JPH07106477A - 熱伝導板付きヒートシンクアセンブリ - Google Patents
熱伝導板付きヒートシンクアセンブリInfo
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- JPH07106477A JPH07106477A JP6177464A JP17746494A JPH07106477A JP H07106477 A JPH07106477 A JP H07106477A JP 6177464 A JP6177464 A JP 6177464A JP 17746494 A JP17746494 A JP 17746494A JP H07106477 A JPH07106477 A JP H07106477A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】マルチチップモジュール上のICチップの放熱
を効率よく、かつ熱膨張によるチップの取付部における
破損等を来すことなく、経済的に実現するヒートシンク
アセンブリを提供する。 【構成】熱伝導板19がインジウムはんだ21によって
マルチチップモジュール上のICチップ13に接合さ
れ、さらに熱ペースト25によってヒートシンク23に
熱的に接合される。この熱伝導板19は、炭化珪素や銅
タングステン合金等の材料により成型され、熱膨張率の
差によるチップの横移動から生ずる機械的応力を最小に
する比較的低い膨張係数を有する。比較的に低電力のチ
ップはインジウムはんだに代えて熱ペーストによって熱
伝導板に熱的に接合される。
を効率よく、かつ熱膨張によるチップの取付部における
破損等を来すことなく、経済的に実現するヒートシンク
アセンブリを提供する。 【構成】熱伝導板19がインジウムはんだ21によって
マルチチップモジュール上のICチップ13に接合さ
れ、さらに熱ペースト25によってヒートシンク23に
熱的に接合される。この熱伝導板19は、炭化珪素や銅
タングステン合金等の材料により成型され、熱膨張率の
差によるチップの横移動から生ずる機械的応力を最小に
する比較的低い膨張係数を有する。比較的に低電力のチ
ップはインジウムはんだに代えて熱ペーストによって熱
伝導板に熱的に接合される。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一般に電子部品用ヒート
シンクに関し、更に詳細には、ヒートシンクとマルチチ
ップモジュールの複数の集積回路チップとの間に挟み込
まれた熱伝導板を備え、該熱伝導板がインジウム系熱伝
達部材を介してチップに、熱ペースト介してヒートシン
クに、それぞれ結合されているヒートシンクアセンブリ
に関する。
シンクに関し、更に詳細には、ヒートシンクとマルチチ
ップモジュールの複数の集積回路チップとの間に挟み込
まれた熱伝導板を備え、該熱伝導板がインジウム系熱伝
達部材を介してチップに、熱ペースト介してヒートシン
クに、それぞれ結合されているヒートシンクアセンブリ
に関する。
【0002】
【従来の技術】コンピュータのような最新式電子装置は
数百の集積回路および他の電子部品を備えており、その
大部分は印刷回路板に装着されている。これら電子部品
の多くは正常動作中に熱を発生する。比較的大きいまた
は、たとえば個別トランジスタまたは小規模集積回路の
ような、その大きさに対して比較的少数の機能しか備え
ていない電子部品は通常、それらの熱をすべてヒートシ
ンク無しで消散している。このような電子部品の、特に
その能動部分と比較して、物理的大きさが大きければ、
回路板上のそれら電子部品の密度が充分制限されるの
で、必要となるヒートシンクのための充分な余裕が存在
する。したがって、熱を消散するのに援助を必要とする
電子部品はそれ自身のヒートシンクを備えることができ
る。
数百の集積回路および他の電子部品を備えており、その
大部分は印刷回路板に装着されている。これら電子部品
の多くは正常動作中に熱を発生する。比較的大きいまた
は、たとえば個別トランジスタまたは小規模集積回路の
ような、その大きさに対して比較的少数の機能しか備え
ていない電子部品は通常、それらの熱をすべてヒートシ
ンク無しで消散している。このような電子部品の、特に
その能動部分と比較して、物理的大きさが大きければ、
回路板上のそれら電子部品の密度が充分制限されるの
で、必要となるヒートシンクのための充分な余裕が存在
する。したがって、熱を消散するのに援助を必要とする
電子部品はそれ自身のヒートシンクを備えることができ
る。
【0003】ここで使用する限り「ヒートシンク」とい
う用語は一般に、電子部品に熱的に結合されて電子部品
からの熱を吸収する受動装置、たとえば複数のフィンを
有する押出しアルミニウム板、を指す。ヒートシンクは
この熱を対流により空気中に消散する。
う用語は一般に、電子部品に熱的に結合されて電子部品
からの熱を吸収する受動装置、たとえば複数のフィンを
有する押出しアルミニウム板、を指す。ヒートシンクは
この熱を対流により空気中に消散する。
【0004】電子技術の現状が進歩するにつれて、電子
部品は、それらの数千個を今や一つの集積回路チップに
組合わせる程度に、ますます小さくなってきている。そ
の他、電子部品は、コンピュータおよび他の電子装置に
ますます必要になっている計算能力を発揮するためにま
すます速く動作するように作られている。動作速度が増
大するにつれて、電子部品が消散しなければならない熱
の量が増大している。これらの因子は多数の電子部品が
それらが発生する熱を外部ヒートシンクの利用無しで消
散することを一層困難にしている。同時に、電子部品の
密度が増大することによりヒートシンクを必要とする電
子部品の数が増大することに対して個別のヒートシンク
を設けることが不可能になってきている。したがって、
多数の電子部品が一つのヒートシンクを共有することが
必要になってきている。
部品は、それらの数千個を今や一つの集積回路チップに
組合わせる程度に、ますます小さくなってきている。そ
の他、電子部品は、コンピュータおよび他の電子装置に
ますます必要になっている計算能力を発揮するためにま
すます速く動作するように作られている。動作速度が増
大するにつれて、電子部品が消散しなければならない熱
の量が増大している。これらの因子は多数の電子部品が
それらが発生する熱を外部ヒートシンクの利用無しで消
散することを一層困難にしている。同時に、電子部品の
密度が増大することによりヒートシンクを必要とする電
子部品の数が増大することに対して個別のヒートシンク
を設けることが不可能になってきている。したがって、
多数の電子部品が一つのヒートシンクを共有することが
必要になってきている。
【0005】電子回路の速さを増大させるのに広く使用
されている方法の一つは接続ワイヤの長さを減らすこと
である。或る程度、これは多数のチップを一つの基板上
に互いに隣接して装着するために各集積回路チップを別
々のパッケージに収納するという古い慣習を放棄するこ
とにより行われている。チップおよび基板のこのような
アセンブリは普通、マルチチップモジュール(「MC
M」)と言われる。MCM上のチップは小さ過ぎ、かつ
普通はMCM上で互いに非常に近接して設置さければな
らないので、個々のチップに対して別々のヒートシンク
を使用することは困難である。したがって、MCM上の
チップにより発生される熱を消散するためには、単一の
ヒートシンクを使用する必要がある。
されている方法の一つは接続ワイヤの長さを減らすこと
である。或る程度、これは多数のチップを一つの基板上
に互いに隣接して装着するために各集積回路チップを別
々のパッケージに収納するという古い慣習を放棄するこ
とにより行われている。チップおよび基板のこのような
アセンブリは普通、マルチチップモジュール(「MC
M」)と言われる。MCM上のチップは小さ過ぎ、かつ
普通はMCM上で互いに非常に近接して設置さければな
らないので、個々のチップに対して別々のヒートシンク
を使用することは困難である。したがって、MCM上の
チップにより発生される熱を消散するためには、単一の
ヒートシンクを使用する必要がある。
【0006】MCMの一つの形式では、各チップは、た
とえばはんだまたは接着剤により、共通のヒートシンク
に機械的に固定されている。チップはフレキシブルワイ
ヤにより、たとえばテープ・オートメーテッド・ボンデ
ィング(TAB)により、基板に接続されている。チッ
プおよびヒートシンクの膨脹の割合が異なるためチップ
が互いに横方向に移動すれば、フレキシブルワイヤはこ
の運動を吸収する。したがって、チップの横方向運動は
チップまたはそれら電気接続に重大な機械的応力を発生
させない。
とえばはんだまたは接着剤により、共通のヒートシンク
に機械的に固定されている。チップはフレキシブルワイ
ヤにより、たとえばテープ・オートメーテッド・ボンデ
ィング(TAB)により、基板に接続されている。チッ
プおよびヒートシンクの膨脹の割合が異なるためチップ
が互いに横方向に移動すれば、フレキシブルワイヤはこ
の運動を吸収する。したがって、チップの横方向運動は
チップまたはそれら電気接続に重大な機械的応力を発生
させない。
【0007】フレキシブルワイヤには短所がある。この
ような短所の一つは配線アセンブリが比較的複雑なこと
である。他の短所はワイヤの寄性効果が装置全体が動作
し得る速さを効果的に制限することである。したがっ
て、多数の用途について、チップをはんだバンプを用い
て基板に直接取付けることが必要である。これを「フリ
ップチップ」実装という。
ような短所の一つは配線アセンブリが比較的複雑なこと
である。他の短所はワイヤの寄性効果が装置全体が動作
し得る速さを効果的に制限することである。したがっ
て、多数の用途について、チップをはんだバンプを用い
て基板に直接取付けることが必要である。これを「フリ
ップチップ」実装という。
【0008】チップが基板に直接はんだ付けされている
MCMを冷やす一つの方法はヒートシンクを基板のチッ
プとは反対の側に熱的に結合することである。こうする
と熱はチップから、はんだバンプおよび基板を通って、
ヒートシンクに伝わる。この方法は、特にMCMが高電
力チップを備えている場合、不適当であることが非常に
多い。
MCMを冷やす一つの方法はヒートシンクを基板のチッ
プとは反対の側に熱的に結合することである。こうする
と熱はチップから、はんだバンプおよび基板を通って、
ヒートシンクに伝わる。この方法は、特にMCMが高電
力チップを備えている場合、不適当であることが非常に
多い。
【0009】単一ヒートシンクをエポキシまたははんだ
の薄層を用いてMCMのすべてのチップの上に固定する
のは最も簡単な方法であるが、高電力回路ではこれは満
足ではなかった。チップと基板との間の電気接続を行う
はんだバンプはMCM内で最も弱い機械的連結部であ
る。チップをヒートシンクに堅く結合すると、チップお
よびヒートシンクとの膨脹係数の相違により、チップお
よびヒートシンクが温まるにつれて、チップとヒートシ
ンクとの間の膨脹係数の差により、チップ相互間の横方
向移動が生ずる。この横方向膨脹によりはんだバンプに
機械的応力が発生し、究極的に電子部品が故障すること
になる。その他に、MCMを保守すること、たとえばチ
ップの一つを取換えること、が必要になった場合、チッ
プに触れることができるようにヒートシンクを取外すこ
とは非常に困難である。
の薄層を用いてMCMのすべてのチップの上に固定する
のは最も簡単な方法であるが、高電力回路ではこれは満
足ではなかった。チップと基板との間の電気接続を行う
はんだバンプはMCM内で最も弱い機械的連結部であ
る。チップをヒートシンクに堅く結合すると、チップお
よびヒートシンクとの膨脹係数の相違により、チップお
よびヒートシンクが温まるにつれて、チップとヒートシ
ンクとの間の膨脹係数の差により、チップ相互間の横方
向移動が生ずる。この横方向膨脹によりはんだバンプに
機械的応力が発生し、究極的に電子部品が故障すること
になる。その他に、MCMを保守すること、たとえばチ
ップの一つを取換えること、が必要になった場合、チッ
プに触れることができるようにヒートシンクを取外すこ
とは非常に困難である。
【0010】代案はチップを熱ペーストによりヒートシ
ンクに結合することである。これは、ペーストがチップ
およびヒートシンクを、はんだバンプに応力を発生させ
ずに互いに横方向に滑ることができるようにするので、
膨脹差の問題は解決される。しかし、チップは、たとえ
ばチップそれ自身の厚さが異なるため、またははんだバ
ンプの高さまたは基板の平坦度の変動のため、必らずし
もすべてが基板上同じ高さでないことが多い。これら高
さの変動を補償するには、ペーストの比較的厚い層を使
用しなければならない。ペーストの熱伝導度ははんだの
もの程良くはないので、高電力チップが関係していると
きは、伝熱が不適当である。
ンクに結合することである。これは、ペーストがチップ
およびヒートシンクを、はんだバンプに応力を発生させ
ずに互いに横方向に滑ることができるようにするので、
膨脹差の問題は解決される。しかし、チップは、たとえ
ばチップそれ自身の厚さが異なるため、またははんだバ
ンプの高さまたは基板の平坦度の変動のため、必らずし
もすべてが基板上同じ高さでないことが多い。これら高
さの変動を補償するには、ペーストの比較的厚い層を使
用しなければならない。ペーストの熱伝導度ははんだの
もの程良くはないので、高電力チップが関係していると
きは、伝熱が不適当である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】MCM内の高電力集積
回路チップにより発生された熱を消散するという問題を
解決するための多数の試みが行われてきた。例を挙げれ
ば、この問題に対する幾つかの方法が下記参考文献に説
明されている。Darveaux and Turlik、「Backside Coo
ling of Flip Chip Devices in Multichip Modules(マ
ルチチップモジュール内のフリップチップ装置の背面冷
却)」、ICMCM Proceedings、1992、pp.230-241、
1990年5月16日、Turlik等の名前で公表されたヨーロッ
パ特許EO0368 743 A2、「High Performance Integrat
ed Cir-cuit Chip Package and Method of Making Sa
me(高性能集積回路チップパッケージおよびその製造方
法)」、1977年7月12日、Koo-pmanに対して発行された
米国特許4,034,468、1992年3月10日にAnderson Jr.等
に対して発行された米国特許5,094,769、およびDarvea-
ux等の「Thermal Analysis of a Multichip Package De
sign(マルチチップパッケージ装置の熱解析)」、Jour
nal of Electronic Materials,Vol.18、No.2(198
9)、pp.267-274。これら解法の幾つかは機械的に複雑
であり、または高価であり、またはMCMの再加工また
は保守を困難にまたは不可能にしている。これらのおよ
び他の理由により、従来技術の方法は問題を適格には解
決していない。
回路チップにより発生された熱を消散するという問題を
解決するための多数の試みが行われてきた。例を挙げれ
ば、この問題に対する幾つかの方法が下記参考文献に説
明されている。Darveaux and Turlik、「Backside Coo
ling of Flip Chip Devices in Multichip Modules(マ
ルチチップモジュール内のフリップチップ装置の背面冷
却)」、ICMCM Proceedings、1992、pp.230-241、
1990年5月16日、Turlik等の名前で公表されたヨーロッ
パ特許EO0368 743 A2、「High Performance Integrat
ed Cir-cuit Chip Package and Method of Making Sa
me(高性能集積回路チップパッケージおよびその製造方
法)」、1977年7月12日、Koo-pmanに対して発行された
米国特許4,034,468、1992年3月10日にAnderson Jr.等
に対して発行された米国特許5,094,769、およびDarvea-
ux等の「Thermal Analysis of a Multichip Package De
sign(マルチチップパッケージ装置の熱解析)」、Jour
nal of Electronic Materials,Vol.18、No.2(198
9)、pp.267-274。これら解法の幾つかは機械的に複雑
であり、または高価であり、またはMCMの再加工また
は保守を困難にまたは不可能にしている。これらのおよ
び他の理由により、従来技術の方法は問題を適格には解
決していない。
【0012】これまで述べたことから、故障につながる
可能性のある機械的応力を発生せずに利用し得る限られ
た物理的空間内にあるMCM内のすべての集積回路チッ
プからの熱を適格に消散する方法の必要性が依然として
存在することが明らかである。
可能性のある機械的応力を発生せずに利用し得る限られ
た物理的空間内にあるMCM内のすべての集積回路チッ
プからの熱を適格に消散する方法の必要性が依然として
存在することが明らかである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、MCM内のす
べてのチップにより発生される熱を、MCMを故障させ
る可能性のある機械的応力を発生させずに、適切に消散
する単一ヒートシンクアセンブリを提供する。本発明を
具現するヒートシンクアセンブリは機械的に簡単で、経
済的であり、設置しやすく、MCMを再加工する必要が
生じた場合に取外しやすい。
べてのチップにより発生される熱を、MCMを故障させ
る可能性のある機械的応力を発生させずに、適切に消散
する単一ヒートシンクアセンブリを提供する。本発明を
具現するヒートシンクアセンブリは機械的に簡単で、経
済的であり、設置しやすく、MCMを再加工する必要が
生じた場合に取外しやすい。
【0014】簡潔に且つ一般的に述べれば、本発明によ
るヒートシンクアセンブリは、熱伝導板、伝導板をMC
Mの各種チップに結合するインジウムはんだのような熱
伝達部材、ヒートシンク、およびヒートシンクと熱伝導
板との間の熱ペーストから構成されている。MCMはチ
ップとヒートシンクとの間に挟み込まれた熱伝導板によ
りヒートシンクに固定されている。インジウムはんだは
チップと板との間の良好な熱接続を行い、板の膨脹係数
が比較的小さく、そのためチップの横方向相対運動およ
びその結果生ずる、チップを基板に接続するはんだバン
プに加わる機械的応力が極小になる。熱ペースト、たと
えばシリコーンオイル中の金属または金属酸化物の粒
子、は板からの熱をヒートシンクに伝える。
るヒートシンクアセンブリは、熱伝導板、伝導板をMC
Mの各種チップに結合するインジウムはんだのような熱
伝達部材、ヒートシンク、およびヒートシンクと熱伝導
板との間の熱ペーストから構成されている。MCMはチ
ップとヒートシンクとの間に挟み込まれた熱伝導板によ
りヒートシンクに固定されている。インジウムはんだは
チップと板との間の良好な熱接続を行い、板の膨脹係数
が比較的小さく、そのためチップの横方向相対運動およ
びその結果生ずる、チップを基板に接続するはんだバン
プに加わる機械的応力が極小になる。熱ペースト、たと
えばシリコーンオイル中の金属または金属酸化物の粒
子、は板からの熱をヒートシンクに伝える。
【0015】熱伝導板は、チップそれ自身のものとは大
きく違わない比較的小さい膨脹係数を有する炭化珪素ま
たは銅とタングステンとの合金のような材料から作られ
ている。
きく違わない比較的小さい膨脹係数を有する炭化珪素ま
たは銅とタングステンとの合金のような材料から作られ
ている。
【0016】或る例では、すべてのチップにインジウム
はんだと結合しやすい金属化された上面が設けられてい
る。他の場合には、チップの幾つかにこのような金属化
された表面が設けられておらず、板をチップに熱的に結
合するのに熱ペーストが使用されている。たとえば、高
電力チップだけを板にはんだ付けしたいことがあり、こ
の場合には、高電力チップだけに金属化上面が設けられ
ている。
はんだと結合しやすい金属化された上面が設けられてい
る。他の場合には、チップの幾つかにこのような金属化
された表面が設けられておらず、板をチップに熱的に結
合するのに熱ペーストが使用されている。たとえば、高
電力チップだけを板にはんだ付けしたいことがあり、こ
の場合には、高電力チップだけに金属化上面が設けられ
ている。
【0017】MCMのすべてのチップに対して一つの板
を使用することができ、または板を分割して各部分が異
なるチップに接触するようにすることができる。
を使用することができ、または板を分割して各部分が異
なるチップに接触するようにすることができる。
【0018】ヒートシンクを種々の仕方でMCMに固定
することができる。これを行う一つの方法は、ヒートシ
ンクと共に、MCMおよび熱伝導板を収納する空洞を形
成する支持板を用いることである。小ねじまたは他の適
切な締結手段を使用して支持板をヒートシンクに固定す
る。扁平フレキシブルケーブルがMCMと外部回路との
間の電気的連絡を行う。
することができる。これを行う一つの方法は、ヒートシ
ンクと共に、MCMおよび熱伝導板を収納する空洞を形
成する支持板を用いることである。小ねじまたは他の適
切な締結手段を使用して支持板をヒートシンクに固定す
る。扁平フレキシブルケーブルがMCMと外部回路との
間の電気的連絡を行う。
【0019】チップが基板の両側に装着されているMC
Mに適当な代りの実施例では、基板の各面のチップに一
つづつ、二つの熱伝導板および二つのヒートシンクを使
用している。この実施例では、二つのヒートシンクがM
CMおよび板を設置する空洞を形成しており、アセンブ
リ全体を締付けるのに必要なのは二つのヒートシンクを
共に固定するための締結手段だけである。
Mに適当な代りの実施例では、基板の各面のチップに一
つづつ、二つの熱伝導板および二つのヒートシンクを使
用している。この実施例では、二つのヒートシンクがM
CMおよび板を設置する空洞を形成しており、アセンブ
リ全体を締付けるのに必要なのは二つのヒートシンクを
共に固定するための締結手段だけである。
【0020】本発明の他の特徴および長所は、例を用い
て本発明を図解する付図に関連して行う以下の詳細な説
明から明らかになるであろう。
て本発明を図解する付図に関連して行う以下の詳細な説
明から明らかになるであろう。
【0021】
【実施例】図解の目的で図面に示したとおり、本発明
は、MCMのすべてのチップにより発生される熱を重大
な機械的応力を発生することなく消散するヒートシンク
アセンブリとして実施されている。MCMのチップによ
り発生された熱を消散する種々の方法が試みられてきた
が、それらは膨脹の相違から高レベルの機械的応力を生
じ、究極的にはチップとのはんだ接続の故障を生じた。
他の試みは非常に高価であるかまたは複雑であり、また
は充分に限られた物理的空間内にあるすべてのチップか
らの熱を適格には消散しなかった。
は、MCMのすべてのチップにより発生される熱を重大
な機械的応力を発生することなく消散するヒートシンク
アセンブリとして実施されている。MCMのチップによ
り発生された熱を消散する種々の方法が試みられてきた
が、それらは膨脹の相違から高レベルの機械的応力を生
じ、究極的にはチップとのはんだ接続の故障を生じた。
他の試みは非常に高価であるかまたは複雑であり、また
は充分に限られた物理的空間内にあるすべてのチップか
らの熱を適格には消散しなかった。
【0022】本発明によるヒートシンクアセンブリは、
熱伝導板、該熱伝導板をチップに結合するインジウムは
んだまたは類似のもの、および熱ペーストにより熱伝導
板に結合されているヒートシンクを備えている。ヒート
シンクはMCMに固定され、熱伝導板をそれらの間に挟
み込んでいる。このヒートシンクアセンブリは機械的に
簡単で且つ経済的であり、設置しやすく、MCMを保守
したり再加工したりするのに取外しやすく、またはんだ
バンプの故障につながる可能性のある過大な機械的応力
を回避している。本発明はその主な用途がMCMの冷却
システムにあるが、他の形式の伝熱システムにも同様に
良く使用される。
熱伝導板、該熱伝導板をチップに結合するインジウムは
んだまたは類似のもの、および熱ペーストにより熱伝導
板に結合されているヒートシンクを備えている。ヒート
シンクはMCMに固定され、熱伝導板をそれらの間に挟
み込んでいる。このヒートシンクアセンブリは機械的に
簡単で且つ経済的であり、設置しやすく、MCMを保守
したり再加工したりするのに取外しやすく、またはんだ
バンプの故障につながる可能性のある過大な機械的応力
を回避している。本発明はその主な用途がMCMの冷却
システムにあるが、他の形式の伝熱システムにも同様に
良く使用される。
【0023】図1は本発明によるヒートシンクアセンブ
リの好適実施例を示す。アセンブリは、基板11およびは
んだバンプ17などにより基板11の第1の表面15に装着さ
れている複数の集積回路チップ13を備えているMCM等
との組合せとして図示してある。アセンブリは、熱伝導
板19、チップ13からの熱を熱伝導板19に伝えるように作
用するチップ13と熱伝導板19との間の第1の熱伝達部材
21、ヒートシンク23、熱伝導板19からの熱をヒートシン
ク23に伝えるように作用する熱伝導板19とヒートシンク
23との間の第2の熱伝達部材25、およびMCM、熱伝導
板19、ヒートシンク23を共に締付けるための支持板27の
ような締付け手段を備えている。
リの好適実施例を示す。アセンブリは、基板11およびは
んだバンプ17などにより基板11の第1の表面15に装着さ
れている複数の集積回路チップ13を備えているMCM等
との組合せとして図示してある。アセンブリは、熱伝導
板19、チップ13からの熱を熱伝導板19に伝えるように作
用するチップ13と熱伝導板19との間の第1の熱伝達部材
21、ヒートシンク23、熱伝導板19からの熱をヒートシン
ク23に伝えるように作用する熱伝導板19とヒートシンク
23との間の第2の熱伝達部材25、およびMCM、熱伝導
板19、ヒートシンク23を共に締付けるための支持板27の
ような締付け手段を備えている。
【0024】インジウムはんだまたは類似のものがチッ
プ13を熱伝導板29に結合する第1の熱伝達部材21として
使用される。熱ペーストまたは類似のものが熱伝導板19
とヒートシンク23との間の第2の熱伝達部材25として好
適に使用されている。
プ13を熱伝導板29に結合する第1の熱伝達部材21として
使用される。熱ペーストまたは類似のものが熱伝導板19
とヒートシンク23との間の第2の熱伝達部材25として好
適に使用されている。
【0025】熱伝導板19は、炭化珪素、銅とタングステ
ンとの合金、またはインジウムはんだで結合でき且つチ
ップ13のものと大きく違わない比較的小さい膨脹係数を
有する同様の材料から好適に構成される。
ンとの合金、またはインジウムはんだで結合でき且つチ
ップ13のものと大きく違わない比較的小さい膨脹係数を
有する同様の材料から好適に構成される。
【0026】各種物質を熱ペーストとして使用すること
ができる。一般に、シリコーンオイル中のアルミニウ
ム、窒化アルミニウム、または銀のような、金属または
金属酸化物の粒子から成るペーストは比較的良好な熱伝
導度(1.6から2.6W/m−K)を備えており、良い結果
を与えることがわかっている。有用な熱ペーストの一つ
は前述の米国特許5,094,769(Anderson,Jr.等)に更に
説明されている。
ができる。一般に、シリコーンオイル中のアルミニウ
ム、窒化アルミニウム、または銀のような、金属または
金属酸化物の粒子から成るペーストは比較的良好な熱伝
導度(1.6から2.6W/m−K)を備えており、良い結果
を与えることがわかっている。有用な熱ペーストの一つ
は前述の米国特許5,094,769(Anderson,Jr.等)に更に
説明されている。
【0027】ヒートシンクは押出しアルミニウムまたは
他の適切な材料から好適に作られる。随意選択的に、フ
ァン(図示せず)をヒートシンクのフィンに取付けて対
流電熱の割合を増大させることができる。
他の適切な材料から好適に作られる。随意選択的に、フ
ァン(図示せず)をヒートシンクのフィンに取付けて対
流電熱の割合を増大させることができる。
【0028】各種素子の寸法は確定的なものではなく、
必要に応じて、MCMのチップの大きさおよび数、およ
び使用している材料の特定の材料の熱伝導度のような因
子に従って調節することができる。たとえば、一実施例
では、熱伝導板の厚さは約1.5mmであり、インジウムは
んだの厚さは約0.15mmであり、熱ペーストの厚さは約0.
4mmである。
必要に応じて、MCMのチップの大きさおよび数、およ
び使用している材料の特定の材料の熱伝導度のような因
子に従って調節することができる。たとえば、一実施例
では、熱伝導板の厚さは約1.5mmであり、インジウムは
んだの厚さは約0.15mmであり、熱ペーストの厚さは約0.
4mmである。
【0029】或る場合には熱伝導板を二つ以上の部分に
分割するのが望ましいことがある。この例を図2に示し
てある。図1の基板11と同様の基板29は複数のチップを
支持しており、その中の二つのチップ31および33だけを
図示してある。熱伝導板は二つの部分35および37で形成
されている。この方法は二つ以上の比較的高電力のチッ
プを基板上に設置する場合に特に有利である。板の別々
の部分をこのような各高電力チップにはんだ付けする。
各高電力チップに隣接する低電力チップを、便宜に応じ
てはんだによりまたは熱ペーストにより同じ部分に結合
する。
分割するのが望ましいことがある。この例を図2に示し
てある。図1の基板11と同様の基板29は複数のチップを
支持しており、その中の二つのチップ31および33だけを
図示してある。熱伝導板は二つの部分35および37で形成
されている。この方法は二つ以上の比較的高電力のチッ
プを基板上に設置する場合に特に有利である。板の別々
の部分をこのような各高電力チップにはんだ付けする。
各高電力チップに隣接する低電力チップを、便宜に応じ
てはんだによりまたは熱ペーストにより同じ部分に結合
する。
【0030】或るMCMではすべてのチップにインジウ
ムはんだで結合しやすい金属化された上面を設けてい
る。他のMCMは金属化された表面が設けられていない
SRAMのようなチップを備えている。熱ペーストはこ
のようなチップと熱伝導板との間に使用される。この一
例を図3に示してある。基板39はインジウムはんだに接
合する第1のチップ41および接合しない第2のチップ43
を支持している。熱伝導板45は、インジウムはんだ47に
よりチップ41に、熱ペースト49によりチップ43に、それ
ぞれ熱的に結合されている。図1の実施例の場合のよう
に、ヒートシンク51は熱ペースト53により熱伝導板45に
熱的に結合されている。この方法は一つの高電力チップ
および数個の低電力チップを冷却しようとする場合に特
に有利である。高電力チップ(たとえば、マイクロプロ
セッサ)は、熱伝導度を極大にするよう熱伝導板にはん
だ付けすることができるように金属化されている。低電
力チップ(たとえば、SRAM)は金属化されていなく
て熱ペーストで熱伝導板に結合されているが、これは適
切な熱伝導度を与え且つどんな横方向移動をも吸収する
ので、はんだバンプを機械的応力から保護する。
ムはんだで結合しやすい金属化された上面を設けてい
る。他のMCMは金属化された表面が設けられていない
SRAMのようなチップを備えている。熱ペーストはこ
のようなチップと熱伝導板との間に使用される。この一
例を図3に示してある。基板39はインジウムはんだに接
合する第1のチップ41および接合しない第2のチップ43
を支持している。熱伝導板45は、インジウムはんだ47に
よりチップ41に、熱ペースト49によりチップ43に、それ
ぞれ熱的に結合されている。図1の実施例の場合のよう
に、ヒートシンク51は熱ペースト53により熱伝導板45に
熱的に結合されている。この方法は一つの高電力チップ
および数個の低電力チップを冷却しようとする場合に特
に有利である。高電力チップ(たとえば、マイクロプロ
セッサ)は、熱伝導度を極大にするよう熱伝導板にはん
だ付けすることができるように金属化されている。低電
力チップ(たとえば、SRAM)は金属化されていなく
て熱ペーストで熱伝導板に結合されているが、これは適
切な熱伝導度を与え且つどんな横方向移動をも吸収する
ので、はんだバンプを機械的応力から保護する。
【0031】MCMおよび熱伝導板をヒートシンクに取
付けるのに種々の手段を使用することができる。このよ
うな一つの手段、支持板27、を図1に示してある。小ね
じ(その中の一つの小ねじ55だけを図面に実際に図示し
てある)または他の適切な締結手段を使用して支持板を
ヒートシンクに固定する。支持板およびヒートシンクは
マルチチップモジュールおよび熱伝導板を収納する空洞
57を形成する。
付けるのに種々の手段を使用することができる。このよ
うな一つの手段、支持板27、を図1に示してある。小ね
じ(その中の一つの小ねじ55だけを図面に実際に図示し
てある)または他の適切な締結手段を使用して支持板を
ヒートシンクに固定する。支持板およびヒートシンクは
マルチチップモジュールおよび熱伝導板を収納する空洞
57を形成する。
【0032】MCMを外部回路と接続するには電気導体
を設けなければならない。支持板27とヒートシンク23と
の間に張られる扁平フレキシブルケーブル59をこの目的
に使用することができる。Hughes Aircraft Co.が製造
している、特性インピーダンス50オームのマイクロスト
リップフレックス回路が適している。この形式のフレッ
クス回路を使用するときは、スプリット平面層により接
地接続および電源接続を設ける。
を設けなければならない。支持板27とヒートシンク23と
の間に張られる扁平フレキシブルケーブル59をこの目的
に使用することができる。Hughes Aircraft Co.が製造
している、特性インピーダンス50オームのマイクロスト
リップフレックス回路が適している。この形式のフレッ
クス回路を使用するときは、スプリット平面層により接
地接続および電源接続を設ける。
【0033】図4は、上面65に一つ以上のチップ63を備
え、下面69に更に多数のチップ67を備えている基板61を
有するMCMに適合する他の実施例を示す。チップ63は
インジウムはんだのような第1の熱伝達部材73を介して
第1の熱伝導板71に結合されている。熱伝導板71は熱ペ
ーストのような第2の熱伝達部材77を介して第1のヒー
トシンク75に熱的に結合されている。同様に、チップ67
はインジウムはんだのような第3の熱伝達部材81を介し
て第2の熱伝導板79に熱的に結合され、熱伝導板79は熱
ペーストのような第2の熱境界面85を介して第2のヒー
トシンク83に熱的に結合されている。第1および第2の
ヒートシンク75および83はMCMおよび二つの熱伝導板
71,79を空洞87に収納している。ヒートシンクは便宜に
応じて小ねじまたは他の締結手段(図示せず)により共
に機械的に固定されている。扁平ケーブル89がヒートシ
ンク同志の間に張られて外部回路との電気的連絡を行っ
ている。
え、下面69に更に多数のチップ67を備えている基板61を
有するMCMに適合する他の実施例を示す。チップ63は
インジウムはんだのような第1の熱伝達部材73を介して
第1の熱伝導板71に結合されている。熱伝導板71は熱ペ
ーストのような第2の熱伝達部材77を介して第1のヒー
トシンク75に熱的に結合されている。同様に、チップ67
はインジウムはんだのような第3の熱伝達部材81を介し
て第2の熱伝導板79に熱的に結合され、熱伝導板79は熱
ペーストのような第2の熱境界面85を介して第2のヒー
トシンク83に熱的に結合されている。第1および第2の
ヒートシンク75および83はMCMおよび二つの熱伝導板
71,79を空洞87に収納している。ヒートシンクは便宜に
応じて小ねじまたは他の締結手段(図示せず)により共
に機械的に固定されている。扁平ケーブル89がヒートシ
ンク同志の間に張られて外部回路との電気的連絡を行っ
ている。
【0034】本発明の一定の実施例を説明し且つ図解し
てきたが、本発明はそのように説明し図解した特定の形
態または部品の配列に限定されるものではなく、本発明
の範囲および精神を逸脱せずに種々の修正および変更を
行うことができる。したがって、特許請求の範囲の範囲
内で、本発明を特に説明し図解したものとは別に実施す
ることができる。
てきたが、本発明はそのように説明し図解した特定の形
態または部品の配列に限定されるものではなく、本発明
の範囲および精神を逸脱せずに種々の修正および変更を
行うことができる。したがって、特許請求の範囲の範囲
内で、本発明を特に説明し図解したものとは別に実施す
ることができる。
【0035】1.基板の第1の表面上に複数の集積回路
を実装してなるマルチチップモジュール等のためのヒー
トシンクアセンブリにおいて、熱伝導板と、集積回路か
らの熱を前記熱伝導板に伝えるよう作用する集積回路と
熱伝導板との間に設けられる第1の熱伝達部材と、ヒー
トシンクと、熱を前記熱伝導板から前記ヒートシンクに
伝えるよう作用する前記熱伝導板と前記ヒートシンクと
の間に設けられる第2の熱伝達部材と、前記マルチチッ
プモジュール、前記熱伝導板、およびヒートシンクを共
に締付ける締付け手段と、からなることを特徴とするヒ
ートシンクアセンブリ。
を実装してなるマルチチップモジュール等のためのヒー
トシンクアセンブリにおいて、熱伝導板と、集積回路か
らの熱を前記熱伝導板に伝えるよう作用する集積回路と
熱伝導板との間に設けられる第1の熱伝達部材と、ヒー
トシンクと、熱を前記熱伝導板から前記ヒートシンクに
伝えるよう作用する前記熱伝導板と前記ヒートシンクと
の間に設けられる第2の熱伝達部材と、前記マルチチッ
プモジュール、前記熱伝導板、およびヒートシンクを共
に締付ける締付け手段と、からなることを特徴とするヒ
ートシンクアセンブリ。
【0036】2.前記第1の熱伝達部材がインジウムか
ら構成されている前項1に記載のヒートシンクアセンブ
リ。
ら構成されている前項1に記載のヒートシンクアセンブ
リ。
【0037】3.前記第2の熱伝達部材が熱ペーストか
ら構成されている前項1に記載のヒートシンクアセンブ
リ。
ら構成されている前項1に記載のヒートシンクアセンブ
リ。
【0038】4.前記熱伝導板が銅とタングステンとの
合金から構成されている前項1に記載のヒートシンクア
センブリ。
合金から構成されている前項1に記載のヒートシンクア
センブリ。
【0039】5.前記熱伝導板が炭化珪素から構成され
ている前項1に記載のヒートシンクアセンブリ。
ている前項1に記載のヒートシンクアセンブリ。
【0040】6.前記熱伝導板が複数に分割されている
前項1に記載のヒートシンクアセンブリ。
前項1に記載のヒートシンクアセンブリ。
【0041】7.前記第1の熱伝達部材が、前記熱伝導
板と金属化された表面を有するチップとの間のインジウ
ムはんだ、および前記熱伝導板と金属化された表面を有
さないチップとの間の熱ペーストから構成されている前
項1に記載のヒートシンクアセンブリ。
板と金属化された表面を有するチップとの間のインジウ
ムはんだ、および前記熱伝導板と金属化された表面を有
さないチップとの間の熱ペーストから構成されている前
項1に記載のヒートシンクアセンブリ。
【0042】8.前記締付け手段が、支持板および該支
持板をヒートシンクに固定する締結手段からなり、前記
支持板およびヒートシンクによってマルチチップモジュ
ールおよび前記熱伝導板を収納する空洞が形成されてな
る前項1に記載のヒートシンクアセンブリ。
持板をヒートシンクに固定する締結手段からなり、前記
支持板およびヒートシンクによってマルチチップモジュ
ールおよび前記熱伝導板を収納する空洞が形成されてな
る前項1に記載のヒートシンクアセンブリ。
【0043】9.前記支持板とヒートシンクとの間にマ
ルチチップモジュールと外部回路との間の電気的接続を
行うフレキシブルケーブルを備えている前項8に記載の
ヒートシンクアセンブリ。
ルチチップモジュールと外部回路との間の電気的接続を
行うフレキシブルケーブルを備えている前項8に記載の
ヒートシンクアセンブリ。
【0044】10.第2の熱伝導板と、前記基板の第2
の面に実装された集積回路と前記第2の熱伝導板との間
にあって、前記集積回路からの熱を前記第2の熱伝導板
に伝えるように作用する第3の熱伝達部材と、第2のヒ
ートシンクと、熱を前記第2の熱伝導板から前記第2の
ヒートシンクに伝えるように作用する前記第2の熱伝導
板と前記第2のヒートシンクとの間に設けられる第4の
熱伝達部材と、を備えている前項1に記載のヒートシン
クアセンブリ。
の面に実装された集積回路と前記第2の熱伝導板との間
にあって、前記集積回路からの熱を前記第2の熱伝導板
に伝えるように作用する第3の熱伝達部材と、第2のヒ
ートシンクと、熱を前記第2の熱伝導板から前記第2の
ヒートシンクに伝えるように作用する前記第2の熱伝導
板と前記第2のヒートシンクとの間に設けられる第4の
熱伝達部材と、を備えている前項1に記載のヒートシン
クアセンブリ。
【0045】11.前記締付け手段は、前記第1および
第2のヒートシンクを共に締付ける締結手段からなり、
前記第1および第2のヒートシンクによってマルチチッ
プモジュールおよび前記二つの熱伝導板を収納する空洞
が形成されてなる前項10に記載のヒートシンクアセン
ブリ。
第2のヒートシンクを共に締付ける締結手段からなり、
前記第1および第2のヒートシンクによってマルチチッ
プモジュールおよび前記二つの熱伝導板を収納する空洞
が形成されてなる前項10に記載のヒートシンクアセン
ブリ。
【0046】12.前記第3の熱伝達部材がインジウム
から構成されている前項10に記載のヒートシンクアセ
ンブリ。
から構成されている前項10に記載のヒートシンクアセ
ンブリ。
【0047】13.前記第4の熱伝達部材が熱ペースト
から構成されている前項10に記載のヒートシンクアセ
ンブリ。
から構成されている前項10に記載のヒートシンクアセ
ンブリ。
【0048】14.前記第2の熱伝導板が銅とタングス
テンとの合金から構成されている前項10に記載のヒー
トシンクアセンブリ。
テンとの合金から構成されている前項10に記載のヒー
トシンクアセンブリ。
【0049】15.前記第2の熱伝導板が炭化珪素から
構成されている前項10に記載のヒートシンクアセンブ
リ。
構成されている前項10に記載のヒートシンクアセンブ
リ。
【0050】16.第2の熱伝導板が複数に分割されて
いる前項10に記載のヒートシンクアセンブリ。
いる前項10に記載のヒートシンクアセンブリ。
【0051】
【発明の効果】これまで述べたことから本発明により提
供されるヒートシンクアセンブリはMCMのチップとヒ
ートシンクとの間に効率の良い熱伝導経路を提供するこ
とが認められよう。このアセンブリは機械的に簡単で、
組立てやすく、またMCMを保守または再加工すること
が必要になったとき比較的取外しやすい。膨脹差のよう
な熱的効果から生ずるチップの横方向運動から生ずる機
械的応力は極小であり、他の機械的応力は大幅に排除さ
れているので、チップと基板との間のはんだバンプ電気
接続が早期に故障することから保護されている。
供されるヒートシンクアセンブリはMCMのチップとヒ
ートシンクとの間に効率の良い熱伝導経路を提供するこ
とが認められよう。このアセンブリは機械的に簡単で、
組立てやすく、またMCMを保守または再加工すること
が必要になったとき比較的取外しやすい。膨脹差のよう
な熱的効果から生ずるチップの横方向運動から生ずる機
械的応力は極小であり、他の機械的応力は大幅に排除さ
れているので、チップと基板との間のはんだバンプ電気
接続が早期に故障することから保護されている。
【図1】本発明の一実施例によるヒートシンクアセンブ
リの断面図である。
リの断面図である。
【図2】熱伝導板が分割されている他の実施例における
ヒートシンクアセンブリの斜視図である。
ヒートシンクアセンブリの斜視図である。
【図3】幾つかのチップと熱伝導板との間にインジウム
はんだの代りに熱ペーストを備えている実施例における
ヒートシンクアセンブリの断面図である。
はんだの代りに熱ペーストを備えている実施例における
ヒートシンクアセンブリの断面図である。
【図4】MCMが基板の両側にチップを備えている更に
他の実施例におけるヒートシンクの断面図である。
他の実施例におけるヒートシンクの断面図である。
11…基板 13…集積回路チップ 17…はんだバンプ 19…熱伝導板 21、25…熱伝達部材 23…ヒートシンク 29…基板 31、33…チップ 35、37…熱伝導板 39…基板 41、43…チップ 45…熱伝導板 47…はんだ 49、53…熱ペースト 51…ヒートシンク
Claims (7)
- 【請求項1】基板の第1の表面上に複数の集積回路を実
装してなるマルチチップモジュール等のためのヒートシ
ンクアセンブリにおいて、 熱伝導板と、 集積回路からの熱を前記熱伝導板に伝えるよう作用する
集積回路と熱伝導板との間に設けられる第1の熱伝達部
材と、 ヒートシンクと、 熱を前記熱伝導板から前記ヒートシンクに伝えるよう作
用する前記熱伝導板と前記ヒートシンクとの間に設けら
れる第2の熱伝達部材と、 前記マルチチップモジュール、前記熱伝導板、およびヒ
ートシンクを共に締付ける締付け手段と、 からなることを特徴とするヒートシンクアセンブリ。 - 【請求項2】前記第1の熱伝達部材がインジウムから構
成されている請求項1に記載のヒートシンクアセンブ
リ。 - 【請求項3】前記第2の熱伝達部材が熱ペーストから構
成されている請求項1に記載のヒートシンクアセンブ
リ。 - 【請求項4】前記熱伝導板が銅とタングステンとの合金
から構成されている請求項1に記載のヒートシンクアセ
ンブリ。 - 【請求項5】前記熱伝導板が炭化珪素から構成されてい
る請求項1に記載のヒートシンクアセンブリ。 - 【請求項6】第2の熱伝導板と、 前記基板の第2の面に実装された集積回路と前記第2の
熱伝導板との間にあって、前記集積回路からの熱を前記
第2の熱伝導板に伝えるように作用する第3の熱伝達部
材と、 第2のヒートシンクと、 熱を前記第2の熱伝導板から前記第2のヒートシンクに
伝えるように作用する前記第2の熱伝導板と前記第2の
ヒートシンクとの間に設けられる第4の熱伝達部材と、 を備えている請求項1に記載のヒートシンクアセンブ
リ。 - 【請求項7】前記締付け手段は、前記第1および第2の
ヒートシンクを共に締付ける締結手段からなり、前記第
1および第2のヒートシンクによってマルチチップモジ
ュールおよび前記二つの熱伝導板を収納する空洞が形成
されてなる請求項6に記載のヒートシンクアセンブリ。
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| US088,288 | 1993-07-06 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| US (1) | US5396403A (ja) |
| JP (1) | JPH07106477A (ja) |
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