JPS61127151A - モジユ−ルの組立方法 - Google Patents
モジユ−ルの組立方法Info
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- JPS61127151A JPS61127151A JP24812584A JP24812584A JPS61127151A JP S61127151 A JPS61127151 A JP S61127151A JP 24812584 A JP24812584 A JP 24812584A JP 24812584 A JP24812584 A JP 24812584A JP S61127151 A JPS61127151 A JP S61127151A
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- soldering
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- 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
- H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
- H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
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- H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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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】
〔発明の利用分野〕
本発明は、半導体モジュールの組立方法に係り、特に超
高速電子計算機用の、冷却機能を付加したモジュール構
造の封止方法に関する。
高速電子計算機用の、冷却機能を付加したモジュール構
造の封止方法に関する。
電子機算機の高速・高性能化は、電子集積回路技術の発
達に伴って、近年袋々その進歩を早めている。近年製作
されるモジュールは1例えば第1図に示すように、基板
1の上に高集積回路からなるチップ2を数行数列高密度
に配列して、全体の電気回路を形成している。しかし、
このように、高集積回路からなるチップを高密度に実装
するほど発熱量は増大することから、その冷却方法は重
量な課題となっている。
達に伴って、近年袋々その進歩を早めている。近年製作
されるモジュールは1例えば第1図に示すように、基板
1の上に高集積回路からなるチップ2を数行数列高密度
に配列して、全体の電気回路を形成している。しかし、
このように、高集積回路からなるチップを高密度に実装
するほど発熱量は増大することから、その冷却方法は重
量な課題となっている。
このような冷却機能を備えたモジュールの一例として、
IEEE 1ntornational confer
ence oncomputer degign :
VLSI in computers、 5sssio
nethe new IBM4381. Novemb
er 1 、1983に記載のものがある。第2図に示
すように、多数個のチップを搭載した基板の上に、冷却
アセンブリを半田付けする(チップと冷却アセンブリと
は、熱伝導ペーストを介して接触)ものがある、しかし
、このようなモジュールを組立てて電気的特性を調整す
る場合、チップの故障や配線ミスなどが発生するため、
組み立てた冷却アセンブリを外して、チップの交換や配
線の修正などを行うことが必要となる。このような組立
て・分解は1通常10〜20回にも亘って行われること
が多い、この場合、基板と冷却アセンブリとは半田付け
で組立てられる。
IEEE 1ntornational confer
ence oncomputer degign :
VLSI in computers、 5sssio
nethe new IBM4381. Novemb
er 1 、1983に記載のものがある。第2図に示
すように、多数個のチップを搭載した基板の上に、冷却
アセンブリを半田付けする(チップと冷却アセンブリと
は、熱伝導ペーストを介して接触)ものがある、しかし
、このようなモジュールを組立てて電気的特性を調整す
る場合、チップの故障や配線ミスなどが発生するため、
組み立てた冷却アセンブリを外して、チップの交換や配
線の修正などを行うことが必要となる。このような組立
て・分解は1通常10〜20回にも亘って行われること
が多い、この場合、基板と冷却アセンブリとは半田付け
で組立てられる。
しかもHe等の熱伝導性気体を封入するために、気密封
止を9指して半田付けが行なわれる。
止を9指して半田付けが行なわれる。
しかし、上記のように半田付は一分解を何回も繰り返し
た場合、半田付は面が次第に酸化して。
た場合、半田付は面が次第に酸化して。
気密封止性が劣化する可能性がある。特に、基板や冷却
アセンブリの機質が、直接半田に濡れないようなもの−
例えばセラミックス、コバール、ステンレスなど−であ
る場合には、表面に半田との濡れ性に優れた金属膜−A
u、Ni、Pt、(rePd等−を単独又は重ね合せて
、蒸着やメッキなどの手法によって被着したのち、半田
付けに供している。しかし、このような膜は、何回か半
田付けを繰返すことによって次第に半田と合金反応し、
数度の半田付けによって全てが反応しつくしてしまう場
合が多い、この場合には、気密封止性はおろか、組立て
ることさえもむずかしくなってしまう。
アセンブリの機質が、直接半田に濡れないようなもの−
例えばセラミックス、コバール、ステンレスなど−であ
る場合には、表面に半田との濡れ性に優れた金属膜−A
u、Ni、Pt、(rePd等−を単独又は重ね合せて
、蒸着やメッキなどの手法によって被着したのち、半田
付けに供している。しかし、このような膜は、何回か半
田付けを繰返すことによって次第に半田と合金反応し、
数度の半田付けによって全てが反応しつくしてしまう場
合が多い、この場合には、気密封止性はおろか、組立て
ることさえもむずかしくなってしまう。
(発明の目的〕
本発明は、このような電子計算機用モジュールを組立て
るに当り、半田付は一分解の回数を必要最少限に止め、
最終的に、信頼性に優れた気密封止を達成することを目
的としてなされたものである。
るに当り、半田付は一分解の回数を必要最少限に止め、
最終的に、信頼性に優れた気密封止を達成することを目
的としてなされたものである。
上記目的を達成するために、本発明では、電気回路の調
整段階と最終封止段階とで、気密封止方法や冷却方式を
変え、半田付けは、最終封止段階のみで実施することを
特徴とする。
整段階と最終封止段階とで、気密封止方法や冷却方式を
変え、半田付けは、最終封止段階のみで実施することを
特徴とする。
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
〔実施例1〕
第1図において、配線用基板1の上面にチップ2(この
場合は一例として、4行×4列=16個)をCCB接続
した場合の冷却構造について説明する。チップを冷却す
るために、本実施例においては、チップの裏面にフィン
を有する冷却ブロック3(板31の上にフィン32を等
間隔に一体で成形加ニー第4図(第1図とは90’回転
して図示しである)を参照−し、その上に隔壁33をか
ぶせたもの)を配置し、ベローズ4を介して外囲器5に
接続し、口金51.52を介して水を流して水冷する方
式を採用した。この場合、基板1と外囲器5との接触部
11′、及び、チップ2と冷却ブロック3との接触部1
2は、最終封止段階においては半田付けされるものであ
る。しかし、電気回路の調整段階では、これらの箇所を
全て半田付けすることを繰返すと、チップ裏面のメタラ
イズ。
場合は一例として、4行×4列=16個)をCCB接続
した場合の冷却構造について説明する。チップを冷却す
るために、本実施例においては、チップの裏面にフィン
を有する冷却ブロック3(板31の上にフィン32を等
間隔に一体で成形加ニー第4図(第1図とは90’回転
して図示しである)を参照−し、その上に隔壁33をか
ぶせたもの)を配置し、ベローズ4を介して外囲器5に
接続し、口金51.52を介して水を流して水冷する方
式を採用した。この場合、基板1と外囲器5との接触部
11′、及び、チップ2と冷却ブロック3との接触部1
2は、最終封止段階においては半田付けされるものであ
る。しかし、電気回路の調整段階では、これらの箇所を
全て半田付けすることを繰返すと、チップ裏面のメタラ
イズ。
また基板(アルミナ等)上のメタライズが半田と反応し
1次第に接着しにくくなった。これを防止するため、第
1図−(1)に示すように、基板1と外囲器5との接触
点には溝を入れておき、○リング11をはめる構造を採
用した。また、チップ2と冷却ブロック3との間は、■
単純な接触状態。
1次第に接着しにくくなった。これを防止するため、第
1図−(1)に示すように、基板1と外囲器5との接触
点には溝を入れておき、○リング11をはめる構造を採
用した。また、チップ2と冷却ブロック3との間は、■
単純な接触状態。
■熱伝導性物質−サーマルコンバウンド、Siグリース
、Siオイル、銀エポキシ(硬化剤を入れずに使用)、
など−をはさむ方法、のいずれでも良好であった。これ
らを、第1図−(1)の如く組立て、締付具6を用いて
気密封止状態にしたのち、水を流して冷却しながら電気
回路の不具合点をチェックし、不良チップの交換、配線
の変更などを行うために再び分解した。これらの作業を
数回繰返したのち、最終的には第1図−(2)に示す如
<、11’ 、12’ を半田付けして固着した。
、Siオイル、銀エポキシ(硬化剤を入れずに使用)、
など−をはさむ方法、のいずれでも良好であった。これ
らを、第1図−(1)の如く組立て、締付具6を用いて
気密封止状態にしたのち、水を流して冷却しながら電気
回路の不具合点をチェックし、不良チップの交換、配線
の変更などを行うために再び分解した。これらの作業を
数回繰返したのち、最終的には第1図−(2)に示す如
<、11’ 、12’ を半田付けして固着した。
この場合、調整段階で使用した0リング11は除去して
接着した。また、最終段階では、内側空間7に、Heや
H2等、熱伝導率の高い気体を封入することが、冷却効
果を高める上で有効である。
接着した。また、最終段階では、内側空間7に、Heや
H2等、熱伝導率の高い気体を封入することが、冷却効
果を高める上で有効である。
このような気体の封入は、1llI整段階でも実施する
方が望ましいことはいうまでもない。
方が望ましいことはいうまでもない。
なお、第1図−(1)の状態で調整を終了したのち、第
11!I−(2)の如く半田付けした段階で再び回路の
不具合点が発見されることもあった。
11!I−(2)の如く半田付けした段階で再び回路の
不具合点が発見されることもあった。
このような場合には、再び半田を溶かして分解すること
が必要ではあるが、すでに殆んどの回路調整が終了して
いることから、僅か補修だけで済み。
が必要ではあるが、すでに殆んどの回路調整が終了して
いることから、僅か補修だけで済み。
多くとも2〜3回の繰返しで、完成モジュールを得るこ
とができた。
とができた。
このように、本方法を採用することにより、半田付は回
数を1/3〜1710程度に減少することが可能である
。
数を1/3〜1710程度に減少することが可能である
。
〔実施例2〕
第1図−(2)のようなモジュールを組立てることを目
標としながらも、調整段階では第3rj!Iに示すよう
な、浸漬沸騰冷却力を採用した。すなわち、外囲器とし
て、上部に、例えば第3図のような冷却機能502を付
加したちの501を使用し。
標としながらも、調整段階では第3rj!Iに示すよう
な、浸漬沸騰冷却力を採用した。すなわち、外囲器とし
て、上部に、例えば第3図のような冷却機能502を付
加したちの501を使用し。
第3図の如く組立てたのちに、内側空間7′内にフレオ
ン8を入れてチップ1を浸漬した。このような状態で電
源を入れれば、チップの発熱によってフレオンが蒸発し
てあぶく9が発生し、上面の冷却器にて液化されて滴下
(10)する、このようなフレオンの蒸発・凝縮によっ
てチップが冷却される。また、調整が終了した段階では
、第1図−(2)に示すように、正規の状態に半田付け
する。 この方法によれば、チップ1に冷却ブロック等
を接触させることが必要でなくなり、チップと基板との
接続を行っているCCBバンプが調整中に破壊する確率
はほとんど零になる。
ン8を入れてチップ1を浸漬した。このような状態で電
源を入れれば、チップの発熱によってフレオンが蒸発し
てあぶく9が発生し、上面の冷却器にて液化されて滴下
(10)する、このようなフレオンの蒸発・凝縮によっ
てチップが冷却される。また、調整が終了した段階では
、第1図−(2)に示すように、正規の状態に半田付け
する。 この方法によれば、チップ1に冷却ブロック等
を接触させることが必要でなくなり、チップと基板との
接続を行っているCCBバンプが調整中に破壊する確率
はほとんど零になる。
なお、この方法で冷却能力を高めるためには。
チップ裏面の放熱面積が大きい方が有利である。
この点を考慮し、更に改善した方法として、第4図に示
す如く、チップの裏面にフィン(第1図の31.32の
一体成形品)のみを半田、付けしておく方法が考えられ
る。この方法では、amが終了して第1図−(2)のよ
うに組立てるときに。
す如く、チップの裏面にフィン(第1図の31.32の
一体成形品)のみを半田、付けしておく方法が考えられ
る。この方法では、amが終了して第1図−(2)のよ
うに組立てるときに。
12′の代りに34の部分を半田付けする。この方法に
より、第3図の方法に比較して、冷却性能は大幅に向上
する。
より、第3図の方法に比較して、冷却性能は大幅に向上
する。
以上に述べた如く、本発明では、電気回路の調整段階と
最終完成時の封止段階とで異なる封止方法を採用する方
法を提供した。これによれば、完成モジュールを得る迄
に行う半田付は作業の回数を大幅に低減することが可能
である。すなわち。
最終完成時の封止段階とで異なる封止方法を採用する方
法を提供した。これによれば、完成モジュールを得る迄
に行う半田付は作業の回数を大幅に低減することが可能
である。すなわち。
通常調整段階で要する組立・分解の繰返し回数10〜2
0回のうち、最後の2〜3回のみを最終目標とする半田
付けで行い、それまでは0リングシールによって気密封
止、またチップの冷却は。
0回のうち、最後の2〜3回のみを最終目標とする半田
付けで行い、それまでは0リングシールによって気密封
止、またチップの冷却は。
冷却ブロックとの接触又はフレオン中への浸漬沸騰冷却
によってそれぞれ行なうものである。
によってそれぞれ行なうものである。
Heのような洩れの発生しやすい気体の気密封止用の半
田付は作業は、ボイド等の発生することのないように、
十分に配慮せねばならず、慎重な作業を要する1本発明
により、その必要回数を大幅に削減できるようにしたこ
とは、信頼性の高いモジュールを組立てるための工数低
減に大きな効果を発揮する。また、半田付けを繰り返す
ことによって、セラミック基板やチップ裏面、更には。
田付は作業は、ボイド等の発生することのないように、
十分に配慮せねばならず、慎重な作業を要する1本発明
により、その必要回数を大幅に削減できるようにしたこ
とは、信頼性の高いモジュールを組立てるための工数低
減に大きな効果を発揮する。また、半田付けを繰り返す
ことによって、セラミック基板やチップ裏面、更には。
冷却ブロック(Cuなどの高熱伝導性金属、またSiC
のような高熱導性セラミックなど)や外囲m(コバール
材など)の接合面上に施すメタライズの半田食われの防
止にも極めて有効であり、完成モジュールの半田付は信
頼性向上に役立つものである。
のような高熱導性セラミックなど)や外囲m(コバール
材など)の接合面上に施すメタライズの半田食われの防
止にも極めて有効であり、完成モジュールの半田付は信
頼性向上に役立つものである。
第1図は、本発明の概念を示す組立構造を示す縦断面図
、第2図は、従来のモジュール組立法の一例を示す図、
第3図及び第4図は、調整段階で沸騰冷却法を採用する
場合の概念図である。 1・・・基板、2・・・チップ、3・・・冷却ブロック
、4・・・藁 1 図 !Z図 ■ 3 図 手 続 補 正 書 (方式)%式% 明の名称 モジュールの組立方法 正をする者 事件との関係 南 許 出 願 人 名称(510) 株式会社 日 立 製 作 所
−理 人 居所〒100 東京都千代田区丸の内−丁目5番
1号株式会社 日 立 胆 作 所 内 型 話 東 京212−1111(大代表)正の対象
明細書の発明の詳細な説明の欄。 7−′−5−1 補正の内容 ■1本願明細書の第2頁第16行目から同第18行目ま
でを、「とじて、アイイイイ インターナショナル コ
ンフェレンス オン コンピューターデザイン:ブイエ
ルニスアイ イン コンピューターズ、セ□ッション、
ザ ニュー アイビーエム4381.ノーベンバー1.
1983(I E E E I nternaむ1o
nal Conference onCompute
r Design ; V L S I
in Cortrputers。 5ession、 the new I B
M 4 3 8 1 、 November
l、1983)に記載のも」に訂正する。
、第2図は、従来のモジュール組立法の一例を示す図、
第3図及び第4図は、調整段階で沸騰冷却法を採用する
場合の概念図である。 1・・・基板、2・・・チップ、3・・・冷却ブロック
、4・・・藁 1 図 !Z図 ■ 3 図 手 続 補 正 書 (方式)%式% 明の名称 モジュールの組立方法 正をする者 事件との関係 南 許 出 願 人 名称(510) 株式会社 日 立 製 作 所
−理 人 居所〒100 東京都千代田区丸の内−丁目5番
1号株式会社 日 立 胆 作 所 内 型 話 東 京212−1111(大代表)正の対象
明細書の発明の詳細な説明の欄。 7−′−5−1 補正の内容 ■1本願明細書の第2頁第16行目から同第18行目ま
でを、「とじて、アイイイイ インターナショナル コ
ンフェレンス オン コンピューターデザイン:ブイエ
ルニスアイ イン コンピューターズ、セ□ッション、
ザ ニュー アイビーエム4381.ノーベンバー1.
1983(I E E E I nternaむ1o
nal Conference onCompute
r Design ; V L S I
in Cortrputers。 5ession、 the new I B
M 4 3 8 1 、 November
l、1983)に記載のも」に訂正する。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、チップを搭載した基板上に、該チップの上には冷却
ブロックを、また該基板の外周には気密封止用外囲器を
それぞれ半田付けして成るモジュールの組立て工程にお
いて、電気回路の調整段階と最終気密封止段階とで、異
なる気密封止構造を採用することを特徴とするモジュー
ルの組立方法。 2、上記基板と外囲器、チップと冷却ブロックとの間の
接続を、電気回路の調整段階においては接触、最終封止
段階においては半田付けにより行うことを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載のモジュールの組立方法。 3、上記電気回路の調整段階においては、上記冷却ブロ
ックを接触させる代りに、浸漬沸騰冷却方式を採用する
ことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載のモジュー
ルの組立方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24812584A JPS61127151A (ja) | 1984-11-26 | 1984-11-26 | モジユ−ルの組立方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24812584A JPS61127151A (ja) | 1984-11-26 | 1984-11-26 | モジユ−ルの組立方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61127151A true JPS61127151A (ja) | 1986-06-14 |
Family
ID=17173602
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24812584A Pending JPS61127151A (ja) | 1984-11-26 | 1984-11-26 | モジユ−ルの組立方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61127151A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0243793A2 (en) * | 1986-04-30 | 1987-11-04 | International Business Machines Corporation | Hydraulic manifold for water cooling of multi-chip electric modules |
-
1984
- 1984-11-26 JP JP24812584A patent/JPS61127151A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0243793A2 (en) * | 1986-04-30 | 1987-11-04 | International Business Machines Corporation | Hydraulic manifold for water cooling of multi-chip electric modules |
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