JPH03178154A - 半導体集積回路装置 - Google Patents

半導体集積回路装置

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JPH03178154A
JPH03178154A JP1317306A JP31730689A JPH03178154A JP H03178154 A JPH03178154 A JP H03178154A JP 1317306 A JP1317306 A JP 1317306A JP 31730689 A JP31730689 A JP 31730689A JP H03178154 A JPH03178154 A JP H03178154A
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JP
Japan
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cap
integrated circuit
circuit device
semiconductor integrated
thermally conductive
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Application number
JP1317306A
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English (en)
Inventor
Kunizo Sawara
佐原 邦造
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W70/00Package substrates; Interposers; Redistribution layers [RDL]
    • H10W70/60Insulating or insulated package substrates; Interposers; Redistribution layers
    • H10W70/62Insulating or insulated package substrates; Interposers; Redistribution layers characterised by their interconnections
    • H10W70/65Shapes or dispositions of interconnections
    • H10W70/654Top-view layouts
    • H10W70/655Fan-out layouts
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/851Dispositions of multiple connectors or interconnections
    • H10W72/874On different surfaces
    • H10W72/877Bump connectors and die-attach connectors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00Package configurations
    • H10W90/701Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
    • H10W90/721Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bump connectors
    • H10W90/724Package 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

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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、半導体集積回路装置に関し、特に気密封止(
ハーメチック・シール)構造を有する半導体集積回路装
置の冷却に適用して効果のある技術に関するものである
〔従来の技術〕
半導体集積回路装置の気密封止構造の一つに、CCBバ
ンプを介してパッケージ基板に実装された半導体チップ
をキャップで気密封止した、いわゆるチップキャリヤ(
Chip Carrier)が知られている。このチッ
プキャリヤは、前記パッケージ基板の下面に設けたCC
Bバンプを介してモジュール基板に実装されるようにな
っている(特開昭62−249429号公報、特開昭6
3−310139号公報など〉。
近年、上記チップキャリヤは、集積回路の高密度化に伴
ってチップあたりの消費電力が著しく増大しており、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
上で重要な課題となっている。
そこで、上記チップキャリヤにおいては、チップの背面
とキャップの下面とを半田で接合することによって、チ
ップから発生する熱をこの半田を通じてキャップに逃が
すようにしており、さらに、チップキャリヤをモジュー
ル基板に実装する際には、前記キャップの上面に熱伝導
グリースを介して冷却管を重ね合せ、この冷却管内を流
れる冷媒によってキャップを冷却するようにしている。
なお、このようなチップキャリヤの冷却構造については
、特開昭55−178885号公報に記載されている。
〔発明が解決しようとする課題〕 ところが、熱伝導グリースを介してキャップの上面に冷
却管を重合する前記チップキャリヤの冷却構造において
は、キャップの温度が上昇した際に熱伝導グリースの粘
度が低下するため、その−部がキャップの外壁を伝って
パッケージ基板の下面に流れ込む結果、熱伝導グリース
中に含まれる導電性フィラーを介してCCBバンプ同士
が短絡するという問題があった。
本発明の目的は、上述した問題点を改善した半導体集積
回路装置の冷却技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記目的を達成するとともに、半
導体集積回路装置の冷却効率を向上させることのできる
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
〔課題を解決するための手段〕
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。
本願の一発明は、CCBバンプを介してパッケージ基板
の主面に実装され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実装し、
前記キャップの上面に設けた凹溝内に熱伝導グリースを
充填するとともに、前記キャップの上面に冷却管を重合
した半導体集積回路装置である。
〔作用〕
上記した手段によれば、キャップの上面に設けた凹溝内
に熱伝導グリースを充填することにより、キャップの温
度が上昇した際における熱伝導グリースの流出が抑制さ
れる。
〔実施例1〕 第1図に示すように、本実施例10半導体集積回路装置
は、モジュール基板1の主面に実装されたチップキャリ
ヤ2の上に冷却管3を重ね合わせた構造を有している。
図示はしないが、モジュール基板lの主面には、複数の
チップキャリヤ2が所定の間隔を置いて実装されている
チップキャリヤ2は、CCBバンプ4を介してパッケー
ジ基板5の電極6上にフェイスダウン・ボンディングし
た半導体チップ7をキャップ8で気密封止したパッケー
ジ構造を備えている。このキャップ8は、封止用半田9
を介してパッケージ基板5の主面に接合されている。
半導体チップ7の背面(上面)は、伝熱用半田10を介
してキャップ8の下面に固着されている。
従って、半導体チップ7から発生した熱は、伝熱用半田
10を通じてキャップ8に伝達され、さらに冷却管3に
伝達される。この冷却管3の内部には、所定の間隔を置
いて冷媒流路11が設けられており、それぞれの冷媒流
路ll内には、水などの冷媒Cが流れるようになってい
る。
パッケージ基板5の下面の電極6には、前記CCBバン
プ4よりも径の大きいCCBバンプ12が接合されてお
り、チップキャリヤ2は、このCCBバンプ12を介し
てモジュール基板1の電極6に接続されている。CCB
バンプ12は、パッケージ基板5内に設けられたW(タ
ングステン〉などの内部配線13を通じてCCBバンプ
4、さらには半導体チップ7と電気的に接続されている
なお、前記パッケージ基板5は、ムライトなどのセラミ
ック材料で構成されており、キャップ8は、例えば窒化
アルミニウム(AfN)で構成されている。CCBバン
プ4は、例えば2重量%程度の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、CCBバンプ12は、例えば30重量%程
度のSnを含有するP b / S n合金(融点=2
50〜260℃程度)で構成されている。封止用半田9
および伝熱用半田IOは、例えばlO重量%程度のSn
を含有するP b / S n合金(M点−290〜3
00℃程度)で構成されている。冷却管3は、セラミッ
クや金属のような熱伝導率の高い材料で構成されている
本実施例1のチップキャリヤ2は、キャップ8の上面中
央部に凹溝14が設けられている。また、この凹溝14
内には、熱伝導グリース15が隙間なく充填されている
。そのため、半導体チップ7から発生した熱は、伝熱用
半田10を通じてキャップ8に伝達された後、主として
凹溝14内の熱伝導グリース15を通じて冷却管3に伝
達される。
また、キャップ8に伝達された熱の一部は、キャップ8
と冷却管3との接触面(キャップ8の上面周縁部)を通
じて冷却管3に伝達される。
上記熱伝導グリース15には、ダイヤモンド粉末からな
る熱伝導媒体(図示せず)が含有されている。このダイ
ヤモンド粉末が含有されることにより、熱伝導グリース
15は、その熱伝導率が大きくなるとともに、粘性も高
くなる。
一方、キャップ8の上面周縁部、すなわちキャップ8が
冷却管3と接触する面には、Auのメタライズ層16が
設けられている。Auは、軟質の金属であるため、キャ
ップ8上に冷却管3を重ね合わせた後、冷却管3の上面
に適度の圧力を印加することにより、メタライズ層16
の表面が僅かに変形してキャップ8と冷却管3との接触
面の密着性が向上する。
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、下記のような効果を得ることができる。
〔1)、モジュール基板1の主面に実装されたチップキ
ャリヤ2のキャップ8上に冷却管3を重ね合わせた半導
体集積回路装置において、上記キャップ8の上面に凹溝
14を設け、その内部に熱伝導グリース15を充填した
ことにより、キャップ8の温度上昇に伴って熱膨張する
熱伝導グリース15がキャップ8の外壁を伝ってパッケ
ージ基板5の下面に流れ込むのを抑制することができる
ので、CCBバンプ12同士の短絡を防止することがで
きる。
(2)、熱伝導グリース15にダイヤモンド粉末を含有
させたことにより、熱伝導グリース15の粘性が高くな
り、キャップ8の温度上昇に伴う熱伝導グリース15の
粘性低下が抑制されるので、上記(1)の効果をより確
実に得ることができる。
(3)、キャップ8の上面周縁部にAuのメタライズ層
16を形成し、キャップ8と冷却管3との接触面の密着
性を向上させたことにより、上記(1)の効果をより確
実に得ることができる。
(4)、熱伝導グリース15にダイヤモンド粉末を含有
させてその熱伝導率を大きくしたことにより、凹溝14
内の熱伝導グリース15を通じて冷却管3に伝達される
熱量が増大するので、半導体集積回路装置の冷却効率が
向上する。
(5)、キャップ8の上面周縁部にAuのメタライズ層
16を形成し、キャップ8と冷却管3との接触面の密着
性を向上させたことにより、この接触面を通じて冷却管
3に伝達される熱量が増大するので、半導体集積回路装
置の冷却効率が向上する。
〔実施例2〕 本実施例2の半導体集積回路装置は、前記実施例1゛と
同じくモジュール基板1の主面に実装されたチップキャ
リヤ2のキャップ8上に冷却管3を重ね合わせた構造を
有している。図示はしないが、モジュール基板1の主面
には、複数のチップキャリヤ2が所定の間隔を置いて実
装されている。
第2図に示すように、本実施例2のチップキャリヤ2に
おいては、キャップ8の上面中央部に設けられた凹a1
4内に熱伝導グリース15を充填するとともに、この凹
溝14内に、上記熱伝導グリース15がキャップ8の横
方向に沿って熱膨張することのできるような隙間17を
設けている。
前記実施例1のように、凹溝14内に熱伝導グリース1
5を隙間なく充填した場合には、熱伝導グリース15が
冷却管3を持ち上げるように熱膨張するので、これによ
って生じたキャップ8と冷却管3の隙間を通じて熱伝導
グリース15が凹溝14外に流出する虞れがあった。こ
れに対して、凹溝14内に前記隙間17を設けた本実施
例2においては、熱伝導グリース15がキャップ8の横
方向に沿って熱膨張するため、冷却管3が持ち上げられ
る虞れはない。従って、熱伝導グリース15が凹溝14
外に流出してパッケージ基板5の下面に流れ込むのを確
実に防止することができるので、CCBバンプ12同士
の短絡をより確実に防止することができる。
また、第2図に示すように、本実施例2のチップキャリ
ヤ2においては、冷却管3の下面に脚部18が設けられ
ており、この脚部18の底面とキャップ8の周縁部とが
互いに接触するようになっている。
上記脚部18の底面は、その凸部と凹部との段差が、例
えば10μm程度以下となるように平坦化されており、
キャップ8と冷却管3との接触面の密着性が極めて良好
となっている。これにより、冷却管3とキャップ8との
接触面を通じて冷却管3に伝達される熱量が前記実施例
1の場合よりも増大するので、半導体集積回路装置の冷
却効率をさらに向上させることができる。
なお、本実施例2の半導体集積回路装置は、上述した点
を除いては前記実施例1と同一の構成となっているため
、実施例1と同一部分の説明は省略する。
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1.2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では、ダイヤモンド粉末からなる熱伝導媒
体を含有させることによって、熱伝導グリースの熱伝導
率および粘性を高くしたが、例えばカーボン粉末などの
熱伝導媒体を含有させることによっても、熱伝導グリー
スの熱伝導率を高くすることができる。
〔発明の効果〕
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
(1)、CCBバンプを介してパッケージ基板の主面に
実装され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実装し、前記キャ
ップの上面に設けた凹溝内に熱伝導グリースを充填する
とともに、前記キャップの上面に冷却管を重合した本発
明の半導体集積回路装置によれば、キャップの温度が上
昇した際に熱伝導グリースがキャップの外壁を伝ってパ
ッケージ基板の下面に流れ込むのを抑制することができ
るので、パッケージ基板の下面に設けられたCCBバン
プ同士の短絡を防止することができる。
(2)、上記した本発明の半導体集積回路装置において
、キャップの上面に設けた凹溝内に、熱伝導グリースが
キャップの横方向に沿って熱膨張することのできるよう
な隙間を設けることにより、熱伝導グリースが凹溝外に
流出してパッケージ基板の下面に流れ込むのを確実に防
止することができるので、CCBバンプ同士の短絡をよ
り確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例である半導体集積回路装置
の要部断面図、 第2図は、本発明の他の実施例である半導体集積回路装
置の要部断面図である。 1・・・モジュール基板、2・・・チップキャリヤ、3
・・・冷却管、4,12・・・CCBバンプ、5・・・
パッケージ基板、6・・・電極、7・・・半導体チップ
、8・・・キャップ、9・・・封止用半田、lO・・・
伝熱用半田、11・・・冷媒流路、13・・・内部配線
、14・・・凹溝、15・・・熱伝導グリース、16・
・・メタライズ層、17・・・隙間、18・・・脚部、
C・・・冷媒。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、CCBバンプを介してパッケージ基板の主面に実装
    された半導体チップをキャップで気密封止してなるパッ
    ケージを備え、前記パッケージをモジュール基板の主面
    に実装するとともに、前記キャップの上面に冷却管を重
    合してなる半導体集積回路装置であって、前記キャップ
    の上面に凹溝を設け、前記凹溝内に熱伝導グリースを充
    填したことを特徴とする半導体集積回路装置。 2、前記凹溝内に、前記熱伝導グリースがキャップの横
    方向に沿って熱膨張することのできるような隙間を設け
    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
    。 3、前記熱伝導グリースは、熱伝導媒体を含有している
    ことを特徴とする請求項1記載の半導体集積回路装置。 4、前記キャップと冷却管との接触面にAuのメタライ
    ズ層を設け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。 5、前記キャップと冷却管との接触面に平坦化処理を施
    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。
JP1317306A 1989-12-06 1989-12-06 半導体集積回路装置 Pending JPH03178154A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0717440A3 (en) * 1994-12-15 1997-11-26 Hitachi, Ltd. Cooling device of multi-chip module
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