JPS582049A - 半導体パツケ−ジ - Google Patents

半導体パツケ−ジ

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Publication number
JPS582049A
JPS582049A JP9957681A JP9957681A JPS582049A JP S582049 A JPS582049 A JP S582049A JP 9957681 A JP9957681 A JP 9957681A JP 9957681 A JP9957681 A JP 9957681A JP S582049 A JPS582049 A JP S582049A
Authority
JP
Japan
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piston
diaphragm
chips
metal lid
cooling
Prior art date
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Pending
Application number
JP9957681A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshihiro Umezawa
梅沢 義弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication of JPS582049A publication Critical patent/JPS582049A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/433Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
    • H01L23/4338Pistons, e.g. spring-loaded members
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means 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
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151Die mounting substrate
    • H01L2924/153Connection portion
    • H01L2924/1531Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • H01L2924/15312Connection 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

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱τ発生する半導体素子のための熱伝導冷却機
構を1する牛尋俸)くツケージに関する。
固体電子技術の発達に工って、半導体素子の超高積集化
が著しく進んでいる。その結果、半導体素子にエリ発生
された熱を放散させるための棟々の改良された技術が研
究されてきた。例えば、大型電子計算機システムにおい
て、第1図のような気体封入冷却パッケージが工夫され
ている。これ祉熱伝導機構と組合せて、熱伝導率の良好
なヘリウムガスを封入した冷却パッケージである。熱伝
導機構杖、セラミック基板1上の各チップ2ごとにスプ
リング3にエリ押圧されている金属製のピストン4が金
属蓋5に設けられたシリンダ6内に収容されており、チ
ップて発生された熱線ピストン4を伝導して金属蓋5へ
伝達される。金属蓋5の上面には水冷ジャケット7が1
$9付けられており、これによりチック2の冷却を行う
0このような冷却機構において、チップとピストンとの
接触−8に在存する接触熱抵抗を減少させるためにはチ
ックとピストンとの接触面積を大きくする必資があり、
熱的グリースを接触面に用いたり、あるいtit接触面
に:はんだ、などの軟らかい金属を介在させることに1
シ解決されている。一方、ピストンはシリンダ内に可動
of能に収容されているために、ピストンとシリンター
内壁との間に間嚇9が存在する。この間隙によるピスト
ンと金属蓋間の熱抵抗はきわめて太き”な値となるため
、空気エリも゛熱伝導の良好なヘリウムガスを封入して
いるが、ヘリウムガスの熱伝導率は銅やアルミニウムな
どの金属と比べると約3桁小さく、発熱量の大きい高性
能チップを冷却するためには極めて不充分である。
また発熱量が比較的小さいチップを搭載した場合におい
ても、ピストンと金属蓋間の熱抵抗が大きいため、冷却
フィンによる空冷形式ヲ揮用することができず、高価セ
保守がめんどうな水冷形式にしなければなら↑いなどの
欠点′があった。
本頼明の目的は、ピストンと金、属飯との熱抵抗をなく
すために、チックと接触するピストンを金属蓋より貫通
して突出させて冷却フィンを設け、ピストンはダイヤフ
ラムにニジ抑圧された状態で金属蓋に対して可動に取付
けられた空冷形式の半導体パッケージ會提供することに
ある。
以下、図面について本発明の詳細な説明する〇第2図〜
第4図は本発明による半導体パッケージの一実施例を示
すもので、セラミック基板1上にFiはんだボール11
を介して複数個のチップ2が搭載されており、セラミッ
ク基板1の下面には回、路ボード(図示せず)と接続す
るために・多数のビンνが堰付けられている。セラミッ
ク基板1の下ヨにゆ7,7?uカ、ゆええつ続7.1よ
、固オされている。セラミック基板1の上側には、金属
蓋5がシール14i介してフランジ13にねじ(図示せ
ず)で取付けられている。金−JIS蓋5には各々のテ
ップ2と対応する位置にシリンダ6が形成され、該シリ
ンダの上面にはダイヤフラム「の取付用の取付用凹部1
6が形成されている。又熱伝導のためのピストン4がシ
リンダ6内に組込まれている。
ピスト、ン4の下端面はチップ2表面と接触しており、
上部は金属蓋5より突出している。ピストン4はピスト
ンの外局に取付けられている金属のタ:イヤ7ラム正に
よってばね負荷される。ダイヤ72ム15はピストン4
ヘカを供給し、ピスト74社チップ2に対して圧力を加
え、これによって良好な熱伝導の接触面8を形成する゛
。夕°イヤ7ラム「の中心部にはビストノ4の直径と等
しい穴が形成されており゛、ピストン4の外周にろう付
け、はんだ付け、接着などの技術によって封止固定され
ている。また゛ダイヤフラム15の外周は金属蓋5の上
面に形成されて′いる取付用凹部16の内壁にピストン
の場合と同様の技術に工って゛封止固定されている。ピ
ストン4の上部に′は複数枚の冷却フイ“ン17が設け
てあり、チップ2によって発生した熱はピストン4t−
経て冷却フィン17まで伝導され、フィンを横切って吹
き付けられる強制空気流に↓つて冷却される。ピストン
4はダイ′ヤ゛フラム15モ支持されているので、“シ
リンダ6内において上下に所動である。金属蓋5會セラ
ミ゛ツク基板1に城付けることによりチップ2と接触し
たピストン4は上方へ変位し、同時にダイヤフラム15
もたわむのでピストン4に力を供給する。ダイヤフラム
bのはね定数とピ′ストン4の変位量を適正に設計する
ことにエリ、チップ2に対して最適な圧力を与えること
ができるとともに、チックの”取付は高さに多少のバラ
ツキがあっ・てもピストンとの接触を確保できる。金属
蓋5の内部は気密構造となっている友め、大気からチッ
プを保謙でき、必要に応じて不活性ガスを封入0肋がら
封入することができる。
ガスの封入圧力は大気圧にほぼ等しいことが望ましく、
大気圧よりも極端に高いとダイヤフラム15が上方に変
位しピストンの圧力を低下させる。
本発明においては冷却フィン17がピストン4に直結し
ているため、冷却フィンに吹き付けられる強制空気流に
よるピストンの自励振動を配慮する必要があるが、通常
の強制空冷の風速(最大10m/秒)であれば自励振動
することはない。なお、風速が10 m /秒以上にな
ると強i空冷用の送風機また線77ンの騒音が極めて大
きくなり、騒音の点でも風速をあまり大きくできない。
セラミック基板上に低電力チップと高電力チップが一緒
に搭載されると、低電力チップが冷却さ・れすぎ正常に
動作しなくなることもあるが、この問題については冷却
フィンの枚数を減らすことにより冷えすぎを抑制するこ
とができる。
叙上のように本発明の半導体パッケージにおいては、チ
ックで発生した熱は熱伝導の良好なピストンを伝導して
、直接冷却フィンへ伝達されるため、チップ表面から冷
却フィンまでの熱抵抗が極めて小さく、i#I電カデカ
チップ冷形式で冷却することができる。従って筒価で保
守がめんどうな冷却水装置を使用する必要がないため、
経済的で効率的な装置構成とすることができる。また金
属蓋を取り外すことにエリ、チップのテストや故障チッ
プの交換が容易にできるという従来パッケージの利点は
本発明においても維持されている。さらに本発明によれ
ば金属蓋の高さを小さくでき、水冷ジャケットもないた
めパッケージを小型、@量化でき、その効果と利点は極
めて大きい。
なお、本発明は上述の実施例に限るものでなく、タイヤ
フラムの形状を変えたり、ダイヤフラムを金属蓋の内@
に取り付けたりする等各種の設計変更を含むことはいう
までもない。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の気体封入冷却パッケージの−「面図、第
2図は本発明牛導体パッケージの断面図、第3図は第1
図のピストン部分の拡大断面図、第4図はピストン部分
を示した斜視図である。 l・・・・・・セラミック基板、2・・・・・・チップ
、4・・・・・・ピストン、5・・・・・・金属蓋、6
・・・・・・、シリンダ、 13・・・・・・7ランジ
、14・・・・・・シール、 15・・・・・・ダイヤ
フラム、16・・・・・・取付用凹部、17・・・・・
・冷却フィン特許出願人 日本電信電話公社 !I 1図 第 211 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. セラミック基板の上に搭載されたチップと、wIJ記セ
    ラミック基板上に固定された金属蓋と、前記金属蓋に前
    記チップと各々対応する位titGc形成されたシリン
    ダとを備える装置において、前記シリンダ内に収容さn
    上部が前記金属蓋から突出している熱伝導用のピストン
    と、前記ピストンの上部に設けられている冷却フィンと
    、前記ピストンを前記チップに対して押し付けるための
    ダイヤフラムと會有し、前記ダイヤフラムは前記ピスト
    ン外周と前記金属蓋に形成された取付用凹部の内壁との
    間に設けられていることを特徴とする半導体ノ(ツケー
    ジ。
JP9957681A 1981-06-29 1981-06-29 半導体パツケ−ジ Pending JPS582049A (ja)

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JP9957681A JPS582049A (ja) 1981-06-29 1981-06-29 半導体パツケ−ジ

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60126853A (ja) * 1983-12-14 1985-07-06 Hitachi Ltd 半導体デバイス冷却装置
EP0523387A3 (en) * 1991-06-18 1994-07-27 Sumitomo Electric Industries Semiconductor chip module and method for manufacturing the same
EP0630046A2 (en) * 1993-06-21 1994-12-21 Nec Corporation Cooling apparatus for integrated circuit chips
FR3138563A1 (fr) * 2022-07-27 2024-02-02 Safran Electronics & Defense Drain thermique pour une carte électronique

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