JPH03106062A - 半導体集積回路装置の冷却構造 - Google Patents
半導体集積回路装置の冷却構造Info
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- JPH03106062A JPH03106062A JP1245834A JP24583489A JPH03106062A JP H03106062 A JPH03106062 A JP H03106062A JP 1245834 A JP1245834 A JP 1245834A JP 24583489 A JP24583489 A JP 24583489A JP H03106062 A JPH03106062 A JP H03106062A
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- Japan
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- jacket
- cap
- refrigerant
- integrated circuit
- circuit device
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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、半導体集積回路装置の冷却技術に関するもの
である。
である。
近年、ゲートアレイやマイクロコンピュータなどの論理
LSIにおいては、集積度の向上に伴って半導体チップ
あたりの消費電力が著し《増大しており、そのため回路
動作時にチップから発生する熱を如何に効率よく外部に
放出するかがチップの動作信頼性を確保する上で大きな
問題となっている。特にチップが基板に面実装(フェイ
スダウンボンディング)される場合は、チップと基板と
が小径のバンプ電極(CCBバンブ)を介して接続され
るので、チップの熱が効率よく基板側に伝達されず、チ
ップが過熱状態となる結果、回路が誤動作したり、チッ
プの寿命が短くなったりする虞れがある。
LSIにおいては、集積度の向上に伴って半導体チップ
あたりの消費電力が著し《増大しており、そのため回路
動作時にチップから発生する熱を如何に効率よく外部に
放出するかがチップの動作信頼性を確保する上で大きな
問題となっている。特にチップが基板に面実装(フェイ
スダウンボンディング)される場合は、チップと基板と
が小径のバンプ電極(CCBバンブ)を介して接続され
るので、チップの熱が効率よく基板側に伝達されず、チ
ップが過熱状態となる結果、回路が誤動作したり、チッ
プの寿命が短くなったりする虞れがある。
CCBバンブを介してチップを基板に実装した半導体集
積回路装置の放熱対策の一つに、チップの背面に金R製
のスプリング付きピストンを接触させ、このピストンを
通じてチップの熱を水冷の金属冷却板に伝達する冷却構
造が知られてぃる(株式会社サイエンスフォーラム発行
、「高密度実装技術ハンドブックJP240)。
積回路装置の放熱対策の一つに、チップの背面に金R製
のスプリング付きピストンを接触させ、このピストンを
通じてチップの熱を水冷の金属冷却板に伝達する冷却構
造が知られてぃる(株式会社サイエンスフォーラム発行
、「高密度実装技術ハンドブックJP240)。
しかしながら、上記従来技術はチップから発生した熱が
冷却媒体に到るまでの経路が長いために冷却効率が低い
という欠点がある。特に、一枚の基板上に多数のチップ
をフェイスダンウンボンディングする、いわゆるマルチ
チップモジュールの場合は、チップの過熱を充分に抑制
することが困難である。
冷却媒体に到るまでの経路が長いために冷却効率が低い
という欠点がある。特に、一枚の基板上に多数のチップ
をフェイスダンウンボンディングする、いわゆるマルチ
チップモジュールの場合は、チップの過熱を充分に抑制
することが困難である。
本発明は、上記した問題点に着目してなされたものであ
り、その目的はチップから発生した熱を効率よく外部に
放出することのできる冷却技術を提供することにある。
り、その目的はチップから発生した熱を効率よく外部に
放出することのできる冷却技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本願の一発明である半導体集積回路装置の冷却I造は、
パッケージ基板の主面にフェイスダウンボンディングし
た半導体チップをキャップで気密封止してなるパッケー
ジをモジュール基板の主面にボンディングし、前記キャ
ップの背面に冷却管の一端を接続するとともに、前記冷
却管の内部に内管を挿入してその一端を前記キャップの
背面近傍に配置することによって、冷媒供給用ジャケッ
トから前記内管を通じてキャップの背面領域に供給され
る冷媒を前記冷却管の内壁と前記内管の外壁との隙間を
通じて冷媒排出用ジャケットに排出するようにしたもの
である。
パッケージ基板の主面にフェイスダウンボンディングし
た半導体チップをキャップで気密封止してなるパッケー
ジをモジュール基板の主面にボンディングし、前記キャ
ップの背面に冷却管の一端を接続するとともに、前記冷
却管の内部に内管を挿入してその一端を前記キャップの
背面近傍に配置することによって、冷媒供給用ジャケッ
トから前記内管を通じてキャップの背面領域に供給され
る冷媒を前記冷却管の内壁と前記内管の外壁との隙間を
通じて冷媒排出用ジャケットに排出するようにしたもの
である。
本願の他の発明である半導体集積回路装置の冷却構造は
、パッケージ基板の主面にフェイスダウンボンディング
した半導体チップをキャップで気密封止してなるパッケ
ージをモジュール基板の主面にボンディングし、前記キ
ャップの背面に多孔質板を接合するとともに、前記多孔
質板を囲むようにして排気管の一端を接続することによ
って、前記パフケージの上方に設けた冷媒供給用ジャケ
ットから前記多孔質板に滴下される液体状の冷媒の蒸気
を前記排気管を通じて冷媒排出用ジャケットに排出する
ようにしたものである。
、パッケージ基板の主面にフェイスダウンボンディング
した半導体チップをキャップで気密封止してなるパッケ
ージをモジュール基板の主面にボンディングし、前記キ
ャップの背面に多孔質板を接合するとともに、前記多孔
質板を囲むようにして排気管の一端を接続することによ
って、前記パフケージの上方に設けた冷媒供給用ジャケ
ットから前記多孔質板に滴下される液体状の冷媒の蒸気
を前記排気管を通じて冷媒排出用ジャケットに排出する
ようにしたものである。
前記第一の発明によれば、内管を通じてキャップの背面
領域に供給される冷媒がキャップの背面に直接接触する
ので、半導体チップから発生した熱がキャップの背面か
ら効率よく外部に放出される。
領域に供給される冷媒がキャップの背面に直接接触する
ので、半導体チップから発生した熱がキャップの背面か
ら効率よく外部に放出される。
前記第二の発明によれば、表面積の極めて大きい多孔質
板の表面から冷媒が大量に気化され、その気化熱によっ
て多孔質板の熱が急速に奪われるので、半導体チップか
ら発生した熱がキャップの背面から効率よく外部に放出
される。
板の表面から冷媒が大量に気化され、その気化熱によっ
て多孔質板の熱が急速に奪われるので、半導体チップか
ら発生した熱がキャップの背面から効率よく外部に放出
される。
以下、実施例を用いて本発明を詳述する。
本実施例lにおける半導体集積回路装置のパッケージは
、第3図および第4図に示すようなチップキャリャ1で
ある。このチップキャリャ1は、CCBバンブ2を介し
てパッケージ基板3の電極4上にフエイスダウンボンデ
ィングした半導体チップ5をキャップ6で気密封止した
構造を有している。
、第3図および第4図に示すようなチップキャリャ1で
ある。このチップキャリャ1は、CCBバンブ2を介し
てパッケージ基板3の電極4上にフエイスダウンボンデ
ィングした半導体チップ5をキャップ6で気密封止した
構造を有している。
上記パッケージ基板3は、ムライトなどのセラミック材
料からなり、その内部には、例えばW(タングステン)
からなる内部配線7が形成されている。キャップ6は、
例えば窒化アルミニウム(AAN>からなり、封止用半
田8を介してパッケージ基板3の主面に固着されている
。半導体チッブ5の背面は、伝熱用半田9を介してキャ
ップ6の下面に固着されており、半導体チップ5から発
生した熱が伝熱用半田9を通じてキャップ6に伝達され
るようになっている。キャップ6の背面には、後述する
冷却管lOを接続するためのソケット11が設けられて
いる。このソケット11は、例えばキャップ6と一体に
或形されている。なお、キャップ6の寸法は、例えば1
4 mm X l 4 mm程度である。CCBバン
ブ2は、例えば2重量%程度0)Snを含有するP b
/ S n合金(融点=320〜330℃程度)で構
成されており、封止用半田8および伝熱用半田9は、例
えば10重量%程度のSnを含有するP b / S
n合金(融点=290〜300℃程度)で構成されてい
る。
料からなり、その内部には、例えばW(タングステン)
からなる内部配線7が形成されている。キャップ6は、
例えば窒化アルミニウム(AAN>からなり、封止用半
田8を介してパッケージ基板3の主面に固着されている
。半導体チッブ5の背面は、伝熱用半田9を介してキャ
ップ6の下面に固着されており、半導体チップ5から発
生した熱が伝熱用半田9を通じてキャップ6に伝達され
るようになっている。キャップ6の背面には、後述する
冷却管lOを接続するためのソケット11が設けられて
いる。このソケット11は、例えばキャップ6と一体に
或形されている。なお、キャップ6の寸法は、例えば1
4 mm X l 4 mm程度である。CCBバン
ブ2は、例えば2重量%程度0)Snを含有するP b
/ S n合金(融点=320〜330℃程度)で構
成されており、封止用半田8および伝熱用半田9は、例
えば10重量%程度のSnを含有するP b / S
n合金(融点=290〜300℃程度)で構成されてい
る。
パッケージ基板3の下面の電極4には、前記CCBバン
ブ2よりも大径のCCBバンブ12が接合されている。
ブ2よりも大径のCCBバンブ12が接合されている。
CCBバンプl2は、パッケージ基坂3の内部配線7を
通じてCCBバンプ2、さらには半導体チップ5と電気
的に接続されている。
通じてCCBバンプ2、さらには半導体チップ5と電気
的に接続されている。
CCBバンブ12は、例えば30重量%程度のSnを含
有するPb/Sn合金〈融点=250〜260℃程度)
で構成されている。
有するPb/Sn合金〈融点=250〜260℃程度)
で構成されている。
本実施例lの半導体集積回路装置は、以上のような構成
からなるチップキャリャ1の所定数をCCBバンブ12
を介して第3図、第4図には図示されていないモジュー
ル基板13の主面にボンディングして回路システムを構
成したものである。
からなるチップキャリャ1の所定数をCCBバンブ12
を介して第3図、第4図には図示されていないモジュー
ル基板13の主面にボンディングして回路システムを構
成したものである。
次に、この半導体集積回路装置の冷却構造を第1図およ
び第2図を用いて説明する。
び第2図を用いて説明する。
図示したように、モジュール基板13の下面ニは、複数
のチップキャリャlが所定の間隔を置いてボンディング
されている。チップキャリャ1のそれぞれは、CCBバ
ンブ12を介してモジュール基板13にフェイスダウン
ボンディングされている。モジュール基板l3は、例え
ばセラミックで構威され、その内部には図示しない多層
配線が形戊されている。
のチップキャリャlが所定の間隔を置いてボンディング
されている。チップキャリャ1のそれぞれは、CCBバ
ンブ12を介してモジュール基板13にフェイスダウン
ボンディングされている。モジュール基板l3は、例え
ばセラミックで構威され、その内部には図示しない多層
配線が形戊されている。
上記モジュール基板13の下方には、冷媒供給用ジャケ
ットl4および冷媒排出用ジャケット15がそれぞれ配
置されている。冷媒供給用ジャケット14には、その一
端に設けられた供給ロエ6を通じて液体状の冷媒(例え
ば純水)Cが供給される。一方、冷媒排出用ジャケット
15の一端には、冷媒Cを外部に排出する排出口17が
設けられている。
ットl4および冷媒排出用ジャケット15がそれぞれ配
置されている。冷媒供給用ジャケット14には、その一
端に設けられた供給ロエ6を通じて液体状の冷媒(例え
ば純水)Cが供給される。一方、冷媒排出用ジャケット
15の一端には、冷媒Cを外部に排出する排出口17が
設けられている。
モジ一−ル基板l3の下面にボンディングされたチップ
キャリャ1と前記冷媒排出用ジャケット15との間には
、冷却管10が設;ナられてぃる。
キャリャ1と前記冷媒排出用ジャケット15との間には
、冷却管10が設;ナられてぃる。
この冷却管10の上端は、チップキャリャlのキャップ
6に設けられたソケットl1に接続されている。冷却管
lOは、例えばOリング18を備えたカブラー19を介
して着脱自在に接続される。
6に設けられたソケットl1に接続されている。冷却管
lOは、例えばOリング18を備えたカブラー19を介
して着脱自在に接続される。
一方、冷却管10の下端は、冷媒排出用ジャケット15
の排出ポート20に接続されている。冷却管10は、例
えばアラミド繊維のような可撓性材料からなり、その径
は、例えば12印程度である。
の排出ポート20に接続されている。冷却管10は、例
えばアラミド繊維のような可撓性材料からなり、その径
は、例えば12印程度である。
チップキャリャ1と冷媒排出用ジャケット′15との間
に冷却管10を配設する際は、第1図に示すように、冷
却管10の中途に若干のたるみを持たせるとよい。この
ようにすると、回路動作時に半導体チップ5から発生す
る熱に起因して冷却管10に引張り応力が加わった場合
でも冷却管IOが伸縮できるので、冷却管10がソケ7
}11や排出ポート20から脱落したり、チップキャリ
ャ1とモジュール基板13との接合部であるCCBバン
ブ12に応力が集中したりする虞れがない。
に冷却管10を配設する際は、第1図に示すように、冷
却管10の中途に若干のたるみを持たせるとよい。この
ようにすると、回路動作時に半導体チップ5から発生す
る熱に起因して冷却管10に引張り応力が加わった場合
でも冷却管IOが伸縮できるので、冷却管10がソケ7
}11や排出ポート20から脱落したり、チップキャリ
ャ1とモジュール基板13との接合部であるCCBバン
ブ12に応力が集中したりする虞れがない。
上記冷却管10の内部には、内管21が挿入されている
。内管2lは、例えばアラミド繊維のような可撓性材料
からなり、その径は、例えば3〜4叩程度である。すな
わち内管21は、その外壁と冷却管10の内壁との間に
充分な量の冷媒Cが流通する隙間ができるような状態で
挿入されている。内管21の上端は、キャップ6の背面
近傍に配置されており、固定冶具22などによって支持
されている。一方、内管21の下端は、冷媒排出用ジャ
ケットl5と冷媒供給用ジャケット14とを隔てる壁面
に設けられた供給ポート23に接続されている。
。内管2lは、例えばアラミド繊維のような可撓性材料
からなり、その径は、例えば3〜4叩程度である。すな
わち内管21は、その外壁と冷却管10の内壁との間に
充分な量の冷媒Cが流通する隙間ができるような状態で
挿入されている。内管21の上端は、キャップ6の背面
近傍に配置されており、固定冶具22などによって支持
されている。一方、内管21の下端は、冷媒排出用ジャ
ケットl5と冷媒供給用ジャケット14とを隔てる壁面
に設けられた供給ポート23に接続されている。
以上のように構成された本実施例1の半導体集積回路装
置においては、冷媒供給用ジャケット14から内管21
を通ってキャップ6の背面領域に供給される冷媒Cがキ
ャップ6の背面に直接接触し、続いて内管21の外壁と
冷却管10の内壁との隙間を通って速やかに冷媒排出用
ジャケット15に排出されるので、回路動作時に半導体
チップ5から発生した熱はキャップ6の背面から速やか
に放出され、半導体チップ5が効率よく冷却される。
置においては、冷媒供給用ジャケット14から内管21
を通ってキャップ6の背面領域に供給される冷媒Cがキ
ャップ6の背面に直接接触し、続いて内管21の外壁と
冷却管10の内壁との隙間を通って速やかに冷媒排出用
ジャケット15に排出されるので、回路動作時に半導体
チップ5から発生した熱はキャップ6の背面から速やか
に放出され、半導体チップ5が効率よく冷却される。
また、本実施例1の半導体集積回路装置においては、冷
媒供給用ジャケット14および冷媒排出用ジャケットl
5をチップキャリャ1がボンディングされたモジュール
基板13の下方に配置したので、万一冷却管10の継目
やジャケット14,15から冷媒Cが漏れた場合でも、
チップキャリャ1やモジュール基板l3が濡れる虞れは
ない。
媒供給用ジャケット14および冷媒排出用ジャケットl
5をチップキャリャ1がボンディングされたモジュール
基板13の下方に配置したので、万一冷却管10の継目
やジャケット14,15から冷媒Cが漏れた場合でも、
チップキャリャ1やモジュール基板l3が濡れる虞れは
ない。
以上の説明では液体状の冷媒を使用する場合について説
明したが、本実施例1の冷却構造は、冷媒にガスを使用
することもできる。この場合は、モジュール基板の上面
にチップキャリャをボンディングし、さらにその上方に
冷媒供給用ジャケットや冷媒排出用ジャケットを配置し
てもよい。
明したが、本実施例1の冷却構造は、冷媒にガスを使用
することもできる。この場合は、モジュール基板の上面
にチップキャリャをボンディングし、さらにその上方に
冷媒供給用ジャケットや冷媒排出用ジャケットを配置し
てもよい。
〔実施例2〕
本実施例2の半導体集積回路装置は、チップヰヤリャ1
の所定数をモジュール基板13の主面にフェイスダウン
ボンディングして所定の回路システムを構成したもので
ある。このチップヰヤリャ1は、前記実施例1と同じ<
CCBバンブ2を介してパッケージ基板3の電極4上に
フエイスダウンボンディングした半導体チップ5をキャ
ップ6で気密封止した構造を有している。
の所定数をモジュール基板13の主面にフェイスダウン
ボンディングして所定の回路システムを構成したもので
ある。このチップヰヤリャ1は、前記実施例1と同じ<
CCBバンブ2を介してパッケージ基板3の電極4上に
フエイスダウンボンディングした半導体チップ5をキャ
ップ6で気密封止した構造を有している。
上記キャップ6の背面には、第6図に示すような円筒状
の冷却管工0が接続されている。この冷却管10は、例
えばCu−W合金、Cu,Ma、Niのような熱伝導性
の大きい材料で構成されており、半田、Au−Sn合金
などのろう材24を介してキャップ6の背面に固着され
ている。冷却管10の径は、例えば12ma+程度であ
る。
の冷却管工0が接続されている。この冷却管10は、例
えばCu−W合金、Cu,Ma、Niのような熱伝導性
の大きい材料で構成されており、半田、Au−Sn合金
などのろう材24を介してキャップ6の背面に固着され
ている。冷却管10の径は、例えば12ma+程度であ
る。
次に、本実施例2における半導体集積回路装置の冷却構
造を第5図を用いて説明する。
造を第5図を用いて説明する。
前記実施例1の場合と同じく、複数のチップキャリャ1
は、モジュール基板l3の下面に所定のvJ隔を置いて
ボンディングされており、冷媒供給用ジャケット14お
よび冷媒排出用ジャケット15は、モジュール基板13
の下方に配置されている。冷媒Cは、純水などの液体か
らなり、供給口l6を通じて冷媒供給用ジャケット14
に供給され、冷媒排出用ジャケット15の排出口17を
通じて外部に排出される。
は、モジュール基板l3の下面に所定のvJ隔を置いて
ボンディングされており、冷媒供給用ジャケット14お
よび冷媒排出用ジャケット15は、モジュール基板13
の下方に配置されている。冷媒Cは、純水などの液体か
らなり、供給口l6を通じて冷媒供給用ジャケット14
に供給され、冷媒排出用ジャケット15の排出口17を
通じて外部に排出される。
チップキャリャlのキャップ6の背面に固着された冷却
管10の下端は、冷媒排出用ジャケット15の上壁面に
設けられた開孔25を通じて冷媒排出用ジャケット15
内に遊挿されている。すなわち冷却管10は、その外壁
と開孔25との間に適度の隙間ができるような状態で冷
媒排出用ジャケット15内に挿入されている。このよう
に、冷却管10の外壁と開孔25との間に隙間を設けた
ことにより、回路動作時に半導体チップ5から発生する
熱に起因して冷却管10が膨張した場合でも、冷却管1
0は自由に伸長できるので、チップキャリャ1とモジュ
ール基板13との接合部であるCCBバンブ12に応力
が集中する虞れはない。
管10の下端は、冷媒排出用ジャケット15の上壁面に
設けられた開孔25を通じて冷媒排出用ジャケット15
内に遊挿されている。すなわち冷却管10は、その外壁
と開孔25との間に適度の隙間ができるような状態で冷
媒排出用ジャケット15内に挿入されている。このよう
に、冷却管10の外壁と開孔25との間に隙間を設けた
ことにより、回路動作時に半導体チップ5から発生する
熱に起因して冷却管10が膨張した場合でも、冷却管1
0は自由に伸長できるので、チップキャリャ1とモジュ
ール基板13との接合部であるCCBバンブ12に応力
が集中する虞れはない。
上記冷却管10の内部には、内管21の一部が挿入され
ている。内管21は、金属、セラミック等の硬質材料で
構威されており、その径は、例えば3〜4 mm程度で
ある。すなわち内管21は、その外壁と冷却管10の内
壁との間に充分な量の冷媒Cが流通する隙間ができるよ
うに挿入されている。内管21の上端は、キャップ6の
背面近傍に配置されており、その下端は、冷媒排出用ジ
ャケット15と冷媒供給用ジャケット14とを隔てる壁
面をX通して冷媒供給用ジャケット14内に通じている
。
ている。内管21は、金属、セラミック等の硬質材料で
構威されており、その径は、例えば3〜4 mm程度で
ある。すなわち内管21は、その外壁と冷却管10の内
壁との間に充分な量の冷媒Cが流通する隙間ができるよ
うに挿入されている。内管21の上端は、キャップ6の
背面近傍に配置されており、その下端は、冷媒排出用ジ
ャケット15と冷媒供給用ジャケット14とを隔てる壁
面をX通して冷媒供給用ジャケット14内に通じている
。
冷媒排出用ジャケット15内の冷媒Cが開孔25と冷却
管10の外壁との隙間から溢れ出てチップキャリャ1が
濡れるのを防止するため、冷媒排出用ジャケット15の
上壁面と冷媒Cの液面との間には空間が形戊される。こ
の空間を形或するには、冷媒排出用ジャケット15の容
積を冷媒供給用ジャケット14の容積よりも大きくする
か、あるいは排出口17の径を供給口16の径よりも大
きくすればよい。
管10の外壁との隙間から溢れ出てチップキャリャ1が
濡れるのを防止するため、冷媒排出用ジャケット15の
上壁面と冷媒Cの液面との間には空間が形戊される。こ
の空間を形或するには、冷媒排出用ジャケット15の容
積を冷媒供給用ジャケット14の容積よりも大きくする
か、あるいは排出口17の径を供給口16の径よりも大
きくすればよい。
以上のように構成された本実施例2の半導体集積回路装
置においては、冷媒供給用ジャケット14から内管21
を通ってチップキャリャ1のキャップ6の背面領域に供
給される冷媒Cがキャップ6の背面に直接接触し、続い
て内管21の外壁と冷却管10の内壁との隙間を通って
速やかに冷媒排出用ジャケット15に排出されるので、
前記実施例lの場合と同様、回路動作時に半導体チップ
5から発生した熱はキャップ6の背面から速やかに放出
され、半導体チップ5が効率よく冷却される。
置においては、冷媒供給用ジャケット14から内管21
を通ってチップキャリャ1のキャップ6の背面領域に供
給される冷媒Cがキャップ6の背面に直接接触し、続い
て内管21の外壁と冷却管10の内壁との隙間を通って
速やかに冷媒排出用ジャケット15に排出されるので、
前記実施例lの場合と同様、回路動作時に半導体チップ
5から発生した熱はキャップ6の背面から速やかに放出
され、半導体チップ5が効率よく冷却される。
また、本実施例2の半導体集積回路装置においては、必
要に応じて冷媒排出用ジャケット15の一部に吸気口2
6を設けて冷媒排出用ジャケット15内の大気を吸引す
るとよい。このようにすると、冷媒排出用ジャケット1
5内の気圧がモジュール基板13と冷媒排出用ジャケッ
ト15とで隔或された空間の気圧よりも低くなり、モジ
ュール基板I3と冷媒排出用ジャケット15とで隔或さ
れた空間から開孔25の隙間を通って冷媒排出用ジャケ
ット15内に流入する大気流が形戊されるので、チップ
キャリャ1の防水、防湿効果を高めることができる。ま
た、上記手段に代えて、モジュール基板13と冷媒排出
用ジャケッ}15とで隔或された空間を密閉し、その内
部に高圧の空気を送り込むことによっても同様の効果が
得られる。
要に応じて冷媒排出用ジャケット15の一部に吸気口2
6を設けて冷媒排出用ジャケット15内の大気を吸引す
るとよい。このようにすると、冷媒排出用ジャケット1
5内の気圧がモジュール基板13と冷媒排出用ジャケッ
ト15とで隔或された空間の気圧よりも低くなり、モジ
ュール基板I3と冷媒排出用ジャケット15とで隔或さ
れた空間から開孔25の隙間を通って冷媒排出用ジャケ
ット15内に流入する大気流が形戊されるので、チップ
キャリャ1の防水、防湿効果を高めることができる。ま
た、上記手段に代えて、モジュール基板13と冷媒排出
用ジャケッ}15とで隔或された空間を密閉し、その内
部に高圧の空気を送り込むことによっても同様の効果が
得られる。
なお、モジュール基仮13と冷媒排出用ジャケット15
とで隔成された空間と冷媒排出用ジャケット15の内部
空間との気圧差は、例えば0. 0 0 1〜0,Ol
kg/cd程度あればよい。
とで隔成された空間と冷媒排出用ジャケット15の内部
空間との気圧差は、例えば0. 0 0 1〜0,Ol
kg/cd程度あればよい。
〔実施例3〕
第8図に示すように、本実施例3のチップキャリャ1は
、そのキャップ6の背面に円筒状の冷却管10が接続さ
れている。この冷却管10は、前記実施例2のそれと同
様、例えばCu−W合金、Cu,Mo、Niのような熱
伝導性の大きい材料で構戊されており、半田、Au−S
n合金などのろう材24を介してキャップ6の背面に固
着されている。冷却管10の径は、例えば12一程度で
ある。
、そのキャップ6の背面に円筒状の冷却管10が接続さ
れている。この冷却管10は、前記実施例2のそれと同
様、例えばCu−W合金、Cu,Mo、Niのような熱
伝導性の大きい材料で構戊されており、半田、Au−S
n合金などのろう材24を介してキャップ6の背面に固
着されている。冷却管10の径は、例えば12一程度で
ある。
上記冷却管10の内部には、例えば有底円筒状をなす多
孔質板27が挿入されている。多孔質板27は、例えば
Aj!N,SiCのような熱伝導性の大きい材料で構戊
されている。多孔質板27の底面はろう材24を介して
キャップ6の背面に固着されており、これにより回路動
作時に半導体チップ5から発生した熱がヰヤップ6の背
面からろう材24を経て速やかに多孔質坂27に伝達さ
れるようになっている。
孔質板27が挿入されている。多孔質板27は、例えば
Aj!N,SiCのような熱伝導性の大きい材料で構戊
されている。多孔質板27の底面はろう材24を介して
キャップ6の背面に固着されており、これにより回路動
作時に半導体チップ5から発生した熱がヰヤップ6の背
面からろう材24を経て速やかに多孔質坂27に伝達さ
れるようになっている。
次に、本実施例3における半導体集積回路装置の冷却構
造を第7図を用いて説明する。
造を第7図を用いて説明する。
図示したように、モジュール基板13の上面には、複数
のチップキャリャ1が所定の間隔を置いてボンディング
されており、その上方には、冷媒供給用ジャケット14
および冷媒排出用ジャケット15がそれぞれ配置されて
いる。
のチップキャリャ1が所定の間隔を置いてボンディング
されており、その上方には、冷媒供給用ジャケット14
および冷媒排出用ジャケット15がそれぞれ配置されて
いる。
チップキャリャ1のキャップ6の背面に固着された冷却
管lOの上端は、冷媒排出用ジャケット15の下壁面に
設けられた開孔25を通じて冷媒排出用ジャケットl5
内に遊挿されている。すなわち冷却管10は、その外壁
と開孔25との間に適度の隙間ができるような状態で冷
媒排出用ジャケット15内に挿入されている。従って、
前記実施例2の場合と同様、回路動作時に半導体チツブ
5から発生する熱に起因して冷却管10が膨張した場合
でも、冷却管10は自由に伸長できるので、チップキャ
リャ1とモジュール基板13との接合部であるCCBバ
ンプ12に応力が集中する虞れはない。
管lOの上端は、冷媒排出用ジャケット15の下壁面に
設けられた開孔25を通じて冷媒排出用ジャケットl5
内に遊挿されている。すなわち冷却管10は、その外壁
と開孔25との間に適度の隙間ができるような状態で冷
媒排出用ジャケット15内に挿入されている。従って、
前記実施例2の場合と同様、回路動作時に半導体チツブ
5から発生する熱に起因して冷却管10が膨張した場合
でも、冷却管10は自由に伸長できるので、チップキャ
リャ1とモジュール基板13との接合部であるCCBバ
ンプ12に応力が集中する虞れはない。
上記冷却管10の内部には、例えば金属、セラミック等
の硬質材料で構威され、かつ微細な径を有する内管21
の一部が挿入されている。この内管21の下端は、キャ
ップ6の背面近傍に配置されており、その上端は、冷媒
排出用ジャケット15と冷媒供給用ジャケット14とを
隔てる壁面を貫通して冷媒供給用ジャケット14内に通
じている。
の硬質材料で構威され、かつ微細な径を有する内管21
の一部が挿入されている。この内管21の下端は、キャ
ップ6の背面近傍に配置されており、その上端は、冷媒
排出用ジャケット15と冷媒供給用ジャケット14とを
隔てる壁面を貫通して冷媒供給用ジャケット14内に通
じている。
供給口16から冷媒供給用ジャケット14内に供給され
た液体状の冷媒(例えば純水)Cは、内管21を通って
その下端から前記多孔質板27上に滴下されるようにな
っている。内管21の径は、冷媒Cの滴下量と多孔質板
27の表面で気化する冷媒Cの量とが釣り合うようにあ
らかじめ設定される。多孔質板27の表面で気化した冷
媒Cは、冷却管10、冷媒排出用ジャケット15を通り
、その排出口l7から外部に排出される。
た液体状の冷媒(例えば純水)Cは、内管21を通って
その下端から前記多孔質板27上に滴下されるようにな
っている。内管21の径は、冷媒Cの滴下量と多孔質板
27の表面で気化する冷媒Cの量とが釣り合うようにあ
らかじめ設定される。多孔質板27の表面で気化した冷
媒Cは、冷却管10、冷媒排出用ジャケット15を通り
、その排出口l7から外部に排出される。
以上のように構成された本実施例3の半導体集積回路装
置においては、内管21の下端から滴下された冷媒Cが
、表面積の極めて大きい多孔質板27の表面で大量に気
化されるので、その気化熱によって多孔質板27の熱が
急速に奪われる。その結果、回路動作時に半導体チップ
5から発生した熱はキャップ6の背面から速やかに放出
され、半導体チップ5が効率よく冷却される。
置においては、内管21の下端から滴下された冷媒Cが
、表面積の極めて大きい多孔質板27の表面で大量に気
化されるので、その気化熱によって多孔質板27の熱が
急速に奪われる。その結果、回路動作時に半導体チップ
5から発生した熱はキャップ6の背面から速やかに放出
され、半導体チップ5が効率よく冷却される。
また、本実施例3の半導体集積回路装置においては、冷
媒排出用ジャケット15の内部を減圧するとよい。この
ようにすると、多孔質板27の表面での気化が促進され
るので、半導体チップ5の冷却効率がより向上する。ま
た、このようにすると、モジュール基板l3と冷媒排出
用ジャケット15とで隔成された空間から開孔25の隙
間を通って冷媒排出用ジャケット15内に流入する大気
流が形戊されるので、チップキャリャ1の防水、防湿効
果も得られる。
媒排出用ジャケット15の内部を減圧するとよい。この
ようにすると、多孔質板27の表面での気化が促進され
るので、半導体チップ5の冷却効率がより向上する。ま
た、このようにすると、モジュール基板l3と冷媒排出
用ジャケット15とで隔成された空間から開孔25の隙
間を通って冷媒排出用ジャケット15内に流入する大気
流が形戊されるので、チップキャリャ1の防水、防湿効
果も得られる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない。
具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない。
前記実施例1〜3では、チップキャリャの冷却技術Sこ
適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、半導体チップを実装した基板をキ
ャップで気密封止する各種の半導体集積回路装置に適用
することができる。
適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、半導体チップを実装した基板をキ
ャップで気密封止する各種の半導体集積回路装置に適用
することができる。
本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。
(1).パッケージ基板の主面にフェイスダウンボンデ
ィングした半導体チップをキャップで気密封止してなる
パッケージをモジュール基板の主面にボンディングし、
前記キャップの背面に冷却管の一端を接続するとともに
、前記冷却管の内部に内管を挿入してその一端を前記キ
ャップの背面近傍に配置することによって、冷媒供給用
ジャケットから前記内管を通じてキャップの背面領域に
供給される冷媒を前記冷却管の内壁と前記内管の外壁と
の隙間を通じて冷媒排出用ジャケットに排出するように
した本発明の半導体集積回路装置の冷却構造によれば、
キャップの背面領域に供給される冷媒がキャップの背面
に直接接触するため、半導体チップから発生した熱をキ
ャップの背面から効率よく外部に放出させることができ
る。
ィングした半導体チップをキャップで気密封止してなる
パッケージをモジュール基板の主面にボンディングし、
前記キャップの背面に冷却管の一端を接続するとともに
、前記冷却管の内部に内管を挿入してその一端を前記キ
ャップの背面近傍に配置することによって、冷媒供給用
ジャケットから前記内管を通じてキャップの背面領域に
供給される冷媒を前記冷却管の内壁と前記内管の外壁と
の隙間を通じて冷媒排出用ジャケットに排出するように
した本発明の半導体集積回路装置の冷却構造によれば、
キャップの背面領域に供給される冷媒がキャップの背面
に直接接触するため、半導体チップから発生した熱をキ
ャップの背面から効率よく外部に放出させることができ
る。
(2)、パッケージ基板の主面にフェイスダウンボンデ
ィングした半導体チップをキャップで気密封止してなる
パッケージをモジュール基板の主面にボンディングし、
前記キャップの背面に多孔質板を接合するとともに、前
記多孔質板を囲むようにして排気管の一端を接続するこ
とによって、前記バ7ケージの上方に設けた冷媒供給用
ジャケットから前記多孔質板に滴下される液体状の冷媒
の蒸気を前記排気管を通じて冷媒排出用ジャケットに排
出するようにした本発明の半導体集積回路装置の冷却構
造によれば、多孔質板の表面で冷媒が速やかに気化され
、その気化熱によって多孔質板の熱が急速に奪われるの
で、半導体チップから発生した熱をキャップの背面から
効率よく外部に放出させることができる。
ィングした半導体チップをキャップで気密封止してなる
パッケージをモジュール基板の主面にボンディングし、
前記キャップの背面に多孔質板を接合するとともに、前
記多孔質板を囲むようにして排気管の一端を接続するこ
とによって、前記バ7ケージの上方に設けた冷媒供給用
ジャケットから前記多孔質板に滴下される液体状の冷媒
の蒸気を前記排気管を通じて冷媒排出用ジャケットに排
出するようにした本発明の半導体集積回路装置の冷却構
造によれば、多孔質板の表面で冷媒が速やかに気化され
、その気化熱によって多孔質板の熱が急速に奪われるの
で、半導体チップから発生した熱をキャップの背面から
効率よく外部に放出させることができる。
第l図は、本発明の一実施例である半導体集積回路装置
の冷却構造を示す要部破断正面図、第2図は、第1図の
一部拡大図、 第3図は、チップキャリャの斜視図、 第4図は、第3図のrV−1’V線断面図、第5図は、
本発明の他の実施例である半導体集積回路装置の冷却構
造を示す要部断面図、第6図は、チップヰヤリャの斜視
図、 第7図は、本発明のさらに他の実施例である半導体集積
回路装置の冷却構造を示す要部断面図、第8図は、チッ
プキャリャの要部破断斜視図である。 1・・・チップキャリャ、2.12・・・CCBバンブ
、3・・・パッケージ基板、4・・・電極、5・・・半
導体チップ、6・・・キャップ、7・・・内部配線、8
・・・封止用半田、9・・・伝熱用半田、10・・・冷
却管、1工・・・ソケット、13・・・モジュール基板
、14・・・冷媒供給用ジャケット、15・・・冷媒排
出用ジャケット、16・・・供給口、17・・・排出口
、18・・・0リング、工9・・・カブラー 2a・・
・排出ポート、2l・・・内管、22・・・固定冶具、
23・・・供給ボート、24・・・ろう材、25・・・
開孔、26・・・吸気口、27・・・多孔質板、C・・
・冷媒。 代理人 弁理士 筒 井 大 和 第 図 第 3図 第 図 第 図
の冷却構造を示す要部破断正面図、第2図は、第1図の
一部拡大図、 第3図は、チップキャリャの斜視図、 第4図は、第3図のrV−1’V線断面図、第5図は、
本発明の他の実施例である半導体集積回路装置の冷却構
造を示す要部断面図、第6図は、チップヰヤリャの斜視
図、 第7図は、本発明のさらに他の実施例である半導体集積
回路装置の冷却構造を示す要部断面図、第8図は、チッ
プキャリャの要部破断斜視図である。 1・・・チップキャリャ、2.12・・・CCBバンブ
、3・・・パッケージ基板、4・・・電極、5・・・半
導体チップ、6・・・キャップ、7・・・内部配線、8
・・・封止用半田、9・・・伝熱用半田、10・・・冷
却管、1工・・・ソケット、13・・・モジュール基板
、14・・・冷媒供給用ジャケット、15・・・冷媒排
出用ジャケット、16・・・供給口、17・・・排出口
、18・・・0リング、工9・・・カブラー 2a・・
・排出ポート、2l・・・内管、22・・・固定冶具、
23・・・供給ボート、24・・・ろう材、25・・・
開孔、26・・・吸気口、27・・・多孔質板、C・・
・冷媒。 代理人 弁理士 筒 井 大 和 第 図 第 3図 第 図 第 図
Claims (7)
- 1.パッケージ基板の主面にフェイスダウンボンディン
グした半導体チップをキャップで気密封止してなるパッ
ケージをモジュール基板の主面にボンディングし、前記
キャップの背面に冷却管の一端を接続するとともに、前
記冷却管の内部に内管を挿入してその一端を前記キャッ
プの背面近傍に配置することによって、冷媒供給用ジャ
ケットから前記内管を通じて前記キャップの背面領域に
供給される冷媒を前記冷却管の内壁と前記内管の外壁と
の隙間を通じて冷媒排出用ジャケットに排出するように
構成したことを特徴とする半導体集積回路装置の冷却構
造。 - 2.モジュール基板の下方に冷媒供給用ジャケットおよ
び冷媒排出用ジャケットをそれぞれ配置するとともに、
前記モジュール基板の下面にパッケージをボンディング
したことを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装
置の冷却構造。 - 3.冷媒排出用ジャケットの壁面に開孔を設け、前記開
孔を通じて冷却管の一端を前記冷媒排出用ジャケット内
に遊挿したことを特徴とする請求項2記載の半導体集積
回路装置の冷却構造。 - 4.モジュール基板と冷媒排出用ジャケットとで隔成さ
れた空間を前記冷媒排出用ジャケットの内部空間よりも
高圧にしたことを特徴とする請求項3記載の半導体集積
回路装置の冷却構造。 - 5.パッケージ基板の主面にフェイスダウンボンディン
グした半導体チップをキャップで気密封止してなるパッ
ケージをモジュール基板の主面にボンディングし、前記
キャップの背面に多孔質板を接合するとともに、前記多
孔質板を囲むようにして排気管の一端を接続することに
よって、前記パッケージの上方に設けた冷媒供給用ジャ
ケットから前記多孔質板に滴下される液体状の冷媒の蒸
気を前記排気管を通じて冷媒排出用ジャケットに排出す
るように構成したことを特徴とする半導体集積回路装置
の冷却構造。 - 6.冷媒排出用ジャケットの壁面に開孔を設け、前記開
孔を通じて排気管の一端を前記冷媒排出用ジャケット内
に遊挿したことを特徴とする請求項5記載の半導体集積
回路装置の冷却構造。 - 7.冷媒排出用ジャケットの内部を減圧することを特徴
とする請求項6記載の半導体集積回路装置の冷却構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1245834A JPH03106062A (ja) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | 半導体集積回路装置の冷却構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1245834A JPH03106062A (ja) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | 半導体集積回路装置の冷却構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03106062A true JPH03106062A (ja) | 1991-05-02 |
Family
ID=17139543
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1245834A Pending JPH03106062A (ja) | 1989-09-20 | 1989-09-20 | 半導体集積回路装置の冷却構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03106062A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011138840A (ja) * | 2009-12-26 | 2011-07-14 | Kyocera Corp | 発光素子載置用構造体、発光素子冷却機構、および発光装置 |
| JP2011525051A (ja) * | 2008-06-18 | 2011-09-08 | ブルサ エレクトロニック アーゲー | 電子素子用の冷却装置 |
| JP2015170625A (ja) * | 2014-03-05 | 2015-09-28 | 株式会社東芝 | 半導体パッケージ |
-
1989
- 1989-09-20 JP JP1245834A patent/JPH03106062A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011525051A (ja) * | 2008-06-18 | 2011-09-08 | ブルサ エレクトロニック アーゲー | 電子素子用の冷却装置 |
| KR101446828B1 (ko) * | 2008-06-18 | 2014-10-30 | 브루사 일렉트로닉 아게 | 전자소자용의 냉각장치 |
| JP2011138840A (ja) * | 2009-12-26 | 2011-07-14 | Kyocera Corp | 発光素子載置用構造体、発光素子冷却機構、および発光装置 |
| JP2015170625A (ja) * | 2014-03-05 | 2015-09-28 | 株式会社東芝 | 半導体パッケージ |
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