JPH0311759A - 半導体装置の冷却装置 - Google Patents

半導体装置の冷却装置

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JPH0311759A
JPH0311759A JP1145360A JP14536089A JPH0311759A JP H0311759 A JPH0311759 A JP H0311759A JP 1145360 A JP1145360 A JP 1145360A JP 14536089 A JP14536089 A JP 14536089A JP H0311759 A JPH0311759 A JP H0311759A
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JP
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fins
fin
cooling
fluid
semiconductor device
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JP1145360A
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English (en)
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Noriyuki Ashiwake
芦分　範行
Takahiro Oguro
崇弘 大黒
Toshio Hatsuda
初田　俊雄
Shizuo Zushi
頭士　鎮夫
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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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
    • H—ELECTRICITY
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • 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
    • H01L2924/153—Connection portion
    • H01L2924/1531—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • H01L2924/15312—Connection 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

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  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子回路装置の冷却装置に係わり、とくに高密
度実装され発熱の大きな半導体チップ。
半導体パッケージ等の冷却に好適な半導体装置の冷却装
置に関わる。
〔従来の技術〕
従来の集積回路チップ等の電子回路装置の冷却装置は特
開昭６０−１３４４５１号公報に記載のように、配管基
板上に配置され電子回路装置の上部に伝熱用フィンを取
り付けた複数の半導体集積回路装置を、上記フィンの向
きが互いに平行になるように配置してケース内に収容し
、冷却液体を上記フィン間に循環させて上記半導体装置
等を冷却はるようにしていた。
また、米国特許ＵＳＰ４６８２５１号に記載のように。
半導体装置上に平板フィンを放射状に配置しその中心部
から冷却液体を供給するようにしていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術において、例えば特開昭６０−１３４４５
１号公報に記載の装置では冷却液体が複数のフィン間を
順次流れていくうちに次第に温度が上昇するので、下流
の半導体装置の冷却効果が上流のそれに較べ劣化すると
いう問題があった。この問題は上記半導体装置の発熱や
実装密度が大きい場合にとくに顕著になる。
また、米国特許ＵＳＰ４６８２５１号に記載の装置では
、上記放射状に配置されたフィンの外周部の間隔が広が
るため、外周部の伝熱効率が内周部に較べて低くなると
いう問題があった。
本発明の目的は、上記特公開昭６０−１３４４５１号公
報に記載のような冷却流体の温度勾配の問題や。
米国特許ＵＳＰ４６８２５１号に記載のようなフィン間
隔の問題を解消し、冷却効率が大きく実装密度の高い半
導体装置の冷却装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は上記の目的を達成するために、上記フィンの平
行平板と直交し、少なくとも上記フィンの幅よりも広い
幅を有する上記冷却液体を流出用のノズルを上記フィン
の中央部に備え、上記冷却液体がフィンの中央部から左
右に均等に分流するようにする。
さらに、上記分流した冷却液体が上記フィンの上部から
洩れでないようにノズルの周辺部の上記フィンの上部を
覆うようにする。
さらに、上記フィンの平行平板状のそれぞれを互い違い
に切り欠いて上記冷却液体の流れに部分的な乱流が生じ
るようにし、上記平行平板上に形成される上記冷却液体
の界面層の生成を防止するようにする。
さらに、上記平行平板状のフィンを取り付けた半導体装
置ノズルの一組のそれぞれを互い違い直交して配置して
上記平行平板状のフィンから流れ出る上記冷却液体が隣
接するフィンの平行平板の面に突き当たって上昇するよ
うにし、これを上記配置の間隙部に開口を有する隔壁か
ら流出させるようにする。
〔作用〕
以上のように構成した本発明の半導体装置の冷却装置は
、配線基板上に登録されたＬＳＩチップ上の平行平板フ
ィンの中央部より冷却液体を各フィンに均等に供給する
ので各フィン装置間の温度差が発生しない。
また、冷却流体は上記フィンの中央より左右に分かれて
そのフィンの長さの２分の１を流れるので冷却流体の流
通抵抗が従来の略４分の１に低減され冷却液体の循環量
が増加する。
さらに、上記フィンの上部に設けたカバーにより、上記
フィンの上部からの冷却液体の流出を防止し、上記冷却
効率を向上する。
また、上記フィンを複数のフィン要素に分断しこれらを
互いに違いに配列して上記フィン表面上の冷却液体の界
面層の生成を防止し、フィンの伝熱効率を向上する。
さらに、上記フィンの向きを配線基板上で相隣る各ＬＳ
Ｉチップ毎に直交させ、各フィンから流出する上記冷却
液体間の相互干渉を減じて圧力損失を低減し上記冷却効
率をさらに向上する。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１図は本発明による半導体モジュール冷却装置の断面
を示す図である。
第１図は本発明による半導体モジュールの全体構成図で
ある。多数の入出力ピン１を有するセラミックスの多層
配線基板２上に微小な半田バンブ３によりＬＳＩチップ
（またはパッヶーヂ）４が多数登載されている。各ＬＳ
Ｉチップ４の上には複数のフィン５１を有する放熱器５
が装着される。
多層配線基板２のチップ登載面はフランジ６およびオー
リング７を介してハウジング８により密閉される。ハウ
ジング８には各ＬＳＩチップの上部に対向してスリット
状のノズル９が設けられる。
このノズル９は第２図に示すように放熱器５のフィン５
１の中心線上に直交し、がっ、フィン５１群の全幅に亘
るように構成される。
第１図に示すうにハウジング８は二重構造になっており
、上部にフロリナート（商品名）等の冷却流体１１を各
ノズル９に分配するためのヘッダ部１０が設けられる。
ヘッダ部１０には冷却流体１１を供給するための入り口
部１２と冷却流体の出口部１３が設けられる。
ヘッダ部１０に供給された冷却流体１１は各スリット状
のノズル９に分配され、各ＬＳＩチップ４に装着された
放熱器５に供給される。この結果。
冷却流体１１は第３図の矢印１１０で示すように、フィ
ン群５１の中心線上からフィン内部に入り、フィン５１
に沿って２方向に分流しＬＳＩチップ４が発生する熱を
吸熱する。各フィン群から流出した冷却流体１１は多層
配線基板２とハウジング８で形成された密閉空間内を流
れ出口部１３から排出される。本実施例では個々のＬＳ
Ｉチップに冷却流体を個別に供給するので、従来技術に
おけるような冷却流体の上流と下流間の温度差が発生せ
ず各ＬＳＩチップの温度が均一化されるので、チップ間
の温度バラツキに起因する素子の誤動作を防止すること
ができる。さらに、複数のフィンの全幅に亘った冷却流
体１１を吹き付けるので冷却流体１１が各フィン間に均
一に分配され、がっ、フィン群の中心線から左右２方向
に振り分けられフィン５１の実効幅が全幅の２分の１と
なるのでその流体圧損失は略４分の１に低減され伝熱効
率が向上する。
この結果、従来は困難であった消費電力が数１０Ｗ級の
ＬＳＩチップを高密度に実装して冷却することが可能に
なる。
第４図は本発明の他の実施例である。フィン５１の上部
に第４図に示すようにカバープレート１６を設は冷却流
体１１がフィン５１の上部から逃げるのを防止するので
、冷却効率を改善することかで些る。
第５図は本発明の他の実施例を示す図である。
第５図において、各フィン５１を分断してフィン要素５
２とし、各フィン要素５２を図示の様に互い違いに配列
するので、各フィン要素５２間を流れる冷却流体１１内
の温度境界層が発達しにくくなり、フィン要素５２から
冷却流体への熱伝達率が上がり冷却効率が高まるという
効果が得られる。
第６〜８図は本発明の他の実施例を示す図である。第６
図においては第１図に示したノズル９の向きを交互に直
交させ、同時にハウジング８内に隔壁１９を設け、この
隔壁１９には冷却液体１１を排出するための流出孔２１
を各ＬＳＩチップに対して２個ずつ設けている。
第７図は第６図に示した装置の内部を示す上面図である
。流出孔２１はＬＳＩチップ４と略同程度の幅を有し、
また、その奥行はＬＳＩチップ間隔と略同程度であるの
で、ノズル９からフィン間を通って矢印１１０で示す向
きに流出する冷却流体１１を円滑かつ均一に吸い出すよ
うに動作する。
第８図は第６図に示した装置の内部の一部を示す斜視図
である。同図に示すように一つのフィン９から出た冷却
流体は隣接するフィン９に突き当たりその真上にある流
出孔２１から流出するので、冷却流体１１の流れが円滑
になり、かつ、流れの相互干渉も無く、また、各流出孔
２１はフィン５１の極く近傍に設置されるので圧力損失
が低減し多量の冷却流体を流すことが可能になり冷却効
率を高めることが出来る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、配線基板上に登載されたＬＳＩチップ
上の平行平板フィンの中央部より冷却液体を各フィンに
均等に供給するので、上記平行平板フィンの間隔、長さ
等を必要に応じ任意に設定し、さらに、各フィン間の温
度差が発生しないという効果が得られる。
さらに、上記フィン内の冷却流体の流通抵抗を従来の略
４分の１に低減するので上記冷却液体の＠産量を増加さ
せ冷却効率を向上することができる。
さらに、上記フィンの上部にカバーを設け、上記フィン
の上部からの冷却液体の流出を防止するので上記冷却効
率をさらに向上させることが出来る。
また、上記フィンを複数のフィン要素に分断しこれらを
互い違いに配列して上記フィン表面上の冷却液体の界面
層の生成を防止できるのでフィンの伝熱効率を向上する
ことが出来る。
さらに、上記フィンの向きを配線基板上で相隣る各ＬＳ
Ｉチップ毎に直交させ、各フィンから流出する上記冷却
液体間の相互干渉を減じて圧力損失を低減し上記冷却効
率をさらに向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の１実施例の断面図、第２図は第１図に
示す本発明実施例の立体図、第３図は第１図に示す本発
明実施例における冷却液体の流れを示す図、第４図は本
発明の他の実施例の立体図、第５図は本発明の他の実施
例のフィン配列を示す上面図、第６図は本発明の他の実
施例の断面図、第７図は第６図に示す本発明実施例の平
面図、第８図は第６図に示す本発明実施例における冷却
液体の流れを示す図である。 １・・・入出力ビン、２・・・多層配線基板、３・・・
半田バンブ、４・・・ＬＳＩチップ、５・・・放熱器、
６・・・フランジ、７・・・オーリング、８・・・ハウ
ジング、９・・・スリット状ノズル１．１０・・・ヘッ
ダ部、１１・・・冷却流体、１２・・・入口部、°１３
・・・出口部、１６・・・カバープレート、１９・・・
隔壁、２１・・・流出孔、５１・・・フィン、５２・・
・フィン要素、１１０・・・冷却液体の第　２　回 拓 ４ ■ 図 ２ ■ ７ １ 第 １

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. １．配線基板上に配置された複数の半導体装置のそれぞ
    れに平行平板状のフイン取れ付けてケース内に収容し、
    冷却液体を上記ケース内に循環させて上記フインや半導
    体装置等を冷却する半導体装置の冷却装置において、上
    記フインの平行平板と直交し、少なくとも上記フインの
    幅よりも広い幅を有する上記冷却液体流出用のノズルを
    備えたことを特徴とする半導体装置の冷却装置。
  2. ２．請求項１において、上記ノズルの周辺部の上記平行
    平板状のフインの端部を覆う板材を備えたことを特徴と
    する半導体装置の冷却装置。
  3. ３．請求項１において、上記フインの平行平板状それぞ
    れを互い違いに切り欠いた構造としたことを特徴とする
    半導体装置の冷却装置。
  4. ４．請求項１において、上記平行平板状のフインを取り
    付けた半導体装置と上記ノズルの一組のそれぞれを互い
    違いに直交して配置し、上記配置の間隙部に開口を有し
    上記ノズルの周辺部を覆う隔壁を上記ケース内に備えた
    ことを特徴とする半導体装置の冷却装置。
JP1145360A 1988-09-09 1989-06-09 半導体装置の冷却装置 Pending JPH0311759A (ja)

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