JPH04122054A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH04122054A
JPH04122054A JP2244432A JP24443290A JPH04122054A JP H04122054 A JPH04122054 A JP H04122054A JP 2244432 A JP2244432 A JP 2244432A JP 24443290 A JP24443290 A JP 24443290A JP H04122054 A JPH04122054 A JP H04122054A
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semiconductor
semiconductor pellet
pellet
cooling fluid
semiconductor device
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JP2244432A
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Japanese (ja)
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Hiroshi Akasaki
赤崎 博
Kanji Otsuka
寛治 大塚
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve heat dissipation efficiency of a semiconductor device and a pellet, to improve circuit operation performance and to reduce a stress applied to a semiconductor pellet by making a rear of the semiconductor pellet form a part of a heat exchange flow path and by providing a cooling jacket, etc. CONSTITUTION:Since a rear of a semiconductor pellet 2 forms a part of a heat exchange flow path 8 in a semiconductor device 1 of microchip carrier structure, a heat conduction path from a circuit mount surface of the pellet 2 to a circulating cooling fluid is reduced, thereby reducing heat resistance. Therefore, it is possible to improve heat dissipation efficiency and to improve circuit operation performance of the device 1. The pellet 2 is mounted on a package substrate (wiring substrate) 3 and covered with a cooling jacket 5 which constitutes other part of the flow path 8; therefore, a rear of the pellet 2 which is a part of the flow path 8 and the jacket 5 which is other part thereof are connected through an elastic body 5A. Thereby, thermal stress or mechanical stress generated in each of the substrate 3 and the jacket 5 or between both thereof and an external force applied from a circulation pipe 9, etc., are absorbed by an elastic body 5A, thereby reducing transmission of each stress to the pellet 2 through the jacket 5.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置に関し、特に、半導体ペレットの
回路動作で発生する熱を強制的に放熱する半導体装置に
適用して有効な技術に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device, and in particular, to a technology that is effective when applied to a semiconductor device for forcibly dissipating heat generated by circuit operation of a semiconductor pellet. It is.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

スーパーコンピュータ、大型コンピュータ等で使用され
るマイクロチップキャリア(MMC)構造の半導体装置
は冷却システムに組込まれる。
2. Description of the Related Art Semiconductor devices having a microchip carrier (MMC) structure used in supercomputers, large computers, etc. are incorporated into cooling systems.

前記マイクロチップキャリア構造の半導体装置はパッケ
ージ基板上に実装された半導体ペレットを封止用キャッ
プで封止する構造である。半導体ペレットは、CCB 
(Controlled Co11apse B 。
The semiconductor device having the microchip carrier structure has a structure in which a semiconductor pellet mounted on a package substrate is sealed with a sealing cap. Semiconductor pellet is CCB
(Controlled Colapse B.

nding)構造(又はTAB構造)を採用し、半田電
極(又はビームリード)を介してパッケージ基板上に実
装される。半田電極は半導体ペレットの回路搭載面側に
形成された外部端子(ポンディングパッド)、パッケー
ジ基板の端子の夫々を電気的及び機械的に接続する。
nding structure (or TAB structure) and is mounted on the package substrate via solder electrodes (or beam leads). The solder electrode electrically and mechanically connects the external terminal (ponding pad) formed on the circuit mounting surface side of the semiconductor pellet and the terminal of the package substrate.

前記冷却システムはモジュール基板上に複数個実装され
たマイクロチップキャリア構造の半導体装置を個々に冷
却する。前記マイクロチップキャリア構造の半導体装置
は、半導体ペレットの@路動作、具体的には半導体素子
のpn接合部で熱が発生する。半導体ペレットの回路搭
載面に搭載された回路は高密度化、高消費電力化等に基
づいて発熱量が増加する傾向にあり、この発熱量の増加
に伴う温度上昇は回路特性を劣化する。マイクロチップ
キャリア構造の半導体装置は、半導体ペレットの回路搭
載面側で発生した熱を裏面側まで伝導させ、この伝導さ
れた熱を封止用キャップを介して外部に放散する。
The cooling system individually cools a plurality of semiconductor devices having a microchip carrier structure mounted on a module substrate. In the semiconductor device having the microchip carrier structure, heat is generated due to the @path operation of the semiconductor pellet, specifically, at the pn junction of the semiconductor element. Circuits mounted on the circuit mounting surface of semiconductor pellets tend to generate more heat due to higher density, higher power consumption, etc., and the temperature rise associated with this increase in heat generation deteriorates circuit characteristics. A semiconductor device having a microchip carrier structure conducts heat generated on the circuit mounting surface side of the semiconductor pellet to the back surface side, and radiates this conducted heat to the outside via a sealing cap.

前記冷却システムは、マイクロチップキャリア構造の半
導体装置の封止用キャップに弾性伝熱素子を当接し、こ
の弾性伝熱素子を介して循環冷却流体に前述の熱を吸収
する。弾性伝熱素子はマイクロチップキャリア構造の半
導体装置と循環冷却流体との間において熱交換流路とな
る。この弾性伝熱素子はマイクロチップキャリア構造の
半導体装置の封止用キャップに接触する伝熱板及びベロ
ーズ機構で閉じられた空間内に循環冷却流体が供給され
る。弾性伝熱素子の伝熱板、マイクロチップキャリア構
造の半導体装置の封止用キャップの夫々の間には両者間
の密着性を高めかつ熱抵抗が小さいサーマルコンパウン
ド(例えばグリース材)が介在される。前記循環冷却流
体としては熱容量が大きい水が使用される。循環冷却流
体は、マイクロチップキャリア構造の半導体装置と熱交
換器との間を循環し、前者で吸収した熱を後者で放散す
る6 なお、この種の冷却システムに関する技術文献ニツイテ
は、例えば、rFtJJITU VP2000シリーズ
のテクノロジーJ 、FUJ I TU、41 。
In the cooling system, an elastic heat transfer element is brought into contact with a sealing cap of a semiconductor device having a microchip carrier structure, and the aforementioned heat is absorbed into the circulating cooling fluid through the elastic heat transfer element. The elastic heat transfer element provides a heat exchange channel between the semiconductor device of the microchip carrier structure and the circulating cooling fluid. A circulating cooling fluid is supplied to this elastic heat transfer element within a space closed by a heat transfer plate and a bellows mechanism that contact the sealing cap of a semiconductor device having a microchip carrier structure. A thermal compound (e.g., grease material) is interposed between the heat transfer plate of the elastic heat transfer element and the sealing cap of the semiconductor device with the microchip carrier structure to increase the adhesion between the two and to reduce thermal resistance. . Water having a large heat capacity is used as the circulating cooling fluid. The circulating cooling fluid circulates between the semiconductor device having the microchip carrier structure and the heat exchanger, and the heat absorbed by the former is dissipated by the latter. VP2000 Series Technology J, FUJ I TU, 41.

1、(01,1990)、第12頁乃至第19頁に記載
される。
1, (01, 1990), pages 12 to 19.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

前述の冷却システムは、マイクロチップキャリア構造の
半導体装置の半導体ペレットの回路搭載面側で発生した
熱が、封止用キャップ、弾性伝熱素子の夫々を通して循
環冷却流体に放散される。
In the cooling system described above, heat generated on the circuit mounting surface side of the semiconductor pellet of the semiconductor device having the microchip carrier structure is dissipated to the circulating cooling fluid through the sealing cap and the elastic heat transfer element.

このため、前記半導体ペレットと循環冷却流体との間の
熱抵抗が増大し、マイクロチップキャリア構造の半導体
装置の放熱効率を充分に期待できないという点について
配慮がなされてなかった。
For this reason, no consideration has been given to the fact that the thermal resistance between the semiconductor pellets and the circulating cooling fluid increases, making it impossible to expect sufficient heat dissipation efficiency from a semiconductor device having a microchip carrier structure.

本発明の第1の目的は、冷却流体供給装置から供給され
る循環冷却流体に半導体ペレットの回路動作で発生する
熱を放散する半導体装置において、放熱効率を高め、回
路動作性能を向上することが可能な技術を提供すること
にある。
A first object of the present invention is to improve heat dissipation efficiency and circuit operation performance in a semiconductor device that dissipates heat generated by circuit operation of semiconductor pellets into a circulating cooling fluid supplied from a cooling fluid supply device. Our goal is to provide the technology that is possible.

本発明の第2の目的は、前記第1の目的を達成すると共
に、前記半導体ペレット自体の熱抵抗を低減し、より放
熱効率を高めることが可能な技術を提供することにある
A second object of the present invention is to provide a technique that can achieve the first object, reduce the thermal resistance of the semiconductor pellet itself, and further improve heat dissipation efficiency.

本発明の第3の目的は、前記第1目的を達成すると共に
、半導体ペレットに加わる応力を低減することが可能な
技術を提供することにある。
A third object of the present invention is to provide a technique that can achieve the first object and reduce stress applied to semiconductor pellets.

本発明の第4の目的は、前記第1又は第2の目的を達成
すると共に、半導体装置の実装密度を向上することが可
能な技術を提供することにある。
A fourth object of the present invention is to provide a technique that can achieve the first or second object and improve the packaging density of semiconductor devices.

本発明の第5の目的は、前記第1乃至第4の目的のいず
れかを達成すると共に、半導体ペレットの回路動作の信
頼性を向上することが可能な技術を提供することにある
A fifth object of the present invention is to provide a technique capable of achieving any of the first to fourth objects and improving the reliability of circuit operation of semiconductor pellets.

本発明の第6の目的は、前記第1乃至第5の目的のいず
れかを達成すると共に、半導体装置の熱放散効率を向上
することが可能な技術を提供することにある。
A sixth object of the present invention is to provide a technique that can achieve any of the first to fifth objects and improve the heat dissipation efficiency of a semiconductor device.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本腰において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
A brief summary of representative inventions among the inventions disclosed herein is as follows.

(1)冷却流体供給装置から供給される循環冷却流体に
、半導体ペレットの回路動作で発生する熱をこの半導体
ペレットの回路搭載面又はその裏面から放散する半導体
装置において、前記半導体ペレットの回路搭載面又は裏
面が、前記循環冷却流体に直接々触する熱交換流路の一
部を構成する。
(1) In a semiconductor device in which heat generated by the circuit operation of a semiconductor pellet is dissipated from the circuit mounting surface of the semiconductor pellet or its back surface into the circulating cooling fluid supplied from the cooling fluid supply device, the circuit mounting surface of the semiconductor pellet is provided. Alternatively, the back surface constitutes a part of a heat exchange channel that directly contacts the circulating cooling fluid.

(2)冷却流体供給装置から供給される循環冷却流体に
、半導体ペレットの回路動作で発生する熱をこの半導体
ペレットの回路搭載面の裏面から放散する半導体装置に
おいて、前記半導体ペレットの裏面に凹部を構成し、こ
の半導体ペレットの裏面の凹部が、前記循環冷却流体に
直接々触する熱交換流路の一部を構成する。
(2) In a semiconductor device in which heat generated by the circuit operation of a semiconductor pellet is dissipated from the back surface of the circuit mounting surface of the semiconductor pellet in the circulating cooling fluid supplied from the cooling fluid supply device, a recess is provided on the back surface of the semiconductor pellet. The concave portion on the back surface of the semiconductor pellet constitutes a part of a heat exchange channel that directly contacts the circulating cooling fluid.

(3)前記手段(1)又は(2)の半導体ペレットは配
線基板上に搭載されると共に熱交換流路の他部を構成す
る冷却ジャケットで被覆され、前記熱交換流路の一部で
ある半導体ペレットの回路搭載面又は裏面、他部である
冷却ジャケットの夫々は弾性体を介して連結される。
(3) The semiconductor pellet of the means (1) or (2) is mounted on a wiring board and covered with a cooling jacket that constitutes the other part of the heat exchange channel, and is a part of the heat exchange channel. The circuit mounting surface or back surface of the semiconductor pellet and the cooling jacket, which is the other part, are connected via an elastic body.

(4)冷却流体供給装置から供給される循環冷却流体に
、半導体ペレットの回路動作で発生する熱をこの半導体
ペレットの回路搭載面又はその裏面から放散する半導体
装置において、第1半導体ペレットの回路搭載面又は裏
面に、第2半導体ペレットの回路搭載面、裏面のいずれ
かを対向させて配置し、前記第1半導体ペレットの回路
搭載面又は裏面、及びそれと対向する第2半導体ペレッ
トの回路搭載面、裏面のいずれかが、前記循環冷却流体
に直接々触する熱交換流路の一部を構成する。
(4) In a semiconductor device in which the heat generated by the circuit operation of the semiconductor pellet is dissipated from the circuit mounting surface of the semiconductor pellet or its back surface in the circulating cooling fluid supplied from the cooling fluid supply device, the circuit is mounted on the first semiconductor pellet. Either the circuit mounting surface or the back surface of the second semiconductor pellet is arranged to face the front or back surface, and the circuit mounting surface or the back surface of the first semiconductor pellet and the circuit mounting surface of the second semiconductor pellet facing thereto; Either of the back surfaces constitutes a part of the heat exchange channel that is in direct contact with the circulating cooling fluid.

(5)前記手段(1)乃至(4)のいずれかの熱交換流
路は前記循環冷却流体の循環方向に対して直交する方向
に複数本配置され、隣接する熱交換流路の夫々の循環冷
却流体の循環方向は向流とされる。
(5) A plurality of heat exchange channels according to any one of the means (1) to (4) are arranged in a direction perpendicular to the circulation direction of the circulating cooling fluid, and each of the adjacent heat exchange channels The direction of circulation of the cooling fluid is countercurrent.

(6)前記手段(1)乃至(5)のいずれかの循環冷却
流体は水を使用する。
(6) Water is used as the circulating cooling fluid in any of the means (1) to (5).

〔作  用〕[For production]

上述した手段(1)によれば、前記半導体ペレットの回
路搭載面から循環冷却流体までの熱伝導経路を短縮し、
熱抵抗を低減できるので、放熱効率を高め、半導体装置
の回路動作性能を向上できる。
According to the above-mentioned means (1), the heat conduction path from the circuit mounting surface of the semiconductor pellet to the circulating cooling fluid is shortened,
Since thermal resistance can be reduced, heat dissipation efficiency can be increased and circuit operation performance of a semiconductor device can be improved.

上述した手段(2)によれば、前記手段(1)の作用効
果の他に、前記半導体ペレットの回路搭載面から裏面ま
での熱伝導経路(半導体ペレットの厚さ方向の寸法)を
短縮し、熱抵抗を低減できるので、放熱効率を高め、半
導体装置の回路動作性能を向上できる。
According to the above-mentioned means (2), in addition to the effect of the above-mentioned means (1), the heat conduction path (dimension in the thickness direction of the semiconductor pellet) from the circuit mounting surface to the back surface of the semiconductor pellet is shortened, Since thermal resistance can be reduced, heat dissipation efficiency can be increased and circuit operation performance of a semiconductor device can be improved.

上述した手段(3)によれば、前記手段(1)又は(2
)の作用効果の他に、配線基板、冷却ジャケットの夫々
或は両者間に発生する熱的応力或は機械的応力を前記弾
性体で吸収し、前記応力が冷却ジャケットを通して半導
体ペレットに伝達されることを低減できる。この結果、
半導体ペレットの回路搭載面を熱交換流路の一部とする
場合、半導体ペレットの回路搭載面の損傷破壊を防止で
きる。また、半導体ペレットの裏面を熱交換流路の一部
とし、半導体ペレットをチップキャリア構造で配線基板
上に実装する場合、半田電極の損傷や破壊を防止できる
According to the above-mentioned means (3), the above-mentioned means (1) or (2)
In addition to the effects of ), the elastic body absorbs thermal stress or mechanical stress occurring in or between the wiring board and the cooling jacket, and the stress is transmitted to the semiconductor pellet through the cooling jacket. This can reduce the As a result,
When the circuit mounting surface of the semiconductor pellet is made a part of the heat exchange channel, damage and destruction of the circuit mounting surface of the semiconductor pellet can be prevented. Further, when the back surface of the semiconductor pellet is used as a part of the heat exchange channel and the semiconductor pellet is mounted on a wiring board in a chip carrier structure, damage or destruction of the solder electrode can be prevented.

上述した手段(4)によれば、前記手段(1)の効果の
他に、前記第1半導体ペレットの占有面積内に第2半導
体ペレットのすべて或は一部を配置し、第1半導体ペレ
ット及び第2半導体ペレットの合計の占有面積を縮小し
たので、半導体装置の実装密度を向上できる。
According to the above-mentioned means (4), in addition to the effect of the above-mentioned means (1), all or part of the second semiconductor pellet is arranged within the area occupied by the first semiconductor pellet, and the first semiconductor pellet and Since the total occupied area of the second semiconductor pellets is reduced, the packaging density of the semiconductor device can be improved.

上述した手段(5)によれば、前記循環冷却流体の温度
勾配を相殺し均一化し、半導体ペレットの回路搭載面又
は裏面を均一に冷却できるので。
According to the above-mentioned means (5), the temperature gradient of the circulating cooling fluid is offset and made uniform, and the circuit mounting surface or back surface of the semiconductor pellet can be uniformly cooled.

半導体ペレットの回路動作の信頼性を向上できる。The reliability of circuit operation of semiconductor pellets can be improved.

上述した手段(6)によれば、前記循環冷却流体の熱容
量を最も大きくできるので、半導体ペレットの回路動作
で発生する熱の熱放散効率を高められる。
According to the above-mentioned means (6), the heat capacity of the circulating cooling fluid can be maximized, so that the heat dissipation efficiency of the heat generated by the circuit operation of the semiconductor pellet can be increased.

以下、本発明の構成について、マイクロチップキャリア
構造の半導体装置が組込まれた冷却システムに本発明を
適用した実施例とともに説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of the present invention will be described below along with an embodiment in which the present invention is applied to a cooling system in which a semiconductor device having a microchip carrier structure is incorporated.

なお、実施例を説明するための企図において、同一機能
を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は
省略する。
In addition, in an attempt to explain the embodiments, parts having the same functions are given the same reference numerals, and repeated explanation thereof will be omitted.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

(実施例I) 本発明の実施例■であるマイクロチップキャリア構造の
半導体装置が組込まれた冷却システムを第2図(概略構
成図)で示す。
(Embodiment I) FIG. 2 (schematic configuration diagram) shows a cooling system incorporating a semiconductor device having a microchip carrier structure, which is Embodiment ① of the present invention.

第2図に示すように、冷却システムは主にプロセッサ部
11に組込まれた冷却モジュール10、冷却流体供給袋
M12及びメイン循環パイプ!6で構成される。
As shown in FIG. 2, the cooling system mainly consists of a cooling module 10 built into the processor section 11, a cooling fluid supply bag M12, and a main circulation pipe! Consists of 6.

前記プロセッサ部11はスーパーコンピュータや大型コ
ンピュータ等のメイン制御部であり、冷却モジュールl
Oはこのメイン制御部を構成する。冷却モジュールlO
はモジュール基板上に搭載された複数個のマイクロチッ
プキャリア構造の半導体装[1をモジュールキャップで
封止する。、個々のマイクロチップキャリア構造の半導
体装置1は、メイン循環パイプ16に連結された循環パ
イプ9を通して、循環冷却流体が循環される。循環冷却
流体は、複数個のマイクロチップキャリア構造の半導体
装置1の配列の一端側から供給され、配列の他端側に向
って順次流れ、配列の他端側から排出される。
The processor section 11 is a main control section of a supercomputer, large computer, etc., and has a cooling module l.
O constitutes this main control section. Cooling module lO
A semiconductor device [1] having a plurality of microchip carrier structures mounted on a module substrate is sealed with a module cap. , a cooling fluid is circulated through a circulation pipe 9 connected to a main circulation pipe 16 in each semiconductor device 1 having a microchip carrier structure. The circulating cooling fluid is supplied from one end of an array of semiconductor devices 1 having a plurality of microchip carrier structures, sequentially flows toward the other end of the array, and is discharged from the other end of the array.

前記冷却流体供給装置12は主に貯水タンク13、ポン
プ14及び熱交換器15で構成される。前記貯水タンク
13は、メイン循環パイプ16を通してプロセッサ部1
1の冷却モジュール10に循環冷却流体を供給する目的
で、循環冷却流体を貯蓄する。熱交換器15は冷却モジ
ュール11からメイン循環パイプ18を通して排呂され
た循環冷却流体に吸収された熱を放散する。ポンプ14
は熱交換器15で熱が放散された循環冷却流体を貯水タ
ンク13に供給する。
The cooling fluid supply device 12 mainly includes a water storage tank 13, a pump 14, and a heat exchanger 15. The water storage tank 13 is connected to the processor section 1 through a main circulation pipe 16.
The circulating cooling fluid is stored for the purpose of supplying the circulating cooling fluid to one cooling module 10 . The heat exchanger 15 dissipates the heat absorbed by the circulating cooling fluid exhausted from the cooling module 11 through the main circulation pipe 18 . pump 14
supplies the circulating cooling fluid from which heat has been dissipated in the heat exchanger 15 to the water storage tank 13.

前記循環冷却流体としては熱容量が最も大きい水を使用
するが、基本的に水に限定されない。
Although water having the largest heat capacity is used as the circulating cooling fluid, it is basically not limited to water.

次に、前記プロセッサ部!lの冷却モジュールlOに搭
載されるマイクロチップキャリア構造の半導体装置1の
具体的な構成について、第1図(断面図)を使用し、簡
単に説明する。
Next, the processor section! A specific configuration of a semiconductor device 1 having a microchip carrier structure mounted on a cooling module 1O will be briefly described using FIG. 1 (cross-sectional view).

マイクロチップキャリア構造の半導体装illは、第1
図に示すように、主にパッケージ基板3、冷却ジャケッ
ト5及び半導体ペレット2で構成される。
The semiconductor device ill with the microchip carrier structure has the first
As shown in the figure, it is mainly composed of a package substrate 3, a cooling jacket 5, and semiconductor pellets 2.

前記パッケージ基板3は多層配線構造で構成される。こ
のパッケージ基板3の多層配線構造の配線の一端側は前
記プロセッサ部11の冷却モジュールlOのモジュール
基板上の端子に接続される。多層配線構造の配線の他端
側は半導体チップの外部端子(ポンディングパッド)に
接続される。パッケージ基板3は例えばアルミナ、ムラ
イト等のセラミック材で形成される。
The package substrate 3 has a multilayer wiring structure. One end side of the wiring of the multilayer wiring structure of the package board 3 is connected to a terminal on the module board of the cooling module IO of the processor section 11. The other end of the wiring in the multilayer wiring structure is connected to an external terminal (ponding pad) of the semiconductor chip. The package substrate 3 is made of a ceramic material such as alumina or mullite.

前記半導体ペレット2は、例えば単結晶珪素基板で構成
され、回路搭載面(第1図中下面)には回路システムが
搭載される。前述の外部端子は、半導体ペレット2の回
路搭載面側に配置され、例えば回路システム内を結線す
るアルミニウム合金膜で形成される。この外部端子とし
てのアルミニウム合金膜上には、下層から上層に向って
、Cr膜、Cu膜、Au膜の夫々を順次積層した、戒は
Ti膜、Ni膜、Au膜の夫々を順次積層した下地金属
層が構成される。また、前記半導体ペレット2はGaA
s基板で構成してもよい。
The semiconductor pellet 2 is composed of, for example, a single crystal silicon substrate, and a circuit system is mounted on the circuit mounting surface (lower surface in FIG. 1). The above-mentioned external terminals are arranged on the circuit mounting surface side of the semiconductor pellet 2, and are formed of, for example, an aluminum alloy film that connects the inside of the circuit system. On this aluminum alloy film serving as an external terminal, a Cr film, a Cu film, and an Au film were sequentially laminated from the bottom layer to the top layer. A base metal layer is formed. Moreover, the semiconductor pellet 2 is GaA
It may also be composed of an s-substrate.

半導体ペレット2はチップキャリア構造(フェイスダウ
ン構造又はCCB構造)でパッケージ基板3上に実装さ
れる。つまり、半導体ペレット2は半田電極(突起電極
、バンプ電極又はCCB電極)4を介してパッケージ基
板a上に実装される。
The semiconductor pellet 2 is mounted on a package substrate 3 in a chip carrier structure (face-down structure or CCB structure). That is, the semiconductor pellet 2 is mounted on the package substrate a via the solder electrode (projection electrode, bump electrode, or CCB electrode) 4.

半田電極4としては例えばPb−8n系半田、Pb−I
n系半田等が使用される。
As the solder electrode 4, for example, Pb-8n solder, Pb-I
N-based solder or the like is used.

前記冷却ジャケット5は、パッケージ基板3の周縁部に
おいてそれに取付けられ、前記半導体ペレット2を被覆
する6パツケージ基板3への冷却ジャケット5の取付け
は封止接合剤6で行われる。
The cooling jacket 5 is attached to the package substrate 3 at its periphery, and the attachment of the cooling jacket 5 to the six-package substrate 3 covering the semiconductor pellet 2 is carried out with a sealing adhesive 6.

封止接合剤6としては例えばPb−5n系半田。The sealing bonding agent 6 is, for example, Pb-5n solder.

Pb−Ag系半田、P b −A g −S n系半田
、Pb−Ag−In系半田等が使用される。冷却ジャケ
ット5は、半導体ペレット2が単結晶珪素基板で形成さ
れる場合、熱膨張率が近い材料、例えばW、Mo、AQ
N、SiC,T−CBN等の材料で形成される。また、
冷却ジャケット5は、半導体ペレット2がG a A 
s基板で形成される場合、Cu−W系複合材料、Cu−
Mo系複合材料等やA Q20.+ B e O等で形
成される。
Pb-Ag-based solder, Pb-Ag-Sn-based solder, Pb-Ag-In-based solder, etc. are used. When the semiconductor pellet 2 is formed of a single-crystal silicon substrate, the cooling jacket 5 is made of a material having a similar coefficient of thermal expansion, such as W, Mo, or AQ.
It is made of materials such as N, SiC, and T-CBN. Also,
In the cooling jacket 5, the semiconductor pellet 2 is G a A
When formed with s substrate, Cu-W based composite material, Cu-
Mo-based composite materials etc.A Q20. + B e O etc.

冷却ジャケット5は、第1図中、左側上部に循環冷却流
体を供給する循環パイプ9が接続され、右側上部に循環
冷却流体を排呂する循環パイプ9が接続される。循環冷
却流体の循環方向は第1図中矢印で示す。つまり、この
冷却ジャケット5は。
In the cooling jacket 5, a circulation pipe 9 for supplying circulating cooling fluid is connected to the upper left side of FIG. 1, and a circulation pipe 9 for discharging circulating cooling fluid is connected to the upper right side. The direction of circulation of the circulating cooling fluid is indicated by arrows in FIG. In other words, this cooling jacket 5.

循環パイプ9で循環される循環冷却流体に半導体ペレッ
ト5の回路システムの動作で発生する熱を吸収させ、半
導体ペレット2を冷却する。冷却ジャケット5は弾性材
5Aを介して半導体ペレット2の回路搭載面と対向する
裏面のR1#部に接続される。弾性材5Aは単層或は多
層の金属箔からなる弾性薄膜(フレキシブル薄板)で構
成される。具体的に、弾性材5Aは、例えばNi、Cu
、Co。
The circulating cooling fluid circulated in the circulation pipe 9 absorbs the heat generated by the operation of the circuit system of the semiconductor pellet 5, thereby cooling the semiconductor pellet 2. The cooling jacket 5 is connected to the R1# portion of the back surface of the semiconductor pellet 2, which faces the circuit mounting surface, via an elastic material 5A. The elastic material 5A is composed of an elastic thin film (flexible thin plate) made of a single layer or multiple layers of metal foil. Specifically, the elastic material 5A is made of, for example, Ni or Cu.
, Co.

Au等のいずれか、若しくはそれらのうち2つ以上の金
属を組合せた合金で形成される。弾性材5Aは前記封止
接合材6と実質的に同様の接合層7を介して半導体ペレ
ット2の裏面に接続される6また、弾性材5Aは、半導
体ペレット2の回路搭載面側、裏面側の夫々を仕切り、
半導体ペレット2の裏面側に熱交換流路8を構成すると
共に、半導体ペレット2の回路搭載面側の気密性を確保
する。
It is formed of one of Au, etc., or an alloy of two or more of these metals. The elastic material 5A is connected to the back surface of the semiconductor pellet 2 via a bonding layer 7 that is substantially the same as the sealing bonding material 6 6 Also, the elastic material 5A is connected to the circuit mounting surface side and the back surface side of the semiconductor pellet 2. partition each of the
A heat exchange channel 8 is formed on the back side of the semiconductor pellet 2, and airtightness on the circuit mounting side of the semiconductor pellet 2 is ensured.

前記冷却ジャケット5は、循環パイプ9で供給される循
環冷却流体を半導体ペレット2の裏面に直接々触させ、
半導体ペレット2の回路システムで発生する熱を循環冷
却流体に吸収させ、この循環冷却流体を循環パイプ9に
排出する、前述の熱交換流路8を構成する。つまり、半
導体ペレット2の裏面はこの熱交換流路8の一部を構成
する。
The cooling jacket 5 allows the circulating cooling fluid supplied by the circulating pipe 9 to directly contact the back surface of the semiconductor pellet 2,
The heat exchange channel 8 described above is configured to absorb the heat generated in the circuit system of the semiconductor pellet 2 into the circulating cooling fluid and discharge the circulating cooling fluid to the circulating pipe 9. That is, the back surface of the semiconductor pellet 2 constitutes a part of this heat exchange channel 8.

また、冷却ジャケット5.半導体ペレット2の裏面の夫
々を連結する弾性材5Aは同様に熱交換流路8の一部を
構成する。
In addition, cooling jacket 5. The elastic material 5A connecting the back surfaces of the semiconductor pellets 2 similarly constitutes a part of the heat exchange channel 8.

前記循環パイプ9は、ベローズ構造で構成され、上下左
右の変形の自由度が確保される。
The circulation pipe 9 has a bellows structure, and has a degree of freedom in deforming vertically and horizontally.

次に、前述のマイクロチップキャリア構造の半導体装I
fの組立方法について、第3図及び第4図(組立工程毎
に示す断面図)を使用し、簡単に説明する。
Next, the semiconductor device I of the above-mentioned microchip carrier structure is
The method of assembling f will be briefly explained using FIGS. 3 and 4 (cross-sectional views showing each assembly process).

まず、パッケージ基板a上にチップキャリア構造で半導
体ペレット2を実装する。つまり、パッケージ基板3上
に半田電極4を介して半導体ペレット2を実装する。
First, the semiconductor pellet 2 is mounted on the package substrate a in a chip carrier structure. That is, the semiconductor pellet 2 is mounted on the package substrate 3 via the solder electrode 4.

次に、第3図に示すように、前記パッケージ基板3上の
周縁部に冷却ジャケット5を取付けると共に、冷却ジャ
ケット5に接続された弾性材5Aを半導体ペレット2の
裏面に連結する。パッケージ基板3、冷却ジャケット5
の夫々は封止接合層6を介して取付ける。弾性材5A、
半導体ペレット2の裏面の夫々は接合層7を介して連結
される。
Next, as shown in FIG. 3, a cooling jacket 5 is attached to the peripheral edge of the package substrate 3, and an elastic member 5A connected to the cooling jacket 5 is connected to the back surface of the semiconductor pellet 2. Package board 3, cooling jacket 5
are attached via a sealing bonding layer 6. Elastic material 5A,
The back surfaces of the semiconductor pellets 2 are connected via a bonding layer 7.

封止接合層6、接合層7の夫々のろう材はプリフォーム
又は蒸着により供給される。また、封止接合層6、接合
層7の夫々が供給される表面には、濡れ性及び密着性を
良くするために、下地金属層を形成する。この下地金属
層としては、例えば接着層、バリア層、酸化防止層の夫
々を順次積層した複合膜で形成する。接着層としては例
えばCr。
The brazing materials for each of the sealing bonding layer 6 and the bonding layer 7 are supplied by preform or vapor deposition. Moreover, a base metal layer is formed on the surface to which the sealing bonding layer 6 and the bonding layer 7 are respectively supplied in order to improve wettability and adhesion. This base metal layer is formed, for example, from a composite film in which an adhesive layer, a barrier layer, and an anti-oxidation layer are laminated in sequence. The adhesive layer is made of Cr, for example.

Ti、W等の金属材料を使用する。バリア層としてはN
i、Cu、Pt、Pd、Mo等の金属材料を使用する。
Metal materials such as Ti and W are used. N as a barrier layer
Metal materials such as i, Cu, Pt, Pd, and Mo are used.

酸化防止層としては例えばAuを使用する。For example, Au is used as the anti-oxidation layer.

また、この組立工程は封止接合層6.接合層7の夫々の
ろう材を溶融するために加熱雰囲気中で行われる。この
加熱雰囲気は10[ppm1以下の02を含む不活性ガ
ス或は10〜20[重量%]のH2を添加したガスが充
填される。結果的に、パッケージ基板3及び冷却ジャケ
ット5で封止され、弾性材5Aで気密封止さ九る半導体
ペレット2の回路搭載面側は前述の雰囲気が充填される
。そして、マイクロチップキャリア構造の半導体装電工
が完成する。
This assembly process also includes the sealing bonding layer 6. This is carried out in a heated atmosphere in order to melt the respective brazing materials of the bonding layer 7. This heating atmosphere is filled with an inert gas containing 10 ppm or less of 02 or a gas to which 10 to 20 weight percent of H2 is added. As a result, the circuit mounting surface side of the semiconductor pellet 2, which is sealed with the package substrate 3 and the cooling jacket 5 and hermetically sealed with the elastic material 5A, is filled with the above-mentioned atmosphere. Then, a semiconductor electronics device with a microchip carrier structure is completed.

次に、前記マイクロチップキャリア構造の半導体装置l
をプロセッサ部11の冷却モジュール10のモジュール
基板上に実装する。そして、第4図に示すように、マイ
クロチップキャリア構造の半導体装置1の冷却ジャケッ
ト5の熱交換流路8の供給側、排出側の夫々に循環パイ
プ9を接続する。
Next, the semiconductor device l having the microchip carrier structure is
is mounted on the module substrate of the cooling module 10 of the processor section 11. As shown in FIG. 4, a circulation pipe 9 is connected to each of the supply side and the discharge side of the heat exchange channel 8 of the cooling jacket 5 of the semiconductor device 1 having a microchip carrier structure.

この後、冷却モジュール10のモジュールキャップで複
数個のマイクロチップキャリア構造の半導体装電工を封
止する。そして、冷却モジュール10にメイン循環パイ
プ16を接続することにより、前述の冷却システムが完
成する。
Thereafter, a plurality of semiconductor components having a microchip carrier structure are sealed with a module cap of the cooling module 10. Then, by connecting the main circulation pipe 16 to the cooling module 10, the above-mentioned cooling system is completed.

このように、冷却流体供給装置12から供給される循環
冷却流体に、半導体ペレット2の回路動作で発生する熱
をこの半導体ペレット2の裏面から放散するマイクロチ
ップキャリア構造の半導体装!!1において、前記半導
体ペレット2の裏面が前記循環冷却流体に直接々触する
熱交換流路8の一部を構成する。この構成により、前記
半導体ペレット2の回路搭載面から循環冷却流体までの
熱伝導経路を短縮し、熱抵抗を低減できるので、放熱効
率を高め、マイクロチップキャリア構造の半導体装11
の回路動作性能を向上できる。
In this way, the semiconductor device has a microchip carrier structure in which the heat generated by the circuit operation of the semiconductor pellet 2 is radiated from the back surface of the semiconductor pellet 2 to the circulating cooling fluid supplied from the cooling fluid supply device 12! ! 1, the back surface of the semiconductor pellet 2 constitutes a part of a heat exchange channel 8 that directly contacts the circulating cooling fluid. With this configuration, it is possible to shorten the heat conduction path from the circuit mounting surface of the semiconductor pellet 2 to the circulating cooling fluid and reduce thermal resistance, thereby increasing heat dissipation efficiency.
The circuit operating performance can be improved.

また、前記半導体ペレット2はパッケージ基板(配線基
板)a上に搭載されると共に熱交換流路8の他部を構成
する冷却ジャケット5で被覆され、前記熱交換流路8の
一部である半導体ペレット2の裏面、他部である冷却ジ
ャケット5の夫々は弾性体5Aを介して連結される。こ
の構成により、前記作用効果の他に、パッケージ基板3
、冷却ジャケット6の夫々或は両者間に発生する熱的応
力或は機械的応力、循環パイプ9等から加わる外力を前
記弾性体5Aで吸収し、前記応力が冷却ジャケット5を
通して半導体ペレット2に伝達されることを低減できる
。この結果、半導体ペレット2の裏面を熱交換流路8の
一部とし、半導体ペレット2をチップキャリア構造でパ
ッケージ基板3に実装するマイクロチップキャリア構造
の半導体装置lにおいて、半田電極4の損傷や破壊を防
止できる。
Further, the semiconductor pellet 2 is mounted on a package substrate (wiring board) a and is covered with a cooling jacket 5 constituting the other part of the heat exchange channel 8. The back surface of the pellet 2 and the cooling jacket 5, which is the other part, are connected to each other via an elastic body 5A. With this configuration, in addition to the above-mentioned effects, the package substrate 3
The elastic body 5A absorbs the thermal stress or mechanical stress generated in each of the cooling jackets 6 or between the two, and the external force applied from the circulation pipe 9, etc., and the stress is transmitted to the semiconductor pellet 2 through the cooling jacket 5. It is possible to reduce the risk of As a result, in a semiconductor device l having a microchip carrier structure in which the back surface of the semiconductor pellet 2 is used as a part of the heat exchange channel 8 and the semiconductor pellet 2 is mounted on a package substrate 3 in a chip carrier structure, the solder electrode 4 may be damaged or destroyed. can be prevented.

また、マイクロチップキャリア構造の半導体装置1にお
いて、冷却ジャケット5に熱交換流路8を構成し、内部
に冷却機構を取込んだので、従来の冷却機構に相当する
分、小型化できる。この結果、冷却システムの冷却モジ
ュール10自体も小型化できる。
Further, in the semiconductor device 1 having the microchip carrier structure, the heat exchange channel 8 is formed in the cooling jacket 5, and a cooling mechanism is incorporated therein, so that the size can be reduced by an amount corresponding to a conventional cooling mechanism. As a result, the cooling module 10 itself of the cooling system can also be downsized.

また、前記循環冷却流体は水を使用する。この構成によ
り、前記循環冷却流体の熱容量を最も大きくできるので
、半導体ペレット2の回路動作で発生する熱の熱放散効
率をより高められる。
In addition, water is used as the circulating cooling fluid. With this configuration, the heat capacity of the circulating cooling fluid can be maximized, so that the heat dissipation efficiency of the heat generated by the circuit operation of the semiconductor pellet 2 can be further improved.

(実施例■) 本実施例■は、前述のマイクロチップキャリア構造の半
導体装置を小型化した、本発明の第2実施例である。
(Embodiment 2) This embodiment 2 is a second embodiment of the present invention in which the semiconductor device having the above-mentioned microchip carrier structure is miniaturized.

本発明の実施例■であるマイクロチップキャリア構造の
半導体装置を第5図(断面図)に示す。
FIG. 5 (cross-sectional view) shows a semiconductor device having a microchip carrier structure, which is Embodiment 2 of the present invention.

本実施例■のマイクロチップキャリア構造の半導体装置
lは、第5図に示すように、半導体ペレット2の裏面に
直接冷却ジャケット5を取付ける。
In the semiconductor device 1 having the microchip carrier structure of Example 2, a cooling jacket 5 is attached directly to the back surface of the semiconductor pellet 2, as shown in FIG.

冷却ジャケット5は封止接合層6を介して半導体ペレッ
ト2の裏面の周縁部に接続される。基本的な冷却構造は
、前記実施例Iと同様に、半導体ペレット2の裏面が熱
交換流路8の一部を構成する。
The cooling jacket 5 is connected to the peripheral edge of the back surface of the semiconductor pellet 2 via the sealing bonding layer 6 . In the basic cooling structure, the back surface of the semiconductor pellet 2 constitutes a part of the heat exchange channel 8, similar to the above-mentioned Example I.

半導体ペレット2の回路搭載面側は非気密構造となる。The circuit mounting surface side of the semiconductor pellet 2 has a non-airtight structure.

このように、マイクロチップキャリア構造の半導体装1
i1において、半導体ペレット2の裏面にほぼ裏面に規
定された領域内の範囲で冷却ジャケット5を構成する。
In this way, the semiconductor device 1 with the microchip carrier structure
At i1, a cooling jacket 5 is formed on the back surface of the semiconductor pellet 2 within a region substantially defined on the back surface.

この構成により、前記冷却ジャケット5を半導体ペレッ
ト2の平面サイズ内に納めたので、マイクロチップキャ
リア構造の半導体装直重の小型化を図れる。
With this configuration, the cooling jacket 5 is accommodated within the planar size of the semiconductor pellet 2, so that the direct weight of the semiconductor device of the microchip carrier structure can be reduced.

また、前記マイクロチップキャリア構造の半導体装置1
において、冷却ジャケット5.半導体ペレット2の夫々
を連結する弾性材5A等の部品を廃止できるので、部品
点数を削減し、構造を簡単化できる。
Further, the semiconductor device 1 having the microchip carrier structure
In the cooling jacket 5. Since parts such as the elastic material 5A that connect the semiconductor pellets 2 can be eliminated, the number of parts can be reduced and the structure can be simplified.

また、前記冷却ジャケット5は、半導体ペレット2の裏
面にその領域内で配置できるので、限定されたスペース
内に多数の信号配線を配置し、高速素子の性能を最大限
に活用するベアチップ実装構造に本発明は適用できる。
Moreover, since the cooling jacket 5 can be placed on the back surface of the semiconductor pellet 2 within its area, a large number of signal wirings can be placed in a limited space, resulting in a bare chip mounting structure that maximizes the performance of high-speed devices. The present invention is applicable.

なお、本実施例のマイクロチップキャリア構造の半導体
装置の組立方法については、前記実施例Iと実質的に同
様であるので、ここでの説明は省略する。
Note that the method for assembling the semiconductor device with the microchip carrier structure of this example is substantially the same as that of Example I, so a description thereof will be omitted here.

(実施例■) 本実施例■は、前記マイクロチップキャリア構造の半導
体装置において、半導体ペレット自体の熱抵抗を低減し
た、本発明の第3実施例である。
(Example 2) Example 2 is a third example of the present invention in which the thermal resistance of the semiconductor pellet itself is reduced in the semiconductor device having the microchip carrier structure.

本発明の実施例■であるマイクロチップキャリア構造の
半導体装置を第6図(断面図)で示す。
FIG. 6 (cross-sectional view) shows a semiconductor device having a microchip carrier structure, which is Embodiment 2 of the present invention.

本実施例■のマイクロチップキャリア構造の半導体装置
1は、第6図に示すように、熱交換流路8の一部となる
半導体ペレット2の裏面に厚さ方向に向って形成された
凹部2Aが構成される。この凹部2Aは、半導体ペレッ
ト2の回路搭載面から裏面までの距離を短縮し、熱抵抗
を低減する目的で構成される。また、凹部2Aは、半導
体ペレット2の周縁部の厚さをそのまま残し、冷却ジャ
ケット5を取付ける際の機械的強度を確保できる。
As shown in FIG. 6, the semiconductor device 1 having the microchip carrier structure of the present embodiment (2) has a recess 2A formed in the thickness direction on the back surface of the semiconductor pellet 2, which becomes a part of the heat exchange channel 8. is configured. This recess 2A is configured for the purpose of shortening the distance from the circuit mounting surface to the back surface of the semiconductor pellet 2 and reducing thermal resistance. Further, the recessed portion 2A allows the thickness of the peripheral edge of the semiconductor pellet 2 to remain unchanged, thereby ensuring mechanical strength when attaching the cooling jacket 5.

凹部2Aは、異方性エツチングで形成できるが、加工時
間の短縮の点、断面形状による応力緩和の点等から等方
性エツチングで形成する。また、この凹部2Aの循環冷
却流体が直接々触する表面は、非常に薄膜の自然酸化珪
素膜が形成されるが、熱抵抗が増大するので、基本的に
積極的に厚い膜厚の酸化珪素膜を形成しない。
Although the recess 2A can be formed by anisotropic etching, it is preferably formed by isotropic etching from the viewpoint of shortening processing time and stress relaxation due to the cross-sectional shape. In addition, a very thin natural silicon oxide film is formed on the surface of the recess 2A that is in direct contact with the circulating cooling fluid, but since this increases thermal resistance, basically a thick silicon oxide film is actively added to the surface. Does not form a film.

このように、冷却流体供給袋!12から供給される循環
冷却流体に、半導体ペレット2の回路動作で発生する熱
をこの半導体ペレット2の回路搭載面の裏面から放散す
るマイクロチップキャリア構造の半導体装11において
、前記半導体ペレット2の裏面に凹部2Aを構成し、こ
の半導体ペレット2の裏面の凹部2Aが、前記循環冷却
流体に直接々触する熱交換流路8の一部を構成する。こ
の構成により、前記実施例Iの作用効果の他に、前記半
導体ペレット2の回路搭載面から裏面までの熱伝導経路
(半導体ペレット2の厚さ方向の寸法)を短縮し、熱抵
抗を低減できるので、放熱効率を高め、マイクロチップ
キャリア構造の半導体装置1の回路動作性能を向上でき
る。
Like this, cooling fluid supply bag! In the semiconductor device 11 having a microchip carrier structure, the heat generated by the circuit operation of the semiconductor pellet 2 is dissipated from the back surface of the circuit mounting surface of the semiconductor pellet 2 to the circulating cooling fluid supplied from the semiconductor pellet 12. A recess 2A is formed on the back surface of the semiconductor pellet 2, and the recess 2A on the back surface of the semiconductor pellet 2 forms a part of the heat exchange channel 8 that directly contacts the circulating cooling fluid. With this configuration, in addition to the effects of Example I, the heat conduction path (dimension in the thickness direction of the semiconductor pellet 2) from the circuit mounting surface to the back surface of the semiconductor pellet 2 can be shortened, and the thermal resistance can be reduced. Therefore, the heat dissipation efficiency can be increased and the circuit operation performance of the semiconductor device 1 having the microchip carrier structure can be improved.

また、本実施例■は、前述の実施例■にも適用でき、特
に、半導体ペレット2が熱伝導率の低いGaAs基板の
場合に有効である。
Further, this embodiment (2) can also be applied to the above-mentioned embodiment (2), and is particularly effective when the semiconductor pellet 2 is a GaAs substrate with low thermal conductivity.

(実施例■) 本実施例■は、前記マイクロチップキャリア構造の半導
体装置の実装密度を向上した、本発明の第4実施例であ
る。
(Example 2) This example 2 is a fourth example of the present invention in which the packaging density of the semiconductor device having the microchip carrier structure is improved.

本発明の実施例■であるマイクロチップキャリア構造の
半導体装置を第7図(断面図)及び第8図(側面図)で
示す。
A semiconductor device having a microchip carrier structure, which is Embodiment 2 of the present invention, is shown in FIG. 7 (cross-sectional view) and FIG. 8 (side view).

本実施例■のマイクロチップキャリア構造の半導体装置
lは、第7図及び第8図に示すように、下側のパッケー
ジ基板3に実装された下側の半導体ペレット2.上側の
パッケージ基板3に実装された上側の半導体ペレット2
の夫々の裏面を接合層20を介して互いに接合する。上
側、下側の夫々の半導体ペレット2の裏面にはほぼ同一
位置に断面U字形状(V字形状又は凹形状)の溝が半導
体ペレット2の一辺側からそれと対向する他辺側に向っ
て構成される。この溝は、上側、下側の夫々の半導体ペ
レット2の裏面を互いに重ね合せることにより、熱交換
流路8A、8Bの夫々を構成する。
As shown in FIGS. 7 and 8, the semiconductor device 1 having a microchip carrier structure according to the present embodiment (2) has a lower semiconductor pellet 2.0 mounted on a lower package substrate 3. Upper semiconductor pellet 2 mounted on upper package substrate 3
The back surfaces of each are bonded to each other via a bonding layer 20. On the back surface of each of the upper and lower semiconductor pellets 2, a groove having a U-shaped cross section (V-shaped or concave shape) is formed at almost the same position from one side of the semiconductor pellet 2 to the other side opposite to it. be done. These grooves constitute heat exchange channels 8A and 8B, respectively, by overlapping the back surfaces of the upper and lower semiconductor pellets 2 with each other.

熱交換流路8A、8Bの夫々はその延在方向(循環冷却
流体の循環方向)に対して垂直方向に配列される。熱交
換流路8A、8Bの夫々の一端側及び他端側には循環パ
イプ9が接続される。
Each of the heat exchange channels 8A and 8B is arranged in a direction perpendicular to its extending direction (circulation direction of the circulating cooling fluid). A circulation pipe 9 is connected to one end and the other end of each of the heat exchange channels 8A and 8B.

前記熱交換流路BA内に流れる循環冷却流体の循環方向
は、それに隣接する熱交換流路8B内に流れる循環冷却
流体の循環方向に対して向流となる反対方向に設定され
る。つまり、循環パイプ9から供給される循環冷却流体
は温度が低く、循環パイプ9に徘呂される循環冷却流体
は半導体ペレット2の熱を吸収して温度が高くなるので
、循環冷却流体を向流にすることにより、半導体ペレッ
ト2の裏面の温度勾配を相殺し、温度分布を平均化で−
きる。
The circulation direction of the circulating cooling fluid flowing in the heat exchange channel BA is set to be countercurrent and opposite to the circulating direction of the circulating cooling fluid flowing in the adjacent heat exchange channel 8B. In other words, the circulating cooling fluid supplied from the circulating pipe 9 has a low temperature, and the circulating cooling fluid flowing into the circulating pipe 9 absorbs the heat of the semiconductor pellet 2 and becomes high in temperature, so the circulating cooling fluid is flowed in a countercurrent flow. By canceling out the temperature gradient on the back surface of the semiconductor pellet 2, the temperature distribution can be averaged and -
Wear.

このように、冷却流体供給装置12から供給される循環
冷却流体に、半導体ペレット2の回路動作で発生する熱
をこの半導体ペレット2の裏面から放散するマイクロチ
ップキャリア構造の半導体装Ifにおいて、下側の半導
体ペレット2の裏面に、上側の半導体ペレット2の裏面
を対向させて配置し、前記下側、上側の夫々の半導体ペ
レット2の裏面に前記循環冷却流体に直接々触する熱交
換流路8(8A及び8B)を構成する。この構成により
、前記実施例1の作用効果の他に、前記下側の半導体ペ
レット2の占有面積内に上側の半導体ペレット2のすべ
て或は一部を配置し、下側の半導体ペレット2及び上側
の半導体ペレット2の合計の占有面積を縮小したので、
マイクロチップキャリア構造の半導体装Ifの実装密度
を向上できる。
In this way, in the semiconductor device If of the microchip carrier structure in which the heat generated by the circuit operation of the semiconductor pellet 2 is dissipated from the back surface of the semiconductor pellet 2 to the circulating cooling fluid supplied from the cooling fluid supply device 12, the lower side A heat exchange channel 8 is disposed so that the back surface of the upper semiconductor pellet 2 is opposed to the back surface of the semiconductor pellet 2 , and the back surface of each of the lower and upper semiconductor pellets 2 is in direct contact with the circulating cooling fluid. (8A and 8B) are constructed. With this configuration, in addition to the effects of the first embodiment, all or a part of the upper semiconductor pellet 2 is disposed within the area occupied by the lower semiconductor pellet 2, and the lower semiconductor pellet 2 and the upper semiconductor pellet 2 are Since the total occupied area of semiconductor pellets 2 is reduced,
The packaging density of semiconductor devices If having a microchip carrier structure can be improved.

また、前記熱交換流路8は前記循環冷却流体の循環方向
に対して直交する方向に複数本の熱交換流路8A及び8
Bとして配置され、隣接する熱交換流路8A、8Bの夫
々の循環冷却流体の循環方向は向流とされる。この構成
により、前記循環冷却流体の温度勾配を相殺し均一化し
、半導体ペレット2の裏面を均一に冷却できるので、半
導体ペレット2の回路動作の信頼性を向上できる。
Further, the heat exchange flow path 8 includes a plurality of heat exchange flow paths 8A and 8 in a direction perpendicular to the circulation direction of the circulating cooling fluid.
The circulation directions of the circulating cooling fluids in the adjacent heat exchange channels 8A and 8B are countercurrent. With this configuration, the temperature gradient of the circulating cooling fluid can be offset and made uniform, and the back surface of the semiconductor pellet 2 can be uniformly cooled, so that the reliability of the circuit operation of the semiconductor pellet 2 can be improved.

(実施例V) 本実施例Vは、前記マイクロチップキャリア構造の半導
体装置において、半導体ペレットをTAB構造でパッケ
ージ基板に実装した1本発明の第5実施例である。
(Embodiment V) This embodiment V is a fifth embodiment of the present invention in which a semiconductor pellet is mounted on a package substrate in a TAB structure in the semiconductor device having the microchip carrier structure.

本発明の実施例■であるマイクロチップキャリア構造の
半導体装置を第9図(断面図)で示す。
FIG. 9 (cross-sectional view) shows a semiconductor device having a microchip carrier structure, which is Embodiment 2 of the present invention.

本実施例■のマイクロチップキャリア構造の半導体装W
1は、第9図に示すように、半導体ペレット2をTAB
構造でパッケージ基板a上に実装する。つまり、半導体
ペレット2はビームリード21を介してパッケージ基板
3上に実装される。ビームリード21はCu等の弾性を
有する薄い金属膜で形成される。
Semiconductor device W with microchip carrier structure of this example (■)
1, as shown in FIG. 9, the semiconductor pellet 2 is TAB
The structure is mounted on a package substrate a. That is, the semiconductor pellet 2 is mounted on the package substrate 3 via the beam lead 21. The beam lead 21 is formed of a thin elastic metal film such as Cu.

このマイクロチップキャリア構造の半導体装置1は、基
本的には前述の実施例I等と同様に、半導体ペレット2
の裏面が熱交換流MrBの一部として構成される。半導
体ペレット2の裏面、冷却ジャケット5の夫々は前記実
施例Iの弾性材5Aを介在させずに直接連結される。半
導体ペレット2に加わる熱的応力や機械的応力はビーム
リード21で吸収できる。
This semiconductor device 1 having a microchip carrier structure is basically similar to the above-mentioned Example I, etc., with semiconductor pellets 2
The back side of is configured as part of the heat exchange flow MrB. The back surface of the semiconductor pellet 2 and the cooling jacket 5 are directly connected to each other without intervening the elastic material 5A of Example I. Thermal stress and mechanical stress applied to the semiconductor pellet 2 can be absorbed by the beam lead 21.

このように、マイクロチップキャリア構造の半導体装置
1は、前記実施例Iと実質的に同様の作用効果を奏する
ことができる。
In this way, the semiconductor device 1 having the microchip carrier structure can achieve substantially the same effects as those of the embodiment I described above.

また、冷却ジャケット5から弾性材5Aを廃止できるの
で、部品点数を低減し、マイクロチップキャリア構造の
半導体装置1の構造を簡単化できる。
Furthermore, since the elastic material 5A can be eliminated from the cooling jacket 5, the number of parts can be reduced and the structure of the semiconductor device 1 having a microchip carrier structure can be simplified.

(実施例■) 本実施例■は、前記マイクロチップキャリア構造の半導
体装置において、半導体ペレットの回路搭載面を熱交換
流路の一部とした、本発明の第6実施例である。
(Embodiment 2) This embodiment 2 is a sixth embodiment of the present invention in which the circuit mounting surface of the semiconductor pellet is used as a part of the heat exchange channel in the semiconductor device having the microchip carrier structure.

本発明の実施例■であるマイクロチップキャリア構造の
半導体装置を第10図及び第11図(断面図)で示す。
A semiconductor device having a microchip carrier structure, which is Embodiment 2 of the present invention, is shown in FIGS. 10 and 11 (cross-sectional views).

本実施例■のマイクロチップキャリア構造の半導体装W
1は、第10図に示すように、半導体ペレット2の回路
搭載面が熱交換流路8の一部を構成する。半導体ペレッ
ト2の裏面は、パッケージ基板3に形成された凹部(キ
ャビティ)内に接着層22を介して接着される。接着層
22としてはAu系共晶材、Pb−8n系半田、Agペ
ースト材等が使用される。半導体ペレット2の回路搭載
面側の外部端子はボンディングワイヤ23を介してパッ
ケージ基板3の端子に接続される。
Semiconductor device W with microchip carrier structure of this example (■)
1, as shown in FIG. 10, the circuit mounting surface of the semiconductor pellet 2 constitutes a part of the heat exchange channel 8. The back surface of the semiconductor pellet 2 is adhered within a recess (cavity) formed in the package substrate 3 via an adhesive layer 22. As the adhesive layer 22, Au-based eutectic material, Pb-8n-based solder, Ag paste material, etc. are used. External terminals on the circuit mounting surface side of the semiconductor pellet 2 are connected to terminals of the package substrate 3 via bonding wires 23.

前記半導体ペレット2の回路搭載面の周縁部、冷却ジャ
ケット5の夫々は、前記実施例Iと同様でかつそれに比
べて弾性自由度が大きい弾性材5Aを介して連結される
。この弾性材5Aは、半導体ペレット2の回路搭載面に
形成される半導体素子等の損傷や破壊を防止する目的で
弾性自由度が大きく構成される。弾性材5A、半導体ペ
レット2の回路搭載面の夫々は接合層7を介在して接合
される。接合層7は、半導体ペレット2の回路搭載面の
最上層が酸化珪素膜(保護膜)で形成される場合、例え
ば半導体ペレット2側からAul Cr tCu 、 
A uの夫々を積層した複合膜で下地金属層を形成して
おき、ろう材で接合する。Auは接着層として使用され
る。CrはAflとの接着層として使用され、他にTi
等を使用してもよい。Cuはバリア層として使用され、
他にNi、Pt等を使用してもよい。Auは酸化防止層
として使用される。
The peripheral edge of the circuit mounting surface of the semiconductor pellet 2 and the cooling jacket 5 are connected to each other via an elastic material 5A that is similar to that of the embodiment I and has a greater degree of elastic freedom than that of the embodiment I. This elastic material 5A is configured to have a large degree of elastic freedom in order to prevent damage or destruction of semiconductor elements formed on the circuit mounting surface of the semiconductor pellet 2. The elastic material 5A and the circuit mounting surface of the semiconductor pellet 2 are bonded with a bonding layer 7 interposed therebetween. When the uppermost layer of the circuit mounting surface of the semiconductor pellet 2 is formed of a silicon oxide film (protective film), the bonding layer 7 is made of, for example, Aul Cr tCu,
A base metal layer is formed from a composite film in which Au and Au are laminated and bonded using a brazing material. Au is used as an adhesive layer. Cr is used as an adhesive layer with Afl, and Ti
etc. may also be used. Cu is used as a barrier layer,
Other materials such as Ni and Pt may also be used. Au is used as an anti-oxidation layer.

このように、マイクロチップキャリア構造の半導体装置
1において、半導体ペレット2の回路搭載面を熱交換流
路8の一部として構成する。この構成により、半導体ペ
レット2の熱発生源となる回路搭載面から直接冷却でき
るので、半導体ペレット2の厚さに相当する熱抵抗の分
、熱抵抗を低減し、マイクロチップキャリア構造の半導
体装置1の放熱効率をより向上できる。
In this manner, in the semiconductor device 1 having the microchip carrier structure, the circuit mounting surface of the semiconductor pellet 2 is configured as a part of the heat exchange channel 8. With this configuration, it is possible to directly cool the semiconductor pellet 2 from the circuit mounting surface, which is a heat generation source, so that the thermal resistance is reduced by the thermal resistance equivalent to the thickness of the semiconductor pellet 2, and the semiconductor device 1 with the microchip carrier structure The heat dissipation efficiency can be further improved.

また、本実施例■のマイクロチップキャリア構造の半導
体装W1は、第11図に示すように、前記第10図に示
すボンディングワイヤ23に変えてビームリード21を
使用してもよい。
Further, in the semiconductor device W1 having the microchip carrier structure of the present embodiment (2), as shown in FIG. 11, a beam lead 21 may be used instead of the bonding wire 23 shown in FIG. 10.

以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に
基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々変更可能であることは勿論である。
As above, the invention made by the present inventor has been specifically explained based on the above embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified in various ways without departing from the gist thereof. Of course.

例えば、本発明は、前記実施例I乃至実施例■のうちの
いずれか2つ、又はそれ以上の個数を組合せてもよい。
For example, in the present invention, any two or more of the embodiments I to II may be combined.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。
A brief explanation of the effects obtained by typical inventions disclosed in this application is as follows.

冷却流体供給装置から供給される循環冷却流体に半導体
ペレットの回路動作で発生する熱を放散する半導体装置
において、放熱効率を高め、回路動作性能を向上できる
In a semiconductor device that dissipates heat generated by circuit operation of semiconductor pellets into a circulating cooling fluid supplied from a cooling fluid supply device, heat dissipation efficiency can be increased and circuit operation performance can be improved.

また、前記半導体装置の半導体ペレット自体の熱抵抗を
低減し、より放熱効率を高められる。
Moreover, the thermal resistance of the semiconductor pellet itself of the semiconductor device can be reduced, and the heat dissipation efficiency can be further improved.

また、前記効果を奏することができると共に、前記半導
体ペレットに加わる応力を低減できる。
Further, the above effects can be achieved, and the stress applied to the semiconductor pellet can be reduced.

また、前記半導体装置の実装密度を向上できる。Furthermore, the packaging density of the semiconductor device can be improved.

また、前記半導体装置の熱放散効率を向上できる。Moreover, the heat dissipation efficiency of the semiconductor device can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明の実施例■であるマイクロチップキャ
リア構造の半導体装置の断面図、第2図は、前記マイク
ロチップキャリア構造の半導体装置が組込まれた冷却シ
ステムの概略構成図、 第3図及び第4図は、前記マイクロチップキャリア構造
の半導体装置の組立方法を説明するための組立工程毎に
示す断面図、 第5図は、本発明の実施例■であるマイクロチップキャ
リア構造の半導体装置の断面図、第6図は、本発明の実
施例■であるマイクロチップキャリア構造の半導体装置
の断面図、第7図は、本発明の実施例■であるマイクロ
チップキャリア構造の半導体装置の断面図、第8図は、
前記マイクロチップキャリア構造の半導体装置の側面図
、 第9図は、本発明の実施例■であるマイクロチップキャ
リア構造の半導体装置の断面図、第10図及び第11図
は、本発明の実施例■であるマイクロチップキャリア構
造の半導体装置の断面図である。 図中、1・・・マイクロチップキャリア構造の半導体装
置、2・・・半導体ペレット、2A・・・凹部、3・・
パッケージ基板、4・・・半田電極、5・・・冷却ジャ
ケット、5A・・・弾性材、6,7・・・接合層、8,
8A。 8B・・・熱交換流路、9・・・循環パイプ、10・・
・冷却モジュール、11・・・プロセッサ部、12・・
・冷却流体供給装置、21・・・ビームリード、23・
・・ボンディングワイヤである。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device with a microchip carrier structure, which is Embodiment 2 of the present invention; FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a cooling system in which the semiconductor device with the microchip carrier structure is incorporated; 4 and 4 are cross-sectional views showing each assembly process for explaining the method of assembling the semiconductor device with the microchip carrier structure, and FIG. 5 is a semiconductor device with the microchip carrier structure according to the embodiment FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor device with a microchip carrier structure, which is an embodiment (2) of the present invention, and FIG. 7 is a cross-sectional view of a semiconductor device with a microchip carrier structure, which is an embodiment (2) of the present invention. The cross-sectional view, Figure 8, is
A side view of the semiconductor device with the microchip carrier structure, FIG. 9 is a sectional view of the semiconductor device with the microchip carrier structure which is Embodiment 2 of the present invention, and FIGS. 10 and 11 are Embodiments of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a microchip carrier structure as shown in FIG. In the figure, 1... Semiconductor device with microchip carrier structure, 2... Semiconductor pellet, 2A... Concave portion, 3...
Package board, 4... Solder electrode, 5... Cooling jacket, 5A... Elastic material, 6, 7... Bonding layer, 8,
8A. 8B... Heat exchange channel, 9... Circulation pipe, 10...
・Cooling module, 11... Processor section, 12...
・Cooling fluid supply device, 21...beam lead, 23・
...It is a bonding wire.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、冷却流体供給装置から供給される循環冷却流体に、
半導体ペレットの回路動作で発生する熱をこの半導体ペ
レットの回路搭載面又はその裏面から放散する半導体装
置において、前記半導体ペレットの回路搭載面又は裏面
が、前記循環冷却流体に直接々触する熱交換流路の一部
を構成することを特徴とする半導体装置。 2、冷却流体供給装置から供給される循環冷却流体に、
半導体ペレットの回路動作で発生する熱をこの半導体ペ
レットの回路搭載面の裏面から放散する半導体装置にお
いて、前記半導体ペレットの裏面に凹部を構成し、この
半導体ペレットの裏面の凹部が、前記循環冷却流体に直
接々触する熱交換流路の一部を構成することを特徴とす
る半導体装置。 3、前記半導体ペレットは配線基板上に搭載されると共
に熱交換流路の他部を構成する冷却ジャケットで被覆さ
れ、前記熱交換流路の一部である半導体ペレットの回路
搭載面又は裏面、他部である冷却ジャケットの夫々は弾
性体を介して連結されることを特徴とする請求項1又は
請求項2に記載の半導体装置。 4、冷却流体供給装置から供給される循環冷却流体に、
半導体ペレットの回路動作で発生する熱をこの半導体ペ
レットの回路搭載面又はその裏面から放散する半導体装
置において、第1半導体ペレットの回路搭載面又は裏面
に、第2半導体ペレットの回路搭載面、裏面のいずれか
を対向させて配置し、前記第1半導体ペレットの回路搭
載面又は裏面、及びそれと対向する第2半導体ペレット
の回路搭載面、裏面のいずれかが、前記循環冷却流体に
直接々触する熱交換流路の一部を構成することを特徴と
する半導体装置。 5、前記熱交換流路は前記循環冷却流体の循環方向に対
して直交する方向に複数本配置され、隣接する熱交換流
路の夫々の循環冷却流体の循環方向は向流とされること
を特徴とする請求項1乃至請求項4に記載の夫々の半導
体装置。 6、前記循環冷却流体は水を使用することを特徴とする
請求項1乃至請求項5に記載の夫々の半導体装置。
[Claims] 1. The circulating cooling fluid supplied from the cooling fluid supply device,
In a semiconductor device in which heat generated by circuit operation of a semiconductor pellet is dissipated from the circuit mounting surface of the semiconductor pellet or its back surface, a heat exchange flow in which the circuit mounting surface or the back surface of the semiconductor pellet directly contacts the circulating cooling fluid. A semiconductor device comprising a part of a circuit. 2. Circulating cooling fluid supplied from the cooling fluid supply device,
In a semiconductor device that dissipates heat generated by circuit operation of a semiconductor pellet from the back surface of the circuit mounting surface of the semiconductor pellet, a recess is formed on the back surface of the semiconductor pellet, and the recess on the back surface of the semiconductor pellet is configured to dissipate heat generated by circuit operation of the semiconductor pellet from the back surface of the circuit mounting surface of the semiconductor pellet. A semiconductor device comprising a part of a heat exchange channel that directly contacts the semiconductor device. 3. The semiconductor pellet is mounted on a wiring board and covered with a cooling jacket that constitutes the other part of the heat exchange channel, and the circuit mounting surface or back surface of the semiconductor pellet, which is a part of the heat exchange channel, etc. 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the cooling jackets are connected to each other via an elastic body. 4. Circulating cooling fluid supplied from the cooling fluid supply device,
In a semiconductor device in which heat generated by circuit operation of a semiconductor pellet is dissipated from the circuit mounting surface of the semiconductor pellet or its back surface, the circuit mounting surface or back surface of the second semiconductor pellet is combined with the circuit mounting surface or back surface of the second semiconductor pellet. either of the circuit mounting surface or the back surface of the first semiconductor pellet and the circuit mounting surface or the back surface of the second semiconductor pellet opposing thereto directly contact the circulating cooling fluid. A semiconductor device comprising a part of an exchange flow path. 5. A plurality of the heat exchange channels are arranged in a direction perpendicular to the circulation direction of the circulating cooling fluid, and the circulating direction of the circulating cooling fluid in each adjacent heat exchange channel is countercurrent. Each of the semiconductor devices according to claim 1 is characterized by: 6. Each of the semiconductor devices according to claim 1, wherein the circulating cooling fluid uses water.
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