JPS61168946A - 半導体チツプの冷却装置 - Google Patents
半導体チツプの冷却装置Info
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- JPS61168946A JPS61168946A JP60008984A JP898485A JPS61168946A JP S61168946 A JPS61168946 A JP S61168946A JP 60008984 A JP60008984 A JP 60008984A JP 898485 A JP898485 A JP 898485A JP S61168946 A JPS61168946 A JP S61168946A
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- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
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- 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
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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〕
本発明は半導体チップの冷却に係り、特に。
Ｌ Ｓ Ｉ 、 ＶＬＳＩ等の高密度発熱チップの冷却
に好適な装置に関する。
に好適な装置に関する。
従来の半導体チップと熱伝導部材との接触面には、第１
図や第２図（もしくは米国特許第３．９９３，１２３号
）に示すような球面あるいは極めて平滑な平面が用いら
れてきた。熱伝導部材４の接触面の半導体チップ２に対
する傾き角度が小さい場合には１球面接触よりも平面接
触の方が有利なことが一般に知られている。半導体チッ
プに熱伝導部材を平面接触させる場合には１次のような
境界条件を考慮する必要がある。第１の条件は、チップ
と熱伝導部材間の接触圧力を非常に小さく押える必要が
あること、第２の条件は、化学的な汚染の問題を除くた
めに、介在流体としては気体が望ましいことである。こ
のような条件下の気体介在接触面間の熱コンダクタンス
は主として接触面の表面粗さ及び介在気体の熱伝導率に
依存し、表面粗さが小さいほど、また、介在気体の熱伝
導率が大きいほど熱コンダクタンスは大きくなる。
図や第２図（もしくは米国特許第３．９９３，１２３号
）に示すような球面あるいは極めて平滑な平面が用いら
れてきた。熱伝導部材４の接触面の半導体チップ２に対
する傾き角度が小さい場合には１球面接触よりも平面接
触の方が有利なことが一般に知られている。半導体チッ
プに熱伝導部材を平面接触させる場合には１次のような
境界条件を考慮する必要がある。第１の条件は、チップ
と熱伝導部材間の接触圧力を非常に小さく押える必要が
あること、第２の条件は、化学的な汚染の問題を除くた
めに、介在流体としては気体が望ましいことである。こ
のような条件下の気体介在接触面間の熱コンダクタンス
は主として接触面の表面粗さ及び介在気体の熱伝導率に
依存し、表面粗さが小さいほど、また、介在気体の熱伝
導率が大きいほど熱コンダクタンスは大きくなる。
以上に述べた。平面接触を用いた半導体チップの冷却装
置には次のような問題がある。接触面の表面粗さを小さ
くして、接触面間の等側間隙を小さくしていくと、熱コ
ンダクタンスは大きくなる。
置には次のような問題がある。接触面の表面粗さを小さ
くして、接触面間の等側間隙を小さくしていくと、熱コ
ンダクタンスは大きくなる。
しかしながら等側間隙が介在気体の分子の平均自由工程
と同じ程度になるまで表面粗さを小さくすると、気体の
熱伝導率が見かけ上低下するという現象が生じ、接触面
間の熱コンダクタンスをある値以上に大きくすることが
困難になる。即ち、気体介在平面接触面間の熱コンダク
タンスには限界値が存在する。 ＬＳ Ｉ 、 ＶＬＳ
Ｉ等の高密度発熱チップに熱伝導部材を接触させて冷却
しようとする場合、この限界値が重大な問題となること
がある。
と同じ程度になるまで表面粗さを小さくすると、気体の
熱伝導率が見かけ上低下するという現象が生じ、接触面
間の熱コンダクタンスをある値以上に大きくすることが
困難になる。即ち、気体介在平面接触面間の熱コンダク
タンスには限界値が存在する。 ＬＳ Ｉ 、 ＶＬＳ
Ｉ等の高密度発熱チップに熱伝導部材を接触させて冷却
しようとする場合、この限界値が重大な問題となること
がある。
本発明の目的は、半導体チップに熱伝導部材を気体を介
して平面接触させる形式の冷却装置において、接触面間
の熱フンダクタンスの限界値を引き上げ冷却性能を大幅
に向上させる手段を提供することにある。
して平面接触させる形式の冷却装置において、接触面間
の熱フンダクタンスの限界値を引き上げ冷却性能を大幅
に向上させる手段を提供することにある。
半導体チップと熱伝導部材の接触面間の熱コンダクタン
スは近似的に次式で表される。
スは近似的に次式で表される。
ｎＡ。
ここに、Ｑは接触面間の平均間隙、に舟は介在気体の熱
伝導率、Ａは有効接触面積、Ａｏはチップの接触面積で
ある０円が小さい場合にはに１は慮の関数となる０式（
１）より、Ｃを大きくするのに二つの方法がある（但し
、介在流体の種類を一定とした場合）、一つは、Ａ＝Ａ
、とじ、Ｑを小さくするという方法である。これが従来
の平面接触に対応するものであるが、先に述べたように
。
伝導率、Ａは有効接触面積、Ａｏはチップの接触面積で
ある０円が小さい場合にはに１は慮の関数となる０式（
１）より、Ｃを大きくするのに二つの方法がある（但し
、介在流体の種類を一定とした場合）、一つは、Ａ＝Ａ
、とじ、Ｑを小さくするという方法である。これが従来
の平面接触に対応するものであるが、先に述べたように
。
介在流体の場合には、Ｑを極めて小さくするとに０も低
下することになり、熱フンダクタンスＣに上限値が存在
する。
下することになり、熱フンダクタンスＣに上限値が存在
する。
第二の方法は、に牽を低下させない程度に９を大きく保
ち、 Ａ／Ａ、を増加させるという方法である０本発明
は第二の方法に基づくものであり、半導体チップ及び熱
伝導部材の接触面に互いにかみ合う微細な溝を設け、有
効接触面積を大きくとることにより、接触面間の熱コン
ダクタンスの上限値を大巾に引き上げるものである。
ち、 Ａ／Ａ、を増加させるという方法である０本発明
は第二の方法に基づくものであり、半導体チップ及び熱
伝導部材の接触面に互いにかみ合う微細な溝を設け、有
効接触面積を大きくとることにより、接触面間の熱コン
ダクタンスの上限値を大巾に引き上げるものである。
以下２本発明の一実施例を第３図により説明する。半導
体チップ２の背面、及び、熱伝導部材４の接触面に、互
いにかみ合う微細な溝５が設けられている。半導体チッ
プ、熱伝導部材及びその接触面は、熱伝導性の気体（例
えばＨｅ ）中におかれている。
体チップ２の背面、及び、熱伝導部材４の接触面に、互
いにかみ合う微細な溝５が設けられている。半導体チッ
プ、熱伝導部材及びその接触面は、熱伝導性の気体（例
えばＨｅ ）中におかれている。
次にこの実施例の作用を第４図により説明する。
同図には、従来の平面接触と本発明（溝付接触）の比較
が示しである。平面接触の場合には、接触面間の平均間
隙をある程度以上小さくしても（目安として１分子の平
均自由行路と同程度）熱コンダクタンスはある限度（約
６．８Ｗ／ｃｊＫ ）以上に大きくはならない、即ち、
平面接触の場合の熱コンダクタンスには限界値が存在す
る。これに対し、溝付面接触では、有効接触面積を拡大
することができるから、溝深さｈ、山厚さｔを適切に選
ぶことにより、平均間ｍＱを過度に小さくすることなく
、平面接触の熱コンダクタンスの限界値を容易に越すこ
とができる１例えば、深さ５０μｍ。
が示しである。平面接触の場合には、接触面間の平均間
隙をある程度以上小さくしても（目安として１分子の平
均自由行路と同程度）熱コンダクタンスはある限度（約
６．８Ｗ／ｃｊＫ ）以上に大きくはならない、即ち、
平面接触の場合の熱コンダクタンスには限界値が存在す
る。これに対し、溝付面接触では、有効接触面積を拡大
することができるから、溝深さｈ、山厚さｔを適切に選
ぶことにより、平均間ｍＱを過度に小さくすることなく
、平面接触の熱コンダクタンスの限界値を容易に越すこ
とができる１例えば、深さ５０μｍ。
山厚さ１０μｍの微細溝を設けた場合では、平均間隙５
μｍ以下では平面接触の限界値よりも大きな熱フンダク
タンス値を得ることが可能になる。
μｍ以下では平面接触の限界値よりも大きな熱フンダク
タンス値を得ることが可能になる。
第５図は、この発明の他の実施例を示すものである。こ
の実施例では、半導体チップ２に直接溝を設けず、溝付
板６をチップに接合している。
の実施例では、半導体チップ２に直接溝を設けず、溝付
板６をチップに接合している。
この実施例において上記以外の構成は、第３図の実施例
と同じであるから第３図と同一符号をつけて説明は省略
する。また、作用も第３図の実施例と同じである。
と同じであるから第３図と同一符号をつけて説明は省略
する。また、作用も第３図の実施例と同じである。
この実施例によれば、半導体チップに直接溝を切る必要
がなくなり、従来の製造プロセスにより作られた半導体
チップにも本発明を適用することが可能になる。
がなくなり、従来の製造プロセスにより作られた半導体
チップにも本発明を適用することが可能になる。
以上述べたように、この発明では半導体チップと熱伝導
部材の接触面に互いにかみ合う微細な溝を設は接触面積
を拡大したから、接触面の熱コンダクタンス値を、従来
の平面接触の場合よりも大きくとることが可能になり、
装置の冷却性能を大幅に向上させることができる。
部材の接触面に互いにかみ合う微細な溝を設は接触面積
を拡大したから、接触面の熱コンダクタンス値を、従来
の平面接触の場合よりも大きくとることが可能になり、
装置の冷却性能を大幅に向上させることができる。
第１図は従来の球面接触の断面図、第２図は従来の平面
接触の断面図、第３図は本発明の一実施例の断面図、第
４図は本発明の作用を表す図、第５図は本発明の他の実
施例の断面図である。 １・・・基板、２・・・半導体チップ、３・・・熱伝導
性気体。 ４・・・熱伝導部材、５・・・微細溝、６・・・溝付孔
。 茅 １ 目 Ｖ３凹 ＩＦ４目 ！ （μ九）
接触の断面図、第３図は本発明の一実施例の断面図、第
４図は本発明の作用を表す図、第５図は本発明の他の実
施例の断面図である。 １・・・基板、２・・・半導体チップ、３・・・熱伝導
性気体。 ４・・・熱伝導部材、５・・・微細溝、６・・・溝付孔
。 茅 １ 目 Ｖ３凹 ＩＦ４目 ！ （μ九）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、半導体チップに熱伝導部材を、熱伝導性の流体を介
して接触させることにより熱を除去する冷却装置におい
て、半導体チップの熱伝導部材との接触面、及び、熱伝
導部材の半導体チップとの接触面の双方に互いにかみ合
う微細な溝を設けたことを特徴とする半導体チップの冷
却装置。 ２、上記介在流体が気体であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の半導体チップの冷却装置。 ３、半導体チップに溝付板を接合したことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の半導体チップの冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60008984A JPS61168946A (ja) | 1985-01-23 | 1985-01-23 | 半導体チツプの冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60008984A JPS61168946A (ja) | 1985-01-23 | 1985-01-23 | 半導体チツプの冷却装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61168946A true JPS61168946A (ja) | 1986-07-30 |
Family
ID=11707951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60008984A Pending JPS61168946A (ja) | 1985-01-23 | 1985-01-23 | 半導体チツプの冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61168946A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0350593A2 (en) * | 1988-07-13 | 1990-01-17 | International Business Machines Corporation | Electronic package with heat spreader member |
| EP0363687A2 (en) * | 1988-09-20 | 1990-04-18 | Nec Corporation | Cooling structure for electronic components |
-
1985
- 1985-01-23 JP JP60008984A patent/JPS61168946A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0350593A2 (en) * | 1988-07-13 | 1990-01-17 | International Business Machines Corporation | Electronic package with heat spreader member |
| EP0363687A2 (en) * | 1988-09-20 | 1990-04-18 | Nec Corporation | Cooling structure for electronic components |
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