JPH0282561A - 半導体冷却装置 - Google Patents

半導体冷却装置

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JPH0282561A
JPH0282561A JP63232463A JP23246388A JPH0282561A JP H0282561 A JPH0282561 A JP H0282561A JP 63232463 A JP63232463 A JP 63232463A JP 23246388 A JP23246388 A JP 23246388A JP H0282561 A JPH0282561 A JP H0282561A
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cooling
module
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fluid
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Shigekazu Kieda
茂和 木枝
Tadakatsu Nakajima
忠克 中島
Heikichi Kuwabara
桑原　平吉
Motohiro Sato
佐藤　元宏
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は大型コンピュータに用いられる高発熱量チップ
を搭載したマルチチップモジュールなどの半導体の冷却
装置及びその製造方法に関する。
〔従来の技術〕 半導体集積回路を基板上に高密度実装する技術の進展に
伴い、回路から発生する多量の熱を除去するための手段
が種々検討されている。特に近年の電力消費量が莫大な
集積回路の冷却のためには、従来の強制空冷方式に代っ
て熱伝導体を用い発熱部と冷却用流体間を熱伝導の経路
で結び付ける伝導形液冷方式のものや、全体を冷却液の
中に浸漬する直接浸漬形の冷却方式のものが検討されて
いる。前者の方式には例えば特開昭５２−５３５４７号
に記載されているように、チップと水の冷却流路を含む
ハウジング間にピストンと称される熱伝導体を用い、そ
の熱伝導で冷却するものがある０周知のようにこの様な
冷却形態ではチップの補修や交換のためにモジュールは
分解可能でなければならない。また熱伝導体はチップ実
装時に生じるチップ面の位置の変位や傾きに対しても追
従できるような柔軟な構造を持たなければならない。こ
のために上記特許に記載された例では、チップとピスト
ン間ならびにピストンとハウジングの間に空隙を設けて
いるが、この空隙には熱伝導率の小さい気体が封入され
ているために大きな熱抵抗が生じるという問題がある。
さらに空隙内に存在する接触面においては接触熱抵抗が
生じ、これも大きな熱抵抗となる。この理由により上記
従来例に示されている例では、チップから冷却水までの
熱抵抗の減少には限界があった。
また米国特許第３，６４９，７３８号あるいは特開昭５
４−４４４７９号にはベローズ等の可動壁を有する冷却
体の内部に冷却用流体が流れる流路を設け、これにより
冷却された冷却体を直接チップに接触させて冷却する方
式が示されている。この方式においてもやはり、チップ
と冷却体の接触面において大きな熱抵抗が生じるため、
チップの発熱を冷却する能力に限界があった。
一方、上記の伝導層冷却方式に対して、例えば特開昭６
０−１３４４５１号に示されているようにフィンを固着
したチップを基板上に実装し、モジュール内を流れる液
体の強制対流によってチップを冷却する直接浸漬形の冷
却方式がある。この方式によれば強制対流により効率の
良い冷却が可能であるが１例えばその第３図に示されて
いる様にチップを冷却用流体の流れ方向に一列に配置し
た場合には、流れ方向に冷却用流体の温度が上昇するた
め、各々のチップ温度を均一に保つのが困難になるとい
う問題がある。また冷却効率をさらに向上させるために
その第６図に示されている様にチップを千鳥状に配列し
た場合には、実装密度が減少するとともに各チップを接
続するための基板内配線長が増大し、信号処理速度が遅
くなるなどの問題点がある。
上記米国特許第３，６４９，７３８号あるいは米国特許
第４，２７７．８１６号では衝突噴流を用いた冷却法が
示されている。衝突噴流では例えば日本機械学会編、伝
熱工学資料第３版（昭和５０年２月）１１０ページに記
載されているように、熱伝達率は噴流の衝突中心位置で
最も高く、周辺に向かうにつれて急激に低下するという
特徴を有している。このことは衝突噴流を用いてチップ
の冷却を行う場合、チップ中心部では周辺部に比べて温
度が低下することを意味しており、チップ内での温度差
に基づくノイズ発生の原因となりうる０通常チップとモ
ジュール基板の回路は多数の微小な半田粒によって接続
される。衝突噴流による冷却方式では、流体の運動量変
化に伴う力が直接チップに作用し、したがってこれらの
半田粒に荷重がかかり、半田の強度の信頼性に問題が生
じる。特に高い熱意を除去する場合には噴流の速度を増
加させる必要があるが、半田粒にかかる荷重は速度の二
乗に比例するため、半田粒に対する強度上の問題はより
一層深刻となる。このように、高い発熱量を持つチップ
を従来の衝突噴流方式で冷却する場合は、チップ内の温
度分布、また回路接続用半田粒の強度の信頼性に関して
大きな問題が生じる。
良く知られているように、モジュール内に実装された多
数の回路の出力レベルを均一化し１回路間の温度差に基
づくノイズを低減するためには、各チップの温度を一定
範囲内に収める必要がある。
一つのモジュールにおいて、機能の異なる複数のチップ
が混在して配置されているような場合には、各チップの
発熱量が大きく相違することがある。
このような場合にも各チップの温度を一定範囲内に収め
るためには、各チップの発熱量に応じて冷却量を変化さ
せる必要がある。ところが上記特開昭６０−１３４４５
１号に示されている全体を浸漬する方法では、モジュー
ル全体を一括して冷却するため、個々のチップ毎に流れ
による冷却特性を変化させることは容易ではない。この
ことからチップ毎に独立して冷却できる方式が望ましい
ことがわかる。
一方、上記米国特許第３，６４９，７３８号ならびに特
開昭５４−４４４７９号に開示された方法によれば、チ
ップ毎に独立した冷却を行なうことが可能であるが、各
チップの発熱量に応じて冷却性能を［１％することは困
難である。すなわち冷却能力を変化させるには、冷却体
に流入する冷却用流体の流量、速度あるいは温度を各チ
ップの発熱量に応じて変える必要があるが、このために
はモジュール内のチップの配置に対応して、流路の寸法
や形状を細かく変化させなければならず、置所性の面か
ら好ましいものではない。またそのように工夫したとし
ても、接触熱抵抗などに含まれる熱抵抗のばらつきは通
常大きいため、流路の適正化の効果は必ずしも有効に寄
与しない。
チップを個別に冷却する方式として、液体噴流を用いた
強制対流沸騰で冷却する方式がコンピューターズ　イン
　メキャニカル　エンジニアリング　第６巻　第６号（
１９８８年）　　（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｎ　Ｍｅｃｈ
ａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、　Ｓｐｒｉｎ
ｇａｒ−ＶｅｒｌａｇＶｏｌ、　６　、　　Ｈａ　６　
、１９８８）の第５図に示されている。
この方式では高い熱流束を除去できるが、上述したよう
なチップの発熱量が異なり、従ってチップごとに除去す
べき熱量が異なる場合には、温度均一化のためには噴流
の流量、流速、あるいは温度等をチップ毎に変化させな
ければならず、上記米国特許第３，６４９，７３８号あ
るいは特開昭５４−４４４７９号について述べたのと同
様の問題点が生じる。このように従来の方式では、チッ
プの発熱量が変化する場合にチップ温度の均一化を図る
ことに対して十分な配慮はなされていなかった。
マルチチップモジュールでは、チップを実装した後に回
路の変更や補修のためにモジュール基板上に設けられた
補修用パッド間を配線することがある。配線には補修用
ワイヤを用い、ワイヤボンディングにより行われること
が多い。液体を用いて冷却する場合、流体力がワイヤ接
続部等に作用すれば、ワイヤが切断したり、ワイヤとモ
ジュール基板部との接合部で剪断応力が発生したり、あ
るいはワイヤの振動に起因する繰返し応力により接合部
が破断することがある。上記特開昭６０−１３４４５１
号ではこの対策として、チップ列を封止用筐体内に納め
、モジュール基板上に流体が流れないように配慮した例
を示している。しかるにこの例ではチップとモジュール
基板間に段差を設けたり、封止を厳密に行わねばならな
いなど、より複雑な作業工程が必要となる。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は大電力を消費する半導体集積回路を複数
個基板状に実装するマルチチップモジュールにおいて、
各半導体集積回路チップあるいはチップを実装したチッ
プキャリアを効率良く冷却でき、かつモジュール内の各
チップの温度を均一に保ち、また同一チップ内の温度を
均一化し、さらに接続用半田粒に作用する流体力を著し
く低減するとともにモジュール基板上の補修用ワイヤに
作用する流体力を減少することのできる半導体冷却装置
及びその製造方法を得ることにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明は液体冷却するため
の封止構造を有するマルチチップモジュールにおいて、
各半導体集積回路チップあるいはチップを実装したチッ
プキャリアを個別にかつ直接的に冷却用液体を用いて強
制対流冷却するものである。この際液体の流れ方向をチ
ップ裏面と実質的に平行になるように冷却用液供給手段
を配置することにより、従来の衝突噴流方式において生
じうるチップ内の不均一な温度分布の発生を抑制し、ま
た接続用半田粒にかかる荷重を低減させるものである。
また冷却用流体の流れをチップ近傍に集中させることに
より、モジュール基板上の補修用ワイヤに作用する流体
力を低減するものである。
本発明はさらに、冷却効率を向上させるために、フィン
等の伝熱促進板を用い、また上記伝熱促進板の寸法や形
状を変化させることにより冷却性能をチップの発熱量の
大小に応じて変化させ、モジュール内の各チップ温度の
均一化を達成するものである。
また、本発明の製造方法の特徴は、個々のチップ毎に直
接的に液体を用いて強制対流冷却するための液供給手段
と、各液供給手段に冷却用流体を分配するためのヘッダ
と、チップを浸漬冷却するためにモジュールを封止する
ためのキャップとが一体となるように製作し、しかるの
ちその一体となったキャップをチップを搭載したモジュ
ール基板上に接合することにある。
〔作用〕
本発明においては液体を直接チップあるいはチップを実
装したチップキャリアに作用させ強制対流冷却するため
、従来冷却効率を下げる要因となっていた接触熱抵抗な
どの熱抵抗を排除でき、効率の良い冷却が可能となる。
さらに流体が実質的にチップ裏面と平行に流れるため、
衝突噴流に比べてチップ裏面における熱伝達率がより均
一化され、チップ内温度がより均一となり１回路の信頼
性を向上させることができる。また流れをチップ裏面と
平行にすることにより、上記接続用半田に作用する流体
力を大きく低減でき、半田の強度の信頼性を向上させる
ことができる。さらにモジュール基板上の補修用ワイヤ
にかかる流体力も減少することができ、ワイヤの切断を
防止できる。
また本発明においては個々のチップ毎に流体を作用させ
るため、チップ単位での温度管理が可能となり、モジュ
ール内に配置されたチップの温度を均一化することがで
き、半導体集秋回路の信頼性を向上させることができる
。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。
第１図は本発明を用いた一実施例である。半導体回路を
形成したチップ１は、微小な半田粒２によりセラミック
等で作られたモジュール基板３上に実装される。この半
田粒２はチップ上の回路とモジュール基板３上の回路を
電気的に接続するとともに、チップをモジュール基板に
固定するための機械的強度も受は持っている。モジュー
ル基板下面には多数のＩＯピン１１があり、これにより
モジュール基板をプリント基板に電気的１機械的に接続
する。モジュール基板３はモジュール封止用キャップ８
および側壁部封止板９により封止され、内部に冷却用液
体を充満させることができる。なお封止用キャップ８お
よび側壁部封止板９は半田１０などにより接合される。
冷却用液体は入口５よりモジュールに供給され、ヘッダ
ー６により各チップを個別冷却するためのノズル等の液
供給手段４に分配される。冷却用液体は各チップを冷却
した後、出ロアからモジュール外に排出される。
４は本発明に係るチップを個別に、かつ直接的に冷却す
るための液供給手段であり、チップ裏面と実質的に平行
な方向に冷却用液体を噴出する。該液冷却手段の液噴出
口は、チップを効率良く冷却するためにチップとほぼ同
一の幅を有することが望ましい。
前述したように衝突噴流では噴流の衝突中心部に高い熱
伝達領域が形成される。第２図は衝突噴流を用いた場合
のチップ裏面上の熱伝達率の一例であり、チップ中央で
高い熱伝達率が得られることがわかる。一方、チップ裏
面と平行に流体を流す場合１層流熱伝達であるならば、
熱伝達率は概ねチップの端からの距離の平方根に反比例
する。
第３図はそのような場合の熱伝達率の一例を図示したも
のであり、第２図と比べて熱伝達率はより均一であるこ
とがわかる。すなわち後者の方がチップ内の温度はより
均一になり、チップの冷却にはより適切であることが示
される。
なお冷却用液体は、チップならびにモジュール基板上の
回路と直接に接するため、電気絶縁性を有するものでな
ければならない。またモジュールを構成する材料に対し
て対腐食性を有し、さらに化学的に安定なものでなけれ
ばならない。このような冷却用流体としては、フレオン
（デュポン社の登録商標）またはフロリナート（スリー
エム社の登録商標）等の有機冷媒が良く知られている。
液供給手段４から吹き出した冷却用液体はチップ１の上
面を通過することにより、チップからの発熱を除去する
。
第４図は本発明に係る他の実施例であり、特に液供給手
段４の流体出口部流路４１をチップ裏面４２と平行に設
置した例である。このように設置することにより、噴出
した流体を実質的にチップ裏面と平行に流すことができ
る。第４図において。
もしも流体出口部流路４１のチップに近い側の面４１ｂ
がチップ裏面よりもモジュール基板側に位置するならば
、第５図に示すようにチップ上流側に循環流域４３が生
じ、圧力損失が増すとともに。
チップ裏面を通過する冷却に有効な流れの流量が減少し
、効率が低下する。このような状況を避けるには、上記
流体出口部流路のチップに近い側の面４１ｂを少なくと
もチップ裏面４２の位置と同一にするか、チップ裏面に
対してモジュール基板と反対側に位置させる必要がある
。
第６図は流体出口部流路４１をチップ裏面に対して傾け
るとともに、噴出される流体がすべてチップ裏面を通過
するように液供給手段４を設置した実施例である。噴流
がチップ裏面を通過するためには流体出口部流路の最も
チップに近い面を含む平面がチップ裏面４２と交差する
ようにすれば良く１図のＡはそのような交差点である。
出口部流路の傾きθを流路断面の中心軸とチップ裏面と
がなす角度で定義する。また流れの速度をＶ、密度をｐ
、流路断面積をＡとすれば、チップが受ける力Ｆは概ね
Ｆ＝ρＡＶ”ｓｉｎθとなる。一方、半田粒に対する許
容荷重をＷとすると、Ｆ≦Ｗでなければならず、したが
ってｓｉｎθ≦Ｖ／／｛ｐＡＶ２｝）を満たさなければ
ならない。実用的なＶ、Ａ、Ｗの値を用いて検討すれば
、出口部流路の傾きθは０＜θ≦３５°とするのが適当
であることがわかった。
チップ裏面において流れの速度勾配ｄ　Ｖ　／　ｄ　ｚ
が大きいほど高い熱伝達率が得られ、冷却には有利とな
る。ここに２はチップ裏面に垂直な方向である。上記液
供給手段により噴出した噴流の速度分布は下流に行くに
したがって平坦化し、熱伝達率も低下する。この熱伝達
率の低下を防ぐためには、第７図に示したように出口断
面４０を流路に対して傾斜して設置し、流路のチップか
ら遠い側の壁４１ａをチップから近い側の壁４１ｂより
も長くなるようにすれば良い。こうすることにより噴流
の主流側境界４４の発達は遅くなり、速度分布の平坦化
を遅らせることができる。第８図は流路４１がチップに
対して傾いた場合について、同様の手段を用いた実施例
である。
第９図は液供給手段に関する一実施例であり、流路断面
２６をほぼ長方形としたものである。これにより速度分
布は流れの横方向ｙにあまり依存しなくなり、冷却には
好都合となる。また同様の効果を得るために断面２６を
ほぼ長円形としても良い。
第１０図は流体出口断面４０を示したものである。出口
断面の高さをｈ、幅をＷとすれば、断面のアスペクト比
ｈ　／　ｗの実際的な範囲は必要な流速、流量ならびに
液供給のための圧力損失から決定される。また高さｈは
流れの速度分布形状とも関連するため、この点からの検
討も必要である。
これらの諸量、ならびに周囲流体の流動等を検討した結
果、実用的なｈ　／　ｗの範囲を、０．１≦ｈ／Ｗ≦１
．０とすればよいことが明らかとなった。
第１１図は本発明を用いた他の実施例であり、個々のチ
ップ毎にそのチップを冷却した冷却用液体を排出する出
口２１を設置したものである。これにより、各チップを
冷却することにより温度が上昇した冷却用流体の大部分
はただちに排出口２１より排出され、他の液供給手段か
ら供給される冷却用流体の温度に影響を与えることがな
くなり、冷却用流体温度を均一に保つことができる。
この実施例はチップの発熱量が時間的に著しく変化する
ような場合のチップ温度の均一化に非常に有効である。
すなわち発熱量が時間的に著しく変化するチップを冷却
した後の液体温度は時間的に変動しており、これが他の
チップを冷却する流体と混合すれば結果として冷却用流
体の温度変化が生じ、冷却性能が変動するためである。
さらにより一層温度管理を厳密にする必要のある場合に
は、液供給手段４の材料、ならびに液排出用流路２２の
流路壁２３の材料として熱伝導の悪いものを用いれば良
い。あるいは流路６もしくは液排出用流路２２もしくは
液供給手段４の表面に小さな熱伝導率を有する材料の層
を付加したり、流路壁２３の内部に小さな熱伝導率を有
する材料の層を挿入してもよい。このような層としては
、たとえば高分子膜をコーティングしたり表面に金属酸
化膜を形成すれば良い。こうすることにより、流路６な
らびに液供給手段４内を通過する冷却前の冷却用流体が
、流路２２を通過する冷却後の温度上昇した流体により
加熱され、温度が上昇するのを防ぐことができる。
第１２図は第１１図と同様に液排出用流路２２を設けた
他の実施例である。ここでは液供給手段４の断面形状を
ほぼ長方形とし、液排出用流路２２を流れる流体の方向
２５を断面２６の長軸方向とし、流路２２内の圧力損失
を低減したものである。なお第３図のＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−
Ｅ部は液供給手段出口部の様子をわかりやすく表わすた
めに、流路壁２３の一部を削除した部分である。
第１３図は本発明に係る実施例であり、チップ裏面に冷
却用のフィンを取付けたものである。フィンの材質とし
ては、熱伝導率の高い銅やアルミニウムなどの金属材料
、あるいは炭化ケイ素のようなセラミック材料を用いれ
ば良い。フィンとチップとの接合にはチップ表面にメタ
ライズ層を形成した後半田等で接合すれば良い。さらに
第１４図および第１５図はフィンの冷却性能を向上させ
るためのフィンの配置の一例である。第１４図ではフィ
ンは流れ方向に分割されている。フィン前縁部では温度
境界層が薄いことと関連して高い熱伝達率を与えること
が知られており、このように配置することにより高い冷
却性能を得ることができる。さらに第１５図では分割さ
れたフィンが千鳥状に配置された例であるが、この場合
は上流側のフィンによる流体の温度上昇の影響を低減で
き、−層冷却性能を高めることができる。
第１６図は本発明の他の実施例であり、チップ裏面に冷
却板を流れに直角方向に設置した例である。流れは冷却
板に衝突し、剥離および再付着することにより、乱流化
する。周知のように流れが乱流になることにより熱伝達
は大幅に向上するため、チップの冷却には好適である。
第１７図はさらに冷却板３１に開孔部３２を設けたもの
である。
冷却板に衝突する流れの一部は冷却板を乗り越え。
また一部はこの開孔を通過して下流側の冷却板に衝突し
、高い熱伝達領域を形成する。すなわちこの構造におい
ては流れが乱流化すると共に、衝突噴流による熱伝達の
増加も利用できるため、高い冷却性能が得られ、チップ
冷却には好都合である。
なお乱流促進用として、チップ裏面を粗面化する。
チップ裏面に凹凸面を形成する、ワイヤ等を設置する。
などして流れの不安定化を図っても良い。
このようにチップにフィンまたは冷却板等を設置する場
合、フィンまたは冷却板等の寸法、形状あるいは枚数を
変化させることにより、チップに対して種々の熱伝達特
性を与えることができる。
すなわちチップの発熱量が同一でなく、チップごとに除
去すべき熱量が異なる場合にも上述した方法により、各
チップに冷却板の熱伝達特性を適正化することによって
、チップ回路部の温度を均一にすることができる。これ
は一つのモジュール内に発熱量の異なるチップを混在さ
せて搭載させるような場合に非常に有効な方法であるこ
とは明らかである。
以上の例では主としてチップを強制対流により冷却する
場合について述へたが、適当な沸点を有する冷却用流体
を選定することにより強制対流冷却と同時にチップ表面
で沸騰が生じるようにもすることができる。沸騰による
伝熱性能を向上させるために、例えば特開昭６０−２２
９３５３号に示されているように微小な孔を多数設けた
多孔スタッドをチップの裏面に設置する方法が知られて
いる。したがって第１３図あるいは第１６図に示したフ
ィンや冷却板等の代ねりに、この多孔スタッドが設置し
ても良い。
第１８図はモジュール基板３上に補修用ワイヤ５１が接
続されている場合に、流体力が直接この補修用ワイヤに
作用するのを防止するため、遮蔽板５０を設置した本発
明の実施例である。遮蔽板５０には開孔５２を設はチッ
プ１がはまるようになっている。遮蔽板５０は液供給手
段４と一体化させでも良いし、モジュール基板３上に直
接に半田等で取付けても良い。
モジュールの製作に当たっては、ヘッダとなる流路６．
ならびにもし必要ならば排出用流路２２に液供給手段４
を取り付け、全体をモジュールキャップとして作成しチ
ップを搭載したモジュール基板上に接合すれば良い、接
合に当たっては、たとえばモジュール側面を封止するた
めの側壁部封止板を用い、キャップ、側壁部封止板、モ
ジュール基板を半田で固着すれば良い。
なお大型コンピュータにおいては、集積回路を形成した
チップは第１９図に示すように、チップ単体で、あるい
は第２０図、第２１図に示すようにチップキャリア上に
搭載された状態でモジュール基板上に実装されることが
多い。良く知られているように、チップキャリアはチッ
プ上の集積回路からの配線を相互に接続したり、拡大し
たりするものである。チップキャリアの構造としては、
第２０図に示すようにチップを露出させたものや。
第２１図に示すようにチップ部をキャップで封止した構
造のものがある。以上述べた実施例ではチップをそのま
まモジュール基板上に実装した場合について説明したが
、チップの代りに第２０図。
第２１図に示したような構造を持つチップキャリアを実
装したモジュールに適用してても、同様の効果が得られ
る。
〔発明の効果〕
本発明によれば高い発熱量を持つチップを効率良く冷却
できる。これに加えてチップ内温度を均一化できる。ま
た接続用半田粒にかかる流体力の荷重を著しく低減でき
、さらにモジュール基板上の補修用ワイヤに作用する流
体力を減少させることができるため、半田粒およびワイ
ヤの強度信頼性を増すことができる。本発明によればさ
らにチップごとに冷却性能を変えることができるため、
モジュールに搭載された多数のチップの回路部温度を均
一化できる。また一つのチップを冷却したことによる冷
却用流体の温度上昇の影響が他のチップに及ぶことを防
止できるため、チップの回路部温度に対して高精度の温
度管理が可能となる。
このように高度の温度管理を行えるため、モジュールに
搭載した多数の半導体集積回路の信頼性を向上させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明装置の一実施例の断面図、第２図は衝突
噴流による熱伝達率分布の一例を示す線図、第３図は本
発明を用いた場合の熱伝達率分布の一例を示す線図、第
４図は本発明の一実施例に係る液供給手段の断面図、第
５図は液供給手段を不適切に設置した場合の例を示す断
面図、第６図。 第７図及び第８図はそれぞれ液供給手段の他の実施例を
示す断面図、第９図は液供給手段の他の実施例を示す斜
視図、第１０図は流体出口形状の一例を示す断面図、第
１１図は本発明装置の別の実施例の断面図、第１２図は
本発明更に別の実施例を示すチップ冷却部の拡大図、第
１３図、第１４図および第１５図はそれぞれフィンの形
状を変えた場合の実施例を示す斜視図、第１６図はチッ
プに冷却板を設置した例を示す斜視図、また第１７図は
冷却板の形状を変えた場合の例を示す斜視図。 第１８図はモジュール基板上の補修用ワイヤを保護する
ための流れの遮蔽板を用いた場合の一実施例を示す斜視
図、第１９図、第２０図および第２１図はそれぞれモジ
ュールに搭載するチップの形態を示した図である。 １・・・半導体集積回路チップ、２・・・半田粒、３・
・・モジュール基板、４・・・液供給手段、５・・・冷
却用流体モジュール側入口、６・・・ヘッダー　７・・
・冷却用流体モジュール側出口、８・・・モジュール封
止用キャップ、９・・・モジュール側壁部封止板、１０
・・・封止用半田、１１・・・ＩＯピン、２１・・・冷
却用流体排出口、２２・・・冷却用流体排出用流路、２
３・・・流路壁。 ３０・・・フィン、３１・・・乱流促進冷却板、３２・
・・開孔、４０・・・液噴出口、４１・・・流体出口部
流路、４１ａ、４１ｂ・・・流体出口部流路壁、４２・
・・チップ裏面、５０・・・流体遮蔽板、５１・・・補
修用ワイヤ、６０・・・チップキャリア、６１・・・チ
ップキャリア封止用キャップ、６２・・・チップキャリ
ア封止用半田、茅 図 １・・・　￥１＋５１８１（（寥いンフ′−・−・Ｙ用
ヰ ￥ ム 国 茅 図 第 図 第 図 一ピｊ−・、ノブ１第１１１テ２７゛メ七ン弓ｔｌシ［
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Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、配線基板上に多数の半導体集積回路チップを搭載し
    、核集積回路を液体冷媒で冷却するための封止構造を有
    するマルチチップモジュールにおいて、個々のチップに
    対し該チップとほぼ同一の幅の冷却用液体噴出口を有す
    る液供給手段を有し、該液供給手段より供給された冷却
    用流体が該個々のチップの裏面に対して実質的に平行と
    なるように冷却用流体を流すことを特徴とした半導体冷
    却装置。 ２、該液供給手段の流体出口部流路がチップ裏面に対し
    て平行となるように液供給手段を設けたことを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項記載の半導体冷却装置。 ３、該液供給手段の該流体出口部流路のチップに最も近
    い面がチップ裏面と同一平面上もしくはチップ裏面に対
    してモジュール基板と反対側に位置することを特徴とす
    る特許請求の範囲第２項記載の半導体冷却装置。 ４、該液供給手段の該流体出口部流路のチップに最も近
    い面を含む平面がチップ裏面と交差し、かつ該流体出口
    部流路の断面中心軸とチップ裏面とがなす角度θが、チ
    ップとモジュールを接続する半田粒に対する許容荷重を
    Ｗ、該冷却用流体の密度をｐ、該冷却用流体の速度をＶ
    、該流体出口部流路の断面積をＡとした場合、θ≦ａｒ
    ｃｓｉｎ（Ｗ／｛ｐＡＶ＾２｝）であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項記載の半導体冷却装置。 ５、特許請求の範囲第４項において、該流体出口部流路
    の断面中心軸とチップ裏面とがなす角度θが０＜θ≦３
    ５゜であることを特徴とする半導体冷却装置。 ６、該液供給手段の該流体出口断面が該流体出口部流路
    に対して傾斜して設けられていることを特徴とする特許
    請求の範囲第２項から第４項のいずれかに記載の半導体
    冷却装置。 ７．該液供給手段の流路断面形状をほぼ長方形あるいは
    ほぼ長円形としたことを特徴とする特許請求の範囲第１
    項から第５項のいずれかに記載の半導体冷却装置。 ８、特許請求の範囲第６項において、該流体出口断面の
    高さｈと幅ｗの比ｈ／ｗが０．１≦ｈ／ｗ≦１．０であ
    ることを特徴とする半導体冷却装置９、チップを冷却し
    た後の流体が流れる流路をそれぞれのチップごとに設け
    、かつ該チップを冷却した後の流体が流れる流路を、該
    液供給手段よりなるチップを冷却する流体を導入するた
    めの流路と独立して設けたことを特徴とする特許請求の
    範囲第１項から第７項のいずれかに記載の半導体冷却装
    置。 １０、特許請求の範囲第８項において、該液供給手段の
    流路断面形状をほぼ長方形あるいはほぼ長円形とし、該
    チップを冷却した後の流体が流れる流路内の流れの方向
    が、該液供給手段の流路断面の長軸方向と概ね一致する
    ように該モジュールの流体排出口を設けたことを特徴と
    する半導体冷却装置。 １１、チップを冷却するための流体を導入するための流
    路と、チップを冷却した後の流体が流れる流路に共通し
    て接する流路構成部に、熱伝導率の悪い材料を用いたこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第８項または第９項のい
    ずれかに記載の半導体冷却装置。 １２、チップを冷却するための流体を導入するための流
    路と、チップを冷却した後の流体が流れる流路に共通し
    て接する流路構成部の表面あるいは内部に、熱伝導率の
    悪い材料よりなる層を付加したことを特徴とする特許請
    求の範囲第８項または第９項のいずれかに記載の半導体
    冷却装置。 １３、チップに冷却用フィンを設けたことを特徴とする
    特許請求の範囲第１項から第１１項のいずれかに記載の
    半導体冷却装置。 １４、特許請求の範囲第１２項において、冷却用フィン
    を流れ方向に分割して設置したことを特徴とする半導体
    冷却装置。 １５、チップに冷却板を流れ方向に直交して設置したこ
    とを特徴とする特許請求の範囲１項から第１１項のいず
    れかに記載の半導体冷却装置。 １６、特許請求の範囲第１４項において、冷却板に開孔
    部を設けたことを特徴とする半導体冷却装置。 １７、冷却用フィンあるいは該冷却板の寸法、形状、個
    数を各チップの発熱量に応じて変更して設置したことを
    特徴とする特許請求の範囲第１２項記載から第１５項記
    載の半導体冷却装置。 １８、冷却用流体の噴流部と、チップを実装したモジュ
    ール基板上の補修用ワイヤの間に流れの遮蔽板を設置し
    たことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第１６項
    のいずれかに記載の半導体冷却装置。 １９、マルチチップモジュールは、一つのモジュール内
    に発熱量の著しく異なるチップを混在して搭載したもの
    である特許請求の範囲第１項から第１７項のいずれかに
    記載の半導体冷却装置。 ２０、マルチチップモジュールは、一つのモジュール内
    に搭載したチップの発熱量が時間的に著しく変動するも
    のである特許請求の範囲第１項から第１７項のいずれか
    に記載の半導体冷却装置。 ２１、個々のチップ毎に直接的に液体を用いて強制対流
    冷却するための液供給手段と、各液供給手段に冷却用流
    体を分配するためのヘッダと、チップを浸漬冷却するた
    めにモジュールを封止するためのキャップとが一体とな
    るように製作し、しかるのちその一体となつたキャップ
    をチップを搭載したモジュール基板上に接合することを
    特徴とする半導体冷却装置の製造方法。
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