JPH04144158A - 半導体冷却装置 - Google Patents
半導体冷却装置Info
- Publication number
- JPH04144158A JPH04144158A JP2266225A JP26622590A JPH04144158A JP H04144158 A JPH04144158 A JP H04144158A JP 2266225 A JP2266225 A JP 2266225A JP 26622590 A JP26622590 A JP 26622590A JP H04144158 A JPH04144158 A JP H04144158A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cooling
- fins
- nozzle
- cooling fluid
- bellows
- 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.)
- Pending
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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
- 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 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〕
本発明は機器の冷却の係り、特に、高発熱密度の半導体
チップ、又は、パッケージの冷却に好適である半導体冷
却装置に関する。
チップ、又は、パッケージの冷却に好適である半導体冷
却装置に関する。
集積回路チップ上に冷却構造体を装着し、これに冷却流
体を流入流出させるために楕円断面をもつベローズ状の
管を二本取り付けた構造がＵＳＰ４６８６６０６号に記
載されている。また、伝熱面に同心円状の複数の環状突
出部を設け、伝熱面の中心にノズルにより冷媒を吹き付
ける形式のヒートシンクをベローズ状の可撓性構造体の
内部に設け、これにより個々の集積回路素子を冷却する
構造が特開昭６２−１１９９４７号公報に記載されてい
る。
体を流入流出させるために楕円断面をもつベローズ状の
管を二本取り付けた構造がＵＳＰ４６８６６０６号に記
載されている。また、伝熱面に同心円状の複数の環状突
出部を設け、伝熱面の中心にノズルにより冷媒を吹き付
ける形式のヒートシンクをベローズ状の可撓性構造体の
内部に設け、これにより個々の集積回路素子を冷却する
構造が特開昭６２−１１９９４７号公報に記載されてい
る。
上記従来技術には次のような問題があった。
ＵＳＰ４６８６６０６号で開示されている技術では、冷
却構造体内部に設けられたフィンが平行平板形のもので
あるため、流体の流れを均一化するために楕円断面をも
つ扁平ベローズを用いている。この構造は冷却能力には
優れるが次のような強度信頼性上の問題がある。楕円ベ
ローズには、短軸方向には変形しやすいが長軸方向には
容易には変形しないという性質がある。この性質により
長軸方向の熱変形が吸収しにくくなり、集積回路チップ
に過大な応力が加わる可能性がある。
却構造体内部に設けられたフィンが平行平板形のもので
あるため、流体の流れを均一化するために楕円断面をも
つ扁平ベローズを用いている。この構造は冷却能力には
優れるが次のような強度信頼性上の問題がある。楕円ベ
ローズには、短軸方向には変形しやすいが長軸方向には
容易には変形しないという性質がある。この性質により
長軸方向の熱変形が吸収しにくくなり、集積回路チップ
に過大な応力が加わる可能性がある。
他方、特開昭６２−１１９９４７号公報において開示さ
九でいる技術では、円形断面ベローズを用いており、変
形が全方向に容易であるため、前述の楕円ベローズを用
いて従来技術のような強度信頼性上の問題は無い。しか
し、ベローズ底部に設けられた伝熱面の伝熱機構は、基
本的に衝突噴流による熱伝達を用いており、熱伝達を促
進するために同心円状の環状突出部による擾乱効果を用
いている。
九でいる技術では、円形断面ベローズを用いており、変
形が全方向に容易であるため、前述の楕円ベローズを用
いて従来技術のような強度信頼性上の問題は無い。しか
し、ベローズ底部に設けられた伝熱面の伝熱機構は、基
本的に衝突噴流による熱伝達を用いており、熱伝達を促
進するために同心円状の環状突出部による擾乱効果を用
いている。
しかし、環状突出部による伝熱促進効果は、突出部の高
さがあまり高くない（高さと幅の比がほぼ一程度）の場
合に得られ、あまり高くすると流体の流れが阻害され逆
効果になる。従って、伝熱面積拡大の点で制限があり冷
却性能に限界がある。
さがあまり高くない（高さと幅の比がほぼ一程度）の場
合に得られ、あまり高くすると流体の流れが阻害され逆
効果になる。従って、伝熱面積拡大の点で制限があり冷
却性能に限界がある。
本発明の目的は、集積回路チップに過大な応力を加える
ことなく、かつ、冷却性能の高い半導体冷却装置を提供
することにある。
ことなく、かつ、冷却性能の高い半導体冷却装置を提供
することにある。
上記目的は、基板上の個々の集積回路素子に、内部に平
行平板状のフィンをもつ冷却構造体を取り付けるととも
に、かかる冷却構造体に冷媒を排出するための円形断面
ベローズ状の可撓性構造体を設け、さらに、かかる可撓
性構造体の内部に、フィンに直交する方向に長軸をもつ
長方形断面ノズルを設け、このノズルによりスリット状
の冷媒噴流をフィンに吹きつけることにより達成される
。
行平板状のフィンをもつ冷却構造体を取り付けるととも
に、かかる冷却構造体に冷媒を排出するための円形断面
ベローズ状の可撓性構造体を設け、さらに、かかる可撓
性構造体の内部に、フィンに直交する方向に長軸をもつ
長方形断面ノズルを設け、このノズルによりスリット状
の冷媒噴流をフィンに吹きつけることにより達成される
。
さらに冷却性能を上げるには、フィンの高さ方向の端部
をおおり、かつ、スリット状の冷媒噴流の流入する部分
と冷媒が流出する部分のみを切り欠いた天板を設けるの
が効果的である。
をおおり、かつ、スリット状の冷媒噴流の流入する部分
と冷媒が流出する部分のみを切り欠いた天板を設けるの
が効果的である。
また、冷却構造体を半導体素子、又は、パッケージに接
合する際に生じる熱応力を緩和するためには、フィンの
材料をＳｌ又はＳｉＣ又はＡＱＮにするのが効果的であ
る。
合する際に生じる熱応力を緩和するためには、フィンの
材料をＳｌ又はＳｉＣ又はＡＱＮにするのが効果的であ
る。
個々の集積回路素子に取り付けられた冷却構造体は、冷
却流体を循環させるための容器として作用すると同時に
、集積回路素子から発生した熱を冷却流体に伝達する放
熱フィンとして作用する。
却流体を循環させるための容器として作用すると同時に
、集積回路素子から発生した熱を冷却流体に伝達する放
熱フィンとして作用する。
冷却構造体に設けられたベローズ状の可撓性構造体は、
冷却流体を冷却構造体から排出するための流路として作
用するとともに、冷却装置の組み立て公差や熱変形を吸
収する作用をする。また、ベローズ状の可撓性構造体内
部に設けられた長方形断面ダクトは、冷却構造体の内部
に設けられたフィンに冷却流体をフリット状の噴流とし
て供給するためのノズルとして作用すると同時に、ベロ
ーズ状の可撓性構造体の位置ずれ防止用の部材として作
用する。また、冷却構造体の内部に設けられた平行平板
状のフィンは、上記長方形断面ダクトよりスリット状の
噴流として供給された冷却流体の流路として作用すると
同時に、集積回路素子からの熱を冷却流体に伝達するた
めの放熱板として作用する。
冷却流体を冷却構造体から排出するための流路として作
用するとともに、冷却装置の組み立て公差や熱変形を吸
収する作用をする。また、ベローズ状の可撓性構造体内
部に設けられた長方形断面ダクトは、冷却構造体の内部
に設けられたフィンに冷却流体をフリット状の噴流とし
て供給するためのノズルとして作用すると同時に、ベロ
ーズ状の可撓性構造体の位置ずれ防止用の部材として作
用する。また、冷却構造体の内部に設けられた平行平板
状のフィンは、上記長方形断面ダクトよりスリット状の
噴流として供給された冷却流体の流路として作用すると
同時に、集積回路素子からの熱を冷却流体に伝達するた
めの放熱板として作用する。
フィンの高さ方向の端面に設けられた天板は、冷却流体
がフィンの上方に逃げるのを防ぎ冷却効率を上げるよう
に作用する。
がフィンの上方に逃げるのを防ぎ冷却効率を上げるよう
に作用する。
以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明
する。多数の入出力ピン１をもつセラミクスの多層配線
基板２上に微小な半田バンプ３によりＬＳＩチップ４が
多数搭載されている。個々のＬＳＩチップには冷却構造
体５が接触、又は、接合される。多層配線基板のチップ
搭載面はハウジング６により密閉される。ハウジングは
三重構造になっており、冷却流体を供給するための空間
７と冷却流体を排出するための空間８、及び、チップ搭
載面を密閉するための空間９からなる。冷却流体を供給
するための空間７には、個々のＬＳＩチップに対応する
位置に、冷却流体を個々の冷却構造体５に供給するため
のノズル１ｏが設けられる。冷却流体を排出するための
空間８には、個々のＬＳＩチップに対応する位置に、冷
却流体を個個の冷却構造体５から排出するためのベロー
ズ状の柔軟性の流路１１が設けられ、このベローズ状流
路１１により、個々の冷却構造体５とハウジング６の冷
却流体を排出するための空間８とが接続される。冷却構
造体５は直方体の容器でありその内部には、第２図に示
すような平行平板状のフィン１２が設けられており、こ
のフィンと直交する方向に長方形断面のノズル１０が設
けられている。
する。多数の入出力ピン１をもつセラミクスの多層配線
基板２上に微小な半田バンプ３によりＬＳＩチップ４が
多数搭載されている。個々のＬＳＩチップには冷却構造
体５が接触、又は、接合される。多層配線基板のチップ
搭載面はハウジング６により密閉される。ハウジングは
三重構造になっており、冷却流体を供給するための空間
７と冷却流体を排出するための空間８、及び、チップ搭
載面を密閉するための空間９からなる。冷却流体を供給
するための空間７には、個々のＬＳＩチップに対応する
位置に、冷却流体を個々の冷却構造体５に供給するため
のノズル１ｏが設けられる。冷却流体を排出するための
空間８には、個々のＬＳＩチップに対応する位置に、冷
却流体を個個の冷却構造体５から排出するためのベロー
ズ状の柔軟性の流路１１が設けられ、このベローズ状流
路１１により、個々の冷却構造体５とハウジング６の冷
却流体を排出するための空間８とが接続される。冷却構
造体５は直方体の容器でありその内部には、第２図に示
すような平行平板状のフィン１２が設けられており、こ
のフィンと直交する方向に長方形断面のノズル１０が設
けられている。
ベローズ状流路１１は円形断面をしており、ノズル１ｏ
の長辺はベローズ１１の内径にほぼ等しい。
の長辺はベローズ１１の内径にほぼ等しい。
長方形断面ノズル１０は平行平板フィン１２の長手方向
の中央の位置に設けられる。
の中央の位置に設けられる。
次に本実施例の作用を説明する。ハウジング６に供給さ
れた冷却流体１３は、空間７を介して各各のノズル１０
に分配され、このノズルによりＬＳＩチップ４上に装着
された冷却構造体５にそれぞれ個別に供給される。ノズ
ル１０は長方形断面をしているため、このノズルから噴
出される冷却流体は、スリット状の二次元噴流となって
、冷却構造体の内部に設けられている平行平板フィン１
２の長手方向の中央位置に供給される。平行平板フィン
１２に供給された冷却流体は、フィン長手方向に二方向
に分かれて平板フィン１２によって形成される流路１４
内を流れ、ＬＳＩチップ４から発生した熱を吸熱する。
れた冷却流体１３は、空間７を介して各各のノズル１０
に分配され、このノズルによりＬＳＩチップ４上に装着
された冷却構造体５にそれぞれ個別に供給される。ノズ
ル１０は長方形断面をしているため、このノズルから噴
出される冷却流体は、スリット状の二次元噴流となって
、冷却構造体の内部に設けられている平行平板フィン１
２の長手方向の中央位置に供給される。平行平板フィン
１２に供給された冷却流体は、フィン長手方向に二方向
に分かれて平板フィン１２によって形成される流路１４
内を流れ、ＬＳＩチップ４から発生した熱を吸熱する。
平行平板フィン間の流路１４から流出した冷却流体は、
ベローズＩＳの内部を通ってハウジングの空間８内を流
れ、ハウジングに設けられた出口部１５から排出される
。
ベローズＩＳの内部を通ってハウジングの空間８内を流
れ、ハウジングに設けられた出口部１５から排出される
。
本実施例では、長方形断面ノズル１０によって、複数の
フィン１２のほぼ全数にわたって冷却流体を吹きつける
ので冷却流体が各フィン間の流体１４に均一に分配され
、かつ、フィンの中心部から左右二方向に振り分けられ
るので、フィン間の流路長さがフィン長の半分となり、
かつ、流路が半分ずつ振り分けられるので、フィンの一
方の端から他端に向かって一方向に冷却流体を流す場合
に比べて流体圧力損失を四分の−にできるから流量を増
加させて冷却能力を向上させることが容易となる。また
平行平板フィンを用いているため、フィン枚数を増加さ
せ、冷却能力を向上させることも容易である。さらに本
実施例では、流体は冷却構造体５の内部を流れ、ＬＳＩ
チップ４に直接接触することは無いから、水等の冷却能
力に優れた流体を用いることができる。また、本実施例
では、冷却構造体５とハウジング６を円形断面の柔軟な
ベローズ］−１により接続しているから、装置の組み立
て公差や熱変形を容易に吸収でき、ＬＳＩチップ４や半
田バンブ３に過大な応力が加わることが無い。さらに、
直方形断面ノズル１０の長辺がベローズ１１の内径とほ
ぼ等しい長さをしているために、ベローズ１１の振動を
防止することができ、冷却構造体５の位置がＬＳＩチッ
プ４がらず九ることが無い。
フィン１２のほぼ全数にわたって冷却流体を吹きつける
ので冷却流体が各フィン間の流体１４に均一に分配され
、かつ、フィンの中心部から左右二方向に振り分けられ
るので、フィン間の流路長さがフィン長の半分となり、
かつ、流路が半分ずつ振り分けられるので、フィンの一
方の端から他端に向かって一方向に冷却流体を流す場合
に比べて流体圧力損失を四分の−にできるから流量を増
加させて冷却能力を向上させることが容易となる。また
平行平板フィンを用いているため、フィン枚数を増加さ
せ、冷却能力を向上させることも容易である。さらに本
実施例では、流体は冷却構造体５の内部を流れ、ＬＳＩ
チップ４に直接接触することは無いから、水等の冷却能
力に優れた流体を用いることができる。また、本実施例
では、冷却構造体５とハウジング６を円形断面の柔軟な
ベローズ］−１により接続しているから、装置の組み立
て公差や熱変形を容易に吸収でき、ＬＳＩチップ４や半
田バンブ３に過大な応力が加わることが無い。さらに、
直方形断面ノズル１０の長辺がベローズ１１の内径とほ
ぼ等しい長さをしているために、ベローズ１１の振動を
防止することができ、冷却構造体５の位置がＬＳＩチッ
プ４がらず九ることが無い。
冷却構造体５をＬＳＩチップ４上に接合し、ＬＳＩチッ
プと一体化すればさらに冷却能力を向上させることがで
きるが、この場合は、フィン１２及びベース部コロを熱
伝導率が高く、且つ。
プと一体化すればさらに冷却能力を向上させることがで
きるが、この場合は、フィン１２及びベース部コロを熱
伝導率が高く、且つ。
線膨張率の小さい材料２例えば、Ｓユ、ＳｉＣ。
又はＡＱ、Ｎで形成し、フィンのベース部１５を冷却構
造体５の底板１７として用いれば、ＬＳＩチップ４と冷
却構造体５の線膨張率の差によって生しる熱応力を緩和
することができる。
造体５の底板１７として用いれば、ＬＳＩチップ４と冷
却構造体５の線膨張率の差によって生しる熱応力を緩和
することができる。
第３図に本発明の他の実施例を示す。フィン１２の上部
に図に示すような天板１７を設は冷却流体がフィン１２
の上部から逃げるのを防止し冷却効率を改善したもので
ある。
に図に示すような天板１７を設は冷却流体がフィン１２
の上部から逃げるのを防止し冷却効率を改善したもので
ある。
なお、第１図ないし第３図の例では、ノズル１０は直方
形断面のダクトにより形成されているが、これの代わり
に、フィンに直交する方向に一列に並べられた円管群で
ノズルを形成してもよい。
形断面のダクトにより形成されているが、これの代わり
に、フィンに直交する方向に一列に並べられた円管群で
ノズルを形成してもよい。
本発明によれば、冷却能力の高い水を冷却流体として用
いることができ、且つ、伝熱面積拡大が容易で放熱性能
の高い平行平板フィンを用いることができ、かつ長方形
断面ノズルにより各フィンに均一に冷却流体を供給する
ことができるので、極めて高い放熱性能を得ることがで
きる。
いることができ、且つ、伝熱面積拡大が容易で放熱性能
の高い平行平板フィンを用いることができ、かつ長方形
断面ノズルにより各フィンに均一に冷却流体を供給する
ことができるので、極めて高い放熱性能を得ることがで
きる。
第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は各冷却構
造体の斜視図、第３図は本発明の他の実施例の斜視図で
ある。 １・・・入出力ピン、２・・多層配線基板、３・・半田
バンプ、４・・ＬＳＩチップ、５・・・冷却構造体、６
ハウジング、７ 冷却流体を供給するための空間、８・
・冷却流体を排出するための空間、９ ・チップ搭載面
を密閉するための空間、１０・・長方形断面ノズル、１
１・・ベローズ、１２・・フィン、１３・冷却流体、１
４・フィン間流路、１５・・・出口部、１６・・フィン
ベース、１７・底抜。
造体の斜視図、第３図は本発明の他の実施例の斜視図で
ある。 １・・・入出力ピン、２・・多層配線基板、３・・半田
バンプ、４・・ＬＳＩチップ、５・・・冷却構造体、６
ハウジング、７ 冷却流体を供給するための空間、８・
・冷却流体を排出するための空間、９ ・チップ搭載面
を密閉するための空間、１０・・長方形断面ノズル、１
１・・ベローズ、１２・・フィン、１３・冷却流体、１
４・フィン間流路、１５・・・出口部、１６・・フィン
ベース、１７・底抜。
Claims (1)
- １、基板上の個々の集積回路素子、又は、パッケージに
当接あるいは熱的に接合され、内部に冷媒を循環させた
冷却構造体と、前記冷却構造体に設けられた可撓性構造
体と、前記可撓性構造体内に設けられたノズルから構成
され、前記ノズルより冷媒を冷却部材に導き、前記可撓
性構造体より排出する半導体冷却装置において、前記冷
却構造体の内部に、表面に複数の平行平板状のフィンを
もつた伝熱面を設け、前記ノズルがフィンに直交する方
向におかれた矩形断面ダクト又は、フィンに直交する方
向に一列に並べられた円管群であることを特徴とする半
導体冷却装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2266225A JPH04144158A (ja) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | 半導体冷却装置 |
| US07/771,777 US5365400A (en) | 1988-09-09 | 1991-10-04 | Heat sinks and semiconductor cooling device using the heat sinks |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2266225A JPH04144158A (ja) | 1990-10-05 | 1990-10-05 | 半導体冷却装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04144158A true JPH04144158A (ja) | 1992-05-18 |
Family
ID=17428007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2266225A Pending JPH04144158A (ja) | 1988-09-09 | 1990-10-05 | 半導体冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04144158A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5403783A (en) * | 1992-12-28 | 1995-04-04 | Hitachi, Ltd. | Integrated circuit substrate with cooling accelerator substrate |
-
1990
- 1990-10-05 JP JP2266225A patent/JPH04144158A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5403783A (en) * | 1992-12-28 | 1995-04-04 | Hitachi, Ltd. | Integrated circuit substrate with cooling accelerator substrate |
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