JPS63169053A - 半導体の冷却装置 - Google Patents
半導体の冷却装置Info
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- JPS63169053A JPS63169053A JP62000402A JP40287A JPS63169053A JP S63169053 A JPS63169053 A JP S63169053A JP 62000402 A JP62000402 A JP 62000402A JP 40287 A JP40287 A JP 40287A JP S63169053 A JPS63169053 A JP S63169053A
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- 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
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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-
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- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
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- 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
Landscapes
- 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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体の冷却３Ａ置に係り、特にＶｌ、ＳＩ等
の高発熱密度半導体チップまたはパッケージに使用して
好適な冷却装置に関する。
の高発熱密度半導体チップまたはパッケージに使用して
好適な冷却装置に関する。
従来の半導体の冷却装置としては、特開昭６０−１２６
８５３号に記載された構成のものがある。この冷却装置
は、第５図に示すように基板１００上に実装された半導
体チップ１０１に、ばね１０２による抑圧力により熱伝
導部材１０３を接触させる一方、熱伝導部材１０３と半
導体チップ１０１との接触面間および熱伝導部材１０３
のフィン１０４と水冷ジャケット１０５に接触するキャ
ップ１０６のフィン１０７との隙間にＨｅ等の熱伝導性
ガスを介在させ、半導体チップ１０１から発生した熱を
前記熱伝導性ガスを介して熱伝導部材１０３へ伝導させ
ることにより、半導体チップ１０１の冷却を行うもので
ある。
８５３号に記載された構成のものがある。この冷却装置
は、第５図に示すように基板１００上に実装された半導
体チップ１０１に、ばね１０２による抑圧力により熱伝
導部材１０３を接触させる一方、熱伝導部材１０３と半
導体チップ１０１との接触面間および熱伝導部材１０３
のフィン１０４と水冷ジャケット１０５に接触するキャ
ップ１０６のフィン１０７との隙間にＨｅ等の熱伝導性
ガスを介在させ、半導体チップ１０１から発生した熱を
前記熱伝導性ガスを介して熱伝導部材１０３へ伝導させ
ることにより、半導体チップ１０１の冷却を行うもので
ある。
上記従来技術は、ばね１０２のばね力によって熱伝導部
材１０３を半導体チップ１０１に接触させる構造となっ
ているので、部品点数が多くなる問題があった。また、
熱伝導部材１０３と半導体チップ１０１との接触面に介
在させる熱伝導性流体として、Ｈｅ等の気体を用いてい
るので、接触熱抵抗が大きくなる。Ｈｅ等の気体を用い
た場合、熱伝導部材１０３と半導体チップ１０１との間
の接触熱抵抗Ｒは、次式で表わされる。
材１０３を半導体チップ１０１に接触させる構造となっ
ているので、部品点数が多くなる問題があった。また、
熱伝導部材１０３と半導体チップ１０１との接触面に介
在させる熱伝導性流体として、Ｈｅ等の気体を用いてい
るので、接触熱抵抗が大きくなる。Ｈｅ等の気体を用い
た場合、熱伝導部材１０３と半導体チップ１０１との間
の接触熱抵抗Ｒは、次式で表わされる。
Ａ−ｋｆ。
但し、
Ａ ：半導体チップの面積
に、ｆｏ：介在ガスの熱伝導率
δ ：隙間
α１．α２：介在ガスと接触面間の適応係数γ ：介
在ガスの比熱の比 Ｐ、 ：介在ガスのプフントル数 Ｔ ：介在ガスの平均自由行程 上記の式において、δは熱伝導部材および半導体チップ
の表面粗さ９反りに帰因する接触面間の隙間である。一
般に、隙間δを小さくする程接触面間の熱抵抗を小さく
することができるが、介在流体が気体の場合には、δを
気体分子の平均自由行程に近いオーダーまで小さくする
と、固体面と気体分子との熱交換効率を表わす上記式の
分子がきいできて、ある一定値以下に接触熱抵抗を下げ
ることはできない。即ち、従来の気体介在接触では、接
触熱抵抗に限界値が存在し、■■、ＳＴ等の高発熱密度
゛１り導体チップの冷却には適用が困難となる。
在ガスの比熱の比 Ｐ、 ：介在ガスのプフントル数 Ｔ ：介在ガスの平均自由行程 上記の式において、δは熱伝導部材および半導体チップ
の表面粗さ９反りに帰因する接触面間の隙間である。一
般に、隙間δを小さくする程接触面間の熱抵抗を小さく
することができるが、介在流体が気体の場合には、δを
気体分子の平均自由行程に近いオーダーまで小さくする
と、固体面と気体分子との熱交換効率を表わす上記式の
分子がきいできて、ある一定値以下に接触熱抵抗を下げ
ることはできない。即ち、従来の気体介在接触では、接
触熱抵抗に限界値が存在し、■■、ＳＴ等の高発熱密度
゛１り導体チップの冷却には適用が困難となる。
本発明の目的は、ばねを用いることなく熱伝導部材を半
導体（半導体チップまたはパッケージ）に吸着できるよ
うにして、部品点数を減らせると共に構造をｆｆｆｌ
Ｉｌｌにでき、しかも熱伝導部材と半導体との間の接触
熱抵抗を低減できる半導体の冷却装置を提供することに
ある。
導体（半導体チップまたはパッケージ）に吸着できるよ
うにして、部品点数を減らせると共に構造をｆｆｆｌ
Ｉｌｌにでき、しかも熱伝導部材と半導体との間の接触
熱抵抗を低減できる半導体の冷却装置を提供することに
ある。
上記目的は、半導体から発生した熱を熱伝導性の流体を
介して熱伝導部材に伝導させることにより、半導体の冷
却を行う半導体の冷却装置において、前記熱伝導部材の
半導体接触面に突出部を設け、その突出部の先端に、平
坦面とその平坦面に対して一定の角度をもつ傾斜面とを
形成し、半導体と前記突出部の先端との間に熱伝導性の
液体を介在させることにより、達成される。
介して熱伝導部材に伝導させることにより、半導体の冷
却を行う半導体の冷却装置において、前記熱伝導部材の
半導体接触面に突出部を設け、その突出部の先端に、平
坦面とその平坦面に対して一定の角度をもつ傾斜面とを
形成し、半導体と前記突出部の先端との間に熱伝導性の
液体を介在させることにより、達成される。
熱伝導部材に設けた突出部の傾斜面は、熱伝導性液体の
表面張力により、（２σ／ｒ）Ｓに相当する吸着力を発
生させる。ここに、σは液体の表面張力、ｒは液体の自
由表面の曲率半径、Ｓは半導体上の液体に接触している
部分の面積を表わす。
表面張力により、（２σ／ｒ）Ｓに相当する吸着力を発
生させる。ここに、σは液体の表面張力、ｒは液体の自
由表面の曲率半径、Ｓは半導体上の液体に接触している
部分の面積を表わす。
そして、前記吸着力により熱伝導部材が半導体に吸着さ
れる。これにより、従来技術のような熱伝導部材を半導
体に押圧させるためのばねが不要になる６また、前記突
出部の平坦面は主たる伝熱面積となるもので、該平坦面
は液体を介して半導体に平面的に接触するため、介在流
体が気体の場合に見られるような熱抵抗の限界値が存在
しない。
れる。これにより、従来技術のような熱伝導部材を半導
体に押圧させるためのばねが不要になる６また、前記突
出部の平坦面は主たる伝熱面積となるもので、該平坦面
は液体を介して半導体に平面的に接触するため、介在流
体が気体の場合に見られるような熱抵抗の限界値が存在
しない。
その結果、極めて小さい熱抵抗値を得ることが１丁能と
なる。
なる。
以下、本発明の一実施例を第１図、第２図により説明す
る。第１図は本発明による半導体の冷却装置の要部断面
図、第２図は冷却装置全体の断面図を示している。図に
おいて、基体１上には多数の半導体チップ２が実装され
、これら半導体チップ２は基板１上に設置したキャップ
３により封１ヒされている。前記キャップ３の上面には
水冷ジャケラｌ−４が設置されている。各半導体チップ
２上にはそれぞれ熱伝導部材５が配設され５各熱伝導部
材５の上面に設けたフィン６とキャップ３内面に設けた
フィン７とは互いに微小の隙間をもって組み合わされて
いる。また、各熱伝導部材５の半導体チップ接触面には
突出部８がそれぞれ設けられている。この突出部８の先
端には、平坦面８ａと、その平坦面８ａに対して一定の
角度をもつ傾斜面８ｂとが形成されている。そして、半
導体チップ２と前記突出部８の先端との間に熱伝導性の
液体９が介在される。この液体９としては、フローリナ
ート、液体ヘリウム、液体チッソ等が用いられる。また
、前記キャップ３と基板１により封１１−．された空間
には、ヘリウム等の熱伝導性のガスが充塀されている。
る。第１図は本発明による半導体の冷却装置の要部断面
図、第２図は冷却装置全体の断面図を示している。図に
おいて、基体１上には多数の半導体チップ２が実装され
、これら半導体チップ２は基板１上に設置したキャップ
３により封１ヒされている。前記キャップ３の上面には
水冷ジャケラｌ−４が設置されている。各半導体チップ
２上にはそれぞれ熱伝導部材５が配設され５各熱伝導部
材５の上面に設けたフィン６とキャップ３内面に設けた
フィン７とは互いに微小の隙間をもって組み合わされて
いる。また、各熱伝導部材５の半導体チップ接触面には
突出部８がそれぞれ設けられている。この突出部８の先
端には、平坦面８ａと、その平坦面８ａに対して一定の
角度をもつ傾斜面８ｂとが形成されている。そして、半
導体チップ２と前記突出部８の先端との間に熱伝導性の
液体９が介在される。この液体９としては、フローリナ
ート、液体ヘリウム、液体チッソ等が用いられる。また
、前記キャップ３と基板１により封１１−．された空間
には、ヘリウム等の熱伝導性のガスが充塀されている。
次に本実施例の作用について説明する。
熱伝導部材５に設けた突出部８の傾斜面８ｂが、熱伝導
性液体９の表面張力に相当する吸着力を発生させ、この
吸着力により熱伝導部材５は半導体チップ２に吸着され
る。前記吸着力は、傾斜面８ｂの角度、熱伝導性液体９
の種類および量により制御される。これにより半導体チ
ップ２で発生した熱は、熱伝導性液体９を介して熱伝導
部材５に伝わった後、該熱伝導部材５のフィン６とキャ
ップ３のフィン７との間に介在する熱伝導性ガスを介し
てキャップ３に伝わり、水冷ジャケット４により除去さ
れる。また、前記吸着力により熱伝導部材５が半導体チ
ップ２に吸着される際、半導体チップ２のわずかな傾き
は、熱伝導部材５のフィン６とキャップ３のフィン７と
の隙間により吸収され、またキャップ３と基板１の熱膨
張率の差による横方向のわずかな変位は、吸着面の滑り
により吸収される。従って、半導体チップ２に過大な熱
応力が作用することはない。
性液体９の表面張力に相当する吸着力を発生させ、この
吸着力により熱伝導部材５は半導体チップ２に吸着され
る。前記吸着力は、傾斜面８ｂの角度、熱伝導性液体９
の種類および量により制御される。これにより半導体チ
ップ２で発生した熱は、熱伝導性液体９を介して熱伝導
部材５に伝わった後、該熱伝導部材５のフィン６とキャ
ップ３のフィン７との間に介在する熱伝導性ガスを介し
てキャップ３に伝わり、水冷ジャケット４により除去さ
れる。また、前記吸着力により熱伝導部材５が半導体チ
ップ２に吸着される際、半導体チップ２のわずかな傾き
は、熱伝導部材５のフィン６とキャップ３のフィン７と
の隙間により吸収され、またキャップ３と基板１の熱膨
張率の差による横方向のわずかな変位は、吸着面の滑り
により吸収される。従って、半導体チップ２に過大な熱
応力が作用することはない。
一方、前記突出部８の平坦面８ａは主たる伝熱面積とな
るもので、該平坦面８ａは熱伝導性流体９を介して半導
体チップ２に平面的に接触するため、介在流体が気体に
見られるような熱抵抗の限界値が存在しない。その結果
、極めて小さい熱抵抗値が得られる。
るもので、該平坦面８ａは熱伝導性流体９を介して半導
体チップ２に平面的に接触するため、介在流体が気体に
見られるような熱抵抗の限界値が存在しない。その結果
、極めて小さい熱抵抗値が得られる。
以上の如く、本実施例によれば、熱伝導性液体９の吸着
力により熱伝導部材５を半導体チップ２に吸着させら九
るので、従来のようなばね等の抑圧手段が不要となり、
部品点数を減らせると共に。
力により熱伝導部材５を半導体チップ２に吸着させら九
るので、従来のようなばね等の抑圧手段が不要となり、
部品点数を減らせると共に。
構造が簡単となる。また、熱伝導部材５と半導体チップ
２との間の接触熱抵抗を低減できる。
２との間の接触熱抵抗を低減できる。
尚、上記実施例は半導体チップ２を冷却する例を示した
が、パッケージについても前述と同様の冷却を行えるこ
とは勿論である。第３図はそのパッケージ１０を冷却し
ている冷却装置の断面図を示している。
が、パッケージについても前述と同様の冷却を行えるこ
とは勿論である。第３図はそのパッケージ１０を冷却し
ている冷却装置の断面図を示している。
第４図は本発明の他の実施例を示し、熱伝導部材５の内
部に冷却流体の通路１１を形成し、その通路１１の出入
口をベローズ１２を介して水冷ジャケット４に接続し、
水冷ジャケット４の冷却流体を前記通路１１内に流通さ
せるように構成したものである。
部に冷却流体の通路１１を形成し、その通路１１の出入
口をベローズ１２を介して水冷ジャケット４に接続し、
水冷ジャケット４の冷却流体を前記通路１１内に流通さ
せるように構成したものである。
二の実施例によれば、熱伝導部材５に伝わる熱を通路１
１内を流通する冷却流体で除去できるので、高効率の冷
却を行える。
１内を流通する冷却流体で除去できるので、高効率の冷
却を行える。
本発明によれば、熱伝導性液体の吸着力により熱伝導部
材を半導体に吸着させられるようにしたので、従来のよ
うなばね等の抑圧手段が不要となり１部品点数を減らせ
ると共に、′！／Ｉｔ造をｆｉ弔にでき、しかも熱伝導
部材と半導体との間の接触熱抵抗を低減できる。
材を半導体に吸着させられるようにしたので、従来のよ
うなばね等の抑圧手段が不要となり１部品点数を減らせ
ると共に、′！／Ｉｔ造をｆｉ弔にでき、しかも熱伝導
部材と半導体との間の接触熱抵抗を低減できる。
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図は本発明の一実施例を示し、第１図は本
発明による半導体の冷却装置の要部断面図、第２図は冷
却装置全体の断面図、第３図はパッケージを冷却してい
る冷却装置の要部断面図。 第４図は本発明の他の実施例を示す断面図、第５図は従
来の冷却装置の部分断面図である。 １・・・基板、２・・・半導体チップ、３・・・キャッ
プ、４・・・水冷ジャケット、５・・・熱伝導部材、６
．７・・・フィン、８・・・突出部、８ａ・・・平坦面
、８ｂ・・・傾斜面。 ９・・・熱伝導性の液体、１０ 用パッケージ、１１・
・・流路、１２・・・ベローズ。
発明による半導体の冷却装置の要部断面図、第２図は冷
却装置全体の断面図、第３図はパッケージを冷却してい
る冷却装置の要部断面図。 第４図は本発明の他の実施例を示す断面図、第５図は従
来の冷却装置の部分断面図である。 １・・・基板、２・・・半導体チップ、３・・・キャッ
プ、４・・・水冷ジャケット、５・・・熱伝導部材、６
．７・・・フィン、８・・・突出部、８ａ・・・平坦面
、８ｂ・・・傾斜面。 ９・・・熱伝導性の液体、１０ 用パッケージ、１１・
・・流路、１２・・・ベローズ。
Claims (1)
- １、半導体から発生した熱を熱伝導性の流体を介して熱
伝導部材に伝導させることにより、半導体の冷却を行う
半導体の冷却装置において、前記熱伝導部材の半導体接
触面に突出部を設け、その突出部の先端に、平坦面とそ
の平坦面に対して一定の角度をもつ傾斜面とを形成し、
半導体と前記突出部の先端との間に熱伝導性の液体を介
在させることを特徴とする半導体の冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62000402A JPS63169053A (ja) | 1987-01-07 | 1987-01-07 | 半導体の冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62000402A JPS63169053A (ja) | 1987-01-07 | 1987-01-07 | 半導体の冷却装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63169053A true JPS63169053A (ja) | 1988-07-13 |
Family
ID=11472806
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62000402A Pending JPS63169053A (ja) | 1987-01-07 | 1987-01-07 | 半導体の冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63169053A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5345107A (en) * | 1989-09-25 | 1994-09-06 | Hitachi, Ltd. | Cooling apparatus for electronic device |
| US6294408B1 (en) * | 1999-01-06 | 2001-09-25 | International Business Machines Corporation | Method for controlling thermal interface gap distance |
| US6528878B1 (en) * | 1999-08-05 | 2003-03-04 | Hitachi, Ltd. | Device for sealing and cooling multi-chip modules |
| WO2017119719A1 (ko) * | 2016-01-08 | 2017-07-13 | 박종배 | 가변 확장형 냉각 장치 |
-
1987
- 1987-01-07 JP JP62000402A patent/JPS63169053A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5345107A (en) * | 1989-09-25 | 1994-09-06 | Hitachi, Ltd. | Cooling apparatus for electronic device |
| US6294408B1 (en) * | 1999-01-06 | 2001-09-25 | International Business Machines Corporation | Method for controlling thermal interface gap distance |
| US6528878B1 (en) * | 1999-08-05 | 2003-03-04 | Hitachi, Ltd. | Device for sealing and cooling multi-chip modules |
| US6890799B2 (en) * | 1999-08-05 | 2005-05-10 | Hitachi, Ltd. | Device for sealing and cooling multi-chip modules |
| WO2017119719A1 (ko) * | 2016-01-08 | 2017-07-13 | 박종배 | 가변 확장형 냉각 장치 |
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