专利名称：非矩形热电微型组件和使用它的晶片用冷却装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体晶片冷却用非矩形热电微型组件和使用这种组件形成的冷却装置。
现有技术用于冷却半导体晶片的冷却装置，一般如
图12、图13所示，在用于冷却晶片W的圆板形冷却板1、和用于向外部散热的散热块2间配置多个热电微型组件3，并将它们以多个小螺钉4固定为一体来形成。在上述冷却板1的上面有支承晶片W的多个升顶销5贯通上述散热块2与冷却板1可上下自由动地突出出来。图中6是制冷剂流路。
在现有这种冷却装置中，如图13所示，上述热电微型组件3做成正方形或长方形，将该矩形热电微型组件3配置于冷却板1的圆形面内。因此，难以将上述热电微型组件3无间隙的紧密配置，存在许多闭置区，在有、无热电微型组件存在的场所之间不免产生温度梯度，故有着难以均匀冷却晶片、使得冷却效率恶化的缺点。而且，在上述小螺钉4的紧固位置与升顶销5的设置位置，为了避开它们不能设置热电微型组件3，从而不设置热电微型组件的部分变得更多。而且，上述之温度梯度，随着为了减轻重量、降低热容量等将上述冷却板的变薄，而表现为更加显著。
另外，上述冷却板1，为了降低热容量和缩短冷却时间而希望使其变薄，随着其变薄，当以小螺钉4紧固时、在该位置容易变形，还有着平面度降低的问题。
再者，在组合上述冷却板1与热电微型组件3的情况下，由于不能在冷却板1的规定位置正确配置各热电微型组件3而产生不均匀的温度分布，为将热电微型组件固定于上述冷却板上要设置凹部，或以衬垫固定热电微型组件的位置。但在即使采取这些措施的情况下，由于上述凹部周边或衬垫上装上热电微型组件而往往产生组装不良现象，因此，希望在正确配置热电微型组件的同时，还要防止组装不良发生。
发明目的本发明的目的在于提供可紧密设置于冷却装置的圆板形冷却板的圆形面内的、可望有效提高冷却能力并降低温度分布不均的热电微型组件。
本发明的另一目的在于提供通过用上述热电微型组件提高冷却能力并降低温度分布不均的冷却装置。
技术方案为实现上述目的，本发明所提供的热电微型组件，其特征在于，该组件由在相对的一对传热板间配设多个珀尔贴元件形成；上述传热板具有呈圆弧状或直线状的外周侧轮廓部与内周侧轮廓部、以及将这些外周侧轮廓部与内周侧轮廓部相互连接的左右侧缘侧轮廓部，上述外周侧轮廓部形成得比内周侧轮廓部要长；另外，上述左右侧缘侧轮廓部在其至少一部分上含有向着上述内周侧轮廓部侧相互间的间距变窄地倾斜的相互不平行的第一直线部。
上述热电微型组件的传热板的左右侧缘侧轮廓部可以全部由上述第一直线部形成；也可以以上述第一直线部形成靠近内周侧轮廓部的部分，以相互平行的第二直线部形成靠近外周侧轮廓部的部分。
上述多个珀尔贴元件也可以从上述传热板的内周侧轮廓部向外周侧轮廓部在配置密度上具有梯度的进行设置。
另外，可在上述热电微型组件上设置贯通上述一对传热板的贯通孔。
还有，本发明所提供的晶片用冷却装置，其特征在于，以相邻热电微型组件的上述第一直线部相互平行并相互靠近的状态同心圆状将具有上述构成的多个热电微型组件设置于冷却晶片用的圆板形冷却板、和用于向外部散热的散热块间。
在上述冷却装置中，位于内侧圆周上的热电微型组件与位于外侧圆周上的热电微型组件也可以有相互不同的形状与尺寸。
上述冷却板、热电微型组件与散热块，在至少一部分热电微型组件设置位置，最好以贯通这些热电微型组件的螺钉相互固定起来。
在本发明中，最好是，通过以导线将配置成圆环状的热电微型组件的相邻件彼此依次连接起来，用上述导线将这些热电微型组件保持为必要的设置图案。
附图简要说明图1是表示本发明热电微型组件第一实施例的俯视图；图2是图1的II-II剖视图；图3是表示图1热电微型组件中的珀尔贴元件排列例的俯视图；图4是表示本发明热电微型组件第二实施例的珀尔贴元件排列例的俯视图；图5是表示本发明热电微型组件第三实施例的珀尔贴元件排列例的俯视图；图6是表示本发明热电微型组件第四实施例的珀尔贴元件排列例的俯视图；图7是表示本发明冷却装置的第一实施例的概略剖面图，是在图8的VII-VII线位置的剖面；图8是表示上述第一实施例的热电微型组件排列例的俯视图；图9是表示第二实施例冷却装置的热电微型组件排列例的俯视图；图10是表示第三实施例冷却装置的热电微型组件排列例的俯视图；图11是表示第四实施例冷却装置的热电微型组件排列例的俯视图；图12是现有冷却装置概略剖面图，在图13XII-XII位置取剖面；图13是表示图12冷却装置的热电微型组件排列状态的俯视图；实施例图1-图3表示本发明的非矩形热电微型组件第一实施例。该热电微型组件10A是以需要的图案紧密而且实际上是以均匀的密度将多个珀尔贴元件12配设于上下一对传热板11、11间。上述传热板11由传热性良好的陶瓷构成，它具有圆弧状的外周侧轮廓部11a和内周侧轮廓部11b、以及相互连接这些外周侧轮廓部11a和内周侧轮廓部11b的左右侧缘侧轮廓部11c、11d。上述外周侧轮廓部11a比内周侧轮廓部11b长；同时上述左右侧缘侧轮廓部11c、11d是由相互非平行的第一直线部14、14形成。这些第一直线部14、14从上述外周侧轮廓部11a侧向内周侧轮廓部11b侧逐渐变窄地倾斜，而且左右对称。
在上述热电微型组件10A的中间位置贯通上下传热板11、11地形成贯通孔16。该贯通孔16，在图7所示的冷却装置中，在将冷却板21、电热微型组件22A-22B、和散热块23以小螺钉24固定到一起的情况下，作为用于穿插该小螺钉24的安装用孔使用。或者，使该贯通孔的孔径做得比作为安装孔使用情况下要大一些，也可用为支承晶片W的升顶销25的穿过用孔。
图4是省去了上方传热板来表示的热电微型组件的第二实施例。该热电微型组件10B与前述第一实施例的热电微型组件10A的不同点在于传热板11的外周侧轮廓部11a和内周侧轮廓部11b分别为直线状，多个珀尔贴元件12在密度上带有梯度地被设置，以及不设贯通孔16。即，上述热电微型元件10B由于在梯形的一对传热板11、11间将多个珀尔贴元件12按从内周侧轮廓部11b向外周侧轮廓部11a去左右相邻的珀尔贴元件12、12间的间隔渐渐扩宽、其设置密度依次变小的方式设置。其他构成实际上与第一实施例相同。
但在上述第二实施例的热电微型元件10B中，也可将上述珀尔贴元件12按从内周侧轮廓部11b向外周侧轮廓部11a去依次使设置密度变密地进行配置。也可设置上述那样的贯通孔16。
图5省略上方传热板地表示的热电微型组件的第三实施例。该热电微型组件10C，与上述第二实施例的热电微型组件10B一样，珀尔贴元件12的设置密度带有梯度，其与第二实施例不同点在于，珀尔贴元件12的设置图案有些不同，传热板11的外周侧轮廓部11a与内周侧轮廓部11b分别成圆弧状。即，在传热板11的内周侧半部将上述珀尔贴元件12配设得密，而在传热板11外周侧半部配设得稀。上述传热板11的内周侧轮廓部11b也可以是直线。其他构成实际上与第二实施例相同。
图6是省去上方传热板地表示的热电微型组件第四实施例。该热电微型组件10D与上述第一实施例的热电微型组件10A的不同点在于，传热板11的左右侧缘侧轮廓部11c、11d不是仅由相互不平行的上述第一直线部14形成，是由位于靠内周侧轮廓部11b半部的上述第一直线部14、和位于靠外周侧轮廓部11a半部的相互平行的第二直线部15形成；该传热板11没有贯通孔16。其他构成实际上与第一实施例相同。
但是在上述第四实施例的热电微型组件10D中，在左右侧缘侧轮廓部11c、11d的上述第二直线部15也可是不平行的。这种情况下，该第二直线部15，向与上述第一直线部14同方向倾斜，但其倾斜程度要比第一直线部14平缓一些。另外，上述内周侧轮廓部11b与外周侧轮廓部11a中的至少一方也可成直线状。或者，也可将上述珀尔贴元件12按从内周侧轮廓部11b向外周侧轮廓部11a依次改变密度地设置；另外也可设上述贯通孔16。
上述各实施例的热电微型组件10A-10D，可以以上述各构成形式，根据用途改变内周侧轮廓部11b与外周侧轮廓部11a的尺寸、改变侧缘侧轮廓部11c、11d的长度而构成具有各种外形与尺寸的组件。
图7与图8概略表示了使用上述非矩形热电微型组件而形成的晶片用冷却装置的第一实施例。该冷却装置20是在用于冷却晶片W的圆板形冷却板21与用于向外部散热的散热块23之间同心圆状地配置多个不同形状的热电微型组件22A-22C、同时在中心部配置圆形热电微型组件22D。图中26是设于上述散热块23内部的制冷剂用流路。而且该散热导体23，只要是能向外部散出从上述热电微型组件22A-22D来的热量，可以是由一块板构成，也可以由多块板或类似的构件构成。
在上述冷却装置20中，位于外侧圆环27上的上述热电微型组件22A、和位于内侧圆环28上的上述热电微型组件22B、22C，其横宽和长度等可各不相同，但它们基本上具有图3或图5所示的构成。即，这些热电微型组件22A-22C，其上下传热板11具有成圆弧状的外周侧轮廓部11a和内周侧轮廓部11b、由相互不平行的第一直线部14构成左右侧缘侧轮廓部11c、11d。在使内周侧轮廓部11b向着冷却板21的中心侧并使外周侧轮廓部11a向着冷却板21的外周侧状态下，使相邻接的热电微型组件22A-22C的上述第一直线部14相互平行且相互接近地将多个热电微型组件22A-22C配置成圆环状。通过将位于内侧圆环28上的上述热电微型组件22B、22C配置于位于外侧圆环27上的上述热电微型组件22A、22A相邻配置，使其间的间隙内外不会连成一直线状。
另外，位于内外圆环27、28上的上述热电微型组件22A-22C，通过将相邻的彼此在靠外周端的位置以短导线依次连接起来，以导线29结合成在整体上保持圆环状的位置关系。而且在内侧圆环28上包含有长度不同的2种热电微型组件22B、22C。
另一方面，位于中央位置的热电微型组件22D则是将多个珀尔贴元件安装于圆板形的上下传热板间。
上述各热电微型组件22A-22C分别具有贯通孔16，通过至少在一部分热电微型组件的贯通孔16中，从散热块23一侧插入小螺钉24并拧入冷却板的螺纹孔21a，使得这些冷却板21、各热电微型组件22A-22C与散热块23结合为一体。这时，在各热电微型组件22A-22C的各传热板11与冷却板21以及散热块23间夹着高传热性的硅油等，以提高其密贴性。
另外，在位于内侧圆环上的热电微型组件22B、22C中的长度较短的热电微型组件22C的内周端与中央的热电微型组件22D间的空隙内以等中心角呈放射状设有贯通冷却板21和散热块23的多个孔25a，在这些孔25a内可自由上下动地插入升顶销25。
这样一来在上述冷却装置20中，由于把热电微型组件22A-22C做成特殊的非矩形，可以在冷却板21的圆形平面内无间隙地紧密设置这些热电微型组件。由此，在晶片W冷却时，不会在上述冷却板21上产生温度梯度，可均匀而高效地冷却整个该晶片W。
另外，在以小螺钉24结合起上述冷却板21、热电微型组件22A-22C和散热块23的情况下，由于在该热电微型组件位置以小螺钉止动，该热电微型组件可以起到垫片那样的作用而可防止冷却板21的变形，由于这样即使该冷却板21薄些，也可确定维持其平面度。而且，由于也是在上述小螺钉24的设置位置设置热电微型组件，就不会发生像现有产品那样这些设置部分变成闲置区而产生温度梯度的问题。
上述各热电微型组件22A-22C，可根据条件分别使用珀尔贴元件12均匀配设，或在内周侧与外周侧保持密度差进行配设。比如在晶片冷却时的冷却板21的温度比外气温度高、容易从该冷却板21的外周面向外气产生散热的情况下，在外侧圆环27上，如使用图5所示的那样的将珀尔贴元件12从内周侧轮廓部11b向外周侧轮廓部11a密度逐渐变稀那样地配设的热电微型组件的话，可有效消除上述冷却板21外周侧与其内周侧间的温度梯度。
另外，在上述冷却板21下面可以设置各热电微型组件嵌合定位用凹部，但圆环状紧密排列的各热电微型组件，由于以上述导线29依次连结起来、保持整体上的圆环状的位置关系，所以而未必设置这样的凹部。尚且在图示例中，是在每个圆环以导线29将上述热电微型组件结合为一体；但也可以是将圆环分割成多个区域，在每个区域以导线将热电微型组件结合起来，或者也可以将所有热电微型组件以导线29结合为一体。
图9示出了第二实施例冷却装置30的热电微型组件排列例。在该第二实施例中，位于外侧圆环27上的热电微型组件32A，与图4所示的热电微型组件10B具有基本相同的构造。即，该热电微型组件32A其上不传热板具有直线状的外周侧轮廓部11a与内周侧轮廓部11b、以及由互相不平行的第一直线部14形成的左右侧缘侧轮廓部11c、11d。另外，在上下传热板11上设有贯通孔16，在这些贯通孔16的至少一部分中插入结合用小螺钉。
另一方面，位于内侧圆环28上的热电微型组件32B、32C则具有基本上与图6所示的热电微型组件10D相类似的构成。即，这些热电微型组件32B、32C，其上下传热板11的外周侧轮廓部11a与内周侧轮廓部11b形成为圆弧状；同时其左右侧缘侧轮廓部11c、11d由位于靠内周侧轮廓部11b的半部的上述第一直线部14、和位于靠外周侧轮廓部11a半部的相互平行的第二直线部15形成。且上述相邻的热电微型组件的第一直线部14、14相互平行而接近地配设成圆环形。
这种位于内侧圆环28上的热电微型组件32B、32C上不形成贯通孔16，从而不会在该热电微型组件位置安装结合用小螺钉；而是通过相邻的热电微型组件第二直线部15、15间的间隙设有小螺钉拧入冷却板21的孔21a。
在上述冷却板21的中央部设置了将圆四等分的扇形热电微型组件32D。
上述第二实施例其他构成实际上与第一实施例相同。
图10示出了第三实施例冷却装置40的热电微型组件的排列例。在该第三实施例中，位于外侧圆环27上的热电微型组件42A具有基本上与图3或图5所示的热电微型组件10A、10C相同的构成。即，该热电微型组件42A，其上下传热板11具有圆弧状的外周侧轮廓部11a和内周侧轮廓部11b，以及由相互不平行的第一直线部14构成的左右侧缘侧轮廓部11c、11d。但在该侧缘侧轮廓部11c、11d靠外周端位置，形成了容易进行导线2a的连接的缺口31，这一点是与上述热电微型组件10A、10C不同的。另外，在上下传热板11上设贯通孔16，在这些贯通孔16的至少一部分中插入结合用小螺钉。
另一方面，位于内侧圆环28上的热电微型组件42B、42C具有与上述第二实施例情况下相同的构成。
在上述冷却板21的中央部设置了圆形热电微型组件42D。
图11示出了第四实施例冷却装置50的热电微型组件的排列例。在该第四实施例中，位于外侧圆环27上的热电微型组件52A，与上述第三实施例的位于外侧圆环27上的热电微型组件42A实际相同。
另一方面，位于内侧圆环28上的两种热电微型组件52B、52C，其基本构成与图6所示的热电微型组件10D相同，形成为相互以不同的尺寸，并交替配置。即，大型热电微型组件52B，其传热板11的外周侧轮廓部11a与内周侧轮廓部11b形成为圆弧状，左右侧缘侧轮廓部11c、11d由位于靠内周侧轮廓部11b半部的相互不平行的第一直线部14、和位于靠外周侧轮廓部11a半部的相互不平行的第二直线部15a形成。另外，在上述传热板11上设贯通孔16，在该贯通孔16插入结合用小螺钉。相对于此，小型热电微型组件52C，其传热板11的外周侧轮廓部11a与内周侧轮廓部11b形成为圆弧状，左右侧缘侧轮廓部11c、11d由位于靠内周侧轮廓部11b的半部的相互不平行的第一直线部14、和位于靠外周侧轮廓部11a半部的相互平行之第二直线部15形成。
在上述冷却板21中央部设置圆形热电微型组件52D。
权利要求
1.一种非矩形热电微型组件，其特征在于，它由在相对的一对传热板间配置多个珀尔贴元件来形成；上述传热板具有圆弧状或直线状的外周侧轮廓部与内周侧轮廓部、和将这些外周侧轮廓部与内周侧轮廓部相互连结起来的左右的侧缘侧轮廓部；上述外周侧轮廓部形成得比内周侧轮廓部长，同时上述左右的侧缘侧轮廓部之至少一部分上含有向上述内周侧轮廓部侧相互间的间距变窄地倾斜的相互不平行的第一直线部。
2.如权利要求1所记述的热电微型组件，其特征在于，上述传热板的左右侧缘侧轮廓部其整体由上述第一直线部形成。
3.如权利要求1所记述的热电微型组件，其特征在于，上述传热板的左右侧缘侧轮廓部由靠近内周侧轮廓部的上述第一直线部、和靠近外周侧轮廓部的相互平行或不平行的第二直线部形成。
4.如权利要求1所记述的热电微型组件，其特征在于，上述多个珀尔贴元件从上述传热板的内周侧轮廓部向外周侧轮廓部在配设密度上有梯度的进行设置。
5.如权利要求1所记述的热电微型组件，其特征在于，该热电微型组件具有贯通上述一对传热板的贯通孔。
6.一种晶片用冷却装置，其特征在于，在使相邻接的热电微型组件的上述第一直线部相互平行且接近状态下以同心圆状将权利要求1所记述的多个非矩形热电微型组件设置于冷却晶片用圆板形冷却板与向外部散热用的散热块之间。
7.如权利要求6所记述的冷却装置，其特征在于，位于内侧圆周上的热电微型组件与位于外侧圆上的热电微型组件具有相互不同的形状与尺寸。
8.如权利要求6所记述的冷却装置，其特征在于，在至少一部分的热电微型组件设置位置上由贯通该热电微型组件的螺钉将上述冷却板、热电微型组件及散热块相互固定。
9.如权利要求6所记述的冷却装置，其特征在于，在位于外侧圆环上的热电微型组件相互相邻的位置配置内侧圆环上的热电微型组件。
10.如权利要求6所记述的冷却装置，其特征在于，通过以导线将配置于圆环上的热电微型组件相邻组件彼此依次连接起来，而以上述导线将这些热电微型组件保持为必要的设置图案。
全文摘要
通过在一对传热板间配设多个珀尔贴元件而形成热电微型组件;上述传热板具有圆弧状或直线状的外周侧轮廓部与内周侧轮廓部、以及将这些外周侧轮廓部与内周侧轮廓部连结起来的左右侧缘侧轮廓部,上述外周侧轮廓部形成得比内周侧轮廓部长;在上述左右侧缘侧轮廓部至少一部分上含有向着上述内周侧轮廓部侧相互之间的间距变窄地倾斜的相互不平行的第一直线部。
文档编号F25B21/02GK1359161SQ0114383
公开日2002年7月17日 申请日期2001年12月14日 优先权日2000年12月15日
发明者财贺正生 申请人:速睦喜股份有限公司