JPH03105955A - 半導体装置の放熱構造体 - Google Patents

半導体装置の放熱構造体

Info

Publication number
JPH03105955A
JPH03105955A JP1242188A JP24218889A JPH03105955A JP H03105955 A JPH03105955 A JP H03105955A JP 1242188 A JP1242188 A JP 1242188A JP 24218889 A JP24218889 A JP 24218889A JP H03105955 A JPH03105955 A JP H03105955A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat
lsi chip
heat dissipation
wiring board
semiconductor device
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.)
Pending
Application number
JP1242188A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazunori Ouchi
大内 和紀
Atsushi Morihara
淳 森原
Yoshio Naganuma
永沼 義男
Yasushi Sato
康司 佐藤
Hiroshi Yokoyama
宏 横山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP1242188A priority Critical patent/JPH03105955A/ja
Publication of JPH03105955A publication Critical patent/JPH03105955A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means 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
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means 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
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73253Bump and layer connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means 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
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151Die mounting substrate
    • H01L2924/153Connection portion
    • H01L2924/1531Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • H01L2924/15312Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a pin array, e.g. PGA

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、半導体装置より発生する熱を効率良く除去す
るための放熱構造体及びそれを用いた半導体実装構造に
関する。
〔従来の技術〕
近年、コンピュータにおいては、高速データ処理が要求
されるため、LSIチップの高集積化が進みチップ当り
の発熱量も飛躍的に増大してきた。
このため、従来は問題とされなかったLSIチップの過
剰な温度上昇が懸案され、この抑制がコンピュータにお
ける重要な技術課題となってきた。
LSIチップから発生した熱を放熱するために従来様々
の手段が行われてきている。
コンピュータシステムの放熱構造体に関する従来技術l
を第8図により説明する。配線基板工の中心付近にはL
SIチツプ6を収納できる大きさの貫通孔が形成されて
おり、その周辺部の下面にはLSIチップと結線するた
めの複数個の端子パッド2ならびに複数個の入出力ピン
3が形成されている。端子パッド2と入出力ピン3とは
配線基板1の表面あるいは内層を通して電気的接続が威
されている。配線基板ゴの上面には熱拡散板4が接着剤
5により一体的に固着されている。さらに、熱拡散板4
上にはフイン9が装着されている。
LSIチップ6は、配線基板の貫通孔と熱拡散板とで形
成する窓部の熱拡散板面上に直接接続され、貫通孔の周
囲下部のバツド2とLSIチップ端子とがボンデイング
ワイヤで電気的に接続され入出力ピンに結ばれる。した
がって、このLSIチップの発生する熱は直接熱拡散板
4に伝わり、さらにフイン9より効率よく放熱される。
第9図に示される従来技術2は、複数個のLSIチップ
6と、LSIチップ6を塔載した半導体取り付け用ブロ
ック12と、ヒートパイプJ1と、ヒートパイプ11か
らの熱を放出するフイン9によって構成される。これら
の構或を取ることにより、LSIチップ6からの発熱は
ヒートパイプ11により効率よくフ,イン9に伝えられ
、フイン9より大気中へ放出される。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術1は、熱拡散板によりLSIチップからの
発熱をフィンに伝え放熱を行っている。
しかし、従来技術1では熱拡散板として熱伝導率の大き
な材料を用いる必要があり、しかも良好に伝熱を行うた
めに十分な厚みを確保する必要がある。このため例えば
、従来技術1のように熱拡散板として銅モリブデンを用
いた場合熱拡散板が重くなり、実装構造体全体としても
重くなるという問題がある。また,配線基板、熱拡散板
、フィンにそれぞれ異なる材料を用いているため、実装
構造体の熱応力による破壊を防止するためそれぞれの材
料の線膨張係数を一致させる,あるいはそれぞれの部材
の固着部において応力を緩和させるなどの処置が必要と
なり装置を複雑化させるという問題があった。
また、上記従来技術2は熱拡散板の代わりにヒートパイ
プによってLSIチップからの発熱を放熱フィンに伝え
ている。しかし、ヒートパイプ、半導体取り付け用ブロ
ック、放熱フィンを別個に形成した後、それらを接続す
るために、装置が大型化するという問題がある。また、
それぞれの部材の接続部で熱抵抗が増大するという問題
があった。
本発明の目的は、小型軽量でかつ優れた放熱性能を持つ
半導体装置の放熱構造体を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、工個または複数個のLSIチップを塔載した
配線基板と.LSIチップから発生する熱を大気中に放
熱する放熱フィンとから成る半導体装置の放熱構造体に
おいて、前記配線基板のLSIチップ塔載面の反対面と
前記放熱フィンの底面との間に板状ヒートパイプを一体
的に形成することにより達成される。
〔作用〕
以上の構或を取ることにより、LSIチップから発生し
た熱を効果的に放熱することができ、LSIチップの過
度の温度上昇を抑制することができる。また,構成材料
の制約がないため軽量の材料を選択することができ、装
置を小型軽量化する作用がある。
以下、本発明の一実施例を第1図から第5図を用いて説
明する。
第1図は本発明に依る放熱構造体の一実施例の側面図で
ある。第2図は第1図の等価熱回路図。
第3図は第1図の性能曲線。第4図は第1図の放熱部の
分解組み立て図。第5図は本発明に依る放熱構造体の他
の実施例の分解組み立て図である。
第1図において、半導体装置の放熱構造体は、LSIチ
ップ6と、LSIチツプ6を塔載する配線基板1と、L
SIチツプ6のリードを接着するための端子パツド2と
、入出力ピン3と、配線基板9に固着される放熱フイン
9から構或される。
配線基板9には、LSIチツプ6が接着剤5により固着
されており、その周辺部にはLSIチツプ6の端子数に
等しい複数個の端子パッド2、ならびに、外部との接続
用の複数個の入出力ピン3が形成されている。端子パッ
ド2と入出力ビン3とは配線基板1の表面、あるいは、
内層を通して電気的接続が成されている。また、端子パ
ッド2とLSIチツプ6はボンデングワイヤ8により接
続される。放熱フイン9には、フィン底部の配線基板1
との接着面側に直方体状のくぼみが設けてあり,くぼみ
の底部には細かな溝であるウィック11が機械加工等に
より形成されている。また、放熱フィンに形成されたく
ぼみの中心部には多孔質材料からなる液戻し12が固着
されている。配線基板1のLSIチップ6塔載面の反対
面上には放熱フイン9がろう付け等により固着されてい
る。
また、放熱フィン9に設けられたくぼみと配線基板上面
からなる閉空間には水、メチルアルコール等の作動流体
が封止されている。これにより,配線基板1と放熱フイ
ン9の間には板状ヒートパイプ4が形成される。
LSIチップ6発熱時、板状ヒートパイブ4において、
配線基板1のLSIチップの反対側付近で封止流体の蒸
発が生じる。発生した蒸気は板状ヒートパイプ4中心部
から外周部へと移動する。
外周部に到達した蒸気は放熱フィン9のくぼみ部分底部
において冷却され凝縮する。この時に、潜熱をフィンに
伝える。封止流体はくぼみ底部に形成されたウイツク1
1における毛細管現象により板状ヒートバイプ4中心部
に戻される。さらに、液戻し12により配線基板lのL
SIチツプ6の反対面付近に運ばれる。この板状ヒート
パイプにおける熱輸送によりLSIチップの発熱を効率
的に放熱フィンに伝え、LSIチップの過度の温度上昇
を抑制できる6 実施例1での性能計算結果を第2図及び第3図を用いて
説明する。第2図は放熱構造体を1次元等価熱回路によ
り表したものである。Rは1枚のフィンの内部熱抵抗と
フィンから大気への熱伝達の際の熱抵抗を加えたもので
ある。rは板状ヒートバイプにおけるフィン間の熱抵抗
である。ΔTはLSIチップと大気との間の温度差であ
る。また、QはLSIチップの発熱量である。同回路を
用いることより放熱構造体の熱抵抗を推定することがで
きる。第3図ま放熱構造体の予測性能を表したものであ
り、板状ヒートバイプにおけるフィン間の部分の熱抵抗
rと放熱体の全熱抵抗Rtとの関係を異なるフィン数に
ついて表したものである。第3図はフィン間の熱抵抗r
を減少させると放熱体の全熱抵抗Rtが減少することを
示しており,この傾向はフィン数の増加と共に強くなる
ことを示している。このフィン間を板状ヒートバイプと
することにより熱抵抗rは著しく低減され、全熱抵抗R
tを低減することができる。
次に第4図により本放熱構造体の板状ヒートパイプ部分
を製作する組立方法を説明する。(a)図は放熱フイン
9のフィン部と、フィン形戊部と相対する側にくぼみ部
分を状態である。さらに、くぼみ部分底にウイツク11
を形成した状態が(b)図である。最後に、くぼみ部分
の中心部に液戻し12を固着した後、配線基板ユと放熱
フイン9の底部周辺部をろう付け等により固着する。
この時同時に、配線基板lと放熱フイン9のくぼみ部分
から成る閉空間に作動流体を封止する。
第5図は本発明の実施例2を示したのもである。
板状ヒートバイプに封止される作動流体は単位で封止さ
る。このため、板状ヒートパイプ内部の空間はその時の
温度の飽和状気圧と等しい蒸気で満たされる。この圧力
は常温では大気圧より低い。
本実施例では放熱構造体が常温中に放置される場合に大
気圧による破壊を防止するために板状ヒートパイプ内部
に補強のための仕切り板16を設けた例である((a)
図)。仕切り板16は板状ヒートパイプの中心部と外周
部との間の作動流体の循環を阻害しないように放射状に
設置される((b)図)。また、本例ではウィック11
は放熱フイン9に形成するのではなく板状の多孔質体を
仕切り板16と放熱フィン9の間に挟み込み加工の簡略
化を図っている。
第6図は本発明の実施例3を示したものである.本例で
は.放熱フィン9のウィックエ1を形成したくぼみ部分
をキャップ10により閉じることにより板状ヒートパイ
プ4を形成する。これにより、配線基板1とは独立に板
状ヒートパイプ4を内包した放熱フイン9が得られる。
さらに配線基板のLSIチツプ6搭載面の反対面上に板
状ヒートバイプ4を内包した放熱フィン9を接着剤5に
より固着する。配線基板1と独立に板状ヒートパイプ4
を形成することにより加工及び修理の簡略化を図ってい
る. 第7図は本発明の実施例4を示したものである。
本例は、半田ボール13に依って配線基板1とLSIチ
ツブ6の電気的接続を行う場合に板状ヒートパイプを適
用した例である。キャップ10の板状ヒートパイプ側と
相対する面上にLSIチップ6をチップ接着剤7に依っ
て固着している。また、前記面上に凸部を形成し、凸部
と配線基板1とを固着することによりハーメチックシー
ル構造にしてある。
第8図は本発明の実施例5を示したものである。
本例は、放熱フイン9と配線基板上との接続をネジ止め
により行った例である。放熱フイン9はくぼみ部分の外
周部にOリング溝と複数個のネジ穴を有する。また、配
線基板1は外周部に複数個のネジ穴を有する。前記放熱
フイン9と前記配線基板lはボルト15によって接続さ
れる。また、前記くぼみ部分は○リング14によって密
閉され板状ヒートパイプ4を形成する。本構造により、
配線基板1と放熱フイン9の材質が異なる場合において
も両者の接続部における熱応力による破壊を防止するこ
とができる。また、修理の簡素化を図ることができる。
第9図は本発明の実施例6を示したものである。
本例は、板状ヒートパイプ4に傾斜部を設けた例である
。本例では、板状ヒートパイプ部分が重力方向に対し垂
直になるように設置された場合に、作動流体の還流を重
力により行うことができる。
これによりウィックが不必要となり加工の簡略化を図る
ことができる。
〔発明の効果〕
本発明によればLSIチップから発生した熱を効果的に
放熱することができ,LSIチップの過度の温度上昇を
抑制することができる。また、放熱フイン構或材料の制
約がないため軽量の材料を選択することができ、装置を
小型軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に依る放熱構造体の一実施例の側面図、
第2図は第1図の等価熱回路図、第3図は第1図の性能
曲線図、第4図は第1図の放熱部の分解組み立て図、第
5図は本発明に依る放熱構造体の他の実施例の分解組み
立て図、第6図から第9図は本発明に依る放熱構造体の
他の実施例の側面図,第10図及び第11図は従来の放
熱構造体の側面図及び斜視図である。 l・・・配線基板、2・・・端子パッド、3・・・入出
力ピン、4・・・板状ヒートパイプ、5・・・接着剤、
6・・・LSIチップ、7・・・チップ接着剤、8・・
・ボンデイングワイヤ,9・・・フィン、10・・・キ
ャップ、11・・・ウイツク、l2・・・液戻し、13
・・・半田ボール、14・・・Oリング,15・・・ボ
ルト,16・・・仕切り板.17・・・熱拡散板,18
・・・ヒートシンク接着剤、19・・・第2図 第1図 看a物同1 第3図 フイ;/間つ亭;シjQ4Aニト (ド/I〆ノ第4図 第6図 第7図 第5図 第8図 縞9図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、LSIチップを塔載した配線基板と、前記LSIチ
    ップから発生する熱を大気中に放熱する放熱フィンとか
    ら成る半導体装置の放熱構造体において、 前記配線基板の前記LSIチップの塔載面の反対面と前
    記放熱フィンの底面との間に板状ヒートパイプを一体的
    に形成したことを特徴とする半導体装置の放熱構造体。 2、LSIチップを塔載した配線基板と、前記LSIチ
    ップから発生する熱を大気中に放熱するフィンとから成
    る半導体装置の放熱構造体において、 前記配線基板の前記LSIチップの塔載面の反対面と、
    前記放熱フィンの底面とをそれぞれ板状ヒートパイプの
    側面としたことを特徴とする半導体装置の放熱構造体。 3、LSIチップを塔載した配線基板と、前記LSIチ
    ップから発生する熱を大気中に放熱する放熱フィンとか
    ら成る半導体装置の放熱構造体において、 前記配線基板の前記LSIチップの塔載面の反対面と前
    記放熱フィンの底面との間に板状ヒートのパイプを一体
    的に形成し、前記LSIチップからの発熱を前記板状ヒ
    ートパイプにより前記フィンに伝熱することを特徴とす
    る半導体装置の放熱構造体。 4、LSIチップを塔載した配線基板と、前記LSIチ
    ップから発生する熱を大気中に放熱する放熱フィンとか
    ら成る半導体装置の放熱構造体において、 前記配線基板のLSIチップ塔載面の反対面に板状ヒー
    トパイプ用のウイツクを形成したことを特徴とする配線
    基板。 5、LSIチップを塔載した配線板と、前記LSIチッ
    プから発生する熱を大気中に放熱する放熱フィンとから
    成る半導体装置の放熱構造体において、 前記放熱フィンの底面に板状ヒートパイプを形成するた
    めのウイツクを形成したことを特徴とする放熱フィン。 6、LSIチップを塔載した配線基板と、前記LSIチ
    ップから発生する熱を大気中に放熱する放熱フィンとか
    ら成る半導体装置の放熱構造体において、 前記配線基板の前記LSIチップの塔載面の反対面と前
    記放熱フィンの底面との間に板状ヒートパイプを一体的
    に形成し、前記板状ヒートパイプ内部に放射状の仕切り
    板を設けたことを特徴とする半導体装置の放熱構造体。 7、LSIチップを塔載した配線基板と、前記LSIチ
    ップから発生する熱を大気中に放熱する放熱フィンとか
    ら成る半導体装置の放熱構造体において、 前記放熱フィンの底部に板状ヒートパイプを一体的に形
    成し、前記配線基板と前記放熱フィンとを接合したこと
    を特徴とする半導体装置の放熱構造体。 8、LSIチップを塔載した配線基板と、前記LSIチ
    ップから発生する熱を大気中に放熱する放熱フィンとか
    ら成る半導体装置の放熱構造体において、 前記配線基板、前記放熱フィンの両者またはいずれかに
    ヒートパイプを構成するための空間とウイツクとを形成
    し、両者をOリングにより封止することにより板状ヒー
    トパイプを形成したことを特徴とする半導体装置の放熱
    構造体。 9、LSIチップを塔載した配線基板と、前記LSIチ
    ップから発生する熱を大気中に放熱する放熱フィンとか
    ら成る半導体装置の放熱構造体において、 前記配線基板の前記LSIチップの塔載面の反対面と前
    記放熱フィンの底面との間に板状ヒートパイプを一体的
    に形成し、さらに、前記板状ヒートパイプは前記反対面
    に対し傾斜部を設けたことを特徴とする半導体装置の放
    熱構造体。
JP1242188A 1989-09-20 1989-09-20 半導体装置の放熱構造体 Pending JPH03105955A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1242188A JPH03105955A (ja) 1989-09-20 1989-09-20 半導体装置の放熱構造体

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1242188A JPH03105955A (ja) 1989-09-20 1989-09-20 半導体装置の放熱構造体

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH03105955A true JPH03105955A (ja) 1991-05-02

Family

ID=17085613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1242188A Pending JPH03105955A (ja) 1989-09-20 1989-09-20 半導体装置の放熱構造体

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH03105955A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007123547A (ja) * 2005-10-28 2007-05-17 Nakamura Mfg Co Ltd 液冷熱交換器を備えた電子部品用パッケージ、およびその形成方法
US7457118B1 (en) * 2003-12-19 2008-11-25 Emc Corporation Method and apparatus for dispersing heat from high-power electronic devices
KR20140114578A (ko) * 2013-03-19 2014-09-29 허승환 휴대용 효자손

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7457118B1 (en) * 2003-12-19 2008-11-25 Emc Corporation Method and apparatus for dispersing heat from high-power electronic devices
JP2007123547A (ja) * 2005-10-28 2007-05-17 Nakamura Mfg Co Ltd 液冷熱交換器を備えた電子部品用パッケージ、およびその形成方法
KR20140114578A (ko) * 2013-03-19 2014-09-29 허승환 휴대용 효자손

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3445936B2 (ja) ヒートパイプを備えた半導体パッケージリッド
US5367193A (en) Low cost, thermally efficient, and surface mountable semiconductor package for a high applied power VLSI die
JP2926537B2 (ja) マルチチップモジュ−ルの冷却装置
JP4873799B2 (ja) ヒートシンクシステム及び放熱デバイス
US5920458A (en) Enhanced cooling of a heat dissipating circuit element
US5513070A (en) Dissipation of heat through keyboard using a heat pipe
JP4086068B2 (ja) 半導体装置
JP3147087B2 (ja) 積層型半導体装置放熱構造
US7209354B2 (en) Ball grid array package with heat sink device
US6670699B2 (en) Semiconductor device packaging structure
JPH0786471A (ja) 半導体モジュ−ル
EP0054539B1 (en) A semiconductor integrated circuit device with an improved heat sink
JP2901835B2 (ja) 半導体装置
JPH1197592A (ja) 熱消散装置
US20060113663A1 (en) Heat stud for stacked chip package
US5719745A (en) Extended surface cooling for chip stack applications
US4500945A (en) Directly sealed multi-chip module
JPH098187A (ja) 集積回路の冷却方法
JP2861981B2 (ja) 半導体装置の冷却構造
JP2006245356A (ja) 電子デバイスの冷却装置
JP4034173B2 (ja) 半導体集積回路装置及びその半導体集積回路チップ
JP2007324544A (ja) 積層型半導体パッケージ
JPH03105955A (ja) 半導体装置の放熱構造体
JP2008004688A (ja) 半導体パッケージ
JPH07321471A (ja) 多層基板