JPH01125962A - 半導体モジュール - Google Patents
半導体モジュールInfo
- Publication number
- JPH01125962A JPH01125962A JP62283318A JP28331887A JPH01125962A JP H01125962 A JPH01125962 A JP H01125962A JP 62283318 A JP62283318 A JP 62283318A JP 28331887 A JP28331887 A JP 28331887A JP H01125962 A JPH01125962 A JP H01125962A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cooling plate
- cooling
- housing
- semiconductor module
- wiring board
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 106
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 134
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims abstract description 43
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 11
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract description 11
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 5
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 4
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910000846 In alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—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
- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- 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
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
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。
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、配線基板上に複数の半導体素子が搭載され且
つ該素子を冷却する冷却手段が備えられた半導体モジュ
ールに係り、特に大型計算機に用いるのに好適な半導体
モジュール並びにその冷却装置に関する。
つ該素子を冷却する冷却手段が備えられた半導体モジュ
ールに係り、特に大型計算機に用いるのに好適な半導体
モジュール並びにその冷却装置に関する。
高速データ処理装置等に用いられる半導体装置は、デー
タ処理速度を向上させるため半導体素子の高集積化・大
電力化が図られ、その結果として半導体素子から発生す
る熱量は強制空冷等の冷却手段で冷却し得る限界を超え
てきている。このため、大型計算機等に用いられる半導
体装置では、水等の液体或は沸騰冷媒を用いて半導体素
子を冷却することが検討されている。
タ処理速度を向上させるため半導体素子の高集積化・大
電力化が図られ、その結果として半導体素子から発生す
る熱量は強制空冷等の冷却手段で冷却し得る限界を超え
てきている。このため、大型計算機等に用いられる半導
体装置では、水等の液体或は沸騰冷媒を用いて半導体素
子を冷却することが検討されている。
配線基板上に搭載された複数の半導体素子を水等の冷却
液を用いて効果的に冷却する一つの方法として、半導体
素子毎に冷却する個別冷却方法があり、特開昭６１−２
２０３５９号公報に示されている。
液を用いて効果的に冷却する一つの方法として、半導体
素子毎に冷却する個別冷却方法があり、特開昭６１−２
２０３５９号公報に示されている。
この半導体素子個別冷却方法は、第６回に示すように半
導体素子上に冷却板を接合し、冷却液流路を具備するハ
ウジングと冷却板との間をベローズで連結して、ハウジ
ング内を流れる冷却液を冷却板に接触させて半導体素子
を冷却する方法であ机 このようにすること１こより、半導体素子のごく近傍ま
で冷却液を導くことができ、これにより半導体素子の冷
却効果を高めて、半導体素子の熱抵抗の増大を抑えるこ
とができる。
導体素子上に冷却板を接合し、冷却液流路を具備するハ
ウジングと冷却板との間をベローズで連結して、ハウジ
ング内を流れる冷却液を冷却板に接触させて半導体素子
を冷却する方法であ机 このようにすること１こより、半導体素子のごく近傍ま
で冷却液を導くことができ、これにより半導体素子の冷
却効果を高めて、半導体素子の熱抵抗の増大を抑えるこ
とができる。
上記従来技術は、配線基板と半導体素子、半導体素子と
冷却板の間がいずれも半田接合されている。このため配
線基板とハウジングとの間に熱歪が生じて位置のずれが
生じた場合には、その変位はベローズの変形で吸収され
るものの、そのときに発生する応力は直接、配線基板と
半導体素子との半田接合部に加わることになる。
冷却板の間がいずれも半田接合されている。このため配
線基板とハウジングとの間に熱歪が生じて位置のずれが
生じた場合には、その変位はベローズの変形で吸収され
るものの、そのときに発生する応力は直接、配線基板と
半導体素子との半田接合部に加わることになる。
ベローズは、一般に軸方向には変形しやすいが軸に対し
て垂直の方向には変形しにくい性質を有している。この
ため、配線基板とハウジングの水平方向の位置のずれに
対しては大きな応力が発生する。一方、配線基板と半導
体素子の半田接合部の疲労寿命は、圧縮応力下では低下
が小さいが、剪断応力下すなわち前述の水平方向の応力
下では著しく寿命が低下する特性を持っている。
て垂直の方向には変形しにくい性質を有している。この
ため、配線基板とハウジングの水平方向の位置のずれに
対しては大きな応力が発生する。一方、配線基板と半導
体素子の半田接合部の疲労寿命は、圧縮応力下では低下
が小さいが、剪断応力下すなわち前述の水平方向の応力
下では著しく寿命が低下する特性を持っている。
このようなことから、配線基板が数十間以上と大型化し
た場合、半田接合による半導体モジュール組立時や使用
の温度変動による剪断方向の熱歪によって配線基板と半
導体素子間の半田接合部の疲労寿命が低下し、装置とし
ての信頼性が著しく損われるという問題がある。
た場合、半田接合による半導体モジュール組立時や使用
の温度変動による剪断方向の熱歪によって配線基板と半
導体素子間の半田接合部の疲労寿命が低下し、装置とし
ての信頼性が著しく損われるという問題がある。
本発明の目的は、配線基板とハウジングとの間の熱歪に
起因してベローズが変形した場合でも配線基板と半導体
素子との半田接合部にかかる応力を緩和でき、このため
半田接合部の疲労寿命の低下を抑えることができる半導
体モジュールを提供するにある。
起因してベローズが変形した場合でも配線基板と半導体
素子との半田接合部にかかる応力を緩和でき、このため
半田接合部の疲労寿命の低下を抑えることができる半導
体モジュールを提供するにある。
本発明は、配線基板上に搭載された複数の半導体素子、
該半導体素子に接合され、冷却媒体が接触することによ
って冷却される冷却板、該冷却板へ接触させる冷却媒体
の流路を有するハウジング。
該半導体素子に接合され、冷却媒体が接触することによ
って冷却される冷却板、該冷却板へ接触させる冷却媒体
の流路を有するハウジング。
及び該ハウジングと前記冷却板との間を連結し該ハウジ
ング内の冷却媒体を前記冷却板へ接触させるベローズを
具備する半導体モジュールにおいて。
ング内の冷却媒体を前記冷却板へ接触させるベローズを
具備する半導体モジュールにおいて。
前記冷却板の少なくとも一部を前記配線基板に直接固着
したことにある。
したことにある。
このように冷却板と配線基板とを直接固着することによ
って、ベローズの変形に伴う応力は配線基板と半導体素
子と゛の半田接合部に殆どかからずに、配線基板と半導
体素子との固着部にかかるようになる。このため半導体
素子と配線基板との半出接合部の疲労寿命が低下するの
を抑制できる。
って、ベローズの変形に伴う応力は配線基板と半導体素
子と゛の半田接合部に殆どかからずに、配線基板と半導
体素子との固着部にかかるようになる。このため半導体
素子と配線基板との半出接合部の疲労寿命が低下するの
を抑制できる。
冷却板は第１〜３図に示すように、半導体素子毎に個別
に設けられていてもよいし、又、複数たとえば二つの或
は三つの半導体素子ごとに一つの冷却板を設けてもよい
。
に設けられていてもよいし、又、複数たとえば二つの或
は三つの半導体素子ごとに一つの冷却板を設けてもよい
。
冷却板と半導体素子とは、半田によって接合することが
好ましい。半田は熱伝導性がすぐれており、このため半
田厚さを薄くして、半導体素子の冷却効果を高めること
ができる。
好ましい。半田は熱伝導性がすぐれており、このため半
田厚さを薄くして、半導体素子の冷却効果を高めること
ができる。
配線基板上に搭載される半導体素子は、第１〜３図に示
すように配線基板と直接、半田で接合してもよいし、半
導体素子をチップキャリアに収納しチップキャリアの外
部へ半導体素子に接続されたリードを出して、そのリー
ドと配線基板を半田接合してもよい、半導体素子をチッ
プキャリアに収納したものの例が特開昭５８−４３５５
３号公報に示されており１本発明においてもこのように
構成することができる。
すように配線基板と直接、半田で接合してもよいし、半
導体素子をチップキャリアに収納しチップキャリアの外
部へ半導体素子に接続されたリードを出して、そのリー
ドと配線基板を半田接合してもよい、半導体素子をチッ
プキャリアに収納したものの例が特開昭５８−４３５５
３号公報に示されており１本発明においてもこのように
構成することができる。
ベローズの製造方法としては、たとえば特開昭６１−２
２０３５９号公報に記載の方法を適用することができる
。
２０３５９号公報に記載の方法を適用することができる
。
冷却板を配線基板へ固着する方法としては、第１〜２図
に示すように、冷却板にスカートをはかせて、そのスカ
ートを配線基板と半田等で接合してもよいし、或は第３
図に示すように冷却板固着部材を配線基板上に別途取り
付けて、それに冷却板を接合してもよい。
に示すように、冷却板にスカートをはかせて、そのスカ
ートを配線基板と半田等で接合してもよいし、或は第３
図に示すように冷却板固着部材を配線基板上に別途取り
付けて、それに冷却板を接合してもよい。
ベローズは、第１〜２図に示すように、一つの冷却板に
二個ずつ取り付けて、一方をハウジングから冷却板へ冷
却媒体を流す流路とし、他方を冷却板からハウジングへ
冷却媒体を戻す流路としてもよい。或は第３図に示すよ
うにベローズを冷却板ごとに一個だけ設けてもよい。−
個のベローズ内を二つの流路に仕切り、第１〜２図と同
様に冷却媒体に連続的な流れを付与させてもよい。
二個ずつ取り付けて、一方をハウジングから冷却板へ冷
却媒体を流す流路とし、他方を冷却板からハウジングへ
冷却媒体を戻す流路としてもよい。或は第３図に示すよ
うにベローズを冷却板ごとに一個だけ設けてもよい。−
個のベローズ内を二つの流路に仕切り、第１〜２図と同
様に冷却媒体に連続的な流れを付与させてもよい。
半導体素子としては、たとえばＬＳＩ（ラージ・スケー
ル・インテグレーション）チップを用いることができる
。以下では、ＬＳＩチップを用いた場合を例にとって説
明する。
ル・インテグレーション）チップを用いることができる
。以下では、ＬＳＩチップを用いた場合を例にとって説
明する。
冷却媒体としては、水等の液体及び気体を用いることか
できるが、これらのうちでは液体を用いることが好まし
い。
できるが、これらのうちでは液体を用いることが好まし
い。
本発明においては、各ＬＳＩチップに対応した冷却板が
配線基板に機械的あるいは半田接合により取付けられて
おり、取付部が破損しない限り冷却板に外力が加わった
場合でも基板に対する相対変位すなわちずれが生じるこ
とがない。このことにより、ＬＳＩチップ背面すなわち
配線基板と接合されていない側の表面が半田等で冷却板
に固着された状況下で、配線基板とハウジングの間で温
度差あるいは熱膨張差に伴う熱歪が発生した場合でも、
ベローズの変形によって歪を吸収でき、その時発生する
応力は冷却板と基板との取付部で支えることになるため
、ＬＳＩチップと配線基板間の半田接続部に外力が加わ
らず損傷あるいは熱疲労寿命の低下を招く恐れがない。
配線基板に機械的あるいは半田接合により取付けられて
おり、取付部が破損しない限り冷却板に外力が加わった
場合でも基板に対する相対変位すなわちずれが生じるこ
とがない。このことにより、ＬＳＩチップ背面すなわち
配線基板と接合されていない側の表面が半田等で冷却板
に固着された状況下で、配線基板とハウジングの間で温
度差あるいは熱膨張差に伴う熱歪が発生した場合でも、
ベローズの変形によって歪を吸収でき、その時発生する
応力は冷却板と基板との取付部で支えることになるため
、ＬＳＩチップと配線基板間の半田接続部に外力が加わ
らず損傷あるいは熱疲労寿命の低下を招く恐れがない。
同時に、冷却板とＬＳＩチップが金属的に結合されてい
るため、冷却性能としては熱抵抗が０．５℃／Ｗ以下の
高効率冷却が可能である。
るため、冷却性能としては熱抵抗が０．５℃／Ｗ以下の
高効率冷却が可能である。
また本発明では、冷却板の下部にスカートを取り付けて
キャップ形状として、基板と冷却板によってＬＳＩチッ
プを気密に封止する構造を一案として提示している。こ
のことにより、もし万一薄肉のベローズ部などから腐食
あるいは破損によって水洩れが生じた場合でも、冷却水
が直接ＬＳＩチップに接触することがなく、ＬＳＩチッ
プを損傷することがない。また、気密封止内部をＨｅ等
の不活性ガスで完全に置換することによりＬＳＩ配線や
半田接続部の腐食損傷を防ぐことができ、半導体モジュ
ールとしての信頼性を著しく向上できる。
キャップ形状として、基板と冷却板によってＬＳＩチッ
プを気密に封止する構造を一案として提示している。こ
のことにより、もし万一薄肉のベローズ部などから腐食
あるいは破損によって水洩れが生じた場合でも、冷却水
が直接ＬＳＩチップに接触することがなく、ＬＳＩチッ
プを損傷することがない。また、気密封止内部をＨｅ等
の不活性ガスで完全に置換することによりＬＳＩ配線や
半田接続部の腐食損傷を防ぐことができ、半導体モジュ
ールとしての信頼性を著しく向上できる。
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１図は、ＬＳＩチップ毎に冷却板を設け、その冷却板
にスカートを取り付けて配線基板と接合した例を示して
いる。第１図において、冷却水１３の循環路を具備した
ハウジング１には、個々のＬＳＩチップ９に対応した冷
却素子６８が設けられている。冷却素子６８は、冷却板
６とそれに冷媒を供給排出するための２ケの金属ベロー
ズ２を効率良く冷媒に伝達する冷却フィン４及び冷媒を
封じるキャップ３とを有する。
にスカートを取り付けて配線基板と接合した例を示して
いる。第１図において、冷却水１３の循環路を具備した
ハウジング１には、個々のＬＳＩチップ９に対応した冷
却素子６８が設けられている。冷却素子６８は、冷却板
６とそれに冷媒を供給排出するための２ケの金属ベロー
ズ２を効率良く冷媒に伝達する冷却フィン４及び冷媒を
封じるキャップ３とを有する。
符号５はスカートであり、一端が冷却板と固定され、他
方が配線基板と半田１１で接合されている。ハウジング
、ベローズ、キャップは高耐食性を有する金属たとえば
ＳＵＳ、Ｔｉ及びＴｉ合金。
方が配線基板と半田１１で接合されている。ハウジング
、ベローズ、キャップは高耐食性を有する金属たとえば
ＳＵＳ、Ｔｉ及びＴｉ合金。
Ｎｉ及びＮｉ合金などの金属で構成することが好ましい
、冷却フィン４は熱伝導率に優れた金属Ｃｕ ｖ Ｎ
ｉ＋ Ａ ｇ等あるいはセラミックＡＱＮ。
、冷却フィン４は熱伝導率に優れた金属Ｃｕ ｖ Ｎ
ｉ＋ Ａ ｇ等あるいはセラミックＡＱＮ。
Ｓ ｉＣ，Ａ ｌ１ｚｏｓ等で構成することが好ましい
。
。
またスカート５は配線基板と熱膨張率が同じになるよう
にＦｅ−Ｎｉ系合金あるいは基板材と同じセラミック材
で構成することが好ましい、各部品間の接合は拡散接合
とＡｇろう、ＮｉろうｇＡｕろうなどの高融点ろう接が
行われている。ＬＳＩチップの背面は、高温酸化で５ｉ
Ｏｚよりなる絶縁膜が形成された上にＣｒ−Ｎｉ−Ａｕ
のメタライズが施され、メタライズ層８を介して低融点
半田７で冷却フィン４に接合されている。配線基板とス
カートはメタライズ層を介して上記と同じ低融点半田１
１で気密接合されている。低融点半田としてはＰｂ−８
ｎ −Ｉｎ合金などを用いることができる。また、ＬＳ
Ｉチップのある空間６７には、Ｈｅが充填されている。
にＦｅ−Ｎｉ系合金あるいは基板材と同じセラミック材
で構成することが好ましい、各部品間の接合は拡散接合
とＡｇろう、ＮｉろうｇＡｕろうなどの高融点ろう接が
行われている。ＬＳＩチップの背面は、高温酸化で５ｉ
Ｏｚよりなる絶縁膜が形成された上にＣｒ−Ｎｉ−Ａｕ
のメタライズが施され、メタライズ層８を介して低融点
半田７で冷却フィン４に接合されている。配線基板とス
カートはメタライズ層を介して上記と同じ低融点半田１
１で気密接合されている。低融点半田としてはＰｂ−８
ｎ −Ｉｎ合金などを用いることができる。また、ＬＳ
Ｉチップのある空間６７には、Ｈｅが充填されている。
本実施例によれば、ＬＳＩチップと冷却フィンが低融点
半田によって金屑的に結合されているので熱伝導率が高
く冷却性能に優れ、かつ冷却板が配線基板に半田固着さ
れているため基板とハウジングの間で熱等に起因するず
れが生じた場合でもベローズの変形に伴う応力が半田接
合部１０に殆どかからず半田接合部の疲労寿命を低下さ
せることがない、さらに、ＬＳＩチップがＨｅ ｆｉ囲
気下で完全に気密封止されているので、冷却素子の接合
部やベローズ部から水洩れが発生してもＬＳＩチップが
損傷することがなく、またチップ配線や半田接合部が湿
・気によって腐食損傷することがない。従って、半導体
装置としての信頼性を高めることができる。
半田によって金屑的に結合されているので熱伝導率が高
く冷却性能に優れ、かつ冷却板が配線基板に半田固着さ
れているため基板とハウジングの間で熱等に起因するず
れが生じた場合でもベローズの変形に伴う応力が半田接
合部１０に殆どかからず半田接合部の疲労寿命を低下さ
せることがない、さらに、ＬＳＩチップがＨｅ ｆｉ囲
気下で完全に気密封止されているので、冷却素子の接合
部やベローズ部から水洩れが発生してもＬＳＩチップが
損傷することがなく、またチップ配線や半田接合部が湿
・気によって腐食損傷することがない。従って、半導体
装置としての信頼性を高めることができる。
第２図は１本発明の他の実施例を示す半導体モジュール
の断面図である。第２図において、ハウジング１から冷
却板６までは第１図の実施例と同じ構成になっている。
の断面図である。第２図において、ハウジング１から冷
却板６までは第１図の実施例と同じ構成になっている。
スカート５は配線基板１２と同じムライトセラミック材
で構成され、冷却フィン４にＡｇろう付１９されている
。Ｎｉ製の冷却フィン４とＬＳＩチップ９は５ｉｆｔ酸
化膜の上に形成されたメタライズ層８を介して融点９０
〜１５０℃のＰｂ５ｎ−Ｉｎ系半田７で接合されている
。配線基板１２は冷却板６の寸法に合せてチップ搭載部
が凹型に窪んでおり、窪みの側面とスカート５の側面が
そこに形成されたメタライズ層２３と２５を介して半田
１１で接合され、気密に封止されている。封正に用いら
れている低融点半田１１は、上記低融点半田７よりわず
かに融点の低い組成のものを用いている。半田接合部１
０の半田は融点２８０℃の９５Ｐｂ−５３ｎ半田である
。
で構成され、冷却フィン４にＡｇろう付１９されている
。Ｎｉ製の冷却フィン４とＬＳＩチップ９は５ｉｆｔ酸
化膜の上に形成されたメタライズ層８を介して融点９０
〜１５０℃のＰｂ５ｎ−Ｉｎ系半田７で接合されている
。配線基板１２は冷却板６の寸法に合せてチップ搭載部
が凹型に窪んでおり、窪みの側面とスカート５の側面が
そこに形成されたメタライズ層２３と２５を介して半田
１１で接合され、気密に封止されている。封正に用いら
れている低融点半田１１は、上記低融点半田７よりわず
かに融点の低い組成のものを用いている。半田接合部１
０の半田は融点２８０℃の９５Ｐｂ−５３ｎ半田である
。
本実施例によれば、第１図の実施例と同様に。
ＬＳＩチップの冷却性能、半田接合部１０の彼方寿命、
ＬＳＩチップの信頼性向上に大きな効果がある。
ＬＳＩチップの信頼性向上に大きな効果がある。
第３図は、本発明の更に他の実施例で、配線基板上に冷
却板固着部材３８を取り付け、それと冷却板とを半田３
４で接合した例を示している。なお、この実施例では金
属ベローズ２をハウジング１に接続するに当たって、金
属ベローズをフラン。
却板固着部材３８を取り付け、それと冷却板とを半田３
４で接合した例を示している。なお、この実施例では金
属ベローズ２をハウジング１に接続するに当たって、金
属ベローズをフラン。
ジ３１に接続し、このフランジ３１とハウジング１との
間にＯリング３０を設けている。金属ベローズは、その
ばね作用によって、ハウジングと冷却板との間に保持さ
れている。
間にＯリング３０を設けている。金属ベローズは、その
ばね作用によって、ハウジングと冷却板との間に保持さ
れている。
冷却板固着部材３８は、第４図に示すように配線基板と
同じ材料のセラミック板を打抜いて作られている。
同じ材料のセラミック板を打抜いて作られている。
本実施例によれば、冷却板の形状を単純化することがで
きる。又、冷却板固着部材３８も容易に作製できるよう
になり、半導体モジュールの組立を第２図に示す場合に
くらべて簡易化できる。
きる。又、冷却板固着部材３８も容易に作製できるよう
になり、半導体モジュールの組立を第２図に示す場合に
くらべて簡易化できる。
第５図及び第６図は、従来のＬＳＩチップを個別に冷却
する型の半導体モジュールを示している。
する型の半導体モジュールを示している。
第５図において４９は熱伝導グリース、５１はリード、
５２はボンディングワイヤ、５３はチップキャリア（パ
ッケージ）、５４は半田接合部を示している。第５図の
構造においては、冷却水がＬＳＩチップの近傍まで送ら
れているため伝熱径路が短く、伝熱径路の途中に空間が
ないため冷却性能は冷却フィン等を用いて熱伝導のみに
よって冷却する型式に比べると大きく向上している。ま
た、配線基板１２とハウジング１の間の温度差あるいは
熱膨張差に起因する熱歪に対してはベローズ２及び熱伝
導グリース４９の働きによって垂直及び水平方向の変位
を吸収できるため、パッケージと配線基板間の半田接合
部の熱疲労寿命が低下しにくい構造と云える。
５２はボンディングワイヤ、５３はチップキャリア（パ
ッケージ）、５４は半田接合部を示している。第５図の
構造においては、冷却水がＬＳＩチップの近傍まで送ら
れているため伝熱径路が短く、伝熱径路の途中に空間が
ないため冷却性能は冷却フィン等を用いて熱伝導のみに
よって冷却する型式に比べると大きく向上している。ま
た、配線基板１２とハウジング１の間の温度差あるいは
熱膨張差に起因する熱歪に対してはベローズ２及び熱伝
導グリース４９の働きによって垂直及び水平方向の変位
を吸収できるため、パッケージと配線基板間の半田接合
部の熱疲労寿命が低下しにくい構造と云える。
しかし５反面、ＬＳＩチップから冷却水までの伝熱径路
に、応力０での可変形性を持たせる目的で熱伝導率が金
属と比べて１桁以上悪いグリースを用いており、またグ
リースの厚みをその表面張力のため数十μｍ以下にする
ことが困這であるため、冷却性能を熱抵抗１℃／Ｗ以下
に向上させることが困難である。このため、将来１チッ
プ当りの発熱量が４０Ｗを超えるＬＳＩチップが用いら
れるようになった場合、この冷却構造では対応できなく
なるという問題が生じる。
に、応力０での可変形性を持たせる目的で熱伝導率が金
属と比べて１桁以上悪いグリースを用いており、またグ
リースの厚みをその表面張力のため数十μｍ以下にする
ことが困這であるため、冷却性能を熱抵抗１℃／Ｗ以下
に向上させることが困難である。このため、将来１チッ
プ当りの発熱量が４０Ｗを超えるＬＳＩチップが用いら
れるようになった場合、この冷却構造では対応できなく
なるという問題が生じる。
第６図は特開昭６１−２２０３５９号に開示された半導
体チップ個別冷却型式である。第６図において、６１は
低融点半田接合部、６６も半田接合部を示している。第
６図に示す構造では、冷却水からＬＳＩチップ９までの
距離がさらに短くかつ伝熱路が熱伝導性の良い金属ある
いはセラミックで構成されているため、冷却性能は第５
図の構造に比べ著しく改善され、熱抵抗で０．５℃／Ｗ
以下の良好な結果が得られる。しかし第６図の構造では
、冷却板６から配線基板１２まで半田接合で固着されて
いるため、ハウ、ジング１と配線基板１２間の熱歪をす
べてベローズ２で吸収しなければならなくなっている。
体チップ個別冷却型式である。第６図において、６１は
低融点半田接合部、６６も半田接合部を示している。第
６図に示す構造では、冷却水からＬＳＩチップ９までの
距離がさらに短くかつ伝熱路が熱伝導性の良い金属ある
いはセラミックで構成されているため、冷却性能は第５
図の構造に比べ著しく改善され、熱抵抗で０．５℃／Ｗ
以下の良好な結果が得られる。しかし第６図の構造では
、冷却板６から配線基板１２まで半田接合で固着されて
いるため、ハウ、ジング１と配線基板１２間の熱歪をす
べてベローズ２で吸収しなければならなくなっている。
又、ＬＳＩチップ゛が配線基板とハウジング側の冷却体
に半田によってリジッドに接合されているため、配線基
板とハウジングの間に熱歪によるずれが生じた場合、そ
の変位はベローズの変形で吸収されるものの、そのとき
発生する応力は直接配線基板とＬＳＩチップの半田接合
部に加わることになる。
に半田によってリジッドに接合されているため、配線基
板とハウジングの間に熱歪によるずれが生じた場合、そ
の変位はベローズの変形で吸収されるものの、そのとき
発生する応力は直接配線基板とＬＳＩチップの半田接合
部に加わることになる。
このようなことから、ＬＳＩチップと配線基板との半田
接合部１０の疲労寿命が低下しやすい。
接合部１０の疲労寿命が低下しやすい。
以上詳述したように、本発明によれば配線基板とハウジ
ングのずれにより発生する応力が半導体素子と配線基板
との半田接合部にかかるのを低減し、該半田接合部の疲
労寿命の低下を抑制することができる。
ングのずれにより発生する応力が半導体素子と配線基板
との半田接合部にかかるのを低減し、該半田接合部の疲
労寿命の低下を抑制することができる。
又、冷却板の周囲を配線基板に接合し、半導体素子を気
密封止することによって、湿気や水洩れ事故等によって
損傷することがなく、信頼性の向上が期待できるという
効果も得られる。
密封止することによって、湿気や水洩れ事故等によって
損傷することがなく、信頼性の向上が期待できるという
効果も得られる。
第１図は本発明の一実施例を示す半導体モジュールの断
面図、第２図は本発明の他の実施例を示す半導体モジュ
ールの断面図、第３歯は本発明の更に他の実施例を示す
半導体モジュールの断面図、第４図は第３図における冷
却板固着部材の平断面図、第５図は従来例を示す半導体
モジュールの断面図、第６図は同じ〈従来例を示す半導
体モジュールの断面図である。
面図、第２図は本発明の他の実施例を示す半導体モジュ
ールの断面図、第３歯は本発明の更に他の実施例を示す
半導体モジュールの断面図、第４図は第３図における冷
却板固着部材の平断面図、第５図は従来例を示す半導体
モジュールの断面図、第６図は同じ〈従来例を示す半導
体モジュールの断面図である。
Claims (18)
- １．配線基板上に搭載された複数の半導体素子。 該半導体素子に接合され、冷却媒体が接触することによ
つて冷却される冷却板、該冷却板へ接触させる冷却媒体
の流路を有するハウジング、及び該ハウジングと前記冷
却板との間を連結し該ハウジング内の冷却媒体を前記冷
却板へ接触させるベローズを具備する半導体モジュール
において、前記冷却板の少なくとも一部が前記配線基板
に直接固着されていることを特徴とする半導体モジュー
ル。 - ２．配線基板上に搭載された複数の半導体素子をハウジ
ングで気密封止した構造の半導体モジュールであつて、
前記半導体素子に冷却板が接合され、前記ハウジングに
冷却媒体流路が具備され、前記ハウジングと前記冷却板
との間がベローズで連結され、それによつて前記ハウジ
ング内を流れる冷却媒体が前記冷却板に接触するように
なつているものにおいて、前記冷却板の少なくとも一部
が前記配線基板に直接固着されていることを特徴とする
半導体モジュール。 - ３．特許請求の範囲第２項において、前記半導体素子が
前記配線基板と直接半田によつて接合されていることを
特徴とする半導体モジュール。 - ４．特許請求の範囲第２項において、前記半導体素子が
ＬＳＩチップよりなることを特徴とする半導体モジュー
ル。 - ５．特許請求の範囲第４項において、複数の前記ＬＳＩ
チップの夫々がチップキャリア内に収納されており、該
ＬＳＩチップに接続されたリードがチップキャリアの外
部へ引き出されて前記配線基板と半田接合されているこ
とを特徴とする半導体モジュール。 - ６．特許請求の範囲第２項において、前記ハウジングで
気密封止された前記半導体チップの周囲の空間に不活性
ガスが充填されていることを特徴とする半導体モジュー
ル。 - ７．特許請求の範囲第６項において、前記不活性ガスが
ヘリウムガスよりなることを特徴とする半導体モジュー
ル。 - ８．配線基板上に搭載された複数の半導体素子をハウジ
ングで気密封止した構造の半導体モジュールであつて、
前記半導体素子に冷却板が接合され、前記ハウジングに
冷却媒体流路が具備され、前記ハウジングと前記冷却板
との間がベローズで連結されており且つ該ベローズに前
記ハウジング内を流れる冷却媒体を前記冷却板へ向けて
流す流路と前記冷却板から前記ハウジングに向けて流す
流路とが備えられ、これらの流路によつて前記ハウジン
グ内を流れる冷却媒体が前記冷却板に接触したのち再び
前記ハウジング内に戻るようになつているものにおいて
、前記冷却板の少なくとも一部が前記配線基板に直接固
着されていることを特徴とする半導体モジュール。 - ９．配線基板上に搭載された複数の半導体素子，該半導
体素子と接合され、冷却媒体が接触することによつて冷
却される冷却板，該冷却板へ接触させる冷却媒体の流路
を有するハウジング、及び該ハウジングと前記冷却板と
の間を連結し該ハウジング内の冷却媒体を前記冷却板へ
接触させるベローズを具備する半導体モジュールにおい
て、前記冷却板を複数個有し且つ前記半導体素子のうち
の複数個が一つの冷却板と接合されており、該冷却板の
少なくとも一部が前記配線基板に直接固着されているこ
とを特徴とする半導体モジュール。 - １０．配線基板上に搭載された複数の半導体素子，該半
導体素子と接合され、冷却媒体が接触することによつて
冷却される冷却板，該冷却板へ接触させる冷却媒体の流
路を有するハウジング、及び該ハウジングと前記冷却板
との間を連結し該ハウジング内の冷却媒体を前記冷却板
へ接触させるベローズを具備する半導体モジュールにお
いて、前記冷却板の端部にスカートを有し、該スカート
を前記配線基板と接合したことを特徴とする半導体モジ
ュール。 - １１．特許請求の範囲第１０項において、前記冷却板の
全周にスカートが設けられ、該スカートによつて前記半
導体素子が気密封止されていることを特徴とする半導体
モジュール。 - １２．特許請求の範囲第１１項において、前記冷却板と
前記スカートによつて気密封止された前記半導体素子の
周囲の空間に不活性ガスが充填されていることを特徴と
する半導体モジュール。 - １３．特許請求の範囲第１０項において、前記配線基板
にくぼみを有し、該くぼみに前記スカートの端部が挿入
されて半田接合されていることを特徴とする半導体モジ
ュール。 - １４．配線基板上に搭載された複数の半導体素子，該半
導体素子と接合され、冷却媒体が接触することによつて
冷却される冷却板，該冷却板へ接触させる冷却媒体の流
路を有するハウジング、及び該ハウジングと前記冷却板
との間を連結し該ハウジング内の冷却媒体を前記冷却板
へ接触させるベローズを具備する半導体モジュールにお
いて、前記配線基板上に冷却板固着部材を有し、該冷却
板固着部材と前記冷却板とが直接接合されていることを
特徴とする半導体モジユール。 - １５．特許請求の範囲第１４項において、前記冷却板固
着部材を複数の前記半導体素子間に具備したことを特徴
とする半導体モジュール。 - １６．配線基板と該基板上に搭載された複数の半導体素
子とを具備する半導体モジュールの冷却装置であつて、
前記半導体素子を冷却する冷却板が該素子上に半田接合
され、該冷却板に冷却媒体流路を有するベローズの一方
の開口端が固定され、該ベローズの他方の開口端が冷却
媒体流路を備えたハウジングに固定されているものにお
いて、前記冷却板の少なくとも一部が前記配線基板に直
接固着されていることを特徴とする半導体モジュールの
冷却装置。 - １７．特許請求の範囲第１６項において、前記ハウジン
グと前記配線基板とが接合されており、それによつて複
数の前記半導体素子が気密封止されていることを特徴と
する半導体モジュールの冷却装置。 - １８．特許請求の範囲第１６項において、前記半導体素
子の各々毎に前記冷却板が具備され、該冷却板の周縁が
前記配線基板と直接固着され、それによつて前記半導体
素子の各々が気密封止されていることを特徴とする半導
体モジュールの冷却装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62283318A JPH0680757B2 (ja) | 1987-11-11 | 1987-11-11 | 半導体モジュール |
| KR1019880013523A KR890007419A (ko) | 1987-10-21 | 1988-10-17 | 반도체모듈 및 그 냉각장치 |
| US07/258,609 US4996589A (en) | 1987-10-21 | 1988-10-17 | Semiconductor module and cooling device of the same |
| DE3835767A DE3835767A1 (de) | 1987-10-21 | 1988-10-20 | Kuehlvorrichtung fuer halbleitermodul |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62283318A JPH0680757B2 (ja) | 1987-11-11 | 1987-11-11 | 半導体モジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01125962A true JPH01125962A (ja) | 1989-05-18 |
| JPH0680757B2 JPH0680757B2 (ja) | 1994-10-12 |
Family
ID=17663910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62283318A Expired - Lifetime JPH0680757B2 (ja) | 1987-10-21 | 1987-11-11 | 半導体モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0680757B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0317696U (ja) * | 1989-06-30 | 1991-02-21 | ||
| JP2011231990A (ja) * | 2010-04-28 | 2011-11-17 | Yokogawa Electric Corp | 水冷式コールドプレートの製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60160150A (ja) * | 1984-01-26 | 1985-08-21 | Fujitsu Ltd | 集積回路の冷却装置 |
-
1987
- 1987-11-11 JP JP62283318A patent/JPH0680757B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60160150A (ja) * | 1984-01-26 | 1985-08-21 | Fujitsu Ltd | 集積回路の冷却装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0317696U (ja) * | 1989-06-30 | 1991-02-21 | ||
| JP2011231990A (ja) * | 2010-04-28 | 2011-11-17 | Yokogawa Electric Corp | 水冷式コールドプレートの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0680757B2 (ja) | 1994-10-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4034469A (en) | Method of making conduction-cooled circuit package | |
| US4034468A (en) | Method for making conduction-cooled circuit package | |
| JP2926537B2 (ja) | マルチチップモジュ−ルの冷却装置 | |
| JP2724033B2 (ja) | 半導体モジユール | |
| US4993482A (en) | Coiled spring heat transfer element | |
| US5981310A (en) | Multi-chip heat-sink cap assembly | |
| EP0488641A1 (en) | Package for a semiconductor element or semiconductor elements | |
| US4996589A (en) | Semiconductor module and cooling device of the same | |
| US20100142150A1 (en) | Cooling apparatus with cold plate formed in situ on a surface to be cooled | |
| JPH0786471A (ja) | 半導体モジュ−ル | |
| JPH0566025B2 (ja) | ||
| JPH07170098A (ja) | 電子部品の実装構造および実装方法 | |
| JPH0541471A (ja) | 半導体集積回路装置 | |
| JP2001284513A (ja) | パワー半導体装置 | |
| US5844311A (en) | Multichip module with heat sink and attachment means | |
| JPH01125962A (ja) | 半導体モジュール | |
| JPS60257156A (ja) | 熱伝導冷却モジユ−ル装置 | |
| JPS61279157A (ja) | 半導体装置の冷却装置 | |
| JPH08148647A (ja) | 半導体装置 | |
| JPH0815189B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JPH11214576A (ja) | 半導体チップ搭載用パッケージ | |
| JPH04122054A (ja) | 半導体装置 | |
| JPS6251498B2 (ja) | ||
| JPS63224242A (ja) | 熱伝達装置 | |
| JPH0574985A (ja) | 半導体素子の実装構造 |