JP4578789B2 - 超小型電子部品パッケージとヒートシンクとの間に配置するためのサーマルインターフェース構造体 - Google Patents
超小型電子部品パッケージとヒートシンクとの間に配置するためのサーマルインターフェース構造体 Download PDFInfo
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Description
半導体などの超小型電子部品は、多量の熱を発生するが、この熱は、部品の接合部温度を安全に操作できる限界値内に維持するためには除去しなければならない。これらの限界値を越えると、部品の性能特性の変化及び/又は部品の損傷が起こる。熱を除去するプロセスでは、インターフェイス材料を介して熱を超小型電子部品からヒートシンクへ伝導させることが必要である。熱発生部品(例えばシリコンチップなど)とヒートシンクとの間の界面のインターフェイス材料及び熱抵抗を選択することにより、熱伝達の程度を制御する。より強力なマイクロエレクトロニクスに対する需要が増加すると、熱除去を改善する必要性も高まる。
本発明により、高いクランプ圧力を印加する必要なしに、低い接触界面熱抵抗を有するヒートシンクと超小型電子パッケージとの間にサーマルインターフェイスを形成するための多層固体構造体及び方法が発見された。さらに、本発明の多層構造体は、間隙サイズが2〜20ミルの範囲にわたり大きくばらつかない熱抵抗特性を有する。
本発明のサーマルインターフェイス多層構造体10は、室温で固体であり、かつ少なくとも2つの金属層を備えている。この本発明の2層金属構造体の好ましい配置は、図1に横断面図で示されており、担体層と呼ばれる高い熱伝導率を有する固体金属或いは金属合金シート12と、重ね合わされた相変化特性を有する低融点合金シート13とからなる。本発明の好ましい3層配置は、図2に横断面図で示されており、図1の担体層12と組成が等価の中間担体層14と、低融点合金層13と組成が等価の低融点合金の2つの互いに対向する層15とからなる。図1及び図2の実施形態では、各低融点合金層13或いは15は、それぞれ高熱伝導率積層シート12及び14の平面状表面全体に積層されている。図3〜図5に示されている本発明の1つの代替実施形態では、図1及び図2の低融点合金層13及び15と組成が等価であってもなくても良い低融点合金層16が、図1及び図2の高熱伝導率層12及び14と組成が等価の高熱伝導率材料からなるシート18上に積層されて、この高熱伝導率材料からなるシート18の平面状表面の一部分のみをカバーしており、これにより、高熱伝導率材料層18の所定の表面領域を露出する境界19を形成する。これは、低融点層を高熱伝導率材料層18にコーティングする前に高熱伝導率材料層18の当該領域をマスキングすることにより達成される。代替的に、所望の幾何学的形状の低融点合金金属フォイルを、高熱伝導率材料から成るより大きいサイズのフォイルシートに積層して、境界19を形成することも可能である。好ましくは、境界19は、低融点合金材料16のコーティングにより形成されるパターン或いは被覆範囲を完全に包囲するが、境界19の幾何学的形状及び低融点合金16のコーティングの幾何学的形状は、本発明にとって重要でない。従って、境界19は、長方形の幾何学的形状で示されているが、円形であることも不規則的な幾何学的形状を有することも可能である。
熱伝導率=1/勾配
熱伝導率=1/0.2128℃in2/W・39.4in/m=185W/mK
2 露出境界領域
5 玉(ビード)
10 サーマルインターフェイス多層構造体
12 担体層
13 低融点合金層
14 中間担体層
15、16 低融点合金層
18 高熱伝導率材料層
19 境界
20 コア
21、24 ニッケルコーティング
22、25 低融点合金層
Claims (8)
- 集積回路チップを有する超小型電子部品パッケージとヒートシンクとの間に配置するためのこれらとは独立した多層サーマルインターフェイス構造体であって、
この多層サーマルインターフェイス構造体が、高い熱伝導率の固体金属で構成され、前記構造体のコアを形成する第1の層と、ニッケル、白金若しくはこれらの合金からなる群から選択される材料で構成され、前記コア層の上に位置して保護コーティングを形成する第2の層と、前記超小型電子部品パッケージから発生する熱によって溶融するという相変化特性を有する組成である低融点の合金材料からなり、前記第2の層の少なくとも1つの表面上にコーティングを形成する第3の層とを含有する互いに重ね合わされた複数の金属層を含んでなり、前記第3層が2ミル以下の厚さを有するものであり、
これにより、前記超小型電子部品パッケージと前記ヒートシンクと間の界面接合部において約0.03℃−in 2 /W以下という低い全熱抵抗が得られる独立した多層サーマルインターフェイス構造体。 - 前記第2の層が、ニッケルで構成されかつ前記第1の層を完全に取り囲んでいる請求項1に記載の多層サーマルインターフェイス構造体。
- 相変化特性を有する前記第3の層が前記ニッケル層を囲んでいる請求項2に記載の多層サーマルインターフェイス構造体。
- 前記第3の層が1〜2ミルの厚さを有する請求項1に記載の多層サーマルインターフェイス構造体。
- 前記第2の層が1〜2ミルの厚さを有する請求項1に記載の多層サーマルインターフェイス構造体。
- 前記第1の層の組成が、周期表の第3周期のマグネシウム、アルミニウム及びこれらの合金に加え、周期表の第4周期の遷移元素から選択される請求項1に記載の多層サーマルインターフェイス構造体。
- 集積回路チップを有する超小型電子部品パッケージとヒートシンクとの間に配置された多層サーマルインターフェイス構造体であって、
この多層サーマルインターフェイス構造体が、高い熱伝導率の固体金属で構成された構造体のコアを形成し、対向する2つの面を有する第1の層と、前記第1の層の両面上にそれぞれ位置し、ニッケル、白金若しくはこれらの合金からなる群から選択された第2の層と、前記第2の層の外側面上にそれぞれ位置し、前記超小型電子部品パッケージから発生する熱によって軟化または溶融するという相変化特性を有する合金組成のコーティングとを含有する互いに重ね合わされた複数の金属層を含んでなり、
これにより、前記超小型電子部品パッケージと前記ヒートシンクとの間の界面接合部において約0.03℃−in 2 /W以下という低い全熱抵抗が得られる多層サーマルインターフェイス構造体。 - 超小型電子部品パッケージとヒートシンクとの間の全熱抵抗を約0.03℃−in2/W以下へと低くする方法であって、対向する2つの面を有する高い熱伝導率の固体金属コアと、前記コアの両面にそれぞれ位置し、ニッケル、白金若しくはこれらの合金からなる群から選択される材料で構成される保護コーティングと、前記コアの両面に位置する保護コーティングの外側面上にそれぞれ位置し、前記超小型電子部品パッケージから発生する熱によって軟化または溶融するという相変化特性を有する合金組成の外側コーティングとを備えた多層サーマルインターフェイス構造体を、前記超小型電子部品パッケージと前記ヒートシンクとの間に設けるステップを含む方法。
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