JP2008177241A - Semiconductor package - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば高性能動作が要求される回路部分での高温化を抑制することを可能とした半導体パッケージに関する。 The present invention relates to a semiconductor package that can suppress, for example, high temperature in a circuit portion that requires high performance operation.
近年、高性能の3次元ICなどの装置を実現するため、配線基板上に少なくとも1つの半導体チップを積層して半導体装置とする方法(実装方法)が盛んに試みられている。この際、得ようとする半導体装置をより小型化するために、前記半導体チップの周辺部及び前記配線基板の周辺部にそれぞれパッドを形成し、これらパッド間をワイヤで電気的に接合するという、いわゆるワイヤーボンディングや、前記半導体チップに対して直接的に孔部を形成し、かかる孔部内に導電部材を埋設するとともに、この導電部材を介して配線基板と電気的及び機械的に接合する、いわゆるフリップチップ様の接合技術が用いられるようになっている。 In recent years, in order to realize a device such as a high-performance three-dimensional IC, a method (mounting method) in which at least one semiconductor chip is stacked on a wiring board to form a semiconductor device has been actively tried. At this time, in order to further reduce the size of the semiconductor device to be obtained, pads are formed in the peripheral portion of the semiconductor chip and the peripheral portion of the wiring board, and the pads are electrically connected by wires. A so-called wire bonding or a hole is formed directly in the semiconductor chip, and a conductive member is embedded in the hole, and the wiring board is electrically and mechanically joined through the conductive member. Flip chip-like bonding technology is being used.
上述したような積層型の半導体パッケージにおいては、例えば、特に高性能動作が要求される回路が組み込まれた半導体チップにおいて、前記回路部分での発熱によりかかる回路部分を含む領域が高温化してしまい、動作温度の上昇による熱暴走や特性劣化が問題となってくる。したがって、上述した積層型半導体パッケージにおける、任意の半導体チップに関して、その発熱部分を冷却する技術の開発が重要視されている。 In the stacked semiconductor package as described above, for example, in a semiconductor chip in which a circuit requiring particularly high performance operation is incorporated, a region including the circuit part is heated due to heat generation in the circuit part. Thermal runaway and characteristic deterioration due to an increase in operating temperature become problems. Therefore, the development of a technique for cooling the heat generation portion of any semiconductor chip in the above-described stacked semiconductor package is regarded as important.
特開平11−74454号公報においては、セラミック基板と、複数の電力用半導体チップと、モリブデンウエハとで構成されるサンドイッチ構造のモジュール(パッケージ)を熱拡散プレートに接触させることが開示されている。しかしながら、このような方法では、半導体チップの全体、しいてはモジュール(パッケージ)の全体が冷却されてしまい、前記半導体チップにおける特定の発熱箇所のみを冷却することはできない。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-74454 discloses that a module (package) having a sandwich structure composed of a ceramic substrate, a plurality of power semiconductor chips, and a molybdenum wafer is brought into contact with a heat diffusion plate. However, with such a method, the entire semiconductor chip, or the entire module (package), is cooled, and it is not possible to cool only a specific heat generation location in the semiconductor chip.
したがって、半導体チップにおける上述した発熱箇所を所定の温度まで冷却して、動作温度の上昇による熱暴走や特性劣化を抑制しようとすると、上記半導体チップ、さらにはパッケージ全体を必要以上に冷却しなければならず、極めて冷却効率が悪くなるとともに、それに付随して冷却に用いる装置自体のオーバーワークによる発熱が問題となる。 Therefore, if the above-described heat generation point in the semiconductor chip is cooled to a predetermined temperature to suppress thermal runaway and characteristic deterioration due to an increase in operating temperature, the semiconductor chip and the entire package must be cooled more than necessary. In addition, the cooling efficiency is extremely deteriorated, and the accompanying heat generation due to overwork of the apparatus itself used for cooling becomes a problem.
特に複数の半導体チップが積層されてなる半導体チップ積層体においては、上下の半導体チップに挟まれた中程に位置する半導体チップでは、放熱経路が上下の半導体チップを通る経路であるため、放熱経路の熱抵抗が高くなり、中程に位置する半導体チップの冷却が十分行なえないことや上下の半導体チップの温度も上昇してしまうことも、大きな問題となる。 In particular, in a semiconductor chip stacked body in which a plurality of semiconductor chips are stacked, in a semiconductor chip located in the middle between the upper and lower semiconductor chips, the heat dissipation path is a path passing through the upper and lower semiconductor chips. In other words, the thermal resistance of the semiconductor chip becomes high, the semiconductor chip located in the middle cannot be sufficiently cooled, and the temperature of the upper and lower semiconductor chips also rises.
このような観点から、特に積層型の半導体パッケージにおいて、半導体チップにおける発熱部分のみを個別に効率的に冷却できる技術の開発が求められている。
本発明は、積層型の半導体パッケージにおいて、その半導体パッケージを構成する任意の半導体チップの発熱部分のみを効率的に冷却できるようにすることを目的とする。 An object of the present invention is to make it possible to efficiently cool only a heat generation portion of an arbitrary semiconductor chip constituting a semiconductor package in a stacked semiconductor package.
上記課題を解決すべく、本発明の一態様は、
複数の半導体チップが積層されてなる半導体パッケージであって、
前記半導体チップの少なくとも1つにおいて、相対的に高温度に加熱された発熱部分を局所的に露出させ、前記発熱部分を直接冷却するようにしたことを特徴とする、半導体パッケージに関する。
In order to solve the above problems, one embodiment of the present invention provides:
A semiconductor package in which a plurality of semiconductor chips are stacked,
The present invention relates to a semiconductor package characterized in that in at least one of the semiconductor chips, a heat generating portion heated to a relatively high temperature is locally exposed and the heat generating portion is directly cooled.
上記態様によれば、積層型の半導体パッケージにおいて、その半導体パッケージを構成する任意の半導体チップの発熱部分のみを効率的に冷却することができる。 According to the above aspect, in the stacked semiconductor package, only the heat generating portion of an arbitrary semiconductor chip constituting the semiconductor package can be efficiently cooled.
以下、本発明の具体的な実施形態について説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態における半導体パッケージの構成を概略的に示す断面図である。図1に示す半導体パッケージ10においては、ベース基板14上において、第1の半導体チップ11、第2の半導体チップ12及び第3の半導体チップ13−1、第4の半導体チップ13−2が順次に積層されている。ベース基板14及び第1の半導体チップ11間、並びに各半導体チップ間は熱伝導ペースト16で互いに接着固定されている。なお、熱伝導ペーストの代わりに半田などを用いることもできる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor package in the first embodiment. In the semiconductor package 10 shown in FIG. 1, on the
また、第1の半導体チップ11及び第2の半導体チップ12とベース基板14との間、並びに第1の半導体チップ11と第3の半導体チップ13−1及び第4の半導体チップ13−2との間は、図示しないボンディングパッドなどを介してワイヤ15によって互いに電気的に接続されている。なお、ベース基板14は例えばリードフレームとすることができる。
Further, between the
図1に示す半導体パッケージ10においては、第2の半導体チップ12の中央部で、その駆動時において、例えばその論理回路構成などに起因して局所的に多く発熱する。したがって、図1に示す構成においては、第3および第4の半導体チップ13−1及び13−2を、第2の半導体チップ12の高発熱部分を含む領域12Aを露出させるように配置する。次いで、T字型のヒートシンク部材17を、その先端部が領域12Aと接触するようにして配置する。
In the semiconductor package 10 shown in FIG. 1, a large amount of heat is generated locally at the center of the
このように、図1に示す構成においては、局所的な高発熱領域12Aを有する第2の半導体チップ12の、前記高発熱領域12Aを外部に露出させるとともに、ヒートシンク部材17を接触させて冷却するようにしている。したがって、第2の半導体チップ12における高発熱領域12Aのみを局所的かつ選択的に冷却することができるようになる。
As described above, in the configuration shown in FIG. 1, the
この結果、第2の半導体チップ12の動作温度の上昇による熱暴走や特性劣化、さらには半導体パッケージ10全体の熱暴走や特性劣化を抑制することができる。また、第2の半導体チップ12における発熱領域12Aのみを選択的に冷却することができるので、発熱領域12Aの冷却に付随して、第2の半導体チップ12の全体、さらには半導体パッケージ10の全体を冷却する必要がなくなるので、第2の半導体チップ12、さらには半導体パッケージ10の冷却効率を増大させることができる。
As a result, thermal runaway and characteristic deterioration due to an increase in the operating temperature of the
なお、ヒートシンク部材17は熱伝導性に優れる部材、例えば銅やアルミニウムなどから構成することができる。さらに、ヒートシンク部材17は単独で用いることもできるが、その少なくとも一部を冷媒に接触させることにより、第2の半導体チップ12における発熱領域12Aの冷却をより効率的に行うことができる。
The
さらに、第3の半導体チップ13−1に発熱領域が形成されている場合においては、そのままの状態で前記発熱領域が露出した状態となっているので、前記発熱領域にヒートシンク部材を接触させることによって直接的に冷却することができる。 Further, in the case where the heat generating region is formed in the third semiconductor chip 13-1, the heat generating region is exposed as it is, so that a heat sink member is brought into contact with the heat generating region. It can be cooled directly.
また、本例では、第2の半導体チップ12の中央部に高発熱領域12Aが形成されるようにしているが、発熱領域の形成箇所は組み込まれた論理回路などの構成によって異なる。なお、局所的に生じる高発熱領域の場所によりその上方に位置する半導体チップ(本例では第3および第4の半導体チップ13−1及び13−2)の配置場所を適宜変更することができる。
In this example, the high
(第2の実施形態)
図2は、第2の実施形態における半導体パッケージの構成を概略的に示す断面図である。なお、図1に示す構成要素と同一あるいは類似の構成要素に関しては、同じ参照数字を用いている。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor package in the second embodiment. Note that the same reference numerals are used for the same or similar components as those shown in FIG.
図2に示す半導体パッケージ20においては、ベース基板14上において、第1の半導体チップ11、第2の半導体チップ12及び第3の半導体チップ13−1が順次に積層されている。ベース基板14及び第1の半導体チップ11間、並びに各半導体チップ間は半田ボール25で互いに接着固定されており、これによって、半導体パッケージ20はいわゆるボールグリッドアレイ(BGA)またはフリップチップ状の構造を呈している。したがって、ベース基板14は、いわゆるマザーボードとしての機能を有する。なお、各半導体チップ間、及びこれら半導体チップとベース基板とは半田ボール25によって電気的に接続されており、必要に応じて適宜半導体チップ上の配線とチップ内の貫通ビアホールが形成されている。
In the
図2に示す半導体パッケージ20においては、第2の半導体チップ12の左端部、並びに第1の半導体チップ11の右端部及び中央部で、その駆動時において、例えばその論理回路構成などに起因して局所的に多く発熱する。
In the
したがって、図2に示す構成においては、第3の半導体チップ13−1の大きさを第2の半導体チップ12の約半分として右端側に配置するとともに、第2の半導体チップ12の大きさを第1の半導体チップ11の略半分としてその中央部に配置するようにしている。したがって、第2の半導体チップ12の、左端に位置する高発熱箇所を含む高発熱領域12Aの裏面を露出することができるとともに、第1の半導体チップ11の、右端に位置する高発熱箇所を含む高発熱領域11Bの裏面を露出させることができる。
Therefore, in the configuration shown in FIG. 2, the size of the third semiconductor chip 13-1 is about half the size of the
さらに、図2に示す構成においては、ベース基板14を紙面に垂直な穴を形成し、第1の半導体チップ11の、中央部に位置する高発熱箇所を含む高発熱領域11Aを露出させている。
Further, in the configuration shown in FIG. 2, a hole perpendicular to the paper surface is formed in the
次いで、下駄歯形状のヒートシンク部材17−1を、その先端部が、第1の半導体チップ11及び第2の半導体チップ12の裏面側から高発熱領域12A及び高発熱領域11Bと接触するようにして配置する。さらに、T字型のヒートシンク部材17−2を、その先端部が、第1の半導体チップ11の表面側から高発熱領域11Aと接触するようにして配置する。したがって、第1の半導体チップ11における高発熱領域11A及び11B、並びに第2の半導体チップ12における高発熱領域12Aのみを局所的かつ選択的に冷却することができるようになる。
Next, the tip portion of the clog-tooth shaped heat sink member 17-1 is in contact with the high
この結果、第1の半導体チップ11及び第2の半導体チップ12の動作温度の上昇による熱暴走や特性劣化、さらには半導体パッケージ20全体の熱暴走や特性劣化を抑制することができる。また、第1の半導体チップ11における高発熱領域11A及び11B、並びに第2の半導体チップ12における高発熱領域12Aのみを選択的に冷却することができるので、これら高発熱領域の冷却に付随した、第1の半導体チップ11及び第2の半導体チップ12の全体、さらには半導体パッケージ20の全体を冷却する必要がなくなり、第1の半導体チップ11及び第2の半導体チップ12、さらには半導体パッケージ20の冷却効率を増大させることができる。
As a result, it is possible to suppress thermal runaway and characteristic degradation due to an increase in the operating temperature of the
なお、ヒートシンク部材17−1及び17−2は熱伝導性に優れる部材、例えば銅やアルミニウムなどから構成することができる。さらに、ヒートシンク部材17−1及び17−2は単独で用いることもできるが、その少なくとも一部を冷媒に接触させることにより、第1の半導体チップ11における高発熱領域11A及び11B、並びに第2の半導体チップ12における高発熱領域12Aの冷却をより効率的に行うことができる。
The heat sink members 17-1 and 17-2 can be made of a member having excellent thermal conductivity, such as copper or aluminum. Furthermore, the heat sink members 17-1 and 17-2 can be used alone, but by bringing at least a part of the heat sink members 17-1 and 17-2 into contact with the coolant, the high
なお、本例においても、第3の半導体チップ13−1に発熱領域が形成されている場合においては、そのままの状態で前記高発熱領域の裏面が露出した状態となっているので、前記発熱領域にヒートシンク部材を接触させることによって冷却することができる。 Also in this example, when the heat generating region is formed in the third semiconductor chip 13-1, the back surface of the high heat generating region is exposed as it is. It can cool by making a heat sink member contact.
また、本例では、第1の半導体チップ11の中央部及び右端部において発熱領域11A及び11Bが形成され、第2の半導体チップ12の左端部に発熱領域12Aが形成されるようにしているが、発熱領域の形成箇所は組み込まれた論理回路などの構成によって異なる。なお、局所的に生じる高発熱領域の場所によりその上方に位置する半導体チップ(本例では半導体チップ12、13−1)の配置場所を適宜変更することができる。
Further, in this example, the
(第3の実施形態)
図3は、第3の実施形態における半導体パッケージの構成を概略的に示す断面図である。図3に示す半導体パッケージ30は、基本的には図1に示す半導体パッケージ10とその構造が同一であるが、高発熱領域を冷却する手段が互いに異なる。
(Third embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor package in the third embodiment. The semiconductor package 30 shown in FIG. 3 is basically the same in structure as the semiconductor package 10 shown in FIG. 1, but the means for cooling the high heat generation region is different from each other.
すなわち、図3に示す半導体パッケージ30においても、第2の半導体チップ12の中央部に高発熱部分が形成され、この発熱部分を含む高発熱部分12Aが露出するようにして第3の半導体チップ13−1及び第4の半導体チップ13−2を配置する。しかしながら、本例では、図1に示すようなT字型のヒートシンク部材17に代えて、第2の半導体チップ12の、高発熱領域12Aの上方に冷媒装置37を配備し、この冷媒装置37から高発熱領域12Aに向けて冷媒を吹き付けるようにしている。
That is, also in the semiconductor package 30 shown in FIG. 3, a high heat generation portion is formed at the center of the
このように、図3に示す構成においても、局所的な高発熱領域12Aを有する第2の半導体チップ12の、前記高発熱領域12Aを外部に露出させるとともに、冷媒装置37から冷媒を吹き付けて冷却するようにしている。したがって、第2の半導体チップ12における発熱領域12Aのみを局所的かつ選択的に冷却することができるようになる。
As described above, also in the configuration shown in FIG. 3, the
この結果、第2の半導体チップ12の動作温度の上昇による熱暴走や特性劣化、さらには半導体パッケージ10全体の熱暴走や特性劣化を抑制することができる。また、第2の半導体チップ12における高発熱領域12Aのみを選択的に冷却することができるので、高発熱領域12Aの冷却に付随して、第2の半導体チップ12の全体、さらには半導体パッケージ10の全体を冷却する必要がなくなるので、第2の半導体チップ12、さらには半導体パッケージ10の冷却効率を増大させることができる。
As a result, thermal runaway and characteristic deterioration due to an increase in the operating temperature of the
なお、前記冷媒としては、空気、窒素ガス、炭酸ガスや希ガスなどの非反応性のガスを用いることもできる。また、半導体チップの特性に影響を与えない限り、水、アルコール、水とアルコールの混合物等の液体状の冷媒をも用いることができる。液体の場合、インクジェット方式や微細なノズルを使用することで液滴のサイズを小さくして冷却場所に供給することにより、高発熱箇所での液体の蒸発潜熱を利用するとより効率的に冷却することが出来る。さらに場合によっては雰囲気の気圧を下げるなどして、低温で蒸発するようにしてもよい。 As the refrigerant, non-reactive gas such as air, nitrogen gas, carbon dioxide gas or rare gas can be used. In addition, liquid refrigerants such as water, alcohol, and a mixture of water and alcohol can be used as long as the characteristics of the semiconductor chip are not affected. In the case of liquids, by using the inkjet method and fine nozzles to reduce the size of the droplets and supplying them to the cooling location, cooling can be performed more efficiently by using the latent heat of vaporization of the liquid at high heat generation locations. I can do it. Further, in some cases, it may be evaporated at a low temperature by lowering the atmospheric pressure.
さらに、第3および第4の半導体チップ13−1及び13−2に発熱領域が形成されている場合においては、そのままの状態で前記高発熱領域が露出した状態となっているので、前記高発熱領域に冷媒を吹き付けることによって直接的に冷却することができる。 Further, in the case where the heat generation regions are formed in the third and fourth semiconductor chips 13-1 and 13-2, the high heat generation region is exposed as it is, so the high heat generation is performed. It can be cooled directly by spraying the area with coolant.
また、本例でも、第2の半導体チップ12の中央部に高発熱領域12Aが形成されるようにしているが、高発熱領域の形成箇所は組み込まれた論理回路などの構成によって異なる。なお、局所的に生じる高発熱領域の場所によりその上方に位置する半導体チップ(本例では第3および第4の半導体チップ13−1及び13−2)の配置場所を適宜変更することができる。
Also in this example, the high
なお、図3に示す半導体パッケージ30の冷却構造を除くその他の構成要素及び構造に関しては、図1に示す半導体パッケージ10と同様であるので、それらの説明に関しては省略する。 3 are the same as those of the semiconductor package 10 shown in FIG. 1 except for the cooling structure of the semiconductor package 30 shown in FIG.
(第4の実施形態)
図4は、第4の実施形態における半導体パッケージの構成を概略的に示す断面図である。図4に示す半導体パッケージ40は、基本的には図2に示す半導体パッケージ20とその構造が同一であるが、発熱領域を冷却する手段が互いに異なる。
(Fourth embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor package in the fourth embodiment. The semiconductor package 40 shown in FIG. 4 is basically the same in structure as the
すなわち、図4に示す半導体パッケージ40においても、第3の半導体チップ13−1の大きさを第2の半導体チップ12の約半分として右端側に配置するとともに、第2の半導体チップ12の大きさを第1の半導体チップ11の略半分としてその中央部に配置するようにし、第2の半導体チップ12の、左端に位置する高発熱箇所を含む高発熱領域12Aの裏面、及び第1の半導体チップ11の、右端に位置する高発熱箇所を含む高発熱領域11Bの裏面を露出させるようにしている。さらに、ベース基板14を紙面に垂直な穴を形成し、第1の半導体チップ11の、中央部に位置する高発熱箇所を含む高発熱領域11Aを露出させている。
That is, also in the semiconductor package 40 shown in FIG. 4, the size of the third semiconductor chip 13-1 is arranged on the right end side as about half the size of the
しかしながら、本例では、図2に示すようなヒートシンク部材17−1及び17−2に代えて、第2の半導体チップ12の、高発熱領域12Aの上方に冷媒装置37−1を配備し、この冷媒装置37−1から高発熱領域12Aの裏面に向けて冷媒を吹き付けるようにしている。また、第1の半導体チップ11の、高発熱領域11Bの上方に冷媒装置37−2を配備し、この冷媒装置37−2から高発熱領域11Bの裏面に向けて冷媒を吹き付けるようにしている。さらに、第1の半導体チップ11の、高発熱領域11Aの下方に冷媒装置37−3を配備し、この冷媒装置37−3から高発熱領域11Aに向けて冷媒を吹き付けるようにしている。
However, in this example, instead of the heat sink members 17-1 and 17-2 as shown in FIG. 2, a refrigerant device 37-1 is provided above the high
したがって、第1の半導体チップ11における高発熱領域11A及び11B、並びに第2の半導体チップ12における高発熱領域12Aのみを局所的かつ選択的に冷却することができるようになる。
Therefore, only the high
この結果、第1の半導体チップ11及び第2の半導体チップ12の動作温度の上昇による熱暴走や特性劣化、さらには半導体パッケージ40全体の熱暴走や特性劣化を抑制することができる。また、第1の半導体チップ11における高発熱領域11A及び11B、並びに第2の半導体チップ12における高発熱領域12Aのみを選択的に冷却することができるので、これら高発熱領域の冷却に付随した、第1の半導体チップ11及び第2の半導体チップ12の全体、さらには半導体パッケージ40の全体を冷却する必要がなくなり、第1の半導体チップ11及び第2の半導体チップ12、さらには半導体パッケージ40の冷却効率を増大させることができる。
As a result, thermal runaway and characteristic deterioration due to an increase in operating temperature of the
なお、前記冷媒としては、空気、窒素ガス、炭酸ガスや希ガスなどの非反応性のガスを用いることもできる。また、半導体チップの特性に影響を与えない限り、水、アルコール、水とアルコールの混合物等の液体状の冷媒をも用いることができる。液体の場合、インクジェット方式や微細なノズルを使用することで液滴のサイズを小さくして冷却場所に供給することにより、高発熱箇所での液体の蒸発潜熱を利用するとより効率的に冷却することが出来る。さらに場合によっては雰囲気の気圧を下げるなどして、低温で蒸発するようにしてもよい。 As the refrigerant, non-reactive gas such as air, nitrogen gas, carbon dioxide gas or rare gas can be used. In addition, liquid refrigerants such as water, alcohol, and a mixture of water and alcohol can be used as long as the characteristics of the semiconductor chip are not affected. In the case of liquids, by using the inkjet method and fine nozzles to reduce the size of the droplets and supplying them to the cooling location, cooling can be performed more efficiently by using the latent heat of vaporization of the liquid at high heat generation locations. I can do it. Further, in some cases, it may be evaporated at a low temperature by lowering the atmospheric pressure.
また、第3の半導体チップ13−1に高発熱領域が形成されている場合においては、そのままの状態で前記高発熱領域の裏面が露出した状態となっているので、前記高発熱領域に冷媒を吹き付けることによって直接的に冷却することができる。 Further, in the case where the high heat generation region is formed in the third semiconductor chip 13-1, since the back surface of the high heat generation region is exposed as it is, the refrigerant is supplied to the high heat generation region. It can cool directly by spraying.
また、本例では、第1の半導体チップ11の中央部及び右端部において高発熱領域11A及び11Bが形成され、第2の半導体チップ12の左端部に高発熱領域12Aが形成されるようにしているが、発熱領域の形成箇所は組み込まれた論理回路などの構成によって異なる。なお、局所的に生じる高発熱領域の場所によりその上方に位置する半導体チップ(本例では半導体チップ12、13−1)の配置場所を適宜変更することができる。
Further, in this example, the high
なお、図4に示す半導体パッケージ40の冷却構造を除くその他の構成要素及び構造に関しては、図2に示す半導体パッケージ20と同様であるので、それらの説明に関しては省略する。
4 are the same as those of the
(第5の実施形態)
図5は、第5の実施形態における半導体パッケージの構成を概略的に示す断面図である。なお、上述した図1〜4に示す半導体パッケージと同一あるいは類似の構成要素に関しては、同じ参照数字を用いている。
(Fifth embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor package in the fifth embodiment. The same reference numerals are used for the same or similar components as those of the semiconductor package shown in FIGS.
図5に示す半導体パッケージ50においては、ベース基板14上において、第1の半導体チップ11、第2の半導体チップ12及び第3の半導体チップ13−1が順次に積層されている。ベース基板14及び第1の半導体チップ11間、並びに各半導体チップ間は半田ボール25によって接着固定されており、これによって、半導体パッケージ20はいわゆるボールグリッドアレイ(BGA)またはフリップチップ状の構造を呈している。したがって、ベース基板14は、いわゆるマザーボードとしての機能を有する。なお、各半導体チップ間、及びこれら半導体チップとベース基板とは半田ボール25によって電気的に接続されており、必要に応じて適宜半導体チップ上の配線とチップ内の貫通ビアホールが形成されている。
In the
図5に示す半導体パッケージ50においては、第2の半導体チップ12の右端部で、その駆動時において、例えばその論理回路構成などに起因して局所的に多く発熱する。したがって、図5に示す構成においては、第2の半導体チップ12の、前記高発熱部分を含む発熱領域12Aを有する右端部を第1の半導体チップ11及び第3の半導体チップ13−1の右方より露出させるようにしている。そして、その露出部分をコの字型のヒートシンク部材57によって上下方向から挟み込むようにしている。
In the
したがって、図5に示す構成においては、局所的な高発熱領域12Aを有する第2の半導体チップ12の、前記高発熱領域12Aを外部に露出させるとともに、ヒートシンク部材57で上下方向から挟み込むようにして冷却するようにしている。この場合上下に放熱経路を形成できるので、冷却能力を著しく高めることが可能となる。したがって、第2の半導体チップ12における高発熱領域12Aの発熱が多大であっても局所的かつ選択的に冷却することができるようになる。
Therefore, in the configuration shown in FIG. 5, the high
この結果、第2の半導体チップ12の発熱が多大であっても動作温度の上昇による熱暴走や特性劣化、さらには半導体パッケージ50全体の熱暴走や特性劣化を抑制することができる。また、第2の半導体チップ12における高発熱領域12Aのみを選択的に冷却することができるので、高発熱領域12Aの冷却に付随して、第2の半導体チップ12の全体、さらには半導体パッケージ50の全体を冷却する必要がなくなるので、第2の半導体チップ12、さらには半導体パッケージ50の冷却効率を増大させることができる。
As a result, even if the
なお、ヒートシンク部材57は熱伝導性に優れる部材、例えば銅やアルミニウムなどから構成することができる。さらに、ヒートシンク部材17は単独で用いることもできるが、その少なくとも一部を冷媒に接触させることにより、第2の半導体チップ12における発熱領域12Aの冷却をより効率的に行うことができる。実際、図5に示す構成では、ヒートシンク部材57中に通路57Aを形成し、この中を冷媒が流れるようにしている。したがって、第2の半導体チップ12の発熱領域12Aの冷却をより効果的に行うことができる。
The
また、本例では、第2の半導体チップ12の中央部に高発熱領域12Aが形成される場合について示しているが、第1の半導体チップ11または第3の半導体チップ13−1において高発熱領域が形成されている場合においても、第1の半導体チップ11または第3の半導体チップ13−1の発熱領域を端部から露出させ、ヒートシンク部材を接触させて冷却することによって、前記高発熱領域のみを選択的及び効果的に冷却することができる。
Further, in this example, the case where the high
なお、前記冷媒としては、炭酸ガスや希ガスなどの非反応性のガスを用いることもできし、特に図5に示すような構成の場合、水やアルコール、水とアルコールの混合物等の液体状の冷媒をも用いることでより冷却能力を高めることができる。 As the refrigerant, a non-reactive gas such as carbon dioxide gas or a rare gas can be used. Particularly in the case of the configuration shown in FIG. 5, a liquid state such as water, alcohol, a mixture of water and alcohol, or the like. The cooling capacity can be further increased by using this refrigerant.
さらに、本例でも、第2の半導体チップ12の右端部に高発熱領域12Aが形成されるようにしているが、高発熱領域の形成箇所は組み込まれた論理回路などの構成によって異なる。しかしながら、本例のように半導体チップの端部に高発熱領域が形成されるように前記論理回路などを設計することによって、その上方に位置する半導体チップを、例えば、端部に位置する高発熱領域が露出するように設計すれば良いため、前記上方に位置する半導体チップの機能を損なうことなく、その形成を簡易に行うことができるようになる。
Further, in this example as well, the high
以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。 While the present invention has been described in detail based on the above specific examples, the present invention is not limited to the above specific examples, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention.
10、20、30、40、50 半導体パッケージ
11 第1の半導体チップ
12 第2の半導体チップ
13−1 第3の半導体チップ
13−2 第4の半導体チップ
14 ベース基板
15 ワイヤ
16 熱伝導ペースト
17、17−1、17−2、57 ヒートシンク部材
25 半田ボール
37、37−1、37−2 冷却装置
10, 20, 30, 40, 50
Claims (5)
前記半導体チップの少なくとも1つにおいて、相対的に高温度に加熱された発熱部分を局所的に露出させ、前記発熱部分を直接冷却するようにしたことを特徴とする、半導体パッケージ。 A semiconductor package in which a plurality of semiconductor chips are stacked,
In at least one of the semiconductor chips, a heat generating portion heated to a relatively high temperature is locally exposed, and the heat generating portion is directly cooled.
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