JPH08213525A - マイクロデバイス - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 冷却システムを有するマイクロデバイスを提
供する。 【解決手段】 熱散逸の改善されたマイクロデバイスを
提供する。このデバイスにおいては、冷却流体の通過可
能な１個またはこれ以上の内部導管がパッケージボディ
上に形成され、１個またはこれ以上の集積回路ダイは冷
却流体にさらされるようパッケージボディに配置され、
この１個またはそれ以上の集積回路ダイを電気回路に接
続するコネクタを有し、マイクロデバイスの外への接続
を行う。本発明の実施形態において、内部導管は外部の
冷却流体の供給に接続され、パッケージボディの側面の
開口を介して循環して、従来のパッケージと同様なプロ
ファイルを有するパッケージを提供することができる。
本発明の他の実施形態によれば、導管はパッケージボデ
ィに配置された薄い部分により集積回路ダイと隔離され
る。この薄い部分は、最大の冷却流体への熱伝達を得る
には最小の熱抵抗を有するよう、冷却流体と回路ダイと
の直接の接触を防止する。
供する。 【解決手段】 熱散逸の改善されたマイクロデバイスを
提供する。このデバイスにおいては、冷却流体の通過可
能な１個またはこれ以上の内部導管がパッケージボディ
上に形成され、１個またはこれ以上の集積回路ダイは冷
却流体にさらされるようパッケージボディに配置され、
この１個またはそれ以上の集積回路ダイを電気回路に接
続するコネクタを有し、マイクロデバイスの外への接続
を行う。本発明の実施形態において、内部導管は外部の
冷却流体の供給に接続され、パッケージボディの側面の
開口を介して循環して、従来のパッケージと同様なプロ
ファイルを有するパッケージを提供することができる。
本発明の他の実施形態によれば、導管はパッケージボデ
ィに配置された薄い部分により集積回路ダイと隔離され
る。この薄い部分は、最大の冷却流体への熱伝達を得る
には最小の熱抵抗を有するよう、冷却流体と回路ダイと
の直接の接触を防止する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は熱生成デバイスの冷
却に関する。特に、冷却流体を通過する内部導管を有す
るパッケージを含むマイクロスデバイスに関する。
却に関する。特に、冷却流体を通過する内部導管を有す
るパッケージを含むマイクロスデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路（ＩＣ）ダイを用いるマ
イクロデバイスの動作により生成された熱を効率的に散
逸することはこれらのデバイスを使用する回路の機能を
最適化するのに重要な課題である。効率的な熱散逸デバ
イスは、回路機能の最適化のほかに、デバイスの使用寿
命の延長に有利で、全体のシステムの信頼性を向上させ
る。
イクロデバイスの動作により生成された熱を効率的に散
逸することはこれらのデバイスを使用する回路の機能を
最適化するのに重要な課題である。効率的な熱散逸デバ
イスは、回路機能の最適化のほかに、デバイスの使用寿
命の延長に有利で、全体のシステムの信頼性を向上させ
る。
【０００３】ＩＣダイは通常、プラスチップまたはセラ
ミックまたはガラス製のパッケージ内に封じ止められ
て、ＩＣダイを機械的及び化学的の危険から守り、熱散
逸が促進される。熱シンクが、一般的に高い熱電導率を
有する金属により造られ、パッケージの外部表面に張り
付けられ、熱の散逸がさらに促進される。このような熱
シンクは通常アレイ状の長いフィンであり、このフィン
は、ＩＣパッケージの上部表面に機械的に張り付け、ま
たは接合される共同平台に配置される。冷却流体、例え
ば空気は強制対流または自然対流によりＩＣパッケージ
から熱を奪っていく。しかし、このような冷却構造は限
られた冷却能力しか提供されず、現在の応用に使用され
る高パワー電子素子により生成される熱の散逸応用に不
適である。さらに、張り付け熱シンクはＩＣパッケージ
のプロファイルを変えることもあり、これはたまにはＩ
Ｃパッケージが実装される回路ボードの再設計を必要と
する。
ミックまたはガラス製のパッケージ内に封じ止められ
て、ＩＣダイを機械的及び化学的の危険から守り、熱散
逸が促進される。熱シンクが、一般的に高い熱電導率を
有する金属により造られ、パッケージの外部表面に張り
付けられ、熱の散逸がさらに促進される。このような熱
シンクは通常アレイ状の長いフィンであり、このフィン
は、ＩＣパッケージの上部表面に機械的に張り付け、ま
たは接合される共同平台に配置される。冷却流体、例え
ば空気は強制対流または自然対流によりＩＣパッケージ
から熱を奪っていく。しかし、このような冷却構造は限
られた冷却能力しか提供されず、現在の応用に使用され
る高パワー電子素子により生成される熱の散逸応用に不
適である。さらに、張り付け熱シンクはＩＣパッケージ
のプロファイルを変えることもあり、これはたまにはＩ
Ｃパッケージが実装される回路ボードの再設計を必要と
する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、ＩＣパッケージからの熱散逸を改善したマイクロデ
バイスを提供することである。
は、ＩＣパッケージからの熱散逸を改善したマイクロデ
バイスを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のマイクロデバイスにおいては、冷却流体の
通過可能な１個またはこれ以上の内部導管がパッケージ
ボディ上に形成され、１個またはこれ以上の集積回路ダ
イは冷却流体にさらされるようパッケージボディに配置
され、この１個またはこれ以上の集積回路ダイを電気回
路に接続するコネクタを有し、マイクロデバイスの外へ
の接続を行う。
に、本発明のマイクロデバイスにおいては、冷却流体の
通過可能な１個またはこれ以上の内部導管がパッケージ
ボディ上に形成され、１個またはこれ以上の集積回路ダ
イは冷却流体にさらされるようパッケージボディに配置
され、この１個またはこれ以上の集積回路ダイを電気回
路に接続するコネクタを有し、マイクロデバイスの外へ
の接続を行う。
【０００６】本発明の一実施形態において、内部導管は
外部の冷却流体の供給に接続され、パッケージボディの
側面の開口を介して循環して、従来のパッケージと同様
なプロファイルを有するパッケージを提供することがで
きる。本発明の他の実施形態によれば、導管はパッケー
ジボディに配置された薄い部分により集積回路ダイと隔
離される。この薄い部分は、最大の冷却流体への熱伝達
を得るには最小の熱抵抗を有するよう、冷却流体と回路
ダイとの直接の接触を防止する。
外部の冷却流体の供給に接続され、パッケージボディの
側面の開口を介して循環して、従来のパッケージと同様
なプロファイルを有するパッケージを提供することがで
きる。本発明の他の実施形態によれば、導管はパッケー
ジボディに配置された薄い部分により集積回路ダイと隔
離される。この薄い部分は、最大の冷却流体への熱伝達
を得るには最小の熱抵抗を有するよう、冷却流体と回路
ダイとの直接の接触を防止する。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は従来のマイクロデバイス１
０の断面を示す。このマイクロデバイス１０は集積回路
ダイ１２と、標準のプロファイルを有し周知の製造方法
及び設備により形成された従来のモールドプラスチック
パッケージ１４とを有する。ここで、「ＩＣダイ」とは
シリコンウェーハにより製造され複数の電気ボンディン
グパッドを有する基本的な半導体デバイスを意味する。
また、「パッケージ」とはＩＣダイのハウジングとなる
パッケージボディと、ＩＣダイとパッケージの外部回路
と電気的に接続するリードフレームのようなコネクタと
を意味する。パッケージとＩＣダイとの両方の結合は
「マイクロデバイス」を構成するとする。
０の断面を示す。このマイクロデバイス１０は集積回路
ダイ１２と、標準のプロファイルを有し周知の製造方法
及び設備により形成された従来のモールドプラスチック
パッケージ１４とを有する。ここで、「ＩＣダイ」とは
シリコンウェーハにより製造され複数の電気ボンディン
グパッドを有する基本的な半導体デバイスを意味する。
また、「パッケージ」とはＩＣダイのハウジングとなる
パッケージボディと、ＩＣダイとパッケージの外部回路
と電気的に接続するリードフレームのようなコネクタと
を意味する。パッケージとＩＣダイとの両方の結合は
「マイクロデバイス」を構成するとする。
【０００８】周知のモールドプラスチックパッケージ技
術には、ポストモールドパッケージとプリモールドパッ
ケージの２種類がある。図２は図１に示したマイクロデ
バイス１０の一部を切り取った斜視図で、従来のポスト
モールドパッケージを示す。図１と２に示すように、集
積回路ダイ１２は金属リードフレーム２０のＩＣダイ付
着パドル部１９に取り付けられる。付着は一般的に共晶
ハンダ、ポリマー粘着物、銀膜ガラス樹脂、導電性エポ
キシの何れかにより形成される。ワイヤボンド１３は集
積回路ダイ１２と金属リードフレーム２０のリード１８
とを相互接続するために用いられ、集積回路ダイ１２の
周辺からそとへファンアウトする。ほかの周知の構造に
おいては、ワイヤボンドを用いず、ＩＣダイは「フリッ
プチップ構造」と呼ばれるマウンティング法により直接
にリードフレームのファンアウト部に接着される。図１
と２に示すように、金属リードフレーム２０と集積回路
ダイ１２は伝送法または注入法のポストモールドプロセ
スを用いて熱可塑性モールド化合物内にカプセル化され
る。プリモールドパッケージ（図示せず）においては、
ＩＣダイとリードフレームは一般的にベースと呼ばれる
プリモールドされたプラスチック部品に挿入される。Ｉ
Ｃダイはワイヤボンドまたは前述した直接接着を通じて
金属リードフレーム２０のファンアウト部に接着され
る。ファンアウト部はパッケージから突出したピンに接
続してリードパッケージを提供するか、またはボンディ
ングパッドに接続してリードレスパッケージを提供す
る。シリコーンまたはエポキシのようなカプセル材料は
プリモールドパッケージのベースのＩＣダイの周辺に配
置される。そして、プラスチックまたは金属製のふた、
またはモールドプラスチックパッケージ上部はベースに
接着してパッケージをシールする。この２種類のパッケ
ージにおいて、ＩＣダイ１２の電気動作により生成され
る熱はプラスチックパッケージ１４のモールドプラスチ
ック材料と金属リードフレーム２０のリード１８とを通
じて伝導される。それ故に、この方法による集積回路ダ
イ１２からの熱散逸はある程度再現される。
術には、ポストモールドパッケージとプリモールドパッ
ケージの２種類がある。図２は図１に示したマイクロデ
バイス１０の一部を切り取った斜視図で、従来のポスト
モールドパッケージを示す。図１と２に示すように、集
積回路ダイ１２は金属リードフレーム２０のＩＣダイ付
着パドル部１９に取り付けられる。付着は一般的に共晶
ハンダ、ポリマー粘着物、銀膜ガラス樹脂、導電性エポ
キシの何れかにより形成される。ワイヤボンド１３は集
積回路ダイ１２と金属リードフレーム２０のリード１８
とを相互接続するために用いられ、集積回路ダイ１２の
周辺からそとへファンアウトする。ほかの周知の構造に
おいては、ワイヤボンドを用いず、ＩＣダイは「フリッ
プチップ構造」と呼ばれるマウンティング法により直接
にリードフレームのファンアウト部に接着される。図１
と２に示すように、金属リードフレーム２０と集積回路
ダイ１２は伝送法または注入法のポストモールドプロセ
スを用いて熱可塑性モールド化合物内にカプセル化され
る。プリモールドパッケージ（図示せず）においては、
ＩＣダイとリードフレームは一般的にベースと呼ばれる
プリモールドされたプラスチック部品に挿入される。Ｉ
Ｃダイはワイヤボンドまたは前述した直接接着を通じて
金属リードフレーム２０のファンアウト部に接着され
る。ファンアウト部はパッケージから突出したピンに接
続してリードパッケージを提供するか、またはボンディ
ングパッドに接続してリードレスパッケージを提供す
る。シリコーンまたはエポキシのようなカプセル材料は
プリモールドパッケージのベースのＩＣダイの周辺に配
置される。そして、プラスチックまたは金属製のふた、
またはモールドプラスチックパッケージ上部はベースに
接着してパッケージをシールする。この２種類のパッケ
ージにおいて、ＩＣダイ１２の電気動作により生成され
る熱はプラスチックパッケージ１４のモールドプラスチ
ック材料と金属リードフレーム２０のリード１８とを通
じて伝導される。それ故に、この方法による集積回路ダ
イ１２からの熱散逸はある程度再現される。
【０００９】図３は本発明のマイクロデバイス３０の斜
視図である。図示するように、マイクロデバイス３０は
図１と２に示した従来のマイクロデバイス１０とほぼ同
様なプロファイルを有する。図４は図３の４−４断面か
ら見たマイクロデバイス３０の断面図を示す。図５は図
３の５−５断面から見たマイクロデバイス３０の断面図
を示す。そして、図３−５に示すように、マイクロデバ
イス３０は内部導管３３を有するパッケージボディ３８
を含む。この内部導管３３はＩＣダイ３２と内部導管３
３を流れる冷却流体３６との間に直接な熱伝達パスを提
供する。また内部導管３３はＩＣダイ３２が取り付けら
れるリードフレーム３７と冷却流体３６との間にも直接
な熱伝導パスを提供する。ちなみに、ＩＣダイ３２の動
作により生成された熱はＩＣダイ３２の上部に流れるだ
けではなく、ＩＣダイ３２の底部を通じてリードフレー
ム３７にも伝達される。このように、内部導管３３はパ
ッケージボディ３８を貫通して、リードフレーム３７の
上部と側面及びＩＣダイ３２の上部と側面の所定熱散逸
面積を提供し、従来のマイクロデバイスにより得られな
い冷却効果を実現する。これらの熱散逸面は一般的に４
７、４８、４９、５０に示される。冷却流体３６は例え
ば、空気のような気体、または化学的不活性、電気的絶
縁性の液体でもよい。１つの適切な液体の冷却流体とし
ては、３Ｍ社から販売しているFLUORINERT FC-77であ
る。図３−５においてリードフレーム３７はＩＣダイ３
２を外部回路に接続する手段として示されたが、リード
フレーム３７は選択としてコネクタに置き換えることが
できる。このコネクタは金属化回路パターンとダイコネ
クタを含む。コネクタは周知の方法によりパッケージボ
ディ３８に直接に結合される。それ故に、直接の接続は
ＩＣダイ３２のボンディングパッドとパッケージボディ
３８上のダイコネクタとの間に行われて、前述したよう
にワイヤボンドを不必要とする。ＩＣダイ３２は従来の
張り付け方法により金属化回路パターンとコネクタに付
着される。なお、図３−５には１つだけのＩＣダイと内
部導管を示したが、本発明の範囲は複数のＩＣダイと内
部導管を有するデバイスを含む。
視図である。図示するように、マイクロデバイス３０は
図１と２に示した従来のマイクロデバイス１０とほぼ同
様なプロファイルを有する。図４は図３の４−４断面か
ら見たマイクロデバイス３０の断面図を示す。図５は図
３の５−５断面から見たマイクロデバイス３０の断面図
を示す。そして、図３−５に示すように、マイクロデバ
イス３０は内部導管３３を有するパッケージボディ３８
を含む。この内部導管３３はＩＣダイ３２と内部導管３
３を流れる冷却流体３６との間に直接な熱伝達パスを提
供する。また内部導管３３はＩＣダイ３２が取り付けら
れるリードフレーム３７と冷却流体３６との間にも直接
な熱伝導パスを提供する。ちなみに、ＩＣダイ３２の動
作により生成された熱はＩＣダイ３２の上部に流れるだ
けではなく、ＩＣダイ３２の底部を通じてリードフレー
ム３７にも伝達される。このように、内部導管３３はパ
ッケージボディ３８を貫通して、リードフレーム３７の
上部と側面及びＩＣダイ３２の上部と側面の所定熱散逸
面積を提供し、従来のマイクロデバイスにより得られな
い冷却効果を実現する。これらの熱散逸面は一般的に４
７、４８、４９、５０に示される。冷却流体３６は例え
ば、空気のような気体、または化学的不活性、電気的絶
縁性の液体でもよい。１つの適切な液体の冷却流体とし
ては、３Ｍ社から販売しているFLUORINERT FC-77であ
る。図３−５においてリードフレーム３７はＩＣダイ３
２を外部回路に接続する手段として示されたが、リード
フレーム３７は選択としてコネクタに置き換えることが
できる。このコネクタは金属化回路パターンとダイコネ
クタを含む。コネクタは周知の方法によりパッケージボ
ディ３８に直接に結合される。それ故に、直接の接続は
ＩＣダイ３２のボンディングパッドとパッケージボディ
３８上のダイコネクタとの間に行われて、前述したよう
にワイヤボンドを不必要とする。ＩＣダイ３２は従来の
張り付け方法により金属化回路パターンとコネクタに付
着される。なお、図３−５には１つだけのＩＣダイと内
部導管を示したが、本発明の範囲は複数のＩＣダイと内
部導管を有するデバイスを含む。
【００１０】パッケージボディ３８はカプラ３１も含
み、このカプラ３１は冷却流体キャリア（図示せず）を
マイクロデバイス３０に漏れずに接続するために使用さ
れる。冷却流体キャリアとカプラ３１間の接続は選択さ
れた冷却流体キャリアとパッケージボディ３８との材料
によって線巻き、粘着ボンド、つなぎ合わせ、溶接、ハ
ンダ溶接、摩擦係合、モールド、プレス係合のいずれか
の方法により行われる。カプラ３１は図３−５に示した
パッケージボディ３８から突出し、それとともに集積さ
れるように示されたが、所望の流体密閉方法によって流
体キャリアと十分の面積で係合するための任意の形状で
もよい。場合によって、カプラ３１は例えば、パッケー
ジボディ３８につないだ個別の部品でもよい。また、カ
プラ３１は部分的にまたは全部でパッケージボディ３８
に配置されることも望ましい。
み、このカプラ３１は冷却流体キャリア（図示せず）を
マイクロデバイス３０に漏れずに接続するために使用さ
れる。冷却流体キャリアとカプラ３１間の接続は選択さ
れた冷却流体キャリアとパッケージボディ３８との材料
によって線巻き、粘着ボンド、つなぎ合わせ、溶接、ハ
ンダ溶接、摩擦係合、モールド、プレス係合のいずれか
の方法により行われる。カプラ３１は図３−５に示した
パッケージボディ３８から突出し、それとともに集積さ
れるように示されたが、所望の流体密閉方法によって流
体キャリアと十分の面積で係合するための任意の形状で
もよい。場合によって、カプラ３１は例えば、パッケー
ジボディ３８につないだ個別の部品でもよい。また、カ
プラ３１は部分的にまたは全部でパッケージボディ３８
に配置されることも望ましい。
【００１１】パッケージボディ３８は従来のパッケージ
材料、例えば、プラスチック、セラミック、金属、耐火
性ガラス及びそれらの結合のいずれかにより形成され
る。パッケージボディ３８はもっとも一般的なパッケー
ジの形状に形成される。例えば、この形状はシングルイ
ンラインパッケージ、デュアルインラインパッケージ、
ピングリッドアレイ、小アウトラインパッケージ、ボー
ルグリッドアレイパッケージ及び四角平面パッケージを
含む。本発明は複数のチップキャリアを有するマルチチ
ップモジュール及び３次元パッケージにも適用できる。
パッケージボディ３８は複数の個別の部品から組み立て
られてもよいし、前述した各のパッケージボディを統一
の部品様式で単一のチップに形成してもよい。複数の部
品が使用される場合では、前述したすべての材料は適用
される。ある応用において、統一の部品が望まれる場合
では、プラスチックが適切な材料である。それはプラス
チックがモールドにより成形しやすいからである。前述
したほかの材料も使用されるが、最終の形状を得るため
にはもっと多くの加工が必要であって、統一のパッケー
ジボディに使用されるのは好ましくなくなる。
材料、例えば、プラスチック、セラミック、金属、耐火
性ガラス及びそれらの結合のいずれかにより形成され
る。パッケージボディ３８はもっとも一般的なパッケー
ジの形状に形成される。例えば、この形状はシングルイ
ンラインパッケージ、デュアルインラインパッケージ、
ピングリッドアレイ、小アウトラインパッケージ、ボー
ルグリッドアレイパッケージ及び四角平面パッケージを
含む。本発明は複数のチップキャリアを有するマルチチ
ップモジュール及び３次元パッケージにも適用できる。
パッケージボディ３８は複数の個別の部品から組み立て
られてもよいし、前述した各のパッケージボディを統一
の部品様式で単一のチップに形成してもよい。複数の部
品が使用される場合では、前述したすべての材料は適用
される。ある応用において、統一の部品が望まれる場合
では、プラスチックが適切な材料である。それはプラス
チックがモールドにより成形しやすいからである。前述
したほかの材料も使用されるが、最終の形状を得るため
にはもっと多くの加工が必要であって、統一のパッケー
ジボディに使用されるのは好ましくなくなる。
【００１２】図３−５に示した本発明の実施形態におい
ては、パッケージボディ３８はプラスチック製の統一部
品であり、従来のポストモールドプロセスによりリード
フレーム３７とＩＣダイ３２の外部に形成される。内部
導管３３は周知のモールド方法によりパッケージボディ
３８内に形成される。このモールド方法は中空モールド
部品を形成する必要があるため、例えば、ボロワモール
ド、回転モールドまたは移動コアを使用した伝送または
注入モールドを使用してもよい。別法として、好ましく
はないが、内部導管３３はポストモールド加工、例え
ば、パンチ法、突き通し法、またはドリル法を用いて形
成される。当然のことながら、パッケージボディ３８が
複数の部品から組み立てられれば、内部導管３３は予め
形成される。図６はこの構成を用いた本発明の一実施形
態を示す。そこではパッケージボディ６０はベース６２
とふた６４を有する。ここで、この実施形態のパッケー
ジボディ６０がプラスチック材料に限定されず、前述し
た任意の材料から形成されることを強調したい。
ては、パッケージボディ３８はプラスチック製の統一部
品であり、従来のポストモールドプロセスによりリード
フレーム３７とＩＣダイ３２の外部に形成される。内部
導管３３は周知のモールド方法によりパッケージボディ
３８内に形成される。このモールド方法は中空モールド
部品を形成する必要があるため、例えば、ボロワモール
ド、回転モールドまたは移動コアを使用した伝送または
注入モールドを使用してもよい。別法として、好ましく
はないが、内部導管３３はポストモールド加工、例え
ば、パンチ法、突き通し法、またはドリル法を用いて形
成される。当然のことながら、パッケージボディ３８が
複数の部品から組み立てられれば、内部導管３３は予め
形成される。図６はこの構成を用いた本発明の一実施形
態を示す。そこではパッケージボディ６０はベース６２
とふた６４を有する。ここで、この実施形態のパッケー
ジボディ６０がプラスチック材料に限定されず、前述し
た任意の材料から形成されることを強調したい。
【００１３】内部導管３３は、多くの本発明の実施例に
おいて単純な非変断面の形状、例えば、円形または四辺
形を有して、マイクロデバイス３０の製造を単純化する
ことができるにもかかわらず、任意の形状に形成されて
もよい。本発明の原理を特別の集積回路に有効に適用す
るに際しては、使用する冷却流体の種類、冷却流体流
速、使用する導管の全体サイズ及び数量より、内部導管
３３の実際形状はそれほど重要ではない。当然のことな
がら、冷却するＩＣダイの数、ＩＣダイからの熱生成の
速率などの応用パラメータはこれらの設計に大きな影響
を与える。それ故に、これらの設計指標は周知の熱伝達
及び流体力学の理論に基づき、ＩＣダイの数、熱の生成
量などの条件により決められる。本発明に示した実施形
態においては、内部導管３３は四辺形の断面形状を有
し、その高さはＩＣダイ３２の幅とほぼ等しく、その幅
はＩＣダイ３２の幅より若干大きい。
おいて単純な非変断面の形状、例えば、円形または四辺
形を有して、マイクロデバイス３０の製造を単純化する
ことができるにもかかわらず、任意の形状に形成されて
もよい。本発明の原理を特別の集積回路に有効に適用す
るに際しては、使用する冷却流体の種類、冷却流体流
速、使用する導管の全体サイズ及び数量より、内部導管
３３の実際形状はそれほど重要ではない。当然のことな
がら、冷却するＩＣダイの数、ＩＣダイからの熱生成の
速率などの応用パラメータはこれらの設計に大きな影響
を与える。それ故に、これらの設計指標は周知の熱伝達
及び流体力学の理論に基づき、ＩＣダイの数、熱の生成
量などの条件により決められる。本発明に示した実施形
態においては、内部導管３３は四辺形の断面形状を有
し、その高さはＩＣダイ３２の幅とほぼ等しく、その幅
はＩＣダイ３２の幅より若干大きい。
【００１４】図５に示すように、冷却流体３６はパッケ
ージボディ３８の片側から他の側へ長手方向に沿ってパ
ッケージボディ３８を貫通する。それ故に、パッケージ
ボディ３８内の冷却流体３６の流れ方向はＩＣダイ３２
の上部表面に平行する。しかしながら、この導管構造は
本発明の構成の一実施例に過ぎない。図７−１０は本発
明の他の導管構造の実施例を示す。図７はパッケージボ
ディ３８の上部に入口と、パッケージボディ３８の１つ
の側部に出口を有する導管を示す。この導管構造は「ジ
ェット噴射効果」を提供して、冷却流体３６がＩＣダイ
３２とリードフレーム３７の上部表面に噴射する。パッ
ケージボディ３８内の冷却流体３６の流れ方向はＩＣダ
イ３２の上部表面に直交する。ジェット噴射は図３に示
した長手方向に伸びる導管構造と比べて一般的に非常に
高い熱伝導性を提供する。そのため、ジェット噴射は、
本発明のある応用において低いプロファイルの制限はそ
れほど重要ではない場合では、ＩＣダイ３２とリードフ
レーム３７から冷却流体３６への熱伝達を増大させる有
効な方法である。図８はパッケージボディ３８の上部と
側部に開口を有する導管を示す。この開口は導管の入口
と出口の両方に使用される。図９はパッケージボディ３
８の上部にのみ開口を有する導管を示す。図１０にはパ
ッケージボディ３８の上部と底部に開口を有する構成を
示す。なお、導管開口の数及び位置は具体的な応用に応
じて様々な構成を有することができる。
ージボディ３８の片側から他の側へ長手方向に沿ってパ
ッケージボディ３８を貫通する。それ故に、パッケージ
ボディ３８内の冷却流体３６の流れ方向はＩＣダイ３２
の上部表面に平行する。しかしながら、この導管構造は
本発明の構成の一実施例に過ぎない。図７−１０は本発
明の他の導管構造の実施例を示す。図７はパッケージボ
ディ３８の上部に入口と、パッケージボディ３８の１つ
の側部に出口を有する導管を示す。この導管構造は「ジ
ェット噴射効果」を提供して、冷却流体３６がＩＣダイ
３２とリードフレーム３７の上部表面に噴射する。パッ
ケージボディ３８内の冷却流体３６の流れ方向はＩＣダ
イ３２の上部表面に直交する。ジェット噴射は図３に示
した長手方向に伸びる導管構造と比べて一般的に非常に
高い熱伝導性を提供する。そのため、ジェット噴射は、
本発明のある応用において低いプロファイルの制限はそ
れほど重要ではない場合では、ＩＣダイ３２とリードフ
レーム３７から冷却流体３６への熱伝達を増大させる有
効な方法である。図８はパッケージボディ３８の上部と
側部に開口を有する導管を示す。この開口は導管の入口
と出口の両方に使用される。図９はパッケージボディ３
８の上部にのみ開口を有する導管を示す。図１０にはパ
ッケージボディ３８の上部と底部に開口を有する構成を
示す。なお、導管開口の数及び位置は具体的な応用に応
じて様々な構成を有することができる。
【００１５】図１１は本発明による他のマイクロデバイ
スの実施形態を示す。この実施形態において、隔離部１
１０がパッケージボディ１３８内の内部導管１３３とＩ
Ｃダイ３２の間に配置される。隔離部１１０は冷却流体
３６とＩＣダイ３２との直接の接触を防止し、ある応用
には必要である。隔離部１１０は十分に薄いよう選択さ
れて、冷却流体３６とＩＣダイ３２間の熱伝導の抵抗を
最小にする。本発明の実施形態に隔離部１１０を使用す
ることは、伝送または注入モールド方法により予め内部
導管１３３を形成することが可能となる。それは、入口
から出口までの導管断面は均一となり、コアの複雑さが
減少するからである。
スの実施形態を示す。この実施形態において、隔離部１
１０がパッケージボディ１３８内の内部導管１３３とＩ
Ｃダイ３２の間に配置される。隔離部１１０は冷却流体
３６とＩＣダイ３２との直接の接触を防止し、ある応用
には必要である。隔離部１１０は十分に薄いよう選択さ
れて、冷却流体３６とＩＣダイ３２間の熱伝導の抵抗を
最小にする。本発明の実施形態に隔離部１１０を使用す
ることは、伝送または注入モールド方法により予め内部
導管１３３を形成することが可能となる。それは、入口
から出口までの導管断面は均一となり、コアの複雑さが
減少するからである。
【００１６】図１２には、供給ライン４１５と回流ライ
ン４２５を介して外部冷却システム４００の実施形態に
接続されたマイクロデバイス３０のブロック図を示す。
外部冷却システム４００は例えば、システムレベルの冷
却システムであり、一般的に一箇所に集中して配置さ
れ、システム内の異なる場所のデバイスに冷却を提供す
る。ここで、「システム」とはマイクロデバイス３０を
含む全体のシステムを意味する。例えば、このようなシ
ステムはコンピュータ、オーディオアンプ、電話交換機
などを含む。システムレベルの冷却システムの一実施例
は米国特許第４８６５１２３号(Kawashimaら)に開示さ
れる。別法として、回路パッケージレベルの冷却システ
ムを使用することが望ましい。ここで、「回路パッケー
ジ」とは一般的に共同の基板上に実装された複数の相互
接続された集積回路を含むデバイスを意味する。これら
のデバイスは通常「カード」または「ボード」と称さ
れ、システムレベル上のスロットに搭載される。パソコ
ンに使用されるモデムカード及びビデオボードはこのよ
うな回路パッケージの周知の例である。このような回路
パッケージレベルの冷却システムは米国特許第３３２２
２３号に開示される。図１２に示すように、冷却流体貯
蔵器４３０からの冷却流体（図示せず）はポンプ４２０
により供給ライン４１５にポンプされマイクロデバイス
３０に供給される。マイクロデバイス３０を冷却した
後、冷却流体はマイクロデバイス３０を出て回流ライン
４２５を介して回流貯蔵器４４０に戻る。図１２に示す
冷却システムは明らかにオープンループシステムであ
り、冷却流体は単一のパスを通ってマイクロデバイス３
０を流れて、循環しない。そのため、冷却流体が空気で
ある場合、回流貯蔵器４４０は周囲の大気に排出する排
気口に置き換えられる。もし、冷却流体が水であれば、
回流貯蔵器４４０は排水に置き換えればよい。図１３は
マイクロデバイス３０に接続された閉じた循環構造を有
する外部冷却システム５００を示す。冷却流体貯蔵器５
２０からの冷却流体（図示せず）はポンプ５１０により
ポンプ供給ライン５１５にポンプされマイクロデバイス
３０に供給される。冷却流体はマイクロデバイス３０を
出て、回流ライン５２５を通って熱交換器５４０に戻
り、そして再び冷却流体貯蔵器５２０に戻る。
ン４２５を介して外部冷却システム４００の実施形態に
接続されたマイクロデバイス３０のブロック図を示す。
外部冷却システム４００は例えば、システムレベルの冷
却システムであり、一般的に一箇所に集中して配置さ
れ、システム内の異なる場所のデバイスに冷却を提供す
る。ここで、「システム」とはマイクロデバイス３０を
含む全体のシステムを意味する。例えば、このようなシ
ステムはコンピュータ、オーディオアンプ、電話交換機
などを含む。システムレベルの冷却システムの一実施例
は米国特許第４８６５１２３号(Kawashimaら)に開示さ
れる。別法として、回路パッケージレベルの冷却システ
ムを使用することが望ましい。ここで、「回路パッケー
ジ」とは一般的に共同の基板上に実装された複数の相互
接続された集積回路を含むデバイスを意味する。これら
のデバイスは通常「カード」または「ボード」と称さ
れ、システムレベル上のスロットに搭載される。パソコ
ンに使用されるモデムカード及びビデオボードはこのよ
うな回路パッケージの周知の例である。このような回路
パッケージレベルの冷却システムは米国特許第３３２２
２３号に開示される。図１２に示すように、冷却流体貯
蔵器４３０からの冷却流体（図示せず）はポンプ４２０
により供給ライン４１５にポンプされマイクロデバイス
３０に供給される。マイクロデバイス３０を冷却した
後、冷却流体はマイクロデバイス３０を出て回流ライン
４２５を介して回流貯蔵器４４０に戻る。図１２に示す
冷却システムは明らかにオープンループシステムであ
り、冷却流体は単一のパスを通ってマイクロデバイス３
０を流れて、循環しない。そのため、冷却流体が空気で
ある場合、回流貯蔵器４４０は周囲の大気に排出する排
気口に置き換えられる。もし、冷却流体が水であれば、
回流貯蔵器４４０は排水に置き換えればよい。図１３は
マイクロデバイス３０に接続された閉じた循環構造を有
する外部冷却システム５００を示す。冷却流体貯蔵器５
２０からの冷却流体（図示せず）はポンプ５１０により
ポンプ供給ライン５１５にポンプされマイクロデバイス
３０に供給される。冷却流体はマイクロデバイス３０を
出て、回流ライン５２５を通って熱交換器５４０に戻
り、そして再び冷却流体貯蔵器５２０に戻る。
【００１７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のパッケージ
内部の導管を用いることにより、冷却流体によるマイク
ロデバイスの生成熱を効率的に散逸することができ、回
路機能を最適化し、デバイスの使用寿命を延長し、さら
に全体のシステムの信頼性を向上させた。
内部の導管を用いることにより、冷却流体によるマイク
ロデバイスの生成熱を効率的に散逸することができ、回
路機能を最適化し、デバイスの使用寿命を延長し、さら
に全体のシステムの信頼性を向上させた。
【図１】従来のマイクロデバイスの断面図。
【図２】図１に示したマイクロデバイスの一部を切り取
った斜視図。
った斜視図。
【図３】本発明により内部導管とともパッケージボディ
を有するマイクロデバイスの一実施形態を表す図。
を有するマイクロデバイスの一実施形態を表す図。
【図４】図３に示したマイクロデバイスの断面図。
【図５】図３に示したマイクロデバイスのもう１つの断
面図。
面図。
【図６】本発明により複数の部品がパッケージボディに
組み立てられたマイクロデバイスの実施形態を表す図。
組み立てられたマイクロデバイスの実施形態を表す図。
【図７】本発明による導管構造を表す実施形態の断面
図。
図。
【図８】本発明による導管構造を表す実施形態の断面
図。
図。
【図９】本発明による導管構造を表す実施形態の断面
図。
図。
【図１０】本発明による導管構造を表す実施形態の断面
図。
図。
【図１１】本発明により導管と集積回路ダイとの間に隔
離部分を有するマイクロデバイスの断面図。
離部分を有するマイクロデバイスの断面図。
【図１２】外部冷却システムの実施形態に接続する図３
−５に示したマイクロデバイスのブロック図。
−５に示したマイクロデバイスのブロック図。
【図１３】閉じた循環の外部冷却システムの実施形態に
接続する図３−５に示したマイクロデバイスのブロック
図。
接続する図３−５に示したマイクロデバイスのブロック
図。
１０ マイクロデバイス １２ 集積回路ダイ １３ ワイヤボンド １４ プラスチックパッケージ １８ リード １９ ＩＣダイ付着パドル部 ２０ 金属リードフレーム ３０ マイクロデバイス ３１ カプラ ３２ ＩＣダイ ３３ 内部導管 ３６ 冷却流体 ３７ リードフレーム ３８ パッケージボディ ４７、４８、４９、５０ 散熱面 ６０ パッケージボディ ６２ ベース ６４ ふた １１０ 隔離部 １３３ 内部導管 １３８ パッケージボディ ４００ 外部冷却システム ４１５ 供給ライン ４２０ ポンプ ４２５ 回流ライン ４３０ 冷却流体貯蔵器 ４４０ 回流貯蔵器 ５００ 外部冷却システム ５１０ ポンプ ５１５ 供給ライン ５２０ 冷却流体貯蔵器 ５２５ 回流ライン ５４０ 熱交換器
Claims (10)
- 【請求項１】 冷却流体がその中を流れる少なくとも１
つの内部導管を有するパッケージボディと、 前記パッケージボディ内にあり、前記冷却流体にさらさ
れる少なくとも１つの集積回路ダイと、 前記少なくとも１つの集積回路ダイをマイクロデバイス
の外部にある電気回路に接続する少なくとも１つのコネ
クタとを有することを特徴とするマイクロデバイス。 - 【請求項２】 前記少なくとも１つの内部導管は、前記
パッケージボディの少なくとも１つの側面に少なくとも
１つの開口を有することを特徴とする請求項１のマイク
ロデバイス。 - 【請求項３】 前記少なくとも１つの内部導管は、前記
パッケージボディの上部表面に少なくとも１つの開口を
有することを特徴とする請求項１のマイクロデバイス。 - 【請求項４】 前記少なくとも１つの内部導管は、前記
パッケージボディの底面に少なくとも１つの開口を有す
ることを特徴とする請求項１のマイクロデバイス。 - 【請求項５】 前記少なくとも１つの内部導管は、前記
パッケージボディの底面に複数の開口を有することを特
徴とする請求項１のマイクロデバイス。 - 【請求項６】 前記パッケージボディは、プラスチッ
ク、ガラス、金属、セラミック、及びそれらの結合から
なるグループから選択される材料により形成されること
を特徴とする請求項１のマイクロデバイス。 - 【請求項７】 前記パッケージボディは、デュアルイン
ラインパッケージボディとして成形されることを特徴と
する請求項１のマイクロデバイス。 - 【請求項８】 前記パッケージボディは、注入モール
ド、伝送モールド、ボロワモールド及び回転モールドか
らなるグループから選択されるモールドプロセスにより
形成されることを特徴とする請求項１のマイクロデバイ
ス。 - 【請求項９】 前記少なくとも１つの内部導管と前記少
なくとも１つの集積回路との間の前記パッケージボディ
内で形成された隔離部をさらに有して、前記集積回路ダ
イの前記冷却流体への露出は前記隔離部を介して行われ
ることを特徴とする請求項１のマイクロデバイス。 - 【請求項１０】 冷却流体がその中を流れる少なくとも
１つの内部導管を有するパッケージボディと、 前記パッケージボディ内にあり、前記少なくとも１つの
集積回路が前記冷却流体にさらされる少なくとも１つの
集積回路ダイと、 前記少なくとも１つの集積回路ダイをマイクロデバイス
の外部にある電気回路に接続するコネクタとを含む少な
くとも１つのマイクロデバイスと、 前記マイクロデバイスに接続される冷却システムとを有
することを特徴とする装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US33222294A | 1994-10-31 | 1994-10-31 | |
| US332222 | 1994-10-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08213525A true JPH08213525A (ja) | 1996-08-20 |
Family
ID=23297264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7303406A Pending JPH08213525A (ja) | 1994-10-31 | 1995-10-30 | マイクロデバイス |
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|---|---|
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| JP (1) | JPH08213525A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004297069A (ja) * | 2003-03-27 | 2004-10-21 | Stmicroelectronics Inc | 露出されている集積回路ダイ表面の直接的対流冷却用のシステム及び方法 |
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