Brevet FR2659493A1 — publié le 19910913

La présente invention se rapporte à un élément semi-conducteur, permettant de réaliser un circuit électronique ultrarapide et à ultra haute densité d'intégration étant donné le fait que la chaleur produite dans le semi-conducteur est rapidement évacuée vers l'extérieur au moyen d'ailettes de refroidissement ayant une structure de mic;rocanaux Dans les circuits intégrés à semi-conducteurs, la densité d'intégration devient de plus en plus importante, ce qui est accompagnée de la demande d'une vitesse ultra- rapide et d'une densité ultra-haute d'intégration. Actuellement déjà la densité d'intégration pour des circuits intégrés consommant une grande quantité de courant électrique à cause de ltattaque rapide est limitée par la limite de l'évacuation de la chaleur Cependant la consommation de courant électrique par puce augmente rapidement ce qui est accompagné d'une demande d'augmentation de la performance de la vitesse des circuits à semi-conducteurs Presque tout le courant électrique consommé se transforme en chaleur et la chaleur produite augmente la température de toute une puce, ce qui provoque une détérioration des caractéristiques des éléments et une diminution de la fiabilité. Cependant, par la technique de refroidissement utilisant une structure actuelle, l'évacuation de la chaleur est d'environ 30 W/cm 2 par refroidissement à l'eau et une nouvelle technique pour évacuer rapidement la chaleur produite dans une puce de semi-conducteur vers l'extérieur est requise Dans un circuit de courant de chauffage de 1 art antérieur pour lévacuation de la chaleur, la partie o les caractéristiques de conduction de chaleur sont les plus mauvaises est une portion conductrice de la chaleur d'une paroi du solide vers le fluide de refroidissement (air, eau). La figure 15 montre un circuit de courant de chauffage dans un circuit intégré par la technique de l'art antérieur, utilisant la résistance à la chaleur et la capacité de chaleur La figure montre un circuit de courant de chauffage dans un circuit intégré ayant) par exemple, une épaisseur de la puce d'environ 500 um et une taille de la puce d'environ 1 cm 2 et Rf Rp, Cp, Rsi, Csi et Rb ont les significations qui suivent: Rf: Résistance à la conduction de chaleur à partir du côté avant de la puce, Rp: Résistance à la conduction de chaleur dans un film de passivation sur le côté avant de la puce (épaisseur d'environ 5 am), Cp: Capacité thermique du film de passivation (négligeable à un état stationnaire), Rsi: Résistance à la conduction de chaleur dans un substrat en Si (épaisseur d'environ 494 am), Csi: Capacité de chaleur du substrat en Si (négligeable à l'état stationnaire), et Rb: Résistance à la conduction de chaleur à partir du côté avant de la puce, Les figures 16 A et 16 B montrent un exemple concret d'un circuit équivalent d'un circuit de courant de chauffage, à un état stationnaire, dans le cas o le film de passivation utilisé par la technique de l'art antérieur est fait en Si O la figure 16 A représentant le cas o la surface avant est refroidie par convection naturelle et la surface arrière par refroidissement à air forcé, la figure 16 B représentant le cas o la surface avant est refroidie par convection naturelle et la surface arrière par refroidissement à l'eau A l'état stationnaire, la capacité thermique peut être négligée Des valeurs expérimentales représentatives de la technique de l'art antérieur sont utilisées pour les conditions limites et les résistances à la chaleur converties à partir de la conductivité de chaleur par refroidissement à l'air forcé qui est égale à 0,2 W/cm 2 C, la conductivité par refroidissement à l'eau est égale à 1 W/cm 2 C et la conductivité de chaleur par convection naturelle est égale à ixio-3 w/cm 2 C. Comme on peut clairement le voir sur les figures 16 A et 16 B, par la technique d'évacuation de chaleur de l'art antérieur, bien que dans le solide de la puce à semi-conducteurs, la résistance à la chaleur soit suffisamment faible, de l'ordre de 10 -2 C/W, la résistance thermique vis- à-vis du fluide de refroidissement est d'environ 50 C/W par refroidissement à l'air forcé et de C/W par refroidissement à l'eau ce qui est plus important d'environ 2 ordres de grandeur que la valeur obtenue pour le solide. Par ailleurs, par exemple, D B Tuckerman et F. Pease (IEEE Electron Device Lett, Volume EDL-2, No 5, pages 126-129, Mai 1981, "High Performance Heat Sinking for VLSI") ont indiqué qu'il était possible de traiter une densité extrêmement importante de production de chaleur en formant des microcanaux d'environ 50 mm x 300 mm en forme de peigne, directement sur la surface arrière du substrat en Si, par o on force de l'eau à s'écouler. Cependant, par ce procédé, comme les microcanaux sont formés en traitant directement le substrat en Si, il y a un certain nombre de problèmes lors de la fabrication, du point de vue pratique. Comme on l'a décrit ci-dessus, par la technique d'évacuation de chaleur de l'art antérieur, comme la résistance à la chaleur des ailettes de refroidissement par rapport au fluide de refroidissement est trop élevée, les ailettes de refroidissement ne peuvent effectuer l'évacuation de la chaleur avec une haute efficacité. Par ailleurs, par le procédé par lequel on forme des microcanaux dans le substrat en silicium, il y a un problème de fabrication pratique. La présente invention a pour objet de réduire remarquablement la résistance à la chaleur vis-à-vis du fluide de refroidissement en disposant des ailettes du type à microcanaux que l'on peut fabriquer facilement dans la pratique. Afin d'atteindre l'ojectif ci-dessus, la présente invention est caractérisée en ce que des ailettes ayant une structure de microcanaux, o un certain nombre de trajets d'écoulement en microcanaux sont formés, sont reliées à une puce à semi-conducteurs. Afin d'augmenter la quantité de chaleur évacuée ou d'améliorer l'efficacité de refroidissement, il est d'abord nécessaire d'assurer une aire superficielle suffisamment importante à la surface de contact avec le fluide de refroidissement pour l'évacuation de la chaleur ou le refroidissement et deuxièmement d'augmenter autant que possible la conductivité de chaleur dans les limites imposées par l'état d'utilisation du fluide de refroidissement. Comme les ailettes de refroidissement selon la présente invention ont une structure à microcanaux, que celle-ci a une grande conductivité de la chaleur, on peut former une grande aire superficielle dans une petite taille, et cela peut être facilement fabriqué. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 est un schéma montrant un mode de réalisation de la construction des ailettes ayant une structure de microcanaux selon la présente invention, et une puce à semiconducteurs qui lui est jointe par une méthode d'assemblage direct; la figure 2 est un schéma montrant un exemple de la distribution de température dans les ailettes ayant une structure de microcanaux et la puce à semi-conducteurs qui lui est jointe par la méthode d'assemblage direct, en utilisant de l'aluminium refroidi à l'eau; la figure 3 est un schéma indiquant un exemple de la distribution de température dans les ailettes ayant une structure en microcanaux et la puce à semi-conducteurs qui lui est jointe par la méthode d'assemblage direct, en utilisant du cuivre refroidi à l'eau; la figure 4 est un schéma indiquant un exemple de la distribution de température dans les ailettes ayant une structure à microcanaux et la puce à semi-conducteurs qui lui est jointe par la méthode d'assemblage direct, avec refroidissement à l'air; la figure 5 est un schéma montrant un mode de réalisation de la construction des ailettes ayant une structure de microcanaux utilisant une couche d'assemblage selon la présente invention et une puce à semi- conducteurs; la figure 6 est un schéma montrant un exemple de la distribution de température dans les ailettes ayant une structure à microcanaux faite d'aluminium refroidi à l'eau en utilisant une couche d'assemblage et la puce à semi-conducteurs; la figure 7 est un schéma indiquant un exemple de la distribution de température dans les ailettes ayant une structure à microcanaux en cuivre refroidie à l'eau en utilisant une couche d'assemblage; la figure 8 est un schéma indiquant un exemple de la distribution de température dans les ailettes ayant une structure à microcanaux faite de cuivre refroidi à l'air et utilisant une couche d'assemblage; la figure 9 est un schéma montrant un mode de réalisation d'un transistor bipolaire ayant une structure de diffusion de la chaleur selon la présente invention les figures 1 OA et l OB sont des schémas indiquant un exemple de la distribution de température transitoir dans le transistor bipolaire ayant la structure diffusant la chaleur; la figure 11 est un schéma indiquant un exemple de la distribution de température dans le cas d'ailettes ayant une structure à microcanaux liées au côté arrière l O d'une puce à semi-conducteurs ayant la structure de diffusion de la chaleur à sa surface avant; la figure 12 est un schéma montrant un exemple de la distribution de température dans le cas o des ailettes ayant une structure à microcanaux sont assemblées au côté avant d'une puce à semi-conducteurs ayant la structure de diffusion de la chaleur à la surface avant la figure 13 est un schéma montrant un mode de réalisation des ailettes ayant une structure à microcanaux selon la présente invention montées en un module; la figure 14 est un schéma montrant un autre mode de réalisation des ailettes ayant une structure à microcanaux selon la présente invention, montées en un module; la figure 15 est un schéma expliquant un circuit de courant de l'art antérieur dans un circuit intégré; et les figures 16 A et 16 B sont des circuits équivalents aux circuits de courant indiqués à la figure 15. Plusieurs modes de réalisation préférés de la présente invention seront décrits ci- après en se référant aux dessins. La figure 1 montre un mode de réalisation d'ailettes ayant une structure à microcanaux selon la présente invention Sur la figure, le chiffre de référence 1 est une puce à semi-conducteurs; 2 indique des ailettes 7. ayant une structure à microcanaux; et 3 représente les trajets d'écoulement des microcanaux Bien que la taille et le nombre des étages des trajets d'écoulement dans les ailettes ayant la structure à microcanaux 2 soient déterminés selon l'objectif, on peut obtenir un bon résultat avec une petite taille dans un domaine utilisable dans la pratique avec un grand nombre d'étages La figure 1 montre une structure dans laquelle les microcanaux servant de trajets d'écoulement pour le fluide de refroidissement sont agencés en quatre étages en direction verticale La section transversale de chacun des trajets d'écoulement 3 pour le fluide de refroidissement est d'environ 50 m x 250 uim et sa longueur est d'environ 1 cm. Les trajets d'écoulement sont séparés par une paroi 3 ' ayant environ 50 m d'épaisseur Les ailettes ayant une structure à microcanaux 2 peuvent être faites en tout matériau, s'il a une haute conductivité thermique. Cependant, A 2, des alliages de A 1, Cu, des alliages de Cu et autres parmi les métaux et A YN BN et autres parmi les matériaux isolants se sont révélés appropriés De l'eau, de l'air comprimé et du fréon sont adaptés pour le fluide de refroidissement et de l'azote liquide, de l'hélium liquide etc sont adaptés pour l'attaque cryogénique Cependant, on trouve que l'eau et l'air comprimé, que l'on peut utiliser d'une manière simple, sont les mieux adaptés Bien qu'un meilleur effet puisse être obtenu avec une diminution de la température du fluide de refroidissement, du point de vue de la simplicité, on préfère, dans la pratique, une température comprise entre environ 50 C et environ 250 C. Dans le présent mode de réalisation, la puce à semi-conducteurs 1 et les ailettes ayant la structure de microcanaux 2 sont assemblées l'une à l'autre par la technique d'assemblage direct. Le TABLEAU 1 montre la conductivité thermique de l'écoulement dans un tube ayant une section transversale d'environ 50 m x 250 mm comme on l'a décrit ci-dessus et la perte de pression lorsque le fluide de refroidissement s'écoule à travers le tube d'environ lcm de long, dans le cas o l'écoulement dans le tube dans les microcanaux est de l'eau à 10 C, de l'eau à 17 C, de l'air à 5 C et de l'air à 17 C. TABLEAU 1 Conductivité thermique de l'écoulement dans le tube et perte de pression (a) dans le cas o le fluide de refroidissement est de l'eau Température Vitesse d'écoule Thermique |Perte de j ( C) ment (m/s) I Conductivité pression I l I | (W/cm 2 C) I(bars) I j 10 1 6 2,40 I 3,62 1 1 15 1 3,69 1 9,42 17 1 6 1 2,40 1 3,04 17 1 15 1 3,74 1 8,14 l l l l l (b) dans le cas o le fluide de refroidissement est de l'air Température Pression| Vitesse | Conductivitée Perte del | ( C) | (bars) I d'écoule-I thermique | pression l l I| ment I (W/cm 2 C) (bars) I I |I(m/s) I I I I I I I I Il | 098 I 5 1,20 x 10-19 0-39 | 5 | 0,98 | 24 j 1,60 x 10-5 0,196 I 5 I 5 24 I 1,70 x 102 0,196 I 17 j 0,98 | 5 j 4,50 x 10 j 0,039 | 6,9 17 0,98 I 24 8,5 x O l o 0,196 | 17 j 5 24 I 1,5 x 10 0, 196 I I I I I l Comme on peut clairement le voir sur le TABLEAU 1, la conductivité thermique indiquant la capacité de refroidissement est très faible pour l'air à proximité de la pression normale (pression de 0,98 bar) En conséquence, dans le présent mode de réalisation, du liquide ou de l'eau, pour lesquels la perte de pression dans le tube est plus faible qu'environ 9,8 bars ou du gaz comprimé ou de l'air comprimé pour lesquels la perte de pression dans le tube est plus faible qu'environ 0,49 bar sont utilisés Un meilleur résultat peut être obtenu en augmentant la vitesse d'écoulement du fluide de refroidissement Cependant, dans la pratique, la vitesse d'écoulement la plus élevée possible que l'on puisse obtenir avec une perte de pression dans le tube inférieure à la valeur décrite ci-dessus se trouve être appropriée. La figure 2 indique un cas, en tant que mode de réalisation de la présente invention, o le fluide de refroidissement est de l'eau à environ 17 C; sa vitesse d'écoulement est d'environ 6 m/s; la chaleur produite à la surface de la puce à semi-conducteurs est d'environ 2 k W/cm 2; et les ailettes ayant une structure de microcanaux sont faites en A A Bien qu'une partie de la puce et des ailettes soit indiquée, cette figure peut être considérée comme une distribution représentative de température de l'ensemble. Comme on l'a décrit ci-dessus, malgré une production de chaleur atteignant environ 2 k W/cm 2 à la surface de la puce, la température de cette puce est maintenue à environ 960 C Comme une puce à semi- conducteurs telle qu'une puce par intégration à grande échelle (LSI) est usuellement utilisée à une température de jonction inférieure à 1250 C, la valeur d'environ 960 C décrite ci-dessus représente une température utilisable dans la pratique. La figure 3 montre le cas o A t est changé pour Cu pour le matériau des ailettes ayant une structure de microcanaux en tant qu'autre variante du mode de réalisation indiqué à la figure 1 Les autres conditions sont identiques à celles utilisées pour l'exemple de la figure 2 Bien que la vitesse d'écoulement de l'eau à C, servant de fluide de refroidissement, soit d'environ 6 m/s, même pour une production de chaleur d'environ 2,5 k W/cm 2 à la surface de la puce, la température de la puce est maintenue à environ 960 C étant donné le fait que le matériau est Cu. Dans les modes de réalisation indiqués aux figures 2 et 3, la puce est un élément semi-conducteur simple ou bien un circuit intégré de transistors métal-oxyde semi- conducteur, de transistors du type bipolaire, de lasers à semiconducteurs, de diodes photo-émettrices etc et l'effet est obtenu pour la totalité d'entre eux. La figure 4 montre un mode de réalisation du cas ou de l'air comprimé est utilisé pour le fluide de refroidissement De l'air comprimé à environ 17 'C 1 1 (pression: environ 4,9 bars) s'écoule à travers les trajets 3 des microcanaux à une vitesse d'écoulement d'environ 24 m/s et lesdites ailettes avec la structure à microcanaux sont faites en A t Quand la production de chaleur à la surface de la puce est d'environ 30 W/cm 2, la température à la surface de cette puce est maintenue à environ 960 C Bien que l'efficacité d'évacuation de la chaleur soit assez faible par rapport à celle obtenue par refroidissement à l'eau, elle est remarquablement plus importante que celle obtenue par refroidissement usuel à l'air forcé Lorsque l'on change A t pour Cu pour les ailettes ayant une structure à microcanaux, l'on ne trouve pas une grande différence dans le cas du refroidissement à l'eau Cela est du au fait que le taux de conduction de chaleur du fluide de refroidissement à l'air est faible, c'est-à-dire que la résistance à la chaleur est grande et la résistance à la chaleur vis-àvis de l'air est considérablement plus importante que celle due à la conduction de chaleur à travers le solide des ailettes, donc la différence dans le solide des ailettes n'a pas d'influence En conséquence, le matériau des ailettes n'est pas limité à AZ ou Cu mais tout matériau peut être utilisé s'il est solide. La puce à semi-conducteurs est un élément simple ou bien un LSI d'éléments semi-conducteurs produisant de la chaleur comme on l'a précédemment décrit, et le même effet peut être obtenu pour chacun d'entre eux. TABLEAU 2 Résistance à la chaleur et conductivité thermique équivalente des ailettes ayant des microcanaux (pour 1 cm 2 de surface) (a) refroidissement à l'eau Température Vitesse Matériau| Résistance ConductivitéI de l'eau Id'écoule-|des à la Ithermique I | ( C) Iment lailet | chaleur |équivalente I | |I(m/s) Ites | ( C/W) |(W/cm 2 C) I 17 6 A | 0,039 25,6 I I I| O Cu 0,031 32,0 I I| 15 A I 0,031 32,2 I I I| O Cu 0,024 41,0 6 A | 0,039 25,3 I l I| O Cu 0,032 31,5 I j 15 AL 0,032 31,5 I O Cu 0,025 40,5 I I I I I l (b) refroidissement à l'air I Température Vitesse I Matériau Résistance Conductivité j de l'air d'écou Ides là la Thermique I ( C) lement Iailettes Ichaleur |équivalente I | (m/s) | |( C/W) l(W/cm 2 o C) | 17 | 24 AQ Cu | 2,63 0,38 1 5 I 24 j A Cu | 2,37 0,42 I I I I I I Le TABLEAU 2 (a) donne des valeurs numériques de résistance à la chaleur ( C/W) et de conductivité thermique équivalente (W/cm 2 C) pour 1 cm 2 de surface, en regardant à partir de la surface de la puce reliée à la surface des ailettes, quand la température de l'eau, la vitesse d'écoulement et le matériau des ailettes changent, dans le cas d'un refroidissement à l'eau dans les différentes modes de réalisation ci-dessus. Sur ce TABLEAU, on obtient par exemple une résistance à la chaleur d'environ 0,0250 C/W lorsque le fluide de refroidissement est vu de la surface de la puce, dans le cas o des ailettes ayant une structure à microcanaux (type 4 étages) en Cu sont utilisées et o on force de l'eau à une température de 100 C à s'écouler à une vitesse d'écoulement d'environ 15 m/s. Cela signifie que, quand la production de chaleur l O à la surface de la puce est de 100 W/cm 2, l'augmentation de température est maintenue entre 2,50 C et 100 C Si l'augmentation de température de la puce à partir de 100 C doit être maintenue à environ 85 OC, une production de chaleur d'environ 3400 W/cm 2 à la surface de la puce est permissible Par ailleurs, sur ce TABLEAU, par exemple, on obtient une résistance à la chaleur d'environ 0,0390 C/W quand le fluide de refroidissement est vu de la surface de la puce, dans le cas o l'on utilise des ailettes ayant une structure à microcanaux (type 4 étages) en AA et o de l'eau à une température de 170 C est forcée à s'écouler à une vitesse d'écoulement d'environ 6 m/s Par exemple, quand la production de chaleur à la surface de la puce est d'environ 100 W/cm 2, l'augmentation de température est maintenue à environ 40 C Si l'augmentation de température de la puce doit être maintenue à environ 850 C, une production de chaleur d'environ 2180 W/cm 2 à la surface de la puce est possible. Le TABLEAU 2 (b) donne des valeurs numériques obtenues pour la résistance à la chaleur (OC/W) et la 2 O)prc 2 d conductivité thermique équivalente (W/cm O C) par cm de surface, quand le fluide de refroidissement est vu de la surface de la puce qui est reliée à la surface des ailettes et o la température de l'air, la vitesse d'écoulement et le matériau des ailettes changent dans le cas d'un refroidissement à l'air dans les différents modes de réalisation ci-dessus décrits. Sur ce TABLEAU, par exemple, on obtient une résistance à la chaleur d'environ 2,630 C/W quand le fluide de refroidissement est vu de la surface de la puce dans le cas o l'on utilise des ailettes ayant une structure à microcanaux (type 4 étages) en A-t et o on force de l'air comprimé (environ 4,9 bars), à une température de C, à s'écouler à une vitesse d'écoulement d'environ 24 m/s Par exemple, quand la production de chaleur dans la puce est d'environ 1 W/cm 2, l'augmentation de température à partir de 170 C est maintenue à 2,70 C Par ailleurs, si l'augmentation de température de la puce à partir de 170 C doit être maintenue à environ 850 C, une production de chaleur d'environ 32 W/cm 2 à la surface de la puce est permissible Dans le cas d'un refroidissement à l'air, les résultats obtenus par l'utilisation de Cu pour le matériau des ailettes sont presque identiques à ceux obtenus avec l'utilisation de A 9 Par ailleurs, le même effet peut être obtenu pour tout élément simple et LSI en tant qu'élément semi-conducteur producteur de chaleur, comme on l'a précédemment décrit. La figure 5 montre un mode de réalisation, dans lequel une couche une liaison ou d'assemblage 4 est utilisée entre la puce 1 est les ailettes ayant la structure de microcanaux 2 La contrainte due à la différence de dilatation thermique entre la puce à semi-conducteurs et les ailettes ayant une structure de microcanaux peut être mieux soulagée De la soudure basse température, In, Mo, un alliage de Cu-W etc sont utiles comme matériau pour la couche d'assemblage Par ailleurs, il est également utile d'utiliser un film mince thermiquement très conducteur et électriquement isolant tel que At N, BN, Si C, etc, en même temps La construction des ailettes ayant la structure 2 est identique à celle utilisée dans le mode de réalisation indiqué à la figure 1. La figure 6 montre le résultat obtenu en utilisant la construction utilisée dans le mode de réalisation indiqué à la figure 5 o l'on emploie In (environ 50 m d'épaisseur) pour la couche de liaison Elle montre le cas o la vitesse d'écoulement de l'eau servant de fluide de refroidissement, à une température de 170 C, est d'environ 6 m/s; la production de chaleur à la surface de la puce 1 est d'environ 2 k W/cm 2; et les ailettes ayant une structure de microcanaux sont faites en A t Bien que sur la figure 6 la distribution de température d'une partie de la surface de la puce et des ailettes d'environ 1 cm 2 soit indiquée, on peut considérer que c'est une distribution de température représentative de l'ensemble. Comme on l'a décrit ci-dessus, malgré une production de chaleur atteignant environ 2 k W/cm 2 à la surface de la puce, la température à cette surface est maintenue aux environ de 1090 C Bien qu'un gradient important de température soit trouvé dans la couche de In servant de couche d'assemblage 4, sa grandeur ne pose aucun problème dans la pratique. La figure 7 montre un mode de réalisation (distribution de température dans les ailettes de refroidissement) dans un cas qui ne diffère de l'exemple montré à la figure 6 que par le fait que Al est changé pour Cu pour le matériau des ailettes ayant une structure à microcanaux et que la température de l'eau servant de fluide de refroidissement est d'environ 100 C, les autres conditions étant identiques à celles utilisées pour l'exemple montré à la figure 6 Dans ce cas, bien que la production de chaleur à la surface de la puce 1 atteigne environ 2,5 k W/cm 2, la température à la surface de la puce à semi-conducteurs est maintenue aux environs de 1061 C. Comme pour l'exemple précédent, bien que l'on trouve un gradient important de température dans la couche de In qui sert de couche d'assemblage 4, sa grandeur ne pose pas de problème dans la pratique. La figure 8 montre un autre mode de réalisation utilisant de l'air comprimé pour le fluide de refroidissement, les autres conditions étant identiques à celles utilisées pour l'exemple montré à la figure 6 De l'air comprimé à une température d'environ 17 %C (pression environ 4,9 bars) s'écoule à travers le tube de microcanaux avec une vitesse d'écoulement d'environ 24 m/s et les ailettes ayant une structure de microcanaux sont faites en A 2 Quand la production de chaleur dans la puce 1 est d'environ 30 W/cm 2, la température à la surface de la puce est maintenue aux environs de 960 C Il n'y a pas de diminution de la capacité de refroidissement du fait de l'insertion de la couche d'assemblage en In Cela est dû au fait que la résistance à la chaleur par rapport à la conduction de chaleur dans la couche d'assemblage de In est faible par rapport à la résistance à la chaleur vis-à-vis de la conduction de chaleur vers le fluide de refroidissement qui s'écoule à travers le tube En conséquence, dans le cas d'un refroidissement à l'air, tout matériau d'assemblage ou de liaison peut être utilisé, si sa résistance à la chaleur est plus faible que celle due à la conductivité thermique vis-à-vis du fluide de refroidissement et on peut utilement employer, dans ce but des matériaux adhésifs tels qu'une résine époxy, une résine de polyimide, de la graisse de silicone, etc Par ailleurs, on peut utiliser non seulement At et Cu pour le matériau des ailettes mais également tout matériau s'il est solide. TABLEAU 3 Résistance à la chaleur et conductivité thermique équivalente d'ailettes ayant des ï.lic-rocanaux (pour 1 cm 2 de surface) (a) refroidissement à l'eau ( 6 m/s) Température Matériau |Couche |Résistance| Conductivité ide l'eau Ides |d'as à la | thermique | ( C) |ailet Isem Ichaleur I équivalente I| Ites Iblage 1 (OC/W) (W/cm 2 o C) A_ Ipré I 0,045 | 22,1 I I I|sente I |I I| Cu Ipré | 0,037 | 26,6 Isente I I I IA Ipré j 0,046 I 21,7 I I I|sente I I| I| Cu Ipré | 0,038 | 26,3 I| I| |Isente I (b) refroidissement à l'air ( 24 m/s) Température Matériau |Couche Résistance Conductivité de l'air | des ld'as là la thermique | ( C) j ailet Isem Ichaleur équivalente 2 oc I | tes Iblage |( C/W) I(W/cm C) | 17 AQ Cu Ipré | 2,63 0,38 Isente I I I I I I I Le TABLEAU 3 (a) donne les valeurs numériques de la résistance à la chaleur ( C/W) et de la conductivité thermique équivalente (W/cm 2 C) pour 1 cm 2 de surface en regardant à partir de la surface de la puce à semi-conducteurs obtenue dans les différents modes réalisation lorsque l'on utilise In (environ 50 um) d'épaisseur pour la couche d'assemblage 4et o l'on change la température de l'eau et les matériaux des ailettes, pour une vitesse d'écoulement d'environ 6 m/s dans le cas d'un refroidissement à l'eau Sur ce TABLEAU, par exemple dans le cas o l'on utilise une couche d'assemblage en In (environ 50 am d'épaisseur) et des ailettes ayant une structure à microcanaux (type 4 étages) en Cu comme on l'a décrit ci-dessus et o l'on force de l'eau à une température d'environ 100 C à s'écouler à une vitesse d'environ 6 m/s, on obtient une résistance à la l O chaleur d'environ 0,0381 C/W quand le fluide de refroidissement est vu de la surface de la puce à semi-conducteurs A ce moment, par exemple quand la production de chaleur dans la puce est d'environ 100 W/cm 2 l'augmentation de température à la surface de cette puce, à partir de 10 OC, est maintenue aux environs de 3,80 C Si l'augmentation de température de la puce à partir de 101 C doit être maintenue à environ 850 C, une production de chaleur d'environ 220 W/cm 2 à la surface de la puce est possible. Le tableau 3 (b) donne des valeurs numériques de la résistance à la chaleur (OC/W) et de la conductivité 2 O) prc 2 desra, thermique équivalente (W/cm * O ) par cm de surface, lorsque le fluide de refroidissement est vu de la surface de la puce obtenue dans les différents modes de réalisation et o le matériau des ailettes change, dans le cas d'un refroidissement à l'air (vitesse d'écoulement d'environ 24 m/s et air comprimé à environ 4,9 bars). Pour A et Cu, dont sont faites les ailettes, on obtient une résistance à la chaleur presqu'identique qui est d'environ 2,630 C/W Par exemple, quand la production de chaleur à la surface de la puce est de l'ordre de 1 W/cm 2, l'augmentation de température à partir de 170 C est maintenue aux environs de 2,70 C Par ailleurs, si l'augmentation de température de la puce à partir de 170 C doit être maintenue aux environs de 850 C, une production de chaleur d'environ 32 W/cm 2 dans la puce est possible. La puce indiquée aux figures 5 à 8 et au TABLEAU 3 peut être de tout type et l'effet peut être obtenu de tout élément simple et de LSI en tant qu'élément semi-conducteur producteur de chaleur comme on l'a précédemment décrit. Dans un mode de réalisation indiqué à la figure 9, une structure diffusant de la chaleur est ajoutée au préalable à la puce jointe aux ailettes ayant une i O structure de microcanaux, de manière que la réponse thermique transitoire soit encore améliorée dans une partie d'un circuit intégré selon la présente invention. Afin d'utiliser autant que possible la capacité des ailettes ayant une structure de microcanaux, il est efficace de disposer un circuit de courant de chauffage diffusant rapidement la chaleur produite localement dans la puce. Bien que, sur la figure 9, un transistor bipolaire soit illustré comme exemple de la puce, celle-ci peut être un simple élément semi-conducteur ou bien un LSI en utilisant diverses sortes de substrats semiconduteurs fait en Si, Ga As, In P, etc, comme un transistor du type MOS, un transistor du type bipolaire, un laser à semi-conducteurs, une diode photo-émettrice etc, produisant de la chaleur de manière transistoire et le même effet peut être obtenu pour chacun. En prenant, comme exemple, un transistor du type bipolaire intégré, de la chaleur est localement produite, en particulier à proximité de la région entre la base 9 et le collecteur 10, dans chacun des éléments du transistor intégré. Sur la figure 9, le chiffre de référence 5 est un substrat semi-conducteur (Si dans cet exemple); 6 est une couche thermiquement très conductrice et électriquement isolante; 7 est un câblage (A X); 8 est un émetteur; 9 est une base; 10 est un collecteur; et 11 est une couche d'appauvrissement entre la base et le collecteur. Bien que l'on puisse utiliser toute couche thermiquement très conductrice et électriquement isolante 6, si elle a une conductivité thermique aussi élevée que celle des métaux et si c'est électriquement un isolant, on trouve que A Q N et BN sont appropriés Par ailleurs, bien que sur la figure 9 un exemple soit montré dans lequel cette couche thermiquement très conductrice et électriquement isolante 6 est utilisée uniformément dans toute les couches intermédiaires isolantes et les films de passivation, on l'a jusqu'à maintenant utilisée dans une partie seulement L'effet peut également être obtenu en l'utilisant avec film de Si O 2, un film de Si 3 N 4, un film de A Q 203 etc Les figures 10 A et 1 OB montrent une distribution de température, à partir de l'intérieur jusqu'à la surface, et une vue en plan du dispositif correspondant à la région pour laquelle la distribution de température est indiquée, respectivement, au bout d'environ 5 ps à partir du moment o le courant commence à s'écouler, lorsqu'un élément bipolaire consomme un courant électrique d'environ 4 m W dans le mode de réalisation indiqué à la figure 9, ayant la structure diffusant la chaleur. Comme on l'a indiqué ci-dessus, on peut comprendre que la chaleur localement produite à proximité de la couche d'appauvrissement entre la base et le collecteur s'étend largement à la surface en un temps n'atteignant qu'environ 5 as dans la construction ayant une couche thermiquement très conductrice et électriquement isolante 6 servant de structure de diffusion de la chaleur La chaleur ne s'étend pas aussi rapidement, aussi largement ou aussi uniformément en n'utilisant que des films isolants entre couches est des films de passivation tels que les films usuels en Si O 2, Si 3 N 4, etc, ayant de faibles conductivités thermiques. La figure 11 montre les variations de température dans le cas o des ailettes ayant une structure à microcanaux sont jointes au côté arrière d'une puce à semi-conducteurs ayant la structure diffusant la chaleur indiquée à la figure 9. Dans la puce, par exemple, un certain nombre de transistors bipolaires, comme cela est indiqué sur la figure 9, sont intégrés et la température est mesurée, par exemple lorsque de la chaleur à raison d'environ 1500 W/cm 2 est produite à l'intérieur dans son ensemble. Les ailettes ayant une structure de microcanaux sont jointes au côté arrière de la puce par la méthode d'assemblage direct dans les conditions indiquées à la figure 2 On obtient une température stationnaire après une période de temps d'environ 0,1 S à partir du début de l'attaque et la température est inférieure à environ 1200 C c'est-à-dire que la température est maintenue approximativement à la limite dans la pratique. Par ailleurs, bien que cela ne soit pas indiqué sur la figure, quand les ailettes ayant la structure de microcanaux utilisant une couche d'assemblage dans des conditions indiquées à la figure 6 sont connectées à la puce à semi-conducteurs indiquée à la figure 9 décrite ci-dessus, si la production de chaleur dans la puce est de l'ordre de 1200 W/cm 2, on obtient une température stationnaire de manière identique après une période de temps d'environ 0,1 S à partir du début de l'attaque et la température est d'environ 1200 C, c'est-à-dire que la température est maintenue à peu près à la limite dans la pratique. La figure 12 indique les variations de la température dans le cas o des ailettes ayant une structure de microcanaux sont assemblées au c 8 té avant d'une puce à semi-conducteurs ayant la structure de diffusion de la chaleur indiquée à la figure 9. Dans la puce, par exemple, un certain nombre de transistors bipolaires tels qu'indiqués à la figure 9 sont intégrés et la température est mesurée, par exemple lorsque de la chaleur à raison d'environ 1500 W/cm 2 est produite à l'intérieur dans l'ensemble Les ailettes ayant une structure de microcanaux sont jointes au côté avant de la puce par la méthode d'assemblage direct dans les conditions indiquées à la figure 2 Une température stationnaire est obtenue au bout d'environ 0,1 S à partir du début de l'attaque et la température est inférieure à environ 650 C. Par ailleurs, bien que cela ne soit pas indiqué sur la figure, lorsque les ailettes ayant une structure de microcanaux et utilisant la couche d'assemblage indiquée à la figure 6 sont connectées à la surface avant de la puce à semi-conducteurs ayant la structure diffusant la chaleur indiquée à la figure 9, si la production de chaleur dans la puce est d'environ 1500 W/cm 2, on obtient de même une- température stationnaire au bout d'une période de temps plus courte qu'environ 0,01 S à partir du début de l'attaque et la température est inférieure à environ 85 %C. Par ailleurs, étant donné le fait que les ailettes ayant une structure de microcanaux sont assemblées au côté de la surface avant, comme on peut clairement le voir sur la figure 12, une distribution de température uniforme est maintenue de la surface avant de la puce jusqu'à l'intérieur et de plus jusqu'à la surface arrière et il est possible de réduire remarquablement les influences des contraintes thermiques. La figure 13 montre un mode de réalisation d'un module d'entrée/sortie (E/O) entier, o les ailettes ayant la structure de microcanaux 2 sont montées du côté arrière de la puce 1 Il existe un certain nombre de régions de travail produisant de la chaleur à l'intérieur du côté avant de la puce 1 et une couche thermiquement très conductrice et électriquement isolante 6 pour étendre rapidement la chaleur produite localement et de manière transitoire y est disposée, son effet étant indiqué sur la figure 9 Les ailettes ayant la structure de microcanaux sont assemblées au côté arrière de la puce par une couche adhésive 4 comme cela est décrit dans les modes de réalisation indiqués aux figures 5 à 8 et au TABLEAU 3. Par ailleurs, bien que cela ne soit pas indiqué sur la figure, la surface latérale arrière de la puce 1 et les ailettes ayant une structure de microcanaux 2 peuvent être joints par la méthode d'assemblage direct comme cela est indiqué aux figures 1 à 4, au TABLEAU 2 et à la figure 9. Bien que la taille et le nombre des étages des trajets d'écoulement dans les ailettes ayant une structure de microcanaux 2 puissent être déterminés selon l'objectif, un effet très remarquable peut être obtenu en diminuant la taille et en augmentant le nombre des étages dans un région utilisable dans la pratique. Dans un exemple typique, tel qu'indiqué aux figures 1 et 5, par exemple, la section transversale du trajet d'écoulement de chacun des canaux d'environ 1 cm de long est de 50 m x 250 mm et les différents canaux sont séparés par une paroi ayant environ 50 m d'épaisseur, les canaux étant agencés horizontalement sur environ 1 cm en 4 étages. La taille d'environ 1 cm décrite ci-dessus est une taille qui correspond approximativement à la surface d'une puce à semi-conducteurs et elle peut être changée selon la taille de la puce Une plus haute efficacité d'évacuation de la chaleur est obtenue avec la diminution de l'épaisseur de la puce 1 Usuellement, cette épaisseur est de 350 mm à 450 um mais il est souhaitable qu'elle soit inférieure à environ 50 um. Comme on l'a décrit ci-dessus, en utilisant une structure à plusieurs étages de fins trajets d'écoulement en microcanaux, il est possible de réaliser une petite construction ayant une efficacité extrêmement élevée d'évacuation de la chaleur et pouvant être montée sur une puce De plus, on peut la former en même temps qu'un module embrochable d'entrée/sortie, en un corps. Pour le module embrochable d'entrée/sortie décrit ci-dessus, le matériau pour le substrat du module peut être soit l'un de A 203 ' A t N, BN, Si C, etc Cependant, A t= N et BN qui ont les plus hautes conductivités thermiques sont les mieux appropriés Des broches 15 sont connectées aux bornes d'entrée/sortie de la puce par une série de bosses de soudure 12 à travers une couche de câblage 13. Par ailleurs, bien que, dans le présent mode de réalisation l'on ait décrit un cas o il n'y a qu'une puce à semi-conducteurs 1, un certain nombre de puces peuvent être assemblées en un corps selon l'objectif. La figure 14 montre un mode de réalisation représentant un module complet d'entrée/sortie o des ailettes ayant une structure de microcanaux 2 et 2 ' sont montées des deux côtés de la puce 1 Il existe un certain nombre de régions de travail produisant de la chaleur à l'intérieur du côté avant de la puce 1 et une couche 6 thermiquement très conductrice et électriquement isolante est disposée pour étendre rapidement la chaleur produite localement et de manière transitoire, son effet étant indiqué à la figure 9 Les ailettes ayant la structure de microcanaux sont assemblées au côté avant de cette couche isolante 6 par une couche d'assemblage 4, comme on l'a décrit dans les modes de réalisation indiqués aux figures à 8 et au TABLEAU 3. Bien que cela ne soit pas indiqué sur les figures, la puce 1 peut être jointe par la méthode d'assemblage direct, comme cela est indiqué aux figures 1 à 4, au TABLEAU 2 et à la figure 12 Par ailleurs, les ailettes ayant une structure de microcanaux 2 ' sont jointes par une couche d'assemblage 4 ' au côté arrière de la puce 1 comme cela est indiqué aux figures 5 à 8 et au TABLEAU 3 Bien que cela ne soit pas indiqué sur les figures, des ailettes ayant une structure de microcanaux 2 ' peuvent être jointes au côté arrière de la puce 1 par la méthode d'assemblage direct, comme cela est indiqué aux figures 1 à 4, au TABLEAU 2 et à la figure 11. La construction des ailettes ayant une structure de microcanaux 2 et 2 ' est presqu'identique à celle décrite en se référant aux figures 1, 5 et 13. Le matériau pour le susbtrat 14 du module embrochable d'entrée/sortie est le même qu'on l'a décrit en se référant à la figure 13. Les broches 15 d'entrée/sortie sont connectées par les couches de câblage en plusieurs épaisseurs 13 et 13 ' et sont reliées à des plots 17 sur la puce 1 Après assemblage du module, tout le dispositif est enfin scellé au moyen d'un capuchon 16. En ce qui concerne l'épaisseur de la puce 1, on obtient une plus forte efficacité d'évacuation de la chaleur avec la diminution de l'épaisseur Usuellement, celle-ci est de 3509 m à 4509 m mais il est souhaitable qu'elle soit plus faible qu'environ 50 um Comme on l'a décrit ci-dessus, il est possible de joindre des ailettes ayant une structure fine de microcanaux aux deux côtés de la puce et de plus on peut les former en même temps qu'un module embrochable d'entrée/sortie, en un corps. En construisant le corps d'évacuation de la chaleur au moyen d'ailettes ayant une structure de microcanaux assemblée aux deux côtés, on peut obtenir une efficacité d'évacuation de la chaleur qui est à peu près deux fois celle obtenue par une construction utilisant des ailettes ayant une structure de microcanaux qui n'est assemblée que du côté avant ou du côté arrière Par ailleurs, cette structure a d'excellentes caractéristiques d'évacuation de la chaleur dans la réponse thermique transitoire. Par ailleurs, bien que dans l'exemple indiqué à la figure 14, soit indiqué un cas o il n'y a qu'une puce 1, un certain nombre de puces peuvent être assemblées en un corps selon l'objectif. Comme on peut clairement le voir de l'explication ci-dessus, selon la présente invention, il est possible d'obtenir une efficacité d'évacuation de la chaleur qui est à peu près 10 à 100 fois aussi élevée que celle obtenue en utilisant les ailettes usuelles et de réaliser le corps évacuant la chaleur formé en même temps qu'un module embrochable d'entrée/sortie en un corps en disposant des ailettes ayant une structure de microcanaux en plusieurs étages sur un élément semi-conducteur Par ailleurs, un effet plus remarquable peut être obtenu par leur utilisation avec une structure diffusant la chaleur rendant uniforme la production locale de chaleur dans l'élément semi-conducteur En conséquence, il est possible de réaliser un circuit électronique capable de traiter l'augmentation de la densité d'intégration, de la consommation de courant électrique et de la vitesse d'attaque et ainsi d'améliorer de manière significative la performance du dispositif à semi-conducteurs. R E V E N D I C A T I O N S 1 Elément semi-conducteur caractérisé en ce qu'il comprend: une puce à semi-conducteurs ( 1); et au moins un corps à ailettes ( 2) ayant une structure de microcanaux assemblée à une surface prédéterminée de ladite puce, o un certain nombre de trajets d'écoulement ( 3) en microcanaux sont formés. 2 Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps à ailettes ( 2) est directement assemblé à ladite puce ( 1). 3 Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps à ailettes ( 2) est assemblé à ladite puce ( 1) par une couche adhésive ( 4). 4 Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide servant de fluide de refroidissement est fourni auxdits trajets d'écoulement ( 3) en microcanaux formés dans ladite puce ( 1). Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz servant de fluide de refroidissement est fourni auxdits trajets d'écoulement ( 3) en microcanaux formés dans ledit corps à ailettes ( 2). 6 Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps à ailettes ( 2) est fait en un matériau qui est différent de celui dont est faite la puce ( 1). 7 Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section transversale de chacun des trajets d'écoulement ( 3) en microcanaux formés dans ledit corps à ailettes est plus petite que lmm 2. 8 Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps à ailettes est combiné à un module embrochable d'entrée/sortie. 9 Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une couche de diffusion de la chaleur ( 6) est formée dans la puce. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps à ailettes est assemblé à la surface en un emplacement proche des régions de travail de la puce ( 1). 11 Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de diffusion de la chaleur est une couche thermiquement très conductrice et électriquement isolante ( 6). 12 Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que des corps à ailettes sont assemblés aux deux surfaces de la puce ( 1).