JP3018554B2 - 半導体モジュ−ル及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体チップを内蔵する
半導体モジュ−ルに係り、特にモジュ−ル内の半導体チ
ップの冷却に好適な半導体モジュ−ルに関するものであ
る。
半導体モジュ−ルに係り、特にモジュ−ル内の半導体チ
ップの冷却に好適な半導体モジュ−ルに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体モジュ−ルの基板に実装された半
導体チップを冷却するにはチップと冷却ジャッケットと
の熱的接続が重要であり、好ましくはチップと冷却ジャ
ッケットとを直接接続するのがしよい。しかし、一般に
基板上のチップには、実装高さのばらつきがあるため、
直接接続することは難しい。
導体チップを冷却するにはチップと冷却ジャッケットと
の熱的接続が重要であり、好ましくはチップと冷却ジャ
ッケットとを直接接続するのがしよい。しかし、一般に
基板上のチップには、実装高さのばらつきがあるため、
直接接続することは難しい。
【０００３】半導体チップに冷却ジャケットを一様に接
触させる方法として、米国特許第４，５６１，０１１号
に記載されたものがある。その図を参照すると、基板に
実装された半導体チップの高さは基板の反り、チップと
基板との接続部の寸法ばらつきなどのためにばらついて
いる。そこでこの従来技術ではチップと該チップ上に配
置された熱伝導部材の間に熱伝導性接着剤を挾み、該接
着剤がかたまる際に冷却ジャケットを熱伝導部材に押し
当て、冷却ジャケットと熱伝導部材間の隙間が一様にな
るように熱伝導部材の高さを調整している。
触させる方法として、米国特許第４，５６１，０１１号
に記載されたものがある。その図を参照すると、基板に
実装された半導体チップの高さは基板の反り、チップと
基板との接続部の寸法ばらつきなどのためにばらついて
いる。そこでこの従来技術ではチップと該チップ上に配
置された熱伝導部材の間に熱伝導性接着剤を挾み、該接
着剤がかたまる際に冷却ジャケットを熱伝導部材に押し
当て、冷却ジャケットと熱伝導部材間の隙間が一様にな
るように熱伝導部材の高さを調整している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の方
法の実施にあたり次の問題が生じる。すなわちチップの
高さがばらついているため、熱伝導性接着剤の必要量が
チップごとに異なる。また、高さの高いチップと低いチ
ップに同一量の接着剤を供給した場合には、一般には接
着剤に対し接着面は濡れ性の良い材料を使用するため、
高さの低いチップでも接着剤は接着面全面に濡れ広が
り、この結果、高さの低いチップでは熱を伝えるための
接着剤と冷却ジャケットとの間に空隙を生じ、伝熱性能
が低下する。さらに、高さの低いチップに適切な量の接
着剤を供給した場合には、高さの高いチップでは接着剤
が多すぎ、余分な接着剤がチップ接続部に流れ出した
り、可動物となって、ショ−トなどの障害を生じる欠点
があった。従って、接着剤の量を各チップごとに調整す
るなどの対策が必要であった。
法の実施にあたり次の問題が生じる。すなわちチップの
高さがばらついているため、熱伝導性接着剤の必要量が
チップごとに異なる。また、高さの高いチップと低いチ
ップに同一量の接着剤を供給した場合には、一般には接
着剤に対し接着面は濡れ性の良い材料を使用するため、
高さの低いチップでも接着剤は接着面全面に濡れ広が
り、この結果、高さの低いチップでは熱を伝えるための
接着剤と冷却ジャケットとの間に空隙を生じ、伝熱性能
が低下する。さらに、高さの低いチップに適切な量の接
着剤を供給した場合には、高さの高いチップでは接着剤
が多すぎ、余分な接着剤がチップ接続部に流れ出した
り、可動物となって、ショ−トなどの障害を生じる欠点
があった。従って、接着剤の量を各チップごとに調整す
るなどの対策が必要であった。
【０００５】本発明の目的は、基板に実装された各半導
体チップ間に高さばらつきが有っても必要部分には必ず
接着剤が充填され、かつ余分の接着剤を吸収して流れ出
しのない構造の半導体モジュ−ル及びその製造方法を得
ることにある。
体チップ間に高さばらつきが有っても必要部分には必ず
接着剤が充填され、かつ余分の接着剤を吸収して流れ出
しのない構造の半導体モジュ−ル及びその製造方法を得
ることにある。
【０００６】本発明の他の目的は、常に接着剤充填部に
は充分な量の接着剤を満たして伝熱性能のよい半導体モ
ジュ−ルを得ると共に、余分な接着剤の流れ出しによる
チップ接続部への損傷を防止することにある。
は充分な量の接着剤を満たして伝熱性能のよい半導体モ
ジュ−ルを得ると共に、余分な接着剤の流れ出しによる
チップ接続部への損傷を防止することにある。
【０００７】本発明の更に他の目的は、余分な量の接着
剤だけを自動的に一定の場所に保持できるようにして、
伝熱性能のよい半導体モジュ−ルを容易に製作できるよ
うにすることにある。
剤だけを自動的に一定の場所に保持できるようにして、
伝熱性能のよい半導体モジュ−ルを容易に製作できるよ
うにすることにある。
【０００８】本発明の更に他の目的は、余分な接着剤が
チップ接続部に流れ出すというような心配がなくかつ伝
熱性能のよい半導体モジュ−ルの製造方法を得ることに
ある。
チップ接続部に流れ出すというような心配がなくかつ伝
熱性能のよい半導体モジュ−ルの製造方法を得ることに
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的は、例えば、基
板に実装された半導体チップと、これを冷却する冷却ジ
ャケットと、前記冷却ジャケットと半導体チップとの間
に設けられた熱伝導部材とを有する半導体モジュ−ルに
おいて、前記半導体チップと前記熱伝導部材との間に介
在された熱伝導性流体と、前記熱伝導部材と前記冷却ジ
ャケットとの間に介在され、前記熱伝導部材を前記冷却
ジャケットに固着する熱伝導性接着剤と、前記接着剤に
よる固着部分を囲むように、前記熱伝導部材および前記
冷却ジャケットに形成された接着剤に濡れない部分とを
有することにより解決される。
板に実装された半導体チップと、これを冷却する冷却ジ
ャケットと、前記冷却ジャケットと半導体チップとの間
に設けられた熱伝導部材とを有する半導体モジュ−ルに
おいて、前記半導体チップと前記熱伝導部材との間に介
在された熱伝導性流体と、前記熱伝導部材と前記冷却ジ
ャケットとの間に介在され、前記熱伝導部材を前記冷却
ジャケットに固着する熱伝導性接着剤と、前記接着剤に
よる固着部分を囲むように、前記熱伝導部材および前記
冷却ジャケットに形成された接着剤に濡れない部分とを
有することにより解決される。
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】また、例えば、複数の半導体チップを実装
した基板における各チップの実装高さと同じものを模擬
手段によって模擬し、前記模擬手段と熱伝導部材との間
に熱伝導性接着剤をおいて、これを加熱しながら前記模
擬手段に一定量押しつけることによって、実装された各
チップの高さばらつきを補完した厚さをもつ接着剤の層
を有する伝熱部材を得、次にこの得られた伝熱部材を前
記実装された各チップと実冷却ジャケットとの間に介在
させ、各伝熱部材と各チップの間及び各伝熱部材と冷却
ジャケットとの間にそれぞれ熱伝導性流体を介在させ
て、前記基板と実冷却ジャケットとを結合することによ
り解決される。
した基板における各チップの実装高さと同じものを模擬
手段によって模擬し、前記模擬手段と熱伝導部材との間
に熱伝導性接着剤をおいて、これを加熱しながら前記模
擬手段に一定量押しつけることによって、実装された各
チップの高さばらつきを補完した厚さをもつ接着剤の層
を有する伝熱部材を得、次にこの得られた伝熱部材を前
記実装された各チップと実冷却ジャケットとの間に介在
させ、各伝熱部材と各チップの間及び各伝熱部材と冷却
ジャケットとの間にそれぞれ熱伝導性流体を介在させ
て、前記基板と実冷却ジャケットとを結合することによ
り解決される。
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【作用】上記本発明の半導体モジュ−ルによれば、接着
剤を充填する必要の有る部分（固着部分または充填部
分）の外側に接着剤に対し非親和性の濡れない部分を設
けることによって、濡れない部分が熱伝導性接着剤の濡
れ広がりに対する抵抗となり、接着剤が必要以上に濡れ
広がるのを防止できる。したがって、必要部分に接着剤
が充分に充填された後に余分な接着剤のみを前記充填部
分から押しだすことができるから、伝熱性能の良い半導
体モジュ−ルが得られる。
剤を充填する必要の有る部分（固着部分または充填部
分）の外側に接着剤に対し非親和性の濡れない部分を設
けることによって、濡れない部分が熱伝導性接着剤の濡
れ広がりに対する抵抗となり、接着剤が必要以上に濡れ
広がるのを防止できる。したがって、必要部分に接着剤
が充分に充填された後に余分な接着剤のみを前記充填部
分から押しだすことができるから、伝熱性能の良い半導
体モジュ−ルが得られる。
【００２１】特に、前記濡れない部分の外側に溜めを設
けたものでは、前記接着剤に余分が生じた場合にこれを
吸収するので、実装高さの異なるチップすべてに対し要
求される最大量の接着剤を供給しても、余分の接着剤を
この溜めに吸収させることができ、接着剤流出によるシ
ョ−トなどの障害を防ぐことができると共に、チップ背
面に充分な量の接着剤の層を形成できる。また、各チッ
プの高さばらつきに対応して接着剤の量を調整する必要
はなく、作業が容易になる。
けたものでは、前記接着剤に余分が生じた場合にこれを
吸収するので、実装高さの異なるチップすべてに対し要
求される最大量の接着剤を供給しても、余分の接着剤を
この溜めに吸収させることができ、接着剤流出によるシ
ョ−トなどの障害を防ぐことができると共に、チップ背
面に充分な量の接着剤の層を形成できる。また、各チッ
プの高さばらつきに対応して接着剤の量を調整する必要
はなく、作業が容易になる。
【００２２】更に、模擬ＬＳＩによって仮想固着作業を
行うものでは、余分の接着剤が流れ出しても実機に障害
を与える心配はなく、この場合には接着剤に対し濡れな
い部分や接着剤の溜めを敢えて設ける必要もない。ま
た、複数の熱伝導部材間に接着剤を配置した伝熱部材を
使用するものでは、前記伝熱部材をチップや冷却ジャケ
ットから自由に取外すことが可能となり、チップ交換時
の作業が容易となり、かつ実モジュ−ル上だけではな
く、模擬ＬＳＩや模擬冷却ジャケットを用いた模擬モジ
ュ−ル上でも作ることができ、実モジュ−ル上への接着
剤流出による障害発生を防ぐことができる。
行うものでは、余分の接着剤が流れ出しても実機に障害
を与える心配はなく、この場合には接着剤に対し濡れな
い部分や接着剤の溜めを敢えて設ける必要もない。ま
た、複数の熱伝導部材間に接着剤を配置した伝熱部材を
使用するものでは、前記伝熱部材をチップや冷却ジャケ
ットから自由に取外すことが可能となり、チップ交換時
の作業が容易となり、かつ実モジュ−ル上だけではな
く、模擬ＬＳＩや模擬冷却ジャケットを用いた模擬モジ
ュ−ル上でも作ることができ、実モジュ−ル上への接着
剤流出による障害発生を防ぐことができる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。図１では、基板１上に半田ボ−ルなどの接続部３に
より実装された半導体チップ２を保護するために、冷却
ジャケット４と一体になった筐体により封止部５で封止
している。チップ２の実装高さばらつきを吸収し、チッ
プ２と冷却ジャケット４の熱的接続を図るために熱伝導
部材６が半田などの熱伝導性接着剤７により、冷却ジャ
ケットに固着されている。熱伝導性接着剤７の好適な例
としては、錫−鉛系半田や錫−銀系半田がある。
る。図１では、基板１上に半田ボ−ルなどの接続部３に
より実装された半導体チップ２を保護するために、冷却
ジャケット４と一体になった筐体により封止部５で封止
している。チップ２の実装高さばらつきを吸収し、チッ
プ２と冷却ジャケット４の熱的接続を図るために熱伝導
部材６が半田などの熱伝導性接着剤７により、冷却ジャ
ケットに固着されている。熱伝導性接着剤７の好適な例
としては、錫−鉛系半田や錫−銀系半田がある。
【００２４】この構造におけるチップ高さばらつきの吸
収方法を図５及び図６により説明する。図５では、基板
１上に実装されたチップ２上に熱伝導部材６をおき、こ
の上に半田などの熱伝導性接着剤７のブロックを置く。
この状態で温度を上げて接着剤を溶かし、冷却ジャッケ
ト４を押しつけることにより、チップ２の高さばらつき
を補完した厚さを有する接着剤層をつくる。冷却ジャケ
ット４及び熱伝導部材６にはそれぞれ接着剤の濡れない
部分（非親和性部分）８がチップ背面に相当する部分の
外側に設けられており、さらにその外側に余分な接着剤
を保持するための溜め９が形成されている。この溜め９
の部分は接着剤が濡れやすい構造となっている。溶けた
接着剤に余分がある場合、一定の圧力を受けると図６に
示したようにチップ背面部分から押し出される。この接
着剤先端が濡れない部分８を超えて溜め９に接触する
と、余分な接着剤が溜め９へ流れ出しこの部分に溜る。
冷却ジャケット４と熱伝導部材６の位置が決まると接着
剤を押し出す力が無くなり、図７のように接着剤は濡れ
ない部分で切れ、必要以上に溜め９に流れだすことは無
い。したがって、本実施例によれば、接着剤が余分にあ
っても余分な量だけ溜め９に吸収できるから、余分な接
着剤がチップ接続部に流れ出してチップに損傷を生じる
のを防止できるだけでなく、必要以上に溜め９に流れ出
してチップ背面に形成された接着剤層に空隙を生じるこ
ともなく、良好な伝熱性能を得ることができる。溜め９
の容積は、チップ高さがもっとも高いチップでは接着剤
層の厚さが０に成り得ることを考えると、供給される接
着剤の量以上である必要がある。図１ではさらに、チッ
プと熱伝導部材間にグリ−スなどの熱伝導性液体（熱伝
導性流体）１０をはさみ伝熱性能の向上を図っている。
また、前述の接着剤を溶かし、これに冷却ジャッケトを
接触させた時点で冷却ジャッケトを僅かに動かすと、接
着剤の表面張力により、冷却ジャケットと熱伝導部材と
の自動調心も図れる。
収方法を図５及び図６により説明する。図５では、基板
１上に実装されたチップ２上に熱伝導部材６をおき、こ
の上に半田などの熱伝導性接着剤７のブロックを置く。
この状態で温度を上げて接着剤を溶かし、冷却ジャッケ
ト４を押しつけることにより、チップ２の高さばらつき
を補完した厚さを有する接着剤層をつくる。冷却ジャケ
ット４及び熱伝導部材６にはそれぞれ接着剤の濡れない
部分（非親和性部分）８がチップ背面に相当する部分の
外側に設けられており、さらにその外側に余分な接着剤
を保持するための溜め９が形成されている。この溜め９
の部分は接着剤が濡れやすい構造となっている。溶けた
接着剤に余分がある場合、一定の圧力を受けると図６に
示したようにチップ背面部分から押し出される。この接
着剤先端が濡れない部分８を超えて溜め９に接触する
と、余分な接着剤が溜め９へ流れ出しこの部分に溜る。
冷却ジャケット４と熱伝導部材６の位置が決まると接着
剤を押し出す力が無くなり、図７のように接着剤は濡れ
ない部分で切れ、必要以上に溜め９に流れだすことは無
い。したがって、本実施例によれば、接着剤が余分にあ
っても余分な量だけ溜め９に吸収できるから、余分な接
着剤がチップ接続部に流れ出してチップに損傷を生じる
のを防止できるだけでなく、必要以上に溜め９に流れ出
してチップ背面に形成された接着剤層に空隙を生じるこ
ともなく、良好な伝熱性能を得ることができる。溜め９
の容積は、チップ高さがもっとも高いチップでは接着剤
層の厚さが０に成り得ることを考えると、供給される接
着剤の量以上である必要がある。図１ではさらに、チッ
プと熱伝導部材間にグリ−スなどの熱伝導性液体（熱伝
導性流体）１０をはさみ伝熱性能の向上を図っている。
また、前述の接着剤を溶かし、これに冷却ジャッケトを
接触させた時点で冷却ジャッケトを僅かに動かすと、接
着剤の表面張力により、冷却ジャケットと熱伝導部材と
の自動調心も図れる。
【００２５】この実施例において、図７のように半田が
切れるようにするためには、図８に示すように、濡れな
い部分７の幅をＬ、熱伝導接着剤を充填すべき間隙を
ａ、溜め９の入口の間隔をｂとすれば、 Ｌ＞（ａ＋
ｂ）／２ である必要がある。溜め９の面積を小さく
し、かつ接着剤を多く保持するためには、ｂを大きくす
る必要があるが、この場合にはＬを大きくする必要が生
じ、面積効率が悪くなる。このような場合には図９に示
したように、溜め９への入口部９ａの間隔を狭めると良
い。
切れるようにするためには、図８に示すように、濡れな
い部分７の幅をＬ、熱伝導接着剤を充填すべき間隙を
ａ、溜め９の入口の間隔をｂとすれば、 Ｌ＞（ａ＋
ｂ）／２ である必要がある。溜め９の面積を小さく
し、かつ接着剤を多く保持するためには、ｂを大きくす
る必要があるが、この場合にはＬを大きくする必要が生
じ、面積効率が悪くなる。このような場合には図９に示
したように、溜め９への入口部９ａの間隔を狭めると良
い。
【００２６】前述の実施例において、接着剤の濡れない
部分８は溝形になっているが、これは必ずしも溝形であ
る必要はない。例えば、接着剤として半田を用い、冷却
ジャケット４を金属製、熱伝導部材６をセラミック製と
した場合、図１０のように、冷却ジャケット４上に接着
剤の濡れない部分８を作るために、濡れ防止用の樹脂２
３を印刷するようにしても良い。また、セラミック製の
熱伝導部材６の場合には、接着剤充填部および接着剤の
溜めの部分にメタライズを施してメタライズ層２４を形
成し、濡れない部分８を形成しようとする部分はそのま
まにすれば良い。接着剤の濡れる部分と濡れない部分の
形としては、図１１のようにチップ背面に接着剤７の充
填部２５を形成するための濡れる部分の外周に濡れない
部分８を作り、その外側に接着剤の溜め９として濡れる
部分２６をつくる。この形では接着剤が１ヶ所から流れ
出しても溜め全体で吸収することができる。更に、各チ
ップに対応する接着剤が干渉し合わない用に各チップ領
域を区切るように濡れない部分２８を作る。図１１の形
ではマスクが作り難い場合には、図１２のように形成し
てもよい。すなわち、図１２ではチップ領域を区切る濡
れない部分２８の幅を大きくして干渉を防ぐと共に、チ
ップ外周の濡れない部分８は細くして、接着剤充填部２
５から溜め９の部分への接着剤の流れが起こり易いよう
に構成している。 なお、上述した実施例では、溜め９
の部分は接着剤に濡れる構成としているが、溜め９の部
分は必ずしも濡れる構成である必要はない。但し、この
場合には接着剤の流れ出しを防ぐため、図１３及び図１
４に示したように、接着剤を捕捉する構成とする必要が
ある。
部分８は溝形になっているが、これは必ずしも溝形であ
る必要はない。例えば、接着剤として半田を用い、冷却
ジャケット４を金属製、熱伝導部材６をセラミック製と
した場合、図１０のように、冷却ジャケット４上に接着
剤の濡れない部分８を作るために、濡れ防止用の樹脂２
３を印刷するようにしても良い。また、セラミック製の
熱伝導部材６の場合には、接着剤充填部および接着剤の
溜めの部分にメタライズを施してメタライズ層２４を形
成し、濡れない部分８を形成しようとする部分はそのま
まにすれば良い。接着剤の濡れる部分と濡れない部分の
形としては、図１１のようにチップ背面に接着剤７の充
填部２５を形成するための濡れる部分の外周に濡れない
部分８を作り、その外側に接着剤の溜め９として濡れる
部分２６をつくる。この形では接着剤が１ヶ所から流れ
出しても溜め全体で吸収することができる。更に、各チ
ップに対応する接着剤が干渉し合わない用に各チップ領
域を区切るように濡れない部分２８を作る。図１１の形
ではマスクが作り難い場合には、図１２のように形成し
てもよい。すなわち、図１２ではチップ領域を区切る濡
れない部分２８の幅を大きくして干渉を防ぐと共に、チ
ップ外周の濡れない部分８は細くして、接着剤充填部２
５から溜め９の部分への接着剤の流れが起こり易いよう
に構成している。 なお、上述した実施例では、溜め９
の部分は接着剤に濡れる構成としているが、溜め９の部
分は必ずしも濡れる構成である必要はない。但し、この
場合には接着剤の流れ出しを防ぐため、図１３及び図１
４に示したように、接着剤を捕捉する構成とする必要が
ある。
【００２７】すなわち、図１３の例では、金属性の冷却
ジャケット４の接着剤充填部２５以外にはすべて接着剤
の濡れ防止用の樹脂２３を塗布し、セラミック製の熱伝
導部材６には接着剤充填部２５にのみメタライズ層を形
成し、接着剤７である半田は充填部２５でのみ濡れ、余
分の半田は濡れない部分８に流れ出すようにすると共
に、濡れない部分８に流れ出した半田のすべてを吸収で
きるだけの容積をもつように構成し、半田は冷却ジャッ
ケト４と熱伝導部材６の間に溜るようにして、電気的接
続部等に流れ出すことを防止した構成としている。
ジャケット４の接着剤充填部２５以外にはすべて接着剤
の濡れ防止用の樹脂２３を塗布し、セラミック製の熱伝
導部材６には接着剤充填部２５にのみメタライズ層を形
成し、接着剤７である半田は充填部２５でのみ濡れ、余
分の半田は濡れない部分８に流れ出すようにすると共
に、濡れない部分８に流れ出した半田のすべてを吸収で
きるだけの容積をもつように構成し、半田は冷却ジャッ
ケト４と熱伝導部材６の間に溜るようにして、電気的接
続部等に流れ出すことを防止した構成としている。
【００２８】図１４の実施例では、セラミック製冷却ジ
ャケット４の一部を凸形に削りだし、その頂面にメタラ
イズ層２４を形成して接着剤７としての半田が濡れるよ
うにし、他方熱伝導部材６を前記冷却ジャケットの凸部
を囲むような凹形に形成して、その底面の半田固着した
い部分にだけメタライズ層２４を形成している。この構
造によっても、余分の半田を熱伝導部材６の凹部内に留
めることができ、電気的接続部に流れ出すのを防止でき
る。
ャケット４の一部を凸形に削りだし、その頂面にメタラ
イズ層２４を形成して接着剤７としての半田が濡れるよ
うにし、他方熱伝導部材６を前記冷却ジャケットの凸部
を囲むような凹形に形成して、その底面の半田固着した
い部分にだけメタライズ層２４を形成している。この構
造によっても、余分の半田を熱伝導部材６の凹部内に留
めることができ、電気的接続部に流れ出すのを防止でき
る。
【００２９】図１５は、熱伝導部材６をチップに固着す
るようにした本発明の他の例を示すものである。この例
はチップ側面を接着剤の濡れない部分８として利用した
例であり、接着剤７の層をチップ２の下面に形成する場
合に有効である。
るようにした本発明の他の例を示すものである。この例
はチップ側面を接着剤の濡れない部分８として利用した
例であり、接着剤７の層をチップ２の下面に形成する場
合に有効である。
【００３０】図１６は、２枚の熱伝導部材６の間に熱伝
導性接着剤７を挾むようにした本発明の他の例である。
この例では、チップとチップ側熱伝導部材との間、及び
冷却ジャケットと冷却ジャケット側熱伝導部材との間に
熱伝導性流体を介在させ、熱伝導部材の取外しを可能に
したものである。本実施例においても上記各実施例と同
様の効果を得ることができるとともに、チップ交換等の
補修作業を容易に行うことができる。
導性接着剤７を挾むようにした本発明の他の例である。
この例では、チップとチップ側熱伝導部材との間、及び
冷却ジャケットと冷却ジャケット側熱伝導部材との間に
熱伝導性流体を介在させ、熱伝導部材の取外しを可能に
したものである。本実施例においても上記各実施例と同
様の効果を得ることができるとともに、チップ交換等の
補修作業を容易に行うことができる。
【００３１】図１６に示したような取外し可能な熱伝導
部材６とする場合には、図１７に示したように熱伝導部
材側面を接着剤の濡れない部分８として利用することも
できる。この場合には、熱伝導部材の固着作業は実モジ
ュ−ル上で行わず、図１８に示したような方法を用いて
接着剤の流れ出しによるチップ接続部の損傷を防ぐこと
が有効である。すなわち、図１８に示すように、まず実
モジュ−ルにおける各チップ２の実装高さを高さ測定装
置３０によって測定する。次に、この測定された実モジ
ュ−ルの各チップ２の高さと同じものを、制御装置３１
を介しアクチュエ−タ３２で支えられた模擬ＬＳＩ３３
によって模擬し、この模擬ＬＳＩ３３と、前記実モジュ
−ルと結合される実冷却ジャケット４とを用いて仮想の
固着作業を仮想固着作業装置３４により行う。すなわ
ち、熱伝導部材６ａと６ｂとの間に半田などの熱伝導性
接着剤７のブロックをおき、これを実冷却ジャケットと
模擬ＬＳＩ間におき、この状態で温度を上げて接着剤を
溶かし、冷却ジャケットを押しつける。このようにする
ことによって、チップ２の高さばらつきを補完する厚さ
をもつ接着剤７の層を有する伝熱部材３５が得られる。
最後に、前記仮想固着作業装置３４で得られた伝熱部材
３５を前記実モジュ−ルの各チップと実冷却ジャケット
４との間に介在させ、各伝熱部材と各チップの間、及び
各伝熱部材と冷却ジャケットとの間にそれぞれ熱伝導性
流体を介在させて、実モジュ−ルと実冷却ジャケットと
を結合する。なお、この実施例では仮想固着作業を実冷
却ジャケットを用いて実施するようにしているが、必ず
しも実冷却ジャケットを用いる必要はなく、伝熱部材３
５を前記実モジュ−ルの各チップに対し一定量、すなわ
ち実モジュ−ルと実冷却ジャケットとを結合したとき熱
伝導部材６ｂと実冷却ジャケット４との内面がちょうど
接触するような伝熱部材の厚さになるように一定量押し
付けるようにすれば良い。また、もし実冷却ジャケット
を用いるのであれば、必ずしも二枚の熱伝導部材６ａと
６ｂを用いる必要はなく、熱伝導部材６ａと接着剤７の
みとし、仮想固着作業時に熱伝導部材６ａを実冷却ジャ
ケット４にチップ２の高さばらつきを補完した厚さをも
つ接着剤７の層により接着してしまい、その後この実冷
却ジャケット４と実モジュ−ルとを結合するようにして
も良い。
部材６とする場合には、図１７に示したように熱伝導部
材側面を接着剤の濡れない部分８として利用することも
できる。この場合には、熱伝導部材の固着作業は実モジ
ュ−ル上で行わず、図１８に示したような方法を用いて
接着剤の流れ出しによるチップ接続部の損傷を防ぐこと
が有効である。すなわち、図１８に示すように、まず実
モジュ−ルにおける各チップ２の実装高さを高さ測定装
置３０によって測定する。次に、この測定された実モジ
ュ−ルの各チップ２の高さと同じものを、制御装置３１
を介しアクチュエ−タ３２で支えられた模擬ＬＳＩ３３
によって模擬し、この模擬ＬＳＩ３３と、前記実モジュ
−ルと結合される実冷却ジャケット４とを用いて仮想の
固着作業を仮想固着作業装置３４により行う。すなわ
ち、熱伝導部材６ａと６ｂとの間に半田などの熱伝導性
接着剤７のブロックをおき、これを実冷却ジャケットと
模擬ＬＳＩ間におき、この状態で温度を上げて接着剤を
溶かし、冷却ジャケットを押しつける。このようにする
ことによって、チップ２の高さばらつきを補完する厚さ
をもつ接着剤７の層を有する伝熱部材３５が得られる。
最後に、前記仮想固着作業装置３４で得られた伝熱部材
３５を前記実モジュ−ルの各チップと実冷却ジャケット
４との間に介在させ、各伝熱部材と各チップの間、及び
各伝熱部材と冷却ジャケットとの間にそれぞれ熱伝導性
流体を介在させて、実モジュ−ルと実冷却ジャケットと
を結合する。なお、この実施例では仮想固着作業を実冷
却ジャケットを用いて実施するようにしているが、必ず
しも実冷却ジャケットを用いる必要はなく、伝熱部材３
５を前記実モジュ−ルの各チップに対し一定量、すなわ
ち実モジュ−ルと実冷却ジャケットとを結合したとき熱
伝導部材６ｂと実冷却ジャケット４との内面がちょうど
接触するような伝熱部材の厚さになるように一定量押し
付けるようにすれば良い。また、もし実冷却ジャケット
を用いるのであれば、必ずしも二枚の熱伝導部材６ａと
６ｂを用いる必要はなく、熱伝導部材６ａと接着剤７の
みとし、仮想固着作業時に熱伝導部材６ａを実冷却ジャ
ケット４にチップ２の高さばらつきを補完した厚さをも
つ接着剤７の層により接着してしまい、その後この実冷
却ジャケット４と実モジュ−ルとを結合するようにして
も良い。
【００３２】いずれにしても、上記各方法によれば、仮
想固着作業を行うので、余分な接着剤がチップ接続部に
流れ出すというような心配はなく、したがって図１に示
すような濡れない部分８を設けなくてもよいという効果
がある。
想固着作業を行うので、余分な接着剤がチップ接続部に
流れ出すというような心配はなく、したがって図１に示
すような濡れない部分８を設けなくてもよいという効果
がある。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、実モジュ−ルの各チッ
プの実装高さにばらつきがあっても熱伝導性接着剤の層
の厚さを前記各チップの実装高さにばらつきに対応させ
た厚さとすることができ、常に接着剤充填部には充分な
量の接着剤を満たすことができるから伝熱性能のよい半
導体モジュ−ルを得ることができると共に、接着剤の流
れ出しによるチップ接続部の損傷を防止できるという効
果がある。
プの実装高さにばらつきがあっても熱伝導性接着剤の層
の厚さを前記各チップの実装高さにばらつきに対応させ
た厚さとすることができ、常に接着剤充填部には充分な
量の接着剤を満たすことができるから伝熱性能のよい半
導体モジュ−ルを得ることができると共に、接着剤の流
れ出しによるチップ接続部の損傷を防止できるという効
果がある。
【００３４】特に、熱伝導部材や冷却ジャケット内面に
接着剤の濡れない部分や接着剤の溜めを設けることによ
って、余分な接着剤のみを接着剤の溜めに流して、その
余分な接着剤を溜めの部分に保持することができ、した
がって半導体モジュ−ルの製作が容易になる。
接着剤の濡れない部分や接着剤の溜めを設けることによ
って、余分な接着剤のみを接着剤の溜めに流して、その
余分な接着剤を溜めの部分に保持することができ、した
がって半導体モジュ−ルの製作が容易になる。
【００３５】さらに、仮想固着作業を行うようにした本
発明の半導体モジュ−ルの製造方法によれば、余分な接
着剤がチップ接続部に流れ出すというような心配はない
から、接着剤の濡れない部分や溜めを設けることなく伝
熱性能のよい半導体モジュ−ルを得ることができるとい
う効果がある。
発明の半導体モジュ−ルの製造方法によれば、余分な接
着剤がチップ接続部に流れ出すというような心配はない
から、接着剤の濡れない部分や溜めを設けることなく伝
熱性能のよい半導体モジュ−ルを得ることができるとい
う効果がある。
【図１】本発明の半導体モジュ−ルの一実施例を示す要
部断面図である。
部断面図である。
【図２】従来の半導体モジュ−ルの一例を示す要部断面
図である。
図である。
【図３】従来の半導体モジュ−ルの欠点を説明するため
の要部断面図である。
の要部断面図である。
【図４】従来の半導体モジュ−ルの欠点を説明するため
の要部断面図である。
の要部断面図である。
【図５】図１に示す本発明の一実施例の半導体モジュ−
ルの製造方法の一例を示す要部断面図である。
ルの製造方法の一例を示す要部断面図である。
【図６】本発明の一実施例における接着剤の濡れない部
分の役割を説明する要部断面図である。
分の役割を説明する要部断面図である。
【図７】本発明の一実施例における接着剤の濡れない部
分の役割を説明する要部断面図である。
分の役割を説明する要部断面図である。
【図８】本発明の一実施例における接着剤の濡れない部
分の必要寸法を説明するための断面図である。
分の必要寸法を説明するための断面図である。
【図９】接着剤溜めの部分の他の例を示す断面図であ
る。
る。
【図１０】接着剤充填部、濡れない部分、及び溜めの他
の例を示す断面図である。
の例を示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施例における冷却ジャケットの
内面構造を示す平面図である。
内面構造を示す平面図である。
【図１２】冷却ジャケットの内面構造の他の例を示す平
面図である。
面図である。
【図１３】接着剤充填部、濡れない部分、及び溜めのさ
らに他の例を示す断面図である。
らに他の例を示す断面図である。
【図１４】接着剤充填部、濡れない部分、及び溜めのさ
らに他の例を示す断面図である。
らに他の例を示す断面図である。
【図１５】接着剤充填部、濡れない部分、及び溜めのさ
らに他の例を示す断面図である。
らに他の例を示す断面図である。
【図１６】接着剤充填部、濡れない部分、及び溜めのさ
らに他の例を示す断面図である。
らに他の例を示す断面図である。
【図１７】熱伝導部材側面を接着剤の濡れない部分とし
て使用した例を示す伝熱部材の断面図である。
て使用した例を示す伝熱部材の断面図である。
【図１８】本発明の半導体モジュ−ルの製造方法の一例
を示す系統図である。
を示す系統図である。
１：基板、２：半導体チップ、３：チップ接続部、４：
冷却ジャケット、５：封止部、６：熱伝導部材、７：熱
伝導性接着剤、８：熱伝導性接着剤の濡れない部分、
９：接着剤の溜め、１０：熱伝導性液体、２３：濡れ防
止用樹脂、２４：メタライズ層、２５：接着剤充填部、
２６：濡れる部分、２８：濡れない部分。
冷却ジャケット、５：封止部、６：熱伝導部材、７：熱
伝導性接着剤、８：熱伝導性接着剤の濡れない部分、
９：接着剤の溜め、１０：熱伝導性液体、２３：濡れ防
止用樹脂、２４：メタライズ層、２５：接着剤充填部、
２６：濡れる部分、２８：濡れない部分。
フロントページの続き (72)発明者 芦分 範之 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 (72)発明者 小林 二三幸 神奈川県奏野市堀山下１番地 株式会社 日立製作所 神奈川工場内 (72)発明者 川村 圭三 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 (72)発明者 坂田 荘司 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 (56)参考文献 特開 昭61−230345（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−187058（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/36
Claims (14)
- 【請求項１】 基板に実装された半導体チップと、これ
を冷却する冷却ジャケットと、前記冷却ジャケットと半
導体チップとの間に設けられた熱伝導部材とを有する半
導体モジュ−ルにおいて、 前記半導体チップと前記熱伝導部材との間に介在された
熱伝導性流体と、 前記熱伝導部材と前記冷却ジャケットとの間に介在さ
れ、前記熱伝導部材を前記冷却ジャケットに固着する熱
伝導性接着剤と、 前記接着剤による固着部分を囲むように、前記熱伝導部
材および前記冷却ジャケットに形成された接着剤に濡れ
ない部分とを有することを特徴とする半導体モジュ−
ル。 - 【請求項２】 請求項１において、前記熱伝導部材の前
記冷却ジャケットを固着する面および冷却ジャケットの
前記熱伝導性部材を固着する面に、前記接着剤の濡れな
い部分の更に外側に接着剤の溜めを有することを特徴と
する半導体モジュ−ル。 - 【請求項３】 請求項２において、前記接着剤の濡れな
い部分は溝形であり、前記溜めの前記溝側には、前記溜
めの間隔よりも狭い間隔の入口部を形成したことを特徴
とする半導体モジュ−ル。 - 【請求項４】 基板に実装された半導体チップと、これ
を冷却する金属製の冷却ジャケットと、前記冷却ジャケ
ットと半導体チップとの間に設けられたセラミック製の
熱伝導部材と、前記熱伝導部材と前記冷却ジャケットと
の間に介在され、前記熱伝導部材を前記冷却ジャケット
に固着する半田と、前記半田による固着部分に対応する
前記セラミック製の熱伝導部材に形成されたメタライズ
層と、前記金属製の冷却ジャケットの前記半田による固
着部分に対応する部分の周囲に該固着部分を囲むように
設けられた樹脂層とを有することを特徴とする半導体モ
ジュ−ル。 - 【請求項５】 基板に実装された半導体チップと、これ
を冷却する金属製の冷却ジャケットと、前記冷却ジャケ
ットと半導体チップとの間に設けられた金属製の熱伝導
部材と、前記熱伝導部材と前記冷却ジャケットとの間に
介在され、前記熱伝導部材を前記冷却ジャケットに固着
する半田と、前記金属製の冷却ジャケットの前記半田に
よる固着部分に対応する部分の周囲に該固着部分を囲む
ように設けられた樹脂層とを有することを特徴とする半
導体モジュ−ル。 - 【請求項６】 基板に実装された半導体チップと、これ
を冷却するセラミック製の冷却ジャケットと、前記冷却
ジャケットと半導体チップとの間に設けられたセラミッ
ク製の熱伝導部材と、前記熱伝導部材と前記冷却ジャケ
ットとの間に介在され、前記熱伝導部材を前記冷却ジャ
ケットに固着する半田と、前記半田による固着部分に対
応する前記セラミック製の冷却ジャケット及び熱伝導部
材に形成されたメタライズ層とを有することを特徴とす
る半導体モジュ−ル。 - 【請求項７】 請求項４乃至６のいずれかにおいて、半
田による固着部分の周囲には余った余分な半田を保持す
る保持部を有することを特徴とする半導体モジュ−ル。 - 【請求項８】 基板に実装された半導体チップと、これ
を冷却する冷却ジャケットと、前記冷却ジャケットと半
導体チップとの間に設けられた熱伝導部材とを有する半
導体モジュ−ルにおいて、 前記熱伝導部材を前記冷却ジャケットまたは半導体チッ
プに固着する熱伝導性接着剤と、 前記接着剤による固着部分を囲むように前記熱伝導部材
に形成された接着剤に濡れない部分とを有することを特
徴とする半導体モジュ−ル。 - 【請求項９】 基板に実装された半導体チップと、これ
を冷却する冷却ジャケットと、前記冷却ジャケットと半
導体チップとの間に設けられた熱伝導部材とを有する半
導体モジュ−ルにおいて、前記熱伝導部材を前記冷却ジ
ャケットまたは半導体チップに熱伝導性接着剤により固
着して構成するとともに、前記接着剤による固着部分を
囲むように接着剤に対し非親和性の濡れない部分を形成
してなることを特徴とする半導体モジュ−ル。 - 【請求項１０】 基板に実装された複数の半導体チップ
と、これらを冷却する冷却ジャケットと、前記冷却ジャ
ケットと前記複数の半導体チップとの各々の間に配置さ
れ、前記冷却ジャケットに熱伝導性接着剤により固着さ
れる伝熱部材とを備え、前記伝熱部材は熱伝導性液体を
介して前記複数の半導体チップにそれぞれ接続されてい
ることを特徴とする半導体モジュ−ル。 - 【請求項１１】 請求項１０において、前記伝熱部材の
前記熱伝導性接着剤による固着面には、当該固着面を囲
むように前記熱伝導性接着剤が付着しない部分を形成し
てなる半導体モジュ−ル。 - 【請求項１２】 基板に複数の半導体チップを実装し、
一方接着剤による固着部分周囲に接着剤に濡れない部分
とさらにその濡れない部分の外に接着剤の溜めを有する
熱伝導部材を準備し、前記各半導体チップ上に前記熱伝
導部材を介して熱伝導性接着剤のブロックをおき、さら
にその接着剤の上に冷却ジャケットを配置し、この状態
で温度を上げて前記接着剤を溶かし、冷却ジャケットを
押しつけることによって、チップの高さばらつきを補完
する厚さをもつ接着剤の層により熱伝導部材を固着した
冷却ジャケットを得、次に前記各半導体チップと前記各
熱伝導部材との間にそれぞれ熱伝導性流体を介在させ
て、前記基板と冷却ジャケットとを結合することを特徴
とする半導体モジュ−ルの製造方法。 - 【請求項１３】 複数の半導体チップを実装した基板に
おける各チップの実装高さと同じものを模擬手段によっ
て模擬し、前記模擬手段と熱伝導部材との間に熱伝導性
接着剤をおいて、これを加熱しながら前記模擬手段に一
定量押しつけることによって、実装された各チップの高
さばらつきを補完した厚さをもつ接着剤の層を有する伝
熱部材を得、次にこの得られた伝熱部材を実装された前
記チップと冷却ジャケットとの間に介在させ、前記伝熱
部材と前記チップの間及び前記伝熱部材と前記冷却ジャ
ケットとの間にそれぞれ熱伝導性流体を介在させて、前
記基板と前記冷却ジャケットとを結合することを特徴と
する半導体モジュ−ルの製造方法。 - 【請求項１４】 複数の半導体チップを実装した基板に
おける各チップの実装高さと同じものを模擬手段によっ
て模擬し、次に前記模擬手段と実冷却ジャケットとの間
に熱伝導部材及び熱伝導性接着剤をおき、これを加熱し
ながらに一定量押しつけることによって、実装された各
チップの高さばらつきを補完した厚さをもつ接着剤の層
により接着された熱伝導部材を有する実冷却ジャケット
を得、次にこの得られた実冷却ジャケットを、前記実装
された各チップと前記各熱伝導部材間にそれぞれ熱伝導
性流体を介在させて、前記基板に結合することを特徴と
する半導体モジュ−ルの製造方法。
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