベース
１１４とで形成されている。各フィン・アセンブリ１１
０は対応するチップ１０２の上に載置され、そして、熱
伝導性グリス、又は軟性はんだ、又は他の高い熱伝導性
の物質の層１１６によって、熱的にチップに結合されて
いる。アモルファス・ニッケルのような熱伝導性材料の
可撓性シート１１８がフィン・アセンブリ１１０上に載
置されて、チップと最終的な熱的接触を形成する。

各フィン　アセンブリ１１０は銅、又はシリコンのよう
な熱の良導体で作られる。

第１０図には、第９図の電子装置１００と同じような電
子装置１２０が示されており、それは−・組の回路チッ
プ１０２を接続体１０６により接続している基板１０４
を含んでいる。装＠１２０は本発明の他の実施例の熱交
換装置１２２を含んでいスへ執登欅嬬敗１９９け一鉗の
フィン、アセンブリを含んでおり、各フィン・アセンブ
リは一組のフィン１２６と、フィン１２６を支持するベ
ース１２８とで構成されている。各フィン・アセンブリ
１２４は対応する夫々のチップ１０２の上に位置付けら
れており、そして、フィン・アセンブリ１２４とチップ
１０２との間に置かれた可撓性シー）１３０上に置かれ
ている。各フィン・アセンブリ１２４のベース１２８は
熱伝導性グリスの層１１６によって、シート１３０を介
して対応するチップ１０２に熱的に結合される。シート
１６０はアモルファス・ニッケルのような熱の良導体で
作られる。各フィン・アセンブリ１２４は銅又はシリコ
ンのような熱の良導体で作られる。

第９図及び第１０図の熱交換装置１０８及び１２２の製
造方法について説明すると、フィン１１０及び１２４が
選択的銅めつきによって先づ作られ、次に、アモルファ
ス・ニッケルが熱’Ｚ　Ｆ！装置１０８を形成するため
にフィン上に被着されるか、又は熱交換装置１２２を形
成するためにフィン・アセンブリ１２４のアレー上に被
着される。

アモルファス・ニッケルの被着は、夫々の対応するアレ
ー中のフィン１１０又は１２４を保持するマンドレルの
助けにより達成される。ニッケルハ無電解めっきによっ
て、フィン・アセンブリ上に、そしてマンドレル上に被
着され、その後、熱交換装置１０８又は１２２を形成す
るために、フィン・アセンブリはマンドレルから除去さ
れる。第９図及び第１０図の実施例では、熱交換装置が
チップ１０２を気相的に密閉している。両方の実施例に
おいて、ベース１１４及び１２８は、空気或は水のよう
な特定の冷媒に必要とされる低いフィン或は高いフィン
に適合するように、夫々のフィン１１２及び１２６を掌
面に支持している。また、両方の実施例とも、基板１０
４に対するチップの高さ又はチップの向きのばらつきに
は無関係に、夫々のシート１１８又は１！ＩＯの可撓性
によって、フィン・アセンブリ１１０又は１２４を個々
に位置付けることが出来る。両方の実施例はともに、冷
媒は第１図又は第８図に示されたように導管（図示せず
）によって排出される。

上述した本発明の実施例は、熱交換装置と回路チップと
の間の可撓性の物理的な接続を与える本発明の技術的思
想を利用することによって、基板と他のチップの両方に
対するチップの高さやチップの向きの多少の不揃いには
無関係に、熱交換装置とチップの面とを終局的に熱的に
接触させるための一組のフィンを支持する構造を可能と
している。本発明の技術的思想を更に説明するため第１
１図乃至第１５図を用いて他の実施例を説明する。

第１１図乃至第１４図を参照すると、回路モジュール１
６２を製造する一連の工程が示されている。アセンブリ
１３２は基板１３６により保持されている回路チップ１
６４を含み、そして、ベース１４２上に保持されている
一組のフィン１４０を有する熱交換装置１６８によって
冷却される。

フレーム１４４は、基板１６６を取り囲んで位置付ける
枠体１４６と、枠体１４６に支持され且つ枠体１４６の
上部から内方に向いている７ランジ１５０に接着されて
いる可撓性シート１４８とで構成されている。ベース１
４２は可撓性シート１４８に接着されており、そして、
シート１４８はフレーム１４４を基板１６６に連結する
際に、ベース１４２をチップ１６４と整列するためチッ
プの上面へ下方へ延びるよう充分に可撓性を持っている
。

シート１４８は銅のような熱伝導性材料で作られており
、そして、チップ１３４から熱交換装置１６８へ熱の伝
達を与えるように、チップ１６４及びベース１４２との
両方に接触している。この実施例の熱交換装置１３８の
フィン１４０はピンを四角形に列べたアレーであって、
各ビンは約２゜４前（９３ミル）の直径と３１．７５ｓ
ｍ　（１，２５インチ）の高さを持っている。ベース１
４２は約２゜３闘（約９０ミル）の厚さとを有しており
、更に約２．３間だけ下方に延びた厚さの中央隆起部を
有している。ベース１４２及びベースから直立している
フィン１４０は銅のような熱伝導性材料の一体的アセン
ブリとして形成されている。

第１１図に示されているように、フレーム１４４に対ｌ
−て熱交換装置１３８を位［ν付けると共に、フレーム
１４４に接着されているシート１４８を、チップ１６４
を載置している基板１６６上に位置付ける。熱伝導促進
グリスの層１５２がチップ１６４の上表面に与えられ、
そして次に、第１２図にボされたように、フレーム１４
４が基板１６６の周囲にゆるく接触するように降下され
る。基板１６６は枠体１４６に設けられている肩部１５
４によってセットされる。第１３図に示されたように、
熱交換装置１３８はシート１４８の撓みによって更に降
下され、グリスを押し潰してチップ１３４に接触する。

シート１４８及びチップ１３４の間のグリスのＮ１５２
は、シート１４８及びチップ１６４に対してベース１４
２を押し付けることによって、シート１４８とチップ１
６４との間の熱伝導を与える。最後に、第１４図に示さ
れたように、ベース１４２は枠体１４６の上部の１５６
の部分で接着されて、チップ１６４に対して熱交換装＠
１６８を定位置に掌面に固着する。枠体１６６の下部の
垂直内壁部もまた、１５８の処で基板１６６に接着され
、チップ１６４を気密に密封する。

回路モジュール・アセンブリ１３２中には唯一個のチッ
プ１３４しか示していないけれども、回路モジュール１
６２は、複数個のチップを設けることが出来、各チップ
はＣ４はんだボール接続体１６０によって、基板１３６
上に接続され、これにより、第１図の電子装置２０と同
じような機能を持たせることが出来ることは注意を払う
必要がある。基板１３６から下方に延びたピン１６２は
回路アセンブリの他のモジュール（図示せず）との接続
を可能とする。熱交換装置は、複数個のチップの各々と
密着するように、複数個のセグメントに分割されるのが
良い。従って、対応するチップと整列して置かれたベー
スの隆起部を有する別々の熱交換装置（図示せず）をシ
ート１４８上に装着し、そして、第１１図に示されたア
センブリ１３２に示されているような低温はんだ付けを
用いてシート１４８にはんだ付けをする。

また、第１５図乃至第１７図は第１１図乃至第１４図と
同様に、基板１６６上ではんだボール接続体１６０によ
り接続されているチップ１３４が示されている。チップ
１３４の冷却は、ベース１７０から直立して設けられた
一組のフィン１６８を含む熱交換装＠１６６によって与
えられており、ベース１７０は、基板１６６の周囲を囲
うために設けられた側壁部１７４を有するフツブ状のフ
レーム１７２で固定されている。回路チップ１６４から
熱を奪うための熱交換装置１６６を回路チップに結合す
る作業は、第１５図に示されているように、チップ１６
４の上方にフレーム１７２を、基板１６６に対して大ま
かに置くことによって始まる。熱伝導性の厚いグリスの
層１７６がチップ１６４の上表面に置かれる。次に、第
１６図に示されているように、基板１６６の周囲の側面
に沿って熱交換装置１６６の側壁部１７４を降下させる
。熱交換装置１６６を降下する工程の間で、グリスの層
１７６はフレーム１７２の底部とチップ１３４の上表面
の間で押し潰される。

フレーム１７２とチップ１６４との間で良好な熱的接触
を行わせるために、フレーム１７２（７）側壁部１７４
と基板１３６とはゆるく嵌め合わされる。従って、熱交
換装置１６６とチップ１６４との結合の初期において、
両者は、グリス層１７６により与えられる柔軟な機械的
接続と、側壁部１７４と基板１３６との間のゆるい嵌め
合わせとによって連結されていることは注意を喚起する
必要がある。熱交換装置１６６の整列が完了した後、第
１７図に示されているように、側壁部１７４を基板１３
６に気密に接着し且つ常置に固定して、両者の整列と熱
伝導とを維持するように、側壁部１７４と基板１３６と
の間の空隙に接着剤を詰めることによって、チップ１６
４及び基板１３６に熱交換装置１６６を結合するのを完
成する。

上述の製造方法は熱交換装置を回路チップにカスタム仕
様で嵌め合わせることに関連して良好な熱的接着を与え
ることは注意を要する。そのようなカスタム仕様の嵌め
合わせは以下のようにして行われる。第１に、ビーム・
リード・フレーム、チップのキャリヤ、又は同様な支持
手段にチップＬ協瀉す２　　竺りｌ−勅二１曽紳ζノ　
１１　１　・、　　Ｖ？→Ｉリスのような柔軟な接合体
でチップをフィンに付着させる。第３に、チップとフィ
ンの基部の囲りにプラスチックを注ぎ込む。プラスチッ
クのかたさ及びフィンから受は取る揺れとに応じて、チ
ップをスペーサにより機械的に保護することが望ましい
。成る場合には、フィンを後で組み立てることが好まし
い。そのような、方法は、第１にチップのキャリヤにチ
ップを付着する。第２に、可撓性接手により、放熱スタ
ッドをチップに付着する。

第３に、チップの周囲及びスタッドの基部にプラスチッ
クを注ぎ込む。第４に、スタッドの外（１１ｆｌにフィ
ンを取り付ける。低温度で熔融する合金のような良好な
熱的接着体を使う。このような方法は、フィン又は熱交
換装置をチップと熱的接触で固着する。

Ｆ０発明の効果 本発明の熱交換装置は、基板に装着された回路チップに
対して熱交換装置の組み立てを極めて単純化することに
より製造コストの軽減を計ることは勿論、基祈トに装着
されたチップの高さや方向性の多少のばらつきにも拘わ
らず、良好な熱交換を達成することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は回路チップのアレーを冷却するために使われる
本発明の熱交換装置の１実施例を説明するための模式図
であって、熱交換装置のフィンに冷媒を導入するための
マニホルドと共に示す図、第２図は本発明の熱交換装置
の実施例の一部を拡大して示す図、第３図は熱交換装置
の可撓性を向上するため熱交換装置のシートの波形部を
示す本発明の熱交換装置の一部の側面図、第４図は第１
図乃至第３図に示した実施例に関連する食い違い式のフ
ィンの配列を説明する模式図、第５図は鋳型によって熱
交換装置を製造する方法を説明するための図、第６図は
熱交換装置をマスク法によって金属を被着して製造する
方法を説明するための図、第７図は冷却フィンの基部に
パッドを持つ実施例を説明するための斜視図、第８図は
第７図の実施例の断面図、第９図はフィンとベース・ア
センブリが可撓性シートの下に固着されている実施例を
説明する図、第１０図は可撓性シートの上面にフィン及
びベース・アセンブリが固着されている実施例の図、第
１１図乃至第１４図はベース及びフィン・アセンブリが
回路チップの上のフレームによって保持されている可撓
性シートと接触している実施例の装置の製造方法を説明
するための図、第１５図乃至第１７図はベース及びフィ
ン・′アセンブリが回路チップの上のフレームによって
保持された熱伝導性グリスを介して接触する実施例の装
置を製造する工程を説明するための図である。 ２０．７２．１００．１２０・・・・電子装置、２２．
７４．１０２．１６４・・・・回路チップ、２４．７．
６．１０４．１６６・・・・基板、３６．７８．１０８
．１２２．１６６・・・・熱交換装置、６８．８２．１
１８．１６０・・・・可撓性シート、４０．８０．１１
２．１２６．１４０．１６８・・・・フィン。 ＦＩＧ、　ＩＩ ＦＩＧ、　１２ ＦＩＧ、　１３ ＦＩＧ、　１５ ＦＩＧ、　１７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電子回路チップのアレーからの熱を伝導させるための熱
   交換装置であつて、 上記アレーの複数個のチップを覆うのに十分な大きさ及
   び複数個のチップの個々の配向に順応して各チップと熱
   的に接触するのに十分な可撓性を有する、熱伝導性材料
   の可撓性薄板と、 上記薄板から直立した複数個の熱伝導性フィンであつて
   、該複数個のフィンの間に冷媒を案内して各フィンから
   熱を奪い去るため所望の冷媒の流れの方向に配向された
   フィンと、より成る熱交換装置。