熱性能を最大化し、全体的な信頼性を高め、損傷の可能性を最小限に抑えるには、ヒートシンクの接触表面がそれと対する表面と平行であることが重要です。ヒートシンクの表面が平行でないと、少なくともデバイス上の一部で TIM の厚さが最適でなくなります。この場合、熱性能が低下し、冷却が不均一となります。ヒートシンクが傾いていると、デバイスの接触面の一部に不均一な圧力が過大にかかり、リッドが変形する可能性があります。リッドレス デバイスの場合は、ダイの損傷につながる可能性もあります。リッド付きかリッドレスかを問わず、実際のデザインではヒートシンクの接触表面がデバイス表面に対して平行になるようにし、このような問題を避ける必要があります。製造プロセスがこの条件を満たしているかどうかは、ヒートシンク製造業者に確認してください。
従来のヒートシンクは、接触表面を滑らかな平面として製造することが一般的でした。ザイリンクスは、全体的な熱性能を向上させるためにエッチング パターンの使用を推奨しています。最大限の接触を得るには、0.050mm の共平面性となるようにエッチング パターンを制御する必要があります。これは特にリッドレス デバイスで効果がありますが、すべてのザイリンクス デバイスに適用できます。滑らかな平面ではなくエッチング パターンを使用することには、次の利点があります。
- TIM1.5 または TIM2 材料内に発生する微小な気泡の逃げ場所を作ることで、これらがたまって大きなボイド (空隙) を形成するのを防止でき、デバイスへの全体的な接触抵抗が低下する。
- 金属粒子を含む TIM 材料では、大きな粒子がエッチングの溝に入り込むため、TIM の厚さがより薄く均一になり、BLT (ボンド ライン厚) が薄くなる。
- エッチング パターンにより TIM 材料が接する表面積が大きくなり、接触抵抗がさらに減少する。
- 温度による熱膨張で接触表面が反っても、TIM 材料に大きなボイドやポンプアウトが生じず、エッチング領域に蓄えられた TIM によって表面間で熱が伝達される。
改善効果の程度は、アプリケーションにより異なります。ザイリンクスでは、この手法により 1°C ～ 5°C の改善が確認されていますが、TIM のボイドが大きい場合はさらに大きな効果が見込めます。
図 1.
ザイリンクスが推奨するヒートシンク接触表面のエッチング パターン
