JPH04122054A - 半導体装置 - Google Patents

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、半導体装置に関し、特に、半導体ペレットの
回路動作で発生する熱を強制的に放熱する半導体装置に
適用して有効な技術に関するものである。

〔従来の技術〕

スーパーコンピュータ、大型コンピュータ等で使用され
るマイクロチップキャリア（ＭＭＣ）構造の半導体装置
は冷却システムに組込まれる。

前記マイクロチップキャリア構造の半導体装置はパッケ
ージ基板上に実装された半導体ペレットを封止用キャッ
プで封止する構造である。半導体ペレットは、ＣＣＢ　
（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｃｏ１１ａｐｓｅ　Ｂ　。

ｎｄｉｎｇ）構造（又はＴＡＢ構造）を採用し、半田電
極（又はビームリード）を介してパッケージ基板上に実
装される。半田電極は半導体ペレットの回路搭載面側に
形成された外部端子（ポンディングパッド）、パッケー
ジ基板の端子の夫々を電気的及び機械的に接続する。

前記冷却システムはモジュール基板上に複数個実装され
たマイクロチップキャリア構造の半導体装置を個々に冷
却する。前記マイクロチップキャリア構造の半導体装置
は、半導体ペレットの＠路動作、具体的には半導体素子
のｐｎ接合部で熱が発生する。半導体ペレットの回路搭
載面に搭載された回路は高密度化、高消費電力化等に基
づいて発熱量が増加する傾向にあり、この発熱量の増加
に伴う温度上昇は回路特性を劣化する。マイクロチップ
キャリア構造の半導体装置は、半導体ペレットの回路搭
載面側で発生した熱を裏面側まで伝導させ、この伝導さ
れた熱を封止用キャップを介して外部に放散する。

前記冷却システムは、マイクロチップキャリア構造の半
導体装置の封止用キャップに弾性伝熱素子を当接し、こ
の弾性伝熱素子を介して循環冷却流体に前述の熱を吸収
する。弾性伝熱素子はマイクロチップキャリア構造の半
導体装置と循環冷却流体との間において熱交換流路とな
る。この弾性伝熱素子はマイクロチップキャリア構造の
半導体装置の封止用キャップに接触する伝熱板及びベロ
ーズ機構で閉じられた空間内に循環冷却流体が供給され
る。弾性伝熱素子の伝熱板、マイクロチップキャリア構
造の半導体装置の封止用キャップの夫々の間には両者間
の密着性を高めかつ熱抵抗が小さいサーマルコンパウン
ド（例えばグリース材）が介在される。前記循環冷却流
体としては熱容量が大きい水が使用される。循環冷却流
体は、マイクロチップキャリア構造の半導体装置と熱交
換器との間を循環し、前者で吸収した熱を後者で放散す
る６ なお、この種の冷却システムに関する技術文献ニツイテ
は、例えば、ｒＦｔＪＪＩＴＵ　ＶＰ２０００シリーズ
のテクノロジーＪ　、ＦＵＪ　Ｉ　ＴＵ、４１　。

１、（０１，１９９０）、第１２頁乃至第１９頁に記載
される。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述の冷却システムは、マイクロチップキャリア構造の
半導体装置の半導体ペレットの回路搭載面側で発生した
熱が、封止用キャップ、弾性伝熱素子の夫々を通して循
環冷却流体に放散される。

このため、前記半導体ペレットと循環冷却流体との間の
熱抵抗が増大し、マイクロチップキャリア構造の半導体
装置の放熱効率を充分に期待できないという点について
配慮がなされてなかった。

本発明の第１の目的は、冷却流体供給装置から供給され
る循環冷却流体に半導体ペレットの回路動作で発生する
熱を放散する半導体装置において、放熱効率を高め、回
路動作性能を向上することが可能な技術を提供すること
にある。

本発明の第２の目的は、前記第１の目的を達成すると共
に、前記半導体ペレット自体の熱抵抗を低減し、より放
熱効率を高めることが可能な技術を提供することにある
。

本発明の第３の目的は、前記第１目的を達成すると共に
、半導体ペレットに加わる応力を低減することが可能な
技術を提供することにある。

本発明の第４の目的は、前記第１又は第２の目的を達成
すると共に、半導体装置の実装密度を向上することが可
能な技術を提供することにある。

本発明の第５の目的は、前記第１乃至第４の目的のいず
れかを達成すると共に、半導体ペレットの回路動作の信
頼性を向上することが可能な技術を提供することにある
。

本発明の第６の目的は、前記第１乃至第５の目的のいず
れかを達成すると共に、半導体装置の熱放散効率を向上
することが可能な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
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。

〔課題を解決するための手段〕

本腰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、下記のとおりである。

（１）冷却流体供給装置から供給される循環冷却流体に
、半導体ペレットの回路動作で発生する熱をこの半導体
ペレットの回路搭載面又はその裏面から放散する半導体
装置において、前記半導体ペレットの回路搭載面又は裏
面が、前記循環冷却流体に直接々触する熱交換流路の一
部を構成する。

（２）冷却流体供給装置から供給される循環冷却流体に
、半導体ペレットの回路動作で発生する熱をこの半導体
ペレットの回路搭載面の裏面から放散する半導体装置に
おいて、前記半導体ペレットの裏面に凹部を構成し、こ
の半導体ペレットの裏面の凹部が、前記循環冷却流体に
直接々触する熱交換流路の一部を構成する。

（３）前記手段（１）又は（２）の半導体ペレットは配
線基板上に搭載されると共に熱交換流路の他部を構成す
る冷却ジャケットで被覆され、前記熱交換流路の一部で
ある半導体ペレットの回路搭載面又は裏面、他部である
冷却ジャケットの夫々は弾性体を介して連結される。

（４）冷却流体供給装置から供給される循環冷却流体に
、半導体ペレットの回路動作で発生する熱をこの半導体
ペレットの回路搭載面又はその裏面から放散する半導体
装置において、第１半導体ペレットの回路搭載面又は裏
面に、第２半導体ペレットの回路搭載面、裏面のいずれ
かを対向させて配置し、前記第１半導体ペレットの回路
搭載面又は裏面、及びそれと対向する第２半導体ペレッ
トの回路搭載面、裏面のいずれかが、前記循環冷却流体
に直接々触する熱交換流路の一部を構成する。

（５）前記手段（１）乃至（４）のいずれかの熱交換流
路は前記循環冷却流体の循環方向に対して直交する方向
に複数本配置され、隣接する熱交換流路の夫々の循環冷
却流体の循環方向は向流とされる。

（６）前記手段（１）乃至（５）のいずれかの循環冷却
流体は水を使用する。

〔作　　用〕

上述した手段（１）によれば、前記半導体ペレットの回
路搭載面から循環冷却流体までの熱伝導経路を短縮し、
熱抵抗を低減できるので、放熱効率を高め、半導体装置
の回路動作性能を向上できる。

上述した手段（２）によれば、前記手段（１）の作用効
果の他に、前記半導体ペレットの回路搭載面から裏面ま
での熱伝導経路（半導体ペレットの厚さ方向の寸法）を
短縮し、熱抵抗を低減できるので、放熱効率を高め、半
導体装置の回路動作性能を向上できる。

上述した手段（３）によれば、前記手段（１）又は（２
）の作用効果の他に、配線基板、冷却ジャケットの夫々
或は両者間に発生する熱的応力或は機械的応力を前記弾
性体で吸収し、前記応力が冷却ジャケットを通して半導
体ペレットに伝達されることを低減できる。この結果、
半導体ペレットの回路搭載面を熱交換流路の一部とする
場合、半導体ペレットの回路搭載面の損傷破壊を防止で
きる。また、半導体ペレットの裏面を熱交換流路の一部
とし、半導体ペレットをチップキャリア構造で配線基板
上に実装する場合、半田電極の損傷や破壊を防止できる
。

上述した手段（４）によれば、前記手段（１）の効果の
他に、前記第１半導体ペレットの占有面積内に第２半導
体ペレットのすべて或は一部を配置し、第１半導体ペレ
ット及び第２半導体ペレットの合計の占有面積を縮小し
たので、半導体装置の実装密度を向上できる。

上述した手段（５）によれば、前記循環冷却流体の温度
勾配を相殺し均一化し、半導体ペレットの回路搭載面又
は裏面を均一に冷却できるので。

半導体ペレットの回路動作の信頼性を向上できる。

上述した手段（６）によれば、前記循環冷却流体の熱容
量を最も大きくできるので、半導体ペレットの回路動作
で発生する熱の熱放散効率を高められる。

以下、本発明の構成について、マイクロチップキャリア
構造の半導体装置が組込まれた冷却システムに本発明を
適用した実施例とともに説明する。

なお、実施例を説明するための企図において、同一機能
を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は
省略する。

〔発明の実施例〕

（実施例Ｉ） 本発明の実施例■であるマイクロチップキャリア構造の
半導体装置が組込まれた冷却システムを第２図（概略構
成図）で示す。

第２図に示すように、冷却システムは主にプロセッサ部
１１に組込まれた冷却モジュール１０、冷却流体供給袋
Ｍ１２及びメイン循環パイプ！６で構成される。

前記プロセッサ部１１はスーパーコンピュータや大型コ
ンピュータ等のメイン制御部であり、冷却モジュールｌ
Ｏはこのメイン制御部を構成する。冷却モジュールｌＯ
はモジュール基板上に搭載された複数個のマイクロチッ
プキャリア構造の半導体装［１をモジュールキャップで
封止する。、個々のマイクロチップキャリア構造の半導
体装置１は、メイン循環パイプ１６に連結された循環パ
イプ９を通して、循環冷却流体が循環される。循環冷却
流体は、複数個のマイクロチップキャリア構造の半導体
装置１の配列の一端側から供給され、配列の他端側に向
って順次流れ、配列の他端側から排出される。

前記冷却流体供給装置１２は主に貯水タンク１３、ポン
プ１４及び熱交換器１５で構成される。前記貯水タンク
１３は、メイン循環パイプ１６を通してプロセッサ部１
１の冷却モジュール１０に循環冷却流体を供給する目的
で、循環冷却流体を貯蓄する。熱交換器１５は冷却モジ
ュール１１からメイン循環パイプ１８を通して排呂され
た循環冷却流体に吸収された熱を放散する。ポンプ１４
は熱交換器１５で熱が放散された循環冷却流体を貯水タ
ンク１３に供給する。

前記循環冷却流体としては熱容量が最も大きい水を使用
するが、基本的に水に限定されない。

次に、前記プロセッサ部！ｌの冷却モジュールｌＯに搭
載されるマイクロチップキャリア構造の半導体装置１の
具体的な構成について、第１図（断面図）を使用し、簡
単に説明する。

マイクロチップキャリア構造の半導体装ｉｌｌは、第１
図に示すように、主にパッケージ基板３、冷却ジャケッ
ト５及び半導体ペレット２で構成される。

前記パッケージ基板３は多層配線構造で構成される。こ
のパッケージ基板３の多層配線構造の配線の一端側は前
記プロセッサ部１１の冷却モジュールｌＯのモジュール
基板上の端子に接続される。多層配線構造の配線の他端
側は半導体チップの外部端子（ポンディングパッド）に
接続される。パッケージ基板３は例えばアルミナ、ムラ
イト等のセラミック材で形成される。

前記半導体ペレット２は、例えば単結晶珪素基板で構成
され、回路搭載面（第１図中下面）には回路システムが
搭載される。前述の外部端子は、半導体ペレット２の回
路搭載面側に配置され、例えば回路システム内を結線す
るアルミニウム合金膜で形成される。この外部端子とし
てのアルミニウム合金膜上には、下層から上層に向って
、Ｃｒ膜、Ｃｕ膜、Ａｕ膜の夫々を順次積層した、戒は
Ｔｉ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜の夫々を順次積層した下地金属
層が構成される。また、前記半導体ペレット２はＧａＡ
ｓ基板で構成してもよい。

半導体ペレット２はチップキャリア構造（フェイスダウ
ン構造又はＣＣＢ構造）でパッケージ基板３上に実装さ
れる。つまり、半導体ペレット２は半田電極（突起電極
、バンプ電極又はＣＣＢ電極）４を介してパッケージ基
板ａ上に実装される。

半田電極４としては例えばＰｂ−８ｎ系半田、Ｐｂ−Ｉ
ｎ系半田等が使用される。

前記冷却ジャケット５は、パッケージ基板３の周縁部に
おいてそれに取付けられ、前記半導体ペレット２を被覆
する６パツケージ基板３への冷却ジャケット５の取付け
は封止接合剤６で行われる。

封止接合剤６としては例えばＰｂ−５ｎ系半田。

Ｐｂ−Ａｇ系半田、Ｐ　ｂ　−Ａ　ｇ　−Ｓ　ｎ系半田
、Ｐｂ−Ａｇ−Ｉｎ系半田等が使用される。冷却ジャケ
ット５は、半導体ペレット２が単結晶珪素基板で形成さ
れる場合、熱膨張率が近い材料、例えばＷ、Ｍｏ、ＡＱ
Ｎ、ＳｉＣ，Ｔ−ＣＢＮ等の材料で形成される。また、
冷却ジャケット５は、半導体ペレット２がＧ　ａ　Ａ　
ｓ基板で形成される場合、Ｃｕ−Ｗ系複合材料、Ｃｕ−
Ｍｏ系複合材料等やＡ　Ｑ２０．＋　Ｂ　ｅ　Ｏ等で形
成される。

冷却ジャケット５は、第１図中、左側上部に循環冷却流
体を供給する循環パイプ９が接続され、右側上部に循環
冷却流体を排呂する循環パイプ９が接続される。循環冷
却流体の循環方向は第１図中矢印で示す。つまり、この
冷却ジャケット５は。

循環パイプ９で循環される循環冷却流体に半導体ペレッ
ト５の回路システムの動作で発生する熱を吸収させ、半
導体ペレット２を冷却する。冷却ジャケット５は弾性材
５Ａを介して半導体ペレット２の回路搭載面と対向する
裏面のＲ１＃部に接続される。弾性材５Ａは単層或は多
層の金属箔からなる弾性薄膜（フレキシブル薄板）で構
成される。具体的に、弾性材５Ａは、例えばＮｉ、Ｃｕ
、Ｃｏ。

Ａｕ等のいずれか、若しくはそれらのうち２つ以上の金
属を組合せた合金で形成される。弾性材５Ａは前記封止
接合材６と実質的に同様の接合層７を介して半導体ペレ
ット２の裏面に接続される６また、弾性材５Ａは、半導
体ペレット２の回路搭載面側、裏面側の夫々を仕切り、
半導体ペレット２の裏面側に熱交換流路８を構成すると
共に、半導体ペレット２の回路搭載面側の気密性を確保
する。

前記冷却ジャケット５は、循環パイプ９で供給される循
環冷却流体を半導体ペレット２の裏面に直接々触させ、
半導体ペレット２の回路システムで発生する熱を循環冷
却流体に吸収させ、この循環冷却流体を循環パイプ９に
排出する、前述の熱交換流路８を構成する。つまり、半
導体ペレット２の裏面はこの熱交換流路８の一部を構成
する。

また、冷却ジャケット５．半導体ペレット２の裏面の夫
々を連結する弾性材５Ａは同様に熱交換流路８の一部を
構成する。

前記循環パイプ９は、ベローズ構造で構成され、上下左
右の変形の自由度が確保される。

次に、前述のマイクロチップキャリア構造の半導体装Ｉ
ｆの組立方法について、第３図及び第４図（組立工程毎
に示す断面図）を使用し、簡単に説明する。

まず、パッケージ基板ａ上にチップキャリア構造で半導
体ペレット２を実装する。つまり、パッケージ基板３上
に半田電極４を介して半導体ペレット２を実装する。

次に、第３図に示すように、前記パッケージ基板３上の
周縁部に冷却ジャケット５を取付けると共に、冷却ジャ
ケット５に接続された弾性材５Ａを半導体ペレット２の
裏面に連結する。パッケージ基板３、冷却ジャケット５
の夫々は封止接合層６を介して取付ける。弾性材５Ａ、
半導体ペレット２の裏面の夫々は接合層７を介して連結
される。

封止接合層６、接合層７の夫々のろう材はプリフォーム
又は蒸着により供給される。また、封止接合層６、接合
層７の夫々が供給される表面には、濡れ性及び密着性を
良くするために、下地金属層を形成する。この下地金属
層としては、例えば接着層、バリア層、酸化防止層の夫
々を順次積層した複合膜で形成する。接着層としては例
えばＣｒ。

Ｔｉ、Ｗ等の金属材料を使用する。バリア層としてはＮ
ｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ等の金属材料を使用する。

酸化防止層としては例えばＡｕを使用する。

また、この組立工程は封止接合層６．接合層７の夫々の
ろう材を溶融するために加熱雰囲気中で行われる。この
加熱雰囲気は１０［ｐｐｍ１以下の０２を含む不活性ガ
ス或は１０〜２０［重量％］のＨ２を添加したガスが充
填される。結果的に、パッケージ基板３及び冷却ジャケ
ット５で封止され、弾性材５Ａで気密封止さ九る半導体
ペレット２の回路搭載面側は前述の雰囲気が充填される
。そして、マイクロチップキャリア構造の半導体装電工
が完成する。

次に、前記マイクロチップキャリア構造の半導体装置ｌ
をプロセッサ部１１の冷却モジュール１０のモジュール
基板上に実装する。そして、第４図に示すように、マイ
クロチップキャリア構造の半導体装置１の冷却ジャケッ
ト５の熱交換流路８の供給側、排出側の夫々に循環パイ
プ９を接続する。

この後、冷却モジュール１０のモジュールキャップで複
数個のマイクロチップキャリア構造の半導体装電工を封
止する。そして、冷却モジュール１０にメイン循環パイ
プ１６を接続することにより、前述の冷却システムが完
成する。

このように、冷却流体供給装置１２から供給される循環
冷却流体に、半導体ペレット２の回路動作で発生する熱
をこの半導体ペレット２の裏面から放散するマイクロチ
ップキャリア構造の半導体装！！１において、前記半導
体ペレット２の裏面が前記循環冷却流体に直接々触する
熱交換流路８の一部を構成する。この構成により、前記
半導体ペレット２の回路搭載面から循環冷却流体までの
熱伝導経路を短縮し、熱抵抗を低減できるので、放熱効
率を高め、マイクロチップキャリア構造の半導体装１１
の回路動作性能を向上できる。

また、前記半導体ペレット２はパッケージ基板（配線基
板）ａ上に搭載されると共に熱交換流路８の他部を構成
する冷却ジャケット５で被覆され、前記熱交換流路８の
一部である半導体ペレット２の裏面、他部である冷却ジ
ャケット５の夫々は弾性体５Ａを介して連結される。こ
の構成により、前記作用効果の他に、パッケージ基板３
、冷却ジャケット６の夫々或は両者間に発生する熱的応
力或は機械的応力、循環パイプ９等から加わる外力を前
記弾性体５Ａで吸収し、前記応力が冷却ジャケット５を
通して半導体ペレット２に伝達されることを低減できる
。この結果、半導体ペレット２の裏面を熱交換流路８の
一部とし、半導体ペレット２をチップキャリア構造でパ
ッケージ基板３に実装するマイクロチップキャリア構造
の半導体装置ｌにおいて、半田電極４の損傷や破壊を防
止できる。

また、マイクロチップキャリア構造の半導体装置１にお
いて、冷却ジャケット５に熱交換流路８を構成し、内部
に冷却機構を取込んだので、従来の冷却機構に相当する
分、小型化できる。この結果、冷却システムの冷却モジ
ュール１０自体も小型化できる。

また、前記循環冷却流体は水を使用する。この構成によ
り、前記循環冷却流体の熱容量を最も大きくできるので
、半導体ペレット２の回路動作で発生する熱の熱放散効
率をより高められる。

（実施例■） 本実施例■は、前述のマイクロチップキャリア構造の半
導体装置を小型化した、本発明の第２実施例である。

本発明の実施例■であるマイクロチップキャリア構造の
半導体装置を第５図（断面図）に示す。

本実施例■のマイクロチップキャリア構造の半導体装置
ｌは、第５図に示すように、半導体ペレット２の裏面に
直接冷却ジャケット５を取付ける。

冷却ジャケット５は封止接合層６を介して半導体ペレッ
ト２の裏面の周縁部に接続される。基本的な冷却構造は
、前記実施例Ｉと同様に、半導体ペレット２の裏面が熱
交換流路８の一部を構成する。

半導体ペレット２の回路搭載面側は非気密構造となる。

このように、マイクロチップキャリア構造の半導体装１
ｉ１において、半導体ペレット２の裏面にほぼ裏面に規
定された領域内の範囲で冷却ジャケット５を構成する。

この構成により、前記冷却ジャケット５を半導体ペレッ
ト２の平面サイズ内に納めたので、マイクロチップキャ
リア構造の半導体装直重の小型化を図れる。

また、前記マイクロチップキャリア構造の半導体装置１
において、冷却ジャケット５．半導体ペレット２の夫々
を連結する弾性材５Ａ等の部品を廃止できるので、部品
点数を削減し、構造を簡単化できる。

また、前記冷却ジャケット５は、半導体ペレット２の裏
面にその領域内で配置できるので、限定されたスペース
内に多数の信号配線を配置し、高速素子の性能を最大限
に活用するベアチップ実装構造に本発明は適用できる。

なお、本実施例のマイクロチップキャリア構造の半導体
装置の組立方法については、前記実施例Ｉと実質的に同
様であるので、ここでの説明は省略する。

（実施例■） 本実施例■は、前記マイクロチップキャリア構造の半導
体装置において、半導体ペレット自体の熱抵抗を低減し
た、本発明の第３実施例である。

本発明の実施例■であるマイクロチップキャリア構造の
半導体装置を第６図（断面図）で示す。

本実施例■のマイクロチップキャリア構造の半導体装置
１は、第６図に示すように、熱交換流路８の一部となる
半導体ペレット２の裏面に厚さ方向に向って形成された
凹部２Ａが構成される。この凹部２Ａは、半導体ペレッ
ト２の回路搭載面から裏面までの距離を短縮し、熱抵抗
を低減する目的で構成される。また、凹部２Ａは、半導
体ペレット２の周縁部の厚さをそのまま残し、冷却ジャ
ケット５を取付ける際の機械的強度を確保できる。

凹部２Ａは、異方性エツチングで形成できるが、加工時
間の短縮の点、断面形状による応力緩和の点等から等方
性エツチングで形成する。また、この凹部２Ａの循環冷
却流体が直接々触する表面は、非常に薄膜の自然酸化珪
素膜が形成されるが、熱抵抗が増大するので、基本的に
積極的に厚い膜厚の酸化珪素膜を形成しない。

このように、冷却流体供給袋！１２から供給される循環
冷却流体に、半導体ペレット２の回路動作で発生する熱
をこの半導体ペレット２の回路搭載面の裏面から放散す
るマイクロチップキャリア構造の半導体装１１において
、前記半導体ペレット２の裏面に凹部２Ａを構成し、こ
の半導体ペレット２の裏面の凹部２Ａが、前記循環冷却
流体に直接々触する熱交換流路８の一部を構成する。こ
の構成により、前記実施例Ｉの作用効果の他に、前記半
導体ペレット２の回路搭載面から裏面までの熱伝導経路
（半導体ペレット２の厚さ方向の寸法）を短縮し、熱抵
抗を低減できるので、放熱効率を高め、マイクロチップ
キャリア構造の半導体装置１の回路動作性能を向上でき
る。

また、本実施例■は、前述の実施例■にも適用でき、特
に、半導体ペレット２が熱伝導率の低いＧａＡｓ基板の
場合に有効である。

（実施例■） 本実施例■は、前記マイクロチップキャリア構造の半導
体装置の実装密度を向上した、本発明の第４実施例であ
る。

本発明の実施例■であるマイクロチップキャリア構造の
半導体装置を第７図（断面図）及び第８図（側面図）で
示す。

本実施例■のマイクロチップキャリア構造の半導体装置
ｌは、第７図及び第８図に示すように、下側のパッケー
ジ基板３に実装された下側の半導体ペレット２．上側の
パッケージ基板３に実装された上側の半導体ペレット２
の夫々の裏面を接合層２０を介して互いに接合する。上
側、下側の夫々の半導体ペレット２の裏面にはほぼ同一
位置に断面Ｕ字形状（Ｖ字形状又は凹形状）の溝が半導
体ペレット２の一辺側からそれと対向する他辺側に向っ
て構成される。この溝は、上側、下側の夫々の半導体ペ
レット２の裏面を互いに重ね合せることにより、熱交換
流路８Ａ、８Ｂの夫々を構成する。

熱交換流路８Ａ、８Ｂの夫々はその延在方向（循環冷却
流体の循環方向）に対して垂直方向に配列される。熱交
換流路８Ａ、８Ｂの夫々の一端側及び他端側には循環パ
イプ９が接続される。

前記熱交換流路ＢＡ内に流れる循環冷却流体の循環方向
は、それに隣接する熱交換流路８Ｂ内に流れる循環冷却
流体の循環方向に対して向流となる反対方向に設定され
る。つまり、循環パイプ９から供給される循環冷却流体
は温度が低く、循環パイプ９に徘呂される循環冷却流体
は半導体ペレット２の熱を吸収して温度が高くなるので
、循環冷却流体を向流にすることにより、半導体ペレッ
ト２の裏面の温度勾配を相殺し、温度分布を平均化で−
きる。

このように、冷却流体供給装置１２から供給される循環
冷却流体に、半導体ペレット２の回路動作で発生する熱
をこの半導体ペレット２の裏面から放散するマイクロチ
ップキャリア構造の半導体装Ｉｆにおいて、下側の半導
体ペレット２の裏面に、上側の半導体ペレット２の裏面
を対向させて配置し、前記下側、上側の夫々の半導体ペ
レット２の裏面に前記循環冷却流体に直接々触する熱交
換流路８（８Ａ及び８Ｂ）を構成する。この構成により
、前記実施例１の作用効果の他に、前記下側の半導体ペ
レット２の占有面積内に上側の半導体ペレット２のすべ
て或は一部を配置し、下側の半導体ペレット２及び上側
の半導体ペレット２の合計の占有面積を縮小したので、
マイクロチップキャリア構造の半導体装Ｉｆの実装密度
を向上できる。

また、前記熱交換流路８は前記循環冷却流体の循環方向
に対して直交する方向に複数本の熱交換流路８Ａ及び８
Ｂとして配置され、隣接する熱交換流路８Ａ、８Ｂの夫
々の循環冷却流体の循環方向は向流とされる。この構成
により、前記循環冷却流体の温度勾配を相殺し均一化し
、半導体ペレット２の裏面を均一に冷却できるので、半
導体ペレット２の回路動作の信頼性を向上できる。

（実施例Ｖ） 本実施例Ｖは、前記マイクロチップキャリア構造の半導
体装置において、半導体ペレットをＴＡＢ構造でパッケ
ージ基板に実装した１本発明の第５実施例である。

本発明の実施例■であるマイクロチップキャリア構造の
半導体装置を第９図（断面図）で示す。

本実施例■のマイクロチップキャリア構造の半導体装Ｗ
１は、第９図に示すように、半導体ペレット２をＴＡＢ
構造でパッケージ基板ａ上に実装する。つまり、半導体
ペレット２はビームリード２１を介してパッケージ基板
３上に実装される。ビームリード２１はＣｕ等の弾性を
有する薄い金属膜で形成される。

このマイクロチップキャリア構造の半導体装置１は、基
本的には前述の実施例Ｉ等と同様に、半導体ペレット２
の裏面が熱交換流ＭｒＢの一部として構成される。半導
体ペレット２の裏面、冷却ジャケット５の夫々は前記実
施例Ｉの弾性材５Ａを介在させずに直接連結される。半
導体ペレット２に加わる熱的応力や機械的応力はビーム
リード２１で吸収できる。

このように、マイクロチップキャリア構造の半導体装置
１は、前記実施例Ｉと実質的に同様の作用効果を奏する
ことができる。

また、冷却ジャケット５から弾性材５Ａを廃止できるの
で、部品点数を低減し、マイクロチップキャリア構造の
半導体装置１の構造を簡単化できる。

（実施例■） 本実施例■は、前記マイクロチップキャリア構造の半導
体装置において、半導体ペレットの回路搭載面を熱交換
流路の一部とした、本発明の第６実施例である。

本発明の実施例■であるマイクロチップキャリア構造の
半導体装置を第１０図及び第１１図（断面図）で示す。

本実施例■のマイクロチップキャリア構造の半導体装Ｗ
１は、第１０図に示すように、半導体ペレット２の回路
搭載面が熱交換流路８の一部を構成する。半導体ペレッ
ト２の裏面は、パッケージ基板３に形成された凹部（キ
ャビティ）内に接着層２２を介して接着される。接着層
２２としてはＡｕ系共晶材、Ｐｂ−８ｎ系半田、Ａｇペ
ースト材等が使用される。半導体ペレット２の回路搭載
面側の外部端子はボンディングワイヤ２３を介してパッ
ケージ基板３の端子に接続される。

前記半導体ペレット２の回路搭載面の周縁部、冷却ジャ
ケット５の夫々は、前記実施例Ｉと同様でかつそれに比
べて弾性自由度が大きい弾性材５Ａを介して連結される
。この弾性材５Ａは、半導体ペレット２の回路搭載面に
形成される半導体素子等の損傷や破壊を防止する目的で
弾性自由度が大きく構成される。弾性材５Ａ、半導体ペ
レット２の回路搭載面の夫々は接合層７を介在して接合
される。接合層７は、半導体ペレット２の回路搭載面の
最上層が酸化珪素膜（保護膜）で形成される場合、例え
ば半導体ペレット２側からＡｕｌ　Ｃｒ　ｔＣｕ　、　
Ａ　ｕの夫々を積層した複合膜で下地金属層を形成して
おき、ろう材で接合する。Ａｕは接着層として使用され
る。ＣｒはＡｆｌとの接着層として使用され、他にＴｉ
等を使用してもよい。Ｃｕはバリア層として使用され、
他にＮｉ、Ｐｔ等を使用してもよい。Ａｕは酸化防止層
として使用される。

このように、マイクロチップキャリア構造の半導体装置
１において、半導体ペレット２の回路搭載面を熱交換流
路８の一部として構成する。この構成により、半導体ペ
レット２の熱発生源となる回路搭載面から直接冷却でき
るので、半導体ペレット２の厚さに相当する熱抵抗の分
、熱抵抗を低減し、マイクロチップキャリア構造の半導
体装置１の放熱効率をより向上できる。

また、本実施例■のマイクロチップキャリア構造の半導
体装Ｗ１は、第１１図に示すように、前記第１０図に示
すボンディングワイヤ２３に変えてビームリード２１を
使用してもよい。

以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に
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にお
いて種々変更可能であることは勿論である。

例えば、本発明は、前記実施例Ｉ乃至実施例■のうちの
いずれか２つ、又はそれ以上の個数を組合せてもよい。

〔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、下記のとおりであ
る。

冷却流体供給装置から供給される循環冷却流体に半導体
ペレットの回路動作で発生する熱を放散する半導体装置
において、放熱効率を高め、回路動作性能を向上できる
。

また、前記半導体装置の半導体ペレット自体の熱抵抗を
低減し、より放熱効率を高められる。

また、前記効果を奏することができると共に、前記半導
体ペレットに加わる応力を低減できる。

また、前記半導体装置の実装密度を向上できる。

また、前記半導体装置の熱放散効率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例■であるマイクロチップキャ
リア構造の半導体装置の断面図、第２図は、前記マイク
ロチップキャリア構造の半導体装置が組込まれた冷却シ
ステムの概略構成図、 第３図及び第４図は、前記マイクロチップキャリア構造
の半導体装置の組立方法を説明するための組立工程毎に
示す断面図、 第５図は、本発明の実施例■であるマイクロチップキャ
リア構造の半導体装置の断面図、第６図は、本発明の実
施例■であるマイクロチップキャリア構造の半導体装置
の断面図、第７図は、本発明の実施例■であるマイクロ
チップキャリア構造の半導体装置の断面図、第８図は、
前記マイクロチップキャリア構造の半導体装置の側面図
、 第９図は、本発明の実施例■であるマイクロチップキャ
リア構造の半導体装置の断面図、第１０図及び第１１図
は、本発明の実施例■であるマイクロチップキャリア構
造の半導体装置の断面図である。 図中、１・・・マイクロチップキャリア構造の半導体装
置、２・・・半導体ペレット、２Ａ・・・凹部、３・・
パッケージ基板、４・・・半田電極、５・・・冷却ジャ
ケット、５Ａ・・・弾性材、６，７・・・接合層、８，
８Ａ。 ８Ｂ・・・熱交換流路、９・・・循環パイプ、１０・・
・冷却モジュール、１１・・・プロセッサ部、１２・・
・冷却流体供給装置、２１・・・ビームリード、２３・
・・ボンディングワイヤである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、冷却流体供給装置から供給される循環冷却流体に、
   半導体ペレットの回路動作で発生する熱をこの半導体ペ
   レットの回路搭載面又はその裏面から放散する半導体装
   置において、前記半導体ペレットの回路搭載面又は裏面
   が、前記循環冷却流体に直接々触する熱交換流路の一部
   を構成することを特徴とする半導体装置。 ２、冷却流体供給装置から供給される循環冷却流体に、
   半導体ペレットの回路動作で発生する熱をこの半導体ペ
   レットの回路搭載面の裏面から放散する半導体装置にお
   いて、前記半導体ペレットの裏面に凹部を構成し、この
   半導体ペレットの裏面の凹部が、前記循環冷却流体に直
   接々触する熱交換流路の一部を構成することを特徴とす
   る半導体装置。 ３、前記半導体ペレットは配線基板上に搭載されると共
   に熱交換流路の他部を構成する冷却ジャケットで被覆さ
   れ、前記熱交換流路の一部である半導体ペレットの回路
   搭載面又は裏面、他部である冷却ジャケットの夫々は弾
   性体を介して連結されることを特徴とする請求項１又は
   請求項２に記載の半導体装置。 ４、冷却流体供給装置から供給される循環冷却流体に、
   半導体ペレットの回路動作で発生する熱をこの半導体ペ
   レットの回路搭載面又はその裏面から放散する半導体装
   置において、第１半導体ペレットの回路搭載面又は裏面
   に、第２半導体ペレットの回路搭載面、裏面のいずれか
   を対向させて配置し、前記第１半導体ペレットの回路搭
   載面又は裏面、及びそれと対向する第２半導体ペレット
   の回路搭載面、裏面のいずれかが、前記循環冷却流体に
   直接々触する熱交換流路の一部を構成することを特徴と
   する半導体装置。 ５、前記熱交換流路は前記循環冷却流体の循環方向に対
   して直交する方向に複数本配置され、隣接する熱交換流
   路の夫々の循環冷却流体の循環方向は向流とされること
   を特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の夫々の半導
   体装置。 ６、前記循環冷却流体は水を使用することを特徴とする
   請求項１乃至請求項５に記載の夫々の半導体装置。