JPH0680757B2 - 半導体モジュール - Google Patents
半導体モジュールInfo
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- JPH0680757B2 JPH0680757B2 JP62283318A JP28331887A JPH0680757B2 JP H0680757 B2 JPH0680757 B2 JP H0680757B2 JP 62283318 A JP62283318 A JP 62283318A JP 28331887 A JP28331887 A JP 28331887A JP H0680757 B2 JPH0680757 B2 JP H0680757B2
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- JP
- Japan
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- wiring board
- cooling
- cooling plate
- semiconductor
- semiconductor module
- Prior art date
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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 Electrical Apparatus (AREA)
- 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、配線基板上に複数の半導体素子が搭載され且
つ該素子を冷却する冷却手段が備えられた半導体モジユ
ールに係り、特に大型計算機に用いるのに好適な半導体
モジユール並びにその冷却装置に関する。
つ該素子を冷却する冷却手段が備えられた半導体モジユ
ールに係り、特に大型計算機に用いるのに好適な半導体
モジユール並びにその冷却装置に関する。
高速データ処理装置等に用いられる半導体装置は、デー
タ処理速度を向上させるため半導体素子の高集積化・大
電力化が図られ、その結果として半導体素子から発生す
る熱量は強制空冷等の冷却手段で冷却し得る限界を超え
てきている。このため、大型計算機等に用いられる半導
体装置では、水等の液体或は沸騰冷媒を用いて半導体素
子を冷却することが検討されている。
タ処理速度を向上させるため半導体素子の高集積化・大
電力化が図られ、その結果として半導体素子から発生す
る熱量は強制空冷等の冷却手段で冷却し得る限界を超え
てきている。このため、大型計算機等に用いられる半導
体装置では、水等の液体或は沸騰冷媒を用いて半導体素
子を冷却することが検討されている。
配線基板上に搭載された複数の半導体素子を水等の冷却
液を用いて効果的に冷却する一つの方法として、半導体
素子毎に冷却する個別冷却方法があり、特開昭61−2203
59号公報に示されている。
液を用いて効果的に冷却する一つの方法として、半導体
素子毎に冷却する個別冷却方法があり、特開昭61−2203
59号公報に示されている。
この半導体素子個別冷却方法は、第６図に示すように半
導体素子上に冷却板を接合し、冷却液流路を具備するハ
ウジングと冷却板との間をベローズで連結して、ハウジ
ング内を流れる冷却液を冷却板に接触させて半導体素子
を冷却する方法である。
導体素子上に冷却板を接合し、冷却液流路を具備するハ
ウジングと冷却板との間をベローズで連結して、ハウジ
ング内を流れる冷却液を冷却板に接触させて半導体素子
を冷却する方法である。
このようにすることにより、半導体素子のごく近傍まで
冷却液を導くことができ、これにより半導体素子の冷却
効果を高めて、半導体素子の熱抵抗の増大を抑えること
ができる。
冷却液を導くことができ、これにより半導体素子の冷却
効果を高めて、半導体素子の熱抵抗の増大を抑えること
ができる。
上記従来技術は、配線基板と半導体素子、半導体素子と
冷却板の間がいずれも半田接合されている。このため配
線基板とハウジングとの間に熱歪が生じて位置のずれが
生じた場合には、その変位はベローズの変形で吸収され
るものの、そのときに発生する応力は直接、配線基板と
半導体素子との半田接合部に加わることになる。
冷却板の間がいずれも半田接合されている。このため配
線基板とハウジングとの間に熱歪が生じて位置のずれが
生じた場合には、その変位はベローズの変形で吸収され
るものの、そのときに発生する応力は直接、配線基板と
半導体素子との半田接合部に加わることになる。
ベローズは、一般に軸方向には変形しやすいが軸に対し
て垂直の方向には変形しにくい性質を有している。この
ため、配線基板とハウジングの水平方向の位置のずれに
対しては大きな応力が発生する。一方、配線基板と半導
体素子の半田接合部の疲労寿命は、圧縮応力下では低下
が小さいが、剪断応力下すなわち前述の水平方向の応力
下では著しく寿命が低下する特性を持つている。
て垂直の方向には変形しにくい性質を有している。この
ため、配線基板とハウジングの水平方向の位置のずれに
対しては大きな応力が発生する。一方、配線基板と半導
体素子の半田接合部の疲労寿命は、圧縮応力下では低下
が小さいが、剪断応力下すなわち前述の水平方向の応力
下では著しく寿命が低下する特性を持つている。
このようなことから、配線基板が数十mm以上と大型化し
た場合、半田接合による半導体モジユール組立時や使用
の温度変動による剪断方向の熱歪によつて配線基板と半
導体素子間の半田接合部の疲労寿命が低下し、装置とし
ての信頼性が著しく損われるという問題がある。
た場合、半田接合による半導体モジユール組立時や使用
の温度変動による剪断方向の熱歪によつて配線基板と半
導体素子間の半田接合部の疲労寿命が低下し、装置とし
ての信頼性が著しく損われるという問題がある。
本発明の目的は、配線基板とハウジングとの間の熱歪に
起因してベローズが変形した場合でも配線基板と半導体
素子との半田接合部にかかる応力を緩和でき、このため
半田接合部の疲労寿命の低下を抑えることができる半導
体モジユールを提供するにある。
起因してベローズが変形した場合でも配線基板と半導体
素子との半田接合部にかかる応力を緩和でき、このため
半田接合部の疲労寿命の低下を抑えることができる半導
体モジユールを提供するにある。
本発明は、配線基板上に搭載された複数の半導体素子、
該半導体素子に接合され、冷却媒体が接触することによ
つて冷却される冷却板、該冷却板へ接触させる冷却媒体
の流路を有するハウジング、及び該ハウジングと前記冷
却板との間を連結し該ハウジング内の冷却媒体を前記冷
却板へ接触させるベローズを具備する半導体モジユール
において、前記冷却板の端部に一方が接合され他方が前
記配線基板に接合される部材を用いたことにある。
該半導体素子に接合され、冷却媒体が接触することによ
つて冷却される冷却板、該冷却板へ接触させる冷却媒体
の流路を有するハウジング、及び該ハウジングと前記冷
却板との間を連結し該ハウジング内の冷却媒体を前記冷
却板へ接触させるベローズを具備する半導体モジユール
において、前記冷却板の端部に一方が接合され他方が前
記配線基板に接合される部材を用いたことにある。
このように冷却板と配線基板とを直接固着することによ
つて、ベローズの変形に伴う応力は配線基板と半導体素
子との半田接合部に殆どかからずに、配線基板と半導体
素子との固着部にかかるようになる。このため半導体素
子と配線基板との半田接合部の疲労寿命が低下するのを
抑制できる。
つて、ベローズの変形に伴う応力は配線基板と半導体素
子との半田接合部に殆どかからずに、配線基板と半導体
素子との固着部にかかるようになる。このため半導体素
子と配線基板との半田接合部の疲労寿命が低下するのを
抑制できる。
冷却板は第１〜３図に示すように、半導体素子毎に個別
に設けられていてもよいし、又、複数たとえば二つの或
は三つの半導体素子ごとに一つの冷却板を設けてもよ
い。
に設けられていてもよいし、又、複数たとえば二つの或
は三つの半導体素子ごとに一つの冷却板を設けてもよ
い。
冷却板と半導体素子とは、半田によつて接合することが
好ましい。半田は熱伝導性がすぐれており、このため半
田厚さを薄くして、半導体素子の冷却効果を高めること
ができる。
好ましい。半田は熱伝導性がすぐれており、このため半
田厚さを薄くして、半導体素子の冷却効果を高めること
ができる。
配線基板上に搭載される半導体素子は、第１〜３図に示
すように配線基板と直接、半田で接合してもよいし、半
導体素子をチツプキヤリアに収納しチツプキヤリアの外
部へ半導体素子に接続されたリードを出して、そのリー
ドと配線基板を半田接合してもよい。半導体素子をチツ
プキヤリアに収納したものの例が特開昭58−43553号公
報に示されており、本発明においてもこのように構成す
ることができる。
すように配線基板と直接、半田で接合してもよいし、半
導体素子をチツプキヤリアに収納しチツプキヤリアの外
部へ半導体素子に接続されたリードを出して、そのリー
ドと配線基板を半田接合してもよい。半導体素子をチツ
プキヤリアに収納したものの例が特開昭58−43553号公
報に示されており、本発明においてもこのように構成す
ることができる。
ベローズの製造方法としては、たとえば特開昭61−2203
59号公報に記載の方法を適用することができる。
59号公報に記載の方法を適用することができる。
冷却板を配線基板へ固着する方法としては、第１〜２図
に示すように、冷却板にスカートをはかせて、そのスカ
ートを配線基板と半田等で接合してもよいし、或は第３
図に示すように冷却板固着部材を配線基板上に別途取り
付けて、それに冷却板を接合してもよい。
に示すように、冷却板にスカートをはかせて、そのスカ
ートを配線基板と半田等で接合してもよいし、或は第３
図に示すように冷却板固着部材を配線基板上に別途取り
付けて、それに冷却板を接合してもよい。
ベローズは、第１〜２図に示すように、一つの冷却板に
二個ずつ取り付けて、一方をハウジングから冷却板へ冷
却媒体を流す流路とし、他方を冷却板からハウジングへ
冷却媒体を戻す流路としてもよい。或は第３図に示すよ
うにベローズを冷却板ごとに一個だけ設けてもよい。一
個のベローズ内を二つの流路に仕切り、第１〜２図と同
様に冷却媒体に連続的な流れを付与させてもよい。
二個ずつ取り付けて、一方をハウジングから冷却板へ冷
却媒体を流す流路とし、他方を冷却板からハウジングへ
冷却媒体を戻す流路としてもよい。或は第３図に示すよ
うにベローズを冷却板ごとに一個だけ設けてもよい。一
個のベローズ内を二つの流路に仕切り、第１〜２図と同
様に冷却媒体に連続的な流れを付与させてもよい。
半導体素子としては、たとえばLSI（ラージ・スケール
・インテグレーシヨン）チツプを用いることができる。
以下では、LSIチツプを用いた場合を例にとつて説明す
る。
・インテグレーシヨン）チツプを用いることができる。
以下では、LSIチツプを用いた場合を例にとつて説明す
る。
冷却媒体としては、水等の液体及び気体を用いることが
できるが、これらのうちでは液体を用いることが好まし
い。
できるが、これらのうちでは液体を用いることが好まし
い。
本発明においては、各LSIチツプに対応した冷却板が配
線基板に機械的あるいは半田接合により取付けられてお
り、取付部が破損しない限り冷却板に外力が加わつた場
合でも基板に対する相対変位すなわちいずれが生じるこ
とがない。このことにより、LSIチツプ背面すなわち配
線基板と接合されていない側の表面が半田等で冷却板に
固着された状況下で、配線基板とハウジングの間で温度
差あるいは熱膨張差に伴う熱歪が発生した場合でも、ベ
ローズの変形によつて歪を吸収でき、その時発生する応
力は冷却板と基板との取付部で支えることになるため、
LSIチツプと配線基板間の半田接続部に外力が加わらず
損傷あるいは熱疲労寿命の低下を招く恐れがない。同時
に、冷却板とLSIチツプが金属的に結合されているた
め、冷却性能としては熱抵抗が0.5℃/W以下の高効率冷
却が可能である。
線基板に機械的あるいは半田接合により取付けられてお
り、取付部が破損しない限り冷却板に外力が加わつた場
合でも基板に対する相対変位すなわちいずれが生じるこ
とがない。このことにより、LSIチツプ背面すなわち配
線基板と接合されていない側の表面が半田等で冷却板に
固着された状況下で、配線基板とハウジングの間で温度
差あるいは熱膨張差に伴う熱歪が発生した場合でも、ベ
ローズの変形によつて歪を吸収でき、その時発生する応
力は冷却板と基板との取付部で支えることになるため、
LSIチツプと配線基板間の半田接続部に外力が加わらず
損傷あるいは熱疲労寿命の低下を招く恐れがない。同時
に、冷却板とLSIチツプが金属的に結合されているた
め、冷却性能としては熱抵抗が0.5℃/W以下の高効率冷
却が可能である。
また本発明では、冷却板の下部にスカートを取り付けて
キヤツプ形状として、基板と冷却板によつてLSIチツプ
を気密に封止する構造を一案として掲示している。この
ことにより、もし万一薄肉のベローズ部などから腐食あ
るいは破損によつて水洩れが生じた場合でも、冷却水が
直接LSIチツプに接触することがなく、LSIチツプを損傷
することがない。また、気密封止内部をHe等の不活性ガ
スで完全に置換することによりLSI配線や半田接続部の
腐食損傷を防ぐことができ、半導体モジユールとしての
信頼性を著しく向上できる。
キヤツプ形状として、基板と冷却板によつてLSIチツプ
を気密に封止する構造を一案として掲示している。この
ことにより、もし万一薄肉のベローズ部などから腐食あ
るいは破損によつて水洩れが生じた場合でも、冷却水が
直接LSIチツプに接触することがなく、LSIチツプを損傷
することがない。また、気密封止内部をHe等の不活性ガ
スで完全に置換することによりLSI配線や半田接続部の
腐食損傷を防ぐことができ、半導体モジユールとしての
信頼性を著しく向上できる。
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１図は、LSIチツプ毎に冷却板を設け、その冷却板に
スカートを取り付けて配線基板と接合した例を示してい
る。第１図において、冷却水13の循環路を具備したハウ
ジング１には、個々のLSIチツプ９に対応した冷却素子6
8が設けられている。冷却素子68は、冷却板６とそれに
冷媒を供給排出するための２ケの金属ベローズ２とを有
する。冷却板６はLSIチツプ９からの熱を効率良く冷媒
に伝達する冷却フイン４及び冷媒を封じるキヤツプ３と
を有する。
スカートを取り付けて配線基板と接合した例を示してい
る。第１図において、冷却水13の循環路を具備したハウ
ジング１には、個々のLSIチツプ９に対応した冷却素子6
8が設けられている。冷却素子68は、冷却板６とそれに
冷媒を供給排出するための２ケの金属ベローズ２とを有
する。冷却板６はLSIチツプ９からの熱を効率良く冷媒
に伝達する冷却フイン４及び冷媒を封じるキヤツプ３と
を有する。
符号５はスカートであり、一端が冷却板と固定され、他
方が配線基板と半田11で接合されている。ハウジング，
ベローズ，キヤツプは高耐食性を有する金属たとえばSU
S,Ti及びTi合金,Ni及びNi合金などの金属で構成するこ
とが好ましい。冷却フィン４は熱伝導率に優れた金属C
u,Ni,Ag等あるいはセラミツクAlN,SiC,Al2O3等で構成す
ることが好ましい。またスカート５は配線基板と熱膨張
率が同じになるようにFe−Ni系合金あるいは基板材と同
じセラミツク材で構成することが好ましい。各部品間の
接合は拡散接合とAgろう,Niろう,Auろうなどの高融点ろ
う接が行われている。LSIチツプの背面は、高温酸化でS
iO2よりなる絶縁膜が形成された上にCr−Ni−Auのメタ
ライズが施され、メタライズ層８を介して低融点半田７
で冷却フイン４に接合されている。配線基板とスカート
はメタライズ層を介して上記と同じ低融点半田11で気密
接合されている。低融点半田としてはPb−Sn−In合金な
どを用いることができる。また、LSIチツプのある空間6
7には、Heが充填されている。
方が配線基板と半田11で接合されている。ハウジング，
ベローズ，キヤツプは高耐食性を有する金属たとえばSU
S,Ti及びTi合金,Ni及びNi合金などの金属で構成するこ
とが好ましい。冷却フィン４は熱伝導率に優れた金属C
u,Ni,Ag等あるいはセラミツクAlN,SiC,Al2O3等で構成す
ることが好ましい。またスカート５は配線基板と熱膨張
率が同じになるようにFe−Ni系合金あるいは基板材と同
じセラミツク材で構成することが好ましい。各部品間の
接合は拡散接合とAgろう,Niろう,Auろうなどの高融点ろ
う接が行われている。LSIチツプの背面は、高温酸化でS
iO2よりなる絶縁膜が形成された上にCr−Ni−Auのメタ
ライズが施され、メタライズ層８を介して低融点半田７
で冷却フイン４に接合されている。配線基板とスカート
はメタライズ層を介して上記と同じ低融点半田11で気密
接合されている。低融点半田としてはPb−Sn−In合金な
どを用いることができる。また、LSIチツプのある空間6
7には、Heが充填されている。
本実施例によれば、LSIチツプと冷却フインが低融点半
田によつて金属的に結合されているので熱伝導率が高く
冷却性能に優れ、かつ冷却板が配線基板に半田固着され
ているため基板とハウジングの間で熱等に起因するずれ
が生じた場合でもベローズの変形に伴う応力が半田接合
部10に殆どかからず半田接合部の疲労寿命を低下させる
ことがない。さらに、LSIチツプがHe雰囲気下で完全に
気密封止されているので、冷却素子の接合部やベローズ
部から水洩れが発生してもLSIチツプが損傷することが
なく、またチツプ配線や半田接合部が湿気によつて腐食
損傷することがない。従つて、半導体装置としての信頼
性を高めることができる。
田によつて金属的に結合されているので熱伝導率が高く
冷却性能に優れ、かつ冷却板が配線基板に半田固着され
ているため基板とハウジングの間で熱等に起因するずれ
が生じた場合でもベローズの変形に伴う応力が半田接合
部10に殆どかからず半田接合部の疲労寿命を低下させる
ことがない。さらに、LSIチツプがHe雰囲気下で完全に
気密封止されているので、冷却素子の接合部やベローズ
部から水洩れが発生してもLSIチツプが損傷することが
なく、またチツプ配線や半田接合部が湿気によつて腐食
損傷することがない。従つて、半導体装置としての信頼
性を高めることができる。
第２図は、本発明の他の実施例を示す半導体モジユール
の断面図である。第２図において、ハウジング１から冷
却板６までは第１図の実施例と同じ構成になつている。
スカート５は配線基板12と同じムライトセラミツク材で
構成され、冷却フイン４にAgろう付19されている。Ni製
の冷却フイン４とLSIチツプ９はSiO2酸化膜の上に形成
されたメタライズ層８を介して融点90〜150℃のPb−Sn
−In系半田７で接合されている。配線基板12は冷却板６
の寸法に合せてチツプ搭載部が凹型に窪んでおり、窪み
の側面とスカート５の側面がそこに形成されたメタライ
ズ層23と25を介して半田11で接合され、気密に封止され
ている。封止に用いられている低融点半田11は、上記低
融点半田７よりわずかに融点の低い組成のものを用いて
いる。半田接合部10の半田は融点280℃の95Pb−5Sn半田
である。
の断面図である。第２図において、ハウジング１から冷
却板６までは第１図の実施例と同じ構成になつている。
スカート５は配線基板12と同じムライトセラミツク材で
構成され、冷却フイン４にAgろう付19されている。Ni製
の冷却フイン４とLSIチツプ９はSiO2酸化膜の上に形成
されたメタライズ層８を介して融点90〜150℃のPb−Sn
−In系半田７で接合されている。配線基板12は冷却板６
の寸法に合せてチツプ搭載部が凹型に窪んでおり、窪み
の側面とスカート５の側面がそこに形成されたメタライ
ズ層23と25を介して半田11で接合され、気密に封止され
ている。封止に用いられている低融点半田11は、上記低
融点半田７よりわずかに融点の低い組成のものを用いて
いる。半田接合部10の半田は融点280℃の95Pb−5Sn半田
である。
本実施例によれば、第１図実施例と同様に、LSIチツプ
の冷却性能、半田接合部10の被労寿命、LSIチツプの信
頼性向上に大きな効果がある。
の冷却性能、半田接合部10の被労寿命、LSIチツプの信
頼性向上に大きな効果がある。
第３図は、本発明の更に他の実施例で、配線基板上に冷
却板固着部材38を取り付け、それと冷却板とを半田34で
接合した例を示している。なお、この実施例では金属ベ
ローズ２をハウジング１に接続するに当たつて、金属ベ
ローズをフランジ31に接続し、このフランジ31とハウジ
ング１との間にＯリング30を設けている。金属ベローズ
は、そのばね作用によつて、ハウジングと冷却板との間
に保持されている。
却板固着部材38を取り付け、それと冷却板とを半田34で
接合した例を示している。なお、この実施例では金属ベ
ローズ２をハウジング１に接続するに当たつて、金属ベ
ローズをフランジ31に接続し、このフランジ31とハウジ
ング１との間にＯリング30を設けている。金属ベローズ
は、そのばね作用によつて、ハウジングと冷却板との間
に保持されている。
冷却板固着部材38は、第４図に示すように配線基板と同
じ材料のセラミツク板を打抜いて作られている。
じ材料のセラミツク板を打抜いて作られている。
本実施例によれば、冷却板の形状を単純化することがで
きる。又、冷却板固着部材38も容易に作製できるように
なり、半導体モジユールの組立を第２図に示す場合にく
らべて簡易化できる。
きる。又、冷却板固着部材38も容易に作製できるように
なり、半導体モジユールの組立を第２図に示す場合にく
らべて簡易化できる。
第５図及び第６図は、従来のLSIチツプを個別に冷却す
る型の半導体モジユールを示している。第５図において
49は熱伝導グリース、51はリード、52はボンデイングワ
イヤ、53はチツプキヤリア（パツケージ）、54は半田接
合部を示している。第５図の構造においては、冷却水が
LSIチツプの近傍まで送られているため伝熱径路が短
く、伝熱径路の途中に空間がないため冷却性能は冷却フ
イン等を用いて熱伝導のみによつて冷却する型式に比べ
ると大きく向上している。また、配線基板12とハウジン
グ１の間の温度差あるいは熱膨張差に起因する熱歪に対
してはベローズ２及び熱伝導グリース49の働きによつて
垂直及び水平方向の変位を吸収できるため、パツケージ
と配線基板間の半田接合部の熱疲労寿命が低下しにくい
構造と云える。
る型の半導体モジユールを示している。第５図において
49は熱伝導グリース、51はリード、52はボンデイングワ
イヤ、53はチツプキヤリア（パツケージ）、54は半田接
合部を示している。第５図の構造においては、冷却水が
LSIチツプの近傍まで送られているため伝熱径路が短
く、伝熱径路の途中に空間がないため冷却性能は冷却フ
イン等を用いて熱伝導のみによつて冷却する型式に比べ
ると大きく向上している。また、配線基板12とハウジン
グ１の間の温度差あるいは熱膨張差に起因する熱歪に対
してはベローズ２及び熱伝導グリース49の働きによつて
垂直及び水平方向の変位を吸収できるため、パツケージ
と配線基板間の半田接合部の熱疲労寿命が低下しにくい
構造と云える。
しかし、反面、LSIチツプから冷却水までの伝熱径路
に、応力０での可変形性を持たせる目的で熱伝導率が金
属と比べて１桁以上悪いグリースを用いており、またグ
リースの厚みをその表面張力のため数十μｍ以下にする
ことが困難であるため、冷却性能を熱抵抗１℃/W以下に
向上させることが困難である。このため、将来１チツプ
当りの発熱量が40Wを超えるとLSIチツプが用いられるよ
うになつた場合、この冷却構造では対応できなくなると
いう問題が生じる。
に、応力０での可変形性を持たせる目的で熱伝導率が金
属と比べて１桁以上悪いグリースを用いており、またグ
リースの厚みをその表面張力のため数十μｍ以下にする
ことが困難であるため、冷却性能を熱抵抗１℃/W以下に
向上させることが困難である。このため、将来１チツプ
当りの発熱量が40Wを超えるとLSIチツプが用いられるよ
うになつた場合、この冷却構造では対応できなくなると
いう問題が生じる。
第６図は特開昭61−220359号に開示された半導体チツプ
個別冷却型式である。第６図において、61は低融点半田
接合部、66も半田接合部を示している。第６図に示す構
造では、冷却水からLSIチツプ９までの距離がさらに短
くかつ伝熱路が熱伝導性の良い金属あるいはセラミツク
で構成されているため、冷却性能は第５図の構造に比べ
著しく改善され、熱抵抗で0.5℃/W以下の良好な結果が
得られる。しかし第６図の構造では、冷却板６から配線
基板12まで半田接合で固着されているため、ハウジング
１と配線基板12間の熱歪をすべてベローズ２で吸収しな
ければならなくなつている。
個別冷却型式である。第６図において、61は低融点半田
接合部、66も半田接合部を示している。第６図に示す構
造では、冷却水からLSIチツプ９までの距離がさらに短
くかつ伝熱路が熱伝導性の良い金属あるいはセラミツク
で構成されているため、冷却性能は第５図の構造に比べ
著しく改善され、熱抵抗で0.5℃/W以下の良好な結果が
得られる。しかし第６図の構造では、冷却板６から配線
基板12まで半田接合で固着されているため、ハウジング
１と配線基板12間の熱歪をすべてベローズ２で吸収しな
ければならなくなつている。
又、LSIチツプが配線基板とハウジング側の冷却体に半
田によつてリジツドに接合されているため、配線基板と
ハウジングの間に熱歪によるずれが生じた場合、その変
位はベローズの変形で吸収されるものの、そのとき発生
する応力は直接配線基板とLSIチツプの半田接合部に加
わることになる。
田によつてリジツドに接合されているため、配線基板と
ハウジングの間に熱歪によるずれが生じた場合、その変
位はベローズの変形で吸収されるものの、そのとき発生
する応力は直接配線基板とLSIチツプの半田接合部に加
わることになる。
このようなことから、LSIチツプと配線基板との半田接
合部10の疲労寿命が低下しやすい。
合部10の疲労寿命が低下しやすい。
以上詳述したように、本発明によれば配線基板とハウジ
ングのずれにより発生する応力が半導体素子と配線基板
との半田接合部にかかるのを低減し、該半田接合部の疲
労寿命の低下を抑制することができる。
ングのずれにより発生する応力が半導体素子と配線基板
との半田接合部にかかるのを低減し、該半田接合部の疲
労寿命の低下を抑制することができる。
又、冷却板の周囲を配線基板に接合し、半導体素子を気
密封止することによつて、湿気や水洩れ事故等によつて
損傷することがなく、信頼性の向上が期待できるという
効果も得られる。
密封止することによつて、湿気や水洩れ事故等によつて
損傷することがなく、信頼性の向上が期待できるという
効果も得られる。
第１図は本発明の一実施例を示す半導体モジユールの断
面図、第２図は本発明の他の実施例を示す半導体モジユ
ールの断面図、第３図は本発明の更に他の実施例を示す
半導体モジユールの断面図、第４図は第３図における冷
却板固着部材の平断面図、第５図は従来例を示す半導体
モジユールの断面図、第６図は同じく従来例を示す半導
体モジユールの断面図である。 １……ハウジング、２……金属ベローズ、５……スカー
ト、６……冷却板、９……LSIチツプ、10……半田接合
部、13……冷却水、38……冷却板固着部材。
面図、第２図は本発明の他の実施例を示す半導体モジユ
ールの断面図、第３図は本発明の更に他の実施例を示す
半導体モジユールの断面図、第４図は第３図における冷
却板固着部材の平断面図、第５図は従来例を示す半導体
モジユールの断面図、第６図は同じく従来例を示す半導
体モジユールの断面図である。 １……ハウジング、２……金属ベローズ、５……スカー
ト、６……冷却板、９……LSIチツプ、10……半田接合
部、13……冷却水、38……冷却板固着部材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和知 弘 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 志田 朝彦 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−160150（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】配線基板と、 前記配線基板上に搭載された複数の半導体チツプと、 前記半導体チツプのそれぞれに接合され、冷却媒体が接
触することによって冷却される複数の冷却板と、 前記複数の冷却板のそれぞれに接触させる冷却媒体の流
路を有するハウジングと、 前記ハウジングと前記冷却板のそれぞれとの間を連結し
前記ハウジング内の冷却媒体を前記冷却板のそれぞれに
接触させる複数のベローズと、 前記それぞれの冷却板の端部に一方が接合され他方が前
記配線基板に接合される複数の部材とを有する半導体モ
ジュール。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載において、前記
部材は前記冷却板と前記配線基板間に配置されるスカー
トであることを特徴とする半導体モジュール。 - 【請求項３】特許請求の範囲第２項において、前記スカ
ートは前記冷却板の全周に設けられ、該スカートによっ
て前記半導体チップが気密封止されていることを特徴と
する半導体モジュール。 - 【請求項４】特許請求の範囲第３項において、前記冷却
板と前記スカートによって気密封止された前記半導体チ
ップの周囲の空間に不活性ガスが充填されていることを
特徴とする半導体モジュール。 - 【請求項５】特許請求の範囲第２項において、前記配線
基板は複数のくぼみを有し、これらのくぼみのそれぞれ
に前記スカートのそれぞれの端部が挿入されて半田接合
されていることを特徴とする半導体モジュール。 - 【請求項６】特許請求の範囲第１項記載において、前記
部材は前記配線基板上に配置された冷却版固着部材であ
ることを特徴とする半導体モジュール。 - 【請求項７】特許請求の範囲第６項において、前記冷却
板固着部材は隣接する前記半導体チップ間で共有されて
いることを特徴とする半導体モジュール。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62283318A JPH0680757B2 (ja) | 1987-11-11 | 1987-11-11 | 半導体モジュール |
| KR1019880013523A KR890007419A (ko) | 1987-10-21 | 1988-10-17 | 반도체모듈 및 그 냉각장치 |
| US07/258,609 US4996589A (en) | 1987-10-21 | 1988-10-17 | Semiconductor module and cooling device of the same |
| DE3835767A DE3835767A1 (de) | 1987-10-21 | 1988-10-20 | Kuehlvorrichtung fuer halbleitermodul |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62283318A JPH0680757B2 (ja) | 1987-11-11 | 1987-11-11 | 半導体モジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01125962A JPH01125962A (ja) | 1989-05-18 |
| JPH0680757B2 true JPH0680757B2 (ja) | 1994-10-12 |
Family
ID=17663910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62283318A Expired - Lifetime JPH0680757B2 (ja) | 1987-10-21 | 1987-11-11 | 半導体モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0680757B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0317696U (ja) * | 1989-06-30 | 1991-02-21 | ||
| JP2011231990A (ja) * | 2010-04-28 | 2011-11-17 | Yokogawa Electric Corp | 水冷式コールドプレートの製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60160150A (ja) * | 1984-01-26 | 1985-08-21 | Fujitsu Ltd | 集積回路の冷却装置 |
-
1987
- 1987-11-11 JP JP62283318A patent/JPH0680757B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01125962A (ja) | 1989-05-18 |
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