WO1989012319A1 - Semiconductor packaging module and heat-conducting block structure used therefor - Google Patents

Description

明 細 書

発明の名称

半導体実装モジュール及びそれに

用い られる伝熱ブロ ック構造体

技術分野

本発明は、 複数の半導体素子あるいは高密度に集積化 された複数の集積回路から発生する熱を効率良く 除去す るための半導体実装モジュール及びそれに用い られる伝 熱ブロ ック構造体に関する。

背景技術

近年の大型計算機では、 処理速度の速いこ と が要求さ れるため、 高度に集積化が進み、 一つの集積回路から発 生する熱量も飛躍的に増大 してきた。 このため、 従来は 問題と されなかった集積回路の過剰な温度上昇が懸念さ れ、 集積回路の冷却が大型計算機実装での重大な課題と なってきた。 またその集積回路チップを互いに接触する 電気配線をできるだけ短く するため、 マイ ク ロ ノ ッケ一 ジに多数の集積回路チップを実装する方法が開発されて いる。

大型電子計算機システムの冷却装置に関する従来技術 1 を第 6 図によ り説明する。

第 6 図は米国特許 59931 23号等で公開されているガス 封入式伝導冷却法である。 大規模集積回路 （以下 L S I と略記） チップ 1 1 は、 多数の導電層及び絶緣層からな る多層配線基板 （以下基板と称す） 1 4上に小さな半田 ボール 1 2 と Bonding され、 基板 1 4上の裏側に接繞ピ ン 2 9 で電気接続されている。 多数の L S I チップ 1 1 の上面にはハウジング 1 5 が基板 1 4 に装着されている， ハウジング 1 5内には多数のシ リ ンダ 2 8 が設けられ、 シ リ ンダ 1 8 の中には L S I チップ 1 1 の背面から熱を 導く ピス トン 2 3 と、 ピス トン 2 3 に圧力を加えるばね 2 4 が揷入されている。 基板 1 4 とハウジング 1 5 と が 接触する界面には熱伝導性に優れたヘリ ゥムガスが満た されている 。

L S I チップ 1 1 からの発生熱は第 6 図中の破線の経 路を通り伝えられ、 L S I チップ 1 1 内部の熱抵抗 R c ピス ト ン 1 3 の球面状先端と L S I チップ 1 4 の背面と の接蝕部に介在するヘリ ウムガスの熱抵抗 R c - p を介 して ピス ト ン 2 3 に伝えられる。 更に ピス ト ン 2 3 自身 の熱抵抗 R f 、 ピス トン 2 3 とシ リ ンダ 2 8 との空間に 介在するヘリ ウムによる熱抵抗 R P - h を経てハウジン グ 1 5 に導かれる。 そして、 ノヽウジング 1 5 の熱抵抗 R h、 上部に設けられた冷水または冷却後期の流通する冷 却器 1 6 とハウジングの熱抵抗 R exf を経て除去される 特開昭 60— 126853で示される従来技術 2では、 ピス ト ン 2 3 とシリ ンダ 2 8 を周いる わ り に複数のフィンか ら搆成される 。 これによ り 、 ヘ リ ウ ム層の熱抵抗を極力 低下させている。

また、 ヘ リ ウムの代わ り に特に ピス ト ン 2 3 と シ リ ン ダ 2 8 の中間部に熱伝導性の グリ ース を使用 した従来技 術 3 が特開昭 61— 15353 に見 られる。 この例では、 熱伝 導性のグリ ースを使用 しなければ構造的に、 完成し ない 例ではある が、 ピス ト ン 2 3 を 円錘状と して、 伝熱面積 を大き く する と同時に、 ピス ト ン 2 3 と シ リ ンダ 2 8 の 中間部に適度な接触圧力が加え られ、 良好な伝熱特性が 得 られる。

以上、 従来技術では、 様々 な点での改良が成さ れて き ている。

従来技術は、 チップと封止ハ ウ ジン グを結ぶ伝熱構造 体、 伝熱構造体を冷却する水冷ジャケッ ト に よ り基本的 に構成さ れる。 そ して熱抵抗低減の改良は、 伝熱構造体 に集中 し、 従来の構造での共通 した点は、 全体構成を複 維に し過ぎる ため に冷却媒体と チップの間隔を離れさせ 過ぎた点にあ り 、 結果と して熱抵抗を増大させていた。

したがって、 先行技術に基づ く 構造では、 水冷ジャケ ッ 卜 と封止ハ ウジングが分離 しているため、 冷却水をチ ップに最も近接 した部分にもって これず、 1 チップあた リ数十 W以上のチップを冷却する こ と は困難であった。 以上、 従来技術では、 様々 な点での改良が成されて き ているが、 現在の大型計算機に要求される性能を全て満 たした構造が提案されていない。

本発明の目的は、 優れた冷却特性を持つ半導体実装モ ジュール及びそれに用い られる伝熱ブロック構造体を提 供する こ と にある。

発明の開示

熱伝導ディスクの形状を三角柱構造と し、 冷却媒体を 流通させる伝熱ブロック と上モジュールを一体化させ、 伝熱ブロックの内部に冷却水を流す構造と した。 これに ょ リ冷却水と半導体素子との間隔を飛躍的に近接させる こ と ができた。

本発明は（1 ) 熱伝導ディスク、 （2 ) 伝熱ブロック、 (3 ) 封止ハウジングの三つで構成され、 特に複数の半導 体素子に対応した伝熱プロ ック の構造に特徴を有するも のである。 以下に本発明の搆成を説明する。

( 1 ) 熱伝導ディ スク

熱伝導ディスクは、 冷媒によって冷却される伝熱ブ ロ ッ ク と半導体素子の両者に摺動可能に接蝕する。 熱伝導ディ スクは、 半導体素子との接触面に対して 垂直な切靳面が三角形犹を有し、 伝熱ブロック と接蝕 する部分に切断面と垂直な軸を持つ円柱面を有する。 そして対のディスク を背中合わせに並設させ、 両者の 間隔を広げるべく 弾性部材を備えさせる ( 2 ) 伝熱ブロ ック

伝熱ブロ ッ ク は、 熱伝導ディ スク と の接触面におけ る前記同一断面において、 熱伝導ディ スク と ほぼ同一 の三角形状断面を持つ空間 を有する 。

熱伝導ディ スク が、 伝熱ブロ ッ ク と の線接触面上を 平行ある いは回転移動 して、 半導体素子の上下傾斜方 向の変位を吸収する。 δ

熱伝導ディ スク の円柱面と伝熱ブロ ッ ク の平面が線 接触を保つので熱を良好に伝える こ と ができ る。

特に こ こで本発明の大きな特徵は、 伝熱ブロ ック下 面は前記同一断面において熱伝導ディ スク と接する三 角形状断面を有する凸状部を有 _し、 該凸状部内部に冷 却媒体を直接流通させる流路を形成する と共に該熱伝 導ディ スク に接触する面の伝熱板を隔てた内部側に、 該伝導ディ スク の三角形状切断面と 平行な方向 に冷却 フィ ン を設け、 こ の冷却 フィ ンの間 を冷媒が供給路側 から排出路側へ流れる 。 本発明の一実施例と しては伝 熱ブロ ッ ク の凸状部の頂部に形成さ れた供給路から 凸 状部の底部に形成された排出路に向って冷却水が流れ る。

これに よ り 、 半導体素子と冷却面は極限に まで接近 し良好に伝熱 · 冷却を行う こ と ができ る 。

( 3 ) 封止ハウ ジン グ セ ラ ミ ック多層回路板に搽载された半導俸素子に、 熱伝導ディスク を搭載し、 伝熱ブロ ック を設置し、 こ れらを封止ハウジングで所定のガスで封止する。

封止は、 半導体素子の保護、 及び熱伝導ディ スク と 伝熱ブロック、 及び熱伝導ディ スク と半導体素子の接 触熱抵抗を低減する 目的で行なう 。

以上に説明したよ う に、 本発明は冷媒によって冷却さ れる伝熱ブロック と、 半導体素子と伝熱ブロック との両 者に接触する熱伝導ディスク と を備えた半導体実装モジ ユールにおいて、 前記伝熱ブロックの下面はその断面形 祅において三角形状の凸状部を有し、 該凸状部の斜面で 前記熱伝導ディ スク に接蝕し、 該凸状部内部に冷却媒俸 の流路を形成する ことによって達成される。

また、 前記伝熱ブロック の下面がその垂直斷面におい て三角形状の凸状部を有し、 該凸状部の斜面で前記熱伝 導ディスク に接触し、 該凸祆部内部に冷却媒体の流路を 形成する こ と によつても達成される。

更に、 前記伝熱プロックの下面が前記半導体素子表面 に垂直な断面において三角形状の凸状部を有し、 該凸状 部の斜面で前記熱伝導ディスク に接触し、 該凸、状部内部 に冷却媒体の流路を形成する こ と によつても達成される 更に本発明は、 前記伝熱ブロ ック の下面が前記半導体 素子表面に垂直な靳面において前記熱伝導ディ スク に接 蝕する少な く と も二つの斜平面によって囲まれた凸状部 を有 し、 該凸状部内部に冷却媒体の流路を形成する こ と によっても達成される。

また、 本発明は多量の熱を発生する半導体素子を複数 搭載した実装モジュールを、 内部に冷却媒体の流路を形 成した凸状部を有する伝熱ブロ ッ ク と、 前記半導体素子 と該伝熱ブロ ック と の両者に接触する熱伝導ディ スク に よって冷却する方法において、 前記半導体素子に近接 し た前記冷却媒体の流路に冷媒を供給 し、 前記半導体素子 から離れた流路ょ リ該冷媒を排出する こ と によつても達 成される。

以上の構成を と る こ と によ り 、 半導体素子よ り 発生 し た熱は、 熱伝導ディ スク を通 して伝熱ブロ ッ ク に伝え ら れる。

伝熱ブロ ッ クで最も半導体素子に近い部分は、 伝熱ブ ロ ッ ク の最も突き出 した部分であ り 、 こ こは最も温度が 高 く な る。 この最も高温と な る部分に、 供給 した直後の 最も低温の冷媒が存在する。 従って、 最も有効に半導体 素子の冷却を実施でき る 。

また、 半導体素子よ り発生 した熱が最も大量に輸送さ れる部分は、 熱伝導ディ スク と伝熱ブロ ッ ク と の間隔が 最も狭い直線で接触し た部分であ る。 この部分の伝熱ブ ロ ック 内部には、 伝熱を促進させる フ ィ ン が形成されて いる _c.

以上によ り、 全ての半導体素子に、 実装モジュールに 供給された直後の低温の冷却媒体を供給し、 一度半導体 素子を冷却した冷却媒体は他の半導体素子を冷却させな い。 すなわち全ての半導体素子を均一に冷却するこ と が 'できる。

(図面の簡単な説明）

第 1 図は本発明の実施例 1 の靳面図， 第 2 図は本発明 の原理図 （軸に垂直な傾斜方向の変位） ， 第 3 図は本発 明の原理図 （高さ方向の変位） ， 第 4図は本発明の原理 図 （軸と平行な傾斜方向の変位） ， 第 5 図は第 1 図の A 一 A ' 断面図， 第 6 図は従来技術の横断面図， 第 7 図は 本発明の実施例 1 のモジュール構成の鳥感図， 第 8 図は 本発明の性能の計算値と実測値 （高さ方向変位の影響） 第 9 図は本発明の性能の計算値と実測値 （傾斜方向変位 の影響） ， 第 1 0 図は本発明の性能の計算値と実測値 (封止圧力の影響） ， 第 i 1 図は本発明の性能の計算値 と実測値 （発熱量の影響) ， 第 1 2図は本発明の性能の 計算値と実測値 （モジュールでのバラツキ） ， 第 1 3 図 は本発明の実施例 2の断面図， 第 1 4図は本発明の実施 例 3の断面図， 第 1 5図は本発明の実施捥 4の綏断面図 および第 1 S図は実施例 4の横断面図である。

発明を実施するための最良の形態 以下、 発明の一実施例を第 1 図か ら第 5 図 を用いて説 明する 。 第 1 図が本発明の実施例 1 の撗断面図、 第 2， 3， 4 図が、 移動特性、 第 5 図が第 1 図の A — A ' 断面 図を表す。

第 1 図に示す実施例 1 の機器構成を以下に示す。 半導 体チップ 1 1 の下面に存在する数百の配線は、 球状のは んだボール 1 2 によってセ ラ ミ ック等で形成さ れた基板 1 4 に接続される 。 はんだボール 1 2 は樹脂 1 3 によつ て保護さ れる 。 半導体チップ 1 1 の上面は熱伝導デイ ス ク 8 と面接触される 。 両者の表面は、 伝熱を良好にすべ く 、 また摩察力 を最小にすべ く 表面加工される 。

熱伝導ディ スク 8 の半導体チップ 1 1 と反対側の表面 は、 角度 0 で傾斜させ、 表面は半径 Rの円柱面加工を行 な う 。 こ の角度 e， r は、 伝熱特性、 熱伝プロ導デイ ス ク 8 の可動特性を決定する重要な フ ァ ク タ ーであ る 。 角 度 Θ は大き ければ大き いほど伝熱面積 （熱伝導ディ スク

8 と伝熱ブロ ッ ク 3， 4 と の接触面積） は増大する が、 その一方で熱伝導ディ スク 8 と半導体チップ 1 1 と の間 隔が広が り不利になる。 熱伝導ディ スク 8 の奥行き を H、 幅を L と した時、 傾斜部分の熱抵抗 （ A — A ' 部分） で の全熱抵抗 R Tは以下の式で表現さ れる。 t a n ( Θ ) 1

R T = +

k b H h H L ( I + t a n ( 6 ) ² ) k b は熱伝導ディスク 8 の熱伝導度、 hは接触面での伝 熱係数を表し、 右辺の第 1項は接蝕面での熱抵抗、 第 2 項は熱伝導ディ スク 8での熱抵抗を表す。 上式によ り熱 伝導ディスク 8 の熱伝導度と接触面での伝熱係数等によ リ最適な角度を選定できる。

一方、 r は、 チップの傾斜角度によ り決定される。 す なわち、 チップが傾斜した最大角度においても、 円柱面 2 が冷却側伝熱ブロック 1 の接蝕面に接している必要が ある。 すなわち、

L / 2 X tan ( Θ )

r < αはチップの最大傾斜角度である。 以上によ り、 円柱面 の半径を選定できる。

熱伝導ディスク 8 は半導体チップ 1 1上面をすベ リ 自 由に可動する。 したがって、 スプリ ングなどの弾性部材 9 を第 1 図のごと く設置し、 熱伝導ディ スク 8 は、 伝熱 ブロック 3， 4の側面及び、 半導体チップ 1 1 の上面に スプリ ングによって定め られた圧力で接触する。 熱伝導 ディスク 8 の円柱面と伝熱ブロック 3， 4 の平面が接触 するので両者ほ、 線接蝕する。 本発明では、 チップのあ らゆる方向への高さ方向、 傾斜方向の変位をこの面だけ で行なう 。 本来、 この様な三次元的な変位を点接蝕で吸 収する方式は従来よ り提案されているが、 更に良好な熱 伝導特性が得られる線接触に変換 した点が本発明実施例 の特徴とする と こ ろである。

あ ら ゆる変位に対して線接触を たもつ原理を第 2， 3 4 図によ り説明する。

第 2 図では半導体チップ 1 1 が、 熱伝導ディ スク 8 の 円柱面の軸に対 して垂直な方向に傾斜 した場合を示す。 熱伝導ディ スク 8 が円柱面の軸と垂直に回転 して線接触 を保つ。

第 3 図では半導体素子 1 1 が、 多層基板 1 4 のそ り な どによ り 高さ方向に変化 した場合を示す。 半導体チップ 1 1 の高さ が高い場合 （ a ) 、 熱伝導ディ スク 8 同志が 近付いて線接触を保つ。 半導体チップ 1 1 の高さ が低い 場合 （ b ) 、 熱伝導ディ スク 8 同志が離れて線接触を保 つ。

半導体チップ 1 1 が円柱面に垂直な方向に傾斜 し た場 合を第 4 図に示す。 第 4 図は、 熱伝導ディ スク 8 の横断 面から見た図である。 半導体チップ 1 1 が手前側が低 く なった場合、 対の熱伝導ディ スク 8 の手前側の間隔は広 が り 、 奥の方は狭ま る。

以上に示さ れる様に、 熱伝導ディ スク 8 が伝熱ブロ ッ ク 3， 4 が接触面上を回転移動 し、 接触する直線が常に 平行状態を保ち良好な熱伝達を行な う こ と ができ る 。

次に第 1 図， 第 5 図及び第 7 図によ り伝熱ブロ ッ ク S , 4の詳細を中心に説明する。

第 1 図に示す様に下部伝熱プロック 3 は、 熱伝導ディ スク 8 の円柱面と接触すべく光沢面を下面に持ち、 上面 には冷却フ ィ ン 5 を有する。 上部伝熱ブロック 3 は、 伝 熱ブロック接合部材 5 0 によ り、 下部伝熱ブロック 4 と 接合する。 上部伝熱ブロック 3 は、 封止ハウジング 1， 3 0 に狭まれ固定される。

第 5 図によ り冷却フ ィ ン 5 の詳細を述べる。 第 5 図は . 第 1 図の A— A ' 断面を立体的に示したものである。 冷 却フィ ン 5 は熱伝導ディスク 8 の円柱面の軸に対して垂 直な方向に設置する。 冷却媒体供給路 6 は、 下部伝熱ブ ロック 4 の最も半導体素子 1 1 に近い位置に設置し冷却 媒体排出路 7 はその反対側に設置する。

次にこの伝熱ブロックの動作について説明する。 チッ プ 1 1 よ り発生した熱は、 熱伝導ディスク 8 を通して伝 熱ブロ ック に伝えられる。

伝熱ブロックで最もチップ 1 1 に近い部分は、 伝熱ブ ロックの最も突き出した部分でぁ リ、 こ こは最も温度が 高くなる。 本実施例では、 この最も高温となる部分に、 供給した直後の最も低温の冷媒が存在する。 钹つて、 最 も有効にチップ 1 1 の冷却を実施できる：

また、 チップ 1 1 よ り発生した熱が最も大量に輸送さ れる部分ば、 熱伝導ディ スク の と伝熱ブロ ック との間隔 が最も狭い直線で接触 した部分である この部分の伝熱ブ ロ ッ ク には、 伝熱を促進させる フィ ン 1 5 が形成されて いる。

以上によ り 、 全ての半導体素子 1 1 に、 実装モジユー ルに供給された直後の低温の冷却媒体を供耠 し、 一度半 導体素子 1 1 を冷却 した冷却媒体は他の半導体素子 1 1 を冷却させない。 すなわち全ての半導体素子 1 1 を均一 に冷却する こ と ができ る 。

次に第 7 図によ リ本実装モジュールを製作する組立方 法を述べる。

封止ハウジン グ （側面） 3 0 の上面は、 内側を低く し 伝熱ブロ ック 3 ， 4 は、 その凹んだ部分と一致する突起 を持つ。 上部伝熱ブロ ッ ク 3 は、 封止ハウ ジン グ（蓋） 1 と はんだ等の接合部材 4 3 に よって接合された封止ハウ ジン グ （側面） 3 0 ではさ まれ、 封止ハ ウ ジン グ （蓋） 1 と上部伝熱ブロ ッ ク 3 の間は緩衝材 2 で密着固定され る （第 7 図） 。 直接封止ハウ ジン グ （蓋） 1 と上部伝熱 ブロ ッ ク 3 を接合 しないのは、 直接封止ハウ ジン グ（蓋） 1 は多層回路板 1 4 と の熱膨張係数を あわせるために、 セラ ミ ッ ク等を も ちい るので、 一般に伝熱ブロ ッ ク 3 , 4 で用いる金属 （銅、 アル ミ ） と は異なる ためである。 伝熱ブロ ック の冷却媒钵を供耠する多層回路板 1 4 に は半導体素子 1 1 が複数個搭載さ れる 。 各半導体素子 1 1 の上には熱伝導ディ スク 8 が塔載され、 封止ハウジ ング 3 0 が上部から位置あわせを行ないながら被せられ, はんだ等の接合部材 4 3 によ り接合され封止される。

冷却水供給穴 3 2 よ り まだ温度の低い冷却水を供給す る。 冷却水供給穴 3 2 ょ リ供給された冷却水は、 伝熱ブ ロックの下部を通過し、 水路 6へ供給される。 水路 6へ 供給された冷却水は、 チップよ り供給された熱を奪い戻

1

4

リ水路 7へ移動する。 水路 7ヽノ八移動した冷却水は冷却水 排出六 3 1 を通過し系外へ出される。

実施例 1 での性能計算及び実装結果を第 8 〜 1 2 図を 用いて説明する。 第 8 図は半導体素子 1 1 の基板の反り などにょ リ高さが変化した場合の熱抵抗に及ぼす影響-を 示す。 実線は計算値、 プロッ トは実測値を示す。 また第 9 図は半導体素子 1 1 が煩斜した際の熱抵抗の変動を示 す。 いずれの場合もある程度の変動がおこった場合でも 充分に線接蝕を保ち、 熱抵抗が低く安定している こ と を 示している。 第 1 0 図は、 H e ガス封止圧力を変化させ た場合の結果を表す。 H e ガス封止圧力を増大させる と 温度飛躍が少な く成るので接触抵抗が小さ く な リ熱抵抗 全体が低く なる。 第 1 1 図は半導体素子の発熱量が変化 した場合の結果を示す。 発熱利用が変化した場合でも熱 抵抗はほぼ一定値を示しておリ、 今後大型計算機の集積 化が進んだ場合でも充分に冷却できる こ と を示している 第 1 2 図は、 4 9 個の半導体素子 1 1 を並べてモジュ ール化 し本発明を実施した際の各半導体素子 1 1 の熱抵 抗を実測 した結果を示す。 各半導体素子 1 1 の熱抵抗は 安定 して低い値を保っている。

第 1 3 図は本発明の実施例 2 を示したものである。 本 実施例では冷却フ ィ ン 5 の代わ り に細い通路 1 5 を設け 冷却性能を向上させたも のである。 本発明特有の効果と しては、 工作性が向上する点であ る。

将来、 材料の開発が進んだ場合の実施例 2 を第 1 3 図 及び第 1 4 図に示す。 実施例 1 と の相違点は、 実施例 1 においては伝熱ブロ ッ ク 3， を銅等の金属で製作する 必要があった。 し かし、 将来セ ラ ミ ッ ク な ど低い膨張率 を持つ材質で フ ィ ンの様な複雑な形状を製作可能にな る と考え られる。 このよ う な場合には伝熱ブロ ッ ク 3 ， 4 と封止モジュール 1 , 3 0 を一体化 した構造体を製作す る こ と ができ る。 第 1 4 図で伝熱封止モジュール 6 0 は セ ラ ミ ック等で製作され、 封止と冷却を 同時に行な う こ と ができ る。 本実施例特有の効果と しては、 伝熱ブロ ッ ク 3， 4 と封止モジュール 1 ， 3 0 を一体化でき るので、 構造が単純になる点である。

実施例 1 ， 実施例 2 では、 フ ィ ン を形成させてそ こ に 冷却水を供耠する こ と によ リ 冷却する強制対流冷却方式 であった。 フ ィ ン形状を簡略化 し、 更に侵れた冷却性能 を達成させる方式と して嘖流冷却方式を用いた実施例 3 を次に示す。

第 1 5， 1 6図に実施例 3 を示す。 第 1 5図に実施例 3 の横断面図を示す。

実施例 1 と同様にして、 伝熱ブロック 5 0 は、 熱伝導 ディスク 8 の円柱面と接触すべく光沢面を下面に持つ。 しかし上面には実施例 1 と異な り冷却フィン 5 はない。 冷却水を戻す役割を示す開穴水路 7、 その中に水供給管 5 1 によ リ冷却水を供給する給水管 6 よ リ構成される。 給水路 6 には、 冷却水噴出ノ ズル 5 4 を設置する。

第 1 6 図によ り伝熱ブロック の詳細を述べる。 給水路 6 の入リ ロには、 冷却水ヘッダー 5 3 が設置され、 各給 水路 6 に均等に冷却水を供紿する。

次にこの伝熱ブロックの動 乍について説明する。 チッ プ 1 1 ょ リ発生した熱は、 実施例 1 と同様に して熱伝導 ディスク 8 を通して伝熱ブロック に伝えられる - 伝熱ブロ ック で最もチップ 1 1 に近い部分は、 伝熱ブ ロ ック の最も突き出した部分であ り、 ここは最も温度が 高く なる。 実施例 3では、 この最も高置となる部分に、 供給した直後の最も低温の冷媒を直接呋きつける存在す る。 従って、 最も有効にチップ 1 1 の冷却を実施できる また、 チップ 1 1 ょ リ発生した熱が最も大量に輸送さ れる部分は、 熱伝導ディ スク 8 と伝爇ブロ ック との間隔 が最も狭い直線で接触 した部分であ る がこの部分の伝熱 ブロ ッ ク には、 噴流後の冷却水が高速に流通するので伝 熱を良好に行な う こ と ができ る 。

以上によ り 、 全ての半導体素子 1 1 に、 実装モジユー ルに供飴された直後の低温の冷却媒体を供給 し、 一度半 導体素子 1 1 を冷却した冷却媒体は他の半導体素子 1 1 を冷却させない。 すなわち全ての半導体素子 1 1 を均一 に冷却する こ と ができ る。

以上記述した様に、 本発明に よれば、 簡単な構造で冷 却媒体と半導体素子を極限に まで接近せしめ得るので、 極めて単純な構造であ り なが ら、 高性能でかつ低コ ス ト の封止モジュールを提供でき る効果がある。

Claims

特許請求の範囲

1 . 冷媒によって冷却される伝熱ブロック と、 半導体素 子と伝熱ブロック との雨者に接蝕する熱伝導ディスク と を備えた半導体実装モジュールにおいて、 前記伝熱 ブロックの垂直方向における靳面形状が三角形伏の凸 状部を有し、 該凸状部の斜面で前記熱伝導ディ スク に 接蝕し、 該凸状部内部に冷却媒体の流路を形成したこ とを特徵とする半導体実装モジュール。

2 . 冷媒によって冷却される伝熱ブロック と、 半導体素 子と伝熱ブロック との雨者に摺動可能に接触する熱伝 導ディスク と を備えた半導体実装モジュールにおいて 前記伝熱ブロックの垂直方向における断面形状が三角 形犹の凸茯部を有し、 該凸状部の斜面で前記熱伝導デ イスク に接蝕し、 該凸犹部'内部に冷却媒体の流路を形 成したこ と を特徵とする半導体実装モジュール。

3 . 冷媒によって冷却される伝熱ブロック と、 半導体素 子と伝熱ブロック との両者に接触する熱伝導ディスク とを備えた半導体実装モジュールにおいて、 前記熱伝 導ディスクは弾性体を介して分割され、 前記伝熱プロ ック の垂直方向における断面形状が三角形状の凸状部 を有し、 該凸状部の斜面で前記熱伝導ディ スク に接触 し、 該凸扰部内部に冷却媒体の流路を形成したこ と を 特徵とする半導体実装モジュール。

. 冷媒によって冷却される伝熱ブロ ッ ク と 、 半導体素 子と伝熱ブロ ック と の両者に摺動可能に接触する熱伝 導ディ スク と を備えた半導体実装モジュールにおいて 前記熱伝導ディ スク は弾性体を介して分割され、 前記 伝熱ブロ ッ ク の垂直方向における断面形状が三角形状 の凸状部を有 し、 該凸状部の斜面で前記熱伝導デイ ス ク に接触 し、 該凸状部内部に冷却媒体の流路を形成 し たこ と を特徵とする半導体実装モジュール。

. 冷媒に よって冷却される伝熱ブロ ッ ク と 、 半導体素 子と伝熱ブロ ッ ク と の両者に摺動可能に接触する熱伝 導ディ スク と を備えた半導体実装モジュールにおいて . 前記熱伝導ディ スク は弾性体を介 して分割さ れ、 前記 伝熱ブロ ッ ク の垂直方向における断面形状が三角形状 の凸状部を有 し、 該凸状部の斜面で前記熱伝導デイ ス ク に線接触 し、 該凸状部内部に冷却媒体の流路を形成 したこ と を特徴とする半導体実装モジュール。

. 冷媒に よって冷却される伝熱ブロ ッ ク と 、 半導体素 子と伝熱ブロ ッ ク と の両者に摺動可能に接蝕する熱伝 導ディ スク と を備えた半導体実装モ ジュールにおいて、 前記熱伝導ディ スク は弾性体を介 して分割さ れ、 前記 伝熱ブロ ッ ク は半導体素子表面に垂直な断面形状が三 角形状の凸状部を有 し、 該凸状部の斜面で前記熱伝導 ディ スク に線接触 し、 該凸状部内部に冷却媒体の流路 を形成したこ と を特徵とする半導体実装モジュール。. 冷媒によって冷却される伝熱ブロック と、 半導体素 子と伝熱ブロック との雨者に摺動可能に接蝕する熱伝 導ディスク と を備えた半導体実装モジュールにおいて , 前記熱伝導ディスクは断面が扇状の柱体であって弹性 体を介して対向配置され、 前記伝熱ブロックは半導体 素子表面に垂直な断面形状が三角形状の凸状部を有し . 該凸状部の斜面で前記熱伝導ディ スク の曲面に線接蝕 し、 該凸状部内部に冷却媒体の流路を形成したこ と を 特徴とする半導体実装モジュール。

. 冷媒によって冷却される伝熱ブロック と、 半導体素 子と伝熱ブロック と の雨者に摺動可能に接触する熱伝 導ディ スク と を備えた半導体実装モジュールにおいて. 前記熱伝導ディスクは 2つの平面と 1つの球面からな る往体であって弾性体を介して対向配置され、 前記伝 熱ブロックは半導体素子表面に垂直な断面形状が三角 形扰の凸栻部を有し、 該凸状部の斜面で前記熱伝導デ イスク の前記曲面に線接触し、 該凸状部 ί¾部に冷却媒 体の流路を形成したこ と を特徽とする半導体実装モジ ュ一ノレ。

. 冷媒によって冷却される伝熱ブロック と、 半導体素 子と伝熱ブロック との両者に接触する熱伝導ディ スク と を備えた半導侔実装モジュールにおいて、 前記伝熱 ブロ ッ ク の垂直方向における断面形状が三角形状の凸 状部を有し、 該凸状部の斜面で前記熱伝導ディ スク に 接触し、 該凸状部内部に冷却媒体の流路を形成 し た こ と を特徴とする半導体実装モジュール用伝熱ブロ ッ ク 構造体。

. 冷媒に よって冷却される伝熱ブロ ッ ク と 、 半導体素 子と伝熱ブロ ッ ク と の両者に摺動可能に接触する熱伝 導ディ スク と を備えた半導体実装モジュールにおいて 前記熱伝導ディ スク は 2 つの平面と 1 つの球面か らな る柱体であって弾性体を介 して対向配置され、 垂直方 向の断面が三角形状の凸状部の内部に冷却媒体の流路 を形成 した前記伝熱ブロ ック と線接触する こ と を特徴 とする半導体実装モジュール用熱伝導ディ スク 。

. 冷媒に よって冷却さ れる伝熱ブロ ッ ク と 、 半導体素 子 と伝熱ブロ ッ ク と の両者に摺動可能に接触する熱伝 導ディ スク と を備えた半導体実装モジュールにおいて . 前記熱伝導ディ スク は断面が扇状の柱体であって弾性 体を介 して対向 ϋ置さ れ、 該扇状の柱体の曲面が、 内 部に冷却媒体の流路を形成 し た垂直靳面が三角形状の 前記伝熱ブロ ッ ク の斜面と線接触する こ と を特徵とす る半導体実装モジュール用熱伝導ディ ス ク 。

. 冷媒に よって冷却さ れる伝熱ブロ ッ ク と、 半導体素 子 と伝熱ブロ ッ ク と の両者に摺動可能に接触する熱伝 導ディスク と を備えた半導体実装モジュールにおいて . 前記伝熱ブロックは前記熱伝導ディスク に接蝕する少 なく とも二つの斜平面によって囲まれた凸扰部を有し 該凸状部内部に冷却媒体の流路を形成したこ と を特徵 とする半導体実装モジュール。

. 冷媒によって冷却される伝熱ブロック と、 半導体素 子と伝熱ブロック との雨者に缙動可能に接蝕する熱伝 導ディスク とを備えた半導体実装モジュールにおいて 前記伝熱プロックは前記半導体素子に近接する凸扰部 を有し、 該凸扰部内部に冷却媒体の流路を形成したこ とを特徵とする半導体実装モジュール。

. 多量の熱を発生する半導体素子を複数搭載し、 伝熱 ブロック と、 前記複数の半導体素子と該伝熱ブロック との両者に接蝕する複数の熱伝導ディスクの熱伝達に よって冷却する半導体実装モジュールの冷却方法にお いて、 前記伝熱ブロ ックの前記半導体素子に近接した 凸状部に形成した流路に冷媒を洪耠し、 前記伝熱ブ口 ックの前記半導体素子から離れた部分に形成した流路 よ リ該冷鏢を排 ffiする こ と を特徵とする半導体実装モ ジュールの冷却方法。 ·

. 多量の熱を発生する半導体素子を複数搭载し、 伝熱 ブロック と、 前記複数の半導俸素子と該伝熱ブロック と の雨者に接蝕する複数の熱伝導ディスク の熱伝達に よって冷却する半導体実装モジュールの冷却方法にお いて、 前記伝熱ブロ ック の前記半導体素子に近接 した 凸状部に冷媒を嘖射する こ と を特徴とする半導体実装 モジュールの冷却方法。

. 冷媒によって冷却さ れる伝熱ブロ ック と 、 半導体素 子と伝熱ブロ ッ ク と の雨者に摺動可能に接触する熱伝 導ディ スク と を備えた半導体実装モジュールにおいて 前記伝熱ブロ ック の垂直方向における断面形状が三角 形状の凸状部を有 し、 該凸状部の斜面で前記熱伝導デ イ スク に接触し、 該凸状部内部に冷却媒体の噴出 ノ ズ ルを形成 した こ と を特徵とする半導体実装モジュール , . 多層回路基板に搭載さ れた複数の半導体素子を実装 する半導体実装モジュールにおいて、 下部表面が垂直 断面で三角形状の凸部を有 し該凸部の内部に冷却媒侔 の流路を形成した伝熟ブロ ッ ク 、 前記半導体素子及び 前記伝熱ブロ ッ ク に接触 し両者の伝熱を行な う熱伝導 ディ スク 、 前記半導体素子 ， 前記熱伝導ディ スク ， 前 記伝熱ブロ ッ ク を封止する封 ii;ハ ウ ジン グか ら な る こ と を特徵とする半導体実装モ ジュール。

. 複数の半導体素子、 垂直方向の断面が三角形状の凸 部を有 し該凸部の内部に冷却媒体の流路を形成 し た伝 熱ブロ ッ ク 、 前記半導体素子及び前記伝熱ブ口 ッ ク に 接触し両者の伝熱を行な う 熱伝導ディ スク 、 前記半導 体素子 · 前記熱伝導ディスク · 前記伝熱ブロック を封 止する封止ハウジングからなる ことを特徵とする半導 体実装モジュール。

. 複数の半導体素子、 垂直方向の断面が三角形状の凸 部を有し該凸部の内部に冷却媒体の嘖出ノ ズルを形成 した伝熱ブロック、 前記半導体素子及び前記伝熱プロ ック に摺動可能に接触し前記複数の半導体素子から発 生する熱の伝達を行なう熱伝導ディスク からなる こと を特徽とする半導体実装モジュール。

. 複数の半導体素子、 垂直方向の断面が三角形状の凸 部を有し該凸部の内部に冷却媒体の流路を彤成した伝 熱プロック、 前記半導体素子及び前記伝熱ブロック に 接蝕する断面扇形の柱状の熱伝導ディ スク、 前記半導 体素子 · 前記熱伝導ディ スク * 前記伝熱ブロック を封 止する封止ハウジングからなる こと を特徴とする半導 体実装モジュール。