JPS582049A - 半導体パツケ−ジ - Google Patents
半導体パツケ−ジInfo
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- JPS582049A JPS582049A JP9957681A JP9957681A JPS582049A JP S582049 A JPS582049 A JP S582049A JP 9957681 A JP9957681 A JP 9957681A JP 9957681 A JP9957681 A JP 9957681A JP S582049 A JPS582049 A JP S582049A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
- H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
- H01L23/4338—Pistons, e.g. spring-loaded members
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
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- 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
- 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
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は熱τ発生する半導体素子のための熱伝導冷却機
構を１する牛尋俸）くツケージに関する。
構を１する牛尋俸）くツケージに関する。
固体電子技術の発達に工って、半導体素子の超高積集化
が著しく進んでいる。その結果、半導体素子にエリ発生
された熱を放散させるための棟々の改良された技術が研
究されてきた。例えば、大型電子計算機システムにおい
て、第１図のような気体封入冷却パッケージが工夫され
ている。これ祉熱伝導機構と組合せて、熱伝導率の良好
なヘリウムガスを封入した冷却パッケージである。熱伝
導機構杖、セラミック基板１上の各チップ２ごとにスプ
リング３にエリ押圧されている金属製のピストン４が金
属蓋５に設けられたシリンダ６内に収容されており、チ
ップて発生された熱線ピストン４を伝導して金属蓋５へ
伝達される。金属蓋５の上面には水冷ジャケット７が１
＄９付けられており、これによりチック２の冷却を行う
０このような冷却機構において、チップとピストンとの
接触−８に在存する接触熱抵抗を減少させるためにはチ
ックとピストンとの接触面積を大きくする必資があり、
熱的グリースを接触面に用いたり、あるいｔｉｔ接触面
に：はんだ、などの軟らかい金属を介在させることに１
シ解決されている。一方、ピストンはシリンダ内に可動
ｏｆ能に収容されているために、ピストンとシリンター
内壁との間に間嚇９が存在する。この間隙によるピスト
ンと金属蓋間の熱抵抗はきわめて太き”な値となるため
、空気エリも゛熱伝導の良好なヘリウムガスを封入して
いるが、ヘリウムガスの熱伝導率は銅やアルミニウムな
どの金属と比べると約３桁小さく、発熱量の大きい高性
能チップを冷却するためには極めて不充分である。
が著しく進んでいる。その結果、半導体素子にエリ発生
された熱を放散させるための棟々の改良された技術が研
究されてきた。例えば、大型電子計算機システムにおい
て、第１図のような気体封入冷却パッケージが工夫され
ている。これ祉熱伝導機構と組合せて、熱伝導率の良好
なヘリウムガスを封入した冷却パッケージである。熱伝
導機構杖、セラミック基板１上の各チップ２ごとにスプ
リング３にエリ押圧されている金属製のピストン４が金
属蓋５に設けられたシリンダ６内に収容されており、チ
ップて発生された熱線ピストン４を伝導して金属蓋５へ
伝達される。金属蓋５の上面には水冷ジャケット７が１
＄９付けられており、これによりチック２の冷却を行う
０このような冷却機構において、チップとピストンとの
接触−８に在存する接触熱抵抗を減少させるためにはチ
ックとピストンとの接触面積を大きくする必資があり、
熱的グリースを接触面に用いたり、あるいｔｉｔ接触面
に：はんだ、などの軟らかい金属を介在させることに１
シ解決されている。一方、ピストンはシリンダ内に可動
ｏｆ能に収容されているために、ピストンとシリンター
内壁との間に間嚇９が存在する。この間隙によるピスト
ンと金属蓋間の熱抵抗はきわめて太き”な値となるため
、空気エリも゛熱伝導の良好なヘリウムガスを封入して
いるが、ヘリウムガスの熱伝導率は銅やアルミニウムな
どの金属と比べると約３桁小さく、発熱量の大きい高性
能チップを冷却するためには極めて不充分である。
また発熱量が比較的小さいチップを搭載した場合におい
ても、ピストンと金属蓋間の熱抵抗が大きいため、冷却
フィンによる空冷形式ヲ揮用することができず、高価セ
保守がめんどうな水冷形式にしなければなら↑いなどの
欠点′があった。
ても、ピストンと金属蓋間の熱抵抗が大きいため、冷却
フィンによる空冷形式ヲ揮用することができず、高価セ
保守がめんどうな水冷形式にしなければなら↑いなどの
欠点′があった。
本頼明の目的は、ピストンと金、属飯との熱抵抗をなく
すために、チックと接触するピストンを金属蓋より貫通
して突出させて冷却フィンを設け、ピストンはダイヤフ
ラムにニジ抑圧された状態で金属蓋に対して可動に取付
けられた空冷形式の半導体パッケージ會提供することに
ある。
すために、チックと接触するピストンを金属蓋より貫通
して突出させて冷却フィンを設け、ピストンはダイヤフ
ラムにニジ抑圧された状態で金属蓋に対して可動に取付
けられた空冷形式の半導体パッケージ會提供することに
ある。
以下、図面について本発明の詳細な説明する〇第２図〜
第４図は本発明による半導体パッケージの一実施例を示
すもので、セラミック基板１上にＦｉはんだボール１１
を介して複数個のチップ２が搭載されており、セラミッ
ク基板１の下面には回、路ボード（図示せず）と接続す
るために・多数のビンνが堰付けられている。セラミッ
ク基板１の下ヨにゆ７，７？ｕカ、ゆええつ続７．１よ
、固オされている。セラミック基板１の上側には、金属
蓋５がシール１４ｉ介してフランジ１３にねじ（図示せ
ず）で取付けられている。金−ＪＩＳ蓋５には各々のテ
ップ２と対応する位置にシリンダ６が形成され、該シリ
ンダの上面にはダイヤフラム「の取付用の取付用凹部１
６が形成されている。又熱伝導のためのピストン４がシ
リンダ６内に組込まれている。
第４図は本発明による半導体パッケージの一実施例を示
すもので、セラミック基板１上にＦｉはんだボール１１
を介して複数個のチップ２が搭載されており、セラミッ
ク基板１の下面には回、路ボード（図示せず）と接続す
るために・多数のビンνが堰付けられている。セラミッ
ク基板１の下ヨにゆ７，７？ｕカ、ゆええつ続７．１よ
、固オされている。セラミック基板１の上側には、金属
蓋５がシール１４ｉ介してフランジ１３にねじ（図示せ
ず）で取付けられている。金−ＪＩＳ蓋５には各々のテ
ップ２と対応する位置にシリンダ６が形成され、該シリ
ンダの上面にはダイヤフラム「の取付用の取付用凹部１
６が形成されている。又熱伝導のためのピストン４がシ
リンダ６内に組込まれている。
ピスト、ン４の下端面はチップ２表面と接触しており、
上部は金属蓋５より突出している。ピストン４はピスト
ンの外局に取付けられている金属のタ：イヤ７ラム正に
よってばね負荷される。ダイヤ７２ム１５はピストン４
ヘカを供給し、ピスト７４社チップ２に対して圧力を加
え、これによって良好な熱伝導の接触面８を形成する゛
。夕°イヤ７ラム「の中心部にはビストノ４の直径と等
しい穴が形成されており゛、ピストン４の外周にろう付
け、はんだ付け、接着などの技術によって封止固定され
ている。また゛ダイヤフラム１５の外周は金属蓋５の上
面に形成されて′いる取付用凹部１６の内壁にピストン
の場合と同様の技術に工って゛封止固定されている。ピ
ストン４の上部に′は複数枚の冷却フイ“ン１７が設け
てあり、チップ２によって発生した熱はピストン４ｔ−
経て冷却フィン１７まで伝導され、フィンを横切って吹
き付けられる強制空気流に↓つて冷却される。ピストン
４はダイ′ヤ゛フラム１５モ支持されているので、“シ
リンダ６内において上下に所動である。金属蓋５會セラ
ミ゛ツク基板１に城付けることによりチップ２と接触し
たピストン４は上方へ変位し、同時にダイヤフラム１５
もたわむのでピストン４に力を供給する。ダイヤフラム
ｂのはね定数とピ′ストン４の変位量を適正に設計する
ことにエリ、チップ２に対して最適な圧力を与えること
ができるとともに、チックの”取付は高さに多少のバラ
ツキがあっ・てもピストンとの接触を確保できる。金属
蓋５の内部は気密構造となっている友め、大気からチッ
プを保謙でき、必要に応じて不活性ガスを封入０肋がら
封入することができる。
上部は金属蓋５より突出している。ピストン４はピスト
ンの外局に取付けられている金属のタ：イヤ７ラム正に
よってばね負荷される。ダイヤ７２ム１５はピストン４
ヘカを供給し、ピスト７４社チップ２に対して圧力を加
え、これによって良好な熱伝導の接触面８を形成する゛
。夕°イヤ７ラム「の中心部にはビストノ４の直径と等
しい穴が形成されており゛、ピストン４の外周にろう付
け、はんだ付け、接着などの技術によって封止固定され
ている。また゛ダイヤフラム１５の外周は金属蓋５の上
面に形成されて′いる取付用凹部１６の内壁にピストン
の場合と同様の技術に工って゛封止固定されている。ピ
ストン４の上部に′は複数枚の冷却フイ“ン１７が設け
てあり、チップ２によって発生した熱はピストン４ｔ−
経て冷却フィン１７まで伝導され、フィンを横切って吹
き付けられる強制空気流に↓つて冷却される。ピストン
４はダイ′ヤ゛フラム１５モ支持されているので、“シ
リンダ６内において上下に所動である。金属蓋５會セラ
ミ゛ツク基板１に城付けることによりチップ２と接触し
たピストン４は上方へ変位し、同時にダイヤフラム１５
もたわむのでピストン４に力を供給する。ダイヤフラム
ｂのはね定数とピ′ストン４の変位量を適正に設計する
ことにエリ、チップ２に対して最適な圧力を与えること
ができるとともに、チックの”取付は高さに多少のバラ
ツキがあっ・てもピストンとの接触を確保できる。金属
蓋５の内部は気密構造となっている友め、大気からチッ
プを保謙でき、必要に応じて不活性ガスを封入０肋がら
封入することができる。
ガスの封入圧力は大気圧にほぼ等しいことが望ましく、
大気圧よりも極端に高いとダイヤフラム１５が上方に変
位しピストンの圧力を低下させる。
大気圧よりも極端に高いとダイヤフラム１５が上方に変
位しピストンの圧力を低下させる。
本発明においては冷却フィン１７がピストン４に直結し
ているため、冷却フィンに吹き付けられる強制空気流に
よるピストンの自励振動を配慮する必要があるが、通常
の強制空冷の風速（最大１０ｍ／秒）であれば自励振動
することはない。なお、風速が１０ ｍ ／秒以上にな
ると強ｉ空冷用の送風機また線７７ンの騒音が極めて大
きくなり、騒音の点でも風速をあまり大きくできない。
ているため、冷却フィンに吹き付けられる強制空気流に
よるピストンの自励振動を配慮する必要があるが、通常
の強制空冷の風速（最大１０ｍ／秒）であれば自励振動
することはない。なお、風速が１０ ｍ ／秒以上にな
ると強ｉ空冷用の送風機また線７７ンの騒音が極めて大
きくなり、騒音の点でも風速をあまり大きくできない。
セラミック基板上に低電力チップと高電力チップが一緒
に搭載されると、低電力チップが冷却さ・れすぎ正常に
動作しなくなることもあるが、この問題については冷却
フィンの枚数を減らすことにより冷えすぎを抑制するこ
とができる。
に搭載されると、低電力チップが冷却さ・れすぎ正常に
動作しなくなることもあるが、この問題については冷却
フィンの枚数を減らすことにより冷えすぎを抑制するこ
とができる。
叙上のように本発明の半導体パッケージにおいては、チ
ックで発生した熱は熱伝導の良好なピストンを伝導して
、直接冷却フィンへ伝達されるため、チップ表面から冷
却フィンまでの熱抵抗が極めて小さく、ｉ＃Ｉ電カデカ
チップ冷形式で冷却することができる。従って筒価で保
守がめんどうな冷却水装置を使用する必要がないため、
経済的で効率的な装置構成とすることができる。また金
属蓋を取り外すことにエリ、チップのテストや故障チッ
プの交換が容易にできるという従来パッケージの利点は
本発明においても維持されている。さらに本発明によれ
ば金属蓋の高さを小さくでき、水冷ジャケットもないた
めパッケージを小型、＠量化でき、その効果と利点は極
めて大きい。
ックで発生した熱は熱伝導の良好なピストンを伝導して
、直接冷却フィンへ伝達されるため、チップ表面から冷
却フィンまでの熱抵抗が極めて小さく、ｉ＃Ｉ電カデカ
チップ冷形式で冷却することができる。従って筒価で保
守がめんどうな冷却水装置を使用する必要がないため、
経済的で効率的な装置構成とすることができる。また金
属蓋を取り外すことにエリ、チップのテストや故障チッ
プの交換が容易にできるという従来パッケージの利点は
本発明においても維持されている。さらに本発明によれ
ば金属蓋の高さを小さくでき、水冷ジャケットもないた
めパッケージを小型、＠量化でき、その効果と利点は極
めて大きい。
なお、本発明は上述の実施例に限るものでなく、タイヤ
フラムの形状を変えたり、ダイヤフラムを金属蓋の内＠
に取り付けたりする等各種の設計変更を含むことはいう
までもない。
フラムの形状を変えたり、ダイヤフラムを金属蓋の内＠
に取り付けたりする等各種の設計変更を含むことはいう
までもない。
第１図は従来の気体封入冷却パッケージの−「面図、第
２図は本発明牛導体パッケージの断面図、第３図は第１
図のピストン部分の拡大断面図、第４図はピストン部分
を示した斜視図である。 ｌ・・・・・・セラミック基板、２・・・・・・チップ
、４・・・・・・ピストン、５・・・・・・金属蓋、６
・・・・・・、シリンダ、 １３・・・・・・７ランジ
、１４・・・・・・シール、 １５・・・・・・ダイヤ
フラム、１６・・・・・・取付用凹部、１７・・・・・
・冷却フィン特許出願人 日本電信電話公社 ！Ｉ １図 第 ２１１ 第３図
２図は本発明牛導体パッケージの断面図、第３図は第１
図のピストン部分の拡大断面図、第４図はピストン部分
を示した斜視図である。 ｌ・・・・・・セラミック基板、２・・・・・・チップ
、４・・・・・・ピストン、５・・・・・・金属蓋、６
・・・・・・、シリンダ、 １３・・・・・・７ランジ
、１４・・・・・・シール、 １５・・・・・・ダイヤ
フラム、１６・・・・・・取付用凹部、１７・・・・・
・冷却フィン特許出願人 日本電信電話公社 ！Ｉ １図 第 ２１１ 第３図
Claims (1)
- セラミック基板の上に搭載されたチップと、ｗＩＪ記セ
ラミック基板上に固定された金属蓋と、前記金属蓋に前
記チップと各々対応する位ｔｉｔＧｃ形成されたシリン
ダとを備える装置において、前記シリンダ内に収容さｎ
上部が前記金属蓋から突出している熱伝導用のピストン
と、前記ピストンの上部に設けられている冷却フィンと
、前記ピストンを前記チップに対して押し付けるための
ダイヤフラムと會有し、前記ダイヤフラムは前記ピスト
ン外周と前記金属蓋に形成された取付用凹部の内壁との
間に設けられていることを特徴とする半導体ノ（ツケー
ジ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9957681A JPS582049A (ja) | 1981-06-29 | 1981-06-29 | 半導体パツケ−ジ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9957681A JPS582049A (ja) | 1981-06-29 | 1981-06-29 | 半導体パツケ−ジ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS582049A true JPS582049A (ja) | 1983-01-07 |
Family
ID=14250925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9957681A Pending JPS582049A (ja) | 1981-06-29 | 1981-06-29 | 半導体パツケ−ジ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS582049A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60126853A (ja) * | 1983-12-14 | 1985-07-06 | Hitachi Ltd | 半導体デバイス冷却装置 |
| EP0523387A3 (en) * | 1991-06-18 | 1994-07-27 | Sumitomo Electric Industries | Semiconductor chip module and method for manufacturing the same |
| EP0630046A2 (en) * | 1993-06-21 | 1994-12-21 | Nec Corporation | Cooling apparatus for integrated circuit chips |
| FR3138563A1 (fr) * | 2022-07-27 | 2024-02-02 | Safran Electronics & Defense | Drain thermique pour une carte électronique |
-
1981
- 1981-06-29 JP JP9957681A patent/JPS582049A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60126853A (ja) * | 1983-12-14 | 1985-07-06 | Hitachi Ltd | 半導体デバイス冷却装置 |
| JPH0578183B2 (ja) * | 1983-12-14 | 1993-10-28 | Hitachi Ltd | |
| EP0523387A3 (en) * | 1991-06-18 | 1994-07-27 | Sumitomo Electric Industries | Semiconductor chip module and method for manufacturing the same |
| EP0630046A2 (en) * | 1993-06-21 | 1994-12-21 | Nec Corporation | Cooling apparatus for integrated circuit chips |
| EP0630046B1 (en) * | 1993-06-21 | 2002-02-27 | Nec Corporation | Cooling apparatus for integrated circuit chips |
| FR3138563A1 (fr) * | 2022-07-27 | 2024-02-02 | Safran Electronics & Defense | Drain thermique pour une carte électronique |
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