JPH01245550A - 半導体装置の冷却構造体 - Google Patents
半導体装置の冷却構造体Info
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- JPH01245550A JPH01245550A JP63072133A JP7213388A JPH01245550A JP H01245550 A JPH01245550 A JP H01245550A JP 63072133 A JP63072133 A JP 63072133A JP 7213388 A JP7213388 A JP 7213388A JP H01245550 A JPH01245550 A JP H01245550A
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- Japan
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- elements
- boundary plate
- plane
- semiconductor elements
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/851—Dispositions of multiple connectors or interconnections
- H10W72/874—On different surfaces
- H10W72/877—Bump connectors and die-attach connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W90/00—Package configurations
- H10W90/701—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
- H10W90/721—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bump connectors
- H10W90/724—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bump connectors between a chip and a stacked insulating package substrate, interposer or RDL
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、多数個の半導体素子をモジュール基板上に搭
載した構造の大型計算機に係り、特に半導体素子の発熱
を水冷却する境界板形状を三次元的な傾きやひずみが低
い応力で吸収できるダイアワラ１１構造体に関する。
載した構造の大型計算機に係り、特に半導体素子の発熱
を水冷却する境界板形状を三次元的な傾きやひずみが低
い応力で吸収できるダイアワラ１１構造体に関する。
従来の装置は、実開昭５７−１２４１５５号公報に記載
のように、多層モジュール基板」二に多数個の半導体素
子を搭載し、この半導体素子の背面には液体冷却の境界
板として波状構造のダイアフラムを接着し、多層モジュ
ール基板上の素子間の熱ひずみを吸収する構造案が提唱
されているが、ダイアフラムの平面上の動作、つまり、
縦、横の同時の伸び、縮みについて、その可否が追求さ
れていなかった。
のように、多層モジュール基板」二に多数個の半導体素
子を搭載し、この半導体素子の背面には液体冷却の境界
板として波状構造のダイアフラムを接着し、多層モジュ
ール基板上の素子間の熱ひずみを吸収する構造案が提唱
されているが、ダイアフラムの平面上の動作、つまり、
縦、横の同時の伸び、縮みについて、その可否が追求さ
れていなかった。
なお類似案として特開昭５７−２０（ｉ０５５５公報が
ある。
ある。
上記従来技術は波状構造のダイアフラムにおいて、平面
−ヒでの縦、横の同時変形の可否についての考慮がされ
ておらす、多層モジュール桟板」−で搭載された半導体
素子が背面に接続したダイアフラム間で発生する熱ひず
みは吸収できても、多層モジュール基板上の半導体素子
間の熱ひずみを緩和することは不可能である。つまり、
第４図、第５Ｉ２１に示すように、多層モジュール基板
２と半導体素子１、ダイアフラム９ａは接続材３，４で
一体化されており、多層モジュール基板の熱膨張で半導
体素子１を介してダイアフラム間に生じる半導体素子間
の熱ひずみは、第５図のように、縦方向位置Ｎ′と横方
向位置りで同じようにかかる。
−ヒでの縦、横の同時変形の可否についての考慮がされ
ておらす、多層モジュール桟板」−で搭載された半導体
素子が背面に接続したダイアフラム間で発生する熱ひず
みは吸収できても、多層モジュール基板上の半導体素子
間の熱ひずみを緩和することは不可能である。つまり、
第４図、第５Ｉ２１に示すように、多層モジュール基板
２と半導体素子１、ダイアフラム９ａは接続材３，４で
一体化されており、多層モジュール基板の熱膨張で半導
体素子１を介してダイアフラム間に生じる半導体素子間
の熱ひずみは、第５図のように、縦方向位置Ｎ′と横方
向位置りで同じようにかかる。
この場合、波状構造のダイアフラム面上では、横方向（
Ｘ軸上）では波状のダイアフラムで伸び。
Ｘ軸上）では波状のダイアフラムで伸び。
縮みの熱ひずみは緩和できそうでも、その直角方向（Ｙ
軸上）では波状効果が全くない。従って、半導体素子の
周辺に設けた波状構造のダイアフラムは、断面構造の厚
さ方向の熱ひずみは十分に吸収してくれるが、横方向の
熱ひずみに対しては全く緩和機能がなく、半導体素子間
ではその熱ひずみが全て半導体素子１および接続材３，
４にかかり、１妾続信頼性がいちじるしく低下するなど
の問題があった。
軸上）では波状効果が全くない。従って、半導体素子の
周辺に設けた波状構造のダイアフラムは、断面構造の厚
さ方向の熱ひずみは十分に吸収してくれるが、横方向の
熱ひずみに対しては全く緩和機能がなく、半導体素子間
ではその熱ひずみが全て半導体素子１および接続材３，
４にかかり、１妾続信頼性がいちじるしく低下するなど
の問題があった。
本発明の目的は、多層モジュール基板上に搭載された多
数個の半導体素子の熱冷却性をそこなわず、半導体素子
の厚さ方向での熱ひずみならびに半導体素子間に発生す
る熱ひずみが緩和、吸収できるダイアフラム構造を提供
することにある。
数個の半導体素子の熱冷却性をそこなわず、半導体素子
の厚さ方向での熱ひずみならびに半導体素子間に発生す
る熱ひずみが緩和、吸収できるダイアフラム構造を提供
することにある。
上記目的は、多層モジュール基板上に搭載した半導体素
子の背面に接続するダイアフラムの境界板を、半導体素
子背面に接続する而をそれ以外の境界板平面よりも低位
置となるように段差をつけた構造とし、接続する面とそ
れ以外の而との間に一輪以上の波状構造を形成させた一
体化のダイアフラム構造とすることにより達成される。
子の背面に接続するダイアフラムの境界板を、半導体素
子背面に接続する而をそれ以外の境界板平面よりも低位
置となるように段差をつけた構造とし、接続する面とそ
れ以外の而との間に一輪以上の波状構造を形成させた一
体化のダイアフラム構造とすることにより達成される。
段差をつけたダイアフラ１１の波状構造は、多層モジュ
ール基板上に搭載された多数個の半導体素子背面と接続
されているが、多層モジュール基板の膨張、収縮がもた
らす熱ひずみが半導体素子に伝わり半導体素子間の熱ひ
ずみとしてダイアフラムに伝達され１厘さ方向や多層モ
ジュール桟板と平行面上で熱ひずみとして前後、左右に
変化しようとした場合でもダイアフラムの段差ある波状
構造、すなわち１日本古来のちょうちんのような形状と
なるので、三次元的変化に十分に追従することができる
。それによって、半導体素子および−１−下問の接続部
に三次元的に変化する傾きや熱ひずみ量を低応力で吸収
できる。
ール基板上に搭載された多数個の半導体素子背面と接続
されているが、多層モジュール基板の膨張、収縮がもた
らす熱ひずみが半導体素子に伝わり半導体素子間の熱ひ
ずみとしてダイアフラムに伝達され１厘さ方向や多層モ
ジュール桟板と平行面上で熱ひずみとして前後、左右に
変化しようとした場合でもダイアフラムの段差ある波状
構造、すなわち１日本古来のちょうちんのような形状と
なるので、三次元的変化に十分に追従することができる
。それによって、半導体素子および−１−下問の接続部
に三次元的に変化する傾きや熱ひずみ量を低応力で吸収
できる。
以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図により説
明する。
明する。
第１図（ａ）及び（ｂ）は、本発明における半導体装置
の冷却構造体の断面及び拡大断面図である。
の冷却構造体の断面及び拡大断面図である。
裏面に信号ピン８を具備した多層モジュール基板２上に
、多数個の半導体素子１をはんだバンプで搭載接続し、
上部からは櫛歯５，５ａを設［１ｆｆｉした水冷ジャケ
ット６内の流体により半導体素子１の発熱を冷却する。
、多数個の半導体素子１をはんだバンプで搭載接続し、
上部からは櫛歯５，５ａを設［１ｆｆｉした水冷ジャケ
ット６内の流体により半導体素子１の発熱を冷却する。
この場合、水冷ジャケラ１、内の流体と半導体素子との
境界板を、第１図（ａ）および（ｂ）に示すように、半
導体素子の周辺に段差をもつ波形部１１を設けた構造と
する。この段差波形部１１をもつ境界板は、熱伝導性が
よく、かつ、加工性の良い銅及び銅合金、あるいは、銀
及び銀合金等の薄板−棒材から打抜き加工等で作られた
ものである。特に、境界板としてダイアフラム平面部９
ａよりも素子接続部９ｂを下方位置。
境界板を、第１図（ａ）および（ｂ）に示すように、半
導体素子の周辺に段差をもつ波形部１１を設けた構造と
する。この段差波形部１１をもつ境界板は、熱伝導性が
よく、かつ、加工性の良い銅及び銅合金、あるいは、銀
及び銀合金等の薄板−棒材から打抜き加工等で作られた
ものである。特に、境界板としてダイアフラム平面部９
ａよりも素子接続部９ｂを下方位置。
すなわち、半導体素子側に位置させ、互いの部分の間に
二段以上の波形構造を設けることが重要である。
二段以上の波形構造を設けることが重要である。
第２図は、本発明の段差波形部の変形例を示す、説明図
で、切断見取図である。また、第３図は。
で、切断見取図である。また、第３図は。
段差波形部の変形態を平面的に見た図である。
第２図に示すように、半導体装置の稼動時において、多
層モジュール基板２が膨張矢図２ａのように伸び縮みし
た場合、はんだノ（ンプ３で１妾材２さ才した半導体索
子１は半導体基板と一体であるカ、ラメ３ ｒ−ＦＳ！
ｌ！ＩＪ矢図のように欠口する。この時、半導体素子と
境界板の素子接続部９ｂは接続はんだテ１妾続されてい
るので、当然ながら、素子移動欠口１４の分だけ移動す
る。これらの一連の移動に対して、境界板のダイアフラ
ム平面部９ ａよりも素子接続部９ｂが数段の段差波形
部１１ａ、ｌｌｂを経てつながっているので、接続部９
ｂの移動に対し波形部が移動矢筒ＩＬｃのように順々に
移動することができる。すなわち、ダイアフラム平面部
９ａでは多層モジュール基板２やそれと一体接続されて
いる半導体素子１の膨張、収縮の装置稼動時の熱ひずみ
に対応した動きには追従できないが、段差波形部１１ａ
、ｌｌｂによって追従することができる。第３図は、こ
の動きを水冷ジャケット６内より平面的にとらえた図で
ある。半導体素子１と境界板を介して表裏一体となって
いる櫛歯５ａの動きは、多層モジュール基板２の膨張、
収縮の動きと同一であるが、櫛歯、すなわち、半導体素
子１の周辺に設けられた波形構造のダイアフラムによっ
て、Ｘ！ＩＩＩＸ、Ｘ’で移動矢筒りのように変化して
もＹｌｉｌｌｌＹ、Ｙ’の域では波形部移動欠口０．）
）のように変化することができる。従って、櫛歯に面し
たダイアプラムの平面では、Ｙ軸が移動矢筒りの分だけ
移動して移動ＹｉｌｌｌＺ、Ｚ・となり、段差波形部で
はその移動量に従って、順次少なくなってダイアフラム
平面部に至る。また、段差の波形構造をもつダイアフラ
ムでは、多層モジュール基板および搭載した半導体素子
、ならびに、各接続材など、厚さ方向に対する膨張、収
縮を吸収可能であることは既知の通りである。
層モジュール基板２が膨張矢図２ａのように伸び縮みし
た場合、はんだノ（ンプ３で１妾材２さ才した半導体索
子１は半導体基板と一体であるカ、ラメ３ ｒ−ＦＳ！
ｌ！ＩＪ矢図のように欠口する。この時、半導体素子と
境界板の素子接続部９ｂは接続はんだテ１妾続されてい
るので、当然ながら、素子移動欠口１４の分だけ移動す
る。これらの一連の移動に対して、境界板のダイアフラ
ム平面部９ ａよりも素子接続部９ｂが数段の段差波形
部１１ａ、ｌｌｂを経てつながっているので、接続部９
ｂの移動に対し波形部が移動矢筒ＩＬｃのように順々に
移動することができる。すなわち、ダイアフラム平面部
９ａでは多層モジュール基板２やそれと一体接続されて
いる半導体素子１の膨張、収縮の装置稼動時の熱ひずみ
に対応した動きには追従できないが、段差波形部１１ａ
、ｌｌｂによって追従することができる。第３図は、こ
の動きを水冷ジャケット６内より平面的にとらえた図で
ある。半導体素子１と境界板を介して表裏一体となって
いる櫛歯５ａの動きは、多層モジュール基板２の膨張、
収縮の動きと同一であるが、櫛歯、すなわち、半導体素
子１の周辺に設けられた波形構造のダイアフラムによっ
て、Ｘ！ＩＩＩＸ、Ｘ’で移動矢筒りのように変化して
もＹｌｉｌｌｌＹ、Ｙ’の域では波形部移動欠口０．）
）のように変化することができる。従って、櫛歯に面し
たダイアプラムの平面では、Ｙ軸が移動矢筒りの分だけ
移動して移動ＹｉｌｌｌＺ、Ｚ・となり、段差波形部で
はその移動量に従って、順次少なくなってダイアフラム
平面部に至る。また、段差の波形構造をもつダイアフラ
ムでは、多層モジュール基板および搭載した半導体素子
、ならびに、各接続材など、厚さ方向に対する膨張、収
縮を吸収可能であることは既知の通りである。
本実施例によれば、半導体の実装部における三次元的な
熱ひずみを一体物からなる段差波形構造のダイアフラム
で吸収できるので、半導体素子および接続部の損傷がな
く、半導体装置の冷却構造体を安価に得ることができる
。また、段差波形構造のダイアフラムを二枚重ねた構造
とし、下部のダイアフラムが半導体素子背面とはんだ接
続され。
熱ひずみを一体物からなる段差波形構造のダイアフラム
で吸収できるので、半導体素子および接続部の損傷がな
く、半導体装置の冷却構造体を安価に得ることができる
。また、段差波形構造のダイアフラムを二枚重ねた構造
とし、下部のダイアフラムが半導体素子背面とはんだ接
続され。
二枚のダイアフラム間の中に液冷流体を流通させた構造
とすることで、ダイアフラム構造よりも一層の発熱冷却
が可能となる。
とすることで、ダイアフラム構造よりも一層の発熱冷却
が可能となる。
図中、７は液体流れ欠口、１２は平面波形部である。
本発明によれば、段差をもつ波形構造のダイアフラムに
より半導体素子の実装部の三次元的な熱ひずみを低応力
で吸収でき、半導体装置の冷却構造体を安価に製造する
ことができる。
より半導体素子の実装部の三次元的な熱ひずみを低応力
で吸収でき、半導体装置の冷却構造体を安価に製造する
ことができる。
第１図は本発明の一実施例の半導体装置の冷却構造体断
面図（、）と斜視図（ｂ）、第２図は第１図の段差波形
構造部の熱ひずみ変形を吸収する説明図、第３図は段差
波形構造のダイアフラムの平面的変形を示す説明図、第
４図は従来方法におけるダイアフラム構造の半導体装置
の断面図（ａ）および斜視図（ｂ）、第５図は平面上に
設けた波状構造のダイアフラムの変形を示す説明図であ
る。 １・・・半導体素子、２・・多層モジュール基板、３・
・・はんだバンプ、４・・接続はんだ、９ａ・・ダイア
フラム平面部。 先１図 （α） 炙） 范′２−図 １ｈ 嘉３日 ■
面図（、）と斜視図（ｂ）、第２図は第１図の段差波形
構造部の熱ひずみ変形を吸収する説明図、第３図は段差
波形構造のダイアフラムの平面的変形を示す説明図、第
４図は従来方法におけるダイアフラム構造の半導体装置
の断面図（ａ）および斜視図（ｂ）、第５図は平面上に
設けた波状構造のダイアフラムの変形を示す説明図であ
る。 １・・・半導体素子、２・・多層モジュール基板、３・
・・はんだバンプ、４・・接続はんだ、９ａ・・ダイア
フラム平面部。 先１図 （α） 炙） 范′２−図 １ｈ 嘉３日 ■
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、半導体素子の実装部を冷却する波状構造のダイアフ
ラムを素子背面に接続し、冷却液体の流動を可能とした
ハウジング構造を具備した半導体装置において、 前記ダイアフラムで前記素子背面に接続する面が、前記
ダイアフラムの素子と接続されない平面より低く素子側
に位置し、その中間を階段状に複数段のダイアフラム構
造体からなることを特徴とする半導体装置の冷却構造体
。 ２、特許請求の範囲第１項において、 多数個の前記半導体素子を接続した階段上のダイアフラ
ム構造体が、一体の薄板からなることを特徴とする半導
体装置の冷却構造体。 ３、特許請求の範囲第１項において、 階段状の前記ダイアフラム構造体材が銅および銅合金、
あるいは銀および銀合金のいずれかの材料からなること
を特徴とする半導体装置の冷却構造体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63072133A JPH01245550A (ja) | 1988-03-28 | 1988-03-28 | 半導体装置の冷却構造体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63072133A JPH01245550A (ja) | 1988-03-28 | 1988-03-28 | 半導体装置の冷却構造体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01245550A true JPH01245550A (ja) | 1989-09-29 |
Family
ID=13480489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63072133A Pending JPH01245550A (ja) | 1988-03-28 | 1988-03-28 | 半導体装置の冷却構造体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01245550A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999045273A1 (en) * | 1998-03-04 | 1999-09-10 | Ebara Corporation | Performance regulating device for fluid machinery |
| JP2007189146A (ja) * | 2006-01-16 | 2007-07-26 | Mitsubishi Electric Corp | 熱交換器 |
| JP2013534048A (ja) * | 2010-06-11 | 2013-08-29 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | フレキシブルな熱交換器 |
| WO2017144040A1 (de) * | 2016-02-24 | 2017-08-31 | Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung verfahren und anlage zu der inhomogenen abkühlung eines flächigen gegenstandes |
| EP3712936A1 (en) * | 2019-03-19 | 2020-09-23 | Quanta Computer Inc. | Flexible base design for chipset heat sink |
| FR3138563A1 (fr) * | 2022-07-27 | 2024-02-02 | Safran Electronics & Defense | Drain thermique pour une carte électronique |
| DE102024106246A1 (de) * | 2024-03-05 | 2025-09-11 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Wechselrichter |
-
1988
- 1988-03-28 JP JP63072133A patent/JPH01245550A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE102024106246B4 (de) * | 2024-03-05 | 2025-10-02 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Wechselrichter |
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