JP2668031B2 - 半導体モジュール - Google Patents

半導体モジュール

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JP2668031B2
JP2668031B2 JP63224646A JP22464688A JP2668031B2 JP 2668031 B2 JP2668031 B2 JP 2668031B2 JP 63224646 A JP63224646 A JP 63224646A JP 22464688 A JP22464688 A JP 22464688A JP 2668031 B2 JP2668031 B2 JP 2668031B2
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    • H01L2224/01Means 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
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
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    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
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    • H01L2924/1531Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • H01L2924/15312Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a pin array, e.g. PGA

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体モジユールに係り、特に、高密度実
装モジユールの発熱を伝熱放散させる冷却ジヤケツトを
ハウジング上に均一に密着させるのに好適な取付け構造
を有する半導体モジユールに関するものである。
〔従来の技術〕
1個あるいは複数個の半導体デバイスを実装した半導
体モジユールの冷却装置の構造においては、例えば、特
開昭59−213153号公報に記載されている。この冷却装置
において、半導体チツプの背面に伝熱板を配置し半導体
チツプから発生する熱量を伝え、伝熱板の上部には冷媒
用流路を内部形成した冷却板が設けられ、液冷による伝
熱放散構成となつている。しかして、この冷却板はねじ
によつて伝熱板に着脱自在に取付られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術においては、冷却板と称する冷却ジヤケ
ツトが、モジユールハウジングの天井板である伝熱板に
対して、4本のねじにより機械的に締結されている。多
数の半導体チツプを封止するフランジ,伝熱板ハウジン
グ、さらに上述の冷却板は、すべてねじにより機械的に
剛結合されている。
上記の半導体モジユールは、半導体チツプの発熱を冷
却板の接触により伝熱放散させる冷却方式であるが故
に、冷却板と伝熱板との接触状態が大きく冷却性能に影
響することから、必然的に強固なねじの締め付けが必要
とされる。強固な締め付けは、金属性のモジユールハウ
ジングの場合には特に問題とならないが、モジユールの
大形化に伴なう軽量化の要求に対して軽量非金属など脆
性材料を使用した場合、ねじ締め付けによる割れ破壊の
問題が発生する。
本発明は、上記従来技術における課題を解決するため
になされたもので、冷却ジヤケツトとハウジングの天井
板との締結を、面圧発生治具を用いて押圧により均一で
強固な接触を図り、構成材に応力集中のない信頼性の高
い半導体モジユールを提供することを、その目的するも
のである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体モジ
ユールの構成は、1個あるいは複数個の半導体デバイス
が電気的に接続された配線基板と、この半導体デバイス
を覆うように設けた封止枠および天井板からなるハウジ
ングと、前記半導体デバイスを冷却する冷却ジヤケツト
とを備え、外部と電気的に接続する手段を有する半導体
モジユールにおいて、前記冷却ジヤケツト上に、当該冷
却ジヤケツトをハウジングの天井板に均一に密着させる
力を発生すべき弾性変形したアームに設け、前記冷却ジ
ヤケツトおよび天井板の各四辺の中間位置を前記アーム
を介して当該冷却ジヤケツトおよび天井板を押圧する手
段を設けたものである。
なお付記すると、本発明を開発した考え方は次のとお
りである。
すなわち、上記目的を達成する技術的手段を開発する
ため、発明者は実験に基づく考察を試みることにして、
2枚の金属板を合せ、板の四すみ、各四辺の中央位置、
および板の中心にねじを設けて締め付け、2枚の板の接
触状態を実験的にシミユレイトした。この結果、締め付
けによる板の曲げ変形特性から、板の四すみのねじ締め
付けは、板を接触させる効果は少なく、各四辺の中央位
置および板の中心のねじ締め付けが板を密着させるのに
最も効果が大であることが明らかとなつた。
また、従来技術のようなねじ締結では、接触を高める
締め付けは、構成材のねじ部に大きな引張応力を発生さ
せる。しかも、非金属材の引張強度は、圧壊強度に比べ
1/5〜1/10程度と引張荷重に対して極端に弱い性質を有
する。
そこで、本発明では、冷却ジヤケツトとハウジング天
井板とをはさみ付け、面圧によつて押圧締め付けを行
い、引張の応力集中を避け圧縮応力状態にすることを考
えた。また、その押圧締め付け部を、板の各四辺の中
間、特に中央位置とし、さらに板の中心部を押圧するこ
とにより、強度的にも冷却性能上も信頼性の高い半導体
モジユールを提供することを考えたものである。
〔作用〕
本発明の半導体モジユールは、1個あるいは複数個、
一般には多数の半導体チツプを搭載したセラミツクス基
板と、封止枠および天井板からなるハウジング(封止キ
ヤツプ)で封止された構造のものに、半導体チツプの発
熱を伝熱放射させる冷却ジヤケツトが、その封止キヤツ
プに対向接触して配置されている。そして、この冷却ジ
ヤケツトと天井板との接触状態が、半導体チツプ発熱の
伝熱放散性能を高める重要な機構となつている。
天井板と冷却ジヤケツトとは、薄板の張り合せ構造を
呈し、良く知られているように板の変形特性は四隅を圧
縮すると曲げ変形により中央部が浮う上がる。したがつ
て、天井板と冷却ジヤケツトを表裏から面圧を負荷し押
圧するようにし、さらに押圧部を板の辺および中央に設
けることによつて板の曲げ変形が避けられ、天井板と冷
却ジヤケツトとが均一に圧縮され、強固な密着が可能と
なる。しかも、構成材の受圧部が面圧縮状態となり、局
部的な引張応力の発生が避けられ、脆性的な破壊を生じ
難くすることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の各実施例は第1図ないし第4図を参照
して説明する。
第1図は、本発明の一実施例に係る半導体モジユール
の斜視図、第2図は、第1図の断面図である。
第1図および第2図において、半導体デバイスを構成
する半導体チツプ6は、配線基板に係るセラミツクス基
板1の上部表面において電気的に接続されている複数個
のはんだボール7上に取り付けられている。さらに半導
体チツプ6を外部回路に接続するため、はんだボール7
とセラミツクス基板1の表面層および内層配線とを電気
的に導通してなる入出力ピン8がセラミツクス基板1の
裏面にろう付けされている。
そして、半導体チツプ6は封止キヤツプによつて密閉
封止される箱形構造の半導体モジユールを形成するため
に、前記セラミツクス基板1を底板とし、この上面に、
例えばセラミツクス材などの軽量で熱伝導性の良い材料
からなる封止枠2と天井板3とで構成されたハウジング
を設けている。
セラミツクス基板1と封止枠2とが当接する部位には
あらかじめメタライズ処理が施され、これら当接部は、
はんだ12を介在させ高温溶融固化により封止枠2とセラ
ミツクス基板1との気密接合を計る。
ハウジングの天井板3には、その天井板3の内面と半
導体チツプ6との間にあつて半導体チツプ6の発熱を天
井板3に伝達するための冷却手段4と、天井板3を介し
て熱を吸収し半導体チツプ6の熱量を伝熱放散させるた
め、冷媒流体を流入,流出させる冷却配管13を備えた冷
却ジヤケツト5を天井板3の外面に配置する。
冷却ジヤケツト5の上部には、冷却ジヤケツト5の上
面に対して、中央が凸になる弓状(第2図参照)に弾性
変形し、かつ十字形をなす(第1図参照)アーム10を設
け、このアーム10の十字の各端部の位置、すなわち、第
1図に示すように冷却ジヤケツト5および天井板3の各
四辺の中央位置に配置して押え治具(面圧発生治具)9
で当該天井板3と冷却ジヤケツト5とをはさみ、ねじ11
によりアーム10を変形させながら押圧する。
本実施例によれば、天井板3と冷却ジヤケツト5とは
押え治具9の各当接面の面圧によつて押圧され、同時に
アーム10の弾性変形の支点となる冷却ジヤケツト5の中
央部P点にも押圧点が得られ、冷却ジヤケツト5は天井
板3に均一に密着し強固で信頼性の高い接触状態が得ら
れる。
このような本実施例によれば、ハウジングを構成する
天井板と冷却ジヤケツトとの密着が押え治具による締め
付けにより達成される。この押圧力は、押え治具と天井
板あるいは冷却ギヤケツトとの当接面で発生する面圧に
よつて駆動できる。したがつて、構成材の局部的な引張
応力集中が防止され、押圧締め付け部の破壊限界が高く
なることから、十分な締め付け力が確保できる。
この結果、冷却ジヤケツトと天井板との強固な密着が
可能となり、熱伝達冷却性能および強度的にも信頼性の
高い半導体モジユールを提供することができる。
次に、第3図は、本発明の他の実施例に係る半導体モ
ジユールの斜視図である。図中、第1図と同一符号のも
のは、先の実施例と同等部であるから、その説明を省略
する。
第3図に示す実施例では、冷却ジヤケツト5の上部に
は、当該冷却ジヤケツト5の四隅部をよぎるアーム10A
を設け、冷却ジヤケツト5の上面に対して凸になる弓状
の弾性変形を付与しておく。このアーム10Aは、第3図
に示すように口の字状の形状のもので、その口の字の四
つの角部で、冷却ジヤケツト5および天井板3の各四辺
の中央位置に押え治具9が配置されている。そして、こ
の押え治具9で冷却ジヤケツト5および天井板3をはさ
み、ねじ11によりアーム10Aを変形させながら押圧す
る。
これにより、冷却ジヤケツト5と天井板3とは押え治
具9の各当接面の面圧によつて押圧され、同時にアーム
10Aの各辺中央凸部すなわちQ点も弾性変形の支点とな
り冷却ジヤケツト5の押圧点が得られ、均一で信頼性の
高い接触状態が得られる。すなわち、第3図の実施例に
よれば、先の第1,2図の実施例と同様の効果が期待され
る。
次に、第4図は、本発明のさらに他の実施例に係る半
導体モジユールの斜視図である。図中、第1図と同一符
号のものは、先の実施例と同等部であるから、その説明
を省略する。
第4図に示す実施例では、冷却ジヤケツト5の上部に
は、当該ジヤケツト5の四辺に沿いアーム10Bを設け、
このアーム10Bと同位置、すなわち、冷却ジヤケツト5
および天井板3の各四辺の中央位置に押え治具9が配置
されている。そして、この押え治具9で冷却ジヤケツト
5および天井板3をはさみ、ねじ11によりアーム10Bを
押圧する。アーム10Bは、冷却ジヤケツト5の上面に対
して凹になる弓状の弾性変形を付与しておくか、または
板厚を大きくすることなどにより曲げ剛さを高めること
を行えば、より広い面圧領域での強固な押圧を図ること
ができる。
したがつて、第4図の実施例によれば、先の各実施例
と同様の効果が期待される。
なお、本発明は、単一あるいは複数個の半導体チツプ
を内蔵する半導体モジユールに適用できる。
また、上記の各実施例では、押え治具は、冷却ジヤケ
ツトおよびハウジング天井板の各四辺の中央位置に各1
個ずつ設けているが、大形のものでは各四辺の中間位置
に複数配置することも可能である。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、冷却ジヤケツト
とハウジングの天井板との締結を、面圧発生治具を用い
て押圧により均一で強固な接触を図り、構成材に応力集
中のない信頼性の高い半導体モジユールを提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例に係る半導体モジユールの
斜視図、第2図は、第1図の断面図、第3図は、本発明
の他の実施例に係る半導体モジユールの斜視図、第4図
は、本発明のさらに他の実施例に係る半導体モジユール
の斜視図である。 1……セラミツクス基板、2……封止枠、3……天井
板、5……冷却ジヤケツト、6……半導体チツプ、8…
…入出力ピン、9……押え治具、10,10A,10B……アー
ム。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】1個あるいは複数個の半導体デバイスが電
    気的に接続された配線基板と、この半導体デバイスを覆
    うように設けた封止枠および天井板からなるハウジング
    と、前記半導体デバイスを冷却する冷却ジヤケツトとを
    備え、外部と電気的に接続する手段を有する半導体モジ
    ユールにおいて、前記冷却ジヤケツト上に、当該冷却ジ
    ヤケツトをハウジングの天井板に均一に密着させる力を
    発生すべき弾性変形したアームに設け、前記冷却ジヤケ
    ツトおよび天井板の各四辺の中間位置を前記アームを介
    して当該冷却ジヤケツトおよび天井板を押圧する手段を
    設けたことを特徴とする半導体モジユール。
JP63224646A 1988-09-09 1988-09-09 半導体モジュール Expired - Lifetime JP2668031B2 (ja)

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