JPH065750A - 半導体素子の冷却機構 - Google Patents
半導体素子の冷却機構Info
- Publication number
- JPH065750A JPH065750A JP16063992A JP16063992A JPH065750A JP H065750 A JPH065750 A JP H065750A JP 16063992 A JP16063992 A JP 16063992A JP 16063992 A JP16063992 A JP 16063992A JP H065750 A JPH065750 A JP H065750A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fins
- fin
- micro
- heat transfer
- cooling mechanism
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
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Abstract
(57)【要約】
【目的】従来のマイクロチップキャリア（ＭＣＣ）と水
冷ジャケットとの伝熱は、平面方向（ｘ，ｙ方向）に自
由度をもたせて応力フリーとするため、ＭＣＣとマイク
ロフィン底面問の伝熱は相互の面接触となり、ＬＳＩの
ＰＮ接合から水冷ジャケットに至る伝熱経路において熱
抵抗配分が最も大きく、従ってその冷却機構の放熱性能
を律速してしまうという問題があった。 【構成】互いに直交する三軸方向に移動可能な、マイク
ロフィン１，２，３の組み合わせよりなる可動伝熱構造
を備えるようにし、かつ、マイクロフィン１，３とＭＣ
Ｃ４との伝熱面を固着する半導体素子の冷却機構。 【効果】三軸方向に自由度を有する伝熱構造として機能
させることにより、熱膨張係数差により生ずる伝熱面間
の熱ストレス等を吸収し、一方、両端のマイクロフィン
底部と伝熱面を固着することにより接触熱抵抗が低く抑
えられる。
冷ジャケットとの伝熱は、平面方向（ｘ，ｙ方向）に自
由度をもたせて応力フリーとするため、ＭＣＣとマイク
ロフィン底面問の伝熱は相互の面接触となり、ＬＳＩの
ＰＮ接合から水冷ジャケットに至る伝熱経路において熱
抵抗配分が最も大きく、従ってその冷却機構の放熱性能
を律速してしまうという問題があった。 【構成】互いに直交する三軸方向に移動可能な、マイク
ロフィン１，２，３の組み合わせよりなる可動伝熱構造
を備えるようにし、かつ、マイクロフィン１，３とＭＣ
Ｃ４との伝熱面を固着する半導体素子の冷却機構。 【効果】三軸方向に自由度を有する伝熱構造として機能
させることにより、熱膨張係数差により生ずる伝熱面間
の熱ストレス等を吸収し、一方、両端のマイクロフィン
底部と伝熱面を固着することにより接触熱抵抗が低く抑
えられる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子の冷却機構
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術は、日系エレクトロニクス（１
９９０．１２．１０）Ｎｏ．５１５，Ｐ２２６〜２２７
に記載のように、ＭＣＣ（Ｍｉｃｒｏ Ｃａｒｒｉｅｒ
ｆｏｒ ＬＳＩ Ｃｈｉｐ）と水冷ジャケット伝熱
は、ＭＣＣ上に置かれたセラミック製の小型フィン（マ
イクロフィン）およびモジュールを封止するセラミック
キャップに設けられた櫛の歯状の切り込みの噛み合せに
よっていた。
９９０．１２．１０）Ｎｏ．５１５，Ｐ２２６〜２２７
に記載のように、ＭＣＣ（Ｍｉｃｒｏ Ｃａｒｒｉｅｒ
ｆｏｒ ＬＳＩ Ｃｈｉｐ）と水冷ジャケット伝熱
は、ＭＣＣ上に置かれたセラミック製の小型フィン（マ
イクロフィン）およびモジュールを封止するセラミック
キャップに設けられた櫛の歯状の切り込みの噛み合せに
よっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記従来例
では、平面方向（ｘ，ｙ方向）に自由度をもたせて応力
フリーとするため、ＭＣＣとマイクロフィン底面問の伝
熱は相互の面接触となっていた。それ故、ＬＳＩのＰＮ
接合から水冷ジャケットに至る伝熱経路において上記の
熱抵抗配分が最も大きく、従って本冷却機構の放熱性能
を律速してしまうという問題があった。本発明は、かか
る従来技術の有する欠点を解消することのできる冷却技
術を提供することを目的としたものである。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。
では、平面方向（ｘ，ｙ方向）に自由度をもたせて応力
フリーとするため、ＭＣＣとマイクロフィン底面問の伝
熱は相互の面接触となっていた。それ故、ＬＳＩのＰＮ
接合から水冷ジャケットに至る伝熱経路において上記の
熱抵抗配分が最も大きく、従って本冷却機構の放熱性能
を律速してしまうという問題があった。本発明は、かか
る従来技術の有する欠点を解消することのできる冷却技
術を提供することを目的としたものである。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。
【０００４】
【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。上記目的を達成するため、本発明で
は、互いに直交する三軸方向（以下、ｘ方向、ｙ方向、
およびｚ方向という）の自由度が得られる伝熱構造によ
る冷却機構によるようにし、好ましい実施態様として、
複数のマイクロフィンの噛み合せを用い、両端に位置す
るマイクロフィンの各底部は伝熱面に固着するようにし
たものである。
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。上記目的を達成するため、本発明で
は、互いに直交する三軸方向（以下、ｘ方向、ｙ方向、
およびｚ方向という）の自由度が得られる伝熱構造によ
る冷却機構によるようにし、好ましい実施態様として、
複数のマイクロフィンの噛み合せを用い、両端に位置す
るマイクロフィンの各底部は伝熱面に固着するようにし
たものである。
【０００５】
【作用】上記手段によれば、冷却機構は、ｘ方向，ｙ方
向，およびｚ方向に自由度を有する伝熱構造として機能
するので、熱膨張係数差により生ずる伝熱面間の熱スト
レス等を吸収する作用をし、一方、両端のマイクロフィ
ン底部と伝熱面を固着することにより接触熱抵抗が低く
抑えられる作用がある。
向，およびｚ方向に自由度を有する伝熱構造として機能
するので、熱膨張係数差により生ずる伝熱面間の熱スト
レス等を吸収する作用をし、一方、両端のマイクロフィ
ン底部と伝熱面を固着することにより接触熱抵抗が低く
抑えられる作用がある。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。図示しない一層以上の配線層を有する配線基板６上
に半導体ペレット４が、例えば半田材料より成るマイク
ロ接続部５を介してフェイスダウンで搭載されている。
半導体ペレット４背面には片面マイクロフィン３の片面
がろう付けされ、さらに、該片面マイクロフィン３の反
対面側フィン部が両面マイクロフィン２の一方のフィン
部に噛み合されている。一方、冷媒入出口８より水等の
冷媒を循環させて熱交換を行う液冷ジャクット７の底面
にも片側マイクロフィン１の片面がろう付けされ、該片
側マイクロフィン１の反対面側フィン部は、前記両面マ
イクロフィン２の他方のフィン部に噛み合されている。
従って、半導体ペレット４背面にろう付けされた片側マ
イクロフィン３と両面マイクロフィン２との噛み合わせ
方向と、液冷ジャクット７の底面にろう付けされた片側
マイクロフィン１と両面マイクロフィン２との噛み合わ
せ方向とは、それらフィン部の並びが直角に噛み合され
ていることになる。上記片側マイクロフィン１，両側マ
イクロフィン２，および片側マイクロフィン３には、半
導体ペレット４と熱膨張数が近く、しかも、熱伝導度の
高い材料を使用し、例えば半導体ペレット４が単結晶Ｓ
ｉの場合は、ＡｌＮ，ＳｉＣ等を使用するとよい。ま
た、各フィン部の噛み合せには上下方向にクリアランス
を設けるとよい。半導体ペレット１は、例えばシリコン
単結晶基板から成り、周知の技術によってその内部には
多数の回路素子が形成され、１つの回路機能が与えられ
ている。回路素子の具体例は、例えばバイポーラまたは
ＭＯＳトランジスタから成り、これらの回路素子によっ
て、例えば論理回路およびメモリの回路機能が形成され
ている。本実施例によれば、半導体ペレット４から液冷
ジャケット７に至る伝熱経路を三軸方向にフレキシブル
かつ低熱抵抗で達成できる効果がある。図２は図１の変
形例であり、片側マイクロフィン１，両側マイクロフィ
ン２，および片側マイクロフィン３の噛み合せ部分に高
熱伝導材例えば高熱伝導性グリース９を充填したもので
ある。上記によれば、各マイクロフィン間の接触熱抵抗
を低減できるほか、噛み合せ部がスライドする時の摩擦
を低減する潤滑作用の効果もある。図３は、図１におい
て可動伝熱機能を司る主要部品の分解構成図を示してい
る。本発明によれば、片側マイクロフィン１，両側マイ
クロフィン２，および片側マイクロフィン３を、ｘ，
ｙ，ｚの三軸方向に可動としたことにより、半導体ペレ
ット４から液冷ジャケット７に至る伝熱経路における熱
ストレス等を吸収できるので、マイクロ接続部５を長寿
命化できる効果がある。また、片側マイクロフィン３を
半導体ペレット４に固着し、また、片側マイクロフィン
１を液冷ジャケット７に固着したので、接触熱抵抗を低
減できる。以上本発明者によってなされた発明を実施例
にもとずき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
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。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導体ペレットに適用した場合
について説明したが、それに限定されるものではなく、
例えば、半導体パッケージなどにも適用できる。
る。図示しない一層以上の配線層を有する配線基板６上
に半導体ペレット４が、例えば半田材料より成るマイク
ロ接続部５を介してフェイスダウンで搭載されている。
半導体ペレット４背面には片面マイクロフィン３の片面
がろう付けされ、さらに、該片面マイクロフィン３の反
対面側フィン部が両面マイクロフィン２の一方のフィン
部に噛み合されている。一方、冷媒入出口８より水等の
冷媒を循環させて熱交換を行う液冷ジャクット７の底面
にも片側マイクロフィン１の片面がろう付けされ、該片
側マイクロフィン１の反対面側フィン部は、前記両面マ
イクロフィン２の他方のフィン部に噛み合されている。
従って、半導体ペレット４背面にろう付けされた片側マ
イクロフィン３と両面マイクロフィン２との噛み合わせ
方向と、液冷ジャクット７の底面にろう付けされた片側
マイクロフィン１と両面マイクロフィン２との噛み合わ
せ方向とは、それらフィン部の並びが直角に噛み合され
ていることになる。上記片側マイクロフィン１，両側マ
イクロフィン２，および片側マイクロフィン３には、半
導体ペレット４と熱膨張数が近く、しかも、熱伝導度の
高い材料を使用し、例えば半導体ペレット４が単結晶Ｓ
ｉの場合は、ＡｌＮ，ＳｉＣ等を使用するとよい。ま
た、各フィン部の噛み合せには上下方向にクリアランス
を設けるとよい。半導体ペレット１は、例えばシリコン
単結晶基板から成り、周知の技術によってその内部には
多数の回路素子が形成され、１つの回路機能が与えられ
ている。回路素子の具体例は、例えばバイポーラまたは
ＭＯＳトランジスタから成り、これらの回路素子によっ
て、例えば論理回路およびメモリの回路機能が形成され
ている。本実施例によれば、半導体ペレット４から液冷
ジャケット７に至る伝熱経路を三軸方向にフレキシブル
かつ低熱抵抗で達成できる効果がある。図２は図１の変
形例であり、片側マイクロフィン１，両側マイクロフィ
ン２，および片側マイクロフィン３の噛み合せ部分に高
熱伝導材例えば高熱伝導性グリース９を充填したもので
ある。上記によれば、各マイクロフィン間の接触熱抵抗
を低減できるほか、噛み合せ部がスライドする時の摩擦
を低減する潤滑作用の効果もある。図３は、図１におい
て可動伝熱機能を司る主要部品の分解構成図を示してい
る。本発明によれば、片側マイクロフィン１，両側マイ
クロフィン２，および片側マイクロフィン３を、ｘ，
ｙ，ｚの三軸方向に可動としたことにより、半導体ペレ
ット４から液冷ジャケット７に至る伝熱経路における熱
ストレス等を吸収できるので、マイクロ接続部５を長寿
命化できる効果がある。また、片側マイクロフィン３を
半導体ペレット４に固着し、また、片側マイクロフィン
１を液冷ジャケット７に固着したので、接触熱抵抗を低
減できる。以上本発明者によってなされた発明を実施例
にもとずき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に
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。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導体ペレットに適用した場合
について説明したが、それに限定されるものではなく、
例えば、半導体パッケージなどにも適用できる。
【０００７】
【発明の効果】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。本発明によれば、熱接続部をｘ，
ｙ，ｚの三軸方向に可動としたことにより、熱ストレス
等を吸収できるので、マイクロ接続部を長寿命化できる
効果がある。また、伝熱用接触面積を大きくとることの
できるマイクロフィンの噛み合せ以外の伝熱面をろう材
を介して固着することにより接触熱抵抗を低減できる効
果もある。
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。本発明によれば、熱接続部をｘ，
ｙ，ｚの三軸方向に可動としたことにより、熱ストレス
等を吸収できるので、マイクロ接続部を長寿命化できる
効果がある。また、伝熱用接触面積を大きくとることの
できるマイクロフィンの噛み合せ以外の伝熱面をろう材
を介して固着することにより接触熱抵抗を低減できる効
果もある。
【図１】本発明の一実施例の斜視図を示す。
【図２】図１の変形例の要部略断面図を示す。
【図３】図１において可動伝熱機能を司る主要部品の構
成を表す斜視図を示す。
成を表す斜視図を示す。
１・・・片面マイクロフィン ２・・・両面マイクロフィン ３・・・片面マイクロフィン ４・・・半導体ペレット（または半導体パッケージ） ５・・・マイクロ接続部 ６・・・配線基板 ７・・・液冷ジャケット ８・・・冷媒入出口 ９・・・高熱伝導性グリース １０・・・放熱体接合面 １１・・・発熱体接合面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大塚 寛治 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内
Claims (3)
- 【請求項１】互いに直交する三軸方向に移動可能な放熱
体の組み合わせよりなる可動伝熱構造を備えて成ること
を特徴とする半導体素子の冷却機構。 - 【請求項２】放熱体の組み合わせが、複数のマイクロフ
ィンの噛み合せよりなる、請求項１記載の半導体素子の
冷却機構。 - 【請求項３】マイクロフィンの噛み合せ部分に、高熱伝
導材を有してなる、請求項２記載の半導体素子の冷却機
構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16063992A JPH065750A (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 半導体素子の冷却機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16063992A JPH065750A (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 半導体素子の冷却機構 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH065750A true JPH065750A (ja) | 1994-01-14 |
Family
ID=15719283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16063992A Withdrawn JPH065750A (ja) | 1992-06-19 | 1992-06-19 | 半導体素子の冷却機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH065750A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013165122A (ja) * | 2012-02-09 | 2013-08-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| WO2014132399A1 (ja) * | 2013-02-28 | 2014-09-04 | 三菱電機株式会社 | 放熱構造 |
| JP2016072618A (ja) * | 2015-09-02 | 2016-05-09 | 株式会社日立製作所 | 発熱体の冷却構造 |
| WO2018097027A1 (ja) * | 2016-11-24 | 2018-05-31 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
-
1992
- 1992-06-19 JP JP16063992A patent/JPH065750A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013165122A (ja) * | 2012-02-09 | 2013-08-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| WO2014132399A1 (ja) * | 2013-02-28 | 2014-09-04 | 三菱電機株式会社 | 放熱構造 |
| JP2016072618A (ja) * | 2015-09-02 | 2016-05-09 | 株式会社日立製作所 | 発熱体の冷却構造 |
| WO2018097027A1 (ja) * | 2016-11-24 | 2018-05-31 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
| CN110024119A (zh) * | 2016-11-24 | 2019-07-16 | 三菱电机株式会社 | 半导体装置及其制造方法 |
| JPWO2018097027A1 (ja) * | 2016-11-24 | 2019-07-25 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
| US11152280B2 (en) | 2016-11-24 | 2021-10-19 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| CN110024119B (zh) * | 2016-11-24 | 2023-12-01 | 三菱电机株式会社 | 半导体装置及其制造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990831 |