JP2724033B2 - 半導体モジユール - Google Patents
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- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump 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
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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、多層配線基板上に複数の半導体チップを搭
載したマルチチップモジュールに係り、特に、大消費電
力の半導体チップの発熱を、構造が簡単でしかも、高信
頼性の冷却装置を備えた半導体モジュールに関するもの
である。
載したマルチチップモジュールに係り、特に、大消費電
力の半導体チップの発熱を、構造が簡単でしかも、高信
頼性の冷却装置を備えた半導体モジュールに関するもの
である。
従来の半導体モジュールは、第26、27図（特開昭61−
226946号公報に記載）のように、半導体チップ１の使用
時の熱変形及び組立て誤差などを吸収するためのベロー
ズ60を二個と、キャップ61及びフィン62からなる冷却部
品を、それぞれの半導体チップ１に一組ずつ設け、一方
のベローズから冷媒11を流入させ、もう一方のベローズ
から流出させ、フィン62を介し半導体でチップ１の発熱
を取り去る構造となっていた。
226946号公報に記載）のように、半導体チップ１の使用
時の熱変形及び組立て誤差などを吸収するためのベロー
ズ60を二個と、キャップ61及びフィン62からなる冷却部
品を、それぞれの半導体チップ１に一組ずつ設け、一方
のベローズから冷媒11を流入させ、もう一方のベローズ
から流出させ、フィン62を介し半導体でチップ１の発熱
を取り去る構造となっていた。
上記従来技術は、 １）構造が非常に複雑であり、各半導体チップそれぞれ
について、微細な冷却部品が多数必要となる。よって、
組立に多大な工数を要するとともに、多数のチップを一
括で組立てすることが難しい、という問題があった。
について、微細な冷却部品が多数必要となる。よって、
組立に多大な工数を要するとともに、多数のチップを一
括で組立てすることが難しい、という問題があった。
２）ベローズとキャップ、キャップとフィンの接合など
接合個所が非常に多く、接合部の腐食による冷媒の漏れ
などが懸念される。よって、長時間の使用に対する大形
計算機の信頼性低下という問題があった。
接合個所が非常に多く、接合部の腐食による冷媒の漏れ
などが懸念される。よって、長時間の使用に対する大形
計算機の信頼性低下という問題があった。
よって本発明の目的は、構造が簡単で部品点数が少な
く、複数チップの冷却部品の一括組立てが可能な半導体
チップの冷却装置を備え、信頼性が高く、しかも大形計
算機の小形化が可能な半導体モジュールを提供すること
にある。
く、複数チップの冷却部品の一括組立てが可能な半導体
チップの冷却装置を備え、信頼性が高く、しかも大形計
算機の小形化が可能な半導体モジュールを提供すること
にある。
上記目的を達成するために、直管部と、フレキシブル
なベローズ部とを、パイプの軸方向に交互に有する冷媒
供給パイプを水平方向に使用し、該冷媒供給パイプの直
管部が、半導体チップ上面にバネ力によって圧接し、複
数のチップを１個の冷媒供給パイプの中に流した冷媒に
より連続的に冷却する構造とした。
なベローズ部とを、パイプの軸方向に交互に有する冷媒
供給パイプを水平方向に使用し、該冷媒供給パイプの直
管部が、半導体チップ上面にバネ力によって圧接し、複
数のチップを１個の冷媒供給パイプの中に流した冷媒に
より連続的に冷却する構造とした。
また、冷却効率を上げるために、前記冷媒供給パイプ
の直管部が半導体チップに、熱伝導グリースを介して、
バネ力により圧接した構造とした。
の直管部が半導体チップに、熱伝導グリースを介して、
バネ力により圧接した構造とした。
また、冷却効率を上げるために、前記冷媒供給パイプ
の直管部が半導体チップにハンダあるいはろう付けなど
により金属的に接合した構造とした。
の直管部が半導体チップにハンダあるいはろう付けなど
により金属的に接合した構造とした。
さらに、冷却効率を上げるために、前記冷媒供給パイ
プの直管部内に、板状の冷却フィンあるいは発泡金属製
のブロックを設けた構造とした。
プの直管部内に、板状の冷却フィンあるいは発泡金属製
のブロックを設けた構造とした。
また、これらの半導体モジュールを多数、回路ボード
上に配置した際のスペース性をよくするため、冷媒供給
パイプの両端をほぼ直角に曲げ、冷媒の流入、流出をハ
ウジングの上面から行う構造とした。
上に配置した際のスペース性をよくするため、冷媒供給
パイプの両端をほぼ直角に曲げ、冷媒の流入、流出をハ
ウジングの上面から行う構造とした。
半導体モジュールにおいて、伸縮自在のベローズ部と
直管部を交互に設けた冷媒供給パイプを、半導体チップ
の上面と並行に配置した冷却装置を備えた構造とした。
これにより、組立て時のチップの傾き及び高さのばらつ
き、あるいは半導体チップ動作時の熱変形などをベロー
ズ部で吸収できるため、ハンダ端子の接続部へのダメー
ジを小さくできる。
直管部を交互に設けた冷媒供給パイプを、半導体チップ
の上面と並行に配置した冷却装置を備えた構造とした。
これにより、組立て時のチップの傾き及び高さのばらつ
き、あるいは半導体チップ動作時の熱変形などをベロー
ズ部で吸収できるため、ハンダ端子の接続部へのダメー
ジを小さくできる。
さらに、構造が簡単であり部品点数が少ないためハウ
ジング内に冷媒供給パイプを接合した後に、半導体チッ
プとの接合及びモジュール全体の封じが同時にでき、一
括組立てが可能となり組立て工数の大幅な低減が計れ
る。また、ベローズを水平方向に配置したので、高さが
低く薄型の半導体モジュールを提供できる。
ジング内に冷媒供給パイプを接合した後に、半導体チッ
プとの接合及びモジュール全体の封じが同時にでき、一
括組立てが可能となり組立て工数の大幅な低減が計れ
る。また、ベローズを水平方向に配置したので、高さが
低く薄型の半導体モジュールを提供できる。
また、冷媒供給パイプの直管部をチップ上面にハンダ
あるいはろう付けなどにより接合、あるいは熱伝導性グ
リースを介してバネにより圧接し、この部分の熱伝導に
より、複数の半導体チップの発熱を、１個の冷媒供給パ
イプ中を流れる冷媒により連続的に取り去ることができ
る。さらに、冷媒供給パイプ内の直管部にフィンあるい
は発泡金属製のブロックなどを設けたので、熱伝導面積
が大幅に増加し冷却効率を高くできる。
あるいはろう付けなどにより接合、あるいは熱伝導性グ
リースを介してバネにより圧接し、この部分の熱伝導に
より、複数の半導体チップの発熱を、１個の冷媒供給パ
イプ中を流れる冷媒により連続的に取り去ることができ
る。さらに、冷媒供給パイプ内の直管部にフィンあるい
は発泡金属製のブロックなどを設けたので、熱伝導面積
が大幅に増加し冷却効率を高くできる。
また、冷媒供給パイプの両端のベローズ部をほぼ冷媒
供給パイプの軸方向に対して直角に曲げ、ハウジングの
上面に接続し、冷媒の流入、流出をハウジングの上面か
らできる構造とした。これにより、回路ボード上に複数
の半導体モジュールを近ずけて配置した際、配管相互が
干渉することがないので、高密度の実装が可能となり計
算機全体の小型化が達成できる。
供給パイプの軸方向に対して直角に曲げ、ハウジングの
上面に接続し、冷媒の流入、流出をハウジングの上面か
らできる構造とした。これにより、回路ボード上に複数
の半導体モジュールを近ずけて配置した際、配管相互が
干渉することがないので、高密度の実装が可能となり計
算機全体の小型化が達成できる。
以下、本発明の実施例を第１図−第25図により説明す
る。
る。
第１図は本発明の第１の実施例を示す横断面図、第２
図は第１図のＡ−Ａ矢視の縦断面図、第３図は本発明の
第１図の実施例の組立て方法を示す断面図、第４図は本
発明の第１の実施例を示す斜視図、第５図は本発明の第
１の実施例を示す斜視図、第６図は本発明の第２の実施
例を示す横断面図、第７図は第１図に係る本発明の一実
施例の冷媒供給パイプを示す斜視図、第８図は第１図に
係る一実施例の冷媒供給パイプを示す斜視図、第９図は
第10図に係るフィンを示す斜視図、第10図は本発明の第
３の実施例を示す縦断面図、第11図は第12図に係る発泡
金属製ブロックを示す斜視図、第12図は本発明の第４の
実施例を示す縦断面図、第13図は本発明の第５の実施例
を示す横断面図、第14図は第13図のＢ−Ｂ矢視縦断面
図、第15図は本発明の第５の実施例のバネ部を示す斜視
図、第16図は本発明の第５の実施例を示す横断面、第17
図は本発明の第５の実施例を示す斜視図、第18図は本発
明の第６の実施例を示す縦断面図、第19図は本発明の第
７の実施例を示す縦断面図、第20図は第21図に係るフィ
ンを示す斜視図、第21図は本発明の第８の実施例を示す
横断面図、第22図は本発明の第９の実施例を示す横断面
図、第23図は本発明の第９の実施例を示す横断面図、第
24図は本発明の第９の実施例を示す斜視図、第25図は本
発明の第９の実施例を示す斜視図、である。
図は第１図のＡ−Ａ矢視の縦断面図、第３図は本発明の
第１図の実施例の組立て方法を示す断面図、第４図は本
発明の第１の実施例を示す斜視図、第５図は本発明の第
１の実施例を示す斜視図、第６図は本発明の第２の実施
例を示す横断面図、第７図は第１図に係る本発明の一実
施例の冷媒供給パイプを示す斜視図、第８図は第１図に
係る一実施例の冷媒供給パイプを示す斜視図、第９図は
第10図に係るフィンを示す斜視図、第10図は本発明の第
３の実施例を示す縦断面図、第11図は第12図に係る発泡
金属製ブロックを示す斜視図、第12図は本発明の第４の
実施例を示す縦断面図、第13図は本発明の第５の実施例
を示す横断面図、第14図は第13図のＢ−Ｂ矢視縦断面
図、第15図は本発明の第５の実施例のバネ部を示す斜視
図、第16図は本発明の第５の実施例を示す横断面、第17
図は本発明の第５の実施例を示す斜視図、第18図は本発
明の第６の実施例を示す縦断面図、第19図は本発明の第
７の実施例を示す縦断面図、第20図は第21図に係るフィ
ンを示す斜視図、第21図は本発明の第８の実施例を示す
横断面図、第22図は本発明の第９の実施例を示す横断面
図、第23図は本発明の第９の実施例を示す横断面図、第
24図は本発明の第９の実施例を示す斜視図、第25図は本
発明の第９の実施例を示す斜視図、である。
実施例１ 第１−5,7,8図により第１の実施例の半導体チップの
冷却装置を備えた半導体モジュールを説明する。冷却装
置は、半導体チップ１により発生した熱を、配管７から
流入した冷媒11が冷媒供給パイプ５のなかを流れ、半導
体チップ１の上面と接した冷媒供給パイプ５の直管部で
熱交換し、配管８から流出することで、装置外部に排出
する構造である。冷媒11としては、例えば水またはフロ
リナート等が使用できる。冷媒供給パイプ５は、第７図
に示すように断面形状が長円形あるいは楕円形状の直管
部と、フレキシブルなベローズ部とを、パイプの軸方向
に交互に有する形状である。また、冷媒供給パイプ５の
直管部5bは、第８図に示すように断面形状が四角形など
でもよい。さらに、冷媒供給パイプ５の直管部5bの長さ
と幅は、半導体チツプ１の長さと幅より大きい。ベロー
ズ部5aは、配線基板３のそり及び組立て時の集積回路チ
ツプ１の高さばらつき、さらに動作時の熱歪などの変位
吸収体であり、かつ冷媒11の流路でもある。また、直管
部5bで半導体チップ１の上面にハンダあるいはろう付け
等により接合し半導体チップ１に発生した熱をこの面の
熱伝導により冷媒へと伝達させる。ここで、半導体チッ
プ１上面には絶縁層が一層設けられており、接合後も冷
媒供給パイプ５とは電気的に絶縁される。冷媒供給パイ
プ５の材質としては、バネ性があり冷媒11に対する耐食
性のある材料、例えばりん青銅、チタン、ステンレス鋼
等が使用できる。
冷却装置を備えた半導体モジュールを説明する。冷却装
置は、半導体チップ１により発生した熱を、配管７から
流入した冷媒11が冷媒供給パイプ５のなかを流れ、半導
体チップ１の上面と接した冷媒供給パイプ５の直管部で
熱交換し、配管８から流出することで、装置外部に排出
する構造である。冷媒11としては、例えば水またはフロ
リナート等が使用できる。冷媒供給パイプ５は、第７図
に示すように断面形状が長円形あるいは楕円形状の直管
部と、フレキシブルなベローズ部とを、パイプの軸方向
に交互に有する形状である。また、冷媒供給パイプ５の
直管部5bは、第８図に示すように断面形状が四角形など
でもよい。さらに、冷媒供給パイプ５の直管部5bの長さ
と幅は、半導体チツプ１の長さと幅より大きい。ベロー
ズ部5aは、配線基板３のそり及び組立て時の集積回路チ
ツプ１の高さばらつき、さらに動作時の熱歪などの変位
吸収体であり、かつ冷媒11の流路でもある。また、直管
部5bで半導体チップ１の上面にハンダあるいはろう付け
等により接合し半導体チップ１に発生した熱をこの面の
熱伝導により冷媒へと伝達させる。ここで、半導体チッ
プ１上面には絶縁層が一層設けられており、接合後も冷
媒供給パイプ５とは電気的に絶縁される。冷媒供給パイ
プ５の材質としては、バネ性があり冷媒11に対する耐食
性のある材料、例えばりん青銅、チタン、ステンレス鋼
等が使用できる。
なお、冷媒供給パイプ５は、液圧成形等の塑性加工に
より形成できる。
より形成できる。
以上の冷却装置に加えて、さらに配線基板３の上に
は、多数の半導体チツプ１がハンダ端子２を介して電気
的に相互接続されており、配線基板３の下面には回路ボ
ード24に接続するための多数の入出力ピン17が存在し、
半導体モジュール50を構成する。
は、多数の半導体チツプ１がハンダ端子２を介して電気
的に相互接続されており、配線基板３の下面には回路ボ
ード24に接続するための多数の入出力ピン17が存在し、
半導体モジュール50を構成する。
第３、４図により組立て方法を説明する。すでに配管
7,8を接続したハウジング４内側の接続穴4d,4eに、冷媒
供給パイプ５の両端5c,5dを挿入しハンダ付けあるいは
ろう付けなどにより接合10を行う。ここで、冷媒供給パ
イプ５の接合位置は、組立て後に冷媒供給パイプ５の直
管部5bの接合面が半導体チップ１の上面の高さとほぼ一
致する位置である。つぎに、これらをまえもって半導体
チップ１をハンダ端子２により配線基板３上に固定した
状態のものの上からかぶせる。ここで、半導体チップ１
の上面部６と封止部９には前もってペースト状のハンダ
あるいはろう材を所定の量だけ塗布しておく。次に、ヘ
リュムあるいは窒素などの気体の雰囲気中で、封止９を
ハンダ付あるいはろう付け等で行ない、ヘリュムあるい
は窒素などの気体の封入を同時に行なう。
7,8を接続したハウジング４内側の接続穴4d,4eに、冷媒
供給パイプ５の両端5c,5dを挿入しハンダ付けあるいは
ろう付けなどにより接合10を行う。ここで、冷媒供給パ
イプ５の接合位置は、組立て後に冷媒供給パイプ５の直
管部5bの接合面が半導体チップ１の上面の高さとほぼ一
致する位置である。つぎに、これらをまえもって半導体
チップ１をハンダ端子２により配線基板３上に固定した
状態のものの上からかぶせる。ここで、半導体チップ１
の上面部６と封止部９には前もってペースト状のハンダ
あるいはろう材を所定の量だけ塗布しておく。次に、ヘ
リュムあるいは窒素などの気体の雰囲気中で、封止９を
ハンダ付あるいはろう付け等で行ない、ヘリュムあるい
は窒素などの気体の封入を同時に行なう。
第４図は、組上がった半導体モジュール50を、ハウジ
ング４の一部を取り去って示したものである。
ング４の一部を取り去って示したものである。
つぎに、第５図はこれらの半導体モジュール50を回路
ボード24上に配置した場合の一例を示したものである。
冷媒11を流入用主配管22から、それぞれの配管７に導き
冷媒供給パイプ５から配管８を経て、流出用主配管23か
ら流出することで複数の半導体チップ１を連続的に冷却
できる。
ボード24上に配置した場合の一例を示したものである。
冷媒11を流入用主配管22から、それぞれの配管７に導き
冷媒供給パイプ５から配管８を経て、流出用主配管23か
ら流出することで複数の半導体チップ１を連続的に冷却
できる。
以上、本実施例では冷却効率を下げることなく、構造
が簡単であり部品点数が少なく、組立て工数の少ない冷
却装置を備えた、半導体モジュールを提供できる。そこ
で、チップ数100個のモジュールを例にとり、冷却まわ
りの部品点数を従来例と比較すると、本実施例では約1/
10以下に低減できる。
が簡単であり部品点数が少なく、組立て工数の少ない冷
却装置を備えた、半導体モジュールを提供できる。そこ
で、チップ数100個のモジュールを例にとり、冷却まわ
りの部品点数を従来例と比較すると、本実施例では約1/
10以下に低減できる。
実施例２ 第６図により本発明の第２の実施例を説明する。実施
例１において、さらに部品点数を低減したい場合、第６
図に示すように冷媒供給パイプ５の両端の直管部5c,5d
の長さを長くすることにより、配管７、８が不要とな
る。しかし、ハウジング４が一体構造では、冷媒供給パ
イプ５の両端の直管部5c,5dを接続穴4b,4eへ挿入するこ
とができない。そこで、ハウジング４の側面の一辺4bを
分離し、直管部を挿入したのち4c部を接合する構造とし
た。なお、その他については実施例１と同様である。
例１において、さらに部品点数を低減したい場合、第６
図に示すように冷媒供給パイプ５の両端の直管部5c,5d
の長さを長くすることにより、配管７、８が不要とな
る。しかし、ハウジング４が一体構造では、冷媒供給パ
イプ５の両端の直管部5c,5dを接続穴4b,4eへ挿入するこ
とができない。そこで、ハウジング４の側面の一辺4bを
分離し、直管部を挿入したのち4c部を接合する構造とし
た。なお、その他については実施例１と同様である。
以上、本実施例ではハウジング４の接合工程が必要と
なるものの、配管7,8が不要となり、一層部品点数の低
減がはかれる。
なるものの、配管7,8が不要となり、一層部品点数の低
減がはかれる。
実施例３ 第9,10図により本発明の第３の実施例を説明する。半
導体チツプ１の発熱量が多い場合、冷媒11への熱伝導を
よくする必要がある。そこで、実施例１に係る半導体モ
ジュール50の、冷媒供給パイプ５の直管部5bに、フィン
14をハンダ付け及びろう付け等により接合した構造とす
る。
導体チツプ１の発熱量が多い場合、冷媒11への熱伝導を
よくする必要がある。そこで、実施例１に係る半導体モ
ジュール50の、冷媒供給パイプ５の直管部5bに、フィン
14をハンダ付け及びろう付け等により接合した構造とす
る。
これにより、熱伝導面積が増加し冷却効率は、さらに
向上する。フィン14の材質としては、熱伝導率が良好な
材料、例えば、銅、アルミ、ステンレス鋼または高熱伝
導性の炭化ケイ素セラミックスなどが使用できる。
向上する。フィン14の材質としては、熱伝導率が良好な
材料、例えば、銅、アルミ、ステンレス鋼または高熱伝
導性の炭化ケイ素セラミックスなどが使用できる。
以上、本実施例では半導体チップの発熱量が多く、冷
却効率がよい冷却装置を備えた半導体モジュールが必要
な場合に、特に有効である。
却効率がよい冷却装置を備えた半導体モジュールが必要
な場合に、特に有効である。
実施例４ 第11,12図により本発明の第４の実施例を説明する。
半導体チップ１の発熱量が多い場合、冷媒11への熱伝導
をよくする必要がある。そこで、実施例１に係る半導体
モジュール50の冷媒供給パイプ５の直管部5bに表面積の
大きい発泡金属製ブロック16を、ハンダ付け及びろう付
け等により接合した。これにより、熱伝導面積が大幅に
増加し冷却効率は、さらに向上する。発泡金属製ブロッ
ク16の材質としては、熱伝導率が良好な材料、例えば、
銅、アルミ、ステンレス鋼などが使用できる。また、発
泡金属の代りにハニカム状の金属ブロックなどでもよ
い。
半導体チップ１の発熱量が多い場合、冷媒11への熱伝導
をよくする必要がある。そこで、実施例１に係る半導体
モジュール50の冷媒供給パイプ５の直管部5bに表面積の
大きい発泡金属製ブロック16を、ハンダ付け及びろう付
け等により接合した。これにより、熱伝導面積が大幅に
増加し冷却効率は、さらに向上する。発泡金属製ブロッ
ク16の材質としては、熱伝導率が良好な材料、例えば、
銅、アルミ、ステンレス鋼などが使用できる。また、発
泡金属の代りにハニカム状の金属ブロックなどでもよ
い。
以上、本実施例では半導体チップの発熱量が多く、冷
却効率がよい冷却装置を備えた半導体モジュールが必要
な場合に、特に有効である。
却効率がよい冷却装置を備えた半導体モジュールが必要
な場合に、特に有効である。
実施例５ 第13−17図により本発明の第５の実施例を説明する。
配線基板３の製造時のそりの発生及び半導体チップ１と
ハンダ端子の接合精度が悪い場合には、半導体チップ１
の上面の高さのばらつきが大となる。この場合、実施例
１の方式では半導体チップ１の上面と冷媒供給パイプ５
の直管部5bのギャップが大きくなり、接合がむつかしい
場合がある。そこで、冷媒供給パイプ５の直管部5bを、
半導体チップ１の上面に13によって圧接し構造とするこ
とにより、組立て時の高さばらつきを十分吸収し、しか
も冷却も可能となる。さらに、冷媒供給パイプ５の直管
部5bと、半導体チップ１の上面の間、すなわち熱伝導部
に熱伝導グリース12を、用いることにより、半導体チッ
プ１の冷却効率をたかめることができる。熱伝導グリー
ス12の材質としては、シリコン油に熱伝導性微粒子を混
合したもの等が使用できる。バネ13は、半導体チップ１
のそれぞれに設け、バネの一端はハウジング４のバネ接
合穴4aに接合し、他端は円板25に接合した構造である。
ここで、円板25はバネ力が冷媒供給パイプ５の直管部5b
に平均的に負荷するためのものである。また、バネ13に
よる荷重はハンダ端子２へのダメージを小さくするた
め、（ハンダ端子１個当りの許容荷重×ハンダ端子数）
以下がよい。
配線基板３の製造時のそりの発生及び半導体チップ１と
ハンダ端子の接合精度が悪い場合には、半導体チップ１
の上面の高さのばらつきが大となる。この場合、実施例
１の方式では半導体チップ１の上面と冷媒供給パイプ５
の直管部5bのギャップが大きくなり、接合がむつかしい
場合がある。そこで、冷媒供給パイプ５の直管部5bを、
半導体チップ１の上面に13によって圧接し構造とするこ
とにより、組立て時の高さばらつきを十分吸収し、しか
も冷却も可能となる。さらに、冷媒供給パイプ５の直管
部5bと、半導体チップ１の上面の間、すなわち熱伝導部
に熱伝導グリース12を、用いることにより、半導体チッ
プ１の冷却効率をたかめることができる。熱伝導グリー
ス12の材質としては、シリコン油に熱伝導性微粒子を混
合したもの等が使用できる。バネ13は、半導体チップ１
のそれぞれに設け、バネの一端はハウジング４のバネ接
合穴4aに接合し、他端は円板25に接合した構造である。
ここで、円板25はバネ力が冷媒供給パイプ５の直管部5b
に平均的に負荷するためのものである。また、バネ13に
よる荷重はハンダ端子２へのダメージを小さくするた
め、（ハンダ端子１個当りの許容荷重×ハンダ端子数）
以下がよい。
組立て方法を説明する。第15図に示すようにバネ13の
端面に円板25をハンダ付けあるいはろう付けなどにより
接合する。これらを第16図に示すように前もって配管
７、を接続したハウジング４のバネ接合穴4aに、ハンダ
付けあるいはろう付けなどにより接合部26を接合する。
端面に円板25をハンダ付けあるいはろう付けなどにより
接合する。これらを第16図に示すように前もって配管
７、を接続したハウジング４のバネ接合穴4aに、ハンダ
付けあるいはろう付けなどにより接合部26を接合する。
つぎに、ハウジング４内側の接続穴4b,4eに、冷媒供
給パイプ５の両端5c,5bを挿入しハンダ付けあるいはろ
う付けなどにより接合10を行なう。ここで、冷媒供給パ
イプ５の接合位置は、組立て後に冷媒供給パイプ５の直
管部5bの接合面が半導体チップ１の上面の高さとほぼ一
致する位置である。つぎに、これらをまえもって半導体
チップ１をハンダ端子２により配線基板３上に固定した
状態のものの上にかぶせる。ここで、半導体チップ１の
上面部に前もって熱伝導グリース12を塗布しておけば、
半導体チツプ１の上面部と冷媒供給パイプ５の直管部5b
との熱伝導がよくなり冷却効率は向上する。また、封止
部９にはペースト状のハンダあるいはろう材を所定の量
だけ塗布しておく。次に、ヘリュムあるいは窒素などの
気体の雰囲気中で、半導体チップ１の上面と冷媒供給パ
イプ５の直管部5bとの接合６及び封止９をハンダ付けあ
るいはろう付け等で行ない、ヘリュムあるいは窒素など
の気体の封入及び半導体モジュール50の組み立てを同時
に行なう。
給パイプ５の両端5c,5bを挿入しハンダ付けあるいはろ
う付けなどにより接合10を行なう。ここで、冷媒供給パ
イプ５の接合位置は、組立て後に冷媒供給パイプ５の直
管部5bの接合面が半導体チップ１の上面の高さとほぼ一
致する位置である。つぎに、これらをまえもって半導体
チップ１をハンダ端子２により配線基板３上に固定した
状態のものの上にかぶせる。ここで、半導体チップ１の
上面部に前もって熱伝導グリース12を塗布しておけば、
半導体チツプ１の上面部と冷媒供給パイプ５の直管部5b
との熱伝導がよくなり冷却効率は向上する。また、封止
部９にはペースト状のハンダあるいはろう材を所定の量
だけ塗布しておく。次に、ヘリュムあるいは窒素などの
気体の雰囲気中で、半導体チップ１の上面と冷媒供給パ
イプ５の直管部5bとの接合６及び封止９をハンダ付けあ
るいはろう付け等で行ない、ヘリュムあるいは窒素など
の気体の封入及び半導体モジュール50の組み立てを同時
に行なう。
第17図は、本実施例により組上がった半導体モジュー
ル50を、ハウジング４の一部を取り去って示したもので
ある。
ル50を、ハウジング４の一部を取り去って示したもので
ある。
以上、本実施例では半導体チップ１上面の高さのばら
つきが大きい場合に特に有効な、冷却装置を備えた半導
体モジュール提供できる。
つきが大きい場合に特に有効な、冷却装置を備えた半導
体モジュール提供できる。
実施例６ 第18図により本発明の第６の実施例を説明する。実施
例５において、半導体チップ１の発熱量が多い場合、冷
媒11への熱伝導をよくする必要がある。そこで、実施例
５に係る半導体モジュール50の冷却装置において、第９
図に示すフィン14を冷媒供給パイプ５の直管部5bにハン
ダ付け及びろう付け等により、半導体チップ１について
接合した構造とした。これにより、熱伝導面積が増加し
冷却効率を向上できる。
例５において、半導体チップ１の発熱量が多い場合、冷
媒11への熱伝導をよくする必要がある。そこで、実施例
５に係る半導体モジュール50の冷却装置において、第９
図に示すフィン14を冷媒供給パイプ５の直管部5bにハン
ダ付け及びろう付け等により、半導体チップ１について
接合した構造とした。これにより、熱伝導面積が増加し
冷却効率を向上できる。
よって、本実施例では半導体チップ１上面の高さばら
つきが大きい場合にも、冷却効率を下げることのない冷
却装置を備えた、半導体モジュールを提供できる。
つきが大きい場合にも、冷却効率を下げることのない冷
却装置を備えた、半導体モジュールを提供できる。
実施例７ 第19図により本発明の第７の実施例を説明する。実施
例５において、集積回路チップ１の発熱量がさらに多い
場合、冷媒11への熱伝導をよくする必要がある。そこ
で、実施例４に係る半導体モジュール50の冷却装置にお
いて、表面積の大きい発泡金属製ブロック16を冷媒供給
パイプ５の直管部5bにハンダ付け及びろう付け等によ
り、各半導体チップ１について接合した構造とした。こ
れにより、熱伝導面積が大幅に増加し冷却効率は、さら
に向上できる。
例５において、集積回路チップ１の発熱量がさらに多い
場合、冷媒11への熱伝導をよくする必要がある。そこ
で、実施例４に係る半導体モジュール50の冷却装置にお
いて、表面積の大きい発泡金属製ブロック16を冷媒供給
パイプ５の直管部5bにハンダ付け及びろう付け等によ
り、各半導体チップ１について接合した構造とした。こ
れにより、熱伝導面積が大幅に増加し冷却効率は、さら
に向上できる。
よって、本実施例では半導体チップ１上面の高さばら
つきが大きい場合にも、冷却効率を下げることのない冷
却装置を備えた、半導体モジュールを提供できる。
つきが大きい場合にも、冷却効率を下げることのない冷
却装置を備えた、半導体モジュールを提供できる。
実施例８ 第20,21図により本発明の第８の実施例を説明する。
実施例６において、半導体チップ１を多数配置する場合
には、フィン14を冷媒供給パイプ５の直管部5bに多数挿
入する必要があり、組立て工数が大となる。そこで、第
20図に示すような軸方向に長いフィン14aを１個用い、
第21図のように冷媒供給パイプ５の軸方向に挿入し、接
合した構造とした。
実施例６において、半導体チップ１を多数配置する場合
には、フィン14を冷媒供給パイプ５の直管部5bに多数挿
入する必要があり、組立て工数が大となる。そこで、第
20図に示すような軸方向に長いフィン14aを１個用い、
第21図のように冷媒供給パイプ５の軸方向に挿入し、接
合した構造とした。
よって、本実施例では半導体チップ１を多数配置する
場合の、冷媒供給パイプ５の直管部5bへのフィン14aの
挿入、接合が簡単に行なえる。
場合の、冷媒供給パイプ５の直管部5bへのフィン14aの
挿入、接合が簡単に行なえる。
実施例９ 第22−25図により第９の実施例を説明する。実施例１
において、回路ボード24上に複数の半導体モジュール50
を近ずけてスペース性よく配置したい場合には、冷媒11
を導くための配管7,8がハウジング４の側面に接続され
ているため主配管22,23が相互に干渉し、半導体モジュ
ール50を高密度に配置できない。そこで、第22図に示す
ごとく、冷媒供給パイプ５の両端のベローズ部5eを冷媒
供給パイプ５の軸方向に対してほぼ直交方向に曲げ、ハ
ウジング24の上面に接合し、配管19、20から冷媒11を導
く構造とした。さらに、第23図に示すように実施例５と
同様バネにより圧接した構造でもよい。
において、回路ボード24上に複数の半導体モジュール50
を近ずけてスペース性よく配置したい場合には、冷媒11
を導くための配管7,8がハウジング４の側面に接続され
ているため主配管22,23が相互に干渉し、半導体モジュ
ール50を高密度に配置できない。そこで、第22図に示す
ごとく、冷媒供給パイプ５の両端のベローズ部5eを冷媒
供給パイプ５の軸方向に対してほぼ直交方向に曲げ、ハ
ウジング24の上面に接合し、配管19、20から冷媒11を導
く構造とした。さらに、第23図に示すように実施例５と
同様バネにより圧接した構造でもよい。
これらにより、配管相互の干渉がなくなりスペース性
よく半導体モジュール50を配置できるため、回路ボード
24を小さくできる。
よく半導体モジュール50を配置できるため、回路ボード
24を小さくできる。
よって、本実施例ではより高密度に実装できるため、
計算機全体の小型化がはかれる。
計算機全体の小型化がはかれる。
以上、本発明によれば冷却効率を下げることなく、構
造が簡単で接合箇所が少なく、高信頼性でしかも計算機
の小形化が図れる、半導体モジュールを提供できる。
造が簡単で接合箇所が少なく、高信頼性でしかも計算機
の小形化が図れる、半導体モジュールを提供できる。
第１図は本発明の第１の実施例を示す横断面図、第２図
は第１図のＡ−Ａ矢視の縦断面図、第３図は本発明の第
１の実施例の組立て方法を示す断面図、第４図は本発明
の第１の実施例を示す斜視図、第５図は本発明の第１の
実施例を示す斜視図、第６図は本発明の第２の実施例を
示す横断面図、第７図は第１図に係る本発明の一実施例
の冷媒供給バイプを示す斜視図、第８図は第１図に係る
一実施例の冷媒供給パイプを示す斜視図、第９図は１図
に係るフィンを示す斜視図、第10図は本発明の第３の実
施例を示す縦断面図、第11図は第12図に係る発泡金属製
ブロックを示す斜視図、第12図は本発明の第４の実施例
を示す縦断面図、第13図は本発明の第５の実施例を示す
横断面図、第14図は第13図のＢ−Ｂ矢視縦断面図、第15
図は本発明の第５の実施例のバネ部を示す斜視図、第16
図は本発明の第５の実施例を示す横断面図、第17図は本
発明の第５の実施例を示す斜視図，第18図は本発明の第
６の実施例を示す縦断面図、第19図は本発明の第７の実
施例を示す縦断面図、第20図は第21図に係るフィンを示
す斜視図、第21図は本発明の第８の実施例を示す横断面
図、第22図は本発明の第９の実施例を示す横断面図、第
23図は本発明の第９の実施例を示す横断面図、第24図は
本発明の第９の実施例を示す斜視図、第25図は本発明の
第９の実施例を示す斜視図、第26図は従来例を示す横断
面図、第27図は従来例を示す斜視図、である。 １……半導体チップ、２……ハンダ端子 ３……配線基板、４……ハウジング ５……冷媒供給パイプ、11……冷媒 13……バネ、14……フィン 16……発泡金属製ブロック、50……半導体モジュール
は第１図のＡ−Ａ矢視の縦断面図、第３図は本発明の第
１の実施例の組立て方法を示す断面図、第４図は本発明
の第１の実施例を示す斜視図、第５図は本発明の第１の
実施例を示す斜視図、第６図は本発明の第２の実施例を
示す横断面図、第７図は第１図に係る本発明の一実施例
の冷媒供給バイプを示す斜視図、第８図は第１図に係る
一実施例の冷媒供給パイプを示す斜視図、第９図は１図
に係るフィンを示す斜視図、第10図は本発明の第３の実
施例を示す縦断面図、第11図は第12図に係る発泡金属製
ブロックを示す斜視図、第12図は本発明の第４の実施例
を示す縦断面図、第13図は本発明の第５の実施例を示す
横断面図、第14図は第13図のＢ−Ｂ矢視縦断面図、第15
図は本発明の第５の実施例のバネ部を示す斜視図、第16
図は本発明の第５の実施例を示す横断面図、第17図は本
発明の第５の実施例を示す斜視図，第18図は本発明の第
６の実施例を示す縦断面図、第19図は本発明の第７の実
施例を示す縦断面図、第20図は第21図に係るフィンを示
す斜視図、第21図は本発明の第８の実施例を示す横断面
図、第22図は本発明の第９の実施例を示す横断面図、第
23図は本発明の第９の実施例を示す横断面図、第24図は
本発明の第９の実施例を示す斜視図、第25図は本発明の
第９の実施例を示す斜視図、第26図は従来例を示す横断
面図、第27図は従来例を示す斜視図、である。 １……半導体チップ、２……ハンダ端子 ３……配線基板、４……ハウジング ５……冷媒供給パイプ、11……冷媒 13……バネ、14……フィン 16……発泡金属製ブロック、50……半導体モジュール
フロントページの続き (72)発明者 佐々木 秀昭 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 今井 邦典 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 和井 伸一 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 (56)参考文献 特開 昭61−119097（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−81959（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−360564（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−226946（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−118553（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−281456（ＪＰ，Ａ)
Claims (8)
- 【請求項１】直管部と、フレキシブルなベローズ部とを
パイプの軸方向に交互に有する冷媒供給パイプを具備
し、該冷媒供給パイプの直管部が半導体チップの上面
に、金属的に接合された冷却装置、半導体チップのハン
ダ端子間を接続するための多層配線基板及び外部との接
続のための入出力ピンを備えたことを特徴とする半導体
モジュール。 - 【請求項２】冷媒供給パイプの直管部内に板状の冷却フ
ィンを設けた冷却装置を備えたことを特徴とする請求項
１記載の半導体モジュール。 - 【請求項３】冷媒供給パイプの直管部内に発泡金属製の
ブロックを設けた冷却装置を備えたことを特徴とする請
求項１記載の半導体モジュール。 - 【請求項４】直管部と、フレキシブルなベローズ部とを
パイプの軸方向に交互に有する冷媒供給パイプを具備
し、該冷媒供給パイプの直管部が、半導体チップにバネ
によって圧接した冷却装置、半導体チップのハンダ端子
間を接続するための多層配線基板及び外部との接続のた
めの入出力ピンを設けたことを特徴とする半導体モジュ
ール。 - 【請求項５】直管部と、フレキシブルなベローズ部とを
パイプの軸方向に交互に有する冷媒供給パイプを具備
し、該冷媒供給パイプの直管部が、熱伝導グリースを介
して半導体チップにバネによって圧接した冷却装置、半
導体チップのハンダ端子間を接続するための多層配線基
板及び外部との接続のための入出力ピンを設けたことを
特徴とする半導体モジュール。 - 【請求項６】冷媒供給パイプの直管部内に板状の冷却フ
ィンを設けた冷却装置を備えたことを特徴とする請求項
５記載の半導体モジュール。 - 【請求項７】冷媒供給パイプの直管部内に発泡金属製の
ブロックを設けた冷却装置を備えたことを特徴とする請
求項５記載の半導体モジュール集積回路チップの冷却装
置。 - 【請求項８】直管部と、フレキシブルなベローズ部とを
パイプの軸方向に交互に有する冷媒供給パイプを具備
し、該冷媒供給パイプの直管部が半導体チップに、金属
的に接合され、さらに該冷媒供給パイプの両端のベロー
ズ部が該冷媒供給パイプの軸方向に対し直交方向に曲
げ、ハウジングの上面に該冷媒供給パイプの両端の直管
部を固定した冷却装置、半導体チップのハンダ端子間を
接続するための多層配線基板及び外部との接続のための
入出力ピンを設けたことを特徴とする半導体モジュー
ル。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2181451A JP2724033B2 (ja) | 1990-07-11 | 1990-07-11 | 半導体モジユール |
| US07/727,042 US5150274A (en) | 1990-07-11 | 1991-07-09 | Multi-chip-module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2181451A JP2724033B2 (ja) | 1990-07-11 | 1990-07-11 | 半導体モジユール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0469959A JPH0469959A (ja) | 1992-03-05 |
| JP2724033B2 true JP2724033B2 (ja) | 1998-03-09 |
Family
ID=16100998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2181451A Expired - Lifetime JP2724033B2 (ja) | 1990-07-11 | 1990-07-11 | 半導体モジユール |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5150274A (ja) |
| JP (1) | JP2724033B2 (ja) |
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