JP2001015675A - マルチチップモジュール - Google Patents
マルチチップモジュールInfo
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- JP2001015675A JP2001015675A JP18375199A JP18375199A JP2001015675A JP 2001015675 A JP2001015675 A JP 2001015675A JP 18375199 A JP18375199 A JP 18375199A JP 18375199 A JP18375199 A JP 18375199A JP 2001015675 A JP2001015675 A JP 2001015675A
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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
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
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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
- H01L2224/73—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
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73253—Bump and layer connectors
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】基板に搭載された半導体チップの温度を一様
に、かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの
冷却機構を実現する。 【解決手段】基板1に、比較的発熱量の大きな半導体チ
ップ2a及び比較的発熱量の少ない半導体チップ2bを
搭載する。一方、放熱するための冷却フィンは、比較的
発熱量が大きい半導体チップ2aに対向する部分近辺の
冷却フィン7fの溝9hの深さを深く、比較的発熱量が
少ないチップ2bに対向する部分近辺の冷却フィン8f
の溝10hの深さを浅くする。これにより、比較的発熱
量が大きい半導体チップ2aに対する冷却フィンの放熱
量が、比較的発熱量が少ないチップ2bに対する冷却フ
ィンの放熱量より大となり、効率良く放熱され、チップ
の温度を一様にすることができる。
に、かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの
冷却機構を実現する。 【解決手段】基板1に、比較的発熱量の大きな半導体チ
ップ2a及び比較的発熱量の少ない半導体チップ2bを
搭載する。一方、放熱するための冷却フィンは、比較的
発熱量が大きい半導体チップ2aに対向する部分近辺の
冷却フィン7fの溝9hの深さを深く、比較的発熱量が
少ないチップ2bに対向する部分近辺の冷却フィン8f
の溝10hの深さを浅くする。これにより、比較的発熱
量が大きい半導体チップ2aに対する冷却フィンの放熱
量が、比較的発熱量が少ないチップ2bに対する冷却フ
ィンの放熱量より大となり、効率良く放熱され、チップ
の温度を一様にすることができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に複数の半導体チップを1つの基板上に高密度に
実装することにより、高速の動作を可能にするマルチチ
ップモジュールの冷却機構に関する。
し、特に複数の半導体チップを1つの基板上に高密度に
実装することにより、高速の動作を可能にするマルチチ
ップモジュールの冷却機構に関する。
【0002】
【従来の技術】マルチチップモジュールは、高速の半導
体チップを実装する上で最も優れた方式であるが、複数
の半導体チップより生ずる熱を効率良く発散させる必要
がある。図8は、基板に複数のチップが搭載された従来
のマルチチップモジュールの一例の概略断面図である。
図8において、1は基板、2は半導体(IC)チップで
あり、3は外部リード線であり、基板1に金−錫合金等
のろう材を用いて接続されている。4は放熱のためのフ
ィンであり、マルチチップモジュール全体は封止用樹脂
6で封止されている。
体チップを実装する上で最も優れた方式であるが、複数
の半導体チップより生ずる熱を効率良く発散させる必要
がある。図8は、基板に複数のチップが搭載された従来
のマルチチップモジュールの一例の概略断面図である。
図8において、1は基板、2は半導体(IC)チップで
あり、3は外部リード線であり、基板1に金−錫合金等
のろう材を用いて接続されている。4は放熱のためのフ
ィンであり、マルチチップモジュール全体は封止用樹脂
6で封止されている。
【0003】図8に示すように、マルチチップモジュー
ルは同一パッケージ内に複数の半導体チップを実装する
ことにより高密度実装が可能であり、配線長を短縮して
システムの高速化を図ることができる技術であるが、発
熱量の増大を招く問題があり、放熱性を良くする必要が
ある。
ルは同一パッケージ内に複数の半導体チップを実装する
ことにより高密度実装が可能であり、配線長を短縮して
システムの高速化を図ることができる技術であるが、発
熱量の増大を招く問題があり、放熱性を良くする必要が
ある。
【0004】さらに、図8に示した従来例よりも高密度
実装が可能な手法として、例えば特開平7−82290
号公報には、図9に示すMCM構造が提案されている。
この図9に示す従来例では、マルチチップモジュールの
冷却装置を冷却フィンの部分で縦に切った縦断面図を示
す。
実装が可能な手法として、例えば特開平7−82290
号公報には、図9に示すMCM構造が提案されている。
この図9に示す従来例では、マルチチップモジュールの
冷却装置を冷却フィンの部分で縦に切った縦断面図を示
す。
【0005】図9において、2aは比較的発熱量が大き
い半導体チップ、2bは比較的発熱量が少ない半導体チ
ップ、11は半導体チップと冷却体を接続するための熱
伝導部材、1は基板を示す。また、13は冷却水の入
口、14は冷却水の出口、4は冷却フィン、15は冷却
水のケースを示す。また、12は基板に電力及び信号を
供給するための接続ピンである。以下、これらをまとめ
て半導体モジュールと呼ぶ。
い半導体チップ、2bは比較的発熱量が少ない半導体チ
ップ、11は半導体チップと冷却体を接続するための熱
伝導部材、1は基板を示す。また、13は冷却水の入
口、14は冷却水の出口、4は冷却フィン、15は冷却
水のケースを示す。また、12は基板に電力及び信号を
供給するための接続ピンである。以下、これらをまとめ
て半導体モジュールと呼ぶ。
【0006】半導体チップ2a、2bで発生した熱は熱
伝導部材11を伝わって冷却水に伝達され、冷却フィン
4の表面から冷却媒体に放出される。このようなMCM
構造に搭載された半導体チップの発生する熱を除去する
ための冷却機構としては、水あるいは空気などの冷媒の
強制対流により冷却する機構が採用されてきた。例え
ば、日立評論VOL.73、No.2(1991)41
ページ〜48ページ「超大型プロセッサグループ”HI
TAC M−880”のハードウェア技術」に水冷形の
超大型計算機の冷却構造が示されている。
伝導部材11を伝わって冷却水に伝達され、冷却フィン
4の表面から冷却媒体に放出される。このようなMCM
構造に搭載された半導体チップの発生する熱を除去する
ための冷却機構としては、水あるいは空気などの冷媒の
強制対流により冷却する機構が採用されてきた。例え
ば、日立評論VOL.73、No.2(1991)41
ページ〜48ページ「超大型プロセッサグループ”HI
TAC M−880”のハードウェア技術」に水冷形の
超大型計算機の冷却構造が示されている。
【0007】ここで用いられている冷却構造は、3本の
冷却水流路をS字形に連絡して平面形の冷却装置とし
て、この冷却装置を基板上に並んだ半導体チップに接続
(接触)させるものである。この冷却構造は、水を冷媒
として用いるため、非常に大きな冷却能力が得られてい
る。
冷却水流路をS字形に連絡して平面形の冷却装置とし
て、この冷却装置を基板上に並んだ半導体チップに接続
(接触)させるものである。この冷却構造は、水を冷媒
として用いるため、非常に大きな冷却能力が得られてい
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述した半導体チップ
を複数搭載するマルチチップモジュールは発熱密度が高
く、以下のような問題が生じる。
を複数搭載するマルチチップモジュールは発熱密度が高
く、以下のような問題が生じる。
【0009】すなわち、第1に、全ての半導体チップが
大電力を消費するようなマルチチップモジュールはむし
ろ例外であり、通常は、基板上に搭載される半導体チッ
プの中の一部が大電力を消費し、他のチップの消費電力
はそれ程大きくない場合が一般的である。このような場
合、図8及び図9のような全てのチップを、同等の冷却
性能で冷却しようとする冷却構造は冷却性能の点で無駄
な部分が大となる。
大電力を消費するようなマルチチップモジュールはむし
ろ例外であり、通常は、基板上に搭載される半導体チッ
プの中の一部が大電力を消費し、他のチップの消費電力
はそれ程大きくない場合が一般的である。このような場
合、図8及び図9のような全てのチップを、同等の冷却
性能で冷却しようとする冷却構造は冷却性能の点で無駄
な部分が大となる。
【0010】第2に、基板に搭載される複数の半導体チ
ップは、その電気特性上、できるだけ温度を一様にする
必要があるため、半導体チップから発生する熱を冷却機
構で一様に除去することが重要であるが、各半導体チッ
プの発熱量が非常に大きいため、冷却条件が微小変化し
ただけでも、半導体チップの温度は大きく変化してしま
う。したがって、各半導体チップの温度を一様に制御す
るためには、冷却条件を均一化する必要がある。
ップは、その電気特性上、できるだけ温度を一様にする
必要があるため、半導体チップから発生する熱を冷却機
構で一様に除去することが重要であるが、各半導体チッ
プの発熱量が非常に大きいため、冷却条件が微小変化し
ただけでも、半導体チップの温度は大きく変化してしま
う。したがって、各半導体チップの温度を一様に制御す
るためには、冷却条件を均一化する必要がある。
【0011】つまり、上述したS字形に連絡して平面形
の冷却装置とした場合には、冷媒が流れる際に半導体チ
ップからの熱を吸収するため、流路の下流側ほど冷媒の
温度が高くなる。したがって、冷媒流路上流側の半導体
に比べて、下流側の半導体に接する冷媒の温度が高くな
り、下流側の冷媒流路で冷却能力が小さくなるという問
題が発生する。
の冷却装置とした場合には、冷媒が流れる際に半導体チ
ップからの熱を吸収するため、流路の下流側ほど冷媒の
温度が高くなる。したがって、冷媒流路上流側の半導体
に比べて、下流側の半導体に接する冷媒の温度が高くな
り、下流側の冷媒流路で冷却能力が小さくなるという問
題が発生する。
【0012】本発明の目的は、基板に搭載された半導体
チップの温度を一様に、かつ効率良く冷却し得るマルチ
チップモジュールの冷却機構を実現することである。
チップの温度を一様に、かつ効率良く冷却し得るマルチ
チップモジュールの冷却機構を実現することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成される。 (1)複数の半導体チップが基板上に配置され、板状部
材に複数の凸状放熱部材が形成された放熱手段により上
記複数の半導体チップが発する熱を放散させるマルチチ
ップモジュールにおいて、上記基板上に配置された複数
の半導体チップの、それぞれの発熱量に基づいて、各半
導体チップに対応する、上記放熱手段の板状部材の部分
の厚さが決定されている。
め、本発明は次のように構成される。 (1)複数の半導体チップが基板上に配置され、板状部
材に複数の凸状放熱部材が形成された放熱手段により上
記複数の半導体チップが発する熱を放散させるマルチチ
ップモジュールにおいて、上記基板上に配置された複数
の半導体チップの、それぞれの発熱量に基づいて、各半
導体チップに対応する、上記放熱手段の板状部材の部分
の厚さが決定されている。
【0014】(2)好ましくは、上記(1)において、
上記基板上に配置された複数の半導体チップのうち発熱
量の大きい半導体チップに対応する上記放熱手段の板状
部材の部分の厚みは、上記発熱量が大きい半導体チップ
より発熱量が小の半導体チップに対応する上記放熱手段
の板状部材の部分の厚みより薄く、上記発熱量の大きい
半導体チップに対応する上記放熱手段の凸状部材の高さ
は、上記発熱量が小の半導体チップに対応する凸状部材
の高さより高い。
上記基板上に配置された複数の半導体チップのうち発熱
量の大きい半導体チップに対応する上記放熱手段の板状
部材の部分の厚みは、上記発熱量が大きい半導体チップ
より発熱量が小の半導体チップに対応する上記放熱手段
の板状部材の部分の厚みより薄く、上記発熱量の大きい
半導体チップに対応する上記放熱手段の凸状部材の高さ
は、上記発熱量が小の半導体チップに対応する凸状部材
の高さより高い。
【0015】(3)複数の半導体チップが基板上に配置
され、複数の冷却フィンを互いに平行に配置することに
より冷却媒体の冷却流路が形成された冷却手段を有し、
この冷却手段により上記複数の半導体チップを冷却する
マルチチップモジュールにおいて、上記複数の半導体チ
ップのうち、発熱量の大きい半導体チップに対応する上
記冷却手段の冷却フィンの溝は、上記発熱量が大きい半
導体チップより発熱量が小の半導体チップに対応する上
記冷却手段の溝より深い。
され、複数の冷却フィンを互いに平行に配置することに
より冷却媒体の冷却流路が形成された冷却手段を有し、
この冷却手段により上記複数の半導体チップを冷却する
マルチチップモジュールにおいて、上記複数の半導体チ
ップのうち、発熱量の大きい半導体チップに対応する上
記冷却手段の冷却フィンの溝は、上記発熱量が大きい半
導体チップより発熱量が小の半導体チップに対応する上
記冷却手段の溝より深い。
【0016】(4)好ましくは、上記(3)において、
上記基板上に配置された複数の半導体チップのうち発熱
量の大きい半導体チップに対応する上記冷却手段の冷却
フィンの高さは、上記発熱量が大きい半導体チップより
発熱量が小の半導体チップに対応する上記冷却手段の冷
却フィンの高さより高い。
上記基板上に配置された複数の半導体チップのうち発熱
量の大きい半導体チップに対応する上記冷却手段の冷却
フィンの高さは、上記発熱量が大きい半導体チップより
発熱量が小の半導体チップに対応する上記冷却手段の冷
却フィンの高さより高い。
【0017】(5)複数の半導体チップが基板上に配置
され、複数の冷却フィンを互いに平行に配置することに
より冷却媒体の冷却流路が形成された冷却手段を有し、
この冷却手段により上記複数の半導体チップを冷却する
マルチチップモジュールにおいて、上記冷却媒体の冷却
流路の入口側と出口側で冷却フィンの溝の深さが異な
る。
され、複数の冷却フィンを互いに平行に配置することに
より冷却媒体の冷却流路が形成された冷却手段を有し、
この冷却手段により上記複数の半導体チップを冷却する
マルチチップモジュールにおいて、上記冷却媒体の冷却
流路の入口側と出口側で冷却フィンの溝の深さが異な
る。
【0018】(6)好ましくはbそい、上記(5)にお
いて、上記冷却フィンの溝の深さは、冷却流路の入口側
から出口側に向かうにつれて深くなる。
いて、上記冷却フィンの溝の深さは、冷却流路の入口側
から出口側に向かうにつれて深くなる。
【0019】本発明によれば、比較的発熱量の大きな半
導体チップに対する放熱フィンの溝の深くし、比較的発
熱量が小さいチップ対する放熱フィンの溝を浅くするこ
とにより熱の吸収をチップの発熱量ことに制御でき、発
熱量それぞれ異なる半導体チップを搭載されたマルチチ
ップモジュールの全ての半導体チップを一様、かつ効率
良く冷却することができる。
導体チップに対する放熱フィンの溝の深くし、比較的発
熱量が小さいチップ対する放熱フィンの溝を浅くするこ
とにより熱の吸収をチップの発熱量ことに制御でき、発
熱量それぞれ異なる半導体チップを搭載されたマルチチ
ップモジュールの全ての半導体チップを一様、かつ効率
良く冷却することができる。
【0020】また、内部に冷却媒体の冷却流路が形成さ
れ、複数の半導体チップが搭載されたマルチチップモジ
ュールの上部に、各半導体チップと熱伝導体を介して接
触するように配置されて、各熱伝導体を介して伝わる各
半導体チップの発生熱を前記冷却流路を流れる冷却媒体
により冷却するマルチチップモジュールの冷却機構にお
いて、複数の半導体チップと熱伝導体を介して接触する
領域の全面にわたって互いに平行に配置された複数の冷
却フィンと、各冷却フィン間に形成された複数の冷却流
路である冷却フィンの溝の深さを上流側の冷却流路から
順に下流側に向かって深くすることにより基板上の各々
の半導体チップに対する冷却能力の差を小さくし、各半
導体チップの温度差が小さくなるのでモジュールの動作
を安定化させることができる。
れ、複数の半導体チップが搭載されたマルチチップモジ
ュールの上部に、各半導体チップと熱伝導体を介して接
触するように配置されて、各熱伝導体を介して伝わる各
半導体チップの発生熱を前記冷却流路を流れる冷却媒体
により冷却するマルチチップモジュールの冷却機構にお
いて、複数の半導体チップと熱伝導体を介して接触する
領域の全面にわたって互いに平行に配置された複数の冷
却フィンと、各冷却フィン間に形成された複数の冷却流
路である冷却フィンの溝の深さを上流側の冷却流路から
順に下流側に向かって深くすることにより基板上の各々
の半導体チップに対する冷却能力の差を小さくし、各半
導体チップの温度差が小さくなるのでモジュールの動作
を安定化させることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて具体的に説明する。図1は、本発明の第1の実施
形態であるマルチチップモジュールの概略断面図であ
る。なお、この第1の実施形態は、積極的には冷却フィ
ンに冷媒を通過させることは無い場合の例である。ま
た、3は外部リード線、6は熱伝導部材である。凸状放
熱部材の一種である冷却フィン7f、8fは板状部材2
8の上面に形成され、板状部材28の下面側に複数の半
導体チップが配置された基板1が設置される。
用いて具体的に説明する。図1は、本発明の第1の実施
形態であるマルチチップモジュールの概略断面図であ
る。なお、この第1の実施形態は、積極的には冷却フィ
ンに冷媒を通過させることは無い場合の例である。ま
た、3は外部リード線、6は熱伝導部材である。凸状放
熱部材の一種である冷却フィン7f、8fは板状部材2
8の上面に形成され、板状部材28の下面側に複数の半
導体チップが配置された基板1が設置される。
【0022】図1において、基板1に、比較的発熱量の
大きな半導体チップ2a及び比較的発熱量の少ない半導
体チップ2bを搭載する。一方、放熱するための冷却フ
ィン(凸状放熱部材)は、比較的発熱量が大きい半導体
チップ2aに対向する部分近辺の冷却フィン7fの溝9
hの深さを深く、比較的発熱量が少ないチップ2bに対
向する部分近辺の冷却フィン8fの溝10hの深さを浅
くする。
大きな半導体チップ2a及び比較的発熱量の少ない半導
体チップ2bを搭載する。一方、放熱するための冷却フ
ィン(凸状放熱部材)は、比較的発熱量が大きい半導体
チップ2aに対向する部分近辺の冷却フィン7fの溝9
hの深さを深く、比較的発熱量が少ないチップ2bに対
向する部分近辺の冷却フィン8fの溝10hの深さを浅
くする。
【0023】これにより、比較的発熱量が大きい半導体
チップ2aに対する冷却フィンの放熱量が、比較的発熱
量が少ないチップ2bに対する冷却フィンの放熱量より
大となり、効率良く放熱され、チップの温度を一様にす
ることができる。
チップ2aに対する冷却フィンの放熱量が、比較的発熱
量が少ないチップ2bに対する冷却フィンの放熱量より
大となり、効率良く放熱され、チップの温度を一様にす
ることができる。
【0024】したがって、本発明の第1の実施形態によ
れば、基板に搭載された半導体チップの温度を一様に、
かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの冷却
機構を実現することができる。
れば、基板に搭載された半導体チップの温度を一様に、
かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの冷却
機構を実現することができる。
【0025】次に、本発明の第2の実施形態を説明す
る。図2は、本発明の第2の実施形態であるマルチチッ
プモジュールの概略断面図である。この図2に示す例
は、図1の例と同様に、積極的には冷却フィンに冷媒を
通過させることは無い場合の例である。そして、この図
2の例は、図1の例における放熱構造に加え、比較的発
熱量が大きい半導体チップ2aに対する冷却フィン7f
を高くし、比較的発熱量が少ない2bに対する冷却フィ
ン8fを低くし、さらに冷却能力を良く放熱させる。
る。図2は、本発明の第2の実施形態であるマルチチッ
プモジュールの概略断面図である。この図2に示す例
は、図1の例と同様に、積極的には冷却フィンに冷媒を
通過させることは無い場合の例である。そして、この図
2の例は、図1の例における放熱構造に加え、比較的発
熱量が大きい半導体チップ2aに対する冷却フィン7f
を高くし、比較的発熱量が少ない2bに対する冷却フィ
ン8fを低くし、さらに冷却能力を良く放熱させる。
【0026】また、発熱量が半導体チップ2bより大で
あり、2aより小である半導体チップ2cに対向する部
分近辺の冷却フィン22fは、冷却フィン7fより低
く、フィン8fより高い。そして、冷却フィン22fの
溝23hは、溝9hより浅く、溝10hより深い。
あり、2aより小である半導体チップ2cに対向する部
分近辺の冷却フィン22fは、冷却フィン7fより低
く、フィン8fより高い。そして、冷却フィン22fの
溝23hは、溝9hより浅く、溝10hより深い。
【0027】したがって、本発明の第2の実施形態によ
れば、基板に搭載された半導体チップの温度を一様に、
かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの冷却
機構を実現することができる。
れば、基板に搭載された半導体チップの温度を一様に、
かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの冷却
機構を実現することができる。
【0028】以上の実施形態は、積極的には冷却フィン
に冷媒を通過させることは無い場合の例であるが、次
に、積極的に冷却フィンに冷媒を通過させる場合の例に
ついての実施形態を説明する。
に冷媒を通過させることは無い場合の例であるが、次
に、積極的に冷却フィンに冷媒を通過させる場合の例に
ついての実施形態を説明する。
【0029】ここで、本発明の実施形態との比較のた
め、先に図9に示した従来におけるMCM構造の冷却構
造に関する部分の分解斜視図である図10を参照して、
従来技術における冷却構造を説明する。図10におい
て、冷却フィン4と冷却装置カバー16を組み合わせて
冷却装置が構成される。冷却フィン4と冷却装置カバー
16の接合方法としては、溶接するか、あるいはOリン
グを介してボルトで締め付けることによって冷却水が洩
れないような構造とする。
め、先に図9に示した従来におけるMCM構造の冷却構
造に関する部分の分解斜視図である図10を参照して、
従来技術における冷却構造を説明する。図10におい
て、冷却フィン4と冷却装置カバー16を組み合わせて
冷却装置が構成される。冷却フィン4と冷却装置カバー
16の接合方法としては、溶接するか、あるいはOリン
グを介してボルトで締め付けることによって冷却水が洩
れないような構造とする。
【0030】冷却装置カバー16には流路隔壁17が設
けられ、組み立てた際にこの隔壁17が冷却フィン4の
前緑及び後緑に隙間なく接するようにすることにより、
各々の流路を分割する。
けられ、組み立てた際にこの隔壁17が冷却フィン4の
前緑及び後緑に隙間なく接するようにすることにより、
各々の流路を分割する。
【0031】図11は、図10のI−IIの線に沿って
切った縦断面図を示す。図11において、冷却フィン7
f、8fの高さと溝9h、10hの深さが一様になって
いる。このため、比較的発熱量が大きい半導体チップ2
a、比較的発熱量が少ない半導体チップ2bに対して、
同程度の冷却能力を有することとなり、各半導体チップ
の温度が不均一となる。
切った縦断面図を示す。図11において、冷却フィン7
f、8fの高さと溝9h、10hの深さが一様になって
いる。このため、比較的発熱量が大きい半導体チップ2
a、比較的発熱量が少ない半導体チップ2bに対して、
同程度の冷却能力を有することとなり、各半導体チップ
の温度が不均一となる。
【0032】次に、本発明の第3の実施形態であって、
積極的に冷却フィンに冷媒を通過させる場合に適用した
例を説明する。図3は、本発明の第3の実施形態である
マルチチップモジュールの概略断面図であり、図11に
対応する図である。図3において、放熱するための冷却
フィン7fの溝9hの深さを比較的発熱量が大きい半導
体チップ2aに対しては深く、比較的発熱量が少ない2
bに対しては冷却フィン8fの溝10hを浅くすること
により半導体チップ2a、2bが効率良く放熱され、こ
れらの温度が一様となる。
積極的に冷却フィンに冷媒を通過させる場合に適用した
例を説明する。図3は、本発明の第3の実施形態である
マルチチップモジュールの概略断面図であり、図11に
対応する図である。図3において、放熱するための冷却
フィン7fの溝9hの深さを比較的発熱量が大きい半導
体チップ2aに対しては深く、比較的発熱量が少ない2
bに対しては冷却フィン8fの溝10hを浅くすること
により半導体チップ2a、2bが効率良く放熱され、こ
れらの温度が一様となる。
【0033】図4は、本発明の第3の実施形態の断面図
であり、図10のIII−IV線に沿った断面に対応す
る部分の縦断面図である。これは、冷却フィン間に形成
された冷却流路である冷却フィンの溝5の深さが、溝5
の各部分毎に対応する位置の半導体チップの発熱量毎に
異なるように構成したものである。
であり、図10のIII−IV線に沿った断面に対応す
る部分の縦断面図である。これは、冷却フィン間に形成
された冷却流路である冷却フィンの溝5の深さが、溝5
の各部分毎に対応する位置の半導体チップの発熱量毎に
異なるように構成したものである。
【0034】以上のように、本発明の第3の実施形態に
おいても、基板に搭載された半導体チップの温度を一様
に、かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの
冷却機構を実現することができる。
おいても、基板に搭載された半導体チップの温度を一様
に、かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの
冷却機構を実現することができる。
【0035】次に、本発明の第4実施形態を図5に示
す。この図5は、図3と同様に、図11に対応する図で
ある。この図5の例は、図3の例の冷却構造の加え、比
較的発熱量が大きい半導体チップ2aに対する冷却フィ
ン7fを高くし、冷却フィン4の表面積を増やし、比較
的発熱量が少ない2bに対する冷却フィン8fを低くし
て、冷却フィン4の表面積を減らす。
す。この図5は、図3と同様に、図11に対応する図で
ある。この図5の例は、図3の例の冷却構造の加え、比
較的発熱量が大きい半導体チップ2aに対する冷却フィ
ン7fを高くし、冷却フィン4の表面積を増やし、比較
的発熱量が少ない2bに対する冷却フィン8fを低くし
て、冷却フィン4の表面積を減らす。
【0036】これにより、発熱量が異なる半導体チップ
の放熱を効率良く行うことができ、半導体チップの温度
を一様に維持することができる。つまり、本発明の第4
の実施形態においても、基板に搭載された半導体チップ
の温度を一様に、かつ効率良く冷却し得るマルチチップ
モジュールの冷却機構を実現することができる。
の放熱を効率良く行うことができ、半導体チップの温度
を一様に維持することができる。つまり、本発明の第4
の実施形態においても、基板に搭載された半導体チップ
の温度を一様に、かつ効率良く冷却し得るマルチチップ
モジュールの冷却機構を実現することができる。
【0037】図12は、図10に示した従来例の冷却装
置の横断面図である。この図12において、冷却装置
は、互いに平行な冷媒流路から構成されており、図12
の左側面が閉じられ、右側面が開放されたフィン24
と、図12の右側面が閉じられ、左側面が開放されたフ
ィン25と、図12の左側面が閉じられ、右側面が開放
されたフィン26とを備えている。
置の横断面図である。この図12において、冷却装置
は、互いに平行な冷媒流路から構成されており、図12
の左側面が閉じられ、右側面が開放されたフィン24
と、図12の右側面が閉じられ、左側面が開放されたフ
ィン25と、図12の左側面が閉じられ、右側面が開放
されたフィン26とを備えている。
【0038】これらフィン24、25、26は、図12
の左右側面共に開放された他の複数のフィン27の間に
形成され、所定の数(図12の例では4つ)のフィン2
7毎に形成されている。これにより、流路は、蛇行する
形状(S字型の形状を含む形状)となっている。なお、
図12中の矢印は冷却水の流れ方向を示している。
の左右側面共に開放された他の複数のフィン27の間に
形成され、所定の数(図12の例では4つ)のフィン2
7毎に形成されている。これにより、流路は、蛇行する
形状(S字型の形状を含む形状)となっている。なお、
図12中の矢印は冷却水の流れ方向を示している。
【0039】入口13から流入した冷却水は、まず図1
2の右方向に流れてフィン27間をを抜ける。これが上
流側流路18である。次に、冷却水ターン部18aで流
れ方向を反転させ、図12の左方向に流れてフィン27
間を抜ける。これが中央流路19である。さらに、第2
のターン部19aで再び反転し、右方向に流れてフィン
間を抜ける。これが下流側流路20である。最後に冷却
水は、第3のターン部20aで反転し、左方向に流れて
出口14より排出される。これが最下流路21である。
2の右方向に流れてフィン27間をを抜ける。これが上
流側流路18である。次に、冷却水ターン部18aで流
れ方向を反転させ、図12の左方向に流れてフィン27
間を抜ける。これが中央流路19である。さらに、第2
のターン部19aで再び反転し、右方向に流れてフィン
間を抜ける。これが下流側流路20である。最後に冷却
水は、第3のターン部20aで反転し、左方向に流れて
出口14より排出される。これが最下流路21である。
【0040】ここで、冷却水は上流側、中間、下流側の
流路を続けて流れるので、その流量は一定であるが、冷
却水は半導体チップから放出された熱を吸収しつつ下流
側に流れて行くので下流ほど水温が上昇する。
流路を続けて流れるので、その流量は一定であるが、冷
却水は半導体チップから放出された熱を吸収しつつ下流
側に流れて行くので下流ほど水温が上昇する。
【0041】図13は図12のV〜VI線に沿って切っ
た縦断面図である。この従来技術における図13の例に
おいて、冷却フィンの溝の深さ、冷却フィンの高さは、
上流側、中間、下流側の流路に関係なく一様となってい
る。
た縦断面図である。この従来技術における図13の例に
おいて、冷却フィンの溝の深さ、冷却フィンの高さは、
上流側、中間、下流側の流路に関係なく一様となってい
る。
【0042】次に、本発明の第5実施形態の概略断面図
を図6に示す。図6において、冷却フィンの溝の深さ1
0hを上流側の冷却流路18から順に下流側の冷却流路
21に向かって深くしてある。これは、図6の冷却の構
造によれば、上流側は流速が大きく水温が低く下流側で
は流速が小さく水温が上昇することを考慮してある。つ
まり、上流側(冷却流路の入口側)の冷却フィンの溝1
0hを浅くし流速による圧力を考慮し、下流側(冷却流
路の出口側)に向かって冷却フィンの溝9hを深くする
ことで、下流側程、熱の吸収を良くすることができる。
を図6に示す。図6において、冷却フィンの溝の深さ1
0hを上流側の冷却流路18から順に下流側の冷却流路
21に向かって深くしてある。これは、図6の冷却の構
造によれば、上流側は流速が大きく水温が低く下流側で
は流速が小さく水温が上昇することを考慮してある。つ
まり、上流側(冷却流路の入口側)の冷却フィンの溝1
0hを浅くし流速による圧力を考慮し、下流側(冷却流
路の出口側)に向かって冷却フィンの溝9hを深くする
ことで、下流側程、熱の吸収を良くすることができる。
【0043】これにより、本発明の第5の実施形態によ
れば、基板に搭載された半導体チップの温度を一様に、
かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの冷却
機構を実現することができる。
れば、基板に搭載された半導体チップの温度を一様に、
かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの冷却
機構を実現することができる。
【0044】次に、本発明の第6の実施形態を図7に示
す。図7に示した例は、図6に示した例の冷却構造に加
え、上流側の冷却流路18から順に下流側の冷却流路2
1に向かって冷却フィンの溝の深さ9hを深くすると共
に、冷却フィンの高さ7fを高くする構成となってい
る。これにより、冷却フィン4の表面積を増やし、上流
側に比べ媒体温度が高い下流側の熱を効率良く放出する
ことができる。
す。図7に示した例は、図6に示した例の冷却構造に加
え、上流側の冷却流路18から順に下流側の冷却流路2
1に向かって冷却フィンの溝の深さ9hを深くすると共
に、冷却フィンの高さ7fを高くする構成となってい
る。これにより、冷却フィン4の表面積を増やし、上流
側に比べ媒体温度が高い下流側の熱を効率良く放出する
ことができる。
【0045】これにより、本発明の第6の実施形態によ
れば、基板に搭載された半導体チップの温度を一様に、
かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの冷却
機構を実現することができる。
れば、基板に搭載された半導体チップの温度を一様に、
かつ効率良く冷却し得るマルチチップモジュールの冷却
機構を実現することができる。
【0046】なお、上述した例においては、複数の放熱
フィンを用いた場合の例であるが、フィンに限らず、複
数のピン状のものを放熱用部材として用いたものにも、
本発明は適用可能である。
フィンを用いた場合の例であるが、フィンに限らず、複
数のピン状のものを放熱用部材として用いたものにも、
本発明は適用可能である。
【0047】
【発明の効果】本発明によれば、比較的発熱量の大きな
半導体チップに対する放熱フィンの溝の深くし、比較的
発熱量が小さいチップ対する放熱フィンの溝を浅くする
ことにより、熱の吸収を半導体チップの発熱量毎に制御
でき、発熱量がそれぞれ異なる半導体チップを搭載され
たマルチチップモジュールの全ての半導体チップを一様
に、かつ効率良く冷却することができる。
半導体チップに対する放熱フィンの溝の深くし、比較的
発熱量が小さいチップ対する放熱フィンの溝を浅くする
ことにより、熱の吸収を半導体チップの発熱量毎に制御
でき、発熱量がそれぞれ異なる半導体チップを搭載され
たマルチチップモジュールの全ての半導体チップを一様
に、かつ効率良く冷却することができる。
【0048】また、冷却フィンの溝の深さを上流側の冷
却流路から順に下流側に向かって深くすることにより、
冷却装置内部で上流側の流路と下流側の流路との冷却能
力を等しくすることができので、基板上の下流側に実装
された半導体チップと下流側に実装された半導体チップ
の温度差を小さくすることができる。
却流路から順に下流側に向かって深くすることにより、
冷却装置内部で上流側の流路と下流側の流路との冷却能
力を等しくすることができので、基板上の下流側に実装
された半導体チップと下流側に実装された半導体チップ
の温度差を小さくすることができる。
【0049】また、半導体の温度は信号遅延に影響する
ので、半導体間の温度差を小さくすることによって電子
計算機の動作を安定させることができる。
ので、半導体間の温度差を小さくすることによって電子
計算機の動作を安定させることができる。
【図1】本発明の第1の実施形態であるマルチチップモ
ジュールの概略断面図である。
ジュールの概略断面図である。
【図2】本発明の第2の実施形態であるマルチチップモ
ジュールの概略断面図である。
ジュールの概略断面図である。
【図3】本発明の第3の実施形態であるマルチチップモ
ジュールの概略断面図である。
ジュールの概略断面図である。
【図4】本発明の第3の実施形態であるマルチチップモ
ジュールの他の面の概略断面図である。
ジュールの他の面の概略断面図である。
【図5】本発明の第4の実施形態であるマルチチップモ
ジュールの概略断面図である。
ジュールの概略断面図である。
【図6】本発明の第5の実施形態であるマルチチップモ
ジュールの概略断面図である。
ジュールの概略断面図である。
【図7】本発明の第6の実施形態であるマルチチップモ
ジュールの概略断面図である。
ジュールの概略断面図である。
【図8】基板に複数のチップが搭載された従来のマルチ
チップモジュールの一例の概略断面図である。
チップモジュールの一例の概略断面図である。
【図9】従来のマルチチップモジュールであって、基板
に発熱量が大きいチップと発熱量が少ないチップを搭載
した例を示す断面図である。
に発熱量が大きいチップと発熱量が少ないチップを搭載
した例を示す断面図である。
【図10】従来におけるMCM構造の冷却構造に関する
部分の分解斜視図である。
部分の分解斜視図である。
【図11】図10のI−IIの線に沿って切った縦断面
図である。従来の冷却構造の冷却フィンの水平方向に切
った横断面図である。
図である。従来の冷却構造の冷却フィンの水平方向に切
った横断面図である。
【図12】図10に示した従来例の冷却装置の横断面図
である。
である。
【図13】図12のV〜VI線に沿って切った縦断面図
である。
である。
1 基板 2a 発熱量の大きい半導体チップ 2b 発熱量の小さい半導体チップ 2c 発熱量が中間の半導体チップ 3 外部リード線 4 冷却フィン 5 冷却フィンの溝 6 熱伝導部材 7f 冷却フィンの高さ 8f 冷却フィンの高さ 9h 冷却フィンの溝の深さ 10h 冷却フィンの溝の深さ 11 熱伝導部材 12 接続ピン 13 冷却水入口 14 冷却水出口 15 冷却装置ケース 16 冷却カバー 17 流路隔壁 18 冷却水上流路部 18a 冷却水ターン部 19 冷却水中央流路部 19a 冷却水ターン部 20 冷却水中央流路部 20a 冷却水ターン部 21 冷却水下流路部 24、25 フィン 26、27 フィン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 町田 隆志 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Fターム(参考) 5F036 AA01 BA04 BA10 BA26 BB01 BB05 BB41 BE01
Claims (6)
- 【請求項1】複数の半導体チップが基板上に配置され、
板状部材に複数の凸状放熱部材が形成された放熱手段に
より上記複数の半導体チップが発する熱を放散させるマ
ルチチップモジュールにおいて、 上記基板上に配置された複数の半導体チップの、それぞ
れの発熱量に基づいて、各半導体チップに対応する、上
記放熱手段の板状部材の部分の厚さが決定されているこ
とを特徴とするマルチチップモジュール。 - 【請求項2】請求項1記載のマルチチップモジュールに
おいて、上記基板上に配置された複数の半導体チップの
うち発熱量の大きい半導体チップに対応する上記放熱手
段の板状部材の部分の厚みは、上記発熱量が大きい半導
体チップより発熱量が小の半導体チップに対応する上記
放熱手段の板状部材の部分の厚みより薄く、上記発熱量
の大きい半導体チップに対応する上記放熱手段の凸状部
材の高さは、上記発熱量が小の半導体チップに対応する
凸状部材の高さより高いことを特徴とするマルチチップ
モジュール。 - 【請求項3】複数の半導体チップが基板上に配置され、
複数の冷却フィンを互いに平行に配置することにより冷
却媒体の冷却流路が形成された冷却手段を有し、この冷
却手段により上記複数の半導体チップを冷却するマルチ
チップモジュールにおいて、 上記複数の半導体チップのうち、発熱量の大きい半導体
チップに対応する上記冷却手段の冷却フィンの溝は、上
記発熱量が大きい半導体チップより発熱量が小の半導体
チップに対応する上記冷却手段の溝より深いことを特徴
とするマルチチップモジュール。 - 【請求項4】請求項3記載のマルチチップモジュールに
おいて、上記基板上に配置された複数の半導体チップの
うち発熱量の大きい半導体チップに対応する上記冷却手
段の冷却フィンの高さは、上記発熱量が大きい半導体チ
ップより発熱量が小の半導体チップに対応する上記冷却
手段の冷却フィンの高さより高いことを特徴とするマル
チチップモジュール。 - 【請求項5】複数の半導体チップが基板上に配置され、
複数の冷却フィンを互いに平行に配置することにより冷
却媒体の冷却流路が形成された冷却手段を有し、この冷
却手段により上記複数の半導体チップを冷却するマルチ
チップモジュールにおいて、 上記冷却媒体の冷却流路の入口側と出口側で冷却フィン
の溝の深さが異なることを特徴とするマルチチップモジ
ュール。 - 【請求項6】請求項5記載のマルチチップモジュールに
おいて、上記冷却フィンの溝の深さは、冷却流路の入口
側から出口側に向かうにつれて深くなることを特徴とす
るマルチチップモジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18375199A JP2001015675A (ja) | 1999-06-29 | 1999-06-29 | マルチチップモジュール |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18375199A JP2001015675A (ja) | 1999-06-29 | 1999-06-29 | マルチチップモジュール |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001015675A true JP2001015675A (ja) | 2001-01-19 |
Family
ID=16141347
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18375199A Pending JP2001015675A (ja) | 1999-06-29 | 1999-06-29 | マルチチップモジュール |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001015675A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2023390A1 (en) * | 2007-08-09 | 2009-02-11 | Shinko Electric Industries Co., Ltd. | Semiconductor device |
WO2012014717A1 (ja) | 2010-07-26 | 2012-02-02 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体デバイスの製造方法 |
CN103415182A (zh) * | 2013-07-19 | 2013-11-27 | 昆山维金五金制品有限公司 | 一种散热片 |
JP2016195227A (ja) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | 三協立山株式会社 | ヒートシンク |
-
1999
- 1999-06-29 JP JP18375199A patent/JP2001015675A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2023390A1 (en) * | 2007-08-09 | 2009-02-11 | Shinko Electric Industries Co., Ltd. | Semiconductor device |
US7952191B2 (en) | 2007-08-09 | 2011-05-31 | Shinko Electric Industries Co., Ltd. | Semiconductor device |
WO2012014717A1 (ja) | 2010-07-26 | 2012-02-02 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体デバイスの製造方法 |
US8828873B2 (en) | 2010-07-26 | 2014-09-09 | Hamamatsu Photonics K.K. | Method for manufacturing semiconductor device |
CN103415182A (zh) * | 2013-07-19 | 2013-11-27 | 昆山维金五金制品有限公司 | 一种散热片 |
JP2016195227A (ja) * | 2015-03-31 | 2016-11-17 | 三協立山株式会社 | ヒートシンク |
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