JPS633741B2 - - Google Patents

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JPS633741B2
JPS633741B2 JP55060064A JP6006480A JPS633741B2 JP S633741 B2 JPS633741 B2 JP S633741B2 JP 55060064 A JP55060064 A JP 55060064A JP 6006480 A JP6006480 A JP 6006480A JP S633741 B2 JPS633741 B2 JP S633741B2
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Description

【発明の詳細な説明】 熱源から熱吸収体へ熱を移動させる場合、熱源
の膨張温度係数にほぼ等しい温度係数を有するが
比較的高い熱伝達性を備えた中間金属部材を用い
ることは、ある応用において望ましく、あるいは
それどころか必要とすることがよくある。このよ
うな熱伝達金属板ユニツトは、単結晶シリコン半
導体装置の取り付けにおいて特に有用である。
従来提案された熱伝達金属板ユニツトは、望ま
しい熱膨張係数を有するが、望ましくない低い熱
伝達係数を持つた高引張強度の金属板から構成さ
れ、このユニツトは銅、銀、アルミニウム、金、
あるいはこれら金属の合金のような熱伝達係数の
高い可鍛性金属で、板体の孔を充填させることに
より製造されている。これらの孔は、電気めつき
により、あるいは金属を圧延機に通し可鍛性金属
を孔中に押し込むことにより、あるいは溶融状態
の可鍛性金属を孔内に注ぎ入れることにより、あ
るいは他の手段により充填される。
このような複合構造は、制御された熱膨張係数
および比較的高い熱伝達係数の望ましい特性を有
し、この構造を含む装置が比較的おだやかな、例
えばおよそ400℃の最大温度周期範囲にある場合、
広範囲に応用されていた。しかしながら、より高
い周期温度範囲で作動される時には、可鍛性金属
充填物が高引張強度のマトリツクス材料からわず
かに分離することが判つた。2つの金属間の接触
不良の結果、熱伝達係数は低下してしまう。
従つて、本発明の目的は、従来提案された金属
板ユニツトの上記温度制限を解決し、より高い周
期温度範囲例えば550℃にわたつて満足に作動す
る新規で、改良された組立複合熱伝達金属板ユニ
ツトを提供することである。
本発明によれば、熱源から熱吸収媒体へ熱を伝
達させ、比較的高い熱伝達係数を有する組立複合
金属板ユニツトが提供され、このような板ユニツ
トは、熱源の膨張温度係数とほぼ同じ係数を有す
る一対の高引張強度金属板部材と、このような板
部材のそれぞれを貫通している複数の孔と、この
一対の板部材間に介在され、孔を充填し、且つ少
くとも約0.3ca/cm2/cm/sec/℃の熱伝達係数を有
する比較的可鍛性のある金属材料の層とから構成
されている。
本発明および本発明の他の目的を理解するた
め、添付図面に従つて次の通り説明する。なお、
本発明の範囲は特許請求の範囲に示されている。
図面には、一対の高引張強度金属部材10およ
び11から成る、熱源から熱吸収媒体に熱を伝達
する比較的高い熱伝達係数を有する組立複合金属
板ユニツトが例示されている。板部材のそれぞれ
は、熱源の膨張温度係数とほぼ同じ係数を有する
材料から成り、好ましくはコヴアー(KOVAR)
として市販されているコバルト―ニツケル―鉄合
金、あるいはアロイ(Alloy)42として市販の42
%のニツケルおよび58%の鉄から成るニツケル―
鉄合金である。各板部材は単結晶シリコンと共存
可能な膨張温度係数を有し、約30℃から550℃の
温度範囲にわたつてコヴアーは6.2×10-6/℃の
係数を有し、アロイ42は6.9×10-6/℃の係数を
有する。しかしながら、板部材10および11に
選ばれる材料は、どのようなものであつても少く
とも35Kg/mm2の引張強度を有することが必要であ
る。
板部材10,11はこれら部材を貫通する複数
の孔10a,11aを有し、これら孔の総面積は
板部材の表面積の15%から80%、好ましくは約70
%である。孔10aおよび11aの数は非常に広
い範囲にわたつて変化できるが、ある通常の構造
の場合、孔の数は約310/cm2(約2000/in2)であ
る。孔の形は、例示のように丸形でも、また四角
形、卵形、長方形、ダイヤモンド形、およびこれ
ら形の変形であつてもよい。
サンドイツチ構造を形成する可鍛性金属材料の
層12は、板部材10および11間に介在され
る。この可鍛性材料は銅、アルミニウム、金、
銀、およびこのような金属のいずれかの合金から
成る群のうちの金属であり、金属銅が一般的に用
いられる。金属板ユニツトの製造において、板1
0および11は、可鍛性中央金属層12を高引張
強度外側板の孔に流入させるほどの高圧に付さ
れ、このような圧力は圧延機あるいは高圧プレス
のような機械によつて加えられる。
本発明による合成板を製造するのにふさわしい
種々の材料の熱伝達係数は、次の通りである。
アルミニウム=0.50 銅 =0.94 金 =0.74 銀 =0.99 コヴアー =0.04 アロイ 42=0.03 上記の複合熱伝達板ユニツトの熱伝達係数の測
定値は、理論的に計算された熱伝達係数にほぼ近
似している。均一材料本体の熱伝達係数を定義す
る式は、 K=q/AΔT=ca/cm2/cm/sec/℃ であり、ここで、 K=熱伝達係数 q=毎秒当りの伝達された熱のカロリー A=長さ(cm)に対する面積(cm2)の比 ΔT=2つの面を横切る温度差(℃) 複合体の熱伝達の有効係数の一次近似値は、2
つの材料のそれぞれの面積に比例した2つの材料
の係数の合計である。即ち、コヴアー(Ko)お
よび銅(Cu)の複合体に対する方程式は、 K複合体=(KKp)(%Ko面積) +(KCu)(%Cu面積) であり、%Ko面積+%Cu面積の合計は1と規定
される。
複合体の熱伝達係数の例として、金属板がコヴ
アーおよび銅から作られ、1cmの厚さを有し、銅
中央層が非常に薄く、また銅面積が70%で、コヴ
アー面積が30%であると仮定する。一次近似値に
対する複合体の係数は、 K複合体=(0.04)(0.30)+(0.94)(0.70) =0.67ca/cm2/cm/sec/℃ である。理解されるように、このような複合体は
コヴアーの約17倍の熱伝達係数を有する。
図面に例示されている金属板ユニツトの大きさ
は、明確に示すため大ざつぱに誇張されている。
実際、このような大きさは、利用する応用分野に
よるけれども、広い範囲にわたつて変化できる。
通常、板部材10および11は0.0049cm(0.002
インチ)から0.127cm(0.050インチ)の厚さを有
し、また可鍛性金属の層12の厚さは、通常
0.0076cm(0.003インチ)から0.152cm(0.060イン
チ)である。
20℃から550℃の温度範囲にわたつて操作する
ように設計された本発明金属板ユニツトの明確な
1例は、次の大きさおよび特徴を有する。
コヴアー板10,11の厚さ
…0.020cm(0.008インチ) 製造後の銅層12の厚さ
…0.010cm(0.010インチ) 銅充填孔10a,11aの面積 …板面積の70% 固体コヴアー板の熱伝達係数 …0.04 複合板ユニツトの熱伝達係数 …0.67 30℃から550℃までの範囲にわたる固体コヴアー
板の熱膨張係数 …6.2×10-6/℃ 30℃から550℃までの範囲にわたる固体アロイ42
の熱膨張係数 …6.9×10-6/℃ 固体銅板の膨張係数 …16.4×10-6/℃ 複合板の熱膨張係数 7.0×10-6/℃ 従つて、このような複合板ユニツトの熱伝達係
数は、固体コヴアー板の約17倍であることが理解
される。
概算では、製造されるすべての集積回路半導体
チツプの90%が横0.76cm(0.300インチ)で縦0.76
cm(0.300インチ)の大きさである。それゆえ、
シリコンチツプと複合板ユニツトとの膨張温度係
数間のわずかな差異は、横0.76cm(0.300イン
チ)、縦0.76cm(0.300インチ)およびそれ以下の
チツプに重大な歪をひき起こす程大きなものでは
ない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の複合金属板ユニツトの一部切
欠した斜視図である。 10,11…板部材、10a,11a…孔、1
2…層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 熱源から熱吸収媒体へ熱を伝達させる組立複
    合金属板ユニツトにおいて 前記熱源の膨張温度係数とほぼ同じ温度係数を
    有する一対の高引張強度金属板部材10,11
    と; 前記部材のそれぞれを貫通している複数の孔1
    0a,11aと; 前記部材間に介在され、上記孔を充填し、且つ
    少くとも約0.3ca/cm2/cm/sec/℃の熱伝達係数を
    有する可鍛性のある金属材料の層12とから成る
    ことを特徴とする熱伝達金属板ユニツト。 2 前記板部材のそれぞれが、30℃から55℃の温
    度範囲にわたつて6.2×10-6/℃の膨張温度係数
    を有するコバルト―ニツケル―鉄合金であること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の熱伝達
    金属板ユニツト。 3 前記板部材のそれぞれが、42%のニツケルと
    58%の鉄とから成り、且つ30℃から550℃の温度
    範囲にわたつて6.9×10-6/℃の膨張温度係数を
    有する合金であることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の熱伝達金属板ユニツト。 4 前記板部材のそれぞれが少くとも35Kg/mm2
    引張強度を有することを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の熱伝達金属板ユニツト。 5 板部材を貫通している孔の総面積が、前記板
    部材の表面積の15%から80%であることを特徴と
    する特許請求の範囲第1項記載の熱伝達金属板ユ
    ニツト。 6 板部材を貫通している孔の総面積が、上記板
    部材の表面積の70%を有することを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の熱伝達金属板ユニツ
    ト。 7 板部材を貫通している孔の数がcm2当り310個
    (in2当り2000個)であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の熱伝達金属板ユニツト。 8 板部材を貫通している孔の数がcm2当り310個
    (in2当り2000個)であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の熱伝達金属板ユニツト。 9 前記可鍛性のある金属材料が、銅、アルミニ
    ウム、金、銀、およびこのような金属のいずれか
    の合金から成る群のうちの金属であることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の熱伝達金属板
    ユニツト。
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