JPS6323659B2 - - Google Patents

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JPS6323659B2
JPS6323659B2 JP58171441A JP17144183A JPS6323659B2 JP S6323659 B2 JPS6323659 B2 JP S6323659B2 JP 58171441 A JP58171441 A JP 58171441A JP 17144183 A JP17144183 A JP 17144183A JP S6323659 B2 JPS6323659 B2 JP S6323659B2
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    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
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Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は動作中の半導体が発生する熱エネルギ
を放散するための構造に関するものである。具体
的には半導体デバイスが基板に装着され、且つキ
ヤツプ又はヒートシンクがそれに密接装着された
集積回路実装組立体に於て、半導体デバイスを冷
却するための熱伝導エレメントに関するものであ
る。
最近の集積回路半導体デバイスはその回路密度
が高いので、半導体デバイスの温度を制限内に保
つため、その動作によつて発生される熱を効率的
に排出して半導体デバイスの動作パラメータを予
定の範囲内に保ち、そして過熱によるデバイスの
破壊を防ぐことが必要である。半導体デバイスを
基板上の適当な端子へ電気的に接続する半田端子
により支持基板へデバイスが接続されるとき、熱
排出の問題が増大する。そのような半田付けされ
た半導体デバイスに関しては半田を介して達成さ
れうる熱伝導は、背面接着された半導体デバイス
に較べると僅かなものである。半導体デバイスの
冷却はそれを適当な冷却液に浸すことによつて達
成できる。しかし、そのような冷却方法はデバイ
ス及び基板の金属工学的な腐食を生じさせるおそ
れがあり、しかも、若しもその実装体が再使用さ
れねばならない即ちデバイスが取外され又は交換
されなければならないなら問題が生じる。デバイ
スとキヤツプ又は冷却板との間に熱伝導ピストン
又はスプリング・エレメントのような熱伝導性材
料のリンクを設けることによつても冷却を達成で
きる。これらのエレメントは低い熱抵抗を保つた
め出来るだけ広い面積に亘つて良好な界面接触を
形成しうるものでなければならない。そのような
界面を形成しても既知の冷却方法では達成困難で
ある。何故ならば、デバイスが傾いているような
ときは不満足な点接触又は線接触を生じるからで
ある。一般に冷却ピストンは空気よりも大きい熱
伝導率を有する不活性気体の雰囲気中で使用され
なければならず、又はピストンの端部とデバイス
との界面にグリース又は他の適当な手段が設けら
れなければならない。他の不利点は、実装体が慣
性力を受けたとき、ピストンが冷却されつつある
デバイスに衝撃を与えることである。デバイスと
冷却板との間に熱伝導のためのスプリング・エレ
メントを置くことは既知である。しかし、熱を効
果的に導き、しかもデバイスをひび割れさせたり
砕いたりする力をデバイスに与えない十分に強い
スプリングを設計することが大きな問題である。
デバイス間の隙間の許容誤差が増すにつれて問題
は益々厳しくなる。
〔従来技術〕
米国特許第3993123号は半田付けされた半導体
デバイスの背面に可動性熱伝導ピストンを接触配
置してデバイスから冷却板へと熱を導く半導体実
装体を開示している。
米国特許第4034468号及び408182号は低融点の
半田が半田付けされたデバイスの背面とモジユー
ル・キヤツプとに接触して設けられてデバイスか
ら熱を排出する半導体実装を開示している。
米国特許第4156458号はデバイスの背面とヒー
トシンクとの間に延びた可撓性熱伝導金属箔束を
含んだ冷却装置を開示している。
IBM社のTDB第21巻、第３号（1978年８月発
行）第1141頁は、長方形の中央部分及びキヤツプ
に接触する１対のそらし翼より成るモジユール・
キヤツプと、半田付けされた半導体デバイスとの
間に配置された熱シヤント・エレメントを開示し
ている。
IBM社のTDB第20巻、第６号（1977年11月発
行）第2214頁及び米国特許第416458号は、アルミ
ニウム箔の複数の予じめ形成されたシートを筐体
中の半田付けされた半導体デバイス相互間に配置
してデバイスから熱を排出するものを開示してい
る。
〔本発明〕
本発明は半田付けされた半導体デバイスとモジ
ユール・キヤツプ又は冷却板との間に熱伝導橋渡
し部（ブリツジ）を形成するように、それらの間
に配置するのに適した新規な冷却エレメントに関
する。その冷却エレメントは半導体デバイスと接
触する状態に置くのに適した第１の板と、第１の
板に結合された熱伝導性材料の第１の渦巻き条片
と、ヒートシンク表面又はキヤツプ表面と接触す
る状態に置くのに適した第２の板と、部分的に重
なつて「入れ子」関係（テレスコープの伸縮鏡胴
関係）で熱伝導性材料の第１の渦巻き条片の列間
に挿間されている薄い熱伝導性材料の第２の渦巻
き条片とを有する。デバイス及びヒートシンク又
はキヤツプとしつかり接触するようにするため、
第１の板及び第２の板を相互に外方へ偏倚する手
段が設けられてもよい。本発明の熱伝導橋渡しエ
レメントは、板の表面がデバイスの背面及びカバ
ー又はキヤツプと密接するように十分可撓性にな
つているので全体的に低い熱抵抗を達成し、これ
によりデバイスからキヤツプ又はヒートシンクへ
と熱を効率的に導くことを可能にしている。
〔実施例〕
第１図は半導体実装体１０と本発明の熱伝導橋
渡し（ブリツジ）エレメント２０との組合せを示
す。実装体１０は半導体デバイス１４を相互に接
続し且つ基板１２の下面から突出しているピン１
６へ接続する金属パターンを内部又は上面に含ん
だ誘電体基板１２を有する。デバイス１４は半田
球１８によつて基板１２の内部又は上にある金属
パターンへ結合される。表面２４をデバイス１４
の上面から離隔した状態でキヤツプ２２がデバイ
ス１４を覆つて配置される。基板１２に固着又は
ろう付けされたフランジ部２６がキヤツプ２２へ
結合される。通路３０、入口３２、及び出口３４
を有する冷却板２８がキヤツプ２２及びデバイス
１４から熱を排出する目的でキヤツプ２２の上に
装着される。使用状態では冷却液が入口３２へ導
かれ且つ出口３４を介して排出される。代案とし
て、キヤツプ２２上にフイン又は類似のものを設
けて冷却板２８を冷却するようにしてもよい。本
発明の熱伝導橋渡しエレメント２０は全体的に低
い熱抵抗を有し、デバイスからキヤツプへの熱径
路を与え、使用状態では動作中のデバイスの信頼
性ある徹底した冷却を与える。
第２図及び第３図は本発明の熱伝導橋渡しエレ
メント２０の実施例を示す。エレメント２０は半
導体１４と接触した第１の板４０を有し、半導体
１４は半田接続体１８で基板１２へ接続される。
エレメント２０は、キヤツプ２２に接触された又
は取付けられた熱伝導性金属製の（望ましくは銅
製の）第２の板４２を有する。第１の板４０には
薄い熱伝導性材料製の（望ましくは銅製の）第１
の渦巻き条片４４が固着されている。薄い熱伝導
性材料の（望ましくは銅製の）第２の渦巻き条片
４６が板４２に装着されている。図示されたよう
に、第１及び第２の渦巻き条片４４及び４６は挿
間され且つ「入れ子」関係に装着されている。渦
巻き条片４４及び４６は銅、銀及びアルミニウム
のような熱伝導性の高い金属で相対的に薄く形成
されている。渦巻き条片４４及び４６の厚さは渦
巻き同志の間に大きな接触領域を達成するため小
さくしてある。厚さは0.0025mm乃至0.25mmであ
り、望ましくは0.025mm乃至0.13mmである。最も
望ましい渦巻き条片は厚さ0.05の高純度銅製のも
のである。又は銅99.8％、ジルコン0.2％より成
る合金でもよい。コイル状の渦巻き条片は夫々の
板に例えば半田付け又はろう付けのような任意の
適当な方法で固着される。コイル状の渦巻き条片
４４及び４６はデバイスから冷却板へ熱を伝える
のに適した極めて効果的な熱伝導体として働ら
く。何故ならばそれらは接触領域が極めて大きく
且つ「入れ子」関係にあり、デバイスが僅かに整
合外れした場合（例えば傾いた場合）でもデバイ
スの表面と冷却板の表面に順応するからである。
上述の型式の熱伝導エレメントは0.1mm平方のチ
ツプに対し１ワツト当り１℃の熱抵抗を達成する
ことが出来る。板４０及び４２を外方に偏倚して
デバイス及びキヤツプ又は冷却板と接触状態にす
るための偏倚手段が設けられている。この手段は
望ましくはコイル状の渦巻き条片群の中央に配置
されたコイル・スプリング４８である。更に、板
４０，４２が渦巻き条件４４及び４６の入れ子動
作範囲を越えて離れないようにするための制限手
段が設けられている。この制限手段は任意の適当
な接続形式のものでもよいが、板４０及び４２へ
結合された弾性クリツプ５０が望ましい。
本発明の重要な点は「入れ子」渦巻き条片を熱
伝導エレメント内に組込むことが容易なことであ
る。熱伝導橋渡しエレメント２０を作るに当つ
て、１対の細長い金属条片をかぶせて部分的に重
なつた関係に置き、そして両条片を第３図に明示
された形のコイル状になるように巻上げる。その
後金属板４０及び４２がコイル状の渦巻き条片に
半田付け、ろう付け、又は他の適当な手段で結合
される。コイル状の渦巻き条片はコイル・スプリ
ング４８の周囲に巻付けられてもよく、又は空所
に巻かれて形成された後にコイル・スプリング４
８が挿入されてもよい。その後で制限手段が両方
の板４０，４２へ接合されて、熱伝導橋渡しエレ
メントを例えば第１図に示されたような任意の適
当な形の実装体へ組込む準備が出来る。デバイス
と熱伝導橋渡しエレメントとの間の熱抵抗及び板
とキヤツプとの間の熱抵抗は半田付けにより、又
は参照番号５６及び５８で示した熱伝導グリース
の使用により、減少することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第１図は基板に半田付けされた半導体デバイ
ス、冷却板、及びそれらに冷却作用関係で配置さ
れた熱伝導橋渡しエレメントを含んだ半導体実装
体を部分的に断面で示す立面図、第２図は本発明
の熱伝導橋渡しエレメントの関係を示す拡大立面
図、第３図は第２図を線３−３で切断して示す図
である。 １０……半導体実装体、１２……基板、１４…
…半導体デバイス、１６……ピン、１８……半田
球、２０……熱伝導橋渡しエレメント、２２……
キヤツプ、２６……フランジ部材、２８……冷却
板、４０，４２……板、４４，４６……渦巻き条
片、４８……コイル・スプリング、５６，５８…
…熱伝導グリース。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体デバイスから冷却板へ熱を導くため半
    導体実装体に於て使用する熱伝導橋渡しエレメン
    トであつて、 半導体デバイスの表面に接触配置される第１の
    板体と、 上記第１の板体に接合された薄い熱伝導材料製
    の第１の渦巻き橋渡し条片と、 上記半導体デバイスの表面から離隔されたヒー
    トシンク表面と接触配置される第２の板体と、 上記第２の板体に接合された薄い熱伝導材料製
    の渦巻き橋渡し条片であつて、部分的に重なる入
    れ子関係で上記第１の渦巻き橋渡し条片に対し挿
    間的に配置された第２の渦巻き橋渡し条片と、 上記第１及び第２の板体を相互に対して外方へ
    偏倚するための手段と、 を含む熱伝導橋渡しエレメント。
JP58171441A 1982-12-20 1983-09-19 熱伝導橋渡しエレメント Granted JPS59115548A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/450,884 US4448240A (en) 1982-12-20 1982-12-20 Telescoping thermal conduction element for cooling semiconductor devices
US450884 1982-12-20

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS59115548A JPS59115548A (ja) 1984-07-04
JPS6323659B2 true JPS6323659B2 (ja) 1988-05-17

Family

ID=23789904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58171441A Granted JPS59115548A (ja) 1982-12-20 1983-09-19 熱伝導橋渡しエレメント

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4448240A (ja)
EP (1) EP0111709B1 (ja)
JP (1) JPS59115548A (ja)
DE (1) DE3377554D1 (ja)

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