JPH01111361A - 半導体チップキャリア - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体チップの実装に係り、特に複数個の半
導体チップを高密度、低熱抵抗の状態で実装するに好適
なチップキャリアに関する。

〔従来の技術〕

最近、大形計算機では演算の高速化、記憶容量の大容量
化の要求がますます増大し、これに使用される半導体チ
ップは高速、大集積化が図られてきた。これに伴い大電
力消費チップの実装技術。

特にＩＣチップの発生する熱をいかに効率よく外部に放
散させるか放熱特性を重視したマルチチップパッケージ
が開発されている。

例えば、特開昭５９−３６９４９に記載された実装方式
によれば、第３図に示すように、チップ１０′は冷媒３
２′を通すことのできる冷却封止体１１′にダイボンド
され、低熱抵抗化が図られている。また、チップ１０′
の信号及び電源供給線は、ＩＣリード５１′を経て、冷
却封止体１１′の外部側壁に設けられたチップキャリア
端子５２′により多層配線の施された基板２０′に接続
されている。なお、同図の２はチップキャリアを、４は
チップキャリア間の冷媒配管を、そして矢印は冷媒の流
れ方向をそれぞれ示している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところでここ２〜３年、大形計算機の実装においては、
高速演算及び大集積化によるチップの高発熱化及び多ビ
ンチップの高密度化実装の要求が一層強まり、前述の従
来技術では（１）放熱特性、（２）接続ピン数、（３）
実装チップ密度に限界が生じ、十分に対応しきれず、よ
り高度な技術開発が待望されていた。

本発明の目的は、これら（１）〜（３）の技術課題を達
成することにあり、改良されたチップキャリアを提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、次の技術手段を採用することにより達成さ
れる。すなわち、（１）放熱特性の改良については、冷
却封止体の冷媒通路にフィンを設は熱交換効率を高める
、（２）接続ピン数の多ビン化については、フリップチ
ップボンディングの出来るキャリア基板を使用すること
で対処し。

（３）実装チップ密度の向上については、複数個のチッ
プを上記キャリア基板上にまとめて実装する。

本発明の目的は以上の技術的手段をとることにより達成
されるが１本発明の構成をさらに具体的に述べると以下
の特徴点として列挙することができる。

（１）半導体チップ（１０）がフリップチップボンディ
ングでその表面に電気的に接続されると共にその裏面は
キャリア接続部（５２）を通して配線基板（２０）に電
気的に接続され、かつその周縁端部が前記配線基板（２
０）に固定部（５５）を通して固定され、しかも配線導
体の内在されたキャリア基板（１４）と、フィン（１３
）付き冷媒路を内在した冷却手段を備えると共に前記半
導体チップが熱的に接続され、かつその周縁部が前記キ
ャリア基板（１４）にチップ封止部（５４）を通して封
止、固定された冷却封止体（１１）とを有して成ること
を特徴とする。′ （２）上記フィン付冷媒路を内在した冷却封止体（１１
）は、その底部表面に複数個のフィン（１３）が所望の
ピッチで、その長手方向を冷媒の流通方向にほぼ一致さ
せて配設され、かつ上部は冷媒コネクタ（３１）の設け
られたハツト（１２）で封止られていることを特徴とす
る。

（３）上記キャリア基板（１４）は、セラミックス基板
から成る多層配線構造体から成り、その上部表面には半
導体チップ（１０）の電極端子とのフリップチップボン
ディングを可能とするパッドが形成されていると共に裏
面にも上記配線基板（２０）の電気的接続端子とのフリ
ップチップボンディングを可能とするパッドが形成され
ていることを特徴とする。

（４）上記冷却封止体（１１）及びキャリア基板（１４
）を構成する材料の線膨張係数を配線基板（２０）を構
成するそれにほぼ等しいものとしたことを特徴とする。

上記のとおり冷却封止体は、内部を冷媒が循環流通する
ため冷媒に対し腐食しにくい材質のもので、しかも線膨
張係数が配線基板（一般に多層配線が施されており、モ
ジュール化されている）のそれに近いものが好ましい。

例えばこの種のものとして、コバール、銅を含浸したモ
リブデン焼結体などを挙げることができる。冷媒として
は、水が一般的であるが、その他一般に使用可能な液体
、ガス体いずれの流体でもよい。また、冷却封止体の蓋
となるハツトも同様に材質としては冷媒に腐食しにくい
ものが好ましく、実用的には冷却封止体と同一材質のも
のが選ばれる。このハツトを冷却封止体に封止固定する
には、ロウ付等の方法がとられ、長期使用に耐え高信頼
性を維持するために、例えば金と銅の合金にッケルが入
る場合もある）などが実用的である。

キャリア基板は、ムライト、アルミナ等のセラミックス
を用いた多層配線構造体から成り、その両面には電極接
続用のパッドが設けられているのが好ましく、スルーホ
ールと配線パターンとを組合せた周知の製造方法で容易
に得ることができる。

〔作　　用〕

すなわち、本発明においては、（１）放熱特性改良のた
めに冷媒通路内に設けられたフィンは、冷媒との熱接触
面積を拡大し、熱交換特性の向上をもたらす。（２）接
続ピン数の多ピン化におけるフリップチップボンディン
グは、チップ表面全体に接続ピンをピングリッドアレイ
状に配置出来ることで可能となる。（３）実装チップ密
度の向上におけるキャリア基板の採用は、複数個のチッ
プを一括封止出来るので、封止面積に対する封止代の割
合を減らすことが可能となる。また、キャリア基板内の
相互配線は、キャリア基板に搭載された複数のチップ間
の相互接続ができ、キャリア基板と本来の配線基板との
接続点数を減らすことが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明
する。

第１図は本発明の概念を示す断面図、第２図は同図の要
部について示した一部断面斜視図である。

ここで、ｌＯは半導体チップ（以下チップと略称）、１
４は同サイズのチップ１０を４個搭載したキャリア基板
、１１はチップ１０の冷却及び封止を兼ねた冷却封止体
、１３は冷却封止体１１の冷媒路に設けられたフィン、
３１は冷却封止体１１に冷媒としての水を導くためのコ
ネクタ、１２は冷却封止体の蓋となるハツト、１５はキ
ャリア基板１４及び冷却封止体１１から成るチップキャ
リア、２０は複数個のチップキャリア１５を電気的に相
互接続するための配線基板、５１はチップ１０をキャリ
ア基板にフリップチップボンディングで接続するチップ
接続部、５２はチップ１０を搭載したキャリア基板１４
をさらに配線基板２０に接続するキャリア接続部、５３
はチップ１０の放熱のために冷却封止体１１にこれを固
着する熱接続部。

５４はチップ１０を封止するためにキャリア基板１４と
冷却封止体１１とを接続するチップ封止部、５５はチッ
プキャリア１５全体を配線基板２０に機械的に固定する
ためのキャリア固定部、５６はハツト１２を冷却封止体
１１に接続するためのハツト接続部（金−鋼合金のロウ
付）、３２は冷媒としての冷却水、３０は冷却封止体１
１に冷却水３２を供給するための冷却水路、４１は冷却
水路３０を機械的に支持するための冷却水路支持体、４
２は基板２０全体を機械的に支持するための基板支持体
、４０は以上説明した実装系全体を支持するためのフレ
ームである。

上述した構成かられかるように、キャリア基板１４には
４個のチップ１０がフリップチップボンディングにより
搭載でき、チップ１０は冷却封止体１１と熱接続部５３
によりはんだ固着される。すなわち。

チップの放熱特性を向上しつつ多ピンの接続が可能とな
る。また、チップの封止はチップ封止部５４にてはんだ
封止されチップキャリア１５を構成するが、この構成は
チップ１０を複数個搭載したチップキャリア１５の状態
でのハンドリングやテスティングを容易にする。すなわ
ち、４個のチップを搭載するチップキャリア１５を、冷
却機能を持ちかつ封止された回路ユニットとして扱うこ
とが出来るため、発熱が伴なう検査工程においても特別
な冷却システムを必要としないし、信頼性についてもこ
れを確保できる。

チップキャリア１５の配線基板２０への電気的接続は、
フリップチップボンディングと同じ方法によりキャリア
接続部５２で多ピン接続される。また、チップキャリア
１５の配線基板２０への機械的接続は、キャリア固定部
５５にてはんだ固定される。キャリア固定部５５はチッ
プ封止部５４と同じように、その内部にあるフリップチ
ップボンディングに破壊力が作用しないように保護する
とともに、湿気や腐食性ガスの侵入を防ぎ接続信頼性を
向上させる。

なお、本実施例における各接続部の接続温度階層を高温
順に示すと、ハツト接続部５６、チップ接続部５１、熱
接続部５３及びチップ封止部５４、キャリア接続部５２
及びキャリア固定部５５の順になり、この順序が組立順
序にもなる。ただし、チップ接続部５１と熱接続部５３
及びチップ封止部５４を同一温度階層にしてもよい。

ところで、本実施例ではチップ１０を４個搭載するチッ
プキャリア１５について述べたが、さらに目的に応じ個
数を増減させることができ、また、冷媒としても水以外
のものをも使用可能であることは云うまでもない。

′　［発明の効果〕 本発明によれば、従来の実装技術で限界に達していた（
１）放熱特性、（２）接続ピン数、（３）実装チップ密
度を改良でき、将来の大形計算機実装における高発熱、
多ビンチップの高密度実装を可能とするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概念を示す断面図、第２図は第１図の
主要部の一部断面斜視図、第３図は従来技術の概念を示
す断面図である。 図において。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体チップ（１０）がフリップチップボンディン
   グでその表面に電気的に接続されると共にその裏面はキ
   ャリア接続部（５２）を通して配線基板（２０）に電気
   的に接続され、かつその周縁端部が前記配線基板（２０
   ）に固定部（５５）を通して固定され、しかも配線導体
   の内在されたキャリア基板（１４）と、フィン（１３）
   付き冷媒路を内在した冷却手段を備えると共に前記半導
   体チップが熱的に接続され、かつその周縁部が前記キャ
   リア基板（１４）にチップ封止部（５４）を通して封止
   、固定された冷却封止体（１１）とを有して成ることを
   特徴とする半導体チップキャリア。 ２、上記フィン付冷媒路を内在した冷却封止体（１１）
   は、その底部表面に複数個のフィン（１３）が所望のピ
   ッチで、その長手方向を冷媒の流通方向にほぼ一致させ
   て配設され、かつ上部は冷媒コネクタ（３１）の設けら
   れたハット（１２）で封止られていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の半導体チップキャリア。 ３、上記キャリア基板（１４）は、セラミックス基板か
   ら成る多層配線構造体から成り、その上部表面には半導
   体チップ（１０）の電極端子とのフリップチップボンデ
   ィングを可能とするパッドが形成されていると共に裏面
   にも上記配線基板（２０）の電気的接続端子とのフリッ
   プチップボンディングを可能とするパッドが形成されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項もしくは第
   ２項記載の半導体チップキャリア。 ４、上記冷却封止体（１１）及びキャリア基板（１４）
   を構成する材料の線膨張係数を配線基板（２０）を構成
   するそれにほぼ等しいものとしたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項、第２項もしくは第３項記載の半導体
   チップキャリア。