JP6036431B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device.

内部に冷却水が流れる冷却ジャケットや放熱フィン(以下、放熱フィン等と呼ぶ)により半導体素子を冷却する半導体装置では、伝熱構造部材(例えば、半導体素子を搭載した基板)と放熱フィン等との間に隙間が存在すると冷却効率が大幅に低下する。そこで、熱伝導率のよい充填粒子を混合したグリースをこのような隙間に介在させる。これにより伝熱構造部材と放熱フィン等との間の熱伝導がよくなり、半導体素子が効率的に冷却される。   In a semiconductor device in which a semiconductor element is cooled by a cooling jacket or a radiating fin (hereinafter referred to as a radiating fin) through which cooling water flows, a heat transfer structure member (for example, a substrate on which the semiconductor element is mounted) and a radiating fin If there is a gap between them, the cooling efficiency is greatly reduced. Therefore, grease mixed with filler particles having good thermal conductivity is interposed in such a gap. Thereby, the heat conduction between the heat transfer structure member and the radiation fins is improved, and the semiconductor element is efficiently cooled.

グリースにより接続された部材間の熱伝導は、充填粒子の熱伝導率だけでなくその方向性と連結性にも左右される。液体(例えば、シリコン油)と磁性粒子とを混合した流動性熱伝導コンパウンドにより、充填粒子の方向性と連結性を改良することが提案されている。   The heat conduction between the members connected by the grease depends not only on the thermal conductivity of the filler particles but also on the directionality and connectivity. It has been proposed to improve the directionality and connectivity of filled particles by a fluid heat conduction compound in which a liquid (eg, silicon oil) and magnetic particles are mixed.

具体的には例えば、半導体素子を搭載した基板と放熱フィン等との隙間に流動性熱伝導コンパウンドを介在させると共に基板または放熱フィン等に磁性層を設け、この磁性層が発生する磁場により流動性熱伝導コンパウンドに含まれる磁性粒子を配向させる。基板または放熱フィン等に設けられた磁性層は、熱伝方向と平行な磁場を発生する。このため磁性粒子は、熱伝方向に連なった状態になる。   Specifically, for example, a fluid heat conduction compound is interposed in the gap between the substrate on which the semiconductor element is mounted and the heat radiating fin, and a magnetic layer is provided on the substrate or the heat radiating fin, and the fluidity is generated by the magnetic field generated by the magnetic layer. Orient the magnetic particles contained in the heat conduction compound. The magnetic layer provided on the substrate or the heat radiating fin generates a magnetic field parallel to the heat transfer direction. For this reason, the magnetic particles are in a continuous state in the heat transfer direction.

磁性粒子の熱伝導率は、流動性熱伝導コンパウンドに含まれる液体(例えば、シリコン油)の熱伝導率より2〜4桁高い。このため半導体素子が発生する熱は、連なった状態の磁性粒子を伝わって放出される。すなわち、連なった状態の磁性粒子により熱伝経路が形成される。   The thermal conductivity of the magnetic particles is 2 to 4 orders of magnitude higher than the thermal conductivity of the liquid (eg, silicon oil) contained in the fluid heat conduction compound. For this reason, the heat generated by the semiconductor element is released through the magnetic particles in a continuous state. That is, a heat transfer path is formed by the magnetic particles in a continuous state.

特開平5−248788号公報JP-A-5-248788

上述した流動性熱伝導コンパウンドは、磁性層に接している。この磁性層(例えば、フェライト)の熱伝導率は、半導体素子を搭載した基板(例えば、AlN板やSiC板)および放熱フィン等(例えば、Al製フィン)の熱伝導率に比べ格段に小さい。このため放熱フィン等と伝熱構造部材(例えば、半導体素子を搭載した基板)の間に流動性熱伝導コンパウンドを介在させても、半導体装置の放熱特性は十分には改善されない。   The fluid heat conduction compound described above is in contact with the magnetic layer. The thermal conductivity of the magnetic layer (for example, ferrite) is much smaller than the thermal conductivity of a substrate (for example, an AlN plate or SiC plate) on which a semiconductor element is mounted and a heat radiation fin or the like (for example, an Al fin). For this reason, even if a fluid heat conduction compound is interposed between a heat radiation fin or the like and a heat transfer structure member (for example, a substrate on which a semiconductor element is mounted), the heat radiation characteristics of the semiconductor device are not sufficiently improved.

上記の問題を解決するために、本装置の一観点によれば、半導体基板と、前記半導体基板を収納するパッケージと、前記パッケージの一方の面に配置された熱伝導層と、前記熱伝導層の前記パッケージとは反対側の面に配置された冷却器とを有し、前記熱伝導層は、磁性流体で形成された磁性流体層と前記磁性流体層の一方の面に配置され複数の磁石および前記複数の磁石それぞれを挟むヨークを備えた磁場発生層とを有する半導体装置が提供される。   In order to solve the above problem, according to one aspect of the present apparatus, a semiconductor substrate, a package for housing the semiconductor substrate, a heat conductive layer disposed on one surface of the package, and the heat conductive layer A cooler disposed on a surface opposite to the package, and the heat conducting layer is formed of a magnetic fluid layer and a plurality of magnets disposed on one surface of the magnetic fluid layer. And a magnetic field generation layer having a yoke sandwiching each of the plurality of magnets.

開示の装置によれば、冷却器を有する半導体装置の放熱特性が改善される。   According to the disclosed apparatus, the heat dissipation characteristics of the semiconductor device having the cooler are improved.

図1は、実施の形態1の半導体装置の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor device of the first embodiment. 図2は、磁場発生層の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the magnetic field generation layer. 図3は、磁性流体層の近傍を拡大した断面図である。FIG. 3 is an enlarged sectional view of the vicinity of the magnetic fluid layer. 図4は、磁性流体層の近傍を拡大した断面図である。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the magnetic fluid layer. 図5は、磁石とヨークとを有する磁場発生層の代わりに磁石を有する半導体装置の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a magnet instead of a magnetic field generating layer having a magnet and a yoke. 図6は、実施の形態1の半導体装置における規格化磁束密度と規格化距離の関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the normalized magnetic flux density and the normalized distance in the semiconductor device of the first embodiment. 図7は、磁場発生層の変形例を説明する平面図である。FIG. 7 is a plan view illustrating a modification of the magnetic field generation layer. 図8は、磁場発生層の別の変形例を説明する断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating another modification of the magnetic field generation layer. 図9は、実施の形態2の磁場発生層の近傍を拡大した断面図である。FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the magnetic field generation layer according to the second embodiment. 図10は、実施の形態2の磁場発生層の近傍を拡大した断面図である。FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the magnetic field generation layer according to the second embodiment. 図11は、実施の形態2の半導体装置における規格化磁束密度と規格化距離の関係を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the normalized magnetic flux density and the normalized distance in the semiconductor device of the second embodiment.

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。尚、図面が異なっても対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the matters described in the claims and equivalents thereof. Note that, even if the drawings are different, corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

(実施の形態1)
(1)構造
図1は、実施の形態1の半導体装置2の断面図である。
(Embodiment 1)
(1) Structure FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor device 2 of the first embodiment.

図1に示すように、半導体装置2は、半導体基板(例えば、Si基板)4と半導体基板4を収納するパッケージ6とを有している。半導体装置2はさらに、パッケージ6の一方の面に配置された熱伝導層8を有している。半導体装置2はさらに、熱伝導層8のパッケージ6とは反対側の面に配置された冷却器12を有している。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device 2 includes a semiconductor substrate (for example, Si substrate) 4 and a package 6 that houses the semiconductor substrate 4. The semiconductor device 2 further has a heat conductive layer 8 disposed on one surface of the package 6. The semiconductor device 2 further includes a cooler 12 disposed on the surface of the heat conductive layer 8 opposite to the package 6.

熱伝導層8は、磁性流体で形成された層(以下、磁性流体層と呼ぶ)9を有する。熱伝導層8はさらに、磁性流体層9の一方の面に配置された磁場発生層10を有する。   The heat conductive layer 8 has a layer (hereinafter referred to as a magnetic fluid layer) 9 formed of a magnetic fluid. The heat conduction layer 8 further includes a magnetic field generation layer 10 disposed on one surface of the magnetic fluid layer 9.

図1に示す例では、磁場発生層10は、磁性流体層9の冷却器12側の面に配置されている。しかし磁場発生層10は、磁性流体層9のパッケージ6側の面に配置されてもよい。実施の形態1及び2では、図1に示すように、磁場発生層10が磁性流体層9の冷却器12側の面に配置された場合を中心に説明する。ただし、磁場発生層10は、磁性流体層9のパッケージ6側の面に配置されてもよい。   In the example shown in FIG. 1, the magnetic field generation layer 10 is disposed on the surface of the magnetic fluid layer 9 on the cooler 12 side. However, the magnetic field generation layer 10 may be disposed on the surface of the magnetic fluid layer 9 on the package 6 side. In the first and second embodiments, as shown in FIG. 1, the case where the magnetic field generation layer 10 is disposed on the surface of the magnetic fluid layer 9 on the cooler 12 side will be mainly described. However, the magnetic field generation layer 10 may be disposed on the surface of the magnetic fluid layer 9 on the package 6 side.

―パッケージ−
パッケージ6は、表面に集積回路が形成された半導体基板4を収納する。
―Package―
The package 6 accommodates the semiconductor substrate 4 having an integrated circuit formed on the surface.

パッケージ6は具体的には例えば、パッケージ基板14と、ヒートスプレッダ16とを有する。パッケージ6の平面形状は、例えば一辺が約50mmの正方形である。   Specifically, the package 6 includes, for example, a package substrate 14 and a heat spreader 16. The planar shape of the package 6 is, for example, a square having a side of about 50 mm.

パッケージ基板14は例えば、表面に配置されたパッド状の第1端部(図示せず)と、裏面に配置されたパッド状の第2端部(図示せず)と、基板内部に配置された中間部(図示せず)とを備えた複数の配線を有する。パッケージ基板14は例えば、ビルドアップ基板である。   The package substrate 14 is, for example, a pad-shaped first end portion (not shown) disposed on the front surface, a pad-shaped second end portion (not illustrated) disposed on the back surface, and the inside of the substrate. A plurality of wirings including an intermediate part (not shown) are provided. The package substrate 14 is, for example, a buildup substrate.

パッケージ基板14の第1端部には、例えば半田バンプ18により半導体基板4の集積回路が接続されている。パッケージ基板14の第2端部は、半田バンプ20により配線基板(例えば、プリント基板)に接続される。   An integrated circuit of the semiconductor substrate 4 is connected to the first end of the package substrate 14 by, for example, solder bumps 18. The second end of the package substrate 14 is connected to a wiring substrate (for example, a printed circuit board) by solder bumps 20.

ヒートスプレッダ16は例えば、平板状の頂部とこの頂部の外周に沿って設けられた側部とを有する。   The heat spreader 16 has, for example, a flat plate-like top portion and side portions provided along the outer periphery of the top portion.

ヒートスプレッダ16の側部は、例えば接着材(図示せず)によりパッケージ基板14の表面に固定されている。ヒートスプレッダ16の頂部は、例えば半田17(例えば、In-Ag合金)により半導体基板4の裏面に接続されている。これにより、半導体基板4は、ヒートスプレッダ16に熱的に接続される。ヒートスプレッダ16の頂部の厚さは、例えば1mm〜5mm程度である。   A side portion of the heat spreader 16 is fixed to the surface of the package substrate 14 by, for example, an adhesive (not shown). The top of the heat spreader 16 is connected to the back surface of the semiconductor substrate 4 by, for example, solder 17 (for example, In-Ag alloy). Thereby, the semiconductor substrate 4 is thermally connected to the heat spreader 16. The thickness of the top of the heat spreader 16 is, for example, about 1 mm to 5 mm.

ヒートスプレッダ16は、熱伝導率の高い材料で形成されている。例えば、ヒートスプレッダ16は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、またはこれらの複合材料で形成されている。ヒートスプレッダ16の材料としては特に、熱伝導率の高い銅が好ましい。   The heat spreader 16 is made of a material having high thermal conductivity. For example, the heat spreader 16 is made of copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, iron, iron alloy, nickel, nickel alloy, or a composite material thereof. As a material for the heat spreader 16, copper having a high thermal conductivity is particularly preferable.

パッケージ6は、半導体基板4と熱伝導層8の間に配置された磁気シールド層22を有してもよい。   The package 6 may have a magnetic shield layer 22 disposed between the semiconductor substrate 4 and the heat conductive layer 8.

具体的には例えば、パッケージ6は、ヒートスプレッダ16の頂部内に磁気シールド層22を有してもよい。磁気シールド層22は、鉄、ニッケル、コバルト、パーマロイ、ケイ素鋼板、鉄合金、ニッケル合金などの強磁性体(好ましくは、軟磁性体)で形成されている。磁気シールド層22の材料としては特に、熱伝導率がよく飽和磁束密度が高い鉄が特に好ましい。   Specifically, for example, the package 6 may have a magnetic shield layer 22 in the top of the heat spreader 16. The magnetic shield layer 22 is formed of a ferromagnetic material (preferably a soft magnetic material) such as iron, nickel, cobalt, permalloy, a silicon steel plate, an iron alloy, or a nickel alloy. As the material of the magnetic shield layer 22, iron having a high thermal conductivity and a high saturation magnetic flux density is particularly preferable.

磁気シールド層22の層数は、一つでもよいし複数でもよい。磁気シールド層22の厚さは、例えば10μm〜1mm程度である。   The number of magnetic shield layers 22 may be one or more. The thickness of the magnetic shield layer 22 is, for example, about 10 μm to 1 mm.

ヒートスプレッダ16は例えば、銅と鉄が積層されたクラッド材(異種金属複合材)を加工(例えば、切断および/または切削)することで形成できる。クラッド材は例えば、ロール圧接(圧延)により製造される。クラッド材は、金属板を真空中で加圧しながら加熱する拡散接合でも形成できる。   The heat spreader 16 can be formed by, for example, processing (for example, cutting and / or cutting) a clad material (dissimilar metal composite material) in which copper and iron are laminated. The clad material is manufactured by, for example, roll pressure welding (rolling). The clad material can also be formed by diffusion bonding in which a metal plate is heated while being pressurized in a vacuum.

―磁性流体層―
磁性流体層9は、磁性流体の層である。この磁性流体は、強磁性体で形成された粒子(以下、磁性粒子と呼ぶ)と磁性粒子を分散された液体(以下、ベース液と呼ぶ)とを有する流体である。磁性流体層9の厚さは、例えば1〜100μm程度である。
―Magnetic fluid layer―
The magnetic fluid layer 9 is a magnetic fluid layer. This magnetic fluid is a fluid having particles (hereinafter referred to as magnetic particles) formed of a ferromagnetic material and a liquid in which the magnetic particles are dispersed (hereinafter referred to as a base liquid). The thickness of the magnetic fluid layer 9 is, for example, about 1 to 100 μm.

磁性粒子は、鉄、ニッケル、コバルト、鉄合金(例えば、Fe-Co合金、Fe-Ni合金、Fe-Cr合金、Fe-Mn合金)、またはニッケル合金(例えば、Mn-Ni合金、Ni-Cu合金)などの強磁性体(好ましくは、軟磁性体)で形成されている。   Magnetic particles can be iron, nickel, cobalt, iron alloys (eg, Fe-Co alloys, Fe-Ni alloys, Fe-Cr alloys, Fe-Mn alloys), or nickel alloys (eg, Mn-Ni alloys, Ni-Cu) An alloy) or the like (preferably a soft magnetic material).

磁性粒子は、強磁性体でコアを覆った粒子であってもよい。コアは好ましは、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、シリカ、銅、銀、またはダイヤモンドなどの熱伝導率の高い材料で形成されている。   The magnetic particles may be particles having a core covered with a ferromagnetic material. The core is preferably formed of a material having high thermal conductivity such as alumina, aluminum nitride, boron nitride, magnesium oxide, silica, copper, silver, or diamond.

磁性粒子は、球状、針状、フレーク状など様々な形状をとることができる。磁性粒子の直径は、例えば10nm〜50μm程度(好ましくは、10〜1000nm)である。磁性粒子の表面は、界面活性剤に覆われていてもよい。   The magnetic particles can take various shapes such as a spherical shape, a needle shape, and a flake shape. The diameter of the magnetic particles is, for example, about 10 nm to 50 μm (preferably 10 to 1000 nm). The surface of the magnetic particle may be covered with a surfactant.

ベース液は例えば、炭化水素系オイルまたはフッ素系オイルである。   The base liquid is, for example, hydrocarbon oil or fluorine oil.

磁性流体層9における磁性粒子の配合比(濃度)は、例えば20vol%〜70vol%である。配合比が20vol%以下であると、磁性粒子が連なった熱伝達経路が形成され難くなる。その結果、磁性流体層9の熱伝導率が悪くなる。   The blending ratio (concentration) of magnetic particles in the magnetic fluid layer 9 is, for example, 20 vol% to 70 vol%. When the blending ratio is 20 vol% or less, it is difficult to form a heat transfer path in which magnetic particles are connected. As a result, the thermal conductivity of the magnetic fluid layer 9 is deteriorated.

一方、配合比が70vol%以上になると、磁性流体層9の流動性が悪くなる。その結果、集積回路の発熱によるパッケージ6と冷却器12の変形(すなわち、熱変形)に磁性流体層9が追随できなくなる。すると、パッケージ6と冷却器12の間にエアギャップができて、パッケージ6が冷却され難くなる。   On the other hand, when the blending ratio is 70 vol% or more, the fluidity of the magnetic fluid layer 9 is deteriorated. As a result, the magnetic fluid layer 9 cannot follow the deformation (that is, thermal deformation) of the package 6 and the cooler 12 due to heat generation of the integrated circuit. Then, an air gap is formed between the package 6 and the cooler 12, and the package 6 is hardly cooled.

―磁場発生層―
図2は、磁場発生層10の平面図である。図1に示す磁場発生層10は、図2のI-I線に沿った断面図である。
―Magnetic field generation layer―
FIG. 2 is a plan view of the magnetic field generation layer 10. The magnetic field generation layer 10 shown in FIG. 1 is a cross-sectional view taken along line II in FIG.

図2に示すように、磁場発生層10は、複数の磁石24と複数の磁石24それぞれを挟むヨーク26とを有する。具体的には、各磁石24は、別々のヨーク26に挟まれている。   As shown in FIG. 2, the magnetic field generation layer 10 includes a plurality of magnets 24 and a yoke 26 that sandwiches each of the plurality of magnets 24. Specifically, each magnet 24 is sandwiched between separate yokes 26.

磁石24およびヨーク26は第1方向に伸びるとともに、第1方向に直交する第2方向に一定の間隔で配置されている。   The magnet 24 and the yoke 26 extend in the first direction and are arranged at a constant interval in a second direction orthogonal to the first direction.

磁石24およびヨーク26の第1方向の長さは、例えば40mm程度である。磁石24およびヨーク26の第2方向の長さ(幅)は、例えば1mm程度である。磁石24およびヨーク26の厚さは、例えば1mm程度である。したがって磁場発生層10の一辺は、例えば40mm程度である。磁場発生層10の他辺は、例えば幅41mm程度である。磁場発生層10の厚さは、例えば1mm程度である。   The length of the magnet 24 and the yoke 26 in the first direction is, for example, about 40 mm. The length (width) of the magnet 24 and the yoke 26 in the second direction is, for example, about 1 mm. The thickness of the magnet 24 and the yoke 26 is, for example, about 1 mm. Therefore, one side of the magnetic field generation layer 10 is about 40 mm, for example. The other side of the magnetic field generation layer 10 has a width of about 41 mm, for example. The thickness of the magnetic field generation layer 10 is, for example, about 1 mm.

各磁石24は、ヨーク26を挟んで同じ極同士が対向するように配置されている。具体的には例えば、図2において、右側にN極を有し左側にS極を有する磁石と、右側にS極を有し左側にN極を有する磁石とが交互に配置される。   Each magnet 24 is arranged so that the same poles face each other across the yoke 26. Specifically, for example, in FIG. 2, a magnet having an N pole on the right side and an S pole on the left side and a magnet having an S pole on the right side and an N pole on the left side are alternately arranged.

磁石24は例えば、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、またはフェイライト磁石等である。ヨーク26は例えば、鉄、ケイ素鋼(Fe-Si系合金)、センダスト(Fe-Si-Al系合金)、パーマロイ(Fe-Ni系合金)、パーメンジュール(Fe-Co系合金)、ソフトフェライト(Mn-Zn系フェライト、Ni-Zn系フェライト)、またはニッケル等の強磁性体(好ましくは、軟磁性体)で形成されている。   The magnet 24 is, for example, a neodymium magnet, a samarium cobalt magnet, an alnico magnet, or a ferrite magnet. The yoke 26 is, for example, iron, silicon steel (Fe—Si alloy), sendust (Fe—Si—Al alloy), permalloy (Fe—Ni alloy), permendur (Fe—Co alloy), soft ferrite. (Mn—Zn ferrite, Ni—Zn ferrite) or a ferromagnetic material (preferably a soft magnetic material) such as nickel.

磁場発生層10は例えば、冷却器12のパッケージ6側の面に磁石24とヨーク26とを半田で接合することで形成される。或いは、銀ペーストなど熱伝導率の高い接着材により、磁石24とヨーク26とを冷却器12に接着してもよい。   The magnetic field generation layer 10 is formed, for example, by joining a magnet 24 and a yoke 26 to the surface of the cooler 12 on the package 6 side with solder. Alternatively, the magnet 24 and the yoke 26 may be bonded to the cooler 12 with an adhesive having high thermal conductivity such as silver paste.

―冷却器―
冷却器12は例えば、図1に示すように、冷却水が流れる流水路28を有する水冷式冷却器である。冷却器12は、放熱フィンなどの空冷式冷却器であってもよい。
-Cooler-
For example, as shown in FIG. 1, the cooler 12 is a water-cooled cooler having a flowing water passage 28 through which cooling water flows. The cooler 12 may be an air-cooled cooler such as a heat radiating fin.

(2)動作
図3は、磁性流体層9の近傍を拡大した断面図である。図3には、磁石24の磁力線30が示されている。磁石24のN極の位置には、記号「N」が示されている。S極の位置には、記号「S」が示されている(図4、7〜10についても同様)。
(2) Operation FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the magnetic fluid layer 9. In FIG. 3, the lines of magnetic force 30 of the magnet 24 are shown. The symbol “N” is shown at the position of the N pole of the magnet 24. The symbol “S” is shown at the position of the S pole (the same applies to FIGS. 4 and 7 to 10).

図3に示すように、磁石24(例えば、図3の中央の磁石)のN極から出た磁力線30は大部分、ヨーク26の表面を通って磁場発生層10から出る。磁力線30はその後パッケージ6等を通り、磁石24を挟んでヨーク26(例えば、磁石24の右側のヨーク)に対向する別のヨーク26(例えば、磁石24の左側のヨーク)の表面から磁場発生層10に入る。その後、磁力線30は磁石24のS極に入る。   As shown in FIG. 3, the magnetic field lines 30 coming out of the N pole of the magnet 24 (for example, the center magnet in FIG. 3) mostly exit the magnetic field generation layer 10 through the surface of the yoke 26. The magnetic field lines 30 then pass through the package 6 and the like, and from the surface of another yoke 26 (for example, the left yoke of the magnet 24) facing the yoke 26 (for example, the right yoke of the magnet 24) across the magnet 24, the magnetic field generating layer. Enter 10. Thereafter, the magnetic field lines 30 enter the south pole of the magnet 24.

磁性流体層9が十分薄い場合、磁場発生層10の磁性流体層9側では、ヨーク26の表面を出た磁力線30は大部分、磁性流体層9とパッケージ6とを通る。磁力線30はその後、再び磁性流体層9を通り、磁石24を挟んでヨーク26(例えば、磁石24の右側のヨーク)に対向する別のヨーク26(例えば、磁石24の左側のヨーク)の表面に入る。すなわち磁性流体層9が十分薄い場合、磁性流体層9側の磁力線30は大部分、ヨーク26と磁性流体層9とパッケージ6とを通る。   When the magnetic fluid layer 9 is sufficiently thin, on the magnetic fluid layer 9 side of the magnetic field generation layer 10, most of the magnetic force lines 30 exiting the surface of the yoke 26 pass through the magnetic fluid layer 9 and the package 6. Then, the magnetic field lines 30 pass through the magnetic fluid layer 9 again, and on the surface of another yoke 26 (for example, the left yoke of the magnet 24) facing the yoke 26 (for example, the right yoke of the magnet 24) across the magnet 24. enter. That is, when the magnetic fluid layer 9 is sufficiently thin, the magnetic force lines 30 on the magnetic fluid layer 9 side mostly pass through the yoke 26, the magnetic fluid layer 9, and the package 6.

図4も、磁性流体層9の近傍を拡大した断面図である。図4には、磁性粒子32が示されている。   FIG. 4 is also an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the magnetic fluid layer 9. FIG. 4 shows magnetic particles 32.

磁性粒子32は磁場に曝されると、図4に示すように、磁力線(図示せず)に沿って配列する。したがって、磁性流体層9が十分薄い場合、磁性粒子32は大部分、ヨーク26と磁性流体層9とパッケージ6とを通る磁力線34(図3参照)に沿って配列される。   When the magnetic particles 32 are exposed to a magnetic field, they are arranged along magnetic field lines (not shown) as shown in FIG. Therefore, when the magnetic fluid layer 9 is sufficiently thin, the magnetic particles 32 are mostly arranged along the magnetic force lines 34 (see FIG. 3) passing through the yoke 26, the magnetic fluid layer 9, and the package 6.

磁性粒子32の熱伝導率は、ベース液36の熱伝導率より2〜4桁高い。このため、パッケージ6内の集積回路が発生する熱は、磁性粒子32の配列44(連なり)とヨーク26を通って冷却器12に放出される。すなわち、磁性粒子32の連なり44とヨーク26とにより、パッケージ6と冷却器12とを熱的に接続する熱伝達経路(熱が伝わる経路)が形成される。   The thermal conductivity of the magnetic particles 32 is 2 to 4 digits higher than the thermal conductivity of the base liquid 36. Therefore, heat generated by the integrated circuit in the package 6 is released to the cooler 12 through the array 44 (continuous) of the magnetic particles 32 and the yoke 26. That is, the series of magnetic particles 32 and the yoke 26 form a heat transfer path (path through which heat is transmitted) that thermally connects the package 6 and the cooler 12.

図5は、磁石24とヨーク26とを有する磁場発生層10の代わりに磁石38を有する半導体装置40の断面図である。図5の半導体装置40は、磁石38と磁性流体層9aとを有する熱伝導層8aを備えている。磁性流体層9aの組成およびサイズは、図1の半導体装置2の磁性流体層9と同じである。   FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor device 40 having a magnet 38 instead of the magnetic field generating layer 10 having the magnet 24 and the yoke 26. The semiconductor device 40 of FIG. 5 includes a heat conductive layer 8a having a magnet 38 and a magnetic fluid layer 9a. The composition and size of the magnetic fluid layer 9a are the same as those of the magnetic fluid layer 9 of the semiconductor device 2 of FIG.

磁石38のパッケージ6側の面は、一方の磁極(例えば、N極)である。磁石38の冷却器12側の面は、他方の磁極(例えば、S極)である。   The surface of the magnet 38 on the package 6 side is one magnetic pole (for example, N pole). The surface of the magnet 38 on the cooler 12 side is the other magnetic pole (for example, the S pole).

半導体装置40は、磁場発生層10の代わりに磁石38を有することを除き、実施の形態1の半導体装置2(図1参照)と共通の構造を有する。図5には、磁石38が発生する磁力線42が示されている。   The semiconductor device 40 has the same structure as that of the semiconductor device 2 (see FIG. 1) of the first embodiment except that the semiconductor device 40 has a magnet 38 instead of the magnetic field generation layer 10. FIG. 5 shows magnetic force lines 42 generated by the magnet 38.

半導体装置40にも図5に示すように、磁性流体層9aとパッケージ6とを通る磁力線42が発生する。したがって、図5の半導体装置40にも、磁性粒子の連なりと磁石38を通りパッケージ6と冷却器12とを熱的に接続する熱伝達経路が形成される。   As shown in FIG. 5, magnetic force lines 42 passing through the magnetic fluid layer 9 a and the package 6 are also generated in the semiconductor device 40. Therefore, the semiconductor device 40 of FIG. 5 also has a heat transfer path that connects the magnetic particles and passes through the magnet 38 to thermally connect the package 6 and the cooler 12.

しかし磁石の材料(例えば、マグネタイト)の熱伝導率は、冷却器12やヒートスプレッダ16の材料(例えば、銅)の熱伝導率に比べ格段に小さい。このため磁性粒子の連なりと磁石38とによりパッケージ6と冷却器12とを接続する熱伝達経路が形成されても、半導体装置40の放熱特性は十分には改善されない。   However, the thermal conductivity of the magnet material (eg, magnetite) is much smaller than the thermal conductivity of the material of the cooler 12 or the heat spreader 16 (eg, copper). For this reason, even if a heat transfer path connecting the package 6 and the cooler 12 is formed by the series of magnetic particles and the magnet 38, the heat dissipation characteristics of the semiconductor device 40 are not sufficiently improved.

一方、実施の形態1の半導体装置2では図4に示すように、磁性粒子32の連なり44は大部分、ヨーク26に接続される。ヨーク26の材料(例えば、鉄)の熱伝導率は、磁石の材料(例えば、マグネタイト)の熱伝導率より一桁程度大きい。したがって、実施の形態1の半導体装置2によれば、熱抵抗の小さい熱伝導経路(すなわち、熱伝導のよい熱伝導経路)が形成され、放熱特性が格段に改善される。   On the other hand, in the semiconductor device 2 of the first embodiment, as shown in FIG. 4, the series 44 of magnetic particles 32 is mostly connected to the yoke 26. The thermal conductivity of the material of the yoke 26 (for example, iron) is about an order of magnitude greater than the thermal conductivity of the magnet material (for example, magnetite). Therefore, according to the semiconductor device 2 of the first embodiment, a heat conduction path with a low thermal resistance (that is, a heat conduction path with good heat conduction) is formed, and the heat dissipation characteristics are remarkably improved.

―磁場発生層の熱抵抗―
今、磁石24,38(例えば、フェライト磁石)の熱伝導率を10W/m・Kとし、ヨーク26(例えば、鉄で形成されたヨーク)の熱伝導率を80W/m・Kとする。
-Thermal resistance of magnetic field generation layer-
Now, it is assumed that the thermal conductivity of the magnets 24 and 38 (for example, ferrite magnets) is 10 W / m · K, and the thermal conductivity of the yoke 26 (for example, a yoke formed of iron) is 80 W / m · K.

図5の半導体装置40の磁石38の一辺の長さを40mmとし、他辺の長さを41mmとする。さらに磁石38の厚さを、厚さ1mmとする。このサイズは、実施の形態1の半導体装置2(図1参照)の磁場発生層10のサイズと略同じである。上記熱伝導率およびサイズから計算される磁石38の熱抵抗は、0.0610K/Wである。   The length of one side of the magnet 38 of the semiconductor device 40 of FIG. 5 is 40 mm, and the length of the other side is 41 mm. Further, the thickness of the magnet 38 is set to 1 mm. This size is substantially the same as the size of the magnetic field generation layer 10 of the semiconductor device 2 (see FIG. 1) of the first embodiment. The thermal resistance of the magnet 38 calculated from the thermal conductivity and size is 0.0610 K / W.

一方、実施の形態1の半導体装置2の磁場発生層10の熱抵抗の計算値は、0.0135K/Wである。したがって、実施の形態1の磁場発生層10の熱抵抗は、図5の磁石38の熱抵抗より約77%低い。   On the other hand, the calculated value of the thermal resistance of the magnetic field generation layer 10 of the semiconductor device 2 of the first embodiment is 0.0135 K / W. Therefore, the thermal resistance of the magnetic field generating layer 10 of the first embodiment is approximately 77% lower than the thermal resistance of the magnet 38 in FIG.

図3を参照して説明したように、磁性流体層9側では、磁力線30は大部分ヨーク26の表面を通る。したがって磁性粒子32の連なり44(図4参照)は大部分、磁石24より熱伝導率が大きいヨーク26に接続される。したがって磁場発生層10は、熱抵抗の計算値(約77%減少)から予測される以上に熱をよく伝導する。   As described with reference to FIG. 3, the magnetic field lines 30 mostly pass through the surface of the yoke 26 on the magnetic fluid layer 9 side. Therefore, the series 44 (see FIG. 4) of the magnetic particles 32 is mostly connected to the yoke 26 having a higher thermal conductivity than the magnet 24. Therefore, the magnetic field generating layer 10 conducts heat better than expected from the calculated value of thermal resistance (decrease of about 77%).

このため実施の形態1の磁場発生層10(図1参照)は、図5の半導体装置40の磁石38より格段に熱をよく伝導する。   Therefore, the magnetic field generation layer 10 (see FIG. 1) of the first embodiment conducts heat much better than the magnet 38 of the semiconductor device 40 of FIG.

―磁性流体層の熱抵抗―
磁石24,38による吸引力が大きくなると、磁性粒子の連なり44内で磁性粒子32同士が押し合う力が強くなる。すると磁性粒子32の変形が大きくなり、磁性粒子32同士の接触面積が広くなる。すると、磁性粒子の連なり44(図4参照)の熱伝導率は大きくなる。
-Thermal resistance of magnetic fluid layer-
When the attractive force by the magnets 24 and 38 is increased, the force with which the magnetic particles 32 are pressed against each other within the series 44 of magnetic particles is increased. Then, the deformation of the magnetic particles 32 increases, and the contact area between the magnetic particles 32 increases. Then, the thermal conductivity of the series of magnetic particles 44 (see FIG. 4) increases.

磁石による吸引力は、磁場勾配に比例する。したがって磁場勾配が大きいほど、磁性粒子の連なり44の熱伝導率は大きくなる。   The attractive force by the magnet is proportional to the magnetic field gradient. Therefore, the greater the magnetic field gradient, the greater the thermal conductivity of the series of magnetic particles 44.

ところで集積回路は、強い磁場に曝されると誤動作する。集積回路の誤動作が問題にならない磁束密度の最大値(以下、最大許容磁束密度と呼ぶ)は、10mT程度である。   By the way, an integrated circuit malfunctions when exposed to a strong magnetic field. The maximum value of magnetic flux density (hereinafter referred to as the maximum allowable magnetic flux density) at which malfunction of the integrated circuit does not become a problem is about 10 mT.

したがって、実施の形態1の磁場発生層10が発生する磁力線は、集積回路における磁束密度が最大許容磁束密度以下になることが好ましい。同様に、図5の磁石38が発生する磁力線も、その集積回路における磁束密度が最大許容磁束密度以下になることが好ましい。   Therefore, it is preferable that the magnetic field lines generated by the magnetic field generation layer 10 of the first embodiment have a magnetic flux density in the integrated circuit that is equal to or lower than the maximum allowable magnetic flux density. Similarly, the magnetic field lines generated by the magnet 38 in FIG. 5 are preferably such that the magnetic flux density in the integrated circuit is less than or equal to the maximum allowable magnetic flux density.

図5の磁石38のように、ヨークを伴わない磁石の磁束密度は、磁石から遠ざかるにしたがって緩やかに減少する。したがって図5の半導体装置40では、集積回路の位置(半導体基板4の表面位置)における磁束密度と磁石38の表面磁束密度との差ΔB38は小さい。 Like the magnet 38 in FIG. 5, the magnetic flux density of a magnet without a yoke gradually decreases as the distance from the magnet increases. Therefore, in the semiconductor device 40 of FIG. 5, the difference ΔB 38 between the magnetic flux density at the position of the integrated circuit (the surface position of the semiconductor substrate 4) and the surface magnetic flux density of the magnet 38 is small.

今、集積回路における磁束密度を最大許容磁束密度(例えば、10mT)とした場合、集積回路の位置(例えば、磁石38から2mmの位置)における磁束密度と磁石38の表面磁束密度との差ΔB38は高々、最大許容磁束密度の1.02倍程度である。 Now, assuming that the magnetic flux density in the integrated circuit is the maximum allowable magnetic flux density (for example, 10 mT), the difference ΔB 38 between the magnetic flux density at the position of the integrated circuit (for example, a position 2 mm from the magnet 38) and the surface magnetic flux density of the magnet 38. Is at most about 1.02 times the maximum allowable magnetic flux density.

図6は、実施の形態1の半導体装置2における規格化磁束密度と規格化距離の関係を示す図である。縦軸は、磁束密度Bをヨーク26の表面磁束密度Bで規格化した規格化磁束密度(=B/B)である。磁束密度Bは、ヨーク26の中心を通りヨーク26に垂直な直線上の磁束密度である。横軸は、ヨーク26からの距離L(すなわち、磁場発生層10からの距離)を磁石24の間隔(ピッチ)Lで規格化した規格化距離(=L/L)である。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the normalized magnetic flux density and the normalized distance in the semiconductor device 2 of the first embodiment. The vertical axis represents the normalized magnetic flux density (= B / B 0 ) obtained by normalizing the magnetic flux density B with the surface magnetic flux density B 0 of the yoke 26. The magnetic flux density B is a magnetic flux density on a straight line passing through the center of the yoke 26 and perpendicular to the yoke 26. The horizontal axis represents a normalized distance (= L / L 0 ) obtained by normalizing the distance L from the yoke 26 (that is, the distance from the magnetic field generation layer 10) by the interval (pitch) L 0 between the magnets 24.

図6に示すように、規格化磁束密度は、規格化距離が1以下の領域46(以下、強磁場領域と呼ぶ)で急激に減少する。   As shown in FIG. 6, the normalized magnetic flux density rapidly decreases in a region 46 where the normalized distance is 1 or less (hereinafter referred to as a strong magnetic field region).

後述するように集積回路の誤動作を抑制するためには、磁場発生層10と集積回路の間隔は、磁石24の間隔Lより広いことが好ましい。すなわち実施の形態1の集積回路は、規格化距離が1より大きい領域47(以下、弱磁場領域と呼ぶ)に配置されることが好ましい。この場合の磁場発生層10の表面磁束密度(規格化距離=0における磁束密度)は、図6から明らかなように、集積回路における磁束密度(弱磁場領域47における磁束密度)より格段に大きい。 As will be described later, in order to suppress the malfunction of the integrated circuit, the distance between the magnetic field generation layer 10 and the integrated circuit is preferably wider than the distance L 0 between the magnets 24. That is, the integrated circuit of the first embodiment is preferably arranged in a region 47 (hereinafter referred to as a weak magnetic field region) having a normalized distance larger than 1. In this case, the surface magnetic flux density of the magnetic field generation layer 10 (the magnetic flux density at the normalized distance = 0) is much larger than the magnetic flux density in the integrated circuit (the magnetic flux density in the weak magnetic field region 47), as is apparent from FIG.

したがって実施の形態1の半導体装置2では、半導体基板4に形成された集積回路における磁束密度が最大許容磁束密度(例えば、10mT)の場合、集積回路における磁束密度とヨーク26の表面磁束密度との差ΔB10は、最大許容磁束密度より格段に大きくなる。例えば磁石24の間隔Lが1mmで磁場発生層10と集積回路の距離が2mmの場合、磁束密度差ΔB10は最大許容磁束密度の約26倍である。 Therefore, in the semiconductor device 2 of the first embodiment, when the magnetic flux density in the integrated circuit formed on the semiconductor substrate 4 is the maximum allowable magnetic flux density (for example, 10 mT), the magnetic flux density in the integrated circuit and the surface magnetic flux density of the yoke 26 The difference ΔB 10 is much larger than the maximum allowable magnetic flux density. For example, when the distance L 0 between the magnets 24 is 1 mm and the distance between the magnetic field generating layer 10 and the integrated circuit is 2 mm, the magnetic flux density difference ΔB 10 is about 26 times the maximum allowable magnetic flux density.

このように実施の形態1の半導体装置2における磁束密度差ΔB10は、図5の半導体装置40における磁束密度差ΔB38より格段に大きい。 Thus, the magnetic flux density difference ΔB 10 in the semiconductor device 2 of the first embodiment is much larger than the magnetic flux density difference ΔB 38 in the semiconductor device 40 of FIG.

磁束密度の差を距離で割ると、磁気勾配の平均値になる。実施の形態1の磁場発生層10と集積回路の間隔をDとすると、磁場発生層10と集積回路の間の磁気勾配の平均値はΔB10/Dである。実施の形態1では図6に示すように、磁場発生層10の近傍で磁束密度が急激に減少するので、磁性粒子にはこの平均値(=ΔB10/D)以上の磁気勾配が作用する。 Dividing the magnetic flux density difference by the distance gives the average value of the magnetic gradient. When the distance between the integrated circuit and the magnetic field generating layer 10 of the first embodiment and D 1, the average value of the magnetic gradient between the integrated circuit and the magnetic field generating layer 10 is .DELTA.B 10 / D 1. In the first embodiment, as shown in FIG. 6, since the magnetic flux density rapidly decreases in the vicinity of the magnetic field generation layer 10, a magnetic gradient greater than this average value (= ΔB 10 / D 1 ) acts on the magnetic particles. .

図5の磁石38と集積回路の間隔をDとすると、磁石38と集積回路の間の磁気勾配の平均値はΔB38/Dである。図5の半導体装置40では磁束密度は穏やかに減少するので、磁性粒子にはこの平均値(=ΔB38/D)と同程度の磁気勾配が作用する。 Magnet 38 of FIG. 5 and the spacing of the integrated circuit and D 2, the mean value of the magnetic gradient between the magnet 38 the integrated circuit is .DELTA.B 38 / D 2. In the semiconductor device 40 of FIG. 5, since the magnetic flux density is gently reduced, a magnetic gradient equivalent to this average value (= ΔB 38 / D 2 ) acts on the magnetic particles.

上述したように、実施の形態1の半導体装置における磁束密度差ΔB10は、図5の半導体装置40における磁束密度差ΔB38より格段に大きい。したがってDとDが等しい場合、実施の形態1の磁性粒子に作用する磁気勾配は、図5の半導体装置40の磁性粒子に作用する磁気勾配より格段に大きい。 As described above, the magnetic flux density difference ΔB 10 in the semiconductor device of the first embodiment is much larger than the magnetic flux density difference ΔB 38 in the semiconductor device 40 of FIG. Therefore, when D 1 and D 2 are equal, the magnetic gradient acting on the magnetic particles of the first embodiment is much larger than the magnetic gradient acting on the magnetic particles of the semiconductor device 40 of FIG.

上述したように、磁性粒子の連なり44(図4参照)の熱伝導率は、磁場勾配が大きいほど大きくなる。したがって、実施の形態1における磁性粒子の連なり44の熱伝導率は、図5の半導体装置40おける磁性粒子の連なりの熱伝導率より大きい。   As described above, the thermal conductivity of the magnetic particle series 44 (see FIG. 4) increases as the magnetic field gradient increases. Therefore, the thermal conductivity of the series of magnetic particles 44 in the first embodiment is larger than the thermal conductivity of the series of magnetic particles in the semiconductor device 40 of FIG.

このため、実施の形態1の磁性流体層9の熱伝導率は、図5の半導体装置40の磁性流体層9aより大きい。   For this reason, the thermal conductivity of the magnetic fluid layer 9 of Embodiment 1 is larger than the magnetic fluid layer 9a of the semiconductor device 40 of FIG.

今、図5の半導体装置40の磁石38と集積回路との距離を2mmとする。集積回路における磁束密度を、10mTとする。この場合、磁石38の表面磁束密度は、例えば10.2mTである。磁性流体層9aにおける磁気勾配は、例えば0.1T/mである。ここで磁性粒子が直径20μmの鉄の粒子とすると、磁性粒子同士の接触面積は約70nmである。尚、磁気シールド層22は設けられないものとする。接触面積の計算には、鉄の弾性係数を用いた(以下、同様)。 Now, the distance between the magnet 38 of the semiconductor device 40 of FIG. 5 and the integrated circuit is 2 mm. The magnetic flux density in the integrated circuit is 10 mT. In this case, the surface magnetic flux density of the magnet 38 is 10.2 mT, for example. The magnetic gradient in the magnetic fluid layer 9a is, for example, 0.1 T / m. If the magnetic particles are iron particles having a diameter of 20 μm, the contact area between the magnetic particles is about 70 nm 2 . Note that the magnetic shield layer 22 is not provided. For calculation of the contact area, the elastic modulus of iron was used (hereinafter the same).

同様に、実施の形態1の半導体装置2における磁場発生層10と集積回路の距離を2mmとする。磁石24の間隔を1mmとする。集積回路における磁束密度を、10mTとする。磁気シールド層22は、設けられないものとする。   Similarly, the distance between the magnetic field generation layer 10 and the integrated circuit in the semiconductor device 2 of the first embodiment is 2 mm. The interval between the magnets 24 is 1 mm. The magnetic flux density in the integrated circuit is 10 mT. It is assumed that the magnetic shield layer 22 is not provided.

この場合、磁場発生層10の表面磁束密度は260mTである。この時の磁性流体層9における磁気勾配は125T/mである。磁性粒子が粒径20μmの鉄の粒子とすると、磁性粒子同士の接触面積は約70000nmである。 In this case, the surface magnetic flux density of the magnetic field generation layer 10 is 260 mT. The magnetic gradient in the magnetic fluid layer 9 at this time is 125 T / m. When the magnetic particles are iron particles having a particle diameter of 20 μm, the contact area between the magnetic particles is about 70000 nm 2 .

ここで磁性流体層9,9aの長辺を、41mmとする。短辺を40mmとする。厚さを0.1mmとする。ベース液の熱伝導率を0.15W/m・Kとする。磁性粒子の熱伝導率を80W/m・Kとする。磁性粒子の配合比(濃度)を50vol%とし、全ての磁性粒子が磁性粒子の連なりを形成するとする。   Here, the long sides of the magnetic fluid layers 9, 9a are set to 41 mm. The short side is 40 mm. The thickness is 0.1 mm. The base liquid has a thermal conductivity of 0.15 W / m · K. The thermal conductivity of the magnetic particles is 80 W / m · K. Assume that the blending ratio (concentration) of magnetic particles is 50 vol%, and all magnetic particles form a series of magnetic particles.

すると、磁性粒子同士の接触面積に基づいて算出される、図5の磁性流体層9aの熱抵抗は0.0374K/Wになる。同じく磁性粒子同士の接触面積に基づいて算出される、実施の形態1の磁性流体層9の熱抵抗は0.0361K/Wになる。   Then, the thermal resistance of the magnetic fluid layer 9a in FIG. 5 calculated based on the contact area between the magnetic particles is 0.0374 K / W. Similarly, the thermal resistance of the magnetic fluid layer 9 of the first embodiment, which is calculated based on the contact area between the magnetic particles, is 0.0361 K / W.

したがって、実施の形態1における磁性流体層9の熱抵抗は、図5の磁性流体層9aの熱抵抗より約3.5%小さい。このように、実施の形態1の半導体装置2によれば、磁性流体層9の熱抵抗が図5の半導体装置40の磁性流体層9aより小さくなる。   Therefore, the thermal resistance of the magnetic fluid layer 9 in Embodiment 1 is about 3.5% smaller than the thermal resistance of the magnetic fluid layer 9a in FIG. Thus, according to the semiconductor device 2 of the first embodiment, the thermal resistance of the magnetic fluid layer 9 is smaller than that of the magnetic fluid layer 9a of the semiconductor device 40 of FIG.

磁気勾配が大きくなって磁性粒子の吸引力が大きくなると、磁性粒子が配向しやすくなる。したがって、磁性粒子の連なり44の数も増加する。したがって、実施の形態1の磁性流体層9の熱抵抗は、実際には上記計算以上に、図5の磁性流体層9aの熱抵抗より小さい。   When the magnetic gradient is increased and the attractive force of the magnetic particles is increased, the magnetic particles are easily oriented. Therefore, the number of magnetic particle series 44 also increases. Therefore, the thermal resistance of the magnetic fluid layer 9 of Embodiment 1 is actually smaller than the thermal resistance of the magnetic fluid layer 9a of FIG.

以上のように、実施の形態1の磁場発生層10(図1参照)は、図5の半導体装置40の磁石38より良く熱を伝導する。さらに実施の形態1の磁性流体層9(図1参照)は、図5の半導体装置40の磁性流体層9aより良く熱を伝導する。   As described above, the magnetic field generation layer 10 (see FIG. 1) of the first embodiment conducts heat better than the magnet 38 of the semiconductor device 40 of FIG. Furthermore, the magnetic fluid layer 9 (see FIG. 1) of the first embodiment conducts heat better than the magnetic fluid layer 9a of the semiconductor device 40 of FIG.

したがって実施の形態1の熱伝導層8(図1参照)は、磁場発生層がヨークを有さない半導体装置40の熱伝導層8a(図5参照)より良く熱を伝導する。その結果、実施の形態1の半導体装置2の放熱特性は大幅に改善される。   Therefore, heat conduction layer 8 (see FIG. 1) of the first embodiment conducts heat better than heat conduction layer 8a (see FIG. 5) of semiconductor device 40 in which the magnetic field generation layer does not have a yoke. As a result, the heat dissipation characteristics of the semiconductor device 2 of the first embodiment are greatly improved.

尚、実施の形態1の熱伝導層8の熱抵抗の計算値は、図5の熱伝導層8aの熱抵抗の計算値より約50%小さい。熱伝導層8,8aの熱抵抗は、上述した磁場発生層10等の熱抵抗の計算値に基づいて計算される。   Note that the calculated value of the thermal resistance of the heat conductive layer 8 of the first embodiment is about 50% smaller than the calculated value of the heat resistance of the heat conductive layer 8a of FIG. The thermal resistance of the heat conductive layers 8 and 8a is calculated based on the calculated value of the thermal resistance of the magnetic field generation layer 10 and the like described above.

―磁場発生層と集積回路の間隔―
図6に示すように実施の形態1の磁束密度は、強磁場領域46内では略一定の磁気勾配で減少する。一方、弱磁場領域47では、磁気勾配は急速に減少する。
―Distance between magnetic field generation layer and integrated circuit―
As shown in FIG. 6, the magnetic flux density of the first embodiment decreases with a substantially constant magnetic gradient in the strong magnetic field region 46. On the other hand, in the weak magnetic field region 47, the magnetic gradient decreases rapidly.

上記説明から明らかなように、磁性粒子32に働く吸引力は強いほど好ましい。吸引力は磁気勾配に比例するので、磁気勾配は大きいほど好ましい。したがって磁性粒子32は、磁気勾配が大きい強磁場領域46内に配置されることが好ましい。したがって、磁性粒子32を有する磁性流体層9は、強磁場領域46より薄いことが好ましい。さらに好ましくは、磁性流体層9の厚さは、強磁場領域46の厚さの半分以下である。   As is clear from the above description, the stronger the attractive force acting on the magnetic particles 32 is, the better. Since the attractive force is proportional to the magnetic gradient, the larger the magnetic gradient, the better. Therefore, the magnetic particles 32 are preferably disposed in the strong magnetic field region 46 having a large magnetic gradient. Therefore, the magnetic fluid layer 9 having the magnetic particles 32 is preferably thinner than the strong magnetic field region 46. More preferably, the thickness of the magnetic fluid layer 9 is not more than half of the thickness of the strong magnetic field region 46.

強磁場領域46と弱磁場領域47の境界は、規格化距離(=L/L)が1の地点すなわち磁場発生層10からの距離Lが磁石24の間隔Lに等しい地点である。 The boundary between the strong magnetic field region 46 and the weak magnetic field region 47 is a point where the normalized distance (= L / L 0 ) is 1, that is, the point where the distance L from the magnetic field generation layer 10 is equal to the interval L 0 of the magnet 24.

したがって磁石24の間隔Lは、磁性流体層9の厚さより広いことが好ましい。
さらに好ましくは、磁石24の間隔Lは、磁性流体層9の厚さの2倍より広いである。
Accordingly, the interval L 0 between the magnets 24 is preferably wider than the thickness of the magnetic fluid layer 9.
More preferably, the gap L 0 between the magnets 24 is wider than twice the thickness of the magnetic fluid layer 9.

ところで図6から明らかなように、強磁場領域46内の磁束密度は大きい。したがって半導体基板4の集積回路は、誤動作を起こさないように、強磁場領域46の外に配置されることが好ましい。   As is apparent from FIG. 6, the magnetic flux density in the strong magnetic field region 46 is large. Therefore, the integrated circuit on the semiconductor substrate 4 is preferably arranged outside the strong magnetic field region 46 so as not to cause a malfunction.

したがって、半導体基板4の集積回路と磁場発生層10の距離は、強磁場領域46の厚さ(=L)より大きいことが好ましい。さらに好ましくは、半導体基板4の集積回路と磁場発生層10の距離は、強磁場領域46の厚さ(=L)の2倍より広いである。 Therefore, the distance between the integrated circuit of the semiconductor substrate 4 and the magnetic field generation layer 10 is preferably larger than the thickness (= L 0 ) of the strong magnetic field region 46. More preferably, the distance between the integrated circuit of the semiconductor substrate 4 and the magnetic field generation layer 10 is wider than twice the thickness (= L 0 ) of the strong magnetic field region 46.

したがって磁石24の間隔Lは、半導体基板4の集積回路と磁場発生層10の距離より狭いことが好ましい。さらに好ましくは、磁石24の間隔Lは、磁場発生層10と半導体基板4の集積回路の距離の半分より狭い。 Therefore, the distance L 0 between the magnets 24 is preferably narrower than the distance between the integrated circuit of the semiconductor substrate 4 and the magnetic field generation layer 10. More preferably, the interval L 0 between the magnets 24 is narrower than half the distance between the integrated circuit of the magnetic field generating layer 10 and the semiconductor substrate 4.

尚、実施の形態1の半導体装置2では、半導体基板4に形成された集積回路における磁束密度(平均値)は1〜10mT程度になる。ヨーク26の表面磁束密度(平均値)は、100mT〜1000mT程度である。   In the semiconductor device 2 of the first embodiment, the magnetic flux density (average value) in the integrated circuit formed on the semiconductor substrate 4 is about 1 to 10 mT. The surface magnetic flux density (average value) of the yoke 26 is about 100 mT to 1000 mT.

(3)製造法
半導体装置2は、パッケージ6と、磁性流体と、パッケージ6側の面に磁場発生層10が接合された冷却器12とから形成される。
(3) Manufacturing Method The semiconductor device 2 is formed of a package 6, a magnetic fluid, and a cooler 12 having a magnetic field generation layer 10 bonded to the surface on the package 6 side.

まず、冷却器12に接合された磁場発生層10に、磁性流体を吸着される。この状態で、パッケージ6のヒートスプレッダ16上に冷却器12が載置される。すると、パッケージ6内の磁気シールド層22と磁場発生層10が引き合って、パッケージ6に冷却器12が吸い付けられる。   First, the magnetic fluid is adsorbed to the magnetic field generation layer 10 joined to the cooler 12. In this state, the cooler 12 is placed on the heat spreader 16 of the package 6. Then, the magnetic shield layer 22 and the magnetic field generation layer 10 in the package 6 attract each other, and the cooler 12 is attracted to the package 6.

パッケージ6が磁気シールド層22を有さない場合には、パッケージ6が実装されたプリン基板に例えばボルトとナットにより、パッケージ6を間に挟んだ状態で冷却器12を押し付けてもよい。   When the package 6 does not have the magnetic shield layer 22, the cooler 12 may be pressed against the pudding board on which the package 6 is mounted with, for example, bolts and nuts sandwiching the package 6.

ところでパッケージ6の表面には、微細な凹凸が存在する。同様に、磁場発生層10の表面にも、微細な凹凸が存在する。このため、パッケージ6と磁場発生層10の間には隙間が発生する。この隙間に、磁性流体が入り込んで磁性流体層9になる。   Incidentally, fine irregularities exist on the surface of the package 6. Similarly, fine irregularities exist on the surface of the magnetic field generation layer 10. For this reason, a gap is generated between the package 6 and the magnetic field generation layer 10. The magnetic fluid enters the gap and becomes the magnetic fluid layer 9.

この磁性流体層9は、磁場発生層10に吸いつけられている。したがって磁性流体が、パッケージ6と磁場発生層10の間から流出することはない。   The magnetic fluid layer 9 is attracted to the magnetic field generation layer 10. Therefore, the magnetic fluid does not flow out between the package 6 and the magnetic field generation layer 10.

冷却器12は引っ張り上げられると、容易にパッケージ6から外れる。したがって、半導体基板4の集積回路が故障した場合、集積回路を収納するパッケージ6だけを交換することができる。   When the cooler 12 is pulled up, it is easily detached from the package 6. Therefore, when the integrated circuit of the semiconductor substrate 4 fails, only the package 6 that houses the integrated circuit can be replaced.

集積回路が発熱すると、パッケージ6および冷却器12が膨張する。この時、パッケージ6と磁場発生層10との隙間が変化する。磁性流体層9は流体なので、容易にこの変化に追随することができる。   When the integrated circuit generates heat, the package 6 and the cooler 12 expand. At this time, the gap between the package 6 and the magnetic field generation layer 10 changes. Since the magnetic fluid layer 9 is a fluid, this change can be easily followed.

パッケージと冷却器の間にグリースを介在された半導体装置では、グリースの経年変化により、放熱特性が劣化することがある。しかし、実施の形態1の半導体装置2を長期間使用しても、その放熱特性は殆ど変化しない。   In a semiconductor device in which grease is interposed between the package and the cooler, the heat radiation characteristics may be deteriorated due to aging of the grease. However, even if the semiconductor device 2 of the first embodiment is used for a long period of time, its heat dissipation characteristics hardly change.

(4)変形例
図7は、磁場発生層10の変形例10aを説明する平面図である。
(4) Modified Example FIG. 7 is a plan view illustrating a modified example 10 a of the magnetic field generation layer 10.

図2に示す磁場発生層10には、帯状の磁石24が磁石24の短辺方向に周期的に配置されている。しかし磁場発生層は、図2の磁場発生層10には限られない。例えば、図7に示すように、タイル状の磁石24aが格子状に配置されてもよい。   In the magnetic field generation layer 10 shown in FIG. 2, strip-shaped magnets 24 are periodically arranged in the short side direction of the magnets 24. However, the magnetic field generation layer is not limited to the magnetic field generation layer 10 of FIG. For example, as shown in FIG. 7, tile-shaped magnets 24a may be arranged in a grid pattern.

磁石24aは、図2の磁石24と同様、ヨーク26aによって挟まれている。   The magnet 24a is sandwiched between the yokes 26a similarly to the magnet 24 of FIG.

図8は、磁場発生層10の別の変形例10bを説明する断面図である。図8には、磁性流体層9も示されている。   FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining another modification 10b of the magnetic field generation layer 10. FIG. 8 also shows the magnetic fluid layer 9.

図3に示す磁場発生層10では、各磁石24は別々のヨーク26に挟まれている。しかし図8に示すように、ヨーク26bは、複数の磁石24の磁性流体層9とは反対側に配置された連結部48と、連結部48から突出して各磁石24を挟む凸部50とを有してもよい。尚、図8の破線は、連結部48と凸部50との境界を示している。   In the magnetic field generation layer 10 shown in FIG. 3, each magnet 24 is sandwiched between separate yokes 26. However, as shown in FIG. 8, the yoke 26 b includes a connecting portion 48 disposed on the opposite side to the magnetic fluid layer 9 of the plurality of magnets 24, and a protruding portion 50 that protrudes from the connecting portion 48 and sandwiches each magnet 24. You may have. In addition, the broken line of FIG. 8 has shown the boundary of the connection part 48 and the convex part 50. FIG.

ただし、図3及び8に示すように磁石24の同じ極同士を対向させる場合には、図3に示すように、磁石24は別々のヨーク26に挟まれた方が好ましい。この配置によれば磁力線がヨーク26の表面に集中するので、ヨーク26の表面に磁性粒子の連なり44が接続しやすくなる。   However, when the same poles of the magnets 24 are opposed to each other as shown in FIGS. 3 and 8, it is preferable that the magnets 24 are sandwiched between separate yokes 26 as shown in FIG. According to this arrangement, the magnetic lines of force concentrate on the surface of the yoke 26, so that a series of magnetic particles 44 can be easily connected to the surface of the yoke 26.

図1に示す例では、パッケージ6は、半導体基板4と熱伝導層8の間に磁気シールド層22を有している。しかしパッケージ6は、磁気シールド層22を有さなくてもよい。半導体基板4の集積回路と磁場発生層10の間隔が磁石24の間隔Lより広ければ、半導体基板4の集積回路における磁束密度はヨーク26の表面磁束密度より十分小さくなる。 In the example shown in FIG. 1, the package 6 has a magnetic shield layer 22 between the semiconductor substrate 4 and the heat conductive layer 8. However, the package 6 may not have the magnetic shield layer 22. If the distance between the integrated circuit on the semiconductor substrate 4 and the magnetic field generating layer 10 is larger than the distance L 0 between the magnets 24, the magnetic flux density in the integrated circuit on the semiconductor substrate 4 is sufficiently smaller than the surface magnetic flux density of the yoke 26.

磁気シールド層22を設けなくても、半導体基板4の集積回路と磁場発生層10の間隔が磁石24の間隔(ピッチ)に等しければ、集積回路における磁束密度はヨーク表面の磁束密度の0.187倍になる。集積回路と磁場発生層10の間隔が磁石24の間隔(ピッチ)の2倍であれば、集積回路における磁束密度はヨーク表面の0.038倍になる。   Even if the magnetic shield layer 22 is not provided, if the distance between the integrated circuit of the semiconductor substrate 4 and the magnetic field generating layer 10 is equal to the distance (pitch) of the magnet 24, the magnetic flux density in the integrated circuit is 0.187 of the magnetic flux density on the yoke surface. Double. If the distance between the integrated circuit and the magnetic field generating layer 10 is twice the distance (pitch) between the magnets 24, the magnetic flux density in the integrated circuit is 0.038 times that of the yoke surface.

(実施の形態2)
実施の形態1と共通する部分については、説明を省略する。
(Embodiment 2)
Description of portions common to the first embodiment is omitted.

実施の形態2の半導体装置は、磁場発生層の構造を除き、実施の形態1の半導体装置2と略同じ構造を有している。図9は、実施の形態2の磁場発生層110の近傍を拡大した断面図である。   The semiconductor device of the second embodiment has substantially the same structure as the semiconductor device 2 of the first embodiment except for the structure of the magnetic field generation layer. FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the magnetic field generation layer 110 of the second embodiment.

磁場発生層110は、同じ極をパッケージ6側に向けるように配置された複数の磁石124を有している。磁場発生層110はさらに、ヨーク126を有している。ヨーク126は、複数の磁石124の磁性流体層109とは反対側に配置された連結部48と、連結部48から突出して各磁石124を挟む凸部50とを有している。図9の破線は、連結部48と凸部50との境界を示している。   The magnetic field generation layer 110 has a plurality of magnets 124 arranged so that the same pole faces the package 6 side. The magnetic field generation layer 110 further has a yoke 126. The yoke 126 has a connecting portion 48 disposed on the opposite side of the magnetic fluid layer 109 of the plurality of magnets 124, and a convex portion 50 that protrudes from the connecting portion 48 and sandwiches each magnet 124. The broken line in FIG. 9 indicates the boundary between the connecting portion 48 and the convex portion 50.

複数の磁石124はそれぞれ、図2に示す実施の形態1の磁石24と同様、第1方向に伸びるとともに第1方向と直交する第2方向に一定の間隔で配置されている。   Each of the plurality of magnets 124 extends in the first direction and is arranged at a constant interval in a second direction orthogonal to the first direction, like the magnet 24 of the first embodiment shown in FIG.

磁石124の一辺の長さは、例えば40mm程度である。磁石124の他辺の長さ(幅)は、例えば1mm程度である。ヨーク126の一辺の長さは、例えば40mm程度である。ヨーク126の他辺の長さ(幅)は、例えば41mm程度である。ヨーク126の厚さは、例えば1.5mm程度である。   The length of one side of the magnet 124 is, for example, about 40 mm. The length (width) of the other side of the magnet 124 is, for example, about 1 mm. The length of one side of the yoke 126 is, for example, about 40 mm. The length (width) of the other side of the yoke 126 is, for example, about 41 mm. The thickness of the yoke 126 is, for example, about 1.5 mm.

図10は、実施の形態2の磁場発生層110の近傍を拡大した断面図である。図10には、磁力線134も示されている。   FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the magnetic field generation layer 110 of the second embodiment. FIG. 10 also shows magnetic field lines 134.

図10に示すように、磁石124の一方の極から出た磁力線134は大部分、ヨーク126の表面を通って磁場発生層110に入る。したがって、磁力線134はヨーク126の表面に集中する。   As shown in FIG. 10, the magnetic field lines 134 coming out from one pole of the magnet 124 mostly enter the magnetic field generation layer 110 through the surface of the yoke 126. Therefore, the magnetic field lines 134 are concentrated on the surface of the yoke 126.

磁性流体層109が十分薄い場合、磁石124の一方の極を出た磁力線134は大部分、磁性流体層109を通ってパッケージ6に入る。その後磁力線134は、パッケージ6と磁性流体層109を通り、ヨーク126の表面から磁場発生層110に入る。   If the magnetic fluid layer 109 is sufficiently thin, the magnetic field lines 134 exiting one pole of the magnet 124 mostly enter the package 6 through the magnetic fluid layer 109. Thereafter, the magnetic force lines 134 pass through the package 6 and the magnetic fluid layer 109 and enter the magnetic field generation layer 110 from the surface of the yoke 126.

図11は、実施の形態2の半導体装置における規格化磁束密度と規格化距離の関係を示す図である。縦軸は、磁束密度Bをヨーク126の表面磁束密度Bで規格化した規格化磁束密度(=B/B)である。磁束密度Bは、凸部50(図9参照)の中心を通り凸部50に垂直な直線上の磁束密度である。横軸は、凸部50からの距離L(すなわち、磁場発生層110からの距離)を磁石124の間隔(ピッチ)Lで規格化した規格化距離(=L/L)である。 FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the normalized magnetic flux density and the normalized distance in the semiconductor device of the second embodiment. The vertical axis represents the normalized magnetic flux density (= B / B 0 ) obtained by normalizing the magnetic flux density B with the surface magnetic flux density B 0 of the yoke 126. The magnetic flux density B is a magnetic flux density on a straight line that passes through the center of the convex portion 50 (see FIG. 9) and is perpendicular to the convex portion 50. The horizontal axis is a normalized distance (= L / L 0 ) obtained by normalizing the distance L from the convex portion 50 (that is, the distance from the magnetic field generation layer 110) by the interval (pitch) L 0 between the magnets 124.

図11に示すように実施の形態2の磁束密度は、規格化距離が0.6以下の強磁場領域146内では略一定の磁気勾配で減少する。磁気勾配は、規格化距離が0.6より大きい弱磁場領域147で急速に減少する。強磁場領域146と弱磁場領域147の境界は、規格化距離が0.6の地点である。   As shown in FIG. 11, the magnetic flux density of the second embodiment decreases with a substantially constant magnetic gradient in the strong magnetic field region 146 having a normalized distance of 0.6 or less. The magnetic gradient decreases rapidly in the weak magnetic field region 147 where the normalized distance is greater than 0.6. The boundary between the strong magnetic field region 146 and the weak magnetic field region 147 is a point where the normalized distance is 0.6.

実施の形態1で説明したように、磁性粒子に作用する磁気勾配は大きいほど好ましい。したがって、磁性粒子を含む磁性流体層109は、磁気勾配が大きい強磁場領域146より薄いことが好ましい。さらに好ましくは、磁性流体層109の厚さは、強磁場領域146の厚さの半分より薄い。   As described in the first embodiment, the larger the magnetic gradient acting on the magnetic particles, the better. Therefore, the magnetic fluid layer 109 containing magnetic particles is preferably thinner than the strong magnetic field region 146 having a large magnetic gradient. More preferably, the thickness of the magnetic fluid layer 109 is less than half the thickness of the strong magnetic field region 146.

したがって、磁石124の間隔(ピッチ)Lは、磁性流体層109の厚さを0.6倍で割った値より大きいことが好ましい。さらに好ましくは、磁石24の間隔Lは、磁性流体層9の厚さを0.3で割った値より大きい。 Therefore, the interval (pitch) L 0 between the magnets 124 is preferably larger than the value obtained by dividing the thickness of the magnetic fluid layer 109 by 0.6. More preferably, the gap L 0 between the magnets 24 is larger than the value obtained by dividing the thickness of the magnetic fluid layer 9 by 0.3.

図11に示すように、強磁場領域146内の磁束密度は高い。したがって半導体基板4の集積回路は、誤動作を起こさないように、強磁場領域146の外に配置されることが好ましい。   As shown in FIG. 11, the magnetic flux density in the strong magnetic field region 146 is high. Therefore, the integrated circuit on the semiconductor substrate 4 is preferably arranged outside the strong magnetic field region 146 so as not to cause a malfunction.

したがって、半導体基板4の集積回路と磁場発生層110の距離は、強磁場領域146の厚さ(磁石124の間隔Lの0.6倍)より広いことが好ましい。さらに好ましくは、半導体基板4の集積回路と磁場発生層110の距離は、強磁場領域146の厚さ(磁石124の間隔Lの0.6倍)の2倍より広い。 Thus, the integrated circuit and the distance of the magnetic field generating layer 110 of the semiconductor substrate 4 is wider than the thickness of the high magnetic field region 146 (0.6 times the distance L 0 of the magnet 124) are preferred. More preferably, the distance of the integrated circuit and the magnetic field generating layer 110 of the semiconductor substrate 4 is wider than twice the thickness of the high magnetic field region 146 (0.6 times the distance L 0 of the magnet 124).

したがって磁石24の間隔Lは、磁場発生層110と半導体基板4の集積回路の距離を0.6で割った値より狭いことが好ましい。さらに好ましくは、磁石24の間隔Lは、磁場発生層10と半導体基板4の集積回路の距離を1.2で割った値より狭い。 Therefore, the interval L 0 between the magnets 24 is preferably narrower than the value obtained by dividing the distance between the integrated circuit of the magnetic field generating layer 110 and the semiconductor substrate 4 by 0.6. More preferably, the distance L 0 between the magnets 24 is narrower than the value obtained by dividing the distance between the integrated circuit of the magnetic field generating layer 10 and the semiconductor substrate 4 by 1.2.

ところで、図6と図11を比較すれば明らかように、実施の形態2の規格化磁束密度は、同じ規格化距離における実施の形態1の規格化磁束密度より小さい。具体的には例えば、規格化距離が1の場合、実施の形態2における規格化磁束密度は0.056である。一方、実施の形態1における規格化磁束密度は0.187である。規格化距離が2の場合、実施の形態2における規格化磁束密度は0.003である。一方、実施の形態1における規格化磁束密度は0.038である。   By the way, as apparent from comparison between FIG. 6 and FIG. 11, the normalized magnetic flux density of the second embodiment is smaller than the normalized magnetic flux density of the first embodiment at the same normalized distance. Specifically, for example, when the normalized distance is 1, the normalized magnetic flux density in the second embodiment is 0.056. On the other hand, the normalized magnetic flux density in the first embodiment is 0.187. When the normalized distance is 2, the normalized magnetic flux density in the second embodiment is 0.003. On the other hand, the normalized magnetic flux density in the first embodiment is 0.038.

したがって、実施の形態2によれば、実施の形態1より半導体基板4の集積回路への磁場の影響が抑制される。   Therefore, according to the second embodiment, the influence of the magnetic field on the integrated circuit of the semiconductor substrate 4 is suppressed as compared with the first embodiment.

磁石124は上述したように、一方向に伸びる帯状の磁石である。しかし、磁石124は、実施の形態1の変形例と同様、タイル状の磁石であってもよい(図7参照)。   As described above, the magnet 124 is a belt-like magnet extending in one direction. However, the magnet 124 may be a tile-shaped magnet as in the modification of the first embodiment (see FIG. 7).

以上の実施の形態1及び2に関し、更に以下の付記を開示する。   Regarding the above first and second embodiments, the following additional notes are disclosed.

尚、実施の形態1と同じ方法で熱伝導層の熱抵抗の減少を見積もると、実施の形態2による減少は例えば約38%になる。   If the reduction in the thermal resistance of the heat conducting layer is estimated by the same method as in the first embodiment, the reduction in the second embodiment is about 38%, for example.

以上の実施の形態1及び2に関し、更に以下の付記を開示する。   Regarding the above first and second embodiments, the following additional notes are disclosed.

(付記1)
半導体基板と、
前記半導体基板を収納するパッケージと、
前記パッケージの一方の面に配置された熱伝導層と、
前記熱伝導層の前記パッケージとは反対側の面に配置された冷却器とを有し、
前記熱伝導層は、磁性流体で形成された磁性流体層と、前記磁性流体層の一方の面に配置され複数の磁石と前記複数の磁石それぞれを挟むヨークとを備えた磁場発生層とを有する
半導体装置。
(Appendix 1)
A semiconductor substrate;
A package for housing the semiconductor substrate;
A thermally conductive layer disposed on one side of the package;
A cooler disposed on a surface of the heat conducting layer opposite to the package;
The heat conducting layer includes a magnetic fluid layer formed of a magnetic fluid, and a magnetic field generation layer including a plurality of magnets disposed on one surface of the magnetic fluid layer and a yoke sandwiching each of the plurality of magnets. Semiconductor device.

(付記2)
付記1に記載の半導体装置において、
前記磁性流体は、強磁性体で形成された磁性粒子を有し、
前記磁性粒子の少なくても一部は、前記ヨークと前記磁性流体層と前記パッケージとを通る磁力線に沿って配列され、
前記ヨークの熱伝導率は、前記各磁石の熱伝導率より大きいことを
特徴とする半導体装置。
(Appendix 2)
In the semiconductor device according to attachment 1,
The magnetic fluid has magnetic particles formed of a ferromagnetic material,
At least a portion of the magnetic particles are arranged along magnetic field lines passing through the yoke, the magnetic fluid layer, and the package;
The semiconductor device according to claim 1, wherein a thermal conductivity of the yoke is larger than a thermal conductivity of each of the magnets.

(付記3)
付記1又は2に記載の半導体装置において、
前記各磁石は、別々の前記ヨークに挟まれるとともに、前記ヨークを挟んで同じ極同士が対向するように配置されていることを
特徴とする半導体装置。
(Appendix 3)
In the semiconductor device according to attachment 1 or 2,
Each of the magnets is sandwiched between separate yokes, and is disposed so that the same poles face each other across the yoke.

(付記4)
付記3に記載の半導体装置において、
前記各磁石は、第1方向に伸びるとともに前記1方向と直交する第2方向に一定の間隔で配置され、
前記間隔は、前記磁性流体層の厚さより広く、前記半導体基板に形成された集積回路と前記磁場発生層との距離より狭いことを
特徴とする半導体装置。
(Appendix 4)
In the semiconductor device according to attachment 3,
Each of the magnets extends in a first direction and is arranged at a constant interval in a second direction orthogonal to the one direction,
The semiconductor device is characterized in that the interval is wider than the thickness of the magnetic fluid layer and narrower than the distance between the integrated circuit formed on the semiconductor substrate and the magnetic field generating layer.

(付記5)
付記1又は2に記載の半導体装置において、
前記ヨークは、前記複数の磁石の前記磁性流体層とは反対側に配置された連結部と、前記連結部から突出して前記複数の磁石それぞれを挟む凸部とを有し、
前記複数の磁石は、同じ極を前記パッケージ側に向けるように配置されていることを
特徴とする半導体装置。
(Appendix 5)
In the semiconductor device according to attachment 1 or 2,
The yoke has a connecting portion disposed on the opposite side of the magnetic fluid layer of the plurality of magnets, and a convex portion protruding from the connecting portion and sandwiching each of the plurality of magnets,
The plurality of magnets are arranged so that the same pole is directed to the package side.

(付記6)
付記5に記載の半導体装置において、
前記複数の磁石はそれぞれ、第1方向に伸びるとともに前記1方向と直交する第2方向に一定の間隔で配置され、
前記間隔は、前記磁性流体層の厚さを0.6で割った値より広く、前記半導体基板に形成された集積回路と前記磁場発生層との距離を0.6で割った値より狭いことを
特徴とする半導体装置。
(Appendix 6)
In the semiconductor device according to attachment 5,
Each of the plurality of magnets extends in a first direction and is arranged at a constant interval in a second direction orthogonal to the one direction.
The interval is wider than the value obtained by dividing the thickness of the magnetic fluid layer by 0.6 and narrower than the value obtained by dividing the distance between the integrated circuit formed on the semiconductor substrate and the magnetic field generating layer by 0.6. A semiconductor device characterized by the above.

(付記7)
付記1乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記パッケージは、前記半導体基板と前記熱伝導層の間に配置された磁気シールド層とを有することを
特徴とする半導体装置。
(Appendix 7)
The semiconductor device according to any one of appendices 1 to 6,
The package includes a semiconductor shield and a magnetic shield layer disposed between the semiconductor substrate and the heat conductive layer.

2・・・半導体装置
4・・・半導体基板
6・・・パッケージ
8・・・熱伝導層
9・・・磁性流体層
10・・・磁場発生層
12・・・冷却器
22・・・磁気シールド層
24・・・磁石
26・・・ヨーク
34・・・磁力線
48・・・連結部
50・・・凸部
109・・・磁性流体層
110・・・磁場発生層
124・・・磁石
126・・・ヨーク
2 ... Semiconductor device 4 ... Semiconductor substrate 6 ... Package 8 ... Heat conduction layer 9 ... Magnetic fluid layer 10 ... Magnetic field generation layer 12 ... Cooler 22 ... Magnetic shield Layer 24 ... Magnet 26 ... Yoke 34 ... Line of magnetic force 48 ... Connection part 50 ... Convex part 109 ... Magnetic fluid layer 110 ... Magnetic field generation layer 124 ... Magnet 126 ... ·yoke

Claims (5)

半導体基板と、
前記半導体基板を収納するパッケージと、
前記パッケージの一方の面に配置された熱伝導層と、
前記熱伝導層の前記パッケージとは反対側の面に配置された冷却器とを有し、
前記熱伝導層は、磁性流体で形成された磁性流体層と、前記磁性流体層の一方の面に配置され複数の磁石と前記複数の磁石それぞれを挟むヨークとを備えた磁場発生層とを有する
半導体装置。
A semiconductor substrate;
A package for housing the semiconductor substrate;
A thermally conductive layer disposed on one side of the package;
A cooler disposed on a surface of the heat conducting layer opposite to the package;
The heat conducting layer includes a magnetic fluid layer formed of a magnetic fluid, and a magnetic field generation layer including a plurality of magnets disposed on one surface of the magnetic fluid layer and a yoke sandwiching each of the plurality of magnets. Semiconductor device.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記磁性流体は、強磁性体で形成された磁性粒子を有し、
前記磁性粒子の少なくても一部は、前記ヨークと前記磁性流体層と前記パッケージとを通る磁力線に沿って配列され、
前記ヨークの熱伝導率は、前記各磁石の熱伝導率より大きいことを
特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The magnetic fluid has magnetic particles formed of a ferromagnetic material,
At least a portion of the magnetic particles are arranged along magnetic field lines passing through the yoke, the magnetic fluid layer, and the package;
The semiconductor device according to claim 1, wherein a thermal conductivity of the yoke is larger than a thermal conductivity of each of the magnets.
請求項1又は2に記載の半導体装置において、
前記各磁石は、別々の前記ヨークに挟まれるとともに、前記ヨークを挟んで同じ極同士が対向するように配置されていることを
特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 or 2,
Each of the magnets is sandwiched between separate yokes, and is disposed so that the same poles face each other across the yoke.
請求項3に記載の半導体装置において、
前記各磁石は、第1方向に伸びるとともに前記1方向と直交する第2方向に一定の間隔で配置され、
前記間隔は、前記磁性流体層の厚さより広く、前記半導体基板に形成された集積回路と前記磁場発生層との距離より狭いことを
特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3.
Each of the magnets extends in a first direction and is arranged at a constant interval in a second direction orthogonal to the one direction,
The semiconductor device is characterized in that the interval is wider than the thickness of the magnetic fluid layer and narrower than the distance between the integrated circuit formed on the semiconductor substrate and the magnetic field generating layer.
請求項1又は2に記載の半導体装置において、
前記ヨークは、前記複数の磁石の前記磁性流体層とは反対側に配置された連結部と、前記連結部から突出して前記複数の磁石それぞれを挟む凸部とを有し、
前記複数の磁石は、同じ極を前記パッケージ側に向けるように配置されていることを
特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 or 2,
The yoke has a connecting portion disposed on the opposite side of the magnetic fluid layer of the plurality of magnets, and a convex portion protruding from the connecting portion and sandwiching each of the plurality of magnets,
The plurality of magnets are arranged so that the same pole is directed to the package side.
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