JPH06224338A - 電子装置 - Google Patents
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- JPH06224338A JPH06224338A JP50A JP880193A JPH06224338A JP H06224338 A JPH06224338 A JP H06224338A JP 50 A JP50 A JP 50A JP 880193 A JP880193 A JP 880193A JP H06224338 A JPH06224338 A JP H06224338A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体チップの接合部分から冷却液に至る熱
抵抗の低減化。 【構成】 配線基板２の主面に半田バンプ３を介して半
導体チップ１を搭載する。半導体チップ１の半田バンプ
３が存在しない背面に半田７を介して天板４が接着され
ている。天板４には溝１５が設けられ、半導体チップ１
の背面との間に流路６が構成されている。天板４には前
記流路６の始端部分２２または終端部分２３に連通する
マイクロコネクタ５が取り付けられている。始端部分２
２にマイクロコネクタ５から冷却液２１を送り込み、終
端部分２２のマイクロコネクタ５から冷却液２１を排水
する。半導体チップ１の背面を直接、冷却液２１によっ
て冷却できるため、熱抵抗を大幅に低減できる。
抵抗の低減化。 【構成】 配線基板２の主面に半田バンプ３を介して半
導体チップ１を搭載する。半導体チップ１の半田バンプ
３が存在しない背面に半田７を介して天板４が接着され
ている。天板４には溝１５が設けられ、半導体チップ１
の背面との間に流路６が構成されている。天板４には前
記流路６の始端部分２２または終端部分２３に連通する
マイクロコネクタ５が取り付けられている。始端部分２
２にマイクロコネクタ５から冷却液２１を送り込み、終
端部分２２のマイクロコネクタ５から冷却液２１を排水
する。半導体チップ１の背面を直接、冷却液２１によっ
て冷却できるため、熱抵抗を大幅に低減できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子装置、特にＬＳＩ
（大規模集積回路）等高熱を発生する半導体チップを組
み込んだ電子装置の冷却技術に関わり、たとえば、コン
ピュータにおける命令プロセサやシステム制御装置を構
成する高密度モジュールの冷却技術に適用して有効な技
術に関する。
（大規模集積回路）等高熱を発生する半導体チップを組
み込んだ電子装置の冷却技術に関わり、たとえば、コン
ピュータにおける命令プロセサやシステム制御装置を構
成する高密度モジュールの冷却技術に適用して有効な技
術に関する。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータ等に使用されるＩＣ（集積
回路），ＬＳＩ等半導体装置は、信頼性が高いものが要
求されている。たとえば、日経ＢＰ社発行「日経エレク
トロニクス」1990年12月10日号、P209〜P241「大型コン
ピュータＭ−８８０の処理方式とハードウエア技術」に
は、コンピュータに組み込まれるＬＳＩの実装構造につ
いて記載されている。また、同様の内容が日立評論社発
行「日立評論」1991年第２号、同年２月25日発行、Ｐ41
〜Ｐ48「超大形プロセッサグループ“ＨＩＴＡＣＭ−８
８０”のハードウェア技術」にも記載されている。以
下、必要部分を要約する。
回路），ＬＳＩ等半導体装置は、信頼性が高いものが要
求されている。たとえば、日経ＢＰ社発行「日経エレク
トロニクス」1990年12月10日号、P209〜P241「大型コン
ピュータＭ−８８０の処理方式とハードウエア技術」に
は、コンピュータに組み込まれるＬＳＩの実装構造につ
いて記載されている。また、同様の内容が日立評論社発
行「日立評論」1991年第２号、同年２月25日発行、Ｐ41
〜Ｐ48「超大形プロセッサグループ“ＨＩＴＡＣＭ−８
８０”のハードウェア技術」にも記載されている。以
下、必要部分を要約する。
【０００３】これらの文献によれば、コンピュータを構
成する命令プロセサおよびシステム制御装置のＬＳＩチ
ップは、新たに開発されたＭＣＣ（micro carrier for
LSIchip）と呼ぶパッケージに封止されている。命令プ
ロセサを構成する大型のプロセッサ・ボードは、４６層
の多層プリント基板（大きさは７３０ｍｍ×５３４ｍ
ｍ）と、この多層プリント基板の一面に配設された２０
個のモジュール・コネクタと、これらモジュール・コネ
クタに取り付けられた高密度モジュールと、前記高密度
モジュールの水冷ジャケットに冷却水を循環させる冷却
機構等とからなっている。銅製からなる水冷ジャケット
には、２箇所に継手が設けられるとともに、これらの継
手にはパイプが接続されている。水冷ジャケットにあっ
ては、一方の継手のパイプは送り込み側パイプまたは上
流側の高密度モジュールの水冷ジャケットの継手に接続
され、他方の継手のパイプは下流側の高密度モジュール
の水冷ジャケットの継手または取り出し側水パイプに接
続されて、冷却水の循環による冷却が行われるようにな
っている。
成する命令プロセサおよびシステム制御装置のＬＳＩチ
ップは、新たに開発されたＭＣＣ（micro carrier for
LSIchip）と呼ぶパッケージに封止されている。命令プ
ロセサを構成する大型のプロセッサ・ボードは、４６層
の多層プリント基板（大きさは７３０ｍｍ×５３４ｍ
ｍ）と、この多層プリント基板の一面に配設された２０
個のモジュール・コネクタと、これらモジュール・コネ
クタに取り付けられた高密度モジュールと、前記高密度
モジュールの水冷ジャケットに冷却水を循環させる冷却
機構等とからなっている。銅製からなる水冷ジャケット
には、２箇所に継手が設けられるとともに、これらの継
手にはパイプが接続されている。水冷ジャケットにあっ
ては、一方の継手のパイプは送り込み側パイプまたは上
流側の高密度モジュールの水冷ジャケットの継手に接続
され、他方の継手のパイプは下流側の高密度モジュール
の水冷ジャケットの継手または取り出し側水パイプに接
続されて、冷却水の循環による冷却が行われるようにな
っている。
【０００４】高密度モジュールは、４４層のＡｌＮを主
体とする多層セラミック基板（モジュール基板）と、こ
のモジュール基板に搭載される３６〜４１個のＭＣＣ
と、前記ＭＣＣの上に取り付けられるセラミック（Ａｌ
Ｎ：窒化アルミ）製の小型フィン（マイクロフィン）
と、前記モジュール基板に気密的に取り付けられかつ前
記ＭＣＣ等を被うＡｌＮからなるセラミック・キャップ
（モジュール・キャップ）と、前記モジュール・キャッ
プ上に熱伝導グリースを介して接触する水冷ジャケット
とからなっている。前記モジュール基板の層数は、表裏
２層，信号１８層，整合用１１層，電源・接地１３層の
合計４４層である。表面層には、ＭＣＣのボンディング
・パッド、設計変更や製造欠陥などの補修用パターン、
インサーキット・テスト用のプロービング・パッドなど
約４万個のパターンがある。また、モジュール基板の裏
面層には端子ピンのろう付け用パッドと、裏面補修用パ
ッドが準備されている。裏面の端子ピンは合計２５２１
ピンである。端子ピンは２．７ｍｍピッチの面心格子配
列となっている。隣接するピンとの間隔は１．９１ｍｍ
である。一方、前記マイクロフィンの上部は櫛の歯状に
切り込み（下櫛歯）が入っているとともに、モジュール
・キャップの前記ＭＣＣに対面する内面（天井面）にも
櫛の歯状に切り込み（上櫛歯）が入り、上・下櫛歯が噛
み合って熱を伝えるようになっている。また、セラミッ
ク・キャップ内には、熱伝導性と不活性雰囲気を確保す
るためにＨｅガスが充填され、櫛歯間の微小な隙間で
は、Ｈｅガスを介して放熱がされる。モジュールの大き
さは１０６ｍｍ角である。
体とする多層セラミック基板（モジュール基板）と、こ
のモジュール基板に搭載される３６〜４１個のＭＣＣ
と、前記ＭＣＣの上に取り付けられるセラミック（Ａｌ
Ｎ：窒化アルミ）製の小型フィン（マイクロフィン）
と、前記モジュール基板に気密的に取り付けられかつ前
記ＭＣＣ等を被うＡｌＮからなるセラミック・キャップ
（モジュール・キャップ）と、前記モジュール・キャッ
プ上に熱伝導グリースを介して接触する水冷ジャケット
とからなっている。前記モジュール基板の層数は、表裏
２層，信号１８層，整合用１１層，電源・接地１３層の
合計４４層である。表面層には、ＭＣＣのボンディング
・パッド、設計変更や製造欠陥などの補修用パターン、
インサーキット・テスト用のプロービング・パッドなど
約４万個のパターンがある。また、モジュール基板の裏
面層には端子ピンのろう付け用パッドと、裏面補修用パ
ッドが準備されている。裏面の端子ピンは合計２５２１
ピンである。端子ピンは２．７ｍｍピッチの面心格子配
列となっている。隣接するピンとの間隔は１．９１ｍｍ
である。一方、前記マイクロフィンの上部は櫛の歯状に
切り込み（下櫛歯）が入っているとともに、モジュール
・キャップの前記ＭＣＣに対面する内面（天井面）にも
櫛の歯状に切り込み（上櫛歯）が入り、上・下櫛歯が噛
み合って熱を伝えるようになっている。また、セラミッ
ク・キャップ内には、熱伝導性と不活性雰囲気を確保す
るためにＨｅガスが充填され、櫛歯間の微小な隙間で
は、Ｈｅガスを介して放熱がされる。モジュールの大き
さは１０６ｍｍ角である。
【０００５】ＭＣＣは、ムライト系セラミック（熱膨張
係数３．５×１０-6／°Ｃ）からなるＭＣＣ基板と、こ
のＭＣＣ基板上にハンダ・バンプを介して搭載（フリッ
プチップ）するシリコン（Ｓｉ：熱膨張係数３．０×１
０-6／°Ｃ）からなるＬＳＩチップと、前記ＬＳＩチッ
プを被うとともにＭＣＣ基板にハンダ封止されるＡｌＮ
（熱膨張係数３．８×１０-6／°Ｃ）からなるＭＣＣキ
ャップ（ＡｌＮキャップ）と、前記ＭＣＣ基板の露出面
（下面）に設けられるハンダ・バンプとからなってい
る。また、前記ＬＳＩチップの背面は、放熱（伝熱）の
ためにハンダによってＭＣＣキャップの天井に接続され
ている。前記ＭＣＣ基板は、厚膜導体７層，薄膜導体５
層，薄膜抵抗１層からなる厚膜／薄膜混成基板構造とな
るとともに、ＬＳＩチップのバンプ・ピッチ（最小２５
０μｍ間隔）と、ＭＣＣを搭載するモジュール基板の格
子ピッチ（ハンダ・バンプは４５０μｍ格子）の整合を
とるようになっている。ＭＣＣは１０〜１２ｍｍ角の大
きさとなるとともに、端子数は合計５２８ピンとなって
いる。端子（ピン）は、ＬＳＩの信号に２５２ピン、終
端抵抗に９９ピン、残りは電源ピン，接地ピン，モニタ
・ピンに割り振られている。
係数３．５×１０-6／°Ｃ）からなるＭＣＣ基板と、こ
のＭＣＣ基板上にハンダ・バンプを介して搭載（フリッ
プチップ）するシリコン（Ｓｉ：熱膨張係数３．０×１
０-6／°Ｃ）からなるＬＳＩチップと、前記ＬＳＩチッ
プを被うとともにＭＣＣ基板にハンダ封止されるＡｌＮ
（熱膨張係数３．８×１０-6／°Ｃ）からなるＭＣＣキ
ャップ（ＡｌＮキャップ）と、前記ＭＣＣ基板の露出面
（下面）に設けられるハンダ・バンプとからなってい
る。また、前記ＬＳＩチップの背面は、放熱（伝熱）の
ためにハンダによってＭＣＣキャップの天井に接続され
ている。前記ＭＣＣ基板は、厚膜導体７層，薄膜導体５
層，薄膜抵抗１層からなる厚膜／薄膜混成基板構造とな
るとともに、ＬＳＩチップのバンプ・ピッチ（最小２５
０μｍ間隔）と、ＭＣＣを搭載するモジュール基板の格
子ピッチ（ハンダ・バンプは４５０μｍ格子）の整合を
とるようになっている。ＭＣＣは１０〜１２ｍｍ角の大
きさとなるとともに、端子数は合計５２８ピンとなって
いる。端子（ピン）は、ＬＳＩの信号に２５２ピン、終
端抵抗に９９ピン、残りは電源ピン，接地ピン，モニタ
・ピンに割り振られている。
【０００６】また、接続・封止等に使っているハンダ材
料は、ＬＳＩチップのハンダ・バンプの融点が最も高
く、モジュール・キャップを封止するハンダの融点が最
も低くなるように選ばれ、組み立て工程での温度階層を
つけ、接続の信頼性を上げている。
料は、ＬＳＩチップのハンダ・バンプの融点が最も高
く、モジュール・キャップを封止するハンダの融点が最
も低くなるように選ばれ、組み立て工程での温度階層を
つけ、接続の信頼性を上げている。
【０００７】ＬＳＩチップで発生した熱は、ＬＳＩチッ
プ背面のハンダを通ってＭＣＣキャップに伝わる。ＭＣ
Ｃキャップに伝わった熱は、マイクロフィン，モジュー
ル・キャップ，グリース，水冷ジャケットと伝わって冷
却水に放出される。この結果、ＬＳＩの接合部から冷却
水までの熱抵抗は２℃／Ｗ以下となる。
プ背面のハンダを通ってＭＣＣキャップに伝わる。ＭＣ
Ｃキャップに伝わった熱は、マイクロフィン，モジュー
ル・キャップ，グリース，水冷ジャケットと伝わって冷
却水に放出される。この結果、ＬＳＩの接合部から冷却
水までの熱抵抗は２℃／Ｗ以下となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】前記文献に記載される
従来の冷却構造では、発熱部である半導体チップ（ＬＳ
Ｉチップ）と、冷却部である水冷ジャケット間の介在物
が多い。このため、発熱がより大きなものとなる半導体
チップ（半導体集積回路）を組み込んだ場合、半導体チ
ップの温度が上昇してしまい、より発熱の大きな半導体
チップの冷却には対応でき難くなる。
従来の冷却構造では、発熱部である半導体チップ（ＬＳ
Ｉチップ）と、冷却部である水冷ジャケット間の介在物
が多い。このため、発熱がより大きなものとなる半導体
チップ（半導体集積回路）を組み込んだ場合、半導体チ
ップの温度が上昇してしまい、より発熱の大きな半導体
チップの冷却には対応でき難くなる。
【０００９】本発明の目的は、発熱部である半導体チッ
プと冷却水との間の熱抵抗の低減を図ることができる電
子装置を提供することにある。本発明の前記ならびにそ
のほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添
付図面からあきらかになるであろう。
プと冷却水との間の熱抵抗の低減を図ることができる電
子装置を提供することにある。本発明の前記ならびにそ
のほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添
付図面からあきらかになるであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本願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。すなわち、本発明の電子装置は、配
線基板と、この配線基板の一面に電極端子部分を介して
接続された少なくとも一つの半導体チップと、前記半導
体チップの電極が設けられない面に接着された天板と、
前記天板と半導体チップ面との間に形成された流路と、
前記天板に取り付けられかつ前記流路の始端部分と終端
部分にそれぞれ連通する液体用継手とを有する構造とな
っている。また、前記流路は天板に設けられた溝と半導
体チップ面とによって形成されている。これにより、半
導体チップの電極が設けられない面、すなわち背面側に
は直接液冷ジャケットが形成されることになる。
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。すなわち、本発明の電子装置は、配
線基板と、この配線基板の一面に電極端子部分を介して
接続された少なくとも一つの半導体チップと、前記半導
体チップの電極が設けられない面に接着された天板と、
前記天板と半導体チップ面との間に形成された流路と、
前記天板に取り付けられかつ前記流路の始端部分と終端
部分にそれぞれ連通する液体用継手とを有する構造とな
っている。また、前記流路は天板に設けられた溝と半導
体チップ面とによって形成されている。これにより、半
導体チップの電極が設けられない面、すなわち背面側に
は直接液冷ジャケットが形成されることになる。
【００１１】本発明の他の実施例では、前記流路は半導
体チップに設けられた溝と天板面とによって形成されて
いる。
体チップに設けられた溝と天板面とによって形成されて
いる。
【００１２】本発明の他の実施例では、前記天板は周壁
を有するキャップ構造となるとともに、前記周壁は半導
体チップが搭載された配線基板に気密的に固定され、半
導体チップは気密的に封止されている。
を有するキャップ構造となるとともに、前記周壁は半導
体チップが搭載された配線基板に気密的に固定され、半
導体チップは気密的に封止されている。
【００１３】本発明の他の実施例では、半導体チップ
と、配線基板と、一面に前記半導体チップを搭載し他面
が前記配線基板に実装される整合用配線基板と、前記半
導体チップの電極が設けられない面に接着されかつ周壁
が前記整合用配線基板に気密的に接着されたキャップ
と、前記キャップと半導体チップ面との間に形成された
流路と、前記天板に取り付けられかつ前記流路の始端部
分と終端部分にそれぞれ連通する液体用継手とを有する
構造となっている。
と、配線基板と、一面に前記半導体チップを搭載し他面
が前記配線基板に実装される整合用配線基板と、前記半
導体チップの電極が設けられない面に接着されかつ周壁
が前記整合用配線基板に気密的に接着されたキャップ
と、前記キャップと半導体チップ面との間に形成された
流路と、前記天板に取り付けられかつ前記流路の始端部
分と終端部分にそれぞれ連通する液体用継手とを有する
構造となっている。
【００１４】
【作用】上記した手段によれば、本発明の電子装置は、
半導体チップの電極が設けられない背面側に直接液冷ジ
ャケットが形成され、半導体チップを直接冷却できる構
造となっていることから、半導体チップの接合と冷却液
との間の熱抵抗を大幅に低減できる。したがって、発熱
量の大きい半導体チップの冷却も可能となる。
半導体チップの電極が設けられない背面側に直接液冷ジ
ャケットが形成され、半導体チップを直接冷却できる構
造となっていることから、半導体チップの接合と冷却液
との間の熱抵抗を大幅に低減できる。したがって、発熱
量の大きい半導体チップの冷却も可能となる。
【００１５】
【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例につい
て説明する。図１は本発明の一実施例による液冷ジャケ
ット付電子装置の要部を示す断面図、図２は同じく液冷
ジャケット付電子装置における冷却液が流れる流路を示
す断面図、図３は同じく液冷ジャケット付電子装置が多
数組み込まれた電子装置の要部を示す模式的斜視図であ
る。
て説明する。図１は本発明の一実施例による液冷ジャケ
ット付電子装置の要部を示す断面図、図２は同じく液冷
ジャケット付電子装置における冷却液が流れる流路を示
す断面図、図３は同じく液冷ジャケット付電子装置が多
数組み込まれた電子装置の要部を示す模式的斜視図であ
る。
【００１６】本発明の電子装置は、図１に示すように、
セラミック材料からなる配線基板２の主面に設けた電極
上に半田バンプ３を介してフェイスダウンボンディング
によって半導体チップ１が搭載されている。前記配線基
板２は、半導体チップ１を構成するＳｉの熱膨張係数に
近似した熱膨張係数を有するムライト系セラミックによ
り構成された多層セラミック基板からなり、上下面にそ
れぞれ図示しない配線層を有している。そして、配線基
板２の下面には、図示はしないが半田バンプあるいはピ
ンが固定される。
セラミック材料からなる配線基板２の主面に設けた電極
上に半田バンプ３を介してフェイスダウンボンディング
によって半導体チップ１が搭載されている。前記配線基
板２は、半導体チップ１を構成するＳｉの熱膨張係数に
近似した熱膨張係数を有するムライト系セラミックによ
り構成された多層セラミック基板からなり、上下面にそ
れぞれ図示しない配線層を有している。そして、配線基
板２の下面には、図示はしないが半田バンプあるいはピ
ンが固定される。
【００１７】一方、前記半導体チップ１の半田バンプ
（電極端子）３が設けられない面、すなわち背面（図で
は上面）には、半田７を介して天板４が接着されてい
る。この天板４は、ＡｌＮ，ＳｉＣ，ＣｕＷなどからな
り、熱膨張係数が半導体チップを構成するシリコンと略
同じ材料で形成され、熱膨張係数の違いによって半導体
チップ１が熱的に損傷しないようになっている。前記半
導体チップ１に対面する天板４の面には、流路６が設け
られている。この流路６は、天板４に設けられた溝１５
と、この溝１５を塞ぐ半導体チップ面とによって形成さ
れている。また、天板４の露出面（上面）には、２つの
液体用継手（マイクロコネクタ）５が取り付けられてい
る。このマイクロコネクタ５は、前記流路６の両端部分
に連通するようにかつ気密的に取り付けられている。こ
のマイクロコネクタ５は、熱歪み等によるトラブルを起
こさないように、天板４と同一の材料あるいは略同一の
熱膨張係数を有する材料で形成されている。前記流路６
は、たとえば、図２に示すように蛇行している。同図で
は５回蛇行するパターンとなっているが、冷却水等冷却
液が円滑に流れるような幅および深さを有するように、
半導体チップ１の大きさをも考慮して決定すればよい。
半導体チップサイズが１４ｍｍ角程度の場合には、１乃
至３回程度の蛇行を繰り返すパターンで良い。また、流
路６のパターンとしては、冷却液の供給箇所と排液箇所
とを複数本の流路で結ぶようなパターンでもよい。
（電極端子）３が設けられない面、すなわち背面（図で
は上面）には、半田７を介して天板４が接着されてい
る。この天板４は、ＡｌＮ，ＳｉＣ，ＣｕＷなどからな
り、熱膨張係数が半導体チップを構成するシリコンと略
同じ材料で形成され、熱膨張係数の違いによって半導体
チップ１が熱的に損傷しないようになっている。前記半
導体チップ１に対面する天板４の面には、流路６が設け
られている。この流路６は、天板４に設けられた溝１５
と、この溝１５を塞ぐ半導体チップ面とによって形成さ
れている。また、天板４の露出面（上面）には、２つの
液体用継手（マイクロコネクタ）５が取り付けられてい
る。このマイクロコネクタ５は、前記流路６の両端部分
に連通するようにかつ気密的に取り付けられている。こ
のマイクロコネクタ５は、熱歪み等によるトラブルを起
こさないように、天板４と同一の材料あるいは略同一の
熱膨張係数を有する材料で形成されている。前記流路６
は、たとえば、図２に示すように蛇行している。同図で
は５回蛇行するパターンとなっているが、冷却水等冷却
液が円滑に流れるような幅および深さを有するように、
半導体チップ１の大きさをも考慮して決定すればよい。
半導体チップサイズが１４ｍｍ角程度の場合には、１乃
至３回程度の蛇行を繰り返すパターンで良い。また、流
路６のパターンとしては、冷却液の供給箇所と排液箇所
とを複数本の流路で結ぶようなパターンでもよい。
【００１８】本発明の電子装置の最小ユニットは、マイ
クロコネクタ５が取り付けられた天板４と、この天板４
に接着された半導体チップ１と、半導体チップ１の一面
に設けられた半田バンプ３とからなっている。このユニ
ット２０は、所定の配線基板に実装される。使用時に
は、冷却水等の冷却液２１が一方のマイクロコネクタ５
側から流路６の始端部分２２に供給されるとともに、冷
却液２１は流路６の終端部分２３に連なる他方のマイク
ロコネクタ５から排出される。これによって半導体チッ
プ１は、その背面が直接冷却液２１で冷却される。した
がって、半導体チップ１の接合部分から冷却液に至る熱
抵抗は、従来に比較して大幅に低下する。このため、こ
のユニット２０構造によれば、発熱量の高い半導体チッ
プの冷却も可能となる。
クロコネクタ５が取り付けられた天板４と、この天板４
に接着された半導体チップ１と、半導体チップ１の一面
に設けられた半田バンプ３とからなっている。このユニ
ット２０は、所定の配線基板に実装される。使用時に
は、冷却水等の冷却液２１が一方のマイクロコネクタ５
側から流路６の始端部分２２に供給されるとともに、冷
却液２１は流路６の終端部分２３に連なる他方のマイク
ロコネクタ５から排出される。これによって半導体チッ
プ１は、その背面が直接冷却液２１で冷却される。した
がって、半導体チップ１の接合部分から冷却液に至る熱
抵抗は、従来に比較して大幅に低下する。このため、こ
のユニット２０構造によれば、発熱量の高い半導体チッ
プの冷却も可能となる。
【００１９】図３は本発明によるユニット２０を多数配
列した使用形態を示すものである。配線基板２には縦横
に多数のユニット２０が搭載されている。縦横に整列配
設されたユニット２０においては、一方向において、隣
合うユニット２０のマイクロコネクタ５がパイプ２４に
よって接続される。また、両端のユニット２０の空いた
マイクロコネクタ５は、パイプ２４によって、冷却液供
給側パイプ２５または冷却液排液側パイプ２６に接続さ
れる。これにより、一方向に沿って並んだユニット２０
は、冷却液供給側パイプ２５から供給される冷却液で冷
却され、安定に動作する。
列した使用形態を示すものである。配線基板２には縦横
に多数のユニット２０が搭載されている。縦横に整列配
設されたユニット２０においては、一方向において、隣
合うユニット２０のマイクロコネクタ５がパイプ２４に
よって接続される。また、両端のユニット２０の空いた
マイクロコネクタ５は、パイプ２４によって、冷却液供
給側パイプ２５または冷却液排液側パイプ２６に接続さ
れる。これにより、一方向に沿って並んだユニット２０
は、冷却液供給側パイプ２５から供給される冷却液で冷
却され、安定に動作する。
【００２０】
【発明の効果】（１）本発明の電子装置は、半導体チッ
プの電極が設けられない背面側に直接液冷ジャケットが
形成された構造となり、直接半導体チップが冷却される
ため、半導体チップの接合部分から冷却水に至る間の熱
抵抗値を小さくすることができるという効果が得られ
る。
プの電極が設けられない背面側に直接液冷ジャケットが
形成された構造となり、直接半導体チップが冷却される
ため、半導体チップの接合部分から冷却水に至る間の熱
抵抗値を小さくすることができるという効果が得られ
る。
【００２１】（２）上記（１）により、本発明の電子装
置は、熱抵抗値の低減により、冷却機構の能力を低くす
ることができるという効果が得られる。
置は、熱抵抗値の低減により、冷却機構の能力を低くす
ることができるという効果が得られる。
【００２２】（３）上記（１）により、本発明の電子装
置は、熱抵抗値の低減により、冷却効率が高くなること
から、発熱量の大きい半導体チップの冷却も可能となる
という効果が得られる。
置は、熱抵抗値の低減により、冷却効率が高くなること
から、発熱量の大きい半導体チップの冷却も可能となる
という効果が得られる。
【００２３】（４）本発明の電子装置は、冷却のために
グリースやＨｅガス等の熱媒体を使用することがなく、
材料の低減によってコスト低減が可能となるという効果
が得られる。
グリースやＨｅガス等の熱媒体を使用することがなく、
材料の低減によってコスト低減が可能となるという効果
が得られる。
【００２４】（５）上記（１）〜（４）により、本発明
によれば、冷却コストが安価でかつ冷却能力の大きい液
冷ジャケット付電子装置を提供することができるという
相乗効果が得られる。
によれば、冷却コストが安価でかつ冷却能力の大きい液
冷ジャケット付電子装置を提供することができるという
相乗効果が得られる。
【００２５】以上、本発明によってなされた発明を実施
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で
種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、
図４に示すように、半導体チップ１の背面に溝１５を設
け、天板４の平坦な面との間で流路６を形成するように
しても前記実施例同様な効果が得られる。この実施例で
は、半導体チップ１の背面に溝１５を設けることから、
半導体チップ１の接合部分から冷却液に至る間の熱抵抗
がさらに低くなり、冷却効果はさらに良くなる。
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で
種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、
図４に示すように、半導体チップ１の背面に溝１５を設
け、天板４の平坦な面との間で流路６を形成するように
しても前記実施例同様な効果が得られる。この実施例で
は、半導体チップ１の背面に溝１５を設けることから、
半導体チップ１の接合部分から冷却液に至る間の熱抵抗
がさらに低くなり、冷却効果はさらに良くなる。
【００２６】図５は本発明の他の実施例による電子装置
の要部を示す断面図である。この実施例では、パッケー
ジ基板８ともなる配線基板の主面（上面）に半田バンプ
３を介して半導体チップ１が固定される。また、半導体
チップ１の背面に半田７を介して接着される天板４は、
周縁に周壁３０を有するキャップ構造となっている。こ
の天板４は、前記実施例同様に２つのマイクロコネクタ
５が取り付けられるとともに、溝１５が設けられ、半導
体チップ１との間に流路６を構成している。天板４の周
壁３０は半田３１によって前記パッケージ基板８に気密
的に接着されている。前記半田７，３１が濡れるパッケ
ージ基板８および天板４（周壁３０）の表面は、太い線
で示すようにメタライズ層が設けられている。前記パッ
ケージ基板８は上・下面の配線層（電極パッド）が、内
部に設けられた配線３２によって電気的に接続されてい
る。図が微細となることから、これら電極パッドには符
号は付けないが、上面では半導体チップ１の半田バンプ
３が接続され、下面では前記半田バンプ３よりも大きな
半田バンプ３３が取り付けられている。
の要部を示す断面図である。この実施例では、パッケー
ジ基板８ともなる配線基板の主面（上面）に半田バンプ
３を介して半導体チップ１が固定される。また、半導体
チップ１の背面に半田７を介して接着される天板４は、
周縁に周壁３０を有するキャップ構造となっている。こ
の天板４は、前記実施例同様に２つのマイクロコネクタ
５が取り付けられるとともに、溝１５が設けられ、半導
体チップ１との間に流路６を構成している。天板４の周
壁３０は半田３１によって前記パッケージ基板８に気密
的に接着されている。前記半田７，３１が濡れるパッケ
ージ基板８および天板４（周壁３０）の表面は、太い線
で示すようにメタライズ層が設けられている。前記パッ
ケージ基板８は上・下面の配線層（電極パッド）が、内
部に設けられた配線３２によって電気的に接続されてい
る。図が微細となることから、これら電極パッドには符
号は付けないが、上面では半導体チップ１の半田バンプ
３が接続され、下面では前記半田バンプ３よりも大きな
半田バンプ３３が取り付けられている。
【００２７】この実施例による電子装置、すなわち、パ
ッケージ基板８，このパッケージ基板８に半田バンプ３
を介して実装される半導体チップ１，マイクロコネクタ
５を有するとともに半導体チップ１との間に流路６を構
成するキャップ構造の天板４，パッケージ基板８の外部
端子となる半田バンプ３３とによって気密構造のユニッ
ト（気密パッケージ３５）を構成することになる。そし
て、この気密パッケージ３５は、多層セラミック基板や
多層プリント基板等からなる他の配線基板４０に半田バ
ンプ３３を介して実装される。この配線基板４０は、図
示はしないが、上面に実装のための電極パッドを有する
とともに、下面には半田バンプあるいはピンが固定され
る。気密パッケージ３５におけるパッケージ基板８は、
半導体チップ１の狭い半田バンプ３のピッチと、配線基
板４０の広い電極パッドのピッチとの整合をとる整合用
配線基板３６となっている。また、この実施例では、前
記実施例と同様に天板４に溝１５を設けて半導体チップ
１との間に流路６を設けているが、半導体チップ１に溝
１５を設けて流路６を形成してもよい。また、天板４お
よび半導体チップ１の両方に溝１５を対面して設けるこ
とによって深い流路６を形成することができる。この気
密パッケージ３５も半導体チップ１を直接冷却する構造
となっていることから、半導体チップ１の接合から冷却
液に至る熱抵抗の低減が図れる。
ッケージ基板８，このパッケージ基板８に半田バンプ３
を介して実装される半導体チップ１，マイクロコネクタ
５を有するとともに半導体チップ１との間に流路６を構
成するキャップ構造の天板４，パッケージ基板８の外部
端子となる半田バンプ３３とによって気密構造のユニッ
ト（気密パッケージ３５）を構成することになる。そし
て、この気密パッケージ３５は、多層セラミック基板や
多層プリント基板等からなる他の配線基板４０に半田バ
ンプ３３を介して実装される。この配線基板４０は、図
示はしないが、上面に実装のための電極パッドを有する
とともに、下面には半田バンプあるいはピンが固定され
る。気密パッケージ３５におけるパッケージ基板８は、
半導体チップ１の狭い半田バンプ３のピッチと、配線基
板４０の広い電極パッドのピッチとの整合をとる整合用
配線基板３６となっている。また、この実施例では、前
記実施例と同様に天板４に溝１５を設けて半導体チップ
１との間に流路６を設けているが、半導体チップ１に溝
１５を設けて流路６を形成してもよい。また、天板４お
よび半導体チップ１の両方に溝１５を対面して設けるこ
とによって深い流路６を形成することができる。この気
密パッケージ３５も半導体チップ１を直接冷却する構造
となっていることから、半導体チップ１の接合から冷却
液に至る熱抵抗の低減が図れる。
【００２８】気密パッケージ３５は、図３に示した例と
同様に、他の配線基板４０上に縦横に多数配列できる。
したがって、配線基板４０上の各気密パッケージ３５を
パイプ２４で接続するとともに、端の気密パッケージ３
５を冷却液供給側パイプ２５や冷却液排液側パイプ２６
とパイプ２４で接続することによって、強制冷却が可能
となる。このような構造は、コンピュータを構成する命
令プロセサやシステム制御装置を構成するより高密度化
した電子装置に適した構造となる。
同様に、他の配線基板４０上に縦横に多数配列できる。
したがって、配線基板４０上の各気密パッケージ３５を
パイプ２４で接続するとともに、端の気密パッケージ３
５を冷却液供給側パイプ２５や冷却液排液側パイプ２６
とパイプ２４で接続することによって、強制冷却が可能
となる。このような構造は、コンピュータを構成する命
令プロセサやシステム制御装置を構成するより高密度化
した電子装置に適した構造となる。
【００２９】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野である半田バ
ンプによるフェイスダウンボンディングのみの例を示し
たが、ＴＡＢ等の他のボンディング方式にも適用でき
る。さらに、本実装基板上には液冷構造の半導体チップ
のみでなく、空冷構造お半導体チップの混在もできる。
本発明は少なくとも冷却を必要とする半導体チップを組
み込んだ電子装置には適用できる。
なされた発明をその背景となった利用分野である半田バ
ンプによるフェイスダウンボンディングのみの例を示し
たが、ＴＡＢ等の他のボンディング方式にも適用でき
る。さらに、本実装基板上には液冷構造の半導体チップ
のみでなく、空冷構造お半導体チップの混在もできる。
本発明は少なくとも冷却を必要とする半導体チップを組
み込んだ電子装置には適用できる。
【図１】本発明の一実施例による液冷ジャケット付電子
装置の要部を示す断面図である。
装置の要部を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例による液冷ジャケット付電子
装置における冷却液が流れる流路を示す断面図である。
装置における冷却液が流れる流路を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施例による液冷ジャケット付電子
装置が多数組み込まれた電子装置の要部を示す模式的斜
視図である。
装置が多数組み込まれた電子装置の要部を示す模式的斜
視図である。
【図４】本発明の他の実施例による液冷ジャケット付電
子装置の要部を示す断面図である。
子装置の要部を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施例による電子装置の要部を示
す断面図である。
す断面図である。
１…半導体チップ、２…配線基板、３…半田バンプ、４
…天板、５…液体用継手（マイクロコネクタ）、６…流
路、７…半田、８…パッケージ基板、１５…溝、２０…
ユニット、２１…冷却液、２２…始端部分、２３…終端
部分、２４…パイプ、２５…冷却液供給側パイプ、２６
…冷却液排液側パイプ、３０…周壁、３１…半田、３２
…配線、３３…半田バンプ、３５…気密パッケージ、３
６…整合用配線基板、４０…配線基板。
…天板、５…液体用継手（マイクロコネクタ）、６…流
路、７…半田、８…パッケージ基板、１５…溝、２０…
ユニット、２１…冷却液、２２…始端部分、２３…終端
部分、２４…パイプ、２５…冷却液供給側パイプ、２６
…冷却液排液側パイプ、３０…周壁、３１…半田、３２
…配線、３３…半田バンプ、３５…気密パッケージ、３
６…整合用配線基板、４０…配線基板。
Claims (5)
- 【請求項１】 配線基板と、この配線基板の一面に電極
端子部分を介して接続された少なくとも一つの半導体チ
ップと、前記半導体チップの電極が設けられない面に接
着された天板と、前記天板と半導体チップ面との間に形
成された流路と、前記天板に取り付けられかつ前記流路
の始端部分と終端部分にそれぞれ連通する液体用継手と
を有することを特徴とする電子装置。 - 【請求項２】 半導体チップと、配線基板と、一面に前
記半導体チップを搭載し他面が前記配線基板に実装され
る整合用配線基板と、前記半導体チップの電極が設けら
れない面に接着されかつ周壁が前記整合用配線基板に気
密的に接着されたキャップと、前記キャップと半導体チ
ップ面との間に形成された流路と、前記天板に取り付け
られかつ前記流路の始端部分と終端部分にそれぞれ連通
する液体用継手とを有することを特徴とする電子装置。 - 【請求項３】 前記天板は周壁を有するキャップ構造と
なるとともに、前記周壁は半導体チップが搭載された配
線基板に気密的に固定されていることを特徴とする請求
項１記載の電子装置。 - 【請求項４】 前記流路は天板またはキャップに設けら
れた溝と半導体チップ面とによって形成されていること
を特徴とする請求項１または請求項２記載の電子装置。 - 【請求項５】 前記流路は半導体チップに設けられた溝
と天板面またはキャップ面とによって形成されているこ
とを特徴とする請求項１または請求項２記載の電子装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50A JPH06224338A (ja) | 1993-01-22 | 1993-01-22 | 電子装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50A JPH06224338A (ja) | 1993-01-22 | 1993-01-22 | 電子装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06224338A true JPH06224338A (ja) | 1994-08-12 |
Family
ID=11702961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50A Pending JPH06224338A (ja) | 1993-01-22 | 1993-01-22 | 電子装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06224338A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1180604A3 (en) * | 2000-08-16 | 2004-01-28 | Kelsey Hayes Company | Laminated manifold for microvalve |
| JP2004128457A (ja) * | 2002-10-02 | 2004-04-22 | Atotech Deutsche Gmbh | ミクロ構造冷却器とその使用法 |
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| JP2012174794A (ja) * | 2011-02-18 | 2012-09-10 | Fujitsu Ltd | 冷却装置及び冷却装置の使用方法 |
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| US11387164B2 (en) | 2019-08-28 | 2022-07-12 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
1993
- 1993-01-22 JP JP50A patent/JPH06224338A/ja active Pending
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