JPH05190716A

JPH05190716A - 半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH05190716A
Application number: JP4001692A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Ashiwake; 範行芦分; Takahiro Oguro; 崇弘大黒; Toshio Hatsuda; 俊雄初田; Shizuo Zushi; 鎮夫頭士; Tadakatsu Nakajima; 忠克中島; Toshio Hatada; 敏夫畑田; Shigeyuki Sasaki; 重幸佐々木; Ko Inoue; 滉井上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-01-08
Filing date: 1992-01-08
Publication date: 1993-07-30

Abstract

(57)【要約】【目的】高発熱密度の半導体チップを用いたマルチチ
ップモジュールの冷却構造とその製法に関し、冷却流体
の個別の流入・流出が容易で、かつ、冷却性能が高く、
信頼性に優れた冷却構造を有する半導体装置の提供。【構成】セラミック多層基板２上に集積回路パッケー
ジ４が多数搭載されており、個々のパッケージには冷却
ジャケット５が装着される。個々の冷却ジャケットには
柔軟性を有する管１１が接続されており、柔軟流路の内
部には、冷却流体をスリット状の噴流として冷却ジャケ
ットに流入させるためのノズル１０が設けられる。冷却
ジャケット内にはフィン１２及び冷却流体の戻りのため
の空間１３が設けられる。【効果】冷却能力の高い水を冷却流体に利用でき、伝
熱面積の拡大が容易な平板形のフィンを使用でき、スリ
ット状の噴流により各フィンに均一に冷却流体を供給で
きる等のため、優れた冷却構造の半導体装置を提供する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置及びその製造
方法に係り、特に高発熱密度の半導体チップを用いたマ
ルチチップモジュールに好適な冷却構造を有する半導体
装置及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】個々の集積回路チップの上に、内部に水
を循環させる冷却ジャケットを取り付け、これに楕円断
面を有するベローズ状の柔軟流路を２本ずつ取付けた構
造が特開昭６１−２２６９４６に記載されている。流路
としてベローズを用いるのは、基板上に搭載されたチッ
プ面の高さや傾きのばらつき、及び熱変形による変位を
吸収するためである。

【０００３】また、楕円断面ベローズを２本用いるかわ
りに、単一の円形断面ベローズ流路を用い、ベローズ流
路の内部に冷媒の流入部及び流出部を区分するための仕
切りを設けた構造が特開昭６３−１７０９４８に記載さ
れている。

【０００４】また、特開昭６２−２８２４５２において
は、底板を有する円形断面ベローズを集積回路パッケー
ジに接触させ、ベローズの底板部に放熱フィンを放射形
状に配置し、そこに水を循環させる構造が開示されてい
る。

【０００５】また、空気流を左右に分けて流す構造の空
冷ヒートシンクが米国特許４，８８４，６３１に記載さ
れている。

【０００６】冷却構造体と集積回路パッケージを熱伝導
性のコンパウンドで接着する構造の例に関しては、フジ
ツウ第４１巻１号（１９９０年１月）（ＦＵＪＩＴＳＵ
Ｖol．４１−１）に記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術には次の
ような問題点があった。

【０００８】特開昭６１−２２６９４６において開示さ
れている技術では、冷却ジャケットの内部に設けられた
フィンが平行平板形のものであるため、流体の流れを均
一化する目的で楕円断面を有する扁平ベローズ管を直方
体の冷却ジャケットの両端に配置している。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。

【０００９】一般に、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。この性質により半導体モジュールの長軸方
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生じる。また、一つの冷却ジャ
ケット当たり２本のベローズ管を用いるため、ベローズ
管とジャケット及び給水ヘッダ部との接合箇所が多くな
り、漏れに対する信頼性が低くなる。さらに、楕円断面
ベローズ管は通常の円形断面ベローズ管に比べて製造コ
ストが高いという問題もある。

【００１０】特開昭６３−１７０９４８に開示されてい
る構造は、冷却ジャケットに、内部に仕切り板を有する
単一のベローズ管を接続し、冷却ジャケットへの冷媒の
流入及び流出孔をベローズ管の内側に設けたものであ
る。この構造は、前述の楕円断面ベローズ管を２本用い
る構造の問題点を解消するために考案されたものである
が、次のような問題点が新たに生じる。

【００１１】一般に、ベローズ管の内径は外径に比べて
かなり小さいために、冷却ジャケットへの冷媒の流入、
流出孔をジャケットの両端に設けることは難しい。従っ
て、冷却ジャケットへの冷媒の流入、流出孔をジャケッ
トの中心線よりに設けざるを得なくなるため、冷却ジャ
ケット内に設けられたフィンの有効長さが短くなる。そ
の結果、冷却性能は楕円断面ベローズ管を２本用いた構
造に比べて低くなる。

【００１２】特開昭６２−２８２４５２において開示さ
れている構造は、円形断面ベローズの一方の端部に、放
射形状のフィンを有する円板状の伝熱板を設け、この伝
熱板を集積回路チップに接触させるもので構造的には単
純であるが、高密度実装されたマルチチップモジュール
に適用しようとすると次のような問題が生じる。

【００１３】一般に、マルチチップモジュールの実装密
度を上げるにはチップとチップの間隔を縮める必要があ
るため、超高密度モジュールでは隣接するチップ間の間
隙はほとんど無くなる。集積回路チップ又はパッケージ
は一般に正方形であるが、円板状の伝熱板で集積回路チ
ップ表面の全体をおおうためには、伝熱板の直径はチッ
プ又はパッケージの外接円の直径より大きくなければな
らない。

【００１４】しかしながら、先に述べたように超高密度
モジュールでは隣接するチップ間の間隙はほとんど無い
ため、伝熱板の直径をチップ又はパッケージの内接円の
直径以上に大きくすることはできない。この結果、集積
回路チップ又はパッケージの表面に、伝熱板がおおいき
れない部分が必然的に生じるため、チップ又はパッケー
ジ内の温度不均一が大きくなる。

【００１５】また、特開昭６２−２８２４５２において
開示されている構造では、伝熱板に放射状にフィンを取
り付け、冷媒を放射状フィン群の中心部に供給している
が、この構造には次のような問題がある。一般に、平行
平板フィンの場合はフィン間の間隙をつめればつめるほ
どフィンから冷却流体への熱伝達率が大きくなる。これ
に対し、放射状フィンでは半径方向にフィン間の間隙が
開いてくるために微小な間隙を保つことが困難であり、
熱伝達率に制限が生じる。その結果、冷却性能にも限界
がある。

【００１６】米国特許４，８８４，６３１には、空気流
を左右に分けて流す構造の空冷ヒートシンクが記載され
ている。この構造では、ヒートシンクの中央にフィンの
無い空気取り入れ部があり、ここから周囲の空気をヒー
トシンク内に吸い込み左右に分けてフィン部に流してお
り、空気流を噴流としてヒートシンク内に押し込むため
のノズルが存在しない。

【００１７】この結果、ヒートシンク中央部のフィンの
無い部分に衝突する噴流が存在しないため、衝突噴流の
もつ高い熱伝達特性を利用することが不可能になる。従
ってヒートシンク中央部のフィンの無い部分の熱伝達率
が他の部分に比べて非常に低くなる。このため、このヒ
ートシンク構造を集積回路チップ又はパッケージの冷却
に適用すると、チップ又はパッケージの中央部の温度が
周囲部に比べて非常に高くなる可能性がある。

【００１８】また、冷却ジャケットと集積回路パッケー
ジとを熱伝導性のコンパウンドで接着する方法に関して
は、文献等（例えばＦＵＪＩＴＳＵＶｏｌ．４−１，
１９９０）に記載例があるが、冷却ジャケットを集積回
路パッケージに装着する際のコンパウンドのはみ出し防
止方法や、冷却ジャケットを装着する際にコンパウンド
層に加える押し付け圧力の制御方法、又、基板に搭載さ
れた集積回路パッケージを交換する必要が生じた場合
に、冷却ジャケットをパッケージから分離させる方法
等、装置の組み立てや分解方法に関しては特別な配慮が
見られない。

【００１９】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解決した冷却構造体を備えた半導体装置を提供すること
にある。即ち、冷却流体をそれぞれ個別に流入・流出さ
せることが容易であり、且つ、放熱性能が高く、且つ、
信頼性に優れた冷却構造体を備えた半導体装置を提供す
ることにある。

【００２０】本発明のさらに他の目的は、上記半導体装
置の製造及び補修作業を容易にするための構造を提供す
ることにある。即ち、冷却構造体を個々の集積回路チッ
プ又はパッケージに着脱することを容易にするための構
造を提供することにある。

【００２１】本発明のさらに他の目的は、上記半導体装
置の製造及び補修方法を提供することにある。即ち、冷
却構造体を個々の集積回路チップ又はパッケージに容易
に着脱するための方法を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、基板上に搭
載された個々の集積回路チップ又はパッケージに、内部
にフィンを有する直方体形状の冷却ジャケットを装着
し、個々の冷却ジャケットに単一の柔軟流路を設け、柔
軟流路の内部に、冷媒をスリット状の噴流として冷却ジ
ャケット内に流入させることが可能な断面形状のノズル
を設けるとともに、冷却ジャケット内のフィンの上部に
空間を設けることにより達成される。

【００２３】さらに冷却ジャケットの放熱性能を向上さ
せるには、冷却ジャケット内に設けられたフィンの上端
部に、スリット状の噴流が流入する部分及び流出する部
分のみを切り欠いた天板を設けることが効果的である。

【００２４】さらに冷却ジャケットの放熱性能を、向上
させるには、ノズルの先端に柔軟なシール部材を設ける
ことが効果的である。

【００２５】フィンが平板フィンである場合には、スリ
ット状の噴流の長軸をフィンの長手方向に直交させ、さ
らに、スリット状の噴流が当たる部分のフィンを切り欠
くことが放熱性能を向上させるのに効果的である。

【００２６】半導体装置を組み立てる際の冷却ジャケッ
トの位置ずれを防止し、組み立て性能を向上させるに
は、ノズルの長軸の長さを柔軟流路の内径にほぼ等しく
とることが効果的である。

【００２７】また、半導体装置を組み立てる際の、冷却
ジャケット底面と半導体チップ又はパッケージ表面の引
っかかりを防止し、装置の組み立て性を向上させるに
は、冷却ジャケットの底面に高硬度の板を取付けること
が効果的である。

【００２８】また、冷却ジャケットと半導体パッケージ
の間に介在させた熱伝導性コンパウンドのはみ出しを防
止し、装置の組み立て性を向上させるには、集積回路パ
ッケージの端面又は冷却ジャケットの底板の端面に、制
御された大きさの傾斜部を設けることが効果的である。

【００２９】また、冷却ジャケットと半導体パッケージ
の間に介在させた低融点半田のはみ出しを防止し、装置
の組み立て性を向上させるには、集積回路パッケージ
の、冷却ジャケットに接触する面及び傾斜部、及び、冷
却ジャケットの集積回路パッケージに接触する部分、又
は、冷却部材に設けられた高硬度板の集積回路パッケー
ジに接触する部分にメタライズを施すことが効果的であ
る。

【００３０】冷却ジャケットと集積回路パッケージ間に
介在させた熱伝導性コンパウンドの層厚さを制御を容易
にし、装置の組み立て性を向上させるには、個々の冷却
ジャケットを流体圧力により集積回路パッケージに押し
付け、流体圧力を制御する組み立て方法をとるのが効果
的である。

【００３１】また、冷却ジャケットと集積回路パッケー
ジ間に介在させた熱伝導性コンパウンドのはみ出しを防
止し、装置の組み立て性を向上させるには、冷却ジャケ
ットの底面、又は集積回路パッケージ表面に、周囲の空
間に連通された溝を設けるのがよい。

【００３２】また、半導体装置を組み立てる際の冷却ジ
ャケットの位置ずれを防止し装置の組み立て性を向上さ
せるとともに、冷却ジャケットと集積回路パッケージの
分離を容易にし装置の補修作業を容易にするには、隣接
する冷却ジャケット間にモジュールキャップに固定され
た仕切り板を設け、且つ、この仕切り板に冷却ジャケッ
トの底面にかかる突起を設けるのが効果的である。

【００３３】冷却ジャケットと集積回路パッケージの分
離をさらに容易にするには、仕切り板に設けた突起の取
り付け位置を左右で段ちがいにするかまたは、形状記憶
合金で形成することが効果的である。

【００３４】冷却ジャケットと集積回路パッケージの分
離を容易にするためには、冷却ジャケットの底板をダイ
ヤフラム構造にするのも有効である。

【００３５】冷却ジャケットと集積回路パッケージの分
離を容易にし、装置の補修作業を容易にするには、冷却
ジャケット及び柔軟流路の内部を減圧する方法をとるの
がよい。

【００３６】冷却ジャケットの底面がダイヤフラム構造
になっている場合には、冷却ジャケットと集積回路パッ
ケージの分離を容易にし、装置の補修作業を容易にする
には、冷却ジャケット内部を予圧する方法をとるのが効
果的である。

【００３７】冷却ジャケットと集積回路パッケージの分
離を容易にし、装置の補修作業を容易にするには、複数
のノズルが接続された部材が、複数の柔軟流路が接続さ
れた部材から分離可能とすれば効果が大きい。

【００３８】

【作用】上記の構成によれば、個々の集積回路パッケー
ジに装着されたジャケットは、冷媒を循環させるための
容器として作用する。冷却ジャケット内に設けられたフ
ィンは、冷媒が流れる微小流路を形成するとともに、集
積回路パッケージからの熱を冷媒に伝達するように作用
する。個々の冷却ジャケットに設けられた単一の柔軟流
路は、冷媒を排出するための流路として作用するととも
に、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、柔軟流路の内部に設けられたノズルは、冷却
ジャケット内に冷媒を供給するための流路として作用す
ると同時に、スリット状の噴流を発生させ、多数のフィ
ンで形成される微小流路内の冷媒の流れを左右２方向に
振り分け、冷媒が流れる微小流路の実質長さを２分の１
に、また、微小流路内を流れる冷媒の流量を２分の１に
するように作用する。

【００３９】一般に、フィンで形成される微小流路の圧
力損失は、流路長さ及び、流量が２分の１になれば４分
の１になり、フィンから冷媒への熱伝達率は流路長が短
いほど高くなるから、これにより圧力損失が下がると同
時に熱伝達率が上がるので放熱性能が向上する。さら
に、柔軟流路の内部に設けられたノズルは、スリット状
の冷媒噴流を冷却ジャケットの底板の中央部に衝突さ
せ、衝突噴流のもつ高い熱伝達特性を引出し、冷却ジャ
ケット中央部の熱伝達特性を向上させるように作用す
る。柔軟流路の内部に設けられたノズルは、これに加え
て、柔軟流路及び冷却ジャケットの位置ずれ防止用の部
材としても作用する。冷却ジャケット内のフィンの上部
に設けられた空間は、フィンで形成される微小流路内を
通過した冷媒の戻り流路として作用する。

【００４０】フィン上端部に設けられた天板、及び、ノ
ズルの先端に設けられた柔軟なシール部材は、冷媒がフ
ィンの上側に逃げることを防ぎ、冷却効率を上げるよう
に作用する。フィンの中央部に設けられた切り欠きは、
フィンで形成される微小流路へ冷媒を均等に供給するよ
うに作用する。

【００４１】冷却ジャケット底面に設けられた高硬度を
有する板は、集積回路チップ又はパッケージと冷却ジャ
ケットとの間の引っかかりを防止し、装置を組み立て易
くするように作用する。

【００４２】集積回路パッケージ、又は冷却ジャケット
の底面の端部に設けられた傾斜部は、パッケージとジャ
ケット間に介在する熱伝導性コンパウンド又は低融点半
田のはみ出し量より大きな体積をもつように制御されて
おり、はみ出したコンパウンド、又は半田を保持するよ
うに作用する。

【００４３】集積回路パッケージの冷却部材に接触する
面及び傾斜部、及び、冷却ジャケットの集積回路に接触
する部分に施されたメタライズ部は、半田の保持を確実
にするように作用する。

【００４４】集積回路パッケージの冷却ジャケットとの
接触面、又は、冷却ジャケットの集積回路パッケージと
の接触面に設けられた、接触面周囲の空間に連通する溝
は、接触面に介在する熱伝導性コンパウンドのはみ出し
を防止し、装置の組み立て及び分解を容易にする。

【００４５】接触面に介在する熱伝導性コンパウンドの
厚さは接触圧力によって制御できるので、柔軟流路及び
冷却ジャケット内に空気圧を加えれば、この圧力を調節
することにより、コンパウンド層の厚さを容易に制御す
ることができる。

【００４６】隣接する冷却ジャケット間に設けられた仕
切り板は、柔軟流路、及び冷却ジャケットの位置ずれを
防止するように作用する。

【００４７】また仕切り板に設けられた突起は、冷却ジ
ャケットを集積回路パッケージから分離する際に冷却ジ
ャケット底面にかかり、冷却ジャケットをパッケージ表
面から分離するように作用する。突起の取り付け位置を
左右で段ちがいにした場合は、冷却ジャケットをパッケ
ージ表面から分離する際に、冷却ジャケットを斜めにす
るように作用し、冷却ジャケットの分離をより容易にす
る。

【００４８】形状記憶合金で形成された突起は、ある設
定された温度で冷却ジャケットを集積回路パッケージ表
面から分離させる方向に曲がり、冷却ジャケットの分離
を容易にする。

【００４９】冷却ジャケット底面に設けられたダイヤフ
ラム構造は、冷却ジャケット内部を予圧することによっ
て外側にふくらみ、冷却ジャケットと集積回路パッケー
ジの分離を容易にするように作用する。

【００５０】冷却ジャケットを集積回路パッケージから
分離する際には、冷却ジャケット及び柔軟流路内部を減
圧し、柔軟流路を縮めることにより、分離作業を容易に
することができる。

【００５１】複数のノズルが接続された部材が、複数の
柔軟流路が接続された部材から分離可能であるために、
装置を分離する際にノズル部を先に取りはずし、柔軟流
路内に冷却ジャケットの分離用治具を挿入する等の作業
が容易になる。

【００５２】

【実施例】以下、本発明のいくつかの実施例を、図面を
参照して説明する。本発明の一実施例を図１及び図２に
より説明する。多数の入出力ピン１を有するセラミクス
の多層配線基板２上に微小な半田バンプ３によりＬＳＩ
パッケージ４が多数搭載されている。個々のＬＳＩパッ
ケージには冷却ジャケット５が接触又は接合される。

【００５３】多層配線基板のパッケージ搭載面はキャッ
プ６により密閉される。キャップ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、及びパッケージ搭載面を密閉する空
間９から成る。冷却流体を供給するための空間７には、
個々のＬＳＩパッケージに対応する位置に、冷却流体を
個々の冷却ジャケット５に供給するためのノズル１０が
設けられる。

【００５４】冷却流体を排出するための空間８には、個
々のＬＳＩパッケージに対応する位置に、冷却流体を個
々の冷却ジャケット５から排出するためのベローズ状の
柔軟性を有する流路１１が設けられ、このベローズ状流
路１１により、個々の冷却ジャケット５とキャップ６の
冷却流体を排出するための空間８とが接続される。

【００５５】冷却ジャケット５は直方体の容器でありそ
の内部には、図２に示すような平行平板状のフィン１２
とフィン上端部の空間１３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を有するノズル１０が設
けられている。

【００５６】ベローズ状流路１１は円形断面を有してお
り、ノズル１０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。冷却ジャケット５は熱
伝導性のコンパウンド１５又は半田でＬＳＩパッケージ
に取付けられる。

【００５７】次に本実施例の作用を説明する。キャップ
６に供給された冷却流体１４は、空間７を介して各々の
ノズル１０に分配され、このノズルによりＬＳＩパッケ
ージ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は長方形断面を有しているため、
このノズルから噴出される冷却流体は、スリット状の２
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１２の長手方向の中央位置に供給され
る。

【００５８】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２方向に分かれて平板フィン１２
によって形成される流路１６内を流れ、ＬＳＩパッケー
ジ４から発生した熱を吸熱する。平行平板フィン間の流
路から流出した冷却流体は、フィンの上部に設けられた
空間１３を通ってベローズ１１の内部を通ってキャップ
の空間８内を流れ、キャップに設けられた出口部１７か
ら排出される。

【００５９】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路に均一に
分配され、かつ、フィンの中心部から左右２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２分
の１となり、かつ流量が２分の１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４分の１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。

【００６０】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。さらに噴流が冷却ジャケットの中央部に衝突す
るから、衝突噴流のもつ高い熱伝導率を利用でき、冷却
ジャケット中央部での放熱性能の低下が無い。

【００６１】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パッケージ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、冷却ジャケット５とキ
ャップ６を円形断面を有する柔軟なベローズ１１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パッケージ４や半田バンプ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有
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からずれる
ことが少ない。

【００６２】この実施例では、ノズルの断面形状は長方
形であるが、断面形状は長方形に限られるものではな
く、スリット状の噴流を発生させ得る形状であればよ
い。例えば、図３に示したように、一列に並べられた円
管群でノズルを形成してもよい。また、フィン形状も平
行平板フィンに限られるものではなく、例えばピンフィ
ンであってもよい。

【００６３】図４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１８を設け冷却流体が
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。

【００６４】図５に本発明の他の実施例を示す。ノズル
の先端に柔軟なシール部材１９を設けたもので、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
さらに改善している。

【００６５】図６に本発明のさらに他の実施例を示す。
冷却ジャケットの底面に高硬度を有する板２０を固着し
たものである。一般に、ＬＳＩパッケージのパッケージ
ング材料としては、高硬度のセラミックスが用いられる
ため、例えば冷却ジャケットの材料として銅等の比較的
軟らかい材料を用いた場合は、高硬度のパッケージによ
ってジャケットの底面が容易に傷つくために引っかかり
が生じる恐れがある。ジャケットの底面にパッケージと
同等の硬度を有する板を固着すれば、このような現象を
防止することができる。

【００６６】図７に本発明のさらに他の実施例を示す。
ＬＳＩパッケージの端面に制御された大きさの傾斜部２
１を設けたもので、傾斜部の体積は、パッケージとジャ
ケット間に介在する熱伝導性コンパウンド又は低融点半
田の体積よりも大きくなるようにしてあり、これによ
り、はみ出したコンパウンド、又は半田を保持する。

【００６７】図８に本発明のさらに他の実施例を示す。
集積回路パッケージの冷却部材に接触する面、及び傾斜
部、及び、冷却ジャケットの底面に固着された高硬度板
のパッケージに接触する部分にメタライズ２２を施した
もので、パッケージと冷却ジャケット間の介在物が低融
点の半田２３である場合に、メタライズ部に半田を融着
させることにより半田の保持を確実にする。

【００６８】図９及び図１０に本発明のさらに他の実施
例を示す。図９は縦断面図、図１０は横断面図である。
集積回路パッケージの冷却ジャケットとの接触面に周囲
の空間に連通する溝２４を設けたものであり、溝２４は
接触面に介在する熱伝導性コンパウンド１５のはみ出し
を防止する。

【００６９】なお、図１において、冷却ジャケット５と
ＬＳＩパッケージ４間に介在する熱伝導性コンパウンド
１５の厚さは接触圧力によって制御できるので、冷媒の
入口を利用して空気圧を加えれば、この圧力を調整する
ことによりコンパウンド層の厚さを容易に制御すること
ができる。

【００７０】図１１及び図１２に本発明のさらに他の実
施例を示す。図１１は縦断面図、図１２は要部斜視図で
ある。隣接する冷却ジャケット間に、モジュールキャッ
プに固定された仕切り板２５を設けたもので、冷却ジャ
ケットをパッケージに接触させる際に生じる位置ずれを
防止する。

【００７１】図１３及び図１４に本発明のさらに他の実
施例を示す。図１３は縦断面図、図１４は要部斜視図で
ある。仕切り板２５に、冷却ジャケットの底面にかかる
突起２６を設け、かつ半導体装置を組み立てた状態で突
起と冷却ジャケットの底面間に間隙が生じるようにした
ものである。突起２６は、冷却ジャケットを集積回路パ
ッケージから分離する際に冷却ジャケット底面にかか
り、冷却ジャケットをパッケージ表面から分離するよう
に作用する。

【００７２】図１５に本発明のさらに他の実施例を示
す。突起２６の取り付け位置を左右で段ちがいにしたも
ので、冷却ジャケットをパッケージ表面から分離する際
に、冷却ジャケットを斜めに引き上げるように作用し、
冷却ジャケットの分離を容易にする。

【００７３】図１６及び図１７に本発明のさらに他の実
施例を示す。図１６に示す突起２６を形状記憶合金で形
成したもので、ある設定された温度で突起２６が冷却ジ
ャケットを集積回路パッケージ表面から分離する方向に
曲がり（図１７）、冷却ジャケットの分離を容易にす
る。

【００７４】図１８に本発明のさらに他の実施例を示
す。冷却ジャケットの底面をダイヤフラム構造２７にし
たもので、冷却ジャケット内に予圧することによってダ
イヤフラムが外側にふくらみ、冷却ジャケットとＬＳＩ
パッケージの分離を容易にする。この場合、フィン形状
はピンフィン２８が望ましい。

【００７５】なお、例えば図１において冷却ジャケット
を集積回路パッケージから分離する際には、冷媒流入口
を利用して冷却ジャケット及び柔軟流路内部を減圧し、
柔軟流路を縮めることにより分離作業を容易に行うこと
もできる。

【００７６】図１９〜図２１に本発明のさらに他の実施
例を示す。図１９に示す多数のノズルが接続された給水
ヘッダ部２９を、θリング３０により分離できるように
したものである。図２０はヘッダ部を分離した状態を示
す。こうすることにより、冷却ジャケットをパッケージ
表面から分離する際に、図２１に示したように、分離治
具３１を冷却ジャケット内に挿入することが可能にな
る。

【００７７】

【発明の効果】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、伝熱面積の拡大
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、かつスリット状の噴流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。

【００７８】また、冷却ジャケットの集積回路パッケー
ジへの脱着を容易にする機能を設けたから、装置の製造
及び補修作業が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】本発明の一実施例を示す要部斜視図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す要部斜視図である。

【図４】本発明のさらに他の実施例を示す要部斜視図で
ある。

【図５】本発明のさらに他の実施例を示す要部斜視図で
ある。

【図６】本発明のさらに他の実施例を示す要部断面図で
ある。

【図７】本発明のさらに他の実施例を示す要部断面図で
ある。

【図８】本発明のさらに他の実施例を示す要部断面図で
ある。

【図９】本発明のさらに他の実施例を示す要部断面図で
ある。

【図１０】図９の横断面図である。

【図１１】本発明のさらに他の実施例を示す断面図であ
る。

【図１２】図１１の要部斜視図である。

【図１３】本発明のさらに他の実施例を示す要部断面図
である。

【図１４】図１３の要部斜視図である。

【図１５】本発明のさらに他の実施例を示す要部断面図
である。

【図１６】本発明のさらに他の実施例を示す要部断面図
である。

【図１７】図１６のものの動作状態を示す断面図であ
る。

【図１８】本発明のさらに他の実施例を示す要部断面図
である。

【図１９】本発明のさらに他の実施例を示す断面図であ
る。

【図２０】図２０のものの分離状態を示す断面図であ
る。

【図２１】図２１のものの治具を挿入した状態を示す断
面図である。

【符号の説明】

１入出力ピン２多層配線基板３半田バンプ４ＬＳＩパッケージ５冷却ジャケット６モジュールキャップ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密閉空間１０ノズル１１ベローズ流路１２フィン１３フィン上部空間１４冷却流体１５コンパウンド１６流路１７出口部１８天板１９シール部材２０板２１傾斜部２２メタライズ２３半田２４溝２５仕切り板２６突起２７ダイヤフラム２８ピンフィン２９ヘッダ部３０Ｏリング３１分離治具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者頭士鎮夫神奈川県秦野市堀山下１番地株式会社日立製作所神奈川工場内 (72)発明者中島忠克茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者畑田敏夫茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者佐々木重幸茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者井上滉茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配線基板と、その上に複数個搭載された
集積回路チップ又はそのパッケージと、これらの個々の
集積回路チップ又はパッケージに固着又は当接された冷
却ジャケットと、この冷却ジャケットの内部に設けられ
たフィンと、これらの個々の冷却ジャケットに接続され
た単一の柔軟流路とから成る半導体装置において、前記
冷却ジャケットの底面に冷却冷媒をスリット状の噴流と
して衝突させ、左右２方向に振り分けて前記フィン部に
流すことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】配線基板と、その上に複数個搭載された
集積回路チップ又はそのパッケージと、これらの個々の
集積回路チップ又はパッケージに固着又は当接された冷
却ジャケットと、この冷却ジャケットの内部に設けられ
たフィンと、これらの個々の冷却ジャケットに接続され
た単一の柔軟流路とから成る半導体装置において、前記
柔軟流路の内部に、冷却冷媒をスリット状の噴流として
前記冷却ジャケットに流入させる断面形状の単数又は複
数のノズルを設けるとともに、該冷却ジャケット内のフ
ィンの上部に空間を設けることにより該冷却ジャケット
内に冷媒の戻り流路を形成することを特徴とする半導体
装置。
【請求項３】請求項２記載の半導体装置において、前
記冷却ジャケット内に設けられたフィンの高さ方向の端
部をおおい、かつ、スリット状の冷媒噴流が流入する部
分及び流出する部分を切り欠いた天板を設けたことを特
徴とする半導体装置。
【請求項４】請求項２記載の半導体装置において、前
記ノズルの先端に柔軟なシール部材を設けたことを特徴
とする半導体装置。
【請求項５】請求項２記載の半導体装置において、前
記冷却ジャケットの内部に設けられたフィンが、多数の
ピンフィンであることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】請求項２記載の半導体装置において、前
記ノズルが矩形断面ダクト又は、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装置。
【請求項７】請求項２記載の半導体装置において、前
記ノズルの長軸の長さが柔軟流路の内径にほぼ等しいこ
とを特徴とする半導体装置。
【請求項８】請求項２記載の半導体装置において、前
記ノズルが複数接続された部材が、前記柔軟流路が複数
接続された部材から分離可能であることを特徴とする半
導体装置。
【請求項９】請求項２記載の半導体装置において、前
記冷却ジャケットの内部に設けられたフィンが多数の平
板フィンであり、スリット状の噴流の長軸がフィンの長
手方向に直交することを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】請求項９記載の半導体装置において、
前記冷却ジャケットの内部に設けられた平板フィンの中
央部に切り欠きを設けたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１１】請求項２記載の半導体装置において、
前記冷却ジャケットの、前記半導体チップ又はパッケー
ジと固着又は当接する面に、高硬度を有する板を固着し
たことを特徴とする半導体装置。
【請求項１２】請求項１１記載の半導体装置におい
て、前記高硬度板が窒化アルミニウム又は炭化珪素であ
ることを特徴とする半導体装置。
【請求項１３】請求項２記載の半導体装置において、
前記半導体チップ又はパッケージの冷却ジャケットとの
接触面、又は該冷却ジャケットの半導体チップ又はパッ
ケージとの接触面に、該接触面周囲の空間に連通された
多数の溝を設けたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１４】請求項１３記載の半導体装置におい
て、前記冷却部材間に設けられた仕切り板に冷却部材の
底面にかかる突起を設け、かつ、該突起と前記冷却部材
の底面間に、組み立てた状態で間隙が生じるように該突
起を取り付けたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１５】請求項１４記載の半導体装置におい
て、前記仕切り板に設けられた突起の取り付け位置を左
右で段ちがいにしたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１６】請求項１４記載の半導体装置におい
て、前記仕切り板に設けられた突起が形状記憶合金で形
成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１７】配線基板と、その上に搭載された集積
回路チップ又はそのパッケージと、これらの個々の集積
回路チップ又はパッケージに固着又は当接された冷却部
材とから成る半導体装置において、前記冷却部材の、前
記半導体チップ又はパッケージと固着又は当接する面
に、高硬度を有する板を固着したことを特徴とする半導
体装置。
【請求項１８】配線基板と、その上に搭載された集積
回路パッケージと、これらの個々の集積回路パッケージ
に固着又は当接された冷却部材とから成る半導体装置に
おいて、前記集積回路パッケージの、前記冷却部材と固
着又は接触する面の端部、又は該冷却部材の該集積回路
パッケージと固着又は接触する面の端部に制御された大
きさの傾斜部を設けたことを特徴とする半導体装置。
【請求項１９】請求項１８記載の半導体装置におい
て、前記集積回路パッケージと前記冷却部材との接触面
に熱伝導性のコンパウンドを介在させたことを特徴とす
る半導体装置。
【請求項２０】請求項１８記載の半導体装置におい
て、前記集積回路パッケージの、前記冷却部材に接触す
る面及び傾斜部、及び、該冷却部材の該集積回路パッケ
ージに接触する部分、又は、該冷却部材に設けられた高
硬度板の該集積回路パッケージに接触する部分にメタラ
イズを施したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２１】請求項２０記載の半導体装置におい
て、前記集積回路パッケージと前記冷却部材、又は、該
冷却部材に設けられた高硬度板を、半田で固着したこと
を特徴とする半導体装置。
【請求項２２】配線基板と、その上に複数個搭載され
た集積回路チップ又はそのパッケージと、これらの個々
の集積回路チップ又はパッケージに当接された冷却部材
と、これらの個々の冷却部材に設けられた柔軟流路とか
ら成る半導体装置において、前記冷却部材の互いに隣接
する冷却部材間に仕切り板を設け、かつ、その仕切り板
がモジュールキャップ側に固定されていることを特徴と
する半導体装置。
【請求項２３】配線基板と、その上に複数個搭載され
た集積回路チップ又はそのパッケージと、これらの個々
の集積回路チップ又はパッケージに当接された冷却ジャ
ケットと、これら集積回路チップ又はそのパッケージと
冷却ジャケットとの間に介在させた熱伝導性のコンパウ
ンドとから成る半導体装置において、前記冷却ジャケッ
トの前記集積回路チップ又はパッケージに接触する面を
ダイヤフラム構造にしたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２４】配線基板と、その上に複数個搭載され
た集積回路チップ又はそのパッケージと、これらの個々
の集積回路チップ又はパッケージに当接された冷却部材
と、これらの個々の冷却部材に設けられた柔軟流路と、
この冷却部材と半導体チップ又はパッケージとの間に介
在する熱伝導性のコンパウンドから成る半導体装置の製
造方法において、前記個々の冷却部材に流体圧力を加え
ることによりコンパウンド層に加わる圧力を制御するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２５】配線基板と、その上に複数個搭載され
た集積回路チップ又はそのパッケージと、これらの個々
の集積回路チップ又はパッケージに装着された柔軟性を
有する冷却部材、又は個々の集積回路チップ又はパッケ
ージに装着された冷却部材と、これらの個々の冷却部材
に設けられた柔軟流路とから成る半導体装置の製造方法
において、前記冷却部材及び柔軟流路の内部を減圧する
ことにより、前記集積回路チップ又はパッケージから前
記冷却部材を分離することを特徴とする半導体装置の製
造方法。
【請求項２６】配線基板と、その上に複数個搭載され
た集積回路チップ又はそのパッケージと、これらの個々
の集積回路チップ又はパッケージに当接された冷却ジャ
ケットと、これら集積回路チップ又はそのパッケージと
冷却ジャケットとの間に介在させた熱伝導性のコンパウ
ンドとから成る半導体装置の製造方法において、前記冷
却ジャケットの前記集積回路チップ又はパッケージに接
触する面をダイヤフラム構造にすることにより、前記冷
却ジャケットの内部を予圧することにより、前記集積回
路チップ又はパッケージから前記冷却部材を分離するこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。