JPH0281463A - 半導体装置の冷却実装構造 - Google Patents

半導体装置の冷却実装構造

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JPH0281463A
JPH0281463A JP63231828A JP23182888A JPH0281463A JP H0281463 A JPH0281463 A JP H0281463A JP 63231828 A JP63231828 A JP 63231828A JP 23182888 A JP23182888 A JP 23182888A JP H0281463 A JPH0281463 A JP H0281463A
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  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は集積回路の半導体チップから発生する熱を効率
良く除去することができる半導体装置の冷却実装構造お
よび冷却方法に関する。
〔従来の技術〕
近年の大型計算機においては、高速データ処理が要求さ
れるため、素子の高集積化が進み、一つの集積回路から
発生する熱量も飛躍的に増大してきた。このため、従来
は問題とされなかった集積回路の過剰な温度上昇が)懸
念され、集積回路の冷却が大型計算機実装での重要な課
題となってきた。
半導体チップから発生した熱を放出するために、従来さ
まざまの手段が行なねれている。標準的な冷却技術とし
て強制空冷法が行なわれている。この強制空冷法の1つ
として、集積回路の半導体パッケージの上部に放熱フィ
ンを設け、半導体チップから発生した熱を放熱フィンに
伝達するとともに、この放熱フィンを強制的に空冷して
冷却するようにしたものが知られている(例えば、[電
子通信学会誌JVoQ、65  No、7.(1982
年)。
第748頁から第753頁)。
また、第7図に示すように、半導体チップ4で発生した
熱をベルチェ素子10を用いて一相電力に変換したのち
、再び熱に戻して、この熱を入出力ピン3に伝達すると
ともに、人出力ビン3を空冷で冷却するようにしたもの
が提案されている(アイ・ビー・エム テクニカル デ
ィスクロージャー プルテン Vo12,27  No
、9.(1985年)、第5096頁から第5099頁
(IBMTechnical Disclosure 
Bulletin  VaQ、 27No、9.(19
82)、pp5096−5099))。
〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上記従来技術のうち、放熱フィンを設け
たものでは、放熱用フィンの接合が集積回路パッケージ
上面に限定されるため、半導体チップを充分に冷却する
ためには過大な空気量を必要とする。そして、空気量を
増大させると、雑音の問題が生じその実用性は限界に達
している。
また、ベルチェ素子10を用いたものでは、ぺルチェ素
子の使用により装置が複雑化して、コストおよび信頼性
の面で不利であった。
本発明の目的は、簡単な構造で充分な冷却性能が期待で
きる半導体装置の冷却実装構造および冷却方法を提供す
ることである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも1つ
の半導体チップを搭載し多数の入出力ピンを有する半導
体パッケージを、配線基板上に設置するとともに、前記
半導体パッケージと前記配線基板との間に空隙を形成し
、該空隙内に冷媒を流して前記半導体チップを冷却する
半導体装置の冷却実装構造において、前記冷媒が流れる
孔を、前記半導体パッケージに対向させて前記配線基板
に穿設したものである。
また、本発明は、少なくとも1つの半導体チップを搭載
し多数の入出力ピンを有する半導体パッケージを、配線
基板上に設置するとともに、前記半導体パッケージと前
記配線基板との間に空隙を形成し、該空隙内に冷媒を流
して前記半導体チップを冷却する半導体装置の冷却実装
構造において、前記冷媒が流れる孔を、前記半導体パッ
ケージに対向させて前記配線基板に穿設するとともに、
前記半導体パッケージに冷却フィンを設けたものである
また、本発明は、少なくとも1つの半導体チップを搭載
し多数の入出力ピンを有する半導体パッケージを、配線
基板上に設置するとともに、前記半導体パッケージと前
記配線基板との間に空隙を形成し、該空隙内に冷媒を流
して前記半導体チップを冷却する半導体装置の冷却実装
構造において、前記冷媒が流れる孔を、前記半導体パッ
ケージに対向させて前記配線基板に穿設するとともに、
前記半導体パッケージの入出力ピンの基部に冷却フィン
を設けものである。
また1本発明は、少なくとも1つの半導体チップを搭載
し多数の入出力ピンを有する半導体パッケージを、配線
基板上に設置するとともに、前記半導体パッケージと前
記配線基板との間に空隙を形成し、該空隙内に冷媒を流
して前記半導体チップを冷却する半導体装置の冷却実装
構造において、前記冷媒が流れる斜めの孔を、前記半導
体パッケージに対向させて前記配線基板に穿設するとと
もに、前記孔へ前記冷媒を導くためのガイド板を形成し
たものである。
さらに、本発明は、半導体チップを搭載した半導体パッ
ケージと該半導体パッケージが設置された配線基板との
間の空隙内に、冷媒を流すことによって前記半導体チッ
プの冷却を行なう半導体装置の冷却方法において、前記
配線基板に穿設された孔を介して、前記半導体パッケー
ジの入出力ピン側に前記冷媒を導入し、この導入された
冷媒が前記空隙内を流れる際に前記半導体チップと冷媒
との間で、熱交換を行なわせるようにしたことである。
また、本発明は、半導体パッケージを搭載した半導体パ
ッケージと該半導体パッケージが11された配線基板と
の間の空隙内に、冷媒を流すことによって前記半導体チ
ップの冷却を行なう半導体装置の冷却方法において、前
記半導体パッケージに上方より前記冷媒を流して、該冷
媒を前記半導体パッケージの入出力ピン側に導入し、こ
の導入された冷媒が前記空隙内を流れる際に前記半導体
チップと冷媒との間で、熱交換を行なわせたのち、前記
配線基板に穿設された孔を介して前記冷媒を排出するよ
うにしたことである。
さらに1本発明は、少なくとも一層以上の導電層と、入
出力ピン用のスルーホールとを有する配線基板において
、冷却媒体の流路となる孔が穿設されたものである。
〔作用〕
上記したように、半導体パッケージに対向させて配線基
板に孔を穿設しておけば、冷媒が配線基板に垂直な方向
に流れた場合、該孔を介して冷媒が流れ、半導体パッケ
ージおよび入出力ピンを均一に冷却することができ、冷
却効率が向上する。
また、半導体パッケージまたは入出力ピンの基部に冷却
フィンを設けておけば、冷却効率がより一層向上する。
また、配線基板に斜めの孔を穿設するとともに、ガイド
板を設けておけば、冷媒が配線基板に平行な方向に流れ
た場合、ガイド板によって冷媒は斜めの孔内へ導入され
て、半導体パッケージおよび入出力ピンを効率良く冷却
することができる。
さらに、冷媒を配線基板に垂直な方向に流すには、半導
体パッケージの上面側から流す場合と、半導体パッケー
ジの下面側すなわち配線基板の裏面から流す場合とが考
えられる。
〔実施例〕
以下に本発明の一実施例を図面に従って説明する。
第1図において、半導体チップ4は多数の導電層および
絶縁層からなる多層基板11上に搭載され球状の半田ボ
ール5によって電気的に接続されている。また、多層基
板11上に搭載された半導体チップ4はセラミック材料
等によって封止され半導体パッケージ2を形成している
。配線基板1に向かい合っている半導体パッケージ2の
面には。
血中央部を除き半導体チップ4に電気的に接続された多
数の入出力ピン3が取付けられている。更に、半導体パ
ッケージ2に取付けられた入出力ピン3の先端は多層基
板から成る配線基板1に銀ロー付は等によって接続され
ている。このとき、半導体パッケージ2と配線基板1と
の間には適当な空隙7が確保される。また、半導体パッ
ケージ2の下部に位置する配線基板1には、冷媒の通路
と成る孔6が開けられている。
第2図は、第1図の■−■線に沿った断面図である。配
線基板1の半導体パッケージ2に対向する面の中央部に
冷却媒体の通路と成る孔6は開けられている。
運転時において、半導体チップ4において発生した熱は
、半田ボール5および多層基板11に伝熱し半導体パッ
ケージ2全体に伝えられる。さらに、入出力ピン3およ
び大気中へと伝わる。一方。
配線基板1真面に吹き付けられた冷媒は、孔6より空隙
7に流入し半導体パッケージ2の裏面および人出力ピン
3の周面において熱交換を行ない配線基板1から流れ去
る。この一連の過程により、半導体チップは効果的に冷
却される。
第3図は、1個の半導体パッケージ2に対して冷媒導入
用孔6を複数個設けたものである。前記実施例と同様に
配線基板1の裏面に冷媒を噴射し、冷媒を空隙7に導入
して半導体パッケージ2の裏面および入出力ピン3の周
面において熱交換を行なわせる。
本実施例によれば、孔6を複数個にすることにより冷却
の効率を高めると共に、配線基板1に1個の大きな孔を
開けることにより配線基板1内の導電層の配置に制約を
与えることを回避し、冷却に必要な流量を確保すること
ができる。
第4図は、第1図に示した実施例において半4体パッケ
ージ2に冷却フィン8を取付けたものである。この実施
例では、配線基板1の裏面に冷媒を噴射し、空隙7に導
入し半導体パッケージ2の裏面および入出力ピン3の周
面において熱交換を行なわせた後、半導体パッケージ2
上面および側面に伝えられた熱を冷却フィン8から奪う
ことによってさらに冷却性能を高めた例である。
第5図は、第1図に示した実施例において人出カピン3
の基部に冷却フィン8Aを設けたものである。このよう
にすると、入出力ピン3の周囲の放熱面積が大きくなり
、空隙7を流れる冷媒によって入出力ピン3を効率良く
冷却することができる。
第6図は、配線基板1に斜めの孔6Aを穿設するととも
に、孔6Aへの冷却媒体の流入を助けるガイド板9を設
置したものである。本実施例においては、冷却媒体の流
入を助けるガイド板9を設けることにより、配線基板l
に沿って冷却媒体が流れている場合においても空隙7へ
の冷却媒体の流入量を確保し効率的に冷却を行なうよう
にした。
本実施例は多数の半導体パッケージ2が搭載されている
配線基板1が多数平行に設置されていて、配線基板1に
向かい合う位置に冷却媒体の供給装置が設置できないよ
うな場合に効果的である。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、半導体パッケー
ジおよび入出力ピンを均一に冷却できるため、空気量を
増大させることなく冷却効率を向上させることができる
。しかも、その構造が簡単であるから、コストおよび信
頼性の面で非常に有利である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る半導体装置の冷却実装構造を示す
断面図、第2図は第1図のn−n線に沿った断面図、第
3図乃至第6図は本発明の他の実施例を示す断面図、第
7図は従来の半導体装置の冷却実装構造を示す断面図で
ある。 1・・・配線基板、2・・・半導体パッケージ、3・・
・入出力ピン、4・・・半導体チップ、5・・・半田ボ
ール、6.6A・・・孔、7・・・空隙、8,8A・・
・冷却フィン、9・・・ガイド板。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.少なくとも1つの半導体チップを搭載し多数の入出
    力ピンを有する半導体パッケージを、配線基板上に設置
    するとともに、前記半導体パッケージと前記配線基板と
    の間に空隙を形成し、該空隙内に冷媒を流して前記半導
    体チップを冷却する半導体装置の冷却実装構造において
    、前記冷媒が流れる孔を、前記半導体パッケージに対向
    させて前記配線基板に穿設したことを特徴とする半導体
    装置の冷却実装構造。
  2. 2.請求項1に記載の冷却実装構造において、前記孔は
    前記半導体パッケージの略中央部に対向した位置に穿設
    されていることを特徴とする半導体装置の冷却実装構造
  3. 3.請求項1に記載の冷却実装構造において、前記孔は
    複数個穿設され、1つの孔は前記半導体パッケージの略
    中央部に対向して、他の孔は前記半導体パッケージの周
    縁部に対向してそれぞれ設けられていることを特徴とす
    る半導体装置の冷却実装構造。
  4. 4.少なくとも1つの半導体チップを搭載し多数の入出
    力ピンを有する半導体パッケージを、配線基板上に設置
    するとともに、前記半導体パッケージと前記配線基板と
    の間に空隙を形成し、該空隙内に冷媒を流して前記半導
    体チップを冷却する半導体装置の冷却実装構造において
    、前記冷媒が流れる孔を、前記半導体パッケージに対向
    させて前記配線基板に穿設するとともに、前記半導体パ
    ッケージに冷却フィンを設けたことを特徴とする半導体
    装置の冷却実装構造。
  5. 5.少なくとも1つの半導体チップを搭載し多数の入出
    力ピンを有する半導体パッケージを、配線基板上に設置
    するとともに、前記半導体パッケージと前記配線基板と
    の間に空隙を形成し、該空隙内に冷媒を流して前記半導
    体チップを冷却する半導体装置の冷却実装構造において
    、前記冷媒が流れる孔を、前記半導体パッケージに対向
    させて前記配線基板に穿設するとともに、前記半導体パ
    ッケージの入出力ピンの基部に冷却フィンを設けたこと
    を特徴とする半導体装置の冷却実装構造。
  6. 6.少なくとも1つの半導体チップを搭載し多数の入出
    力ピンを有する半導体パッケージを、配線基板上に設置
    するとともに、前記半導体パッケージと前記配線基板と
    の間に空隙を形成し、該空隙内に冷媒を流して前記半導
    体チップを冷却する半導体装置の冷却実装構造において
    、前記冷媒が流れる斜めの孔を、前記半導体パッケージ
    に対向させて前記配線基板に穿設するとともに、前記孔
    へ前記冷媒を導くためのガイド板を形成したことを特徴
    とする半導体装置の冷却実装構造。
  7. 7.半導体チップを搭載した半導体パッケージと該半導
    体パッケージが設置された配線基板との間の空隙内に、
    冷媒を流すことによって前記半導体チップの冷却を行な
    う半導体装置の冷却方法において、前記配線基板に穿設
    された孔を介して、前記半導体パッケージの入出力ピン
    側に前記冷媒を導入し、この導入された冷媒が前記空隙
    内を流れる際に前記半導体チップと冷媒との間で、熱交
    換を行なわせることを特徴とする半導体装置の冷却方法
  8. 8.半導体パッケージを搭載した半導体パッケージと該
    半導体パッケージが設置された配線基板との間の空隙内
    に、冷媒を流すことによって前記半導体チップの冷却を
    行なう半導体装置の冷却方法において、前記半導体パッ
    ケージに上方より前記冷媒を流して、該冷媒を前記半導
    体パッケージの入出力ピン側に導入し、この導入された
    冷媒が前記空隙内を流れる際に前記半導体チップと冷媒
    との間で、熱交換を行なわせたのち、前記配線基板に穿
    設された孔を介して前記冷媒を排出することを特徴とす
    る半導体装置の冷却方法。
  9. 9.少なくとも一層以上の導電層と、入出力ピン用のス
    ルーホールとを有する配線基板において、冷却媒体の流
    路となる孔が穿設された配線基板。
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