JPH05102354A - 電子回路装置 - Google Patents
電子回路装置Info
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- JPH05102354A JPH05102354A JP3263541A JP26354191A JPH05102354A JP H05102354 A JPH05102354 A JP H05102354A JP 3263541 A JP3263541 A JP 3263541A JP 26354191 A JP26354191 A JP 26354191A JP H05102354 A JPH05102354 A JP H05102354A
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- Japan
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- electronic circuit
- melting point
- circuit device
- heat transfer
- cooling
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- Pending
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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
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73253—Bump and layer connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】配線基板１の上面に複数個配置されたＬＳＩチ
ップもしくはチップキャリア２の上面とモジュールキャ
ップ３、冷却ジャケット４の間を低融点金属５および高
熱伝導金属薄板６で接続する。気密封止はＯリング７お
よび８で行う。 【効果】実稼働時の構造熱変形を低融点金属で吸収し、
モジュール内の各接続部にかかる応力・ひずみを低減さ
せ、実稼働寿命が向上し、伝熱冷却経路の簡略化により
冷却性能が向上する。
ップもしくはチップキャリア２の上面とモジュールキャ
ップ３、冷却ジャケット４の間を低融点金属５および高
熱伝導金属薄板６で接続する。気密封止はＯリング７お
よび８で行う。 【効果】実稼働時の構造熱変形を低融点金属で吸収し、
モジュール内の各接続部にかかる応力・ひずみを低減さ
せ、実稼働寿命が向上し、伝熱冷却経路の簡略化により
冷却性能が向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高集積の半導体チップ
を高密度微細接続により実装する構造に関する。
を高密度微細接続により実装する構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子計算機を高速化するためには、演算
や記憶に用いられる半導体集積回路をより高集積化しな
ければならない。これに伴い半導体集積回路から絶縁基
板への入出力端子数が増加し、その接続は微細化の一途
をたどっている。これにより、接続部の強度が低下し、
寿命が低くなるなどの問題が表面化してきている。これ
に対し、図２に示すベローズ１３や図３に示すダイヤフ
ラム１４をモジュール内部に使用した構造や、図４に示
すようなチップ背面をモジュールにろう材もしくははん
だ１５を用いて固着する構造により、チップと配線基板
との接続部およびその他の接続部にかかる応力・ひずみ
の低減および接続部の信頼性の向上を図る技術の開発な
どが行われている。これらの技術は、特開平２−７４５
６号、特開平２−１２５９６２号公報および特願平２−
８０７１３号明細書などに示されている。
や記憶に用いられる半導体集積回路をより高集積化しな
ければならない。これに伴い半導体集積回路から絶縁基
板への入出力端子数が増加し、その接続は微細化の一途
をたどっている。これにより、接続部の強度が低下し、
寿命が低くなるなどの問題が表面化してきている。これ
に対し、図２に示すベローズ１３や図３に示すダイヤフ
ラム１４をモジュール内部に使用した構造や、図４に示
すようなチップ背面をモジュールにろう材もしくははん
だ１５を用いて固着する構造により、チップと配線基板
との接続部およびその他の接続部にかかる応力・ひずみ
の低減および接続部の信頼性の向上を図る技術の開発な
どが行われている。これらの技術は、特開平２−７４５
６号、特開平２−１２５９６２号公報および特願平２−
８０７１３号明細書などに示されている。
【０００３】また、電子回路の高集積化により、集積回
路内の発熱密度が高まり、実装プロセス時及び実稼働時
の回路の内部温度変化や三次元温度分布からの熱膨張な
どによる変形の構造への影響が深刻な問題となってきて
いる。さらに、内部温度変化や温度分布の均一化及び発
熱密度の上昇に対応するために冷却性能の向上も重要な
課題となっている。そこで、冷却系の構造もフィン付き
チップを図５に示すようなくし歯１６により放熱面積の
増加させ強制的に空冷するタイプから図６に示すような
水冷系とくし歯１７による接触で冷却するタイプ、フレ
オンにチップを直接付け冷却する液体浸漬タイプ、さら
に上述のようにチップをモジュールキャップにろう材も
しくははんだで固着し水冷ジャケットに近づけ冷却する
間接水冷タイプへ変化し、冷却性能向上のための技術の
開発などが行われている。これらの技術については、特
開平２−８３９５７号公報に示されている。
路内の発熱密度が高まり、実装プロセス時及び実稼働時
の回路の内部温度変化や三次元温度分布からの熱膨張な
どによる変形の構造への影響が深刻な問題となってきて
いる。さらに、内部温度変化や温度分布の均一化及び発
熱密度の上昇に対応するために冷却性能の向上も重要な
課題となっている。そこで、冷却系の構造もフィン付き
チップを図５に示すようなくし歯１６により放熱面積の
増加させ強制的に空冷するタイプから図６に示すような
水冷系とくし歯１７による接触で冷却するタイプ、フレ
オンにチップを直接付け冷却する液体浸漬タイプ、さら
に上述のようにチップをモジュールキャップにろう材も
しくははんだで固着し水冷ジャケットに近づけ冷却する
間接水冷タイプへ変化し、冷却性能向上のための技術の
開発などが行われている。これらの技術については、特
開平２−８３９５７号公報に示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
では、構造体の加工・組立が複雑であるうえ、実装プロ
セス時に生じる構造体の熱変形により接続不良を起こし
たり、実稼働時のオン・オフの繰返しによる過渡的温度
分布のサイクルにより接続部破壊を起こすなどその構造
に起因する問題が依然残されており、この接続の信頼性
を向上させるような構造の開発が課題である。
では、構造体の加工・組立が複雑であるうえ、実装プロ
セス時に生じる構造体の熱変形により接続不良を起こし
たり、実稼働時のオン・オフの繰返しによる過渡的温度
分布のサイクルにより接続部破壊を起こすなどその構造
に起因する問題が依然残されており、この接続の信頼性
を向上させるような構造の開発が課題である。
【０００５】また、ベローズやダイヤフラムでは、モジ
ュール全体構造の小型化にも限界がある。さらに、冷却
能率の向上のためにはくし歯では熱抵抗の減少にも限界
があり、チップ発熱密度の増大に対応しきれないなどの
問題点も残されている。
ュール全体構造の小型化にも限界がある。さらに、冷却
能率の向上のためにはくし歯では熱抵抗の減少にも限界
があり、チップ発熱密度の増大に対応しきれないなどの
問題点も残されている。
【０００６】これらの従来技術の性能比較としてそれぞ
れの問題点をまとめて表１に示す。
れの問題点をまとめて表１に示す。
【０００７】
【表１】
【０００８】本発明の目的は、これら従来技術のうち、
構造が簡単でチップを冷却系に近づけることができ冷却
性能を大幅に向上できるはんだ固着方式について、従来
解決できなかった表１に示した接合部へのストレス大お
よび基板の反りへの対応難などに対する技術課題を解決
し、冷却特性の極めて優れた、しかも回路の破断が起こ
りにくい高性能の電子回路装置とこれを演算・記憶素子
として備えた高性能の電子計算機を開発することにあ
る。
構造が簡単でチップを冷却系に近づけることができ冷却
性能を大幅に向上できるはんだ固着方式について、従来
解決できなかった表１に示した接合部へのストレス大お
よび基板の反りへの対応難などに対する技術課題を解決
し、冷却特性の極めて優れた、しかも回路の破断が起こ
りにくい高性能の電子回路装置とこれを演算・記憶素子
として備えた高性能の電子計算機を開発することにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決は、配線
基板およびモジュールキャップで構成されるモジュール
気密容器内部気体の排気後、容器内の気密性を保ちなが
ら低融点および低剛性の金属の融点以上の温度恒温槽内
で前記接続用液化金属を注入した後、Ｃｕなど熱伝導性
の良い伝熱板の薄板を載せ平板による加圧を行いつつ冷
却することにより接続し、さらにこの伝熱板の薄板と冷
却ジャケットを熱伝導性グリスにより接続することによ
り達成される。
基板およびモジュールキャップで構成されるモジュール
気密容器内部気体の排気後、容器内の気密性を保ちなが
ら低融点および低剛性の金属の融点以上の温度恒温槽内
で前記接続用液化金属を注入した後、Ｃｕなど熱伝導性
の良い伝熱板の薄板を載せ平板による加圧を行いつつ冷
却することにより接続し、さらにこの伝熱板の薄板と冷
却ジャケットを熱伝導性グリスにより接続することによ
り達成される。
【００１０】
【作用】本発明による作用をまとめると以下の四点のよ
うになる。
うになる。
【００１１】（１）上記手段によりモジュール気密容器
と放熱金属薄板を接続することにより、半導体集積回路
とモジュールキャップとを実装プロセス時に構造的に分
離させ、各接合部に生じる応力・ひずみを低減させるこ
とができる。
と放熱金属薄板を接続することにより、半導体集積回路
とモジュールキャップとを実装プロセス時に構造的に分
離させ、各接合部に生じる応力・ひずみを低減させるこ
とができる。
【００１２】（２）上記低融点金属は、同時に低剛性で
あり、これにより実稼働時の内部温度変化および温度分
布による変形を吸収し、他の接合部に生じる応力・ひず
みを低減させることができる。
あり、これにより実稼働時の内部温度変化および温度分
布による変形を吸収し、他の接合部に生じる応力・ひず
みを低減させることができる。
【００１３】（３）上記放熱薄板に熱伝導性グリスを介
して冷却ジャケットと接続することができ、放熱経路が
特定できるとともに熱抵抗が減少し、冷却性能の向上が
でき炉と供にモジュール内温度分布および温度上昇が少
なくなりモジュール全体の熱変形が小さくなる。
して冷却ジャケットと接続することができ、放熱経路が
特定できるとともに熱抵抗が減少し、冷却性能の向上が
でき炉と供にモジュール内温度分布および温度上昇が少
なくなりモジュール全体の熱変形が小さくなる。
【００１４】（４）上記のように、伝熱板とモジュール
の接続時に平板による加圧を行いつつ冷却することによ
り多層基板の反りに対応することができる。
の接続時に平板による加圧を行いつつ冷却することによ
り多層基板の反りに対応することができる。
【００１５】
【実施例】以下に、本発明の一実施例を図４を用いて説
明する。図４は、本発明の電子回路の実装構造の断面図
である。裏面に信号ピン９を有する多層モジュール基板
１に複数個の半導体素子を内蔵したチップキャリア２を
はんだバンプ１０で接続することにより搭載する。モジ
ュールの気密封止は、モジュールキャップ３と多層モジ
ュール基板１との間にＯリング７を、及びモジュールキ
ャップ３とチップキャリア２との間にそれぞれＯリング
８を挾み、排気管１１より高温雰囲気中で排気すること
により行われる。この際、モジュールキャップの内面の
加工精度が悪い場合、および、多層基板のうねりが激し
い場合には、排気が十分に行われないためこの検出も同
時に行うことが可能であるうえ、すべての接続用はんだ
バンプにほぼ一定の荷重をかけることができるという利
点があることが重要である。
明する。図４は、本発明の電子回路の実装構造の断面図
である。裏面に信号ピン９を有する多層モジュール基板
１に複数個の半導体素子を内蔵したチップキャリア２を
はんだバンプ１０で接続することにより搭載する。モジ
ュールの気密封止は、モジュールキャップ３と多層モジ
ュール基板１との間にＯリング７を、及びモジュールキ
ャップ３とチップキャリア２との間にそれぞれＯリング
８を挾み、排気管１１より高温雰囲気中で排気すること
により行われる。この際、モジュールキャップの内面の
加工精度が悪い場合、および、多層基板のうねりが激し
い場合には、排気が十分に行われないためこの検出も同
時に行うことが可能であるうえ、すべての接続用はんだ
バンプにほぼ一定の荷重をかけることができるという利
点があることが重要である。
【００１６】さらに、溶融している金属をチップキャリ
ア２の上面に注入し、その上に伝熱金属薄板６を載せて
冷却する。ここで、１ＬＳＩごとに分割した伝熱金属薄
板６および低融点金属５による接続は、多層基板１内の
熱変形差を吸収できるうえ、基板の加工精度のばらつき
にも対応できる。さらに、実装プロセス時には金属は溶
融しているため、複数個の伝熱板を一枚の平板で押さえ
ながら冷却し固着させることにより、はんだバンプに余
分な応力・ひずみを与えることなくモジュール上面を平
坦化することができる。
ア２の上面に注入し、その上に伝熱金属薄板６を載せて
冷却する。ここで、１ＬＳＩごとに分割した伝熱金属薄
板６および低融点金属５による接続は、多層基板１内の
熱変形差を吸収できるうえ、基板の加工精度のばらつき
にも対応できる。さらに、実装プロセス時には金属は溶
融しているため、複数個の伝熱板を一枚の平板で押さえ
ながら冷却し固着させることにより、はんだバンプに余
分な応力・ひずみを与えることなくモジュール上面を平
坦化することができる。
【００１７】また、伝熱板６およびモジュール上面に熱
伝導性グリス１２を介して水冷ジャケット４に直接接続
させることにより冷却水までの熱抵抗が大幅に減少する
ため、冷却性能を向上させることが可能である。
伝導性グリス１２を介して水冷ジャケット４に直接接続
させることにより冷却水までの熱抵抗が大幅に減少する
ため、冷却性能を向上させることが可能である。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、低融点金属の使用によ
り、実装プロセス時および実稼働時に各接続部に生じる
応力・ひずみを低減できるためＩ／Ｏ接続不良が減少
し、電子回路の寿命が向上する。さらに、冷却部の構造
が単純であり熱抵抗を減少させられるので加工・組立て
性および冷却性能の向上につながる。
り、実装プロセス時および実稼働時に各接続部に生じる
応力・ひずみを低減できるためＩ／Ｏ接続不良が減少
し、電子回路の寿命が向上する。さらに、冷却部の構造
が単純であり熱抵抗を減少させられるので加工・組立て
性および冷却性能の向上につながる。
【図１】本発明による電子回路の実装構造の一実施例の
断面図、
断面図、
【図２】従来技術でベローズを用いた場合の一実施例の
断面図、
断面図、
【図３】従来技術でダイヤフラムを用いた場合の一実施
例の断面図、
例の断面図、
【図４】従来技術ではんだ固着方式を用いた場合の一実
施例の断面図、
施例の断面図、
【図５】従来技術でくし歯を用いた場合の一実施例の断
面図、
面図、
【図６】従来技術でくし歯を用いた場合の一実施例の断
面図。
面図。
１…モジュール基板、２…チップキャリア、３…モジュ
ールキャップ、４…冷却ジャケット、５…低融点金属、
６…伝熱金属薄板、７…Ｏリング、８…Ｏリング、９…
Ｉ／Ｏピン、１０…はんだバンプ、１１…排気管、１２
…熱伝導性グリス。
ールキャップ、４…冷却ジャケット、５…低融点金属、
６…伝熱金属薄板、７…Ｏリング、８…Ｏリング、９…
Ｉ／Ｏピン、１０…はんだバンプ、１１…排気管、１２
…熱伝導性グリス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 正英 横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立 製作所生産技術研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】絶縁された配線基板上に、一個または複数
個の半導体チップもしくはチップキャリアを搭載した電
子回路において、接続時に液体となっている低融点およ
び低剛性の金属を用いてチップもしくはチップキャリア
背面とモジュール気密容器の上板および高熱伝導率金属
の薄板でできた伝熱板との接続を行うことを特徴とする
電子回路装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記伝熱板を冷却ジャ
ケットと前記半導体チップ間に熱伝導性グリスを介して
挾むことにより、冷却ジャケットと半導体チップ間の接
続距離を短くした電子回路装置。 - 【請求項３】請求項１において、前記伝熱板と半導体チ
ップの接合不良が生じた場合に、冷却不良により局部的
温度上昇が生じても前記低融点金属の融点以上には上昇
せず、金属の液化、再接合、の過程により再び冷却性能
を回復する電子回路装置。 - 【請求項４】請求項１において、前記電子回路装置にお
いて、チップ背面と前記伝熱板を前記低融点金属で接続
する電子回路装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3263541A JPH05102354A (ja) | 1991-10-11 | 1991-10-11 | 電子回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3263541A JPH05102354A (ja) | 1991-10-11 | 1991-10-11 | 電子回路装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05102354A true JPH05102354A (ja) | 1993-04-23 |
Family
ID=17390977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3263541A Pending JPH05102354A (ja) | 1991-10-11 | 1991-10-11 | 電子回路装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05102354A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005024940A1 (ja) * | 2003-08-28 | 2005-03-17 | Fujitsu Limited | パッケージ構造、それを搭載したプリント基板、並びに、かかるプリント基板を有する電子機器 |
| JP2009218603A (ja) * | 2009-04-09 | 2009-09-24 | Fujitsu Ltd | パッケージ構造、それを搭載したプリント基板、並びに、かかるプリント基板を有する電子機器 |
-
1991
- 1991-10-11 JP JP3263541A patent/JPH05102354A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005024940A1 (ja) * | 2003-08-28 | 2005-03-17 | Fujitsu Limited | パッケージ構造、それを搭載したプリント基板、並びに、かかるプリント基板を有する電子機器 |
| US7221571B2 (en) | 2003-08-28 | 2007-05-22 | Fujitsu Limited | Package unit, printed board having the same, and electronic apparatus having the printed board |
| JP2009218603A (ja) * | 2009-04-09 | 2009-09-24 | Fujitsu Ltd | パッケージ構造、それを搭載したプリント基板、並びに、かかるプリント基板を有する電子機器 |
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