JPH02155258A - 噴流冷却半導体装置 - Google Patents
噴流冷却半導体装置Info
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- JPH02155258A JPH02155258A JP63309136A JP30913688A JPH02155258A JP H02155258 A JPH02155258 A JP H02155258A JP 63309136 A JP63309136 A JP 63309136A JP 30913688 A JP30913688 A JP 30913688A JP H02155258 A JPH02155258 A JP H02155258A
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- chips
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- 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
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/151—Die mounting substrate
- H01L2924/1515—Shape
- H01L2924/15151—Shape the die mounting substrate comprising an aperture, e.g. for underfilling, outgassing, window type wire connections
Landscapes
- 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】
〔概要〕
発熱量の大きい半導体チップを搭載した噴流冷却半導体
装置の構造に関し。
装置の構造に関し。
チップ中央部と周辺部との熱伝達効率の差を低減し、チ
ップ内の温度むらの発生を抑制して冷却効率の向上を目
的とし。
ップ内の温度むらの発生を抑制して冷却効率の向上を目
的とし。
チップの搭載位置に冷媒液体の排出孔を有する基底部及
びチップ搭載側において該基底部の周囲に設けられた壁
を有するチップキャリアと、該チップキャリアに該基底
部より浮かして搭載されたチップと、該冷媒液体が該チ
ップに吹きつけられ。
びチップ搭載側において該基底部の周囲に設けられた壁
を有するチップキャリアと、該チップキャリアに該基底
部より浮かして搭載されたチップと、該冷媒液体が該チ
ップに吹きつけられ。
該壁により該チップの両面を通過する流路を形成して該
排出孔より排出される手段とを有するように構成する。
排出孔より排出される手段とを有するように構成する。
本発明は発熱量の大きい半導体チップを搭載した噴流冷
却半導体装置の構造に関する。
却半導体装置の構造に関する。
この半導体装置は、冷媒液体の噴流により冷却されるＶ
ＬＳＩチップを高密度に実装した回路基板に適用できる
。
ＬＳＩチップを高密度に実装した回路基板に適用できる
。
大型汎用コンピュータやスーパコンピュータに使用され
る半導体素子は高速化に伴う消費電力の増大は著しく、
又、素子の高速性能を生かすための高密度実装により９
回路基板の発熱密度の上昇は止まるところを知らない。
る半導体素子は高速化に伴う消費電力の増大は著しく、
又、素子の高速性能を生かすための高密度実装により９
回路基板の発熱密度の上昇は止まるところを知らない。
このために１強制対流沸騰冷却の一種である噴流冷却の
ような高効率の冷却方法を適用して、冷却能力の大幅な
増大を行う必要がある。
ような高効率の冷却方法を適用して、冷却能力の大幅な
増大を行う必要がある。
〔従来の技術］
従来の噴流冷却を適用した半導体装置は、基板に高密度
に搭載したチップにノズルから冷媒液体を噴出して冷却
するものであるが、冷媒液体はチップ中央部に垂直に当
たって、撥ね返るような流れをとっていた。
に搭載したチップにノズルから冷媒液体を噴出して冷却
するものであるが、冷媒液体はチップ中央部に垂直に当
たって、撥ね返るような流れをとっていた。
このため、チップ中央部では冷媒液体が強く当たって熱
交換効率が高いが、チップの周辺部では流れが停滞して
熱交換効率が低く、チップ中央部と周辺部との熱伝達効
率の差からチップに温度むらが生ずる欠点があった。
交換効率が高いが、チップの周辺部では流れが停滞して
熱交換効率が低く、チップ中央部と周辺部との熱伝達効
率の差からチップに温度むらが生ずる欠点があった。
又、フリップチップ実装のように、チップを微細なはん
だバンプを介して、基板から浮かせて接合する場合には
１回路基板に対してチップの裏面からしか熱交換できな
いため冷却能力の点で不利であった。
だバンプを介して、基板から浮かせて接合する場合には
１回路基板に対してチップの裏面からしか熱交換できな
いため冷却能力の点で不利であった。
本発明は、従来の噴流冷却を適用した場合に生ずるチッ
プ中央部と周辺部との熱伝達効率の差を低減し、チップ
内の温度むらの発生を抑制して冷却効率の向上を目的と
する。
プ中央部と周辺部との熱伝達効率の差を低減し、チップ
内の温度むらの発生を抑制して冷却効率の向上を目的と
する。
更に、フリップチップ実装のように基板と隙間のある接
合を行ったチップについては、チップの両面からの冷却
を可能にして、冷却効率の向上をはかる。
合を行ったチップについては、チップの両面からの冷却
を可能にして、冷却効率の向上をはかる。
上記課題の解決は、チップの搭載位置に冷媒液体の排出
孔を有する基底部及びチップ搭載側において該基底部の
周囲に設けられた壁を有するチップキャリアと、該チッ
プキャリアに該基底部より浮かして搭載されたチップと
、該冷媒液体が該チップに吹きつけられ、該壁により該
チップの両面を通過する流路を形成して該排出孔より排
出される手段とを有する噴流冷却半導体装置により達成
される。
孔を有する基底部及びチップ搭載側において該基底部の
周囲に設けられた壁を有するチップキャリアと、該チッ
プキャリアに該基底部より浮かして搭載されたチップと
、該冷媒液体が該チップに吹きつけられ、該壁により該
チップの両面を通過する流路を形成して該排出孔より排
出される手段とを有する噴流冷却半導体装置により達成
される。
〔作用］
第１図は本発明の原理図で、チップをフリップチップ接
合により搭載したチップキャリアの断面図である。
合により搭載したチップキャリアの断面図である。
本発明では、チップキャリア２は１表面にチップ１を載
せて接合する基底部２１と、搭載したチップの周囲にチ
ップ面に対して略垂直な壁２２とを有し、基底部２１の
裏面にははんだパン１６等と接続する接続ピン７Ａが埋
め込まれている。又、基底部２１のチップ搭載位置の略
中夫には冷媒液体の排出孔２３が開けられている。
せて接合する基底部２１と、搭載したチップの周囲にチ
ップ面に対して略垂直な壁２２とを有し、基底部２１の
裏面にははんだパン１６等と接続する接続ピン７Ａが埋
め込まれている。又、基底部２１のチップ搭載位置の略
中夫には冷媒液体の排出孔２３が開けられている。
チップキャリア２にはんだバンプ６を介してチップ１を
搭載して冷媒液体８を吹き付けると、冷媒液体の流れは
まずチップに当たって直角に折れ曲がり、更にチップキ
ャリアの周囲の壁に当たってチップと基板との間に回り
込む。冷媒液体がチップの両面を高速で対流することに
なるため、チップの中央部だけでなく１周辺部の熱交換
効率も向上し、チップ表面の熱交換が均一化する。
搭載して冷媒液体８を吹き付けると、冷媒液体の流れは
まずチップに当たって直角に折れ曲がり、更にチップキ
ャリアの周囲の壁に当たってチップと基板との間に回り
込む。冷媒液体がチップの両面を高速で対流することに
なるため、チップの中央部だけでなく１周辺部の熱交換
効率も向上し、チップ表面の熱交換が均一化する。
このように、フリップチップ実装の場合はチップと基底
部間に隙間があり、この隙間に面する発熱源であるチッ
プ表面に冷媒液体が循環するので冷却能力は向上する。
部間に隙間があり、この隙間に面する発熱源であるチッ
プ表面に冷媒液体が循環するので冷却能力は向上する。
［実施例〕
第２図は本発明の実装の一実施例を説明する断面図であ
る。
る。
図において、中央に直径２ｍｍφの孔を開けた１３ｍｍ
角、高さ６ｍｍのアルミナ類のチップキャリア２にＬＳ
Ｉチップ１をはんだバンプ６を介してフリップチップ接
合して搭載し、 １５０ｍｍ角の回路基板３に１０ Ｘ
１０個搭載した。
角、高さ６ｍｍのアルミナ類のチップキャリア２にＬＳ
Ｉチップ１をはんだバンプ６を介してフリップチップ接
合して搭載し、 １５０ｍｍ角の回路基板３に１０ Ｘ
１０個搭載した。
回路基板３の裏面には接続ビン７八等と接続するＩ１０
ビン７が埋め込まれている。
ビン７が埋め込まれている。
それぞれのチップ１に対応して冷媒液体を噴出させるた
めのノズル５を配置した冷却容器４にこの回路基板３を
封入して、それぞれのノズル５に熱交換器とポンプを介
して冷媒液体８を流速２ＩＴｌ／ｓで強制循環した。
めのノズル５を配置した冷却容器４にこの回路基板３を
封入して、それぞれのノズル５に熱交換器とポンプを介
して冷媒液体８を流速２ＩＴｌ／ｓで強制循環した。
ここで、冷媒液体は弗化炭素（Ｃ６Ｆ＋４等）を用いる
。
。
チップ１に電力を印加すると冷媒液体８は沸騰を始め、
チップｌは気化熱を奪われて冷却される。
チップｌは気化熱を奪われて冷却される。
冷媒液体はチップに当たって流れの向きを直角に変えて
チップと平行になり、さらにチップキャリア２の壁２２
に当たってチップと基板との間に回り込みチップの下側
に開けられた排出孔２３から基板３へ排出されチップキ
ャリアの外側を通って流路に戻る。
チップと平行になり、さらにチップキャリア２の壁２２
に当たってチップと基板との間に回り込みチップの下側
に開けられた排出孔２３から基板３へ排出されチップキ
ャリアの外側を通って流路に戻る。
従来例ではノズルから吹き付けた冷媒液体がチップ面で
溌ね返っていたため、チップの単位面積当たりの冷却能
力が６０ Ｗ／ｃｍｚであったものが１同一条件で実施
例では約２倍の１１０ Ｗ／ｃｍ”に向上した。
溌ね返っていたため、チップの単位面積当たりの冷却能
力が６０ Ｗ／ｃｍｚであったものが１同一条件で実施
例では約２倍の１１０ Ｗ／ｃｍ”に向上した。
実施例においてはチップと基板間に隙間のある実装例と
してフリップチップ実装について説明したが、上記隙間
のできるその他の実装の場合にも本発明は適用できる。
してフリップチップ実装について説明したが、上記隙間
のできるその他の実装の場合にも本発明は適用できる。
以上説明したように本発明によれば、従来の噴流冷却を
適用した場合に生ずるチップ中央部と周辺部間の温度む
らの発生を抑制して冷却効率を向上することができる。
適用した場合に生ずるチップ中央部と周辺部間の温度む
らの発生を抑制して冷却効率を向上することができる。
即ち、フリップチップ実装のように基板と隙間のある接
合を行ったチップについては、チップの両面からの冷却
を可能にして、冷却効率の向上をはかれる。
合を行ったチップについては、チップの両面からの冷却
を可能にして、冷却効率の向上をはかれる。
第１図は本発明の原理図で、チップをフリンブチソプ接
合により搭載したチップキャリアの断面図。 第２図は本発明の実装の一実施例を説明する断面図であ
る。 図において。 １はチップ。 ２はチップキャリア。 ２１はチップキャリアの基底部。 ２２はチップキャリアの周囲に設けられた壁。 ２３は基底部に設けられた冷媒液体の排出孔。 ３は回路基板。 ４は冷却容器。 ５はノズル ６ははんだバンプ。 ７はＩ１０ピン。 ８は冷媒液体
合により搭載したチップキャリアの断面図。 第２図は本発明の実装の一実施例を説明する断面図であ
る。 図において。 １はチップ。 ２はチップキャリア。 ２１はチップキャリアの基底部。 ２２はチップキャリアの周囲に設けられた壁。 ２３は基底部に設けられた冷媒液体の排出孔。 ３は回路基板。 ４は冷却容器。 ５はノズル ６ははんだバンプ。 ７はＩ１０ピン。 ８は冷媒液体
Claims (1)
- チップの搭載位置に冷媒液体の排出孔を有する基底部及
びチップ搭載側において該基底部の周囲に設けられた壁
を有するチップキャリアと、該チップキャリアに該基底
部より浮かして搭載されたチップと、該冷媒液体が該チ
ップに吹きつけられ、該壁により該チップの両面を通過
する流路を形成して該排出孔より排出される手段とを有
することを特徴する噴流冷却半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63309136A JP2658309B2 (ja) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | 噴流冷却半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63309136A JP2658309B2 (ja) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | 噴流冷却半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02155258A true JPH02155258A (ja) | 1990-06-14 |
| JP2658309B2 JP2658309B2 (ja) | 1997-09-30 |
Family
ID=17989333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63309136A Expired - Lifetime JP2658309B2 (ja) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | 噴流冷却半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2658309B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0480750A2 (en) * | 1990-10-11 | 1992-04-15 | Nec Corporation | Liquid cooling system for LSI packages |
| EP0516478A2 (en) * | 1991-05-30 | 1992-12-02 | Nec Corporation | Cooling structure for integrated circuits |
| DE4220732A1 (de) * | 1991-06-26 | 1993-01-14 | Hitachi Ltd | Halbleiterkuehleinrichtung |
| US5293754A (en) * | 1991-07-19 | 1994-03-15 | Nec Corporation | Liquid coolant circulating system |
| WO2009009516A2 (en) * | 2007-07-12 | 2009-01-15 | Honeywell International Inc. | Nano shower for chip-scale cooling |
-
1988
- 1988-12-07 JP JP63309136A patent/JP2658309B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0480750A2 (en) * | 1990-10-11 | 1992-04-15 | Nec Corporation | Liquid cooling system for LSI packages |
| US5522452A (en) * | 1990-10-11 | 1996-06-04 | Nec Corporation | Liquid cooling system for LSI packages |
| EP0817263A2 (en) * | 1990-10-11 | 1998-01-07 | Nec Corporation | Liquid cooling system for LSI packages |
| EP0817263A3 (en) * | 1990-10-11 | 1998-01-14 | Nec Corporation | Liquid cooling system for LSI packages |
| EP0516478A2 (en) * | 1991-05-30 | 1992-12-02 | Nec Corporation | Cooling structure for integrated circuits |
| EP0516478A3 (ja) * | 1991-05-30 | 1994-02-02 | Nec Corp | |
| DE4220732A1 (de) * | 1991-06-26 | 1993-01-14 | Hitachi Ltd | Halbleiterkuehleinrichtung |
| US5293754A (en) * | 1991-07-19 | 1994-03-15 | Nec Corporation | Liquid coolant circulating system |
| WO2009009516A2 (en) * | 2007-07-12 | 2009-01-15 | Honeywell International Inc. | Nano shower for chip-scale cooling |
| WO2009009516A3 (en) * | 2007-07-12 | 2009-03-26 | Honeywell Int Inc | Nano shower for chip-scale cooling |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2658309B2 (ja) | 1997-09-30 |
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