JPH0342512B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0342512B2 JPH0342512B2 JP59109486A JP10948684A JPH0342512B2 JP H0342512 B2 JPH0342512 B2 JP H0342512B2 JP 59109486 A JP59109486 A JP 59109486A JP 10948684 A JP10948684 A JP 10948684A JP H0342512 B2 JPH0342512 B2 JP H0342512B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid
- metal
- package
- semiconductor chip
- bottom plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- 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
- H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
- H10W40/70—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control
- H10W40/73—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control for cooling by change of state
-
- 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
- H10W72/884—Die-attach connectors and bond wires
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、IC、LSIなどの半導体チツプのパツ
ケージに関するものである。
ケージに関するものである。
IC、LSIチツプはますます高集積化と高密度化
が図られており、そのために使用時でのチツプの
発熱が大きくなり冷却を考慮しなくてはいけな
い。
が図られており、そのために使用時でのチツプの
発熱が大きくなり冷却を考慮しなくてはいけな
い。
従来の技術
半導体チツプを収容するパツケージとしてメタ
ルタイプ、セラミツクタイプ、サーデイプタイプ
あるいはプラスチツクタイプのパツケージが広く
使用されている（日本マイクロエレクトロニクス
協会編：「IC化実装技術」第137頁、図6.3、1980
年、(株)工業調査会、参照）。しかしながら、メタ
ルタイプ、セラミツクタイプおよびサーデイプタ
イプのパツケージでは半導体チツプがセラミツク
基体上に搭載されており、また、プラスチツクタ
イプのパツケージでは半導体チツプがプラスチツ
ク（合成樹脂）に被包されているために、これか
ら材料の熱伝導体の低さ（高い内部熱抵抗）によ
つて放熱効果は低い。
ルタイプ、セラミツクタイプ、サーデイプタイプ
あるいはプラスチツクタイプのパツケージが広く
使用されている（日本マイクロエレクトロニクス
協会編：「IC化実装技術」第137頁、図6.3、1980
年、(株)工業調査会、参照）。しかしながら、メタ
ルタイプ、セラミツクタイプおよびサーデイプタ
イプのパツケージでは半導体チツプがセラミツク
基体上に搭載されており、また、プラスチツクタ
イプのパツケージでは半導体チツプがプラスチツ
ク（合成樹脂）に被包されているために、これか
ら材料の熱伝導体の低さ（高い内部熱抵抗）によ
つて放熱効果は低い。
そこで、半導体チツプの放熱を主に考慮するな
らば、複数の半導体チツプをそのまま直接に回路
基板に取付け、これらチツプがフルオロカーボ
ン、フレオン（商品名）などの低沸点の冷却媒体
中に浸漬されるならば冷却効果は非常に高い（例
えば、特開昭48−17275号公報参照）。しかしなが
ら、この場合には、半導体チツプの取扱い（すな
わちパツケージなしの半導体チツプを回路基板上
に実装し、冷却媒体中に浸漬するまでの過程）
は、半導体チツプの機械的強度が低く、また、著
しくチツプの汚染をきらうために難しい。
らば、複数の半導体チツプをそのまま直接に回路
基板に取付け、これらチツプがフルオロカーボ
ン、フレオン（商品名）などの低沸点の冷却媒体
中に浸漬されるならば冷却効果は非常に高い（例
えば、特開昭48−17275号公報参照）。しかしなが
ら、この場合には、半導体チツプの取扱い（すな
わちパツケージなしの半導体チツプを回路基板上
に実装し、冷却媒体中に浸漬するまでの過程）
は、半導体チツプの機械的強度が低く、また、著
しくチツプの汚染をきらうために難しい。
発明が解決しようとする問題点
発熱する半導体チツプを収容したパツケージの
内部熱抵抗を下げる（すなわち、パツケージ材料
の熱伝導率を高める）ことおよび冷却効果の高い
沸騰冷却を採用することによつてパツケージの放
熱効率（すなわち、冷却効率）を高めるのが、本
発明が解決しようとする問題点である。
内部熱抵抗を下げる（すなわち、パツケージ材料
の熱伝導率を高める）ことおよび冷却効果の高い
沸騰冷却を採用することによつてパツケージの放
熱効率（すなわち、冷却効率）を高めるのが、本
発明が解決しようとする問題点である。
問題点を解決するための手段
上述の問題点が、半導体素子パツケージの金属
底板上に半導体素子チツプがろう付けされてお
り、かつ該半導体素子パツケージジの内部にフル
オロカーボンまたはハロフルオロカーボンの冷却
媒体液が封入されている液体封入型パツケージに
おいて、前記液体封入型パツケージはセラミツク
枠と、金属底板と、金属蓋とからなり、前記セラ
ミツク枠はその底面に前記金属板がそしてその上
面に前記金属蓋がろう付けされ、かつ該セラミツ
ク枠はその外側側面にリードが設けられかつその
内部に内側でワイヤボンデイング部となる配線層
を有し、前記半導体素子チツプは該ワイヤボンデ
イング部とワイヤボンデイングされ、および前記
金属底板および金属蓋がモリブデン、タングステ
ンまたはFe・Ni・Co系低熱膨張合金で作られて
いることを特徴とする液体封入型パツケージを提
供することによつて解決される。
底板上に半導体素子チツプがろう付けされてお
り、かつ該半導体素子パツケージジの内部にフル
オロカーボンまたはハロフルオロカーボンの冷却
媒体液が封入されている液体封入型パツケージに
おいて、前記液体封入型パツケージはセラミツク
枠と、金属底板と、金属蓋とからなり、前記セラ
ミツク枠はその底面に前記金属板がそしてその上
面に前記金属蓋がろう付けされ、かつ該セラミツ
ク枠はその外側側面にリードが設けられかつその
内部に内側でワイヤボンデイング部となる配線層
を有し、前記半導体素子チツプは該ワイヤボンデ
イング部とワイヤボンデイングされ、および前記
金属底板および金属蓋がモリブデン、タングステ
ンまたはFe・Ni・Co系低熱膨張合金で作られて
いることを特徴とする液体封入型パツケージを提
供することによつて解決される。
作 用
発熱する半導体チツプをパツケージの金属底板
にろう付けしているので、金属は熱抵抗が小さく
かつ熱伝導率が高いためにこの金属底板へ容易に
熱が伝わる。また、半導体チツプの熱は沸騰冷却
媒体液にも放熱され、媒体液に伝えられた熱は自
然対流および沸騰熱伝達により金属蓋へ伝わる。
このパツケージ内での沸騰冷却により半導体チツ
プは沸点よりも大きく温度が上昇することのない
ように冷却される。そして、金属底板および金属
蓋が空冷されるかあるいは別の化学沸騰冷却媒体
液中に浸漬されて沸騰冷却されるので、パツケー
ジの冷却効率が良い。
にろう付けしているので、金属は熱抵抗が小さく
かつ熱伝導率が高いためにこの金属底板へ容易に
熱が伝わる。また、半導体チツプの熱は沸騰冷却
媒体液にも放熱され、媒体液に伝えられた熱は自
然対流および沸騰熱伝達により金属蓋へ伝わる。
このパツケージ内での沸騰冷却により半導体チツ
プは沸点よりも大きく温度が上昇することのない
ように冷却される。そして、金属底板および金属
蓋が空冷されるかあるいは別の化学沸騰冷却媒体
液中に浸漬されて沸騰冷却されるので、パツケー
ジの冷却効率が良い。
実施例
以下、添付図面を参照して本発明の実施例をよ
り詳しく説明する。
り詳しく説明する。
第１図に本発明に係る液体封入型パツケージの
概略断面を示す。
概略断面を示す。
本発明に係るパツケージ１は、セラミツク枠２
と、金属底板３と、金属蓋４とからなり、金属底
板３はろう材５によつてそして金属蓋４はろう材
６によつてセラミツク枠２のメタライズ層にろう
付けされている。半導体チツプ７が金属底板３に
ろう材８によつて取付けられており、そして、パ
ツケージ１の内部空間に半導体チツプ７を浸漬す
ることになる低沸点冷却媒体液９が封入されてい
る。
と、金属底板３と、金属蓋４とからなり、金属底
板３はろう材５によつてそして金属蓋４はろう材
６によつてセラミツク枠２のメタライズ層にろう
付けされている。半導体チツプ７が金属底板３に
ろう材８によつて取付けられており、そして、パ
ツケージ１の内部空間に半導体チツプ７を浸漬す
ることになる低沸点冷却媒体液９が封入されてい
る。
本発明に係る液体封入型パツケージが次のよう
にして組立てられる。
にして組立てられる。
まず、金属底板３および金属蓋４を半導体チツ
プ７のシリコンおよびセラミツク枠２の熱膨張率
に近い熱膨張率であるモリブデン、タングステ
ン、Fe・Ni・Co系低熱膨張合金などで用意す
る。金属底板３をセラミツク枠２のメタライズ層
にろう材５（例えば、Au−Snはんだ又はPb−Sn
はんだ）によつてろう付けする。次に、金属底板
３上にIC、LSIなどの半導体チツプ７をAu−Sn
はんだなどのろう材８でダイボンデイングする。
このチツプ７とセラミツク枠２での配線層とをワ
イヤボンデイングによるワイヤ１０で接続する。
この配線層はセラミツク枠２の外側に取付けられ
ているリード１１につながつている。
プ７のシリコンおよびセラミツク枠２の熱膨張率
に近い熱膨張率であるモリブデン、タングステ
ン、Fe・Ni・Co系低熱膨張合金などで用意す
る。金属底板３をセラミツク枠２のメタライズ層
にろう材５（例えば、Au−Snはんだ又はPb−Sn
はんだ）によつてろう付けする。次に、金属底板
３上にIC、LSIなどの半導体チツプ７をAu−Sn
はんだなどのろう材８でダイボンデイングする。
このチツプ７とセラミツク枠２での配線層とをワ
イヤボンデイングによるワイヤ１０で接続する。
この配線層はセラミツク枠２の外側に取付けられ
ているリード１１につながつている。
次に、低沸点冷却媒体液９であるフルオロカー
ボン（C6F14、C7F16、C8F18など）あるいはハロ
フルオロカーボン、六塩化エタン（フレオン−
113：商品名）などをパツケージ１の内部に入れ
ている。この冷媒液９はその沸点が50℃以下であ
るのが好ましく、沸点が低いほど冷却効果も大き
いが、パツケージ内部圧力が上昇することになる
ので、沸点は30ないし60℃であるのが望ましい。
また、封入する冷媒液９の量は、半導体チツプ７
を完全に浸漬しかつ金属蓋４をしたときにパツケ
ージ内部空間の10ないし20体積％の空間１２が残
る量即ち、80〜90体積％である。この空間１２が
全くないと、冷媒液９の熱膨張によつてパツケー
ジ１の気密封止を破壊する損傷が発生する可能性
がある。
ボン（C6F14、C7F16、C8F18など）あるいはハロ
フルオロカーボン、六塩化エタン（フレオン−
113：商品名）などをパツケージ１の内部に入れ
ている。この冷媒液９はその沸点が50℃以下であ
るのが好ましく、沸点が低いほど冷却効果も大き
いが、パツケージ内部圧力が上昇することになる
ので、沸点は30ないし60℃であるのが望ましい。
また、封入する冷媒液９の量は、半導体チツプ７
を完全に浸漬しかつ金属蓋４をしたときにパツケ
ージ内部空間の10ないし20体積％の空間１２が残
る量即ち、80〜90体積％である。この空間１２が
全くないと、冷媒液９の熱膨張によつてパツケー
ジ１の気密封止を破壊する損傷が発生する可能性
がある。
次に、セラミツク枠２のメタライズ層に金属蓋
４をろう材５と同じろう材６によつてろう付けし
て気密封止する。そして、セラミツク枠２のリー
ド１１を所定の回路基板（図示せず）に取付け
る。
４をろう材５と同じろう材６によつてろう付けし
て気密封止する。そして、セラミツク枠２のリー
ド１１を所定の回路基板（図示せず）に取付け
る。
このようにし得られたパツケージ１（第１図）
の半導体装置を作動させると、半導体チツプ７が
発熱し、その熱がろう材８を通して金属底板３
へ、同時に沸騰冷却媒体液９へ伝達される。ま
ず、この冷媒液９によつてチツプ７は冷却され、
冷媒液９がその沸点近くの温度になると、チツプ
７が沸点以上になつたときに気泡１３が発生して
気化熱により冷媒液９が沸点より高くなることは
なく、したがつてチツプ７も沸点までに冷却（沸
騰冷却）される。そして、気泡１３の蒸気が空間
１２内で金属蓋４に熱を伝えると凝縮して液体と
なり滴下する。金属底板３および金属蓋４は空冷
方式、液冷方式、沸騰冷却方式などの公知の冷却
方法によつて冷却され、これらは金属で熱伝導率
が高いので放熱効率が良い。
の半導体装置を作動させると、半導体チツプ７が
発熱し、その熱がろう材８を通して金属底板３
へ、同時に沸騰冷却媒体液９へ伝達される。ま
ず、この冷媒液９によつてチツプ７は冷却され、
冷媒液９がその沸点近くの温度になると、チツプ
７が沸点以上になつたときに気泡１３が発生して
気化熱により冷媒液９が沸点より高くなることは
なく、したがつてチツプ７も沸点までに冷却（沸
騰冷却）される。そして、気泡１３の蒸気が空間
１２内で金属蓋４に熱を伝えると凝縮して液体と
なり滴下する。金属底板３および金属蓋４は空冷
方式、液冷方式、沸騰冷却方式などの公知の冷却
方法によつて冷却され、これらは金属で熱伝導率
が高いので放熱効率が良い。
発明の効果
上述したように本発明に係る液体封入型パツケ
ージは、半導体チツプからの熱をろう材および金
属底板を通して放熱しかつパツケージ内での沸騰
冷却によつても除去するのでパツケージとしての
冷却効率は高い。
ージは、半導体チツプからの熱をろう材および金
属底板を通して放熱しかつパツケージ内での沸騰
冷却によつても除去するのでパツケージとしての
冷却効率は高い。
第１図は本発明に係る液体封入型パツケージの
概略断面図である。 １……パツケージ、２……セラミツク枠、３…
…金属底板、４……金属蓋、５，６，８……ろう
材、７……半導体チツプ、９……低沸点冷却媒体
液、１２……空間、１３……気泡。
概略断面図である。 １……パツケージ、２……セラミツク枠、３…
…金属底板、４……金属蓋、５，６，８……ろう
材、７……半導体チツプ、９……低沸点冷却媒体
液、１２……空間、１３……気泡。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体素子パツケージの金属底板上に半導体
素子チツプがろう付けされており、かつ該半導体
素子パツケージの内部にフルオロカーボンまたは
ハロフルオロカーボンの冷媒液が封入されている
液体封入型パツケージにおいて、前記液体封入型
パツケージ１はセラミツク枠２と、金属底板３
と、金属蓋４とからなり、前記セラミツク枠２は
その底面に前記金属板３がそしてその上面に前記
金属蓋４がろう付けされ、かつ該セラミツク枠２
はその外側側面にリード１１が設けられかつその
内部に内側でワイヤボンデイング部となる配線層
を有し、前記半導体素子チツプ７は該ワイヤボン
デイング部とワイヤ１０で接続され、および前記
金属底板３および金属蓋４がモリブデン、タング
ステンまたはFe・Ni・Co系低熱膨張合金で作ら
れていることを特徴とする液体封入型パツケー
ジ。 ２ 封入する前記冷媒液９が前記液体封入型パツ
ケージ１の内部空間の90〜80体積％を占めている
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の液
体封入型パツケージ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59109486A JPS60254641A (ja) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | 液体封入型パツケ−ジ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59109486A JPS60254641A (ja) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | 液体封入型パツケ−ジ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60254641A JPS60254641A (ja) | 1985-12-16 |
| JPH0342512B2 true JPH0342512B2 (ja) | 1991-06-27 |
Family
ID=14511462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59109486A Granted JPS60254641A (ja) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | 液体封入型パツケ−ジ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60254641A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1993016882A1 (fr) * | 1992-02-26 | 1993-09-02 | Seiko Epson Corporation | Dispositif electronique additionnel et systeme electronique |
| EP0598902A4 (en) * | 1992-02-26 | 1995-06-28 | Seiko Epson Corp | ADDITIONAL ELECTRONIC DEVICE AND ELECTRONIC SYSTEM. |
| US8213431B2 (en) | 2008-01-18 | 2012-07-03 | The Boeing Company | System and method for enabling wireless real time applications over a wide area network in high signal intermittence environments |
| EP0608418B1 (en) | 1992-05-20 | 1998-11-04 | Seiko Epson Corporation | Cartridge for electronic apparatus |
| US5821457A (en) * | 1994-03-11 | 1998-10-13 | The Panda Project | Semiconductor die carrier having a dielectric epoxy between adjacent leads |
| US6339191B1 (en) * | 1994-03-11 | 2002-01-15 | Silicon Bandwidth Inc. | Prefabricated semiconductor chip carrier |
| DE10129006B4 (de) * | 2001-06-15 | 2009-07-30 | Conti Temic Microelectronic Gmbh | Elektronische Baugruppe |
| US7157793B2 (en) | 2003-11-12 | 2007-01-02 | U.S. Monolithics, L.L.C. | Direct contact semiconductor cooling |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5875860A (ja) * | 1981-10-30 | 1983-05-07 | Fujitsu Ltd | 冷媒封入型半導体装置 |
-
1984
- 1984-05-31 JP JP59109486A patent/JPS60254641A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60254641A (ja) | 1985-12-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |