JP2001015675A - マルチチップモジュール - Google Patents
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- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73253—Bump and layer connectors
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】基板に搭載された半導体チップの温度を一様
に、かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの
冷却機構を実現する。 【解決手段】基板１に、比較的発熱量の大きな半導体チ
ップ２ａ及び比較的発熱量の少ない半導体チップ２ｂを
搭載する。一方、放熱するための冷却フィンは、比較的
発熱量が大きい半導体チップ２ａに対向する部分近辺の
冷却フィン７ｆの溝９ｈの深さを深く、比較的発熱量が
少ないチップ２ｂに対向する部分近辺の冷却フィン８ｆ
の溝１０ｈの深さを浅くする。これにより、比較的発熱
量が大きい半導体チップ２ａに対する冷却フィンの放熱
量が、比較的発熱量が少ないチップ２ｂに対する冷却フ
ィンの放熱量より大となり、効率良く放熱され、チップ
の温度を一様にすることができる。
に、かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの
冷却機構を実現する。 【解決手段】基板１に、比較的発熱量の大きな半導体チ
ップ２ａ及び比較的発熱量の少ない半導体チップ２ｂを
搭載する。一方、放熱するための冷却フィンは、比較的
発熱量が大きい半導体チップ２ａに対向する部分近辺の
冷却フィン７ｆの溝９ｈの深さを深く、比較的発熱量が
少ないチップ２ｂに対向する部分近辺の冷却フィン８ｆ
の溝１０ｈの深さを浅くする。これにより、比較的発熱
量が大きい半導体チップ２ａに対する冷却フィンの放熱
量が、比較的発熱量が少ないチップ２ｂに対する冷却フ
ィンの放熱量より大となり、効率良く放熱され、チップ
の温度を一様にすることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に複数の半導体チップを１つの基板上に高密度に
実装することにより、高速の動作を可能にするマルチチ
ップモジュールの冷却機構に関する。
し、特に複数の半導体チップを１つの基板上に高密度に
実装することにより、高速の動作を可能にするマルチチ
ップモジュールの冷却機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】マルチチップモジュールは、高速の半導
体チップを実装する上で最も優れた方式であるが、複数
の半導体チップより生ずる熱を効率良く発散させる必要
がある。図８は、基板に複数のチップが搭載された従来
のマルチチップモジュールの一例の概略断面図である。
図８において、１は基板、２は半導体（ＩＣ）チップで
あり、３は外部リード線であり、基板１に金−錫合金等
のろう材を用いて接続されている。４は放熱のためのフ
ィンであり、マルチチップモジュール全体は封止用樹脂
６で封止されている。
体チップを実装する上で最も優れた方式であるが、複数
の半導体チップより生ずる熱を効率良く発散させる必要
がある。図８は、基板に複数のチップが搭載された従来
のマルチチップモジュールの一例の概略断面図である。
図８において、１は基板、２は半導体（ＩＣ）チップで
あり、３は外部リード線であり、基板１に金−錫合金等
のろう材を用いて接続されている。４は放熱のためのフ
ィンであり、マルチチップモジュール全体は封止用樹脂
６で封止されている。
【０００３】図８に示すように、マルチチップモジュー
ルは同一パッケージ内に複数の半導体チップを実装する
ことにより高密度実装が可能であり、配線長を短縮して
システムの高速化を図ることができる技術であるが、発
熱量の増大を招く問題があり、放熱性を良くする必要が
ある。
ルは同一パッケージ内に複数の半導体チップを実装する
ことにより高密度実装が可能であり、配線長を短縮して
システムの高速化を図ることができる技術であるが、発
熱量の増大を招く問題があり、放熱性を良くする必要が
ある。
【０００４】さらに、図８に示した従来例よりも高密度
実装が可能な手法として、例えば特開平７−８２２９０
号公報には、図９に示すＭＣＭ構造が提案されている。
この図９に示す従来例では、マルチチップモジュールの
冷却装置を冷却フィンの部分で縦に切った縦断面図を示
す。
実装が可能な手法として、例えば特開平７−８２２９０
号公報には、図９に示すＭＣＭ構造が提案されている。
この図９に示す従来例では、マルチチップモジュールの
冷却装置を冷却フィンの部分で縦に切った縦断面図を示
す。
【０００５】図９において、２ａは比較的発熱量が大き
い半導体チップ、２ｂは比較的発熱量が少ない半導体チ
ップ、１１は半導体チップと冷却体を接続するための熱
伝導部材、１は基板を示す。また、１３は冷却水の入
口、１４は冷却水の出口、４は冷却フィン、１５は冷却
水のケースを示す。また、１２は基板に電力及び信号を
供給するための接続ピンである。以下、これらをまとめ
て半導体モジュールと呼ぶ。
い半導体チップ、２ｂは比較的発熱量が少ない半導体チ
ップ、１１は半導体チップと冷却体を接続するための熱
伝導部材、１は基板を示す。また、１３は冷却水の入
口、１４は冷却水の出口、４は冷却フィン、１５は冷却
水のケースを示す。また、１２は基板に電力及び信号を
供給するための接続ピンである。以下、これらをまとめ
て半導体モジュールと呼ぶ。
【０００６】半導体チップ２ａ、２ｂで発生した熱は熱
伝導部材１１を伝わって冷却水に伝達され、冷却フィン
４の表面から冷却媒体に放出される。このようなＭＣＭ
構造に搭載された半導体チップの発生する熱を除去する
ための冷却機構としては、水あるいは空気などの冷媒の
強制対流により冷却する機構が採用されてきた。例え
ば、日立評論ＶＯＬ．７３、Ｎｏ．２（１９９１）４１
ページ〜４８ページ「超大型プロセッサグループ”ＨＩ
ＴＡＣ Ｍ−８８０”のハードウェア技術」に水冷形の
超大型計算機の冷却構造が示されている。
伝導部材１１を伝わって冷却水に伝達され、冷却フィン
４の表面から冷却媒体に放出される。このようなＭＣＭ
構造に搭載された半導体チップの発生する熱を除去する
ための冷却機構としては、水あるいは空気などの冷媒の
強制対流により冷却する機構が採用されてきた。例え
ば、日立評論ＶＯＬ．７３、Ｎｏ．２（１９９１）４１
ページ〜４８ページ「超大型プロセッサグループ”ＨＩ
ＴＡＣ Ｍ−８８０”のハードウェア技術」に水冷形の
超大型計算機の冷却構造が示されている。
【０００７】ここで用いられている冷却構造は、３本の
冷却水流路をＳ字形に連絡して平面形の冷却装置とし
て、この冷却装置を基板上に並んだ半導体チップに接続
（接触）させるものである。この冷却構造は、水を冷媒
として用いるため、非常に大きな冷却能力が得られてい
る。
冷却水流路をＳ字形に連絡して平面形の冷却装置とし
て、この冷却装置を基板上に並んだ半導体チップに接続
（接触）させるものである。この冷却構造は、水を冷媒
として用いるため、非常に大きな冷却能力が得られてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述した半導体チップ
を複数搭載するマルチチップモジュールは発熱密度が高
く、以下のような問題が生じる。
を複数搭載するマルチチップモジュールは発熱密度が高
く、以下のような問題が生じる。
【０００９】すなわち、第１に、全ての半導体チップが
大電力を消費するようなマルチチップモジュールはむし
ろ例外であり、通常は、基板上に搭載される半導体チッ
プの中の一部が大電力を消費し、他のチップの消費電力
はそれ程大きくない場合が一般的である。このような場
合、図８及び図９のような全てのチップを、同等の冷却
性能で冷却しようとする冷却構造は冷却性能の点で無駄
な部分が大となる。
大電力を消費するようなマルチチップモジュールはむし
ろ例外であり、通常は、基板上に搭載される半導体チッ
プの中の一部が大電力を消費し、他のチップの消費電力
はそれ程大きくない場合が一般的である。このような場
合、図８及び図９のような全てのチップを、同等の冷却
性能で冷却しようとする冷却構造は冷却性能の点で無駄
な部分が大となる。
【００１０】第２に、基板に搭載される複数の半導体チ
ップは、その電気特性上、できるだけ温度を一様にする
必要があるため、半導体チップから発生する熱を冷却機
構で一様に除去することが重要であるが、各半導体チッ
プの発熱量が非常に大きいため、冷却条件が微小変化し
ただけでも、半導体チップの温度は大きく変化してしま
う。したがって、各半導体チップの温度を一様に制御す
るためには、冷却条件を均一化する必要がある。
ップは、その電気特性上、できるだけ温度を一様にする
必要があるため、半導体チップから発生する熱を冷却機
構で一様に除去することが重要であるが、各半導体チッ
プの発熱量が非常に大きいため、冷却条件が微小変化し
ただけでも、半導体チップの温度は大きく変化してしま
う。したがって、各半導体チップの温度を一様に制御す
るためには、冷却条件を均一化する必要がある。
【００１１】つまり、上述したＳ字形に連絡して平面形
の冷却装置とした場合には、冷媒が流れる際に半導体チ
ップからの熱を吸収するため、流路の下流側ほど冷媒の
温度が高くなる。したがって、冷媒流路上流側の半導体
に比べて、下流側の半導体に接する冷媒の温度が高くな
り、下流側の冷媒流路で冷却能力が小さくなるという問
題が発生する。
の冷却装置とした場合には、冷媒が流れる際に半導体チ
ップからの熱を吸収するため、流路の下流側ほど冷媒の
温度が高くなる。したがって、冷媒流路上流側の半導体
に比べて、下流側の半導体に接する冷媒の温度が高くな
り、下流側の冷媒流路で冷却能力が小さくなるという問
題が発生する。
【００１２】本発明の目的は、基板に搭載された半導体
チップの温度を一様に、かつ効率良く冷却し得るマルチ
チップモジュールの冷却機構を実現することである。
チップの温度を一様に、かつ効率良く冷却し得るマルチ
チップモジュールの冷却機構を実現することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成される。 （１）複数の半導体チップが基板上に配置され、板状部
材に複数の凸状放熱部材が形成された放熱手段により上
記複数の半導体チップが発する熱を放散させるマルチチ
ップモジュールにおいて、上記基板上に配置された複数
の半導体チップの、それぞれの発熱量に基づいて、各半
導体チップに対応する、上記放熱手段の板状部材の部分
の厚さが決定されている。
め、本発明は次のように構成される。 （１）複数の半導体チップが基板上に配置され、板状部
材に複数の凸状放熱部材が形成された放熱手段により上
記複数の半導体チップが発する熱を放散させるマルチチ
ップモジュールにおいて、上記基板上に配置された複数
の半導体チップの、それぞれの発熱量に基づいて、各半
導体チップに対応する、上記放熱手段の板状部材の部分
の厚さが決定されている。
【００１４】（２）好ましくは、上記（１）において、
上記基板上に配置された複数の半導体チップのうち発熱
量の大きい半導体チップに対応する上記放熱手段の板状
部材の部分の厚みは、上記発熱量が大きい半導体チップ
より発熱量が小の半導体チップに対応する上記放熱手段
の板状部材の部分の厚みより薄く、上記発熱量の大きい
半導体チップに対応する上記放熱手段の凸状部材の高さ
は、上記発熱量が小の半導体チップに対応する凸状部材
の高さより高い。
上記基板上に配置された複数の半導体チップのうち発熱
量の大きい半導体チップに対応する上記放熱手段の板状
部材の部分の厚みは、上記発熱量が大きい半導体チップ
より発熱量が小の半導体チップに対応する上記放熱手段
の板状部材の部分の厚みより薄く、上記発熱量の大きい
半導体チップに対応する上記放熱手段の凸状部材の高さ
は、上記発熱量が小の半導体チップに対応する凸状部材
の高さより高い。
【００１５】（３）複数の半導体チップが基板上に配置
され、複数の冷却フィンを互いに平行に配置することに
より冷却媒体の冷却流路が形成された冷却手段を有し、
この冷却手段により上記複数の半導体チップを冷却する
マルチチップモジュールにおいて、上記複数の半導体チ
ップのうち、発熱量の大きい半導体チップに対応する上
記冷却手段の冷却フィンの溝は、上記発熱量が大きい半
導体チップより発熱量が小の半導体チップに対応する上
記冷却手段の溝より深い。
され、複数の冷却フィンを互いに平行に配置することに
より冷却媒体の冷却流路が形成された冷却手段を有し、
この冷却手段により上記複数の半導体チップを冷却する
マルチチップモジュールにおいて、上記複数の半導体チ
ップのうち、発熱量の大きい半導体チップに対応する上
記冷却手段の冷却フィンの溝は、上記発熱量が大きい半
導体チップより発熱量が小の半導体チップに対応する上
記冷却手段の溝より深い。
【００１６】（４）好ましくは、上記（３）において、
上記基板上に配置された複数の半導体チップのうち発熱
量の大きい半導体チップに対応する上記冷却手段の冷却
フィンの高さは、上記発熱量が大きい半導体チップより
発熱量が小の半導体チップに対応する上記冷却手段の冷
却フィンの高さより高い。
上記基板上に配置された複数の半導体チップのうち発熱
量の大きい半導体チップに対応する上記冷却手段の冷却
フィンの高さは、上記発熱量が大きい半導体チップより
発熱量が小の半導体チップに対応する上記冷却手段の冷
却フィンの高さより高い。
【００１７】（５）複数の半導体チップが基板上に配置
され、複数の冷却フィンを互いに平行に配置することに
より冷却媒体の冷却流路が形成された冷却手段を有し、
この冷却手段により上記複数の半導体チップを冷却する
マルチチップモジュールにおいて、上記冷却媒体の冷却
流路の入口側と出口側で冷却フィンの溝の深さが異な
る。
され、複数の冷却フィンを互いに平行に配置することに
より冷却媒体の冷却流路が形成された冷却手段を有し、
この冷却手段により上記複数の半導体チップを冷却する
マルチチップモジュールにおいて、上記冷却媒体の冷却
流路の入口側と出口側で冷却フィンの溝の深さが異な
る。
【００１８】（６）好ましくはｂそい、上記（５）にお
いて、上記冷却フィンの溝の深さは、冷却流路の入口側
から出口側に向かうにつれて深くなる。
いて、上記冷却フィンの溝の深さは、冷却流路の入口側
から出口側に向かうにつれて深くなる。
【００１９】本発明によれば、比較的発熱量の大きな半
導体チップに対する放熱フィンの溝の深くし、比較的発
熱量が小さいチップ対する放熱フィンの溝を浅くするこ
とにより熱の吸収をチップの発熱量ことに制御でき、発
熱量それぞれ異なる半導体チップを搭載されたマルチチ
ップモジュールの全ての半導体チップを一様、かつ効率
良く冷却することができる。
導体チップに対する放熱フィンの溝の深くし、比較的発
熱量が小さいチップ対する放熱フィンの溝を浅くするこ
とにより熱の吸収をチップの発熱量ことに制御でき、発
熱量それぞれ異なる半導体チップを搭載されたマルチチ
ップモジュールの全ての半導体チップを一様、かつ効率
良く冷却することができる。
【００２０】また、内部に冷却媒体の冷却流路が形成さ
れ、複数の半導体チップが搭載されたマルチチップモジ
ュールの上部に、各半導体チップと熱伝導体を介して接
触するように配置されて、各熱伝導体を介して伝わる各
半導体チップの発生熱を前記冷却流路を流れる冷却媒体
により冷却するマルチチップモジュールの冷却機構にお
いて、複数の半導体チップと熱伝導体を介して接触する
領域の全面にわたって互いに平行に配置された複数の冷
却フィンと、各冷却フィン間に形成された複数の冷却流
路である冷却フィンの溝の深さを上流側の冷却流路から
順に下流側に向かって深くすることにより基板上の各々
の半導体チップに対する冷却能力の差を小さくし、各半
導体チップの温度差が小さくなるのでモジュールの動作
を安定化させることができる。
れ、複数の半導体チップが搭載されたマルチチップモジ
ュールの上部に、各半導体チップと熱伝導体を介して接
触するように配置されて、各熱伝導体を介して伝わる各
半導体チップの発生熱を前記冷却流路を流れる冷却媒体
により冷却するマルチチップモジュールの冷却機構にお
いて、複数の半導体チップと熱伝導体を介して接触する
領域の全面にわたって互いに平行に配置された複数の冷
却フィンと、各冷却フィン間に形成された複数の冷却流
路である冷却フィンの溝の深さを上流側の冷却流路から
順に下流側に向かって深くすることにより基板上の各々
の半導体チップに対する冷却能力の差を小さくし、各半
導体チップの温度差が小さくなるのでモジュールの動作
を安定化させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて具体的に説明する。図１は、本発明の第１の実施
形態であるマルチチップモジュールの概略断面図であ
る。なお、この第１の実施形態は、積極的には冷却フィ
ンに冷媒を通過させることは無い場合の例である。ま
た、３は外部リード線、６は熱伝導部材である。凸状放
熱部材の一種である冷却フィン７ｆ、８ｆは板状部材２
８の上面に形成され、板状部材２８の下面側に複数の半
導体チップが配置された基板１が設置される。
用いて具体的に説明する。図１は、本発明の第１の実施
形態であるマルチチップモジュールの概略断面図であ
る。なお、この第１の実施形態は、積極的には冷却フィ
ンに冷媒を通過させることは無い場合の例である。ま
た、３は外部リード線、６は熱伝導部材である。凸状放
熱部材の一種である冷却フィン７ｆ、８ｆは板状部材２
８の上面に形成され、板状部材２８の下面側に複数の半
導体チップが配置された基板１が設置される。
【００２２】図１において、基板１に、比較的発熱量の
大きな半導体チップ２ａ及び比較的発熱量の少ない半導
体チップ２ｂを搭載する。一方、放熱するための冷却フ
ィン（凸状放熱部材）は、比較的発熱量が大きい半導体
チップ２ａに対向する部分近辺の冷却フィン７ｆの溝９
ｈの深さを深く、比較的発熱量が少ないチップ２ｂに対
向する部分近辺の冷却フィン８ｆの溝１０ｈの深さを浅
くする。
大きな半導体チップ２ａ及び比較的発熱量の少ない半導
体チップ２ｂを搭載する。一方、放熱するための冷却フ
ィン（凸状放熱部材）は、比較的発熱量が大きい半導体
チップ２ａに対向する部分近辺の冷却フィン７ｆの溝９
ｈの深さを深く、比較的発熱量が少ないチップ２ｂに対
向する部分近辺の冷却フィン８ｆの溝１０ｈの深さを浅
くする。
【００２３】これにより、比較的発熱量が大きい半導体
チップ２ａに対する冷却フィンの放熱量が、比較的発熱
量が少ないチップ２ｂに対する冷却フィンの放熱量より
大となり、効率良く放熱され、チップの温度を一様にす
ることができる。
チップ２ａに対する冷却フィンの放熱量が、比較的発熱
量が少ないチップ２ｂに対する冷却フィンの放熱量より
大となり、効率良く放熱され、チップの温度を一様にす
ることができる。
【００２４】したがって、本発明の第１の実施形態によ
れば、基板に搭載された半導体チップの温度を一様に、
かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの冷却
機構を実現することができる。
れば、基板に搭載された半導体チップの温度を一様に、
かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの冷却
機構を実現することができる。
【００２５】次に、本発明の第２の実施形態を説明す
る。図２は、本発明の第２の実施形態であるマルチチッ
プモジュールの概略断面図である。この図２に示す例
は、図１の例と同様に、積極的には冷却フィンに冷媒を
通過させることは無い場合の例である。そして、この図
２の例は、図１の例における放熱構造に加え、比較的発
熱量が大きい半導体チップ２ａに対する冷却フィン７ｆ
を高くし、比較的発熱量が少ない２ｂに対する冷却フィ
ン８ｆを低くし、さらに冷却能力を良く放熱させる。
る。図２は、本発明の第２の実施形態であるマルチチッ
プモジュールの概略断面図である。この図２に示す例
は、図１の例と同様に、積極的には冷却フィンに冷媒を
通過させることは無い場合の例である。そして、この図
２の例は、図１の例における放熱構造に加え、比較的発
熱量が大きい半導体チップ２ａに対する冷却フィン７ｆ
を高くし、比較的発熱量が少ない２ｂに対する冷却フィ
ン８ｆを低くし、さらに冷却能力を良く放熱させる。
【００２６】また、発熱量が半導体チップ２ｂより大で
あり、２ａより小である半導体チップ２ｃに対向する部
分近辺の冷却フィン２２ｆは、冷却フィン７ｆより低
く、フィン８ｆより高い。そして、冷却フィン２２ｆの
溝２３ｈは、溝９ｈより浅く、溝１０ｈより深い。
あり、２ａより小である半導体チップ２ｃに対向する部
分近辺の冷却フィン２２ｆは、冷却フィン７ｆより低
く、フィン８ｆより高い。そして、冷却フィン２２ｆの
溝２３ｈは、溝９ｈより浅く、溝１０ｈより深い。
【００２７】したがって、本発明の第２の実施形態によ
れば、基板に搭載された半導体チップの温度を一様に、
かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの冷却
機構を実現することができる。
れば、基板に搭載された半導体チップの温度を一様に、
かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの冷却
機構を実現することができる。
【００２８】以上の実施形態は、積極的には冷却フィン
に冷媒を通過させることは無い場合の例であるが、次
に、積極的に冷却フィンに冷媒を通過させる場合の例に
ついての実施形態を説明する。
に冷媒を通過させることは無い場合の例であるが、次
に、積極的に冷却フィンに冷媒を通過させる場合の例に
ついての実施形態を説明する。
【００２９】ここで、本発明の実施形態との比較のた
め、先に図９に示した従来におけるＭＣＭ構造の冷却構
造に関する部分の分解斜視図である図１０を参照して、
従来技術における冷却構造を説明する。図１０におい
て、冷却フィン４と冷却装置カバー１６を組み合わせて
冷却装置が構成される。冷却フィン４と冷却装置カバー
１６の接合方法としては、溶接するか、あるいはＯリン
グを介してボルトで締め付けることによって冷却水が洩
れないような構造とする。
め、先に図９に示した従来におけるＭＣＭ構造の冷却構
造に関する部分の分解斜視図である図１０を参照して、
従来技術における冷却構造を説明する。図１０におい
て、冷却フィン４と冷却装置カバー１６を組み合わせて
冷却装置が構成される。冷却フィン４と冷却装置カバー
１６の接合方法としては、溶接するか、あるいはＯリン
グを介してボルトで締め付けることによって冷却水が洩
れないような構造とする。
【００３０】冷却装置カバー１６には流路隔壁１７が設
けられ、組み立てた際にこの隔壁１７が冷却フィン４の
前緑及び後緑に隙間なく接するようにすることにより、
各々の流路を分割する。
けられ、組み立てた際にこの隔壁１７が冷却フィン４の
前緑及び後緑に隙間なく接するようにすることにより、
各々の流路を分割する。
【００３１】図１１は、図１０のＩ−ＩＩの線に沿って
切った縦断面図を示す。図１１において、冷却フィン７
ｆ、８ｆの高さと溝９ｈ、１０ｈの深さが一様になって
いる。このため、比較的発熱量が大きい半導体チップ２
ａ、比較的発熱量が少ない半導体チップ２ｂに対して、
同程度の冷却能力を有することとなり、各半導体チップ
の温度が不均一となる。
切った縦断面図を示す。図１１において、冷却フィン７
ｆ、８ｆの高さと溝９ｈ、１０ｈの深さが一様になって
いる。このため、比較的発熱量が大きい半導体チップ２
ａ、比較的発熱量が少ない半導体チップ２ｂに対して、
同程度の冷却能力を有することとなり、各半導体チップ
の温度が不均一となる。
【００３２】次に、本発明の第３の実施形態であって、
積極的に冷却フィンに冷媒を通過させる場合に適用した
例を説明する。図３は、本発明の第３の実施形態である
マルチチップモジュールの概略断面図であり、図１１に
対応する図である。図３において、放熱するための冷却
フィン７ｆの溝９ｈの深さを比較的発熱量が大きい半導
体チップ２ａに対しては深く、比較的発熱量が少ない２
ｂに対しては冷却フィン８ｆの溝１０ｈを浅くすること
により半導体チップ２ａ、２ｂが効率良く放熱され、こ
れらの温度が一様となる。
積極的に冷却フィンに冷媒を通過させる場合に適用した
例を説明する。図３は、本発明の第３の実施形態である
マルチチップモジュールの概略断面図であり、図１１に
対応する図である。図３において、放熱するための冷却
フィン７ｆの溝９ｈの深さを比較的発熱量が大きい半導
体チップ２ａに対しては深く、比較的発熱量が少ない２
ｂに対しては冷却フィン８ｆの溝１０ｈを浅くすること
により半導体チップ２ａ、２ｂが効率良く放熱され、こ
れらの温度が一様となる。
【００３３】図４は、本発明の第３の実施形態の断面図
であり、図１０のＩＩＩ−ＩＶ線に沿った断面に対応す
る部分の縦断面図である。これは、冷却フィン間に形成
された冷却流路である冷却フィンの溝５の深さが、溝５
の各部分毎に対応する位置の半導体チップの発熱量毎に
異なるように構成したものである。
であり、図１０のＩＩＩ−ＩＶ線に沿った断面に対応す
る部分の縦断面図である。これは、冷却フィン間に形成
された冷却流路である冷却フィンの溝５の深さが、溝５
の各部分毎に対応する位置の半導体チップの発熱量毎に
異なるように構成したものである。
【００３４】以上のように、本発明の第３の実施形態に
おいても、基板に搭載された半導体チップの温度を一様
に、かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの
冷却機構を実現することができる。
おいても、基板に搭載された半導体チップの温度を一様
に、かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの
冷却機構を実現することができる。
【００３５】次に、本発明の第４実施形態を図５に示
す。この図５は、図３と同様に、図１１に対応する図で
ある。この図５の例は、図３の例の冷却構造の加え、比
較的発熱量が大きい半導体チップ２ａに対する冷却フィ
ン７ｆを高くし、冷却フィン４の表面積を増やし、比較
的発熱量が少ない２ｂに対する冷却フィン８ｆを低くし
て、冷却フィン４の表面積を減らす。
す。この図５は、図３と同様に、図１１に対応する図で
ある。この図５の例は、図３の例の冷却構造の加え、比
較的発熱量が大きい半導体チップ２ａに対する冷却フィ
ン７ｆを高くし、冷却フィン４の表面積を増やし、比較
的発熱量が少ない２ｂに対する冷却フィン８ｆを低くし
て、冷却フィン４の表面積を減らす。
【００３６】これにより、発熱量が異なる半導体チップ
の放熱を効率良く行うことができ、半導体チップの温度
を一様に維持することができる。つまり、本発明の第４
の実施形態においても、基板に搭載された半導体チップ
の温度を一様に、かつ効率良く冷却し得るマルチチップ
モジュールの冷却機構を実現することができる。
の放熱を効率良く行うことができ、半導体チップの温度
を一様に維持することができる。つまり、本発明の第４
の実施形態においても、基板に搭載された半導体チップ
の温度を一様に、かつ効率良く冷却し得るマルチチップ
モジュールの冷却機構を実現することができる。
【００３７】図１２は、図１０に示した従来例の冷却装
置の横断面図である。この図１２において、冷却装置
は、互いに平行な冷媒流路から構成されており、図１２
の左側面が閉じられ、右側面が開放されたフィン２４
と、図１２の右側面が閉じられ、左側面が開放されたフ
ィン２５と、図１２の左側面が閉じられ、右側面が開放
されたフィン２６とを備えている。
置の横断面図である。この図１２において、冷却装置
は、互いに平行な冷媒流路から構成されており、図１２
の左側面が閉じられ、右側面が開放されたフィン２４
と、図１２の右側面が閉じられ、左側面が開放されたフ
ィン２５と、図１２の左側面が閉じられ、右側面が開放
されたフィン２６とを備えている。
【００３８】これらフィン２４、２５、２６は、図１２
の左右側面共に開放された他の複数のフィン２７の間に
形成され、所定の数（図１２の例では４つ）のフィン２
７毎に形成されている。これにより、流路は、蛇行する
形状（Ｓ字型の形状を含む形状）となっている。なお、
図１２中の矢印は冷却水の流れ方向を示している。
の左右側面共に開放された他の複数のフィン２７の間に
形成され、所定の数（図１２の例では４つ）のフィン２
７毎に形成されている。これにより、流路は、蛇行する
形状（Ｓ字型の形状を含む形状）となっている。なお、
図１２中の矢印は冷却水の流れ方向を示している。
【００３９】入口１３から流入した冷却水は、まず図１
２の右方向に流れてフィン２７間をを抜ける。これが上
流側流路１８である。次に、冷却水ターン部１８ａで流
れ方向を反転させ、図１２の左方向に流れてフィン２７
間を抜ける。これが中央流路１９である。さらに、第２
のターン部１９ａで再び反転し、右方向に流れてフィン
間を抜ける。これが下流側流路２０である。最後に冷却
水は、第３のターン部２０ａで反転し、左方向に流れて
出口１４より排出される。これが最下流路２１である。
２の右方向に流れてフィン２７間をを抜ける。これが上
流側流路１８である。次に、冷却水ターン部１８ａで流
れ方向を反転させ、図１２の左方向に流れてフィン２７
間を抜ける。これが中央流路１９である。さらに、第２
のターン部１９ａで再び反転し、右方向に流れてフィン
間を抜ける。これが下流側流路２０である。最後に冷却
水は、第３のターン部２０ａで反転し、左方向に流れて
出口１４より排出される。これが最下流路２１である。
【００４０】ここで、冷却水は上流側、中間、下流側の
流路を続けて流れるので、その流量は一定であるが、冷
却水は半導体チップから放出された熱を吸収しつつ下流
側に流れて行くので下流ほど水温が上昇する。
流路を続けて流れるので、その流量は一定であるが、冷
却水は半導体チップから放出された熱を吸収しつつ下流
側に流れて行くので下流ほど水温が上昇する。
【００４１】図１３は図１２のＶ〜ＶＩ線に沿って切っ
た縦断面図である。この従来技術における図１３の例に
おいて、冷却フィンの溝の深さ、冷却フィンの高さは、
上流側、中間、下流側の流路に関係なく一様となってい
る。
た縦断面図である。この従来技術における図１３の例に
おいて、冷却フィンの溝の深さ、冷却フィンの高さは、
上流側、中間、下流側の流路に関係なく一様となってい
る。
【００４２】次に、本発明の第５実施形態の概略断面図
を図６に示す。図６において、冷却フィンの溝の深さ１
０ｈを上流側の冷却流路１８から順に下流側の冷却流路
２１に向かって深くしてある。これは、図６の冷却の構
造によれば、上流側は流速が大きく水温が低く下流側で
は流速が小さく水温が上昇することを考慮してある。つ
まり、上流側（冷却流路の入口側）の冷却フィンの溝１
０ｈを浅くし流速による圧力を考慮し、下流側（冷却流
路の出口側）に向かって冷却フィンの溝９ｈを深くする
ことで、下流側程、熱の吸収を良くすることができる。
を図６に示す。図６において、冷却フィンの溝の深さ１
０ｈを上流側の冷却流路１８から順に下流側の冷却流路
２１に向かって深くしてある。これは、図６の冷却の構
造によれば、上流側は流速が大きく水温が低く下流側で
は流速が小さく水温が上昇することを考慮してある。つ
まり、上流側（冷却流路の入口側）の冷却フィンの溝１
０ｈを浅くし流速による圧力を考慮し、下流側（冷却流
路の出口側）に向かって冷却フィンの溝９ｈを深くする
ことで、下流側程、熱の吸収を良くすることができる。
【００４３】これにより、本発明の第５の実施形態によ
れば、基板に搭載された半導体チップの温度を一様に、
かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの冷却
機構を実現することができる。
れば、基板に搭載された半導体チップの温度を一様に、
かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの冷却
機構を実現することができる。
【００４４】次に、本発明の第６の実施形態を図７に示
す。図７に示した例は、図６に示した例の冷却構造に加
え、上流側の冷却流路１８から順に下流側の冷却流路２
１に向かって冷却フィンの溝の深さ９ｈを深くすると共
に、冷却フィンの高さ７ｆを高くする構成となってい
る。これにより、冷却フィン４の表面積を増やし、上流
側に比べ媒体温度が高い下流側の熱を効率良く放出する
ことができる。
す。図７に示した例は、図６に示した例の冷却構造に加
え、上流側の冷却流路１８から順に下流側の冷却流路２
１に向かって冷却フィンの溝の深さ９ｈを深くすると共
に、冷却フィンの高さ７ｆを高くする構成となってい
る。これにより、冷却フィン４の表面積を増やし、上流
側に比べ媒体温度が高い下流側の熱を効率良く放出する
ことができる。
【００４５】これにより、本発明の第６の実施形態によ
れば、基板に搭載された半導体チップの温度を一様に、
かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの冷却
機構を実現することができる。
れば、基板に搭載された半導体チップの温度を一様に、
かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの冷却
機構を実現することができる。
【００４６】なお、上述した例においては、複数の放熱
フィンを用いた場合の例であるが、フィンに限らず、複
数のピン状のものを放熱用部材として用いたものにも、
本発明は適用可能である。
フィンを用いた場合の例であるが、フィンに限らず、複
数のピン状のものを放熱用部材として用いたものにも、
本発明は適用可能である。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば、比較的発熱量の大きな
半導体チップに対する放熱フィンの溝の深くし、比較的
発熱量が小さいチップ対する放熱フィンの溝を浅くする
ことにより、熱の吸収を半導体チップの発熱量毎に制御
でき、発熱量がそれぞれ異なる半導体チップを搭載され
たマルチチップモジュールの全ての半導体チップを一様
に、かつ効率良く冷却することができる。
半導体チップに対する放熱フィンの溝の深くし、比較的
発熱量が小さいチップ対する放熱フィンの溝を浅くする
ことにより、熱の吸収を半導体チップの発熱量毎に制御
でき、発熱量がそれぞれ異なる半導体チップを搭載され
たマルチチップモジュールの全ての半導体チップを一様
に、かつ効率良く冷却することができる。
【００４８】また、冷却フィンの溝の深さを上流側の冷
却流路から順に下流側に向かって深くすることにより、
冷却装置内部で上流側の流路と下流側の流路との冷却能
力を等しくすることができので、基板上の下流側に実装
された半導体チップと下流側に実装された半導体チップ
の温度差を小さくすることができる。
却流路から順に下流側に向かって深くすることにより、
冷却装置内部で上流側の流路と下流側の流路との冷却能
力を等しくすることができので、基板上の下流側に実装
された半導体チップと下流側に実装された半導体チップ
の温度差を小さくすることができる。
【００４９】また、半導体の温度は信号遅延に影響する
ので、半導体間の温度差を小さくすることによって電子
計算機の動作を安定させることができる。
ので、半導体間の温度差を小さくすることによって電子
計算機の動作を安定させることができる。
【図１】本発明の第１の実施形態であるマルチチップモ
ジュールの概略断面図である。
ジュールの概略断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態であるマルチチップモ
ジュールの概略断面図である。
ジュールの概略断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態であるマルチチップモ
ジュールの概略断面図である。
ジュールの概略断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態であるマルチチップモ
ジュールの他の面の概略断面図である。
ジュールの他の面の概略断面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態であるマルチチップモ
ジュールの概略断面図である。
ジュールの概略断面図である。
【図６】本発明の第５の実施形態であるマルチチップモ
ジュールの概略断面図である。
ジュールの概略断面図である。
【図７】本発明の第６の実施形態であるマルチチップモ
ジュールの概略断面図である。
ジュールの概略断面図である。
【図８】基板に複数のチップが搭載された従来のマルチ
チップモジュールの一例の概略断面図である。
チップモジュールの一例の概略断面図である。
【図９】従来のマルチチップモジュールであって、基板
に発熱量が大きいチップと発熱量が少ないチップを搭載
した例を示す断面図である。
に発熱量が大きいチップと発熱量が少ないチップを搭載
した例を示す断面図である。
【図１０】従来におけるＭＣＭ構造の冷却構造に関する
部分の分解斜視図である。
部分の分解斜視図である。
【図１１】図１０のＩ−ＩＩの線に沿って切った縦断面
図である。従来の冷却構造の冷却フィンの水平方向に切
った横断面図である。
図である。従来の冷却構造の冷却フィンの水平方向に切
った横断面図である。
【図１２】図１０に示した従来例の冷却装置の横断面図
である。
である。
【図１３】図１２のＶ〜ＶＩ線に沿って切った縦断面図
である。
である。
１ 基板 ２ａ 発熱量の大きい半導体チップ ２ｂ 発熱量の小さい半導体チップ ２ｃ 発熱量が中間の半導体チップ ３ 外部リード線 ４ 冷却フィン ５ 冷却フィンの溝 ６ 熱伝導部材 ７ｆ 冷却フィンの高さ ８ｆ 冷却フィンの高さ ９ｈ 冷却フィンの溝の深さ １０ｈ 冷却フィンの溝の深さ １１ 熱伝導部材 １２ 接続ピン １３ 冷却水入口 １４ 冷却水出口 １５ 冷却装置ケース １６ 冷却カバー １７ 流路隔壁 １８ 冷却水上流路部 １８ａ 冷却水ターン部 １９ 冷却水中央流路部 １９ａ 冷却水ターン部 ２０ 冷却水中央流路部 ２０ａ 冷却水ターン部 ２１ 冷却水下流路部 ２４、２５ フィン ２６、２７ フィン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 町田 隆志 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 Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA04 BA10 BA26 BB01 BB05 BB41 BE01
Claims (6)
- 【請求項１】複数の半導体チップが基板上に配置され、
板状部材に複数の凸状放熱部材が形成された放熱手段に
より上記複数の半導体チップが発する熱を放散させるマ
ルチチップモジュールにおいて、 上記基板上に配置された複数の半導体チップの、それぞ
れの発熱量に基づいて、各半導体チップに対応する、上
記放熱手段の板状部材の部分の厚さが決定されているこ
とを特徴とするマルチチップモジュール。 - 【請求項２】請求項１記載のマルチチップモジュールに
おいて、上記基板上に配置された複数の半導体チップの
うち発熱量の大きい半導体チップに対応する上記放熱手
段の板状部材の部分の厚みは、上記発熱量が大きい半導
体チップより発熱量が小の半導体チップに対応する上記
放熱手段の板状部材の部分の厚みより薄く、上記発熱量
の大きい半導体チップに対応する上記放熱手段の凸状部
材の高さは、上記発熱量が小の半導体チップに対応する
凸状部材の高さより高いことを特徴とするマルチチップ
モジュール。 - 【請求項３】複数の半導体チップが基板上に配置され、
複数の冷却フィンを互いに平行に配置することにより冷
却媒体の冷却流路が形成された冷却手段を有し、この冷
却手段により上記複数の半導体チップを冷却するマルチ
チップモジュールにおいて、 上記複数の半導体チップのうち、発熱量の大きい半導体
チップに対応する上記冷却手段の冷却フィンの溝は、上
記発熱量が大きい半導体チップより発熱量が小の半導体
チップに対応する上記冷却手段の溝より深いことを特徴
とするマルチチップモジュール。 - 【請求項４】請求項３記載のマルチチップモジュールに
おいて、上記基板上に配置された複数の半導体チップの
うち発熱量の大きい半導体チップに対応する上記冷却手
段の冷却フィンの高さは、上記発熱量が大きい半導体チ
ップより発熱量が小の半導体チップに対応する上記冷却
手段の冷却フィンの高さより高いことを特徴とするマル
チチップモジュール。 - 【請求項５】複数の半導体チップが基板上に配置され、
複数の冷却フィンを互いに平行に配置することにより冷
却媒体の冷却流路が形成された冷却手段を有し、この冷
却手段により上記複数の半導体チップを冷却するマルチ
チップモジュールにおいて、 上記冷却媒体の冷却流路の入口側と出口側で冷却フィン
の溝の深さが異なることを特徴とするマルチチップモジ
ュール。 - 【請求項６】請求項５記載のマルチチップモジュールに
おいて、上記冷却フィンの溝の深さは、冷却流路の入口
側から出口側に向かうにつれて深くなることを特徴とす
るマルチチップモジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18375199A JP2001015675A (ja) | 1999-06-29 | 1999-06-29 | マルチチップモジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18375199A JP2001015675A (ja) | 1999-06-29 | 1999-06-29 | マルチチップモジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001015675A true JP2001015675A (ja) | 2001-01-19 |
Family
ID=16141347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18375199A Pending JP2001015675A (ja) | 1999-06-29 | 1999-06-29 | マルチチップモジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001015675A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2023390A1 (en) * | 2007-08-09 | 2009-02-11 | Shinko Electric Industries Co., Ltd. | Semiconductor device |
| WO2012014717A1 (ja) | 2010-07-26 | 2012-02-02 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体デバイスの製造方法 |
| CN103415182A (zh) * | 2013-07-19 | 2013-11-27 | 昆山维金五金制品有限公司 | 一种散热片 |
| JP2016195227A (ja) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | 三協立山株式会社 | ヒートシンク |
-
1999
- 1999-06-29 JP JP18375199A patent/JP2001015675A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2023390A1 (en) * | 2007-08-09 | 2009-02-11 | Shinko Electric Industries Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US7952191B2 (en) | 2007-08-09 | 2011-05-31 | Shinko Electric Industries Co., Ltd. | Semiconductor device |
| WO2012014717A1 (ja) | 2010-07-26 | 2012-02-02 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体デバイスの製造方法 |
| US8828873B2 (en) | 2010-07-26 | 2014-09-09 | Hamamatsu Photonics K.K. | Method for manufacturing semiconductor device |
| CN103415182A (zh) * | 2013-07-19 | 2013-11-27 | 昆山维金五金制品有限公司 | 一种散热片 |
| JP2016195227A (ja) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | 三協立山株式会社 | ヒートシンク |
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