(57)【要約】      （修正有） 【課題】半導体チップのような超小形電子構成部材をヒートシンクへ熱を導く熱コネクタを提供する。【解決手段】ヒートシンクへ熱を導く熱コネクタは、多数の柔軟な熱導体９４、９６を有する。コネクタは、導体を平坦なストリップとして形成する工程と、導体を一対の対向する平坦なシートに結合する工程と、シートを互いに離れるように垂直方向に動かすことにより導体を最終的な３次元形状に拡張させる工程とを備えた方法により製造することができる。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）垂直方向に互いに離隔して配置された装置側素子（９２）およびシンク側素子（９０）と、
（ｂ）１つ以上の細長い導体（４６、６８、４８、７０）をそれぞれ有する複数の伝導経路とを備え、前記各経路は前記装置側素子に接続された基端部と前記シンク側素子に接続された先端部とを有し、前記経路の前記導体は互いに対向する長手水平方向に傾斜しており、前記導体は前記長手水平方向に延びるとともに前記長手水平方向と交差する幅水平方向に延びる１つ以上のアレイに配列されており、前記各アレイは前記第１および第２の長手方向に傾斜する実質上同数の導体を含むことを特徴とする超小形電子集成体の熱コネクタ。
【請求項２】
前記各経路は前記各経路の導体が前記第１および前記第２の長手方向に交互に傾斜するように実質上端部どうしが接続された複数の前記導体を含み、前記経路は経路の基端部の導体（６８）が前記第１の長手方向に傾斜する第１のタイプ（９４）の複数の経路と、経路の基端部にある導体が前記第２の方向に傾斜する（７０）第２のタイプの複数の経路とを含み、前記第２のタイプの経路の数は前記第１のタイプの経路の数と実質上等しいことを特徴とする請求項１に記載の熱コネクタ。
【請求項３】
前記装置側素子は複数の装置側パッド（９０）を有し、前記各パッドは少なくとも１つの前記経路に接続されかつ他の前記パッドから独立して移動自在となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱コネクタ。
【請求項４】
前記装置側パッド（９０）は水平な長手および幅方向に延びるグリッドに配列されていることを特徴とする請求項３に記載の熱コネクタ。
【請求項５】
前記装置側パッドを互いに接続する柔軟なシート（６４）を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の熱コネクタ。
【請求項６】
前記各パッド（９０）は偶数の前記導体に接続され、同数の前記導体が対向する長手方向に傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の熱コネクタ。
【請求項７】
前記各導体（４６、６６、４８、７０）は実質上Ｓ字に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱コネクタ。
【請求項８】
（ａ）装置側素子（９２）および装置側素子の上方に離隔して配置されたシンク側素子（９０）と、
（ｂ）前記装置側およびシンク側素子へ向けて略垂直方向を向く対向する主要面を有する細長い熱伝導性ストリップをそれぞれ含む下部アレイの導体とを備え、前記各導体は前記垂直方向に湾曲するとともにストリップが略水平に延びる下部突部を画成しており、前記各導体の下部突部は前記装置側素子に取着されており、前記下部アレイの前記導体は更に前記シンク側素子に熱を伝導するように前記シンク側素子に接続されていることを特徴とする超小形電子集成体の熱コネクタ。
【請求項９】
導体（４６、４８）の上部アレイを更に備え、該上部アレイの前記各導体は前記垂直方向を実質上向く両主要面を有する細長い熱伝導性ストリップを含み、前記上部アレイの各導体は前記垂直方向に湾曲するとともにストリップが実質上水平方向を向く上部突部を画成し、前記各導体の上部突部は前記装置側素子に取着され、前記下部アレイの前記導体（６８、７０）は前記上部アレイの前記導体（４６、４８）を介して前記シンク側素子に熱接続されていることを特徴とする請求項８に記載の熱コネクタ。
【請求項１０】
前記上部アレイの前記各導体は前記下部アレイの少なくとも１つの前記導体に直接取着され、前記取着された導体は前記装置側素子とシンク側素子との間を延びる実質上連続する経路（９４、９６）を画定することを特徴とする請求項１３に記載のコネクタ。
【請求項１１】
双方の前記アレイの前記導体は前記装置側およびシンク側素子から離隔して中間突部（１００、１０４）を画成し、前記ストリップは前記中間突部において実質上水平に延び、前記上部および下部アレイの前記導体は前記中間突部において互いに取着され、ストリップは実質上面対面の態様で互いに重合する取着導体を構成することを特徴とする請求項１０に記載のコネクタ。
【請求項１２】
前記上部アレイの前記各導体（２４８）は２つの前記中間突部（２８５）と中間突部間に１つの前記上部突部（２８３）とを画成し、前記下部アレイの前記各導体は前記中間突部（２８１）と１つの前記下部突部（２８０）とを画成し、前記各上部導体の２つの中間突部は１つの前記下部導体の２つの中間突部に取着されてループ状複合導体を形成することを特徴とする請求項１１に記載のコネクタ。
【請求項１３】
前記各導体（６８、７０、４６、４８）は略Ｓ字状をなしかつ該Ｓ字の両端部に隣接して前記導体の突部を画成し、各Ｓ字状導体は導体の突部間に傾斜部を有し、前記上部アレイの前記各導体は前記下部アレイの１つの前記導体に接続されて複合導体（９４、９６）を形成し、前記各複合導体は第１の水平方向に傾斜する一の導体と第２の反対の水平方向に傾斜する別の導体を含むことを特徴とする請求項１１に記載のコネクタ。
【請求項１４】
前記複合導体（９４）の幾つかは前記第１の水平方向に傾斜する前記下部導体（６８）と前記第２の水平方向に傾斜する前記上部導体（４６）とを有する第１のタイプの複合導体であり、前記複合導体（９６）の残りは前記第２の水平方向に傾斜する前記下部導体（７０）と前記第１の水平方向に傾斜する前記上部導体（４８）とを有する第２のタイプの複合導体であることを特徴とする請求項１３に記載のコネクタ。
【請求項１５】
前記装置側素子は互いに対して独立して可動の複数のパッド（９２）を有し、前記各パッドは第１および第２のタイプの同数の複合導体に接続されていることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれかに記載のコネクタ。
【請求項１６】
前記各導体（５０４）は略Ｓ字状をなし、各Ｓ字状導体はＳ字の一端に隣接して前記下部突部を画成するとともにＳ字の他端に上部突部を更に画成することを特徴とする請求項８乃至１４のいずれかに記載のコネクタ。
【請求項１７】
前記突部は前記シンク側素子（５１０）と前記装置側素子（５１３）とに取着されていることを特徴とする請求項１６に記載のコネクタ。
【請求項１８】
前記各導体は導体に沿って長手方向に延びる複数の重合された伝導素子（７１０）を有することを特徴とする請求項８乃至１４のいずれかに記載のコネクタ。
【請求項１９】
装置側素子（９２）と、シンク側素子（９０）と、前記素子間を延びる複数の伝導経路（９４、９６）とを備え、前記各経路は直列に接続された複数の略Ｓ字状の柔軟な熱導体を含むことを特徴とする超小形電子装置の熱コネクタ。
【請求項２０】
前記装置側およびシンク側素子は垂直方向に互いに離隔配置され、前記各Ｓ字状導体は導体の各端部に突起（９８、１００、１０２、１０４）を有するとともに突起間を水平および垂直方向に傾斜する傾斜部を有し、前記各経路の導体は突起どうしが接合され、前記各経路の異なる導体の傾斜部は異なる水平方向に傾斜していることを特徴とする請求項１９に記載の熱コネクタ。
【請求項２１】
装置側素子と、シンク側素子と、前記素子間を延びる複数の伝導経路とを備え、前記各経路は少なくとも１つの略Ｓ字状の柔軟な熱導体を有し、各導体は互いに並列に接続されかつ導体に沿って長手方向に延びる複数の素子（７１０）を有することを特徴とする超小形電子装置の熱コネクタ。
【請求項２２】
前記各Ｓ字状導体は導体の端部に隣接して互いに接続された複数の重合されたＳ字状ストリップ（７１０）を有することを特徴とする請求項２２に記載の熱コネクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超小形電子素子の伝熱装置、かかる伝熱素子を組み込んだ超小形電子集成体、並びに、かかる装置の製造および使用方法の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップのような超小形電子素子は、使用の際にかなりの量の熱を発生する。面積が数ｃｍ２の複雑な高速チップの場合には、数十ワットの熱を発生することがある。この熱は、チップを安全な動作温度に保持しながら散逸させなければならない。この熱の散逸の問題は、チップその他の構成部材が「マルチチップモジュール」（”multi-chip module”）と一般に云われている集成体に密集して充填されている場合には、極めて重大なものとなる。かかるモジュールは、多くの場合、チップが互いに密接に装着された１つ以上の基板を組み込んでいる。チップの装着および電気接続並びに関連する集成方法の改良により、チップ間の距離を小さくして一層コンパクトな集成体を提供することが可能となった。複雑な集成技術によれば、基板の全領域にチップを装着することができる。熱散逸の問題は、かかるコンパクトなマルチチップモジュールにおいて特に著しい。
【０００３】
冷却に対する要望に答えるために、本技術分野においてかなりの努力が傾注されてきた。これまでに取られてきた方法の概略が、ニューヨーク州、ニューヨークに所在するVan Nostrand Reinholdから１９９３年に発行された、Ｄｏａｎｅ，Ｄ．Ａ．およびＦｒａｎｚｏｎ，Ｐ．Ｄ．編の書籍「Multichip Module Technologies and Alternatives-The Basics」の第１２章、第５６９−６１３頁に掲載の「Thermal Design considerations For Multichip Module Applications」と題する論文（章の著者Ａｚａｒ，Ｋ．）および同じ書籍の第１０９−１１１頁に記載されている。この論文に記載のように、電子部品の実装における伝熱の問題は、関連する素子の「熱抵抗」という形で取り扱われている。伝熱路にある素子の熱抵抗は、かかる素子を介しての温度差と素子を通過する熱流量との比で表わされる。断熱体は高い熱抵抗を有し、一方、伝導または対流により熱を有効に移送する素子は低い熱抵抗を有する。パッケージの全熱抵抗は、チップと周囲環境との間の熱経路における直列の個々の熱抵抗の合計となる。従って、全熱抵抗により、周囲温度を越えるチップの温度上昇とチップにおいて生ずる熱の量との比が得られる。
【０００４】
上記した文献に記載されているように、熱伝導の経路には、「ヒートシンク」と通常呼ばれる素子が含まれることがある。ヒートシンクから周囲の環境までの熱抵抗接続は通常は低いものとなっている。例えば、ヒートシンクの羽根は、強制的に送られる空気または液体の流れの中に入れることができる。しかしながら、チップまたは後超小形電子構成部材とヒートシンクとの間にかなりの熱抵抗がある。即ち、チップまたはチップを含む副集成体とヒートシンクとの間に低い熱抵抗接続体を提供すると同時に、かかる構成体に関する他の要件の全てを満たすことは困難である。熱接続体は、装置の使用の際にチップその他の構成部品とヒートシンクとの間の相対的な動きに対処するものでなければならない。かかる相対的な動きは、一部は、集成体が使用の際に温度変化を受けたときの構成部材と該構成部材を担持する基板の動きにより生ずる。装置に先づ電力が供給されると、チップその他の構成部材と基板の温度は、基板の温度よりも迅速に上昇し、差のある熱膨張、反りおよび歪みを引き起こす。更に、チップと基板の熱膨張率はヒートシンクの熱膨張率とは整合しないので、差のある熱膨張と収縮とを更に引き起こす。取り扱いおよび設置の際に生ずる機械的応力により、更なる相対的な動きが生ずる。
【０００５】
更にまた、構成部材とヒートシンクとの接続は、構成部材、基板およびヒートシンク自体の寸法上の許容差に対処するものでなければならない。例えば、チップ自体の厚みが異なる場合がある。また、チップは、はんだボールその他の取着体によって基板の面の上方に異なる高さで支持される場合がある。チップの面が基準位置から傾斜して配置される場合には、チップ面はヒートシンクの面と整合しなくなる。ヒートシンク自体が完全に平坦でなかったり、チップ表面の基準面と平行になっていない場合がある。ヒートシンクをチップその他の構成部材と接続するのに使用する素子は、これらの許容差および不整合に対処することができるものでなければならない。
【０００６】
Ｄａｓｚｋｏｗｓｋｉの米国特許第４，６５４，７５４号および第４，６８９，７２０号には、ヒートシンクと能動装置との間に配置される金属ばねまたはヒートシンクと該装置との間で装置に特に強い力を加えることなく破砕することができる熱伝導エラストマを使用した熱リンクが開示されている。
【０００７】
Ｋａｊｉｗａｒａ等の米国特許第４，９９６，５８９号には、液体冷却ヒートシンクが低融点はんだによりチップに接続されるモジュールが開示されており、シンク自体にはベロー状の装置が装備されていて、許容差および不整合に対処するようにヒートシンクを変位させることができるように構成されたモジュールが開示されている。
【０００８】
Ｔｕｒｌｉｋ等の米国特許第５，３２５，２６５号には、チップがチップの熱膨張率と整合する熱膨張率を有するセラミック支持基板に接続され、ヒートシンクもまた整合する熱膨張率を有するマルチチップモジュールが開示されている。チップの露出面は、「軟質で熱伝導性の機械的クッション材」、望ましくは、所定の位置で溶融する低融点インジウム材料によりヒートシンクに接続される。
【０００９】
Ｏｋａｄａ等の米国特許第５，１５０，２７４号、Ｃｈａｌｌ．Ｊｒ．の米国特許第４，８５８，０７２号およびＵｅｄａ等の米国特許第５，０２５，３０７号にはいずれも、流体冷却ヒートシンクを使用したチップ集成体が開示されている。Ｗａｔｓｏｎ等の米国特許第５，１６８，９２６号には、チップキャリヤがより大きい回路板にはんだ付けされてからヒートシンクを熱伝導性接着材によりチップキャリヤに取着される構成のチップ集成体が開示されている。
【００１０】
Ｈｏｒｖａｔｈ等の米国特許第５，０５２，４８１号および第５，０１４，１１７号には、複数のチップを、スロットが形成された面を有する共通のヒートシンクに、チップおよびヒートシンクに取着された整合スロット素子および柔軟な金属素子を使用して接続する構成が開示されている。これらの素子は、相互嵌着してチップとヒートシンクとの間に熱経路を提供する。
【００１１】
Ｍｉｔｔａｌの米国特許第４，４８５，４２９号には、熱伝導ストランドのバンチがチップからハウジングに延び、ハウジングを流体に浸漬する構成の冷却構造体が記載されている。ハウジングには、流体への熱の散逸を促進するように別のストランドを取着することができる。ストランドは柔軟であるとされている。Ｆｕｎａｒｉ等の米国特許第４，８４９，８５６号には、チップに損傷を与えることなくヒートシンクをチップに抗して下方に付勢するように柔軟な足を有するヒートシンクが開示されている。
【００１２】
Ｃｈｕ等の米国特許第４，１５６，４５８号には、超小形電子素子とヒートシンクとの間を延びる金属フォイルの束を組み込んだマルチチップモジュールが開示されている。超小形電子素子に隣接するフォイルの端部は、「ミクロスライスされ」即ち個々の薄いリボンに切断され、フォイルが「一層柔軟でかつチップ面の微細な輪郭とチップ面のわずかな傾斜に従うことができるようにしている」。
【００１３】
Ｄｏｂｅａｒ等の米国特許第４，９９３，４８２号には、チップとヒートシンクとの間に配設された熱伝導性のコイルばねを使用する技術が記載されている。Ｂｅｌｌａｒ等の米国特許第５，２７０，９０２号、Ｈｏｒｖａｔｈの米国特許第４，４１５，０２５号およびＨｏｒｖａｔｈ等の米国特許第５，１５９，５３１号にはいずれも、複数のカットを有するドーム状金属板素子が各チップと連係するヒートシンクとの間に配置され、あるいは幾つかのかかる素子が互いに入れ子状に配置されて複数の経路を提供する構成が開示されている。
【００１４】
Ｒｅｙｎｏｌｄｓの米国特許第５，２０６，７９２号には、チップをヒートシンクに接続する別の金属板素子が記載されており、金属板素子は機械的に順応性のある（compliant）多数のフィンガを周辺部に有している。
【００１５】
本技術分野におけるかかる努力にも拘わらず、熱伝導素子およびかかる素子を組み込んだ集成体の更なる改良が所望されている。特に、チップその他の超小形電子素子とヒートシンクとの間の熱抵抗を低くするとともに、熱作用による許容差および動きを吸収する所要のコンプライアンス即ち順応性（compliance）を提供することは困難である。更に、先行技術において採用されている解決策の多くは、コストがかかりかつ欠陥を生じ易い製造工程を採用せざるを得ない状況にある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、かかる要望に対処するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一の観点によれば、複数の伝導経路を備えた超小形電子集成体の熱コネクタが提供されている。各経路は柔軟（flexible）であるが熱伝導性の材料、最も好ましくは金属から形成された１つ以上の細長い導体を組み込んでいる。各経路は、基端部と先端部とを有している。基端部と先端部は、垂直方向に互いに離隔して配置される。個々の導体は独立して曲げることができ、ヒートシンクに対する超小形電子装置の不均一な垂直方向の位置決めに対処することができる。例えば、共通の基板に取着されたチップが異なる厚さを有しあるいは基板に対して傾斜されているときには、かかる構成により生ずるチップ表面の共面からの偏位に容易に対処することができる。導体はまた、水平方向にコンプライアンスを提供する。即ち、導体の撓みにより、ヒートシンクに対するチップその他の超小形電子素子の水平方向の動きに対処することができる。
【００１８】
経路の導体は、第１および第２の水平長手方向に傾斜しているのが最も好ましい。例えば、各導体は略平坦なストリップとすることができる。導体は、水平長手方向に延びるとともに長手方向に交差する水平幅方向にも延びる１つ以上のアレイに配列される。かかる各アレイは、各長手方向に傾斜する略同数の導体を含むのが好ましい。各アレイは、比較的小さな間隔で配置された多数の導体を有することができる。
【００１９】
使用の際には、伝導経路の基端部はチップその他の超小形電子装置に直接または間接的に接続され、一方、導体の先端部はヒートシンクに直接または間接的に接続される。コネクタが超小形電子構成部材とヒートシンクとの間に係合されるので、柔軟な導体は比較的小さい力で垂直方向に変形することができる。各アレイは双方の長手方向に傾斜する同数の導体を有するので、先端部に対する基端部の垂直方向の動きにより生ずる導体の水平方向の力は実質上バランスされる。従って、素子がヒートシンクに対して接離するときには、導体は全体としてヒートシンクに対して水平方向に超小形電子構成部材を変位させることはない。
【００２０】
コネクタは装置側素子を有するのが望ましく、装置側素子は複数の個々の装置側パッドを組み込むことができ、各パッドは他のパッドから独立して可動自在となっている。好ましくは、パッドは水平方向に延びるグリッドに配置される。パッドは平坦でありかつ数ミリメートル以下、最も好ましくは約１ｍｍ以下の主要寸法を有するのが望ましい。パッドは、垂直および水平方向に独立して動くことができる柔軟なシートにより互いに接続することができる。各伝導経路の基端部は、パッドの１つに接続されている。最も好ましくは、互いに反対の長手方向に傾斜する２つの導体の基端部を各パッドに接続することにより、垂直方向の動きにより誘起される各パッドの長手方向の力を実質上バランスさせる。柔軟なシートにより、装置の取り扱いと集成が容易となる。更に、柔軟なシートにより、個々のパッド間にシールを提供することができる。封入体即ち冷却流体を、装置側パッドと各装置の表面との間に導入することができる。コネクタは更に、同様のシンク側素子とこれらの素子を接続する柔軟なシートとを有することができ、シンク側素子は複数のシンク側パッドに分割することができる。
【００２１】
各伝導経路は、基端部から先端部へ延びる導体を１つだけ含むことができる。あるいは、各経路は複数の導体を含むことができ、導体は第１および第２の長手方向へ交互に傾斜するように実質上端部どうしで接続される。即ち、コネクタは導体の２つ以上のアレイを含み、各アレイは水平方向に延び、アレイは垂直方向に積み重ねられた態様で互いに重合され、最も下方のアレイの各導体は次に高いアレイの導体に接続され、各パッドは重合されたアレイの全てにおいて導体を含む。経路は、基端部の導体が第１の長手方向に傾斜しかつ同じ経路の次の導体が第２の長手方向に傾斜する第１のタイプの複数の経路と、基端部の導体が第２の長手方向に傾斜しかつ次の導体が第１の長手方向に傾斜する第２のタイプの複数の経路とを含むのが望ましい。第１と第２のタイプの経路の数は略等しいのが望ましい。好ましくは、導体は、略垂直方向を向く主要面を有する細長い熱伝導ストリップである。ストリップは、コネクタが中立即ち無負荷状態にあるときに湾曲されるのが好ましい。各導体は、１つ以上の略Ｓ字状の部分を有するのが好ましく、各部分は平坦なストリップから形成され、ストリップは該ストリップの面と交差して曲げられるようになっている。各Ｓ字状の部分は、各端部に湾曲部、即ち、突部（crest）を有するとともに、中間に傾斜部を有することができる。
【００２２】
本発明の別の観点に係る熱コネクタは導体の下部アレイを備え、各導体は略垂直方向を向く対向する主要面を有する細長い熱伝導ストリップを含み、各導体はストリップが略水平方向を延びる下部突部を画成するように垂直方向に湾曲している。コネクタは更に導体の上部アレイを含み、上部アレイの各導体は略垂直方向を向く対向する主要面を同じく有する細長い熱伝導ストリップを含んでいる。上部アレイの各導体もまた、垂直方向に湾曲するとともに、導体を構成するストリップが略水平方向に延びる上部突部を画成している。下部アレイの導体は、上部アレイの導体に熱的に接続されている。好ましくは、上部アレイの各導体は下部アレイの少なくとも１つの導体に直接取着されることにより、取着された導体はコネクタを介して垂直に延びる略連続する経路を画定する。
【００２３】
上部および下部アレイの導体は、上部突部と下部突部との間に垂直方向に配置される中間の突部を画成することができる。双方のアレイの導体を構成するストリップは、中間の突部において水平にかつ実質上互いに接する方向に延びるのが望ましい。上部および下部アレイの導体は、中間の突部で互いに取着することができ、取着された導体を構成するストリップは実質上面対面の態様で互いに重合される。ストリップは、溶接などにより互いに冶金学的に結合させることができる。
【００２４】
一の構成においては、上部アレイの各導体は、後部どうしで配置されかつ共通の上部突部において互いに接合された略Ｓ字状の部分を含んでいる。かかる各導体は、２つの中間突部を画成するとともに中間突部間に１つの上部突部を画成している。下部アレイの各導体は後部どうしで配置されかつ共通の下部突部で互いに接合された２つの略Ｓ字状の領域を有している。かくして、各下部導体は２つの中間突部を画成するとともに中間突部間に１つの下部突部を画成している。各上部導体の２つの中間突部は同じ下部導体の２つの中間突部に取着されることにより、上部および下部導体は協働して、反対側を向く上部および下部突部を有するループ状の複合導体を形成する。コネクタは、複数の独立した可動パッドを含む装置側素子を有するのが望ましく、少なくとも１つのかかる導体の下部突部は各パッドに取着される。
【００２５】
別の構成においては、各導体は１つのＳ字状ストリップを有することができ、かくして、中間突部を１つだけ有することができ、上部アレイの各導体は下部アレイの１つの導体に接続されて複合導体を形成する。かかる各複合導体は、第１の水平方向へ傾斜する１つのＳ字状導体と、実質上第２の逆の長手方向へ傾斜する別の導体とを有する。
【００２６】
本発明のこれらの観点に係るコネクタは、容易に製造することができ、かつ、チップその他の構成部材およびヒートシンクとともに容易に集成することができる導体のコンパクトな構成体を提供することができる。以下において更に説明するように、本発明のかかる観点に係る好ましいコネクタは良好なコンプライアンスを提供するとともに、多数の導体を収容しかつ垂直方向に高い熱伝導性を発揮することができる。
【００２７】
本発明の別の観点によれば、熱伝導性材料、好ましくは、金属から形成された複数の細長い熱導体を有する熱コネクタが提供されており、かかる各細長い導体は長手方向の軸線を有している。導体は複数の連続する経路を画定し、各経路は基端部と先端部とを有する。導体は、導体の基端部が超小形電子構成部材に接続されかつ経路の先端部がヒートシンクに接続されたときに、構成部材とヒートシンクの相対的な動きの際に導体が長手方向の軸線と交差して曲げられるように配設されている。例えば、導体は、上記した形状またはその他の形状に従って経路を形成するように配設することができる。
【００２８】
本発明のこの観点に係るコネクタにおいては、導体の少なくとも幾つか、好ましくは導体の全てが首付き（necked）導体である。各首付き導体は、導体の長さの主要部分を構成する主要領域と、少なくとも１つの首部とを有し、首部は導体の長さの小部分を構成する。各首部は、曲げにおいて主要領域よりも柔軟である。各首部は一般的には、導体の主要領域よりも小さい横断面積を有している。首部は、導体の端部に隣接して配置することができる。首付き導体の幾つか或いは全ては、両端部に隣接して首部を有する。導体はストリップの形態をなすことができ、各導体は導体の厚さを画定する一対の対面する主要面と、導体の幅を画定する、これらの主要面に境界をつける一対の縁部とを有する。好ましくは、導体は、曲げにおいてストリップの主要面と交差して導体に応力が加えられるように配置される。各首領域は、導体の主要領域の厚さよりも小さい厚さを有することができ、あるいはまたは更には、主要領域の幅よりも小さい幅を有することができる。本発明のこの観点によれば、導体の長さの小部分における導体の横断面積を比較的小さく局部的に減少させることにより、導体の熱伝導率をごくわずかに減少させるとともに熱抵抗をごくわずかに増加させるが、曲げにおける導体の剛性を著しく小さくすることができるのである。即ち、首付き導体によれば、均一な横断面の同等の導体を使用した場合には到底得ることができない高いコンプライアンスと低い熱抵抗の組み合わせが得られるのである。
【００２９】
本発明の別の観点によれば、熱コネクタを製造する方法が提供されている。本発明のこの観点に係る方法は、複数の経路に配置された複数の細長い導体を提供する工程を備え、かかる各経路は基端部と先端部とを有している。各経路は、１つの導体または互いに接続された複数の導体を有する。各経路の基端部は、装置側素子に接続され、各経路の先端部はシンク側素子に接続される。方法は更に、装置側素子とシンク側素子を互いに相対的に動かすことにより全ての経路の導体を同時に変形させる工程を含む。好ましくは、この移動工程は、装置側素子とシンク側素子を互いに離隔するように動かす工程を含む。導体を配設する工程は、導体と経路を実質上平坦な構造体に配設して、経路の端部を装置側およびシンク側素子に取着するとともに、装置側およびシンク側素子を互いに近接させる工程を含むのが好ましい。これらの素子は互いに離れて動くので、平坦な導体は３次元構造に拡張される。好ましくは、経路を構成する導体は実質上ストリップの形態をなし、各導体は導体の厚さを画定する一対の対面する主要面を有する。導体の主要面は、装置側素子とシンク側素子を向いているので、移動工程の際に、各導体は厚さ方向と交差して、好ましくはＳ字状に曲げられる。
【００３０】
装置側素子は第１のプレートを有するのが望ましく、この方法は更に第１のプレートを複数の個々のパッドに細分割する工程を含むことができる。各パッドは少なくとも１つの経路の基端部に接続される。細分割工程は、移動工程の前、好ましくはこの工程の後に実施することができる。シンク側素子は、同様に最初はプレートを有し、このプレートも細分割して個々の経路を形成することができ、各経路は少なくとも１つの経路の先端部に接続される。この方法はまた、細分割工程に先立ち第１のプレートを覆う柔軟なシートを設ける工程を含むことができ、柔軟なシートは細分割後にパッドを互いに接続する。第１のプレートはコネクタから離れた方向を向く基端部側と、コネクタの方を向く先端部側とを有することができ、経路の基端部は第１のプレートの先端部側に取着され、柔軟な層を設ける工程は第１のプレートの先端部側に柔軟な層を配設することにより、各経路を柔軟な層の開口を介して第１のプレートに取着する。
【００３１】
本発明の別の観点によれば、複数の伝導経路を有する出発集成体を設ける工程を含む熱コネクタを形成する方法が提供されており、各経路は導体の厚さを画定する一対の対面する主要面と、導体の幅を画定する一対の縁部とを有する１つ以上の細長いストリップ状導体を含む。各経路は基端部と先端部とを有する。この方法は更に、導体の基端部の全てを垂直方向下方へ動かすとともに、先端部の全てを垂直方向上方へ動かすことにより各導体を主要面と交差する方向へ曲げる工程を含む。各経路は、複数のストリップ状導体を当初は実質上面対面の態様で含むことができる。各経路の基端部と先端部は当初は垂直に重合され、各経路の導体は重合された端部から水平長手方向に突出する。即ち、各経路の導体間の接合部は、重合された基端部および先端部から長手方向に偏位される（offset）。基端部と先端部が互いに離れて垂直方向に動かされると、接合部は重合端部へ向けて水平長手方向に動く。
【００３２】
導体は、長手方向に延びるとともに、長手方向と交差する幅方向へも延びるアレイをなして配列することができる。基端部と先端部が垂直方向に動くと、導体のアレイは３次元構造に拡張する。経路は、隣接する経路の接合部がそれぞれの基端部および先端部から長手方向の反対側へ偏位されるように配列するのが望ましい。かくして、基端部と先端部が垂直方向に動かされると、隣接する経路の接合部は長手方向の反対側へ動く。好ましくは、この方法は、複数の装置側パッドを形成即ち配設する工程と、経路の基端部を対をなす反対側に配向された隣接する経路のパッドに取着する工程とを備え、各パッドは同数の反対方向に配向された経路に接続される。これにより、パッドが製造または使用中に垂直方向に移動する際に不安定な長手方向の水平な力を受けないようにすることができる。
【００３３】
本発明のこれらのおよび他の目的、構成および利点は添付図面に関して以下においてなされている好ましい実施例の詳細な説明から一層容易に理解されるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明の一の実施例に係る方法は、厚さが望ましくは約２０−２００ミクロン、最も好ましくは約５０ミクロンの銅の上部プレート３０で開始する。矩形のアイランド３２が、上部プレート３０の上面にめっきされている。各アイランドは、厚さが約２ミクロンのニッケルの層と厚さが約０．５ミクロンの上層（overlayer）のような耐エッチング性金属の１以上の層から形成されている。アイランド３２は、後に除去される通常の感光マスク材料を使用する通常の電気めっき処理により被着することができる。各アイランドは、一辺が好ましくは約０．５−２ｍｍ、より好ましくは約１ｍｍである。アイランド３２は、幅が望ましくは約０．０５乃至０．２ｍｍのギャップ３４により互いに分離されている。図１に明瞭に示すように、アイランドとギャップは、矩形のグリッドを形成している。アイランド３２とギャップ３４の矩形のグリッドは、長手方向Ｌおよびこれと交差する方向即ち幅方向Ｗに延びている（図１）。このグリッドは、上部シート３０の上面全体を覆っている。図１および図２のような部分図には数個のアイランドだけが示されているが、シートは任意のサイズにすることができるとともに、シートは任意の数のアイランドおよび連係する構成を含むことができる。例えば、シートは、一辺が約１０−２０ｃｍ程度とすることができ、数千のアイランドを含むことができる。アイランドの被着に続いて、保護レジスト（図示せず）がプレート４０の上面に被着される。
【００３５】
厚さが望ましくは約１０−５０ミクロン、最も好ましくは約２５ミクロンのはんだマスク層３５（図２）が、上部シート３０の底面に被着されている。層３５は、感光性はんだマスクとして広く使用されているタイプの柔軟な有機材料から形成される。適宜の材料の中には柔軟なスクリーン印刷可能なはんだマスクがある。層３５は、選択的にパターン化されて、層を貫通するバイア（via）即ち孔３６を形成するとともに、層の残りの部分を実質上そのままの状態に残しておく。層３５は、スクリーン印刷法によりパターン化され、液体材料が孔の周囲の表面に印刷され、次いで、１６０℃で１５分間焼き付けることにより硬化させる。パターン処理の後は、残りの材料は柔軟な有機ポリマシートである。バイア３６と３８は、平面が矩形であり、バイアの長い方の寸法はアイランドのアレイの幅方向Ｗ（図１）に延び、短い方の寸法は長手方向Ｌに延びている。各バイアの長い方の寸法は幅方向の各アイランドのエッジ寸法の半分よりもわずかに短くなっている。かくして、アイランドが幅と長手方向の寸法が１ｍｍの方形である図示の構成においては、（アレイの幅方向Ｗの）バイアの長い方の寸法は、約４００−４５０ミクロン、最も好ましくは約４５０ミクロンとすることができる。各バイアの短い方の寸法は約５０−１００ミクロン、最も好ましくは約７５ミクロンとすることができる。第１のバイア３６と第２のバイア３８は、各アイランド３２の下に配設されている。第２のバイアは、第１のバイアから長手方向Ｌおよび幅方向Ｗに偏位して配置されているので、これら２つのバイアは連係するアイランドの対向する隅部に位置する。
【００３６】
方法の次の段階においては、バイア３６と３８に、電気めっきにより銅が充填される。得られる銅充填物３７は、重合体層即ちシート３５の表面を越えて約１０ミクロン延びるのが望ましい。バイアの銅充填物には、従来の電気めっき技術を使用して、ニッケルおよび金のコーティングがめっきされる。一般的には、約２ミクロンのニッケルが銅充填物に直接隣接して配置され、約０．５ミクロンの金がその露出された表面に配置される。
【００３７】
次に、望ましくは約５０ミクロンの厚さの銅プレート４０がこの集成体の底面に積層される。銅プレート４０は、軟質の、酸素および水素フリー（「ＯＨＦＣ」）等級の銅であるのが望ましく、しかも積層されたときに完全にアニールされた状態にあるのが望ましい。積層工程は、約２００乃至約２８０℃、最も好ましくは約２６０℃の温度で、加圧下においてかつ各バイアの充填物３７とプレート４０との間に完全な冷間溶接を提供するのに十分な時間行われる。方法の次の段階においては、別のフォトレジストが従来の写真技術を使用して被着されかつ現像され、矩形のピース（piece）４４を形成する。各ピース４４は、シート４０の下面を延びている。２つのピース４４が各アイランド３２と整合されており、これらのピースは（図３において左から右へおよび右から左へ）長手方向に互いに平行に延びている。長手方向に延びるピースは並置されているので、図３においては、各アイランド３２と整合する一方のピースだけが視認することができる。
【００３８】
方法の次の段階においては、シート４０がエッチングされ、複数の個々のストリップ４６と４８（図４および図５）を形成する。ストリップは、上部プレート３０から離隔する重合体（polymeric）シート３５の下側に沿って延びている。図４に明瞭に示すように、ストリップ４６は第１のバイア３６の充填物３７に接続され、かつ、充填されたバイアからベクトルＬで示される第１の長手方向に延びている。かくして、各第１のストリップ４６は、バイア３６内の充填物により上部プレート３０に接続されたバイア即ち固定端部５０を有するとともに、バイア３６から離隔しかつ上部プレート３０から取り外されている先端即ち自由端部５２を有している。各第１のストリップ４６の先端即ち自由端部は、図４および図５においてベクトルＬで示される第１の長手方向に同じストリップの固定端部即ちバイア端部５０から偏位されている。逆に、各第２のストリップ４８は、逆に配設された固定端部即ちバイア端部５４と自由端部即ち先端部５６とを有しているので、先端部５６は第２の反対の方向に固定端部５４から偏位される。第１のストリップ４６と第２のストリップ４８は、長手および幅方向に延びる直線でできたグリッドに設けられている。グリッドは、第１のストリップ４６の列と第２のストリップ４８の列とを有している。これらの各列は長手方向に延びており、列はグリッドの幅方向Ｗに互いに交互しているので、各アイランド３２と連係する第１のストリップ４６および第２のストリップ４８は幅方向に互いに偏位されている。
【００３９】
各第１と第２のストリップの長さは、連係するアイランドの長手方向の拡がりよりもごくわずかだけ小さく、即ち、図示の構成においては１ｍｍよりもほんのわずかだけ小さくなっており、一方、幅はアイランドの幅寸法の半分よりもわずかに小さく、望ましくは、連係するバイア３６または３８の長さ寸法と略同じである。各ストリップの厚さ即ち垂直方向の寸法は、シート４０の元の厚さと等しく、即ち、約２５乃至約１００ミクロンであり、望ましくは約５０乃至７５ミクロンである。かくして、各ストリップの厚さはストリップの幅または長さよりも実質上小さくなっている。厚さは図面においては、図示を明瞭にするために拡大して図示されている。
【００４０】
第１のストリップ４６の先端部には、金、銀、錫、鉛−錫合金、銅−銀合金、錫−銀合金または低温ろう付材料のような、結合を容易にする材料の結合バンプまたはパッド５８が設けられている。同様に、第２のストリップ４８にも、自由端部に結合バンプまたはパッド５９が設けられている。この材料は、個々のストリップの形成の前または後に電気めっきその他の適宜の技術により被着することができる。この段階の後に、アイランドの上面に被着した保護レジスト（図示せず）が除去される。ストリップ４６は、室温または高温の周囲空気に曝すことにより酸化に供される。結合バンプ５８および５９と、アイランド３２は、かかる酸化に対しては実質上耐酸化性である。
【００４１】
同じ処理が底部プレート６０（図６）を使用して繰り返されることにより、鏡像をなすが、アイランド６２と、上記した第１および第２のバイア３６および３８と同じ態様で配設された第１のバイア６６および第２のバイア（図示せず）を有する底部の柔軟なフィルム６４とを有する同じパターンを形成する。底部シート６０には、第１のストリップ６８と第２のストリップ７０（図７）とが設けられている。この場合もまた、各第１のストリップは、連係するバイア６６に充填された金属により底部シート６０に取着された固定端部７２と、シート６０から外された自由端部７４とを有しており、自由端部７４は第１の長手方向Ｌへ固定端部７２から図６において右側へ偏位される。各第１のストリップ６８は、自由端部７４に結合金属バンプ即ちパッド７６を有している。各第２のストリップ７０（図７）は、シート６０に接続された固定端部８０と、固定端部８０から第２の長手方向へ図６および図７に示すように左側へ偏位された自由端部８２とを有している。下部シートと連係するかかる各第２のストリップは、第２の端部に結合金属バンプ８４を有している。
【００４２】
上部プレート３０および連係するストリップを有する集成体は、図６に示す位置において底部プレート６０および連係するストリップを有する底部集成体に重合即ち重ね合わされる。この位置においては、上部集成体の第１のストリップ４６は、底部集成体の第１のストリップ６８を覆う。第１のバイア３６および上部の第１のストリップ４６の固定端部は、第１のバイア６６および下部の第１のストリップ６８の対応する固定端部を覆う。上部および下部の第１のストリップの自由端部は互いに整合され、各上部の第１のストリップ４６の自由端部にある結合バンプ５８は、各下部の第１のストリップ６８の自由端部にある結合バンプ７６を覆って接触する。一対の対向するプラテン８６と８８との間で重合即ち重ね合わされた集成体をスクイーズするとともに集成体を加熱するなどして、圧力が加えられる。整合されかつ接触された結合バンプは、熱と圧力の影響を受けて互いに融着することにより、上部の第１のストリップ４６と下部の第１のストリップ６８の自由端部間に接合部を形成する。かかる各接合部は、かかる接合部により接続されるストリップの整合された固定端部から（図６において右側へ向けて）第１の長手方向へ偏位される。同様にして、第２のストリップ４８および７０の自由端部にある整合された結合パッド５９は、上部および下部の第２のストリップ間に接合部を形成する。かかる各接合部は、接合されたストリップの固定端部から反対側の第２の長手方向へ（図６において左側へ）偏位されている。
【００４３】
この方法の次の段階においては、上部プレート３０、アイランド３２および連係する柔軟な重合体シート３５は、下部プレート６０、アイランド６２および柔軟なシート６４から離れて垂直方向上方へ動かされる。この垂直方向の動きは、プレート３０および６０間に加圧された水、空気その他の流体を噴射し、これらのプレートを平坦なプラテン８６と８８に対してそれぞれ付勢し、プラテン８６および８８を離隔するように付勢することにより得られる。あるいは、この垂直方向の動きは、プラテン８６および８８を外部の装置（図示せず）により互いに離隔するように動かすことにより得ることができる。この場合には、プレート３０および６０は、プラテンの孔を介して印加される真空によりプラテンに対して保持することができる。あるいはまたは更に、シートは、ワックス、接着材または他の適宜の取り外し自在の結合剤によりプラテンに一時的に取着することができる。
【００４４】
上部および下部プレート３０および６０は互いに対して離隔して動くので、ストリップは図７および図８に示す３次元の垂直方向に拡大した構造に変形する。各ストリップの固定端部は連係するプレートの所定の位置に保持され、一方、各ストリップは垂直かつ水平に曲がる。ストリップ間の接合部は、固定端部から偏位する方向とは反対の水平長手方向へ、連係する固定端部へ向けて動く。かくして、第１の水平長手方向へ（図７ａにおいて右側へ）固定端部とバイア３６および６６とからもともと偏位されていた、結合バンプ５８および７６により構成される第１のストリップ４６と６８の自由タブの接合部は、反対の第２の長手方向に図７において左側へ動く。反対に、連係する固定端部８０および５４から第２の長手方向に（図７において左側へ）もともと偏位されていた、第２のストリップ４８および７０の自由端部の結合バンプ５９と８４との接合部は、第１の長手方向に図７において右へ動く。かくして、各接合部は、プレートが互いに離れて動くときにストリップの固定端部へ向けて長手方向へ動く。これにより、各ストリップは細長いＳ字形状に似た２重に湾曲した形状に曲げられる。
【００４５】
プレート３０および６０は、互いに離れて動かされてから、プラテンから外される。柔軟なシート３５と６４の間のスペースは、これらのシートの周辺にシート３５と６４との間を延びるバリヤ（図示せず）を設けることにより保護される。あるいはまたは更に、このスペースには軟質なゲルまたはペーストのような柔軟な保護材料を充填し、あるいは容易に取り出すことができる一時充填材料を充填することができる。保護材料は、上記した移動工程の際にプレートを互いに離れるように動かすために加圧流体が使用される場合に配設することができる。例えば、未硬化の液体のゲル形成材料を加圧下で設けることができる。スペーサが保護されてから、集成体を、塩化水素酸と塩化銅とのエッチング溶液に浸漬することによるなどして、集成体を更なるエッチングに供する。金のアイランド３２および６２はエッチング溶液に耐性があるが、プレート３０および６０の銅はアイランド間のギャップで攻撃を受ける。かくして、エッチング工程は、プレート３０を複数の上部即ちシンク側パッド３０に細分割するとともに、同様にして、底部プレート６０を複数の下部即ち装置側パッド９２に細分割する。パッド９０は、柔軟なシート３５により互いに接続された状態にあるが、少なくとも垂直方向に（図８及び図９の図面の上部および底部へ向けて）、かつ、より限定された程度までは水平方向へも、互いに対して独立して動くことができるようになっている。同様に、装置側パッド９２も独立して動くとこができるが、柔軟なシート６４により互いに接続されている。
【００４６】
この状態では、各上部即ちシンク側パッドは、第１の複合導体９４と第２の複合導体９６とにより下部即ち装置側パッド９２に接続されている。かかる各導体は、下端部即ち基端部が装置側パッド９２に接続され、かつ、上端部即ち先端部がシンク側パッド９０に接続されている。各第１の複合導体９４は、概ね上方へかつ導体の基端部から上部導体４６との接合部へ矢印Ｌにより示される第１の水平かつ長手方向へ傾斜する下部ストリップ即ち導体６８を有している。上部導体は、反対方向即ち上方に、かつ、下部導体との接合部から上部即ちシンク側パッド９０における複合導体の先端部へかけて（矢印Ｌとは反対の）第２の長手方向へ傾斜している。各第１の複合導体の下部導体６８は、導体の基端部に略水平方向に延びる部分即ち下方突部９８と、上部導体４６との接合部に隣接する導体６８の上端部に別の水平方向に延びる中間突部１００とを有している。同様に、各上部導体は、導体の先端部に上方突部１０２と、上部導体の下端部に中間突部１０４とを有しており、上部導体は双方の突部１０２と１０４において略水平方向に延びている。これらの導体は、複合導体の中間点に隣接する突部１００および１０４において互いに接合されている。
【００４７】
各第２の導体９６は、同様であるが逆の構成を備え、下部導体７０と上部導体４８とを有し、これらの導体は下部と上部の突部をそれぞれ画成するとともに双方の導体間の接合部に中間の突部を画成している。しかしながら、各第２の複合導体９６においては、下部導体７０は、装置側パッド９２における導体の基端部から上部導体４８との接合部まで図８および図９において矢印Ｌとは反対の第２の水平な長手方向に対して上方に傾斜しており、一方、各上部導体４８はシンク側パッド９０における先端部から下部導体との接合部へ第２の水平方向に対して下方に傾斜している。かくして、各第１の複合導体９４は、この複合導体の基端および先端部から第１の長手方向へ変位された上部および下部導体の接合部を有しており、一方、各第２の複合導体９６は第２の逆の水平長手方向へ変位された接合部を有している。
【００４８】
第１および第２の複合導体は、図８において矢印Ｗで示される水平な幅方向に互いに変位して配置されている。
【００４９】
個々の各ストリップ即ち導体は、二重に湾曲されて略Ｓ字状即ち４分の１正弦波構造を形成しており、突部はストリップの端部に位置している。かかる突部により、上部と下部導体間および導体とパッドとの間における強力な接合部の提供が容易となる。水平方向に延びる突部により、種々の接合部における連係する構造体の大きな面積に亘って曲げ応力を配分させることができる。
【００５０】
方法の次の段階においては、上部即ちシンク側パッド９０および連係するアイランド３２がヒートシンク１０６（図１０）に結合される。ヒートシンクは、熱を伝導するようになっている厚肉のプレート、熱を周囲雰囲気に出すようになっているフィン付きのプレートまたはシェルあるいは液体または気体のごとき循環冷却媒体の外部源に接続された導管または容器のような任意のタイプとすることができる。ヒートシンク１０６はまた、半導体集成体を収納するシェルまたはパッケージとすることもできる。本明細書において使用されている「ヒートシンク」なる語には、熱を電子集成体から吸収しまたは散逸させるようになっている構造素子が含まれる。シンク側パッド９０は、曲率または凹凸を有するにも拘わらずヒートシンクの表面に従う。上部柔軟シート３５は曲がり、各パッド９０をヒートシンクの表面に対して配置することができる。パッド９０は、従来の結合材料、望ましくは、ヒートシンクの材料およびパッドを覆うアイランド３２と結合するように適合された金属材料によりヒートシンクに結合される。適宜の結合材料には、はんだ、ろう付合金および拡散結合合金が含まれる。他の適宜の結合材料には、エポキシのような金属充填ポリマが含まれる。この結合工程は、結合材料をヒートシンク、パッドまたはこれらの双方に被着してからパッド９０および９２と複合導体９４および９６とを含む熱導体集成体をヒートシンクの表面に対して押圧し、次いで、集成体を加熱して結合材料を活性化させることにより行うことができる。この処理における温度は、柔軟なシート３５および６４に損傷を与えるような高さにすべきではない。
【００５１】
ヒートシンクと熱コネクタとを含む副集成体は、基板１１２に装着された複数の超小形電子構成部材即ちチップ１１０を含む超小形電子装置１０８とともに集成される。副集成体は、装置側即ち下部パッド９２が構成部材またはチップ１１０に当接するように超小形電子装置と係合される。シンク１０６は、ボルト１１４により概略的に示されている適宜の機械的なクランプ装置により基板１１２および超小形電子装置に向けて付勢される。素子を互いに対して付勢することができる他の機械的装置も使用することができる。図示のボルトとは別の、他の適宜の機械的装置には、ヒートシンクを基板に保持するクリンプ処理された（crimped）コネクタが含まれる。クリンプ処理されたコネクタは、基板および／またはヒートシンクと一体にすることができるとともに、超小形電子素子を包囲するパッケージを形成することができる。素子が互いに係合されると、装置側即ち下部パッド９２はシンク側即ち上部パッド９０へ向けて付勢されるので、複合導体９４と９６は変形される。各複合導体が曲がると、かかる複合導体を構成する上部導体と下部導体との接合部は水平長手方向に外方へ変位する。この曲げ作用はかなりの垂直方向の力を必要とするが、パッドを水平方向に動かそうとすることはない。かくして、所定の装置側パッド９２に取着された一方の複合導体が発生する水平方向の力は、同じ装置側パッドに接続されたもう一方の複合導体の撓みにより発生される力と実質上バランスしたものとなる。下部の柔軟なシート６４は、各パッド９２が独立して動くことができるように変形することにより、装置１１０がヒートシンク１０６から異なる距離のところに位置する場合でも、かつ、装置の面がヒートシンクと平行になっていない場合でも、全てのパッドが装置１１０に従うことができる。
【００５２】
装置側パッド９２と超小形電子構成部材との緊密な熱接触を図るために、パッド、装置またはこれらの双方に、熱伝導性液体、ペーストあるいはゲル、オイルまたは液体金属のような流動性媒体をコーティングして、構成部材間に、所要の場合に分解することができる低抵抗の熱経路を提供することができる。あるいは、装置側パッドは、はんだ、エポキシのような金属充填ポリマまたは低融点ガラスフリットその他の適宜の結合材料により、超小形電子装置に永続的に結合させることができる。ダイの取り付けまたは基板に対するチップの装着に広く使用されているタイプの結合材料を使用することができる。
【００５３】
超小形電子装置の動作の際には、超小形電子構成部材即ちチップは熱を発生する。熱は、チップからパッド９２、複合導体９４および９６並びにシンク側パッド９０を介して導かれる。熱コネクタは実質上連続する金属経路を提供し、かつ、複合導体を構成するストリップは大きな横断面積を有するので、装置は実質上電導性を有するものとなる。動作においては、基板１１２、構成部材１１０およびヒートシンク１０６は、これらの温度が変化すると膨張と収縮を行うことにより、チップの表面はヒートシンクに対して垂直方向に接離するようにかつ水平方向に動く。複合導体は、３方向の全てに実質的なコンプライアンス即ち柔軟性を発揮する。即ち、湾曲された複合導体は撓んで垂直方向に動くことができるとともに、長手方向Ｌと幅方向Ｗ（図８）に動くことができる。導体の撓みによって、激しい水平方向の剪断力がチップに印加されるものではなく、従って、チップが基板からはずれるものではない。
【００５４】
本発明の別の実施例に係るコネクタが図１１および図１２に示されている。このコネクタは、上部即ちシンク側パッド２９０と下部即ち装置側パッド２９２とを有している。本実施例においても、シンク側パッドは柔軟なシート２３５により互いに接続され、一方、装置側パッド２９２は別の柔軟なシート２６４により互いに接続されている。シンク側および装置側パッドは、本実施例においても、水平な長手および幅方向に延びる直線からなるアレイに配列されている。しかしながら、シンク側パッド２９０は互い違いになっているアレイで配列されおり、交互する列はアレイの幅方向Ｗに互いに偏位している。かくして、第１のシンク側パッド２９０ａの列は、第２のシンク側パッド２９０ｂの列と互い違いになっており、各第１のパッドはパッドの幅方向の約２分の１だけ、隣接する第２のパッドから幅方向へ偏位されている。装置側パッド２９２は、該パッドと整合する一の装置側パッドの上に直接配置される。
【００５５】
各対をなす整合されたシンク側および装置側パッドは、ループ状複合導体２９４により互いに接続されている。各導体２９４は、下部導体２６８と上部導体２４８とを有している。各下部導体２６８は、連係する装置側パッドにシート２６４のバイアを介して接続された１つの下部突部２８０を有している。各下部導体は、上記したような肉厚を有する細長いストリップを含み、各ストリップの厚さ寸法は略垂直方向に画定されている。かかる各下部導体即ちストリップは、下部突部２８０で接合されかつ下部突部２８０から（図１２において左右に）反対の長手方向へ延びる２つの略Ｓ字状のラン（run）を有している。かかる各下部導体は、反対側へ延びる双方のランにおいて上方へ、厚さ方向と交差して湾曲している。各ランは中間の突部２８１で終端し、ストリップ即ち導体はかかる中間突部において略水平に延びている。各上部導体は、柔軟なフィルム２３５の孔を介してシンク側パッド２９０に接合されかつ複合コネクタの先端部を形成する１つの上部突部２８４を有している。各上部コネクタ２４８は、上部突部２８３において接合されかつ上部突部２８３から長手方向の両側へ延びる２つの略Ｓ字状のランを有している。これらのランは、上部突部から下方へ離れるように湾曲している。各上部導体は一対の中間突部２８５で終端し、該突部において導体は略水平方向に延びている。上部および下部導体の中間突部２８１と２８５は、互いに結合されている。
【００５６】
各複合導体２９４の基端部および先端部を構成する下部および上部突部２８０および２８３は、パッドの中心と整合されている。かくして、第１の列においてシンク側パッド２９０ａと連係する各複合導体２９４ａは、このパッドの中心と幅方向に整合されている。かかる各導体は、次の隣接する第２の列におけるパッド２９０ｂの縁部と整合される。逆に、第２の列のパッド２９０ｂと連係する各コネクタ２９４ｂは、パッド２９４ｂと幅方向に整合され、従って、第１のパッド２９０ａの縁部と整合される。かくして、複合コネクタ２９４ａと２９４ｂは、互いに対して幅方向に互い違いに配列されている。各複合コネクタが連係するパッドの縁部を越えて長手方向に延びていても、コネクタが互いに干渉し合うことはない。図１１および図１２に示すコネクタは、種々のフォトレジスト工程およびエッチング工程を除いて、上記と略同じ態様で組み立てることができる。これらのコネクタは、上記したコネクタと略同じ態様で使用することができる。ループ状複合導体は、本質的にバランスのとれた水平な力を提供する。連係する装置側およびシンク側パッドは互いに対して接離して動くので、水平長手方向の両側へ突出するコネクタの異なる部分により得られる水平方向の力は互いにバランスのとれたものとなる。各複合導体により、垂直方向のコンプライアンスが得られるとともに、水平な幅および長手方向のコンプライアンスも得られる。
【００５７】
本発明の別の実施例に係るコネクタの一部が図１３に示されている。このコネクタは、複数のシンク側パッド３９０と複数の装置側パッド３９２とを有しているが、各パッドは１つだけが部分図である図１３に示されている。装置側パッド３９２は柔軟なシート３６４により互いに接続され、一方、シンク側パッドは柔軟なシート３３５により互いに接続されている。各対をなすパッドは、２つの複合導体３９４および３９６により接続されている。本実施例においても、各複合導体は、２つの略Ｓ字状のストリップを有している。かくして、第１の複合導体３９４は、基端部から上部ストリップ３４６との接合部まで延びる下部ストリップ３６８を有している。上部ストリップは、基端部から複合導体の中間接合部３６９まで延びている。かかる構成においても、各第２の複合導体３９６は、長手方向の両側へ延びる点を除いて、第１の複合導体３９４の対応する構成部材と同様の下部導体３７０と上部導体３４８とを有している。
【００５８】
図１３の実施例においては、複合導体に組み込まれている導体即ちストリップのそれぞれは、各端部に隣接して首部を有している。かくして、各導体３６８は、下端部即ち基端部に隣接した第１の首部３０２と、複合導体の中間接合部３６９に隣接即ちストリップ即ち導体３６８の上端部に隣接した第２の首部３０４とを有している。これらの各首部は、導体の長さのわずかな部分だけを占めている。望ましくは、各導体の首部は全体で、導体の長手方向の約２０パーセント未満、より望ましくは導体の長さの約５パーセントを占めている。かくして、導体の残りの領域即ち主要領域３０６が導体の長さの大部分を占めている。首部における導体の厚さ寸法ｔは、主要部３０６の対応する厚さｔよりも実質上小さくなっている。望ましくは、首部の厚さは、主要領域の厚さの約１０乃至約５０パーセントである。この厚さは、各首部内と主要領域内において略一定とすることができる。導体の幅、即ち、厚さおよび長さと直交する寸法従って図１３の図面と直交する寸法は、首部領域３０２および３０４と、主要領域３０６とにおいて略同等となっている。
【００５９】
各首部の厚さは各主要領域の厚さよりも実質上小さくなっているので、首領域は、ストリップの厚さ方向即ちストリップの面と交差する方向の曲げに対して主要領域３０６よりも実質上柔軟になっている。厚さが減少するとストリップの熱抵抗が増大する傾向があるが、熱抵抗の増加は柔軟性の増加と比例したものとはならない。パッド３９２と３９０を互いに対して垂直方向に変位させる際に生ずるように、曲げの際に導体即ちストリップ３６８に応力がかかると、曲げモーメントはストリップの端部に隣接して最大となる。かくして、首部領域は、最も高い曲げモーメントに曝されるストリップの領域に配置される。従って、首部の慣性モーメント即ち剛性の減少が適度であると、ストリップを曲げるために印加される単位力当たりの曲げにおけるストリップの撓みは著しく増加する。即ち、首部領域の剛性の減少が小さいと、ストリップを曲げようとする力に対するストリップのばね常数の減少は大きくなり、従って、ストリップ即ち導体のコンプライアンスは大きく増加する。
【００６０】
厚さ方向の曲げにおける剛性および慣性のモーメントは厚さの３乗に比例するので、首部領域の厚さと主要領域の厚さの違いが適度である場合にのみ、これらの領域間の剛性と慣性のモーメントの差が大きくなる。これに対して、首部の熱抵抗は、厚さの一乗に逆比例する。更に、導体の全熱抵抗に及ぼす首部の厚さの影響は、首部の長さと導体全体の長さとの比とともに実質上直線状に変わる。従って、首部が長さのごく一部だけを占める場合には、首部の厚さまたは横断面積は全熱抵抗に対してごくわずかな影響を与えるに過ぎない。このような理由から、１つ以上の首部を有する導体３６８のような導体は、均一な厚さの同等の導体からは到底得られない、比較的低いばね常数および高いコンプライアンスと、比較的低い熱抵抗および高い熱伝導性との相俟った特性を奏することができるのである。図１３に示すように、複合導体３９４における導体３６８と接合された上部導体３４６は、他方の複合導体３９６を構成する導体と同様に、同様の首部を有している。導体３６８に関して上記した作用効果は、これらの他の個々の導体におよび複合導体においても再現される。
【００６１】
図１３に示すような不均一な厚さの導体は、上記した工程と実質上同じ工程により製造し、熱コネクタに組み込むことができる。シート４０（図３）をエッチングして個々のストリップまたは導体を形成する前あるいは後に、シートの首部を形成しようとする個所を選択的にエッチングすることができる。あるいは、シートまたはシートから形成される個々のストリップは、首部の厚さと対応する厚さに形成し、次いで、主要部に更に厚さを付加するように選択的にめっきするようにしてもよい。
【００６２】
上記した構成の数多くの変更と修正とを、本発明から逸脱することなく行うことができる。単なる一例として説明すると、図１４に一部が示されている導体は、主要部４２２と、小さい厚さの首部４２４とを有している。首領域４２４は導体の端部にあるのではなく、端部に近接して導体内にノッチを形成している。端部は、主要領域と同じ厚さを有している。図１５に示す導体は、主要領域４０２と首部４０４とを有しており、首領域４０４は主要領域４０２よりも幅広となっているが主要部よりも薄肉となっている。かくして、主要領域と首部の双方は横断面積は同じであるが、厚さ方向と交差する方向の曲げの際の首部の慣性モーメント従って剛性は、主要領域と比べて小さくなる。図１６の導体は、同じ厚さの首部４０８と主要領域４０６とを有しており、首領域は主要領域よりも小さい幅Ｚを有している。かかる構成は、厚さ方向と交差する曲げにおける慣性モーメントが幅Ｚとともに直線的に減少し、従って、剛性を同様に小さくするためには、首部４０８の横断面積の大幅な減少と熱伝導性の大幅な低下が必要となるので、好ましさが幾分低下する。しかしながら、図１６に示す導体は、金属シート即ち導体の余分な選択的めっきまたはエッチングを行うことなく形成することができるとともに、導体を形成する際のパターンエッチング工程により首部も形成することができる。図１７においては、導体は丸くなっており、各導体は、第１の直径を有する主要領域４１０と、より小さい直径を有する首領域４１２とを備えている。
【００６３】
別の実施例に係る方法においては、上部プレート５００と下部プレート５０２は、ストリップ５０４に接続されている。各ストリップは、下部シートに接続された基端部５０６と、上部シートに接続された先端部５０８とを有している。全てのストリップの基端部は、先端部から同じ方向に図１８において右へ偏位されている。ストリップを形成し、ストリップをプレート５００および５０２に取着してから、プレートを互いに離れるように上方へ動かし、基端部を先端部に対して下方へ動かす。同時に、下部プレート５０２は、偏位の元の方向とは反対の方向、即ち、図１８において左へ動かされる。下方向および長手方向の組み合わされた動きは、図１８において矢印Ｍにより全体が示されている。この動きにより、各ストリップ５０４は図１９に示すように湾曲された略Ｓ字状の導体に曲げられる。プレート５００および５０２は、個々のシンク側パッド５１０と装置側パッド５１３とに細分割することができ、シンク側パッドは柔軟なシート５１２により互いに接続され、装置側パッドは柔軟シート５１４により接続されている。各かかるＳ字状導体は、装置側パッド５１３に隣接して突部を形成するＳ字の一端の曲がり即ちカーブが低くなっている。同様に、各Ｓ字状導体は、シンク側パッド５１０に隣接ずる上部突部を画成するＳ字の他端に上部曲がり即ち湾曲部を有している。この場合にも、各リードは柔軟なシートのバイアを介して延びる金属充填物により連係するパッドに接続されている。かかる構成においても、柔軟シートは、リードの接続体が充填される開口以外は実質上無孔となっている。これにより、パッド間のスペースへの封入または充填が容易となる。図１９の実施例においては、各対をなすパッドは１つだけの導体によって互いに接続されている。従って、パッドが互いに接離して動きかつ傾斜リードが曲がると、パッドにある程度の水平なスラストが印加される。しかしながら、リードが比較的長くて薄い場合には、この力は最小となる。
【００６４】
本発明の別の実施例によれば、ストリップ即ち導体６００（図２０）は当初は一方または双方の水平方向に湾曲させることができる。このように湾曲されたストリップは、図２０に示すように入れ子式に即ち互いに内蔵させることができる。各ストリップは、下部即ち装置側プレート（図示せず）に接続された基端部６０２と上部またはシンク側プレート（これも図示せず）に接続された先端部６０４とを有することができ、これらの異なる接続端部は図２０に示すように交互する態様で配置されている。移動工程においては、装置側およびシンク側プレートは、垂直方向へ互いに離隔するように動くことにより、先端部６０４を図２１および図２２に示す位置へ基端部６０２に対して上昇させることができる。各ストリップの先端部と基端部との間の距離の増加は、初期の水平方向の湾曲が真っ直ぐになることにより対処される。同時に、各ストリップは厚さ方向と交差する垂直方向に曲がることができる。かかる構成においては、各対をなす隣接するストリップはバランスのとれた対を形成し、交互するストリップは図２２に示すように反対方向に傾斜されている。装置側とシンク側のシートが切断されてパッド６０６と６０８を形成すると、各パッドは略各長手方向に延びる一方の導体に接続保持される。かかる構成とすることにより、導体が変形されたときにパッドに略バランスされた力を与えることができる。望ましくは、導体が変形すると、各導体は上記したように略Ｓ字状ユニットに形成される。
【００６５】
図２３の実施例においては、各装置側パッド７０６は、幾つかの同様に延びる導電素子７１０を組み込んだ複合リード７００により、対応するシンク側パッド７０８に接続されている。各素子７１０は主要面７１２を有するストリップ即ちリボンであり、リボンは主要面が互いに対面するように重合即ち重ね合わされる。リボンは、装置側パッド７０６に隣接する導体の基端部とシンク側パッド７０８に隣接する導体の先端部が結合材料７１４により互いに結合されている。
【００６６】
導体の端部から離隔する中間部においては、リボンは互いに結合されておらず、互いに自由に動くことができるようになっている。好ましくは、結合されていない領域は導体の長さの主要部分を延びる。複合導体は、上記したように、略Ｓ字状に形成され、従って、各リボンもまた略Ｓ字状をなし、Ｓ字状の湾曲部はリボンの主要面と交差している。
【００６７】
複合導体は、個々のリボン即ち素子７１０の熱伝導率の和と実質上等しい熱伝導率、即ち、リボンの厚さの和と等しい厚さの一体をなす導体の熱伝導率と実質上等しい熱伝導率を有する。しかしながら、複合導体は、かかる一体をなす導体の剛性よりも遥かに低い剛性を有している。その他の点においては、図２３のコネクタは上記したコネクタと同じ態様で動作を行う。複合導体は、例えば図１１−１２のループ状形状および図２０−２２の形状のような、他の形状に形成することができる。また、複合導体は、導体を構成する個々のリボンの１つ以上の剛性が小さくなるように首部を有することができる。別の変形例においては、個々の素子の１つ以上が複合導体の首部で中断されて、導体の全体としての剛性が首部において減少するように構成することができる。かかる構成においては、個々の素子は、素子間の熱の横断伝導を容易にするように首部の境界において互いに接続させることができる。かくして、図２４に示すように、１つ以上の素子８１２はリードの長さ全体に延びることができ、一方、他の素子８１３はリードのごく一部に亘って延びるようにすることができる。かくして、リードは、素子８１３がなくなっている小さな厚さの首部８１５を画成している。素子８１３は、首部に隣接した接合部８１６において素子８１５に結合されており、一方、素子８１３は装置側とシンク側のプレートに結合されている。別の変形例においては、各複合導体は、例えば複数のロッドまたはワイヤのような、ストリップ状リボン以外の複数の素子を有することができる。
【００６８】
上記した構成について数多くの変更を行うことができる。一のかかる変形例においては、工程の順序は、装置側とシンク側のシートが互いに離隔するように動かされる前にこれらのシートを切断して個々のパッドを形成するように変更することができる。かくして、個々のパッド自体を互いに引き離して導体を変形させる。別の変形例においては、シンク側パッドは削除することができ、導体の全てをシートシンクに直接接合することができる。かくして、導体をヒートシンク自体の表面に形成してヒートシンクが形成工程においてシンク側プレートに代わることができる。シンク側プレートを細分割する工程は、この方法においては削除される。装置側パッドはまた、導体を超小形電子構成部材に結合することができあるいは超小形電子構成部材に形成することができる場合には削除することができる。別の変形例においては、導体は中間シートまたはパッドなしに超小形電子構成部材およびヒートシンクに結合され、構成部材は互いに離隔するように動かされる。別の変形例においては、熱コネクタは、チップがウエハの段階にあるときに超小形電子構成部材即ちチップに適用することができる。かくして、複数のチップを含むウエハを大きな熱コネクタのパッド即ち導体に結合することができ、次いで、ウエハを切断して、それぞれが熱コネクタの一部を担持する個々のチップを形成することができる。かかるコネクタ装備チップはヒートシンクと係合させることができる。かかる方法の一の実施例においては、熱コネクタの導体は、ウエハを切断してチップを形成する前または後に、ウエハの表面に形成し、シンク側シートまたはヒートシンクに結合させることができる。あるいは、個々のチップにサーマルコネクタ即ち熱コネクタを装備し、次いで基板に取着し、その後ヒートシンクと係合させることができる。別の変形例においては、導体の周囲の熱コネクタ内のスペースには、柔軟な装置側シートと柔軟なシンク側シートまたはヒートシンク自体との協働により閉じこめられる熱伝導性または非伝導性のペースト、流体、ゲル、エラストマその他の順応性材料を充填することができる。この材料は、移動工程において加圧下で射出することができ、これにより加圧された順応性材料は、シンク側および装置側素子を互いに離隔するように動かす。あるいは、導体を包囲するシート間のスペースは、冷却流体が動作の際に連続してスペースを通るように冷却流体源に接続することができる。
【００６９】
上記した構成のこれらのおよび他の変更と組み合わせとを本発明から逸脱することなく利用することができるので、好ましい実施例に関する上記説明は、請求の範囲に記載の本発明を限定するのではなく例示するものとして解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、半導体チップのような電子装置の冷却に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施例に係る製造方法の一部における構成部品を示す部分概略図である。
【図２】図２は、図１の２−２線概略断面図である。
【図３】図３は、方法の後段階における構成部材を示す図２と同様の図である。
【図４】図４は、方法の後段階における構成部材を示す図１と同様の図である。
【図５】図５は、図４の５−５線概略断面図である。
【図６】方法の後段階における構成部材を示す図５と同様の図である。
【図７】方法の後段階における構成部材を示す図５と同様の図である。
【図８】図１乃至図７の方法により製造されたサーマルコネクタ即ち熱コネクタを示す部分概略斜視図である。
【図９】図８の９−９線概略断面図である。
【図１０】図８および図９のコネクタを他の構成部材とともに示す概略正面図である。
【図１１】本発明の別の実施例に係る構成部材を示す部分概略平面図である。
【図１２】図１１の１２−１２線部分概略断面図である。
【図１３】本発明の別の実施例に係るコネクタを示す部分概略正面図である。
【図１４】本発明の別の実施例に係る導体の一部を示す部分斜視図である。
【図１５】本発明の別の実施例に係る導体の一部を示す部分斜視図である。
【図１６】本発明の別の実施例に係る導体の一部を示す部分斜視図である。
【図１７】本発明の別の実施例に係る導体の一部を示す部分斜視図である。
【図１８】本発明の別の実施例に係るコネクタの製造方法を示す部分断面図である。
【図１９】本発明の別の実施例に係るコネクタの製造方法を示す部分断面図である。
【図２０】本発明の別の実施例に係るコネクタの製造方法を示す概略斜視図である。
【図２１】本発明の別の実施例に係るコネクタの製造方法を示す概略斜視図である。
【図２２】図２０および図２１の方法により製造されたコネクタの部分正面図である。
【図２３】本発明の別の実施例に係るコネクタを示す図２２と同様の部分正面図である。
【図２４】本発明の別の実施例に係るコネクタを示す図２２と同様の部分正面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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