JPH08250626A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH08250626A
JPH08250626A JP5016495A JP5016495A JPH08250626A JP H08250626 A JPH08250626 A JP H08250626A JP 5016495 A JP5016495 A JP 5016495A JP 5016495 A JP5016495 A JP 5016495A JP H08250626 A JPH08250626 A JP H08250626A
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cooling
semiconductor chip
cooling medium
semiconductor
hole
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Hiroshi Mizukami
浩 水上
Tomiya Sasaki
富也 佐々木
Yuji Izeki
裕二 井関
Yasushi Iyogi
靖 五代儀
Kazuya Nishibori
一弥 西堀
Fumitomo Matsuoka
史倫 松岡
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    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition 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
    • H01L2224/16221Disposition 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
    • H01L2224/16225Disposition 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

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE: To provide a semiconductor device wherein a semiconductor chip is effectively and sufficiently cooled and in active circuit element or the like can be formed in the semiconductor chip with high level of integration. CONSTITUTION: A plurality of cooling holes 22 are formed on a semiconductor chip 15. In the chip, an active circuit element 16 which is arranged in a semiconductor device and cooled by making refrigerant flow is formed. When the semiconductor device is operated, the thermal conductivity at the time of making the refrigerant flow in the cooling holes 22 is remarkably increased, i.e., a several tens times the thermal conductivity at the time of making the refrigerant flow along a plane surface. Since the refrigerant flows to directly come into contact with the active circuit element 16 of the semiconductor chip 15 or the like, very effective cooling can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップの冷却が
効率的に行えるようにした半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device capable of efficiently cooling a semiconductor chip.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の能動回路素子や受動回路素子及び
配線が形成された半導体チップを備えた半導体装置を図
14の概略の断面図を参照して説明する。
2. Description of the Related Art A conventional semiconductor device having a semiconductor chip on which active circuit elements, passive circuit elements and wiring are formed will be described with reference to the schematic sectional view of FIG.

【0003】図14において、1は半導体チップで、そ
の片面を回路形成面2として能動回路素子や受動回路素
子及び配線が形成されている。3はパッケージで、その
片面側に半導体チップ1を収納するための凹部4が形成
されており、この凹部4の底部に半導体チップ1がその
他面を接着するようにして固定されている。そして、半
導体チップ1が収納された凹部4の開口は蓋5によって
気密に閉塞され、凹部4内には不活性ガスが充填されて
いる。
In FIG. 14, a semiconductor chip 1 has an active circuit element, a passive circuit element, and wiring formed on one surface thereof as a circuit forming surface 2. Reference numeral 3 denotes a package, and a recess 4 for accommodating the semiconductor chip 1 is formed on one side of the package, and the semiconductor chip 1 is fixed to the bottom of the recess 4 such that the other surface is bonded. The opening of the recess 4 accommodating the semiconductor chip 1 is hermetically closed by a lid 5, and the recess 4 is filled with an inert gas.

【0004】また、パッケージ3の他面側には放熱フィ
ン等の冷却装置6が設けられている。このため、半導体
チップ1の能動回路素子等で発生した熱は、回路形成面
2から半導体チップ1内部を熱伝導により半導体チップ
1とパッケージ3の接着面からパッケージ3に至るか、
凹部4内の不活性ガスの自然対流によりパッケージ3に
伝えられ、さらにパッケージ3内部を熱伝導により冷却
装置6に至る伝熱経路をたどり、冷却装置6で白抜き矢
印で示すように流れる空気などの冷却媒体7に伝えられ
て外部に放出される。なお、8はパッケージ3の他面側
に立設された外部リードで、これは半導体チップ1の対
応する部位とボンディングワイヤ9によって接続されて
いる。
On the other surface side of the package 3, a cooling device 6 such as a radiation fin is provided. Therefore, whether the heat generated in the active circuit element or the like of the semiconductor chip 1 reaches the package 3 from the bonding surface between the semiconductor chip 1 and the package 3 by heat conduction from the circuit forming surface 2 to the inside of the semiconductor chip 1,
Air that is transmitted to the package 3 by natural convection of the inert gas in the recess 4 and further follows the heat transfer path to the cooling device 6 by heat conduction inside the package 3 and flows in the cooling device 6 as indicated by the white arrow. Is transmitted to the cooling medium 7 and is discharged to the outside. An external lead 8 is provided upright on the other surface side of the package 3, which is connected to a corresponding portion of the semiconductor chip 1 by a bonding wire 9.

【0005】しかしながら上記の従来技術においては、
回路形成面2から冷却装置6に至までの伝熱経路の熱抵
抗が大きいために、発熱部である回路形成面2の温度を
冷却装置6によって効率的に冷却して十分に下げること
は難しい。また、冷却されている回路形成面2の温度と
冷却装置6の温度との温度差は、発熱部における発熱量
が増大するにしたがって拡大するため、今後、半導体チ
ップ1に形成される能動回路素子の集積密度が上がって
いった場合、発熱密度も上昇し冷却媒体として液体を使
用しても熱的限界によって回路形成が成り立たなくなる
ということが予測され、より効率的な冷却が行える半導
体装置の実現が強く望まれている。
However, in the above-mentioned prior art,
Since the heat resistance of the heat transfer path from the circuit forming surface 2 to the cooling device 6 is large, it is difficult to efficiently cool the temperature of the circuit forming surface 2 which is the heat generating portion by the cooling device 6 and sufficiently lower it. . Further, since the temperature difference between the temperature of the circuit forming surface 2 being cooled and the temperature of the cooling device 6 increases as the amount of heat generated in the heat generating portion increases, active circuit elements to be formed on the semiconductor chip 1 in the future. It is predicted that if the integration density increases, the heat generation density will also increase, and even if a liquid is used as a cooling medium, circuit formation will not be established due to the thermal limit, and the realization of a semiconductor device that enables more efficient cooling Is strongly desired.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来は、
半導体チップの能動回路素子等で発生した熱が半導体チ
ップ及びパッケージでの熱伝導による伝熱経路を経て冷
却装置に至り放出されるため、伝熱経路の熱抵抗が高
く、効率的且つ十分に半導体チップを冷却することがで
きず、半導体チップに形成される能動回路素子等が高集
積化していった場合に回路形成ができなくなることが想
定される。このような状況に鑑みて本発明はなされたも
ので、その目的とするところは半導体チップを効率的且
つ十分に冷却することができ、能動回路素子等を半導体
チップに高い集積度で形成することができる半導体装置
を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION As described above, conventionally,
The heat generated in the active circuit element of the semiconductor chip is released to the cooling device through the heat transfer path due to the heat conduction in the semiconductor chip and the package, so that the heat resistance of the heat transfer path is high, and the semiconductor is efficient and sufficient. It is assumed that the chip cannot be cooled and the circuit cannot be formed when the active circuit elements and the like formed on the semiconductor chip are highly integrated. The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to enable efficient and sufficient cooling of a semiconductor chip and to form an active circuit element or the like on the semiconductor chip with a high degree of integration. It is to provide a semiconductor device capable of

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
回路素子が形成された半導体チップと、この半導体チッ
プを貫通するように設けられる貫通孔と、半導体チップ
を冷却媒体を用いて冷却する冷却手段とを具備すること
を特徴とするものであり、さらに、冷却手段は、貫通孔
内に冷却媒体を通流させる対流冷却手段であることを特
徴とするものであり、さらに、冷却手段は、貫通孔を沸
騰核とする沸騰冷却手段であることを特徴とするもので
あり、さらに、回路素子の少なくとも一つは、貫通孔の
内壁面に臨ませて形成されていることを特徴とするもの
であり、また、回路素子が形成された半導体チップと、
この半導体チップに設けられる溝と、半導体チップを冷
却媒体を用いて冷却する冷却手段とから構成され、回路
素子の少なくとも一つは、溝の内壁面に臨ませて形成さ
れていることを特徴とするものであり、さらに、冷却手
段は、溝内に冷却媒体を通流させる対流冷却手段である
ことを特徴とするものであり、さらに、冷却手段は、溝
を沸騰核とする沸騰冷却手段であることを特徴とするも
のであり、また、少なくとも一つの貫通孔を有する半導
体チップと、この半導体チップが所定の隙間を介して実
装される実装部材と、隙間及び貫通孔を介して冷却媒体
を通流させる手段とを有することを特徴とするものであ
り、また、少なくとも一つの貫通孔を有する半導体チッ
プと、少なくとも一つの開口部を有し、該開口部と貫通
孔とが連通するように半導体チップが実装される実装部
材と、貫通孔及び開口部を介して冷却媒体を通流させる
手段とを有することを特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
A semiconductor chip having a circuit element formed thereon, a through hole provided so as to penetrate the semiconductor chip, and a cooling means for cooling the semiconductor chip by using a cooling medium. The cooling means is a convection cooling means for allowing a cooling medium to flow in the through hole, and the cooling means is a boiling cooling means having the through hole as a boiling nucleus. Furthermore, at least one of the circuit elements is characterized in that it is formed so as to face the inner wall surface of the through-hole, and a semiconductor chip on which the circuit element is formed,
The semiconductor chip includes a groove and cooling means for cooling the semiconductor chip using a cooling medium, and at least one of the circuit elements is formed so as to face an inner wall surface of the groove. Further, the cooling means is a convection cooling means for causing a cooling medium to flow in the groove, and the cooling means is a boiling cooling means using the groove as a boiling nucleus. In addition, a semiconductor chip having at least one through hole, a mounting member in which the semiconductor chip is mounted through a predetermined gap, and a cooling medium through the gap and the through hole. A semiconductor chip having at least one through hole, and at least one opening, and the opening and the through hole communicate with each other. It is characterized in that it has a mounting member on which the semiconductor chip is mounted, and means for flow through the cooling medium through the through holes and openings in.

【0008】[0008]

【作用】上記のように構成された半導体装置は、半導体
チップに冷却孔が形成されており、これによって冷却孔
内に冷却媒体を流したときの熱伝達率は、従来の放熱フ
ィン等のように平板表面に沿って冷却媒体を流したとき
の熱伝達率より数十倍と大幅に大きくなり、また直接冷
却媒体が半導体チップの能動回路素子等に直接接触して
流れるために非常に効率的な冷却ができる。
In the semiconductor device constructed as described above, the semiconductor chip is formed with the cooling hole, and the heat transfer coefficient when the cooling medium is flown into the cooling hole is the same as that of the conventional radiation fin. The heat transfer coefficient is several tens of times larger than that when a cooling medium is flown along the surface of a flat plate, and it is very efficient because the cooling medium flows directly in contact with the active circuit elements of the semiconductor chip. You can cool it.

【0009】また、半導体チップに形成された冷却孔あ
るいは冷却溝を沸騰核として、沸騰冷却を行わせること
も可能である。
Further, it is possible to carry out boiling cooling by using cooling holes or cooling grooves formed in the semiconductor chip as boiling nuclei.

【0010】一方、半導体チップに形成された冷却孔あ
るいは冷却溝の内壁面に能動回路素子を設けるようにし
ているので、熱伝達率が大きくなると共に直接冷却媒体
が能動回路素子に接触して流れることになって熱抵抗が
非常に小さい状態で熱放散が行え効率的な冷却ができ、
さらに構造の微細化を要することなく能動回路素子等の
集積度を増すことが可能となる。
On the other hand, since the active circuit element is provided on the inner wall surface of the cooling hole or the cooling groove formed in the semiconductor chip, the heat transfer coefficient increases and the cooling medium directly flows in contact with the active circuit element. As a result, the heat can be dissipated and the cooling can be performed efficiently with a very low thermal resistance.
Further, it becomes possible to increase the degree of integration of active circuit elements and the like without requiring the miniaturization of the structure.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。先ず第1の実施例を図1及び図2により説明す
る。図1は概略の断面図であり、図2は一部を断面で示
す要部の断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view, and FIG. 2 is a cross-sectional view of an essential part showing a part in cross section.

【0012】図1及び図2において、11は半導体装置
で、実装部材であるパッケージ12の凹部13の内底面
14に、例えば数mm〜数十mm角で厚さが100μm
〜500μm程度の方形板状の半導体チップ15を収納
するようにして構成されている。尚、ここで実装部材は
パッケージのみでなく、短なる基板であっても良い。こ
れは以下の実施例でも同様である。半導体チップ15
は、例えば複数の半導体回路が形成されたSiウエハを
分割することにより形成され、能動回路素子16や図示
しない受動回路素子及び配線17がその片面の回路形成
面18に、表面から深さδの範囲で形成されている。
In FIGS. 1 and 2, reference numeral 11 denotes a semiconductor device, which is, for example, several mm to several tens of mm square and has a thickness of 100 μm on the inner bottom surface 14 of the recess 13 of the package 12 as a mounting member.
The semiconductor chip 15 having a rectangular plate shape of about 500 μm is housed. Here, the mounting member is not limited to the package but may be a short substrate. This also applies to the following examples. Semiconductor chip 15
Is formed, for example, by dividing a Si wafer on which a plurality of semiconductor circuits are formed, and the active circuit elements 16 and passive circuit elements and wirings 17 not shown are provided on one side of the circuit forming surface 18 with a depth δ from the surface. It is formed in the range.

【0013】そして半導体チップ15は、回路形成面1
8に設けられた半導体回路に導通するバンプ19を介し
て凹部13の内底面14に設けられた対応するパッド部
20に固着される。このパッド部20は図示しない外部
リードに導通するように凹部13の内底面14に固定さ
れている。これにより回路形成面18と凹部13の内底
面14の間にはバンプ19の高さに対応する隙間21が
形成される。
The semiconductor chip 15 has a circuit forming surface 1
It is fixed to the corresponding pad portion 20 provided on the inner bottom surface 14 of the concave portion 13 via the bump 19 which is electrically connected to the semiconductor circuit provided on the inner surface 8. The pad portion 20 is fixed to the inner bottom surface 14 of the recess 13 so as to be electrically connected to an external lead (not shown). As a result, a gap 21 corresponding to the height of the bump 19 is formed between the circuit forming surface 18 and the inner bottom surface 14 of the recess 13.

【0014】また半導体チップ15には、能動回路素子
16が形成されている部位の近傍に回路形成面18であ
る片面から他面にかけて貫通するよう、例えば数μm〜
数十μm程度、場合によっては発生熱量の大きさ等に合
わせ数百μm程度の直径を有する円形断面の複数の冷却
孔22が形成されている。この冷却孔22は凹部13の
内底面14との間の隙間21に連通したものとなってい
る。
In addition, the semiconductor chip 15 is, for example, several .mu.m to penetrate so as to penetrate from the one surface which is the circuit forming surface 18 to the other surface in the vicinity of the portion where the active circuit element 16 is formed.
A plurality of cooling holes 22 having a circular cross section having a diameter of about several tens of μm, and depending on the case, a size of several hundreds of μm depending on the amount of generated heat and the like are formed. The cooling hole 22 communicates with a gap 21 between the cooling hole 22 and the inner bottom surface 14 of the recess 13.

【0015】一方、半導体チップ15の他面には、冷却
孔22の開口部分を内側に含むようにして冷却媒体支管
23の片端が気密に密着するよう取り付けられている。
そして、冷却媒体支管23の他端は、凹部13の開口部
24を気密に管壁外面を固着させて閉塞する冷却媒体管
25の側口26に連通するよう取り付けられている。こ
こで、冷却媒体支管23は、例えば蛇腹状に形成された
ベローのようなものでも良い。
On the other hand, one end of the cooling medium branch pipe 23 is attached to the other surface of the semiconductor chip 15 so as to include the opening portion of the cooling hole 22 inside so as to be hermetically adhered.
The other end of the cooling medium branch pipe 23 is attached so as to communicate with the side opening 26 of the cooling medium pipe 25 that hermetically seals the opening 24 of the recess 13 by fixing the outer surface of the pipe wall. Here, the cooling medium branch pipe 23 may be, for example, a bellows formed in a bellows shape.

【0016】さらに、パッケージ12には凹部13内に
連通するよう冷却媒体導入口27が形成されていて、こ
の冷却媒体導入口27を通じて凹部13内に図示しない
冷却媒体供給源から冷却媒体の例えば冷却空気を導入す
るようになっている。その結果、冷却媒体導入口27を
通じて凹部13内に導入された冷却媒体は、実線矢印で
示すように隙間21から冷却孔22内を通流し、さらに
冷却媒体支管23を通り冷却媒体管25に流れる。
Further, a cooling medium introducing port 27 is formed in the package 12 so as to communicate with the inside of the recess 13, and a cooling medium such as a cooling medium is supplied from a cooling medium supply source (not shown) into the recess 13 through the cooling medium introducing port 27. It is designed to introduce air. As a result, the cooling medium introduced into the concave portion 13 through the cooling medium introduction port 27 flows through the gap 21 into the cooling hole 22 and further through the cooling medium branch pipe 23 to the cooling medium pipe 25 as shown by the solid arrow. .

【0017】以上のように構成された本実施例では、半
導体装置11を動作させる際に冷却媒体を冷却媒体源か
ら冷却媒体導入口27に供給することで半導体装置1
1、すなわち半導体チップ15の冷却が行われる。
In the present embodiment configured as described above, when the semiconductor device 11 is operated, the cooling medium is supplied from the cooling medium source to the cooling medium introduction port 27 so that the semiconductor device 1
1, that is, the semiconductor chip 15 is cooled.

【0018】この冷却は冷却媒体導入口27を通じて冷
却媒体を凹部13内に導入し、冷却媒体を凹部13内よ
りも負圧となっている冷却媒体管25に向けて流すこと
により行われる。凹部13内に導入され拡散した冷却媒
体は隙間21を半導体チップ15の回路形成面18に沿
って流れ、この回路形成面18から冷却孔22を半導体
チップ15の他面側に貫通して流れる。そして半導体チ
ップ15の他面に至った冷却媒体は、冷却媒体支管23
を流れて側口26から冷却媒体管25に流れる。
This cooling is performed by introducing the cooling medium into the concave portion 13 through the cooling medium introducing port 27 and flowing the cooling medium toward the cooling medium pipe 25 having a negative pressure than that in the concave portion 13. The cooling medium introduced into the recess 13 and diffused flows through the gap 21 along the circuit forming surface 18 of the semiconductor chip 15, and then flows from the circuit forming surface 18 through the cooling hole 22 to the other surface side of the semiconductor chip 15. The cooling medium reaching the other surface of the semiconductor chip 15 is cooled by the cooling medium branch pipe 23.
Through the side port 26 to the cooling medium pipe 25.

【0019】尚、図示しないが、凹部13内を冷却媒体
管25よりも負圧にして、冷却媒体管25から冷却媒体
支管23を介して半導体チップ15に冷却媒体を供給す
るようにしても良い。この場合、図1の実線矢印で示し
た経路と反対の経路で冷却媒体が通流することとなる。
Although not shown, the inside of the recess 13 may have a negative pressure than the cooling medium pipe 25 so that the cooling medium is supplied from the cooling medium pipe 25 to the semiconductor chip 15 via the cooling medium branch pipe 23. . In this case, the cooling medium flows through the route opposite to the route shown by the solid arrow in FIG.

【0020】このように半導体チップ15に形成された
能動回路素子16等は、冷却媒体の流れに直接接っする
ことになり、従来のごとく熱抵抗の大きい半導体チップ
15本体やパッケージ12等における熱伝導を介さずに
極めて熱抵抗が小さい状態で冷却される。また半導体チ
ップ15に形成された冷却孔22内に冷却媒体を流す場
合に関わる熱伝達率は、従来の冷却装置(図14参照)
のごとく平板表面に沿って冷却媒体を流す場合の熱伝達
率より数十倍と大幅に大きくなるため非常に効率的な冷
却がなされる。
The active circuit elements 16 and the like formed on the semiconductor chip 15 as described above come into direct contact with the flow of the cooling medium, so that the heat in the main body of the semiconductor chip 15 and the package 12 and the like, which have a large thermal resistance as in the conventional case. It is cooled with very low thermal resistance without conduction. In addition, the heat transfer coefficient related to flowing the cooling medium into the cooling holes 22 formed in the semiconductor chip 15 is the same as that of the conventional cooling device (see FIG. 14).
As described above, the heat transfer coefficient is several tens of times larger than the heat transfer coefficient when the cooling medium is flown along the flat plate surface, so that very efficient cooling is performed.

【0021】なお、上記の実施例の半導体チップ15に
形成された冷却孔22は円形断面を有するものとした
が、これに限るものではなく、例えば方形断面を有する
ものでも同様の作用、効果が得られる。
Although the cooling hole 22 formed in the semiconductor chip 15 of the above embodiment has a circular cross section, the present invention is not limited to this. For example, a cooling hole 22 having a rectangular cross section also has the same operation and effect. can get.

【0022】こうした本実施例の冷却の状況を確認する
ためコンピュータを用いてシミュレーションを実施し
た。このシミュレーションにおいては、能動回路素子で
あるトランジスタ素子を5mm角の半導体チップの片面
中央に形成した5WのパワーFETをモデルとした。こ
こで本実施例に対応するものとして半導体チップの中央
に0.2mm角の方形断面の冷却孔を貫通するように設
け、この冷却孔中を通過するよう冷却媒体の空気を流し
て冷却した時のトランジスタの温度を算出した。
A simulation was performed using a computer in order to confirm the cooling condition of this embodiment. In this simulation, a 5 W power FET in which a transistor element which is an active circuit element is formed at the center of one side of a 5 mm square semiconductor chip is used as a model. Here, as a device corresponding to the present embodiment, when a cooling hole having a rectangular cross section of 0.2 mm square is provided at the center of a semiconductor chip and air of a cooling medium is flowed to pass through the cooling hole to cool the semiconductor chip. The temperature of the transistor was calculated.

【0023】また、比較例として半導体チップのトラン
ジスタが形成されていない他面に放熱フィンを設け、こ
の放熱フィンに空気を流して冷却した時のトランジスタ
の温度を算出した。そして、本実施例におけるトランジ
スタの算出温度と比較例におけるトランジスタの算出温
度とを対比したところ、本実施例のほうが約50K低く
なることがわかった。この結果より、本実施例によれば
効率的な冷却を行えることが確認できた。
As a comparative example, a heat radiation fin was provided on the other surface of the semiconductor chip on which no transistor was formed, and the temperature of the transistor when air was cooled by cooling the heat radiation fin was calculated. Then, when the calculated temperature of the transistor in this example and the calculated temperature of the transistor in the comparative example were compared, it was found that the temperature in this example was lower by about 50K. From this result, it was confirmed that according to this example, efficient cooling can be performed.

【0024】次に、第2の実施例を図3により説明す
る。図3は一部を断面で示す要部の斜視図である。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a perspective view of a main part of which a part is shown in cross section.

【0025】図3において、27は半導体装置であり、
実装部材であるパッケージ28の凹部13の内底面14
に半導体チップ15を収納するようにして構成されてい
る。半導体チップ15は、複数の半導体回路が形成され
た半導体ウエハを分割することにより形成され、能動回
路素子16や図示しない受動回路素子及び配線17がそ
の片面の回路形成面18に、表面から深さδの範囲で形
成されている。
In FIG. 3, 27 is a semiconductor device,
Inner bottom surface 14 of recess 13 of package 28 which is a mounting member
The semiconductor chip 15 is housed inside. The semiconductor chip 15 is formed by dividing a semiconductor wafer on which a plurality of semiconductor circuits are formed, and an active circuit element 16 and a passive circuit element (not shown) and wirings 17 are formed on one side of the circuit forming surface 18 from the surface to a depth. It is formed in the range of δ.

【0026】そして半導体チップ15は、回路形成面1
8に設けられた半導体回路に導通するバンプ19を介し
て凹部13の内底面14に設けられた対応する図示しな
いパッド部に固着される。このパッド部は外部リードに
導通するように内底面14に固定されている。これによ
り回路形成面18と凹部13の内底面14の間にはバン
プ19の高さに対応する隙間21が形成される。
The semiconductor chip 15 has a circuit forming surface 1
It is fixed to the corresponding pad portion (not shown) provided on the inner bottom surface 14 of the concave portion 13 via the bump 19 that is electrically connected to the semiconductor circuit provided on the semiconductor integrated circuit 8. The pad portion is fixed to the inner bottom surface 14 so as to be electrically connected to the external lead. As a result, a gap 21 corresponding to the height of the bump 19 is formed between the circuit forming surface 18 and the inner bottom surface 14 of the recess 13.

【0027】また半導体チップ15には、能動回路素子
16が形成されている部位の近傍に回路形成面18であ
る片面から他面にかけて貫通するよう複数の冷却孔22
が形成されており、冷却孔20は凹部13の内底面14
との間の隙間21に連通したものとなっている。
Further, in the semiconductor chip 15, a plurality of cooling holes 22 are formed in the vicinity of the portion where the active circuit element 16 is formed so as to penetrate from one surface which is the circuit forming surface 18 to the other surface.
And the cooling hole 20 is formed on the inner bottom surface 14 of the recess 13.
It is communicated with the gap 21 between and.

【0028】さらに、パッケージ28の凹部13内には
図示しない冷却媒体供給源から供給された冷却媒体の液
体が凹部13内を満たし、実線矢印で示すように隙間2
1から半導体チップ15の冷却孔22内を通るように流
れ、その後、凹部13内から流れ出るようになってい
る。そして、この間に冷却媒体中に浸積された半導体チ
ップ15の沸騰冷却が行われる。
Further, the liquid of the cooling medium supplied from a cooling medium supply source (not shown) fills the concave portion 13 of the package 28 and fills the concave portion 13 with the gap 2 as indicated by the solid arrow.
It flows from 1 to the inside of the cooling hole 22 of the semiconductor chip 15, and then flows out from the inside of the recess 13. Then, during this time, the semiconductor chip 15 immersed in the cooling medium is cooled by boiling.

【0029】以上のように構成された本実施例では、半
導体装置27を動作させることにより半導体チップ15
が発熱するが、半導体チップ15に形成された能動回路
素子16等は冷却媒体の流れに直接接っするため、極め
て熱抵抗が小さい状態で冷却されることになり、非常に
効率的な冷却がなされる。また、凹部13内に満たされ
た冷却媒体が半導体チップ15の冷却孔22内を通流す
る際には冷却孔22が沸騰核となって沸騰冷却が行わ
れ、伝熱が促進されることになる。
In the present embodiment configured as described above, the semiconductor chip 15 is operated by operating the semiconductor device 27.
However, since the active circuit elements 16 and the like formed on the semiconductor chip 15 are in direct contact with the flow of the cooling medium, they are cooled in a state where the thermal resistance is extremely small, and very efficient cooling is achieved. Done. Further, when the cooling medium filled in the concave portion 13 flows through the cooling holes 22 of the semiconductor chip 15, the cooling holes 22 serve as boiling nuclei to perform boiling cooling and accelerate heat transfer. Become.

【0030】なお、冷却孔22の形状については図示し
た円形断面に限るものではなく、方形断面等であっても
よい。また、沸騰核となるようにして伝熱の促進を行う
場合には貫通した孔に限るものではなく、有底の穴や溝
を沸騰核とするようにしてもよい。
The shape of the cooling hole 22 is not limited to the illustrated circular cross section, and may be a rectangular cross section or the like. Further, when the heat transfer is promoted by forming the boiling nuclei, the holes are not limited to the through holes, and the bottomed holes or grooves may be used as the boiling nuclei.

【0031】また、本実施例のごとく冷却媒体を強制的
に通流させずに、沸騰冷却のみを行わせるようにしても
よい。
Further, as in the present embodiment, the cooling medium may not be forced to flow, but only the boiling cooling may be performed.

【0032】次に上記した第1及び第2の実施例の変形
例について説明する。図4は一部を断面で示す要部の断
面図である。
Next, modified examples of the first and second embodiments described above will be described. FIG. 4 is a sectional view of an essential part showing a part in section.

【0033】図4において、半導体チップ29を貫通す
るように、複数の長孔情の冷却孔30を能動回路素子1
6の近傍に形成している。このような構成でも、上記し
た第1及び第2の実施例と同様の作用、効果が得られ
る。
In FIG. 4, a plurality of elongated cooling holes 30 are formed in the active circuit element 1 so as to penetrate the semiconductor chip 29.
It is formed in the vicinity of 6. Even with such a configuration, the same operation and effect as those of the first and second embodiments described above can be obtained.

【0034】次に、第3の実施例を図5により説明す
る。図5は概略の断面図である。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic sectional view.

【0035】図5において、31は半導体装置で、その
パッケージ32の内部には空洞部33が形成されてお
り、空洞部33の内部は仕切り部34により上流空間3
5と下流空間36に2分割されている。そして空洞部3
3の上流空間35及び下流空間36の側壁部には冷却媒
体導入口37と冷却媒体排出口38が形成され、仕切り
部34には中央部に開口39が形成されている。
In FIG. 5, reference numeral 31 denotes a semiconductor device, and a cavity 33 is formed inside the package 32 of the semiconductor device.
5 and the downstream space 36. And cavity 3
3, a cooling medium introduction port 37 and a cooling medium discharge port 38 are formed in the side walls of the upstream space 35 and the downstream space 36, and an opening 39 is formed in the center of the partition 34.

【0036】また仕切り部34の上流空間35側の片面
には、開口39を覆うように半導体チップ40がその周
縁部を仕切り部34に気密となるよう接着され固定され
ている。即ち、本実施例においては、仕切り部34が実
装部材となる。半導体チップ40は、複数の半導体回路
が形成された半導体ウエハを分割することによって形成
された第1の実施例のものと略同じに形成されたもの
で、その片面の回路形成面18に図示しないが能動回路
素子や受動回路素子及び配線が、表面から所定の深さの
範囲で形成されている。
A semiconductor chip 40 is bonded and fixed to one surface of the partition portion 34 on the upstream space 35 side so as to cover the opening 39 so as to hermetically seal the peripheral edge of the semiconductor chip 40 to the partition portion 34. That is, in this embodiment, the partition 34 serves as a mounting member. The semiconductor chip 40 is formed in substantially the same manner as that of the first embodiment, which is formed by dividing a semiconductor wafer on which a plurality of semiconductor circuits are formed, and the circuit forming surface 18 on one side thereof is not shown. The active circuit element, the passive circuit element, and the wiring are formed in a predetermined depth range from the surface.

【0037】また半導体チップ40には、その中央部及
びその周囲部分に形成された能動回路素子の近傍に、回
路形成面18である片面から他面側にかけて貫通するよ
うに円形断面の複数の冷却孔22が形成されている。こ
れにより、仕切り部34により2分割された上流空間3
5と下流空間36とが冷却孔22を通じて連通したもの
になる。
Further, the semiconductor chip 40 has a plurality of cooling sections each having a circular cross section so as to penetrate from the one side which is the circuit forming surface 18 to the other side in the vicinity of the active circuit elements formed in the central portion and the peripheral portion thereof. A hole 22 is formed. As a result, the upstream space 3 divided into two by the partition part 34
5 and the downstream space 36 communicate with each other through the cooling hole 22.

【0038】さらに半導体チップ40には、回路形成面
18に設けられた半導体回路に導通するようボンディン
グワイヤ41の片端が固着されており、このボンディン
グワイヤ41の他端は図示しないが仕切り部34の片面
に設けられた対応するパッド部に外部リードに導通する
よう固着されている。
Further, one end of a bonding wire 41 is fixed to the semiconductor chip 40 so as to be electrically connected to the semiconductor circuit provided on the circuit forming surface 18, and the other end of the bonding wire 41 is not shown in the drawing but is provided with a partition portion 34. It is fixed to a corresponding pad portion provided on one surface so as to be electrically connected to the external lead.

【0039】そして、冷却媒体導入口37には図示しな
い冷却媒体供給源から冷却媒体が供給される。その結
果、冷却媒体導入口37を通じて上流空間35内に導入
された冷却媒体は、実線矢印で示すように半導体チップ
40の冷却孔22内を通流して下流空間36に至り、冷
却媒体排出口38から排出される。
A cooling medium is supplied to the cooling medium inlet 37 from a cooling medium supply source (not shown). As a result, the cooling medium introduced into the upstream space 35 through the cooling medium introduction port 37 flows through the cooling holes 22 of the semiconductor chip 40 to the downstream space 36 as indicated by the solid arrow, and the cooling medium discharge port 38. Emitted from.

【0040】尚、図示しないが、冷却媒体の通流方向
は、図5の実線矢印で示した方向と反対方向でもよい。
Although not shown, the flow direction of the cooling medium may be opposite to the direction shown by the solid arrow in FIG.

【0041】以上のように構成された本実施例では、半
導体装置31を動作させる際に冷却媒体を冷却媒体供給
源から冷却媒体導入口37に供給することで半導体装置
31、すなわち半導体チップ40の冷却が行われる。
In the present embodiment configured as described above, when the semiconductor device 31 is operated, the cooling medium is supplied from the cooling medium supply source to the cooling medium introduction port 37, so that the semiconductor device 31, that is, the semiconductor chip 40 Cooling is performed.

【0042】冷却は冷却媒体導入口37を通じて導入さ
れた冷却媒体が上流空間35内に拡散し、半導体チップ
40の回路形成面18の片面から冷却孔22を他面側に
貫通して流れる。そして半導体チップ40の他面側の下
流空間36に至った冷却媒体は、冷却媒体排出口38か
ら外部に排出される。
For cooling, the cooling medium introduced through the cooling medium inlet 37 diffuses into the upstream space 35 and flows from one surface of the circuit forming surface 18 of the semiconductor chip 40 through the cooling hole 22 to the other surface side. Then, the cooling medium reaching the downstream space 36 on the other surface side of the semiconductor chip 40 is discharged to the outside from the cooling medium discharge port 38.

【0043】このように半導体チップ40及びこれに形
成された能動回路素子等は、冷却媒体の流れに直接接し
て冷却されることになる。従って、本実施例においても
第1の実施例と同様の効率的な冷却がなされる。
As described above, the semiconductor chip 40 and the active circuit elements and the like formed therein are directly contacted with the flow of the cooling medium to be cooled. Therefore, also in this embodiment, the same efficient cooling as in the first embodiment is performed.

【0044】次に第4の実施例を図6により説明する。
図6は一部を断面で示す半導体チップの要部の斜視図で
ある。
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a perspective view of a main part of a semiconductor chip, a part of which is shown in cross section.

【0045】図6において、42は半導体チップで、そ
の表裏両面間を貫通するように円形断面の複数の冷却孔
43が形成されている。そして、半導体チップ42を例
えば図示しないが第1又は第3の実施例と同様に構成さ
れたパッケージ内に収納し、冷却孔43に冷却媒体を通
流させるように備えて半導体装置が形成されている。
In FIG. 6, reference numeral 42 denotes a semiconductor chip having a plurality of cooling holes 43 having a circular cross section so as to penetrate between the front and back surfaces thereof. Although not shown, the semiconductor chip 42 is housed in, for example, a package having the same structure as that of the first or third embodiment, and a cooling medium is provided in the cooling hole 43 to form a semiconductor device. There is.

【0046】また、半導体チップ42は、半導体回路を
構成する能動回路素子16や図示しない受動回路素子及
び配線17が片面18に設けられている。さらに、半導
体チップ42は半導体回路に導通するバンプ19を介し
て図示しないパッド部に固着される。さらに冷却孔43
の内壁面部には、その面に臨ませて複数の能動回路素子
16と配線17が形成されている。ここで、配線17は
図示したごとく冷却孔43の延設方向のものに限定され
ない。
Further, the semiconductor chip 42 is provided with the active circuit element 16 constituting the semiconductor circuit, the passive circuit element (not shown) and the wiring 17 on one surface 18. Further, the semiconductor chip 42 is fixed to a pad portion (not shown) via the bump 19 which is electrically connected to the semiconductor circuit. Further cooling holes 43
A plurality of active circuit elements 16 and wirings 17 are formed on the inner wall surface of the so as to face the surface. Here, the wiring 17 is not limited to the wiring extending in the cooling hole 43 as shown in the drawing.

【0047】以上のように構成された半導体チップ42
を備える本実施例では、半導体装置を動作させる際に冷
却媒体を冷却媒体供給源から半導体チップ42の冷却孔
43を貫通して流れるように供給して半導体チップ42
の冷却が行われる。このため、半導体チップ42の片面
18及び冷却孔43の内壁面部に形成された能動回路素
子16等は、冷却媒体の流れに直接接して冷却されるこ
とになる。従って、本実施例においても第1の実施例と
同様の効率的な冷却がなされる。
The semiconductor chip 42 configured as described above
In this embodiment, the semiconductor chip 42 is supplied with a cooling medium from a cooling medium supply source so as to flow through the cooling holes 43 of the semiconductor chip 42 when the semiconductor device is operated.
Cooling is performed. Therefore, the active circuit element 16 and the like formed on the one surface 18 of the semiconductor chip 42 and the inner wall surface of the cooling hole 43 are cooled by directly contacting the flow of the cooling medium. Therefore, also in this embodiment, the same efficient cooling as in the first embodiment is performed.

【0048】また一方、本実施例によれば、冷却孔43
の内壁面部に能動回路素子16等を設けるようにしてい
るので、構造の微細化を要することなく集積度を増加さ
せることが可能となる。
On the other hand, according to the present embodiment, the cooling holes 43
Since the active circuit element 16 and the like are provided on the inner wall surface of the device, it is possible to increase the degree of integration without the need to miniaturize the structure.

【0049】尚、本実施例にかかる半導体チップ42を
第2の実施例に適用し沸騰冷却を行っても良い。
The semiconductor chip 42 according to this embodiment may be applied to the second embodiment for boil cooling.

【0050】次に第5の実施例を図7及び図8により説
明する。図7は一部を断面で示す半導体チップの要部の
斜視図であり、図8は部分回路図である。
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. 7 is a perspective view of a main part of a semiconductor chip, a part of which is shown in cross section, and FIG. 8 is a partial circuit diagram.

【0051】図7及び図8において、44は半導体回路
が形成された半導体チップで、その表裏両面間を貫通す
るように円形断面の複数の冷却孔45が形成されてい
る。そして、半導体チップ44は図示しないが図1又は
図5に示した第1又は第3の実施例と同様に構成された
パッケージ内に収納され、冷却孔45に冷却媒体を通流
させるようにして半導体装置が形成されている。
7 and 8, reference numeral 44 denotes a semiconductor chip on which a semiconductor circuit is formed, and a plurality of cooling holes 45 having a circular cross section are formed so as to penetrate between the front and back surfaces of the semiconductor chip. Although not shown, the semiconductor chip 44 is housed in a package having the same configuration as that of the first or third embodiment shown in FIG. 1 or 5, and the cooling medium is allowed to flow through the cooling hole 45. A semiconductor device is formed.

【0052】半導体チップ44は、例えばエピタキシャ
ル成長やSiウェハの直接接合技術などにより、図7に
おける最下層である第1層461 、第2層462 、…、
最上層46n の順に積層して形成されている。各層46
1 ,462 ,…,46n には、図8に示すように半導体
回路を構成する能動回路素子のトランジスタ47及び受
動回路素子のコンデンサ48、ビットライン49が形成
されている。
The semiconductor chip 44 is formed by, for example, an epitaxial growth method or a direct bonding technique for a Si wafer, which is the first layer 46 1 , the second layer 46 2 , ...
The uppermost layer 46 n is laminated in this order. Each layer 46
As shown in FIG. 8, a transistor 47 of an active circuit element, a capacitor 48 of a passive circuit element, and a bit line 49, which form a semiconductor circuit, are formed at 1 , 46 2 , ..., 46 n .

【0053】すなわち、冷却孔45の周囲には各層46
1 ,462 ,…,46n に離間して第1の不純物注入領
域501 ,502 ,…,50n と第2の不純物注入領域
511 ,512 ,…,51n が設けられ、さらに冷却孔
45の内壁面部を形成するように各層461 ,462
…,46n に共通して酸化膜52と第1の配線53とが
成層されている。また、各層461 ,462 ,…,46
n には第1の不純物注入領域501 ,502 ,…,50
n に接続する第2の配線491 ,492 ,…,49n
設けられている。
That is, each layer 46 is provided around the cooling hole 45.
1, 46 2, ..., 46 first impurity implantation region 50 1 at a distance from each other in n, 50 2, ..., 1 50 n and the second impurity-implanted region 51, 51 2, ..., 51 n are provided, Further, each layer 46 1 , 46 2 , so as to form the inner wall surface of the cooling hole 45,
, 46 n , the oxide film 52 and the first wiring 53 are layered. Further, each layer 46 1 , 46 2 , ..., 46
The first impurity implantation region in n 50 1, 50 2, ... , 50
second wiring connected to n 49 1, 49 2, ... , 49 n are provided.

【0054】これによりトランジスタ471 ,472
…,47n は、第1の配線53をゲート電極とし、酸化
膜52をゲート絶縁膜とし、第1の不純物注入領域50
1 ,502 ,…,50n と第2の不純物注入領域5
1 ,512 ,…,51n をソース、ドレイン領域とし
て形成される。さらにコンデンサ481 ,482 ,…,
48n は、第2の不純物注入領域511 ,512 ,…,
51n と各層461 ,462 ,…,46n の基材とで形
成される。なお、第1の配線53がワードラインとな
り、第2の配線491 ,492 ,…,49n がビットラ
インとなる。
As a result, the transistors 47 1 , 47 2 ,
, 47 n , the first wiring 53 is used as a gate electrode, the oxide film 52 is used as a gate insulating film, and the first impurity implantation region 50 is used.
1 , 50 2 , ..., 50 n and the second impurity implantation region 5
1 1, 51 2, ..., it formed a 51 n source, as a drain region. Furthermore, capacitors 48 1 , 48 2 , ...,
48 n is the second impurity implantation region 51 1 , 51 2 , ...,
51 n and the base material of each layer 46 1 , 46 2 , ..., 46 n . Note that the first wiring 53 is a word line, the second wiring 49 1, 49 2, ..., 49 n is the bit line.

【0055】そして、半導体回路に導通するよう図示し
ないボンディングワイヤの片端が固着され、他端は図示
しないがパッケージに設けられた対応するパッド部に外
部リードに導通するよう固着される。
Then, one end of a bonding wire (not shown) is fixed so as to be electrically connected to the semiconductor circuit, and the other end is fixed to a corresponding pad portion (not shown) provided on the package so as to be electrically connected to the external lead.

【0056】以上のように構成された半導体チップ44
を備える本実施例では、半導体装置を動作させる際に冷
却媒体を冷却媒体供給源から半導体チップ44の冷却孔
45を貫通して流れるように供給して半導体チップ44
の冷却が行われる。このため、半導体チップ44の最上
層46n 表面及び冷却孔45の内壁面部分に形成された
能動回路素子のトランジスタ471 ,472 ,…,47
n 等は、冷却媒体の流れにより冷却されることになる。
従って、本実施例においても第1の実施例と同様の効率
的な冷却がなされる。
The semiconductor chip 44 configured as described above
In this embodiment, the semiconductor chip 44 is supplied with the cooling medium from the cooling medium supply source so as to flow through the cooling holes 45 of the semiconductor chip 44 when the semiconductor device is operated.
Cooling is performed. Therefore, the transistors 47 1 , 47 2 , ..., 47 of the active circuit elements formed on the surface of the uppermost layer 46 n of the semiconductor chip 44 and the inner wall surface of the cooling hole 45.
n and the like are cooled by the flow of the cooling medium.
Therefore, also in this embodiment, the same efficient cooling as in the first embodiment is performed.

【0057】尚、本実施例にかかる半導体チップ44を
第2の実施例に適用し、沸騰冷却を行っても良い。
The semiconductor chip 44 according to this embodiment may be applied to the second embodiment to perform boiling cooling.

【0058】さらに、冷却孔45の内壁面部分に臨ませ
てトランジスタ471 ,472 ,…,47n 等を設ける
ようにしているので、第4の実施例と同様に構造の微細
化を要することなく集積度を増加させることが可能とな
る。
Further, since the transistors 47 1 , 47 2 , ..., 47 n are provided so as to face the inner wall surface of the cooling hole 45, miniaturization of the structure is required as in the fourth embodiment. It is possible to increase the degree of integration without doing so.

【0059】次に第6の実施例を図9により説明する。
図9は一部を断面で示す半導体チップの要部の斜視図で
ある。
Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a perspective view of a main part of a semiconductor chip, a part of which is shown in cross section.

【0060】図9において、55は半導体チップで、そ
の表裏両面間を貫通するように円形断面の複数の冷却孔
56が形成されている。そして、半導体チップ55は、
図示しないが上記した第1又は第3の実施例と同様に構
成されたパッケージ内に収納され、冷却孔56に冷却媒
体を通流させるように備えて半導体装置が形成されてい
る。
In FIG. 9, reference numeral 55 is a semiconductor chip, and a plurality of cooling holes 56 having a circular cross section are formed so as to penetrate between the front and back surfaces thereof. The semiconductor chip 55 is
Although not shown, the semiconductor device is formed by being housed in a package having the same structure as that of the first or third embodiment described above, and being provided so as to allow the cooling medium to flow through the cooling holes 56.

【0061】また、半導体チップ55は、例えばGaA
sのエピタキシャル成長により、図8における最下層で
ある第1層571 、第2層572 、…、最上層57n
順に積層して形成されている。各層571 ,572
…,57n の冷却孔56の内壁面を形成する縁周囲に
は、能動回路素子のトランジスタ581 ,582 ,…,
58n を構成するn型領域591 ,592 ,…,59n
及び第1のn型領域601 ,602 ,…,60n 、第
2のn型領域611 ,612 ,…,61n が露出して
形成されている。
The semiconductor chip 55 is made of, for example, GaA.
The s epitaxial growth, first layer 57 1 is a lowermost layer in Fig. 8, second layer 57 2, ..., are stacked in this order of the top layer 57 n. Each layer 57 1 , 57 2 ,
... around the edge forming the inner wall surface of the cooling hole 56 of 57 n , transistors 58 1 , 58 2 , ...
N-type region 59 constituting the 58 n 1, 59 2, ... , 59 n
, And the first n + type regions 60 1 , 60 2 , ..., 60 n , and the second n + type regions 61 1 , 61 2 , ..., 61 n are exposed.

【0062】さらに、冷却孔56の内壁面にはn型領域
591 ,592 ,…,59n 及び第1のn型領域60
1 ,602 ,…,60n 、第2のn型領域611 ,6
2,…,61n を、軸方向に接続するよう第1の配線
62、第2の配線63、第3の配線64が設けられてい
る。これにより、第1の配線62がゲート電極、第2の
配線63と第3の配線64がソース電極、ドレイン電極
となり、多数のトランジスタ581 ,582 ,…,58
n が並列に連なった構成の半導体回路となる。
Further, n-type regions 59 1 , 59 2 , ..., 59 n and a first n + -type region 60 are formed on the inner wall surface of the cooling hole 56.
1 , 60 2 , ..., 60 n , second n + type regions 61 1 , 6
A first wiring 62, a second wiring 63, and a third wiring 64 are provided so as to connect 1 2 , ..., 61 n in the axial direction. As a result, the first wiring 62 serves as a gate electrode, the second wiring 63 and the third wiring 64 serve as a source electrode and a drain electrode, and a large number of transistors 58 1 , 58 2 ,.
The semiconductor circuit has a configuration in which n is connected in parallel.

【0063】そして、半導体回路に導通するよう図示し
ないボンディングワイヤの片端が固着され、またボンデ
ィングワイヤの他端は図示しないがパッケージに設けら
れた対応するパッド部に固着される。
Then, one end of a bonding wire (not shown) is fixed so as to be electrically connected to the semiconductor circuit, and the other end of the bonding wire is fixed to a corresponding pad portion provided on the package (not shown).

【0064】以上のように構成された半導体チップ55
を備える本実施例では、半導体装置を動作させる際に冷
却媒体を冷却媒体供給源から半導体チップ55の冷却孔
56を貫通して流れるように供給して半導体チップ55
の冷却が行われる。このため、半導体チップ55の冷却
孔56の内壁面部に露出するように形成された能動回路
素子のトランジスタ581 ,582 ,…,58n は、冷
却媒体の流れに直接接して冷却されることになる。従っ
て、本実施例においても第1の実施例と同様の効率的な
冷却がなされる。
The semiconductor chip 55 configured as described above
In this embodiment, the semiconductor chip 55 is supplied with a cooling medium from the cooling medium supply source so as to flow through the cooling holes 56 of the semiconductor chip 55 when the semiconductor device is operated.
Cooling is performed. Therefore, the transistors 58 1 , 58 2 , ..., 58 n of the active circuit elements formed so as to be exposed on the inner wall surface of the cooling hole 56 of the semiconductor chip 55 are cooled by directly contacting the flow of the cooling medium. become. Therefore, also in this embodiment, the same efficient cooling as in the first embodiment is performed.

【0065】さらに、冷却孔56の内壁面にトランジス
タ581 ,582 ,…,58n を設けるようにしている
ので、第4の実施例と同様に構造の微細化を要すること
なく集積度を増加させることが可能となる。
Further, since the transistors 58 1 , 58 2 , ..., 58 n are provided on the inner wall surface of the cooling hole 56, the degree of integration can be improved without requiring the fine structure as in the fourth embodiment. It is possible to increase.

【0066】尚、本実施例にかかる半導体チップ55を
第2の実施例に適用し、沸騰冷却を行っても良い。
The semiconductor chip 55 according to this embodiment may be applied to the second embodiment to perform boiling cooling.

【0067】次に第7の実施例を図10により説明す
る。図10は一部を断面で示す半導体チップの要部の斜
視図である。
Next, a seventh embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a perspective view of a main part of a semiconductor chip, a part of which is shown in cross section.

【0068】図10において、65は半導体チップで、
その表裏両面間を貫通するように円形断面の複数の冷却
孔66が形成されている。そして、半導体チップ65を
図示しないが第3の実施例と同様に構成されたパッケー
ジ内に収納し、冷却孔66に冷却媒体を通流させるよう
に備えて半導体装置が形成されている。
In FIG. 10, reference numeral 65 is a semiconductor chip,
A plurality of cooling holes 66 having a circular cross section are formed so as to penetrate between the front and back surfaces. Although not shown, the semiconductor chip 65 is housed in a package having the same structure as that of the third embodiment, and a semiconductor device is formed so that the cooling medium flows through the cooling holes 66.

【0069】また、半導体チップ65は、例えばGaA
sの単結晶基板に貫通するように形成された冷却孔66
内壁面に、イオン注入によって軸方向にトランジスタ6
7を構成するn型領域68及び第1のn+ 型領域69、
第2のn+ 型領域70が露出して形成されている。さら
に、これらの各領域68,69,70には軸方向に伸び
る第1の配線71、第2の配線72、第3の配線73が
設けられ、第1の配線71がゲート電極、第2の配線7
2と第3の配線73がソース電極、ドレイン電極となっ
て、冷却孔66内壁面に大面積のトランジスタ67が構
成される。
The semiconductor chip 65 is made of, for example, GaA.
s cooling hole 66 formed so as to penetrate the single crystal substrate
A transistor 6 is axially formed on the inner wall surface by ion implantation.
7, an n-type region 68 and a first n + -type region 69,
The second n + type region 70 is formed so as to be exposed. Further, a first wiring 71, a second wiring 72, and a third wiring 73 extending in the axial direction are provided in each of these regions 68, 69, and 70, and the first wiring 71 is the gate electrode and the second wiring. Wiring 7
The second and third wirings 73 serve as a source electrode and a drain electrode to form a large-area transistor 67 on the inner wall surface of the cooling hole 66.

【0070】そして、トランジスタ67を備えた半導体
回路に導通するよう図示しないボンディングワイヤの片
端が固着され、またボンディングワイヤの他端は図示し
ないがパッケージに設けられた対応するパッド部に固着
される。
Then, one end of a bonding wire (not shown) is fixed so as to be electrically connected to the semiconductor circuit including the transistor 67, and the other end of the bonding wire is fixed to a corresponding pad portion provided on the package (not shown).

【0071】以上のように構成された半導体チップ65
を備える本実施例では、半導体装置を動作させる際に冷
却媒体を冷却媒体供給源から半導体チップ65の冷却孔
66を貫通して流れるように供給して半導体チップ65
の冷却が行われる。このため、半導体チップ65の冷却
孔66の内壁面部に露出するように形成された大面積で
大きい電流が流せる能動回路素子のトランジスタ67
は、冷却媒体の流れにより直接接して冷却されることに
なる。従って、本実施例においても第1の実施例と同様
の効率的な冷却がなされる。
The semiconductor chip 65 configured as described above
In this embodiment, the semiconductor chip 65 is supplied with a cooling medium from a cooling medium supply source so as to flow through the cooling holes 66 of the semiconductor chip 65 when the semiconductor device is operated.
Cooling is performed. Therefore, the transistor 67 of the active circuit element, which is formed so as to be exposed on the inner wall surface portion of the cooling hole 66 of the semiconductor chip 65 and which allows a large current to flow in a large area.
Will be cooled in direct contact with the flow of the cooling medium. Therefore, also in this embodiment, the same efficient cooling as in the first embodiment is performed.

【0072】さらに、冷却孔66の内壁面にトランジス
タ67を設けるようにしているので、第4の実施例と同
様に構造の微細化を要することなく集積度を増加させる
ことが可能となる。
Further, since the transistor 67 is provided on the inner wall surface of the cooling hole 66, it is possible to increase the degree of integration without the need to miniaturize the structure as in the fourth embodiment.

【0073】尚、本実施例にかかる半導体チップ65を
第2の実施例に適用し、沸騰冷却を行っても良い。
The semiconductor chip 65 according to this embodiment may be applied to the second embodiment to perform boiling cooling.

【0074】次に第8の実施例を図11及び図12によ
り説明する。図11は概略の断面図であり、図12は一
部を断面で示す要部の断面図である。
Next, an eighth embodiment will be described with reference to FIGS. 11 and 12. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view, and FIG. 12 is a cross-sectional view of an essential part showing a part in cross section.

【0075】図11及び図12において、81は半導体
装置で、パッケージ12の凹部13の内底面14に、例
えば数mm〜数十mm角で厚さが100μm〜500μ
m程度の方形板状の半導体チップ82を収納するように
して構成されている。半導体チップ82は、例えば複数
の半導体回路が形成されたSiウエハを分割することに
より形成されている。
In FIGS. 11 and 12, reference numeral 81 denotes a semiconductor device, which is, for example, several mm to several tens of mm square and has a thickness of 100 μm to 500 μ on the inner bottom surface 14 of the recess 13 of the package 12.
The semiconductor chip 82 having a rectangular plate shape of about m is housed. The semiconductor chip 82 is formed, for example, by dividing an Si wafer on which a plurality of semiconductor circuits are formed.

【0076】そして半導体チップ82は、片面側に半導
体回路に導通するバンプ19を介して、凹部13の内底
面14に設けられた対応する図示しないパッド部に固着
される。このパッド部は、図示しない外部リードに導通
するように凹部13の内底面14に固定されている。こ
れにより半導体チップ82の片面と凹部13の内底面1
4との間にバンプ19の高さに対応する隙間が形成され
る。
The semiconductor chip 82 is fixed to the corresponding pad portion (not shown) provided on the inner bottom surface 14 of the recess 13 through the bump 19 which is electrically connected to the semiconductor circuit on one side. The pad portion is fixed to the inner bottom surface 14 of the recess 13 so as to be electrically connected to an external lead (not shown). As a result, one surface of the semiconductor chip 82 and the inner bottom surface 1 of the recess 13 are
A gap corresponding to the height of the bump 19 is formed between the bumps 4 and 4.

【0077】一方、半導体チップ82の他面には複数条
の方形状断面の冷却溝83が形成されており、冷却溝8
3の側壁面に臨ませて半導体回路を構成する能動回路素
子84が形成されている。また、凹部13内に収納され
た半導体チップ82の他面には、例えば蛇腹状に形成さ
れた冷却媒体支管23が、冷却溝83全ての開口の少な
くとも一部を内に含むように片端を気密に密着させるよ
うにして取り付けられている。
On the other hand, on the other surface of the semiconductor chip 82, a plurality of cooling grooves 83 having a rectangular cross section are formed.
An active circuit element 84 constituting a semiconductor circuit is formed so as to face the side wall surface of No. 3. On the other surface of the semiconductor chip 82 housed in the recess 13, for example, a cooling medium branch pipe 23 formed in a bellows shape is hermetically sealed at one end so as to include at least a part of all openings of the cooling groove 83 therein. It is attached so as to be in close contact with.

【0078】そして、パッケージ12の凹部13内には
冷却媒体導入口27を通じて冷却媒体の例えば冷却空気
が導入され、導入された冷却媒体は実線矢印で示すよう
に冷却溝83内を溝方向に流れて冷却媒体支管23に集
められ、側口26から冷却媒体管25に流れる。
Then, for example, cooling air, which is a cooling medium, is introduced into the recess 13 of the package 12 through the cooling medium introduction port 27, and the introduced cooling medium flows in the cooling groove 83 in the groove direction as indicated by the solid arrow. Are collected in the cooling medium branch pipe 23 and flow from the side port 26 to the cooling medium pipe 25.

【0079】以上のように構成された本実施例では、半
導体装置81を動作させる際に冷却媒体を冷却媒体源か
ら冷却媒体導入口27に供給することで半導体装置8
1、すなわち半導体チップ82の冷却が行われる。この
冷却は、冷却媒体導入口27からそれよりも負圧となて
いる冷却媒体管25に向かって冷却媒体が流れる際、半
導体チップ82の冷却溝83に設けられている能動回路
素子84に冷却媒体が直接接するように流れることによ
り、能動回路素子84に発生した熱を放散させることで
行われる。
In the present embodiment configured as described above, when the semiconductor device 81 is operated, the cooling medium is supplied from the cooling medium source to the cooling medium introduction port 27, and the semiconductor device 8
1, that is, the semiconductor chip 82 is cooled. This cooling is performed on the active circuit element 84 provided in the cooling groove 83 of the semiconductor chip 82 when the cooling medium flows from the cooling medium introduction port 27 toward the cooling medium pipe 25 having a negative pressure. This is performed by dissipating the heat generated in the active circuit element 84 by causing the medium to directly contact.

【0080】このように能動回路素子84は、冷却媒体
の流れに直接接し極めて熱抵抗が小さい状態で冷却され
ることになり、非常に効率的な冷却がなされる。
As described above, the active circuit element 84 comes into direct contact with the flow of the cooling medium and is cooled in a state where the thermal resistance is extremely small, so that the cooling is performed very efficiently.

【0081】なお、上記実施例では冷却溝83の断面形
状を方形としたが、これに限るものではなく、V字形状
等であってもよい。また、半導体チップ82も第5の実
施例や第6の実施例と同じく積層構造としても、上記し
た第8の実施例と同様の作用、効果が得られる。
Although the cooling groove 83 has a rectangular cross section in the above embodiment, it is not limited to this and may have a V-shape or the like. Further, even if the semiconductor chip 82 has a laminated structure as in the fifth and sixth embodiments, the same action and effect as those in the eighth embodiment can be obtained.

【0082】次に第9の実施例を図13により説明す
る。図13は概略の断面図である。
Next, a ninth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a schematic sectional view.

【0083】図13において、85は半導体装置で、パ
ッケージ86の凹部87の内底面14に方形板状の半導
体チップ88を収納するようにして構成されている。半
導体チップ88は、例えば複数の半導体回路が形成され
たSiウエハを分割することにより形成され、図示しな
い能動回路素子や受動回路素子及び配線がその片面の回
路形成面18に形成されている。
In FIG. 13, reference numeral 85 denotes a semiconductor device, which is configured to house a rectangular plate-shaped semiconductor chip 88 in the inner bottom surface 14 of the recess 87 of the package 86. The semiconductor chip 88 is formed, for example, by dividing a Si wafer on which a plurality of semiconductor circuits are formed, and active circuit elements, passive circuit elements, and wiring (not shown) are formed on the circuit forming surface 18 on one side thereof.

【0084】そして半導体チップ88は、片面側に半導
体回路に導通するバンプ19を介して、凹部87の内底
面14に設けられた対応する図示しないパッド部に固着
される。このパッド部は、図示しない外部リードに導通
するように凹部87の内底面14に固定されている。こ
れにより半導体チップ88の片面と凹部87の内底面1
4との間にバンプ19の高さに対応する隙間が形成され
る。
The semiconductor chip 88 is fixed to the corresponding pad portion (not shown) provided on the inner bottom surface 14 of the recess 87 via the bump 19 which is electrically connected to the semiconductor circuit on one side. The pad portion is fixed to the inner bottom surface 14 of the recess 87 so as to be electrically connected to an external lead (not shown). As a result, one surface of the semiconductor chip 88 and the inner bottom surface 1 of the recess 87 are
A gap corresponding to the height of the bump 19 is formed between the bumps 4 and 4.

【0085】一方、半導体チップ88の他面には、この
面に片面を密着するように冷却板89が設けられてい
る。この冷却板89は、その主面に平行な方向に複数の
冷却孔90が形成され、他面の中央部には冷却孔90に
連通する開口91が形成されている。また、冷却板89
の他面には、例えば蛇腹状に形成された冷却媒体支管2
3が開口91を内側に含むようにして片端を気密に密着
するよう取り付けられている。
On the other hand, on the other surface of the semiconductor chip 88, a cooling plate 89 is provided so that one surface is in close contact with this surface. The cooling plate 89 has a plurality of cooling holes 90 formed in a direction parallel to the main surface thereof, and an opening 91 communicating with the cooling holes 90 is formed at the center of the other surface. Also, the cooling plate 89
On the other surface, for example, a cooling medium branch pipe 2 formed in a bellows shape.
3 is attached so that one end is airtightly adhered so as to include the opening 91 inside.

【0086】そして、パッケージ86の凹部87内には
冷却媒体導入口27を通じて冷却媒体の例えば冷却空気
が導入され、導入された冷却媒体は実線矢印で示すよう
に冷却板89の冷却孔90内を流れ、開口91から冷却
媒体支管23に集められて側口26から冷却媒体管25
に流れるようになっている。
Then, for example, cooling air, which is a cooling medium, is introduced into the recess 87 of the package 86 through the cooling medium introduction port 27, and the introduced cooling medium passes through the inside of the cooling hole 90 of the cooling plate 89 as shown by a solid arrow. The flow is collected from the opening 91 to the cooling medium branch pipe 23 and is collected from the side port 26 to the cooling medium pipe 25.
It is supposed to flow to.

【0087】以上のように構成された本実施例では、半
導体装置85を動作させる際に冷却媒体を冷却媒体源か
ら冷却媒体導入口27に供給することで半導体装置8
5、すなわち半導体チップ88の冷却が行われる。この
冷却は、冷却媒体導入口27からそれよりも負圧となて
いる冷却媒体管25に向かって冷却媒体が流れる際、半
導体チップ88の他面に密着するように設けられた冷却
板89の冷却孔90内を冷却媒体が流れることによっ
て、半導体チップ88の能動回路素子に発生した熱が冷
却板89を介して冷却媒体に伝えられて放散されること
で行われる。
In the present embodiment configured as described above, when the semiconductor device 85 is operated, the cooling medium is supplied from the cooling medium source to the cooling medium introduction port 27, and the semiconductor device 8
5, that is, the semiconductor chip 88 is cooled. This cooling is performed by a cooling plate 89 provided so as to be in close contact with the other surface of the semiconductor chip 88 when the cooling medium flows from the cooling medium introduction port 27 toward the cooling medium pipe 25 having a negative pressure than that. When the cooling medium flows in the cooling holes 90, the heat generated in the active circuit elements of the semiconductor chip 88 is transferred to the cooling medium via the cooling plate 89 and is dissipated.

【0088】このように能動回路素子を有する半導体チ
ップ88は、冷却板89のみを介して冷却媒体の流れに
接して冷却されることになり、パッケージ86等を介さ
ない熱抵抗が小さい状態で非常に効率的な冷却がなされ
る。
As described above, the semiconductor chip 88 having the active circuit element is cooled by coming into contact with the flow of the cooling medium only through the cooling plate 89, so that the thermal resistance without the package 86 is small. Efficient cooling is achieved.

【0089】[0089]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、半導体チップを効率的且つ十分に冷却すること
ができ、能動回路素子等を半導体チップに高い集積度で
形成することができる等の効果が得られる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, a semiconductor chip can be efficiently and sufficiently cooled, and an active circuit element or the like can be formed on the semiconductor chip with a high degree of integration. And so on.

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

【図1】本発明の第1の実施例を示す概略の断面図であ
る。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例に係る一部を断面で示す
要部の斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view of an essential part showing a part in section according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施例の一部を断面で示す要部
の斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view of an essential part showing a part of a second embodiment of the present invention in section.

【図4】本発明の第1及び第2の実施例の一部を断面で
示す要部の斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view of a main part showing a cross section of a part of the first and second embodiments of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施例を示す概略の断面図であ
る。
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4の実施例に係る一部を断面で示す
半導体チップの要部の斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view of a main part of a semiconductor chip showing a part in section according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第5の実施例に係る一部を断面で示す
半導体チップの要部の斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view of a main part of a semiconductor chip showing a part in section according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第5の実施例に係る部分回路図であ
る。
FIG. 8 is a partial circuit diagram according to a fifth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第6の実施例に係る一部を断面で示す
半導体チップの要部の斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view of a main part of a semiconductor chip showing a part in section according to a sixth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第7の実施例に係る一部を断面で示
す半導体チップの要部の斜視図である。
FIG. 10 is a perspective view of a main part of a semiconductor chip showing a part in section according to a seventh embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第8の実施例を示す概略の断面図で
ある。
FIG. 11 is a schematic sectional view showing an eighth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第8の実施例に係る一部を断面で示
す半導体チップの要部の斜視図である。
FIG. 12 is a perspective view of an essential part of a semiconductor chip showing a part in section according to an eighth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第9の実施例を示す概略の断面図で
ある。
FIG. 13 is a schematic sectional view showing a ninth embodiment of the present invention.

【図14】従来例を示す概略の断面図である。FIG. 14 is a schematic sectional view showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

15…半導体チップ 16…能動回路素子 22…冷却孔 15 ... Semiconductor chip 16 ... Active circuit element 22 ... Cooling hole

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 五代儀 靖 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 西堀 一弥 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 松岡 史倫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yasushi Godai, 4-4 Suehiro-cho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture, Keio Plant, Toshiba Corp. Address Stock Company In Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Fuminori Matsuoka 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki City, Kanagawa Stock Company In Toshiba Research and Development Center

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 回路素子が形成された半導体チップと、
この半導体チップを貫通するように設けられる貫通孔
と、前記半導体チップを冷却媒体を用いて冷却する冷却
手段とを具備することを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor chip having a circuit element formed thereon,
A semiconductor device comprising: a through hole provided so as to penetrate the semiconductor chip; and a cooling means for cooling the semiconductor chip using a cooling medium.
【請求項2】 前記冷却手段は、前記貫通孔内に前記冷
却媒体を通流させる対流冷却手段であることを特徴とす
る請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the cooling unit is a convection cooling unit that allows the cooling medium to flow in the through hole.
【請求項3】 前記冷却手段は、前記貫通孔を沸騰核と
する沸騰冷却手段であることを特徴とする請求項1記載
の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the cooling unit is a boiling cooling unit having the through hole as a boiling nucleus.
【請求項4】 前記回路素子の少なくとも一つは、前記
貫通孔の内壁面に臨ませて形成されていることを特徴と
する請求項1記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of the circuit elements is formed to face an inner wall surface of the through hole.
【請求項5】 回路素子が形成された半導体チップと、
この半導体チップに設けられる溝と、前記半導体チップ
を冷却媒体を用いて冷却する冷却手段とから構成され、
前記回路素子の少なくとも一つは、前記溝の内壁面に臨
ませて形成されていることを特徴とする半導体装置。
5. A semiconductor chip having a circuit element formed thereon,
A groove provided in this semiconductor chip, and a cooling means for cooling the semiconductor chip using a cooling medium,
At least one of the circuit elements is formed so as to face an inner wall surface of the groove.
【請求項6】 前記冷却手段は、前記溝内に前記冷却媒
体を通流させる対流冷却手段であることを特徴とする請
求項5記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the cooling unit is a convection cooling unit that allows the cooling medium to flow in the groove.
【請求項7】 前記冷却手段は、前記溝を沸騰核とする
沸騰冷却手段であることを特徴とする請求項5記載の半
導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 5, wherein the cooling unit is a boiling cooling unit having the groove as a boiling nucleus.
【請求項8】 少なくとも一つの貫通孔を有する半導体
チップと、この半導体チップが所定の隙間を介して実装
される実装部材と、前記隙間及び前記貫通孔を介して冷
却媒体を通流させる手段とを有することを特徴とする半
導体装置。
8. A semiconductor chip having at least one through hole, a mounting member on which the semiconductor chip is mounted through a predetermined gap, and a means for allowing a cooling medium to flow through the gap and the through hole. A semiconductor device comprising:
【請求項9】 少なくとも一つの貫通孔を有する半導体
チップと、少なくとも一つの開口部を有し、該開口部と
前記貫通孔とが連通するように前記半導体チップが実装
される実装部材と、前記貫通孔及び前記開口部を介して
冷却媒体を通流させる手段とを有することを特徴とする
半導体装置。
9. A mounting member having a semiconductor chip having at least one through hole, at least one opening, and mounting the semiconductor chip so that the opening and the through hole communicate with each other. A semiconductor device comprising: a means for allowing a cooling medium to flow through the through hole and the opening.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111584438A (en) * 2019-02-15 2020-08-25 爱思开海力士有限公司 Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips

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