JPH04152659A - マルチチツプモジュールの冷却方法及び装置 - 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、電子計算機などに用いられる半導体素子の冷
却装置に係わり、特に高密度半導体パッケージであるマ
ルチチップモジュールの冷却に関する。

〔従来の技術〕

電子計算機などに用いられる半導体素子は、電子回路を
高密度に集積するため動作時の発熱が大きく、正常な動
作を維持するためにはこれら半導体素子を効率良く冷却
することが不可欠の課題となってきている。特に信号伝
達の距離を短くシ。

高速に動作させるため大規模集積回路（ＬＳＩ）と呼ば
れる高密度の半導体素子を１枚の基板に多数装着したマ
ルチチップモジュールは、動作時の発熱が非常に大きい
。このようなマルチチップモジュールの冷却技術として
１例えばニラケイ　エレクトロニクス（ＮＩＫＫＥＩ　
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ３）　１８８５年６月１７日発行
に記載されているような水冷技術が知られているやこの
技術は基板上に装着した半導体素子の発熱を、放熱スタ
ッド及び熱伝導ブロックを介して内部に冷却水が流れる
コールドプレートと称する冷却ジャケットに熱伝導によ
り伝えるものである。ここで用いる放熱スタッドは、基
板のそりや各半導体素子の装着時の寸法精度の不均一に
より生じる半導体素子表面の高さ変位や傾きに対しても
常に良好な接触状態を保つためのものである。このよう
な変位を吸収する構造としては他にベローズや先端を球
面にしたピストン等の可動性の冷却素子を用いて半導体
素子と接触させる例もある。さらに、このような柔軟構
造で吸収しきれない接触部分の微小な隙間には熱伝導性
コンパウンドを充表し熱抵抗を小さくすることが行われ
ている。しかし、このように半導体素子と冷却ジャケッ
トの間に冷却素子などの中間体を設けた冷却構造では、
半導体素子と冷却ジャケット間の伝熱距離が長くなるこ
とや接触部分が多いことにより熱抵抗が大きくなる。従
って、冷却ジャケットと半導体素子を直接接触させるこ
とによる低熱抵抗化を図る方法が提案されている。例え
ば特開平１−１１５１４７号に示されるような冷却技術
では、あらかじめ基板や半導体素子の装着の寸法誤差を
測定し、半導体モジュールの変形や半導体素子の装着時
の高さに応じてこれと組み合せる冷却ジャケットに設け
た半田層からなる加工代を削ることにより組立時の精度
向上を図っている。従って、半導体素子と冷却ジャケッ
トの間隙は小さくでき、可動性の冷却素子を用いず半導
体素子と冷却ジャケットの間隙に熱伝導性コンパウンド
を充恥しただけで良好な熱的接触を維持出来るようにし
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のようにマルチチップモジュールの冷却では低熱抵
抗を図るため、半導体素子と冷却ジャケット間の隙間を
小さくするなど種々の方法がとられている。しかし、こ
のような水冷方式をとる半導体素子は高発熱であるため
、熱伝導性コンパウンド層の厚さのわずかの差が半導体
素子の温度に大きく影響する。これを改善するため特公
平１−２９０６９号では半導体素子と冷却ジャケットの
間に放熱フィンを持ったヒートシングを設け、ここに空
気を流し冷却する空冷を併用することにより熱伝導性コ
ンパウンド層の厚さのばらつきにより生じる熱抵抗の不
均一を低減する方法が開示されている。また、特開平２
−６８９５６号では冷却ジャケット内で伝熱面に冷却水
を供給するノズル位置をねじにより伝熱面に近付けたり
離したりすることにより冷却能力を各半導体素子毎に個
別に調整できる構造としている。しかし、上記従来技術
による冷却構造では、初期の組立時点で熱抵抗が一定に
なるように調整できるだけであり、半導体装置の稼働中
に生じる諸問題には対応出来ない。すなわち、半導体稼
働時には、半導体素子毎の負荷変化による発熱量の変動
、半導体素子の内部抵抗のばらつきによる発熱の不均一
、さらに熱応力による基板の変形で生じる接触部間隙の
変化による熱抵抗変化が生じる。これらの現象はモジュ
ール内の半導体素子間に温度差を生じさせるが、従来の
冷却方法では最大発熱を考慮して多量の冷却媒体を流し
て冷却するなど過剰仕様で冷却しなければ冷却の信頼性
が維持できない、すなわち、高信頼性を維持したマルチ
チップモジュールを得るには、モジュール内の半導体素
子の温度を常に一定に保つようにするため、従来考慮さ
れていない半導体装置の実稼働状態においても半導体素
子毎に個別に冷却能力を調節出来るようにすることが必
要である。

半導体素子の冷却構造に関連する他の先行技術としては
、特開昭６１−２１８１４６号公報、特開昭６３−７６
４６５号公報、特開昭６３−２３７５５４号公報及び特
開昭６３−２３７５５５号公報に記載のものがある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、本発明では、基板に装着した
半導体素子毎に各半導体素子の温度を検出する手段を設
ける。更に、この検出温度を基に半導体素子の温度を制
御する手段を講じる。その１つは半導体素子の温度変化
に応じて、半導体素子を冷却する伝熱面に供給する冷却
媒体の流量を変化させる手段を講じる。すなわち、検出
温度を基に形状記憶合金や圧電素子などの可動素子を駆
動して冷却媒体の供給口の開度を変化させることにより
冷却媒体の流量や流れ状態を制御する。この結果、冷却
ジャケット内の伝熱面に供給する冷却媒体の流速変化に
より熱伝達率が変化し、半導体素子の温度を一定に保つ
ように制御できる。又、熱伝達を変化させる手段として
は供給する冷却媒体に振動を与えた脈動流とし、脈動の
強さ及び振動数を検出温度を基に制御する方法もある。

また他の原理に基づく手段としては、前記手段と同様に
形状記憶合金や圧電素子などの可動素子をもちいて、半
導体素子と冷却ジャケット内の伝熱面間の間隙を縮めた
り伸ばしたりすることにより半導体素子と伝熱面間熱抵
抗を変化させる。すなわち、間隙の制御を半導体素子の
検出温度を基に行うことにより半導体素子の温度を一定
に保つことができる。さらに、上記の熱伝達と間隙の熱
抵抗の制御を同時に講じることも可能であり応答性の高
い温度制御が行える。

〔作用〕

基板に装着した各半導体素子の温度を個別に検出する手
段を設けることにより半導体装置稼働時の温度変化を半
導体素子毎に個別に知ることができ、この検出温度を基
に半導体素子の冷却能力を個別に制御する機構を動作さ
せることができる。

この結果、マルチチップモジュール内の半導体素子温度
を発熱量の変化によらず常に一定に保つことが可能にな
る１例えば、温度の上昇により初期形状より長さが伸び
る性質を持つ形状記憶合金を用いて冷却媒体の流量制御
機構を構成する場合には、形状記憶合金を各半導体素子
毎の伝熱面に直接接合して取り付けると、形状記憶合金
には伝熱面を通して半導体素子の熱が直接伝わるため温
度変化を検出するセンサの働きをする。さらに、この形
状記憶合金は温度の変化に応じてそれ自体が変形し、他
の物体を駆動する力を生じる。従って、この形状記憶合
金の駆動力を利用して冷却媒体供給口の弁を押し上げ開
度を変えられるように構成すると、半導体素子の温度が
上昇すると伝熱面に供給される冷却媒体の流量が増加し
、熱伝達が促進され半導体素子の温度が低下するように
作用させることができる。また反対に半導体素子の温度
が下がると形状記憶合金に伝わる熱も少なくなり温度が
下がるため、冷却媒体供給口の弁の押上量が小さくなり
冷却媒体流量が少なく冷却能力が小さくなるので半導体
素子温度が上昇する方向に作用する。この結果、半導体
素子が稼働して発熱量が変動する限り以上の作用を繰り
返し動作するので半導体素子の温度が一定に保たれる。

センサと軛動素子が別に設けられる場合にも、センサに
よって検出した温度を基に圧電素子などの膳区動素子ま
たはサーボ機構による駆動体を半導体素子毎に個別に動
作させ、上記例のように熱伝達や熱抵抗を制御すること
により、モジュール内の各半導体素子の温度を一定に保
つようにできる。

〔実施例〕

以下本発明を実施例にて説明する。

〈実施例１〉 第１図は本発明の一実施例を示すマルチチップモジュー
ルの断面構造図であり、第２図は第１図の半導体素子２
付近の部分拡大断面図である。モジ論−ル基板１は、ガ
ラスセラミックス製の基板であり、半導体素子２を装着
する表面は研削加工等により基板表面の最大変位が２０
μｍ以下の精度に保たれ、これに信号配線を薄膜で多層
積み上げた多層基板である。半導体素子２はこのような
平坦な基板上に半田ボールで装着している。本実施例で
はモジュール基板１に２５個の半導体素子２を装着しマ
ルチチップモジュールを構成している。この半導体素子
２はマイクロチップキャリア構造でシリコンチップを窒
化アルミニウム製のキャップで封止したものであり、高
さの組立精度が約３０μｍある。これらを基板上に装着
時の組立誤差を含めた半導体素子上面の基板からの高さ
のばらつきを最大７０μｍ以下にしている０以上のよう
に基板上に装着した各半導体素子２の上面には熱伝導性
コンパウンド４を塗布し、その上から冷却ジャケット５
を押し付け、フレーム６でモジュール基板との高さ維持
している。フレーム６は、冷却ジャケット５とモジュー
ル基板１を結合すると同時に冷却ジャケットと半導体素
子上面間の熱伝導性コンパウンド４の塗布厚さを決める
。この厚さは、上記モジュール基板１の精度と半導体素
子２の装着の寸法誤差を吸収できるように決められ、熱
伝導性コンパウンド層の熱抵抗を考慮して最大１００μ
ｍ以下になるように認定している。

このように、熱伝導性コンパウンドのみで半導体素子と
冷却ジャケットの間を直接接続する場合、熱伝導性コン
パウンド層の厚さは、従来、半導体素子と冷却ジャケッ
トの隙間ばらつきを吸収するための冷却素子を用いた場
合と比較して、半導体素子の装着精度により厚くなるも
のと薄くなるものの差が大きくなることが予想される。

従って、ここで使用する熱伝導性コンパウンドは層の厚
さによる熱抵抗への影響を小さくなるように従来より高
熱伝導化したものを使用する。また、従来より塗布層の
厚い場合を考慮すると、半導体素子と冷却ジャケット間
の塗布層から熱伝導性コンパウンドが漏れやすくなる場
合があるため、保持性を高める必要がある。ここでは塗
布した熱伝導性コンパウンドの周辺への拡散を抑制する
ため、熱伝導性コンパウンド塗布領域の周辺に熱伝導性
コンパウンドに対する漏れ性を悪くする表面処理を行っ
て保持性を高めるようにしている。シリコン油をベース
とする熱伝導性コンパウンドの保持性を高°めるにはフ
ッ素コーティングによる表面処理が有効である６本実施
例では半導体素子２の側面と冷却ジャケット５にフッ素
系の表面処理膜３０が塗られている。冷却ジャケット５
は、各々１つの冷却媒体の入ロアと出口８がある。内部
は半導体素子から熱を受け、冷却媒体に放熱する伝熱面
９に半導体素子毎に個別に冷却媒体を供給できるように
冷却媒体流路が２層になっている。冷却媒体入口側の流
路は冷却媒体を各半導体素子毎に分配するためのヘッダ
ー１０になっている。冷却媒体出口側の流路は各半導体
素子に対応する伝熱面９毎に空間を部分的に隔壁で区切
られており、ヘッダー１０から各伝熱面９に個別に供給
された冷却媒体が隣接する半導体素子に供給した冷却媒
体と混合しないようになっている。ヘッダー１０から各
伝熱面への冷却媒体供給はノズル１１を用いて噴流状に
供給する。このノズル孔には１本発明による冷却媒体の
流量制御機能をもつ弁１２がノズル毎に取り付けられて
いる。この弁１２は円錐形状で温度が上昇すると伸びる
形状記憶合金製のばね１３で伝熱面９と接続されている
。また、弁１２は形状記憶合金製ばね１３の伸縮に合せ
てノズル１１の開度を変化させながら移動出来るように
弁支持体１４でガイドされる。すなわち、形状記憶合金
製はね１３は伝熱面９の温度が上昇するとこの温度を感
知して伸び冷却媒体流路断面を大きくするように働き、
冷却媒体の流量を増し、伝熱面の冷却量が大きくなると
温度が下がる。また、温度が下がると形状記憶合金製ば
ね１３が縮みノズル１１の冷却媒体流路断面を小さくな
るように作用するので、本構造により半導体素子２の温
度を安定して一定に保つことができる。本実施例による
とノズルは形状記憶合金と円錐形状の弁により冷却媒体
流路の断面積を変えるだけであるのでここを流れる冷却
媒体はまっすぐに伝熱面に向がって流れる衝突噴流にな
る。上記構造により冷却媒体は図中の矢印の示す方向に
流れる。すなわち、冷却媒体人ロアから供給された冷却
媒体はヘッダー１０で半導体素子毎に設けたノズル１１
で分配供給され、各半導体素子２と対応する伝熱面９を
噴流冷却する半導体素子を冷却し温度が上がった冷却媒
体は、各半導体素子配置の間を通って冷却媒体出口８に
集まりモジュールの外に排出される。

本実施例では基板上の各半導体素子毎に伝熱面を介して
伝わる熱を形状記憶合金が検出して直接弁１２の開度を
変化させることができるので、適切な形状記憶合金製ば
ね１３の設計をするだけで、半導体装置稼働時の温度制
御を簡単に行うことが出来る。このため熱伝導性コンパ
ウンドの厚さのばらつきや半導体素子の発熱量の変化に
影響されず半導体素子の温度を一定に保つことが出る。

〈実施例２〉 第３図は第１図に示した実施例に関連して、ノズル部分
を改良した一実施例の部分断面構造を示したものである
。これは、円錐形状の弁１２の斜面に螺旋状の溝１５を
設け、ここを通過する冷却媒体に旋回を与えるようにし
た実施例である。このようなノズル構造によりヘッダー
１０から伝熱面９に個別に供給する冷却媒体に旋回が加
えられるため、冷却媒体が直接伝熱面に衝突する場合に
比較して伝熱面に衝突する噴流の乱流化を促進するので
熱伝達を向上する。本実施例では弁１２側に螺旋状の溝
１５を設けているが、ノズ、ル１１側に設けても同様な
効果を生じる。

〈実施例３〉 第４図は、冷却ジャケット内の仕切板１６にヘッダー１
０から伝熱面９へ冷却媒体を供給するノズル孔１７を１
つの半導体素子の冷却領域に対して複数設け、冷却媒体
をシャワー状に伝熱面９に吹き付ける構造の実施例を示
す断面構造図である。

本構造では半導体素子２と対応する伝熱面９全体に噴流
を吹き付けるので隣接する半導体素子を冷却した冷却媒
体が混入しにくい、このため第１図に示した実施例のよ
うな半導体素子毎に伝熱面領域を区切る隔壁を設ける必
要が無くなる。ただし。

噴出した冷却媒体を円滑に排出するための流路を半導体
素子間に設ける必要があり、本実施例ではヘッダー１０
側へ食い込んだ冷却媒体排出流路１８を設けている。こ
の冷却媒体排出流路１８はノズル孔１７と一体に作られ
ており、通常、−枚の薄板を金型でプレスした塑性加工
で製作される。

モジュール基板に５行５列に配列した半導体素子の冷却
に用いる仕切板１６の構造を第５図に示す。

第５図の（ａ）は仕切板の平面図であり、第５図の（ｂ
）は（ａ）図に示すＡ−Ａ間の断面図である。この仕切
板１６は第４図に示すように冷却ジャケット内を２つの
流路に分割するように設置され１周辺部を冷却ジャケッ
トと接合して固定される。本実施例ではこれらの多数の
ノズル孔を流れる冷却媒体の流量を制御するため、第６
図に示すようなスリット板１９を用いる。これは仕切板
１６に設けたノズル孔領域と同じ大きさで、ノズル孔１
７と同径の孔があけられた平板であり、温度を感じて変
形可能なバイメタルや形状記憶合金で作られたばね板２
０が端部に接合されている。

このばね板２０の他端は第４図にすように伝熱面に接合
されており半導体素子の熱が直接機わるようになってい
る０以上の冷却構造により、本実施例では半導体素子の
発熱に応じて生じるばね板２０の変形がスリット板１９
を横方向にシフトさせる。このスリット板のシフトによ
る仕切板のノズル孔１７との位置をずれによりここを流
れる冷却媒体の流量を変化させる。本構造では各ノズル
孔の径が小さいので、スリット板１９のわずかのシフト
変位でノズル孔１７の開口比を大きく変えることができ
、温度変化に対する感度が低く変形量の小さい材料もば
ね板２ｏに使用できる。

〈実施例４〉 第７図は、第４図に示した実施例と同様に冷却媒体を多
孔ノズルから噴出して各半導体素子毎に冷却するマルチ
チップモジュールの冷却構造の実施例の一つを示す部分
断面構造図である。第８図は第７図に示す実施例の部分
拡大図であり、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は側面の断
面構造図である。

本実施例における冷却媒体の流量制御は、伝熱面９から
立てた針状形状記憶合金２１とこの先端に取り付けた円
盤型弁２２で行う。すなわち、これら伝熱面９に取り付
けられた形状記憶合金は温度が下がると図面の右方向に
先端が変化する性質のものである。この場合、円盤型弁
２２がノズル孔１７を塞ぎノズル孔の関度が小さくなる
ため、ノズル孔から噴出する冷却媒体の流量を減少させ
る。

針状形状記憶合金２１はノズル孔毎に作動するため本実
施例では半導体素子内の温度分布も均一にするように作
用する。またこの針状記憶形状合金は、伝熱面積に多数
設置するので、冷却フィンとしても作用し半導体素子の
冷却効果を高める効果がある。

〈実施例５〉 第９図は冷却媒体の供給をマルチチップモジュールの周
辺部から行うようにした冷却方式を示す一実施例を示し
た断面構造図である。第１０図は第９図のＡ−Ａ断面を
示す、ここで図中の矢印は冷却媒体の流れ方向を示す。

本実施例は第１図に示す実施例と同様に５行５列の半導
体素子を基板に装着した場合を例に冷却構造を示したも
のである。本実施例では、冷却媒体のモジュールへの圧
入口を第１０図に一点破線で示すようにモジュールの対
角位置にそれぞれ二つ設け、冷却ジャケットの冷却媒体
入口から個々の半導体素子への冷却媒体供給孔までの距
離を短くし、各半導体素子への冷却媒体供給量を十分確
保できるようにしている。すなわち、二つの入口からモ
ジュールに供給された冷却媒体は、第１０図に示す矢印
のようにモジュールの周辺部に設けたヘッダー１０に流
れ、周辺全体からモジュール内部へと進入する。各半導
体素子に対応する伝熱面は複数のノズル孔１７を持った
円筒２３で区切られており、ヘッダー１０から分散し内
部に進入した冷却媒体はこのノズル孔１７から各伝熱面
９に個別に供給される。

このノズル孔は円筒面に対して斜めに孔が開けられてお
りノズル孔１７から噴出する冷却媒体は伝熱面９に直接
衝突するようになっている。ただし、この伝熱面９には
第１０図に示すような偏流体２４が設けられている。こ
の偏流板２４は本発明による半導体素子の温度制御する
ためのもので、伝熱面に衝突する噴流の流れ方向を変え
る働きをするものである。これは７字型に折曲げた形状
記憶合金製板のｖ型の開度を伝熱面から伝わる温度によ
って変えられるようにＶ型の交点を伝熱面に接合したも
のである０本構造により、温度が上昇するとこのＶ型の
偏流板２４が開度を縮めるように変形する形状記憶合金
を用いると、噴流が通る流路が広くなるため、円筒２３
に設けたノズル孔１７より噴出した冷却媒体が伝熱面に
衝突し易くなり冷却を促進する。反対に温度が下がると
偏流体は広がり伝熱面に向かう噴流を阻止するように作
用する。このため噴流のほとんどは伝熱面に到達せず冷
却媒体出口側のへラグ−に直接流れてしまうため冷却能
力が低下し半導体素子の温度が上昇する。よって以上の
作用を半導体素子の温度変化に応じて繰り返すことによ
り、本実施例の冷却構造でも前記実施例と同様に半導体
装置稼働時に、半導体素子の温度を一定に保つことがで
きる。

〈実施例６〉 第１１図及び第１２図は、冷却媒体と半導体素子間の間
隙厚さを変化させて熱抵抗を変えながら半導体素子の温
度を個別に制御する方法を示す一実施例を示したマルチ
チップモジュールの部分断面構造図である０本実施例は
、各半導体装置に対応してヘッダー１０からノズル１１
を用いて個別に冷却媒体を伝熱面９に供給して冷却する
マルチチップモジュールの冷却構造において、各半導体
素子の位置に対応する伝熱面９に温度を感知して図に示
すように反るように変形する形状記憶合金の薄板から成
り伝熱板２５を貼付けた冷却構造である。すなわち第１
１図では伝熱板２５の中心を伝熱面に接合し１周辺部が
自由端となっている形状記憶合金を用いた例であり、こ
の自由端が温度に応じて反るように変形する。第１２図
はその反対に伝熱板２５の周辺を伝熱面９に接合して固
定した例であり、これは温度に応じて中心部がふくらむ
ように変形する構造である。以上の二つの実施例では伝
熱面の温度が上昇すると形状記憶合金から成る伝熱板２
５は伝熱面に密着するように変形する性質のものを使用
するすなわち第１１図に示す例を基板に本実施例の動作
を説明すると、半導体素子の温度が下がると図のように
伝熱板２５の周辺が伝熱面から離れるように変形し、伝
熱面に衝突する冷却媒体と半導体素子の間の間隙が広が
る。この結果、熱抵抗が増加し冷却効率が悪くなり、半
導体素子の温度は上昇する。また半導体素子の発熱によ
り温度上昇した場合、伝熱板２５は間隙を無くすように
変形し間隙の熱抵抗を小さくする１以上の作用を半導体
素子の温度変化に応じて繰り返すことにより、伝熱板２
５は半導体素子の温度を一定を維持するように動作する
。第１２図に示す例も間隙の変化する領域が伝熱面の中
心部になるだけであり、前記例と同様に動作する０本実
施例の冷却構造において使用する伝熱板形状例を第１３
図に示す、これは伝熱板の周辺が変形する場合の例で有
り、図中の一点破線で示す円の内側の領域は伝熱面と接
合する部分を示す。

（ａ）図は半導体素子と同じ形状である矩形の伝熱面を
全面覆い、端部を動き易くするために角から板に切り込
みを入れた例、（ｂ）図は噴流が直接伝熱面に当たる量
を増やし温度制御の感度を落とした星型形状の例、（ｃ
）図は各別状の板がスクリューのようにねじれており、
わずかの形状の変化でも間隙に噴流が回り込み易くして
間隙の熱抵抗変化の感度を高めるようにした例である。

以上のような伝熱板はフィンとしての伝熱面の働きを兼
ねるので冷却性能の設定範囲に応じてさらに種々の形状
を設計出来る。

〈実施例７〉 第１４図は専用の温度センサで各半導体素子毎に検出し
た温度を基に、センサと別の制御装置を用いて冷却媒体
の流量を個別に調節し半導体素子の温度を制御する方法
の一実施例を示したマルチチップモジュールを冷却する
ための機器構成図である０本実施例では、各半導体素子
毎に温度を検知するセンサとして、あらかじめ半導体素
子の中の集積回路の一部に感熱ダイオードを設けている
ため、温度センサは半導体素子と一体である。しかし、
熱電対等の温度センサを各半導体素子毎にマイクロチッ
プキャリアのキャップや冷却ジャケットの伝熱面に開け
た孔に埋めるなどして半導体素子と別に取り付けること
も可能である０本実施例では、センサが半導体素子の電
気回路と共有する感熱ダイオードであるため、温度信号
はモジュール基板のピン２９から取り出す。この温度信
号は温度検出器２６に集められ、温度の大小を判断して
制御信号を制御駆動装置２７に伝える。本実施例で、温
度検出器２６は感熱ダイオードの出力電圧を計測する電
圧計と、その値を処理する電子計算機、さらに処理結果
を基に制御信号を出力する発信機からなる。また、本実
施例の流量制御は各半導体素子毎に設けた冷却媒体供給
ノズルの開度を弁１２に取り付けた圧電素子２８の変形
を利用して調節するすものである。このため制御駆動装
ｗ２７は、圧電素子２８を駆動するための直流電圧を発
生する電源装置となる。この電圧は、温度検出器からの
出力信号により圧電素子２８が伸びたり縮んだりして適
切な弁開度を保つようにコントロールされる。以上の構
成によりマルチチップモジュールは冷却媒体の流量制御
を常に適切に行うことが出来、これによって基板１に装
着された各半導体素子２は、半導体装置の動作時におい
ても常に温度を一定に保たれる。

また上記例では圧電素子２８に直流電圧を加え、その電
圧に応じた変形で弁開度を変える制御を行っているが、
同様の制御回路でも圧電素子に交流電圧を付加し、ノズ
ルから噴出する冷却媒体に振動を加えることにより、伝
熱面の境界層を強制的に剥離させて熱伝達を促進するこ
とができる。この現像を利用して半導体素子の冷却能力
を制御することも出来る。この場合は制御駆動装置２７
は温度検出器からの出力信号に応じて交流電圧の強さや
周波数を任意に制御できる電源装置をもちいる。

〔発明の効果〕

本発明によると以下の効果を住じる。

モジュール基板に搭載した発熱量の大きい半導体素子を
冷却媒体の温度上昇の影響を無く個別に冷却でき、モジ
ュール基板上の温度分布不均一を少なく出来る。この結
果、動作時の基板の熱変形を小さく出来、熱伝導コンパ
ウンドの保持に対する信頼性を増す。

又、本発明では各半導体素子毎に供給する冷却媒体の流
量を制御できるため、モジュール基板搭載した半導体素
子を搭載位置の差により生じる冷却媒体の偏流や不均一
流れの影響を無く、高効率な冷却が８来る。

更に、従来半導体素子の内部抵抗のばらつきによる動作
時の発熱のばらつきを考慮して過剰に流していたモジュ
ール枚の冷却媒体流量をより少ない量で高効率に冷却す
ることができ、冷却媒体の供給に要する動作を節約でき
る。

また冷却媒体流量がモジュール単位で制御されているた
めモジュール間の冷却媒体の分配の不均一が生じにくく
、モジュール間の冷却媒体の流量制御が不要になる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図は本発明の一実施例を示す断面構造面
、第５図は仕切板の構造図、第６図はスリット板の構造
図、第７図は本発明の一実施例を示す断面構造図、第８
図は第７図の部分断面詳細図、第９図は本発明の一実施
例を示す断面構造図。 第１Ｏ図は第９図は断面図、第１１図及び第１２図は他
の実施例を示す部分断面図、第１３図は熱抵抗制御板の
例を示す平面図、第１４図は他の実施例を示す機器構成
図。 ｌ・・・モジュール基板、２・・・半導体素子、３・・
・半体ボール、４−・・熱伝導性フンパウンド、５・・
・冷却ジャケット、６・・・フレーム、７・・・冷却媒
体入口、８・・・冷却媒体量口、９・・・伝熱面、１０
・・・ヘッダー１１・・・ノズル、１２・・・弁、１３
・・・形状記憶合金製ばね、１４・・・弁支持体、１５
・・・螺旋状溝、１６仕切板、１７ノズル孔、１８・・
・冷却媒体排出流路。 １９・・・スリット板、２０・・・ばね板、２１・・・
針状形状記憶合金、２２・・・円盤型弁、２３・・・円
筒、２４・・・偏流板、２５・・・伝熱板、２６・・・
温度検出器、２７・・・制御駆動装置、２８・・・圧電
素子、２９・・・ピン、３０・・・表面処理膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板に複数の半導体素子を装着したマルチチップモ
   ジュールの各半導体素子から発生する熱を、対向して設
   けた冷却ジャケットに伝導で伝えてモジュール毎に一括
   冷却する半導体装置において、該基板上に半導体素子の
   温度を各々個別に検知し、該検知温度を基に該半導体素
   子の冷却を個別に制御することを特徴とするマルチチッ
   プモジュールの冷却装置。 ２、基板に複数の半導体素子を装着したマルチチップモ
   ジュールの各半導体素子から発生する熱を、対向して設
   けた冷却ジャケットに伝導で伝えてモジュール毎に一括
   冷却する半導体装置において、基板上の半導体素子と対
   向する位置の伝熱面に冷却媒体を個別に供給出来る冷却
   ジャケットを用い、該半導体素子の検知温度を基に該冷
   却媒体の供給量を個別に制御するマルチチップモジュー
   ルの冷却装置。 ３、基板に複数の半導体素子を装着したマルチチップモ
   ジュールの各半導体素子から発生する熱を、対向して設
   けた冷却ジャケットに伝導で伝えてモジュール毎に一括
   冷却する半導体装置において、該基板上に半導体素子の
   温度を各々個別に検知し、該検知温度を基に該半導体素
   子と該冷却ジャケット内に流れる冷却媒体間の熱抵抗を
   個別に制御することを特徴とするマルチチップモジュー
   ルの冷却装置。 ４、基板に装着した各半導体素子と対向する位置の冷却
   ジャケット内伝熱面を介して半導体素子の温度を感知し
   て変形できる形状記憶合金又はバイメタルを用いて、該
   伝熱面に供給する冷却媒体の供給口の開度を制御するこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載のマルチチップモジ
   ュールの冷却装置。 ５、基板に装着した各半導体素子と対向する位置の冷却
   ジャケット内伝熱面を介して半導体素子の温度を感知し
   て変形できる形状記憶合金又はバイメタルを用いて、該
   伝熱面と冷却媒体の間に間隙を作り、該間隙の厚さを該
   形状記憶合成又は該バイメタルにより変化させることに
   より該冷却媒体と半導体素子間の熱抵抗を制御すること
   を特徴とする請求項１又は２記載のマルチチップモジュ
   ールの冷却装置。 ６、基板に装着した各半導体素子の電子回路の一部に感
   熱ダイオードなどの温度検出回路を設け、該温度検出回
   路により検出した半導体温度を基に、冷却媒体を供給口
   の開度を変える弁を駆動する制御装置を設け、伝熱面に
   供給する冷却媒体の供給口の開度を制御することを特徴
   とする請求項１又は２記載のマルチチップモジュールの
   冷却装置。 ７、圧電素子を用いて冷却媒体の供給口の開度を変える
   ことを特徴とする請求項６記載のマルチチップモジュー
   ルの冷却装置。 ８、冷却ジャケット内で冷却媒体を基板上に各半導体の
   配置と対向する位置の伝熱面に冷却媒体を個別に供給す
   る冷却媒体の供給口に、螺旋状の溝を加工し、該冷却媒
   体に旋回を与えることを特徴とする請求項１〜６記載の
   マルチチップモジュールの冷却装置。 ９、冷却ジャケット内で、基板上の各半導体の配置と対
   向する位置の伝熱面に個別に供給する冷却媒体の供給口
   を、伝熱面に対面する位置に設けた多孔ノズル構造とし
   、該伝熱面全体にシャワー状に吹き付けることを特徴と
   する請求項１〜８記載のマルチチップモジュールの冷却
   装置。 １０、請求項１〜９記載のマルチチップモジュールの冷
   却装置を用いた電子計算機または制御用電子装置。 １１、基板に複数の半導体素子を装着したマルチチップ
   モジュールの各半導体素子から発生する熱を、対向して
   設けた冷却ジャケットに伝導で伝えてモジュール毎に一
   括冷却する半導体装置の冷却方法において、基板上の各
   半導体素子と対向する位置の伝熱面に冷却媒体を個別に
   供給出来る冷却ジャケットを用いて各々振動させた冷却
   媒体を供給し、該半導体素子の個別の検知温度を基に振
   動の強度及び振動数を制御するマルチチップモジュール
   の冷却方法。 １２、請求項１１において、圧電素子を用いて冷却媒体
   に振動を付加することを特徴とするマルチチップモジュ
   ールの冷却方法。