JPS6219074B2 - - Google Patents
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- JPS6219074B2 JPS6219074B2 JP56173959A JP17395981A JPS6219074B2 JP S6219074 B2 JPS6219074 B2 JP S6219074B2 JP 56173959 A JP56173959 A JP 56173959A JP 17395981 A JP17395981 A JP 17395981A JP S6219074 B2 JPS6219074 B2 JP S6219074B2
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Classifications
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
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- 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
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- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
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- H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
- H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は冷媒封入型半導体装置の冷却効率を向
上するための改良に関する。
上するための改良に関する。
近時計算機システムの大規模化、高速化に伴つ
て、半導体集積回路素子（IC）を高集積化する
こと、及び半導体ICを高密度に実装することが
重要な問題となつている。
て、半導体集積回路素子（IC）を高集積化する
こと、及び半導体ICを高密度に実装することが
重要な問題となつている。
通常の半導体ICは、動作時に素子内で発生し
た熱の大部分がパツケージを経て、空冷により素
子外に放熱される構造を有している。従つてこの
ような通常素子に於ては、該素子が高密度に実装
され、これら実装素子の発熱によつてその環境温
度が大幅に上昇した際には、素子の冷却が充分に
なされず、素子温度が上昇してその機能が損なわ
れるという問題がある。そしてこの問題を除去す
るべく提供されたのが液冷型即ち冷媒封入型の半
導体装置である。
た熱の大部分がパツケージを経て、空冷により素
子外に放熱される構造を有している。従つてこの
ような通常素子に於ては、該素子が高密度に実装
され、これら実装素子の発熱によつてその環境温
度が大幅に上昇した際には、素子の冷却が充分に
なされず、素子温度が上昇してその機能が損なわ
れるという問題がある。そしてこの問題を除去す
るべく提供されたのが液冷型即ち冷媒封入型の半
導体装置である。
冷媒封入型半導体装置の代表的構造としては、
セラミツク等の配線基板上に多数の半導体ICチ
ツプが集積搭載される論理素子等に於て多く用い
られる構造、或るいは金属基板上に一個の大型半
導体チツプが搭載される大電力素子等に多く用い
られる構造がある。
セラミツク等の配線基板上に多数の半導体ICチ
ツプが集積搭載される論理素子等に於て多く用い
られる構造、或るいは金属基板上に一個の大型半
導体チツプが搭載される大電力素子等に多く用い
られる構造がある。
第１図は前者の論理素子等に多く用いられる構
造を有する冷媒封入型半導体装置の断面を模式的
に表わしたもので、図に於て１はセラミツク配線
基板、２は接続端子、３はチツプ・ステージ、４
は半導体（IC）チツプ、５は配線パツド、６は
内部配線、７はコネクタ線、８は金属キヤツプ、
９は冷媒注入管、１０は放熱フイン、１１は冷却
フイン、１２はフルオロカーボン（CmFn）等化
学的に不活性な冷媒、１３はパツキン、１４はか
しめ手段を示す。
造を有する冷媒封入型半導体装置の断面を模式的
に表わしたもので、図に於て１はセラミツク配線
基板、２は接続端子、３はチツプ・ステージ、４
は半導体（IC）チツプ、５は配線パツド、６は
内部配線、７はコネクタ線、８は金属キヤツプ、
９は冷媒注入管、１０は放熱フイン、１１は冷却
フイン、１２はフルオロカーボン（CmFn）等化
学的に不活性な冷媒、１３はパツキン、１４はか
しめ手段を示す。
又第２図は後者の大電力素子等に多く用いられ
る構造を有する冷媒封入型半導体装置の断面を模
式的に表わしたもので、図に於て１′はステム・
ヘツダ（金属基板）、２は接続端子、３はチツ
プ・ステージ、４は半導体チツプ、５は配線パツ
ド、７はコネクタ線、８は金属キヤツプ、９は冷
媒導入管、１０は放熱フイン、１１は冷却フイ
ン、１２は冷媒、１５は金シリコン等のろう材、
１６は溶接部、１７はハメチツク・シール部を示
している。
る構造を有する冷媒封入型半導体装置の断面を模
式的に表わしたもので、図に於て１′はステム・
ヘツダ（金属基板）、２は接続端子、３はチツ
プ・ステージ、４は半導体チツプ、５は配線パツ
ド、７はコネクタ線、８は金属キヤツプ、９は冷
媒導入管、１０は放熱フイン、１１は冷却フイ
ン、１２は冷媒、１５は金シリコン等のろう材、
１６は溶接部、１７はハメチツク・シール部を示
している。
そして第１図の構造に於ては半導体（IC）チ
ツプ４は、熱抵抗の高いセラミツク配線基板１上
に搭載されているので、動作中半導体（IC）チ
ツプ４内で生じた熱は、その大部分が半導体
（IC）チツプ４の表面から冷媒１２、金属キヤツ
プ８を介して放熱冷却される。即ち冷媒１２は内
部の発熱により昇温した半導体（IC）チツプ４
表面から熱を奪つて気化し、気泡１８となつて冷
媒１２内を通過し、該蒸気が金属キヤツプ８の冷
却フイン１１に達し、熱交換されて液化するとい
う熱サイクルにより冷却がなされる。
ツプ４は、熱抵抗の高いセラミツク配線基板１上
に搭載されているので、動作中半導体（IC）チ
ツプ４内で生じた熱は、その大部分が半導体
（IC）チツプ４の表面から冷媒１２、金属キヤツ
プ８を介して放熱冷却される。即ち冷媒１２は内
部の発熱により昇温した半導体（IC）チツプ４
表面から熱を奪つて気化し、気泡１８となつて冷
媒１２内を通過し、該蒸気が金属キヤツプ８の冷
却フイン１１に達し、熱交換されて液化するとい
う熱サイクルにより冷却がなされる。
又２図に示す金属基板即ちステム・ヘツダ１′
上に直に半導体チツプ４が搭載される構造の半導
体装置に於ては、半導体チツプ４で発生した熱は
直ちにステム・ヘツダ１′に放熱される。然しな
がら該構造の半導体装置は通常絶縁体上に装着さ
れるので、ステム・ヘツダの放熱を良くするため
に該図に示すような冷媒封入型の半導体装置が提
供される。
上に直に半導体チツプ４が搭載される構造の半導
体装置に於ては、半導体チツプ４で発生した熱は
直ちにステム・ヘツダ１′に放熱される。然しな
がら該構造の半導体装置は通常絶縁体上に装着さ
れるので、ステム・ヘツダの放熱を良くするため
に該図に示すような冷媒封入型の半導体装置が提
供される。
そして該装置に於ては伝導により金属キヤツプ
８に伝つた熱が放熱フイン１０を経て放熱される
第１の冷却パスと、ステム・ヘツダ１５表面に触
れて気化した冷媒の蒸気が気泡１８となつて冷媒
１２中をぬけ冷却フイン１１に達して熱交換し、
キヤツプ８の放熱フイン１０を介して放熱する第
２の冷却パスが形成される。
８に伝つた熱が放熱フイン１０を経て放熱される
第１の冷却パスと、ステム・ヘツダ１５表面に触
れて気化した冷媒の蒸気が気泡１８となつて冷媒
１２中をぬけ冷却フイン１１に達して熱交換し、
キヤツプ８の放熱フイン１０を介して放熱する第
２の冷却パスが形成される。
然しながら従来第１図の構造を有する冷媒封入
型半導体装置に於ては、半導体チツプの表面を覆
う保護絶縁膜が比較的平坦に形成されているため
に、図に示すようにチツプ４の角等の限られた場
所を核として冷媒が沸騰する。従つて該チツプの
放熱は気泡１８の発生する小領域からのみなされ
るために放熱効果が不充分であつた。
型半導体装置に於ては、半導体チツプの表面を覆
う保護絶縁膜が比較的平坦に形成されているため
に、図に示すようにチツプ４の角等の限られた場
所を核として冷媒が沸騰する。従つて該チツプの
放熱は気泡１８の発生する小領域からのみなされ
るために放熱効果が不充分であつた。
又第２図の構造を有する装置に於ても、従来ス
テム・ヘツダ上面は平坦に形成されていたため
に、上記同様冷媒の沸騰領域（気泡１８の発生領
域）が限られ、放熱効果が充分ではなかつた。
テム・ヘツダ上面は平坦に形成されていたため
に、上記同様冷媒の沸騰領域（気泡１８の発生領
域）が限られ、放熱効果が充分ではなかつた。
本発明は上記問題点を除去するために、半導体
チツプの上面全域或るいはステム・ヘツダの上面
全域上で冷媒の沸騰が行われるような構造を具備
せしめた冷媒封入型半導体装置を提供する。
チツプの上面全域或るいはステム・ヘツダの上面
全域上で冷媒の沸騰が行われるような構造を具備
せしめた冷媒封入型半導体装置を提供する。
即ち本発明は半導体容器の底部基板上に上面が
保護絶縁膜で覆われた半導体チツプが搭載され、
該半導体容器内に冷媒が注入密封される冷媒封入
型半導体装置において、該半導体チツプを覆う保
護絶縁膜の上面、或いは半導体チツプが搭載され
る底部基板が金属基板よりなるとき該金属基板の
上面を、それぞれ粗面状に形成し、該半導体チツ
プ或いは金属基板の上面全域上に冷媒沸騰の核を
形成したことを特徴とする。
保護絶縁膜で覆われた半導体チツプが搭載され、
該半導体容器内に冷媒が注入密封される冷媒封入
型半導体装置において、該半導体チツプを覆う保
護絶縁膜の上面、或いは半導体チツプが搭載され
る底部基板が金属基板よりなるとき該金属基板の
上面を、それぞれ粗面状に形成し、該半導体チツ
プ或いは金属基板の上面全域上に冷媒沸騰の核を
形成したことを特徴とする。
以下本発明を実施例について図を用い詳細に説
明する。
明する。
第３図は本発明の第１項に該当する一実施例に
於ける上面図ａ及びそのＡ−A′矢視断面図ｂ
で、 第４図は本発明の第２項に該当する一実施例に
於ける上面図ａ及びそのＡ−A′矢視断面図ｂで
ある。
於ける上面図ａ及びそのＡ−A′矢視断面図ｂ
で、 第４図は本発明の第２項に該当する一実施例に
於ける上面図ａ及びそのＡ−A′矢視断面図ｂで
ある。
熱抵抗の高いセラミツク配線基板等に複数個の
半導体（IC）チツプが搭載される前記第１図に
該当する冷媒封入型半導体装置には、半導体
（IC）チツプの表面を粗面状に形成する本発明の
第１項が適用される。即ち本発明の第１項に該当
する半導体チツプは、例えば第３図ａ及びｂに示
すように半導体（IC）チツプ２１の上面に、該
チツプの機能領域上を覆い100〜150〔μｍ〕程度
の厚さを有する保護絶縁膜例えばりん珪酸ガラス
（PSG）膜２２が被着形成され、該PSG膜２２の
上面に例えば100〔μｍ〕程度のピツチで幅20〜
50〔μｍ〕、深さ20〜50〔μｍ〕程度の溝２３
が、例えば直角に交差して格子状に設けられてな
つている。
半導体（IC）チツプが搭載される前記第１図に
該当する冷媒封入型半導体装置には、半導体
（IC）チツプの表面を粗面状に形成する本発明の
第１項が適用される。即ち本発明の第１項に該当
する半導体チツプは、例えば第３図ａ及びｂに示
すように半導体（IC）チツプ２１の上面に、該
チツプの機能領域上を覆い100〜150〔μｍ〕程度
の厚さを有する保護絶縁膜例えばりん珪酸ガラス
（PSG）膜２２が被着形成され、該PSG膜２２の
上面に例えば100〔μｍ〕程度のピツチで幅20〜
50〔μｍ〕、深さ20〜50〔μｍ〕程度の溝２３
が、例えば直角に交差して格子状に設けられてな
つている。
なお図中２４は配線パターンを示している。そ
して上記溝２３はウエツト・エツチング法或るい
はリアクテイブ・イオン・エツチング法等通常の
エツチング法により形成されるが、溝２３の縁部
がなるべく鋭利であることが好ましいので、その
為にはリアクテイブ・イオン・エツチング法が適
している。なお粗面の形状としては上記実施例に
示した溝に限らず、20〜50〔μｍφ〕程度の直径
を有し深さ20〜50〔μｍ〕程度の穴を、上記同様
のエツチング法を用いてPSG膜上面に例えば100
〔μｍ〕程度のピツチで分散形成せしめても良
い。又粗面形成の手段としてはPSG膜上に、溶融
したPSGの所望の大きさの粒子を吹き付けて固着
せしめる方法もある。但し此の方法で形成した粗
面の凹凸は不規則になる。
して上記溝２３はウエツト・エツチング法或るい
はリアクテイブ・イオン・エツチング法等通常の
エツチング法により形成されるが、溝２３の縁部
がなるべく鋭利であることが好ましいので、その
為にはリアクテイブ・イオン・エツチング法が適
している。なお粗面の形状としては上記実施例に
示した溝に限らず、20〜50〔μｍφ〕程度の直径
を有し深さ20〜50〔μｍ〕程度の穴を、上記同様
のエツチング法を用いてPSG膜上面に例えば100
〔μｍ〕程度のピツチで分散形成せしめても良
い。又粗面形成の手段としてはPSG膜上に、溶融
したPSGの所望の大きさの粒子を吹き付けて固着
せしめる方法もある。但し此の方法で形成した粗
面の凹凸は不規則になる。
更に又保護絶縁膜がPSG膜以外の無機絶縁膜
や、ポリイミド等の有機絶縁膜の場合にも本発明
は適用できる。
や、ポリイミド等の有機絶縁膜の場合にも本発明
は適用できる。
上記の場合と異なり金属基板即ちステム・ヘツ
ダ上に直かに半導体チツプが搭載される前記第２
図に示した構造の冷媒封入型半導体装置に於て
は、本発明の第２項が適用されステム・ヘツダ
（金属基板）の上面が粗面状に形成される。第４
図ａ及びｂはその一実施例を示したもので、図に
於て２５は銅（Cu）等からなるステム・ヘツ
ダ、２６は幅0.1〜0.15〔mm〕、深さ0.1〜0.15
〔mm〕程度の溝、２７はモリブデン（Mo）等で形
成されたチツプ・ステージ、２８はハーメチツ
ク・シール部、２９は接続ピン、３０はコバール
等からなるキヤツプ溶接用リングを表わしてい
る。そして上記溝２６はレーザ加工或るいは機械
加工によりステム・ヘツダ上に予め例えば0.3〜
0.5〔mm〕程度のピツチで形成される。なお上記
の例ではステム・ヘツダ面の粗面化を溝によつて
行つたが、該粗面は穴によつて形成しても良い。
そしてこの場合、穴径は0.1〜0.15〔mmφ〕程
度、その深さは0.1〜0.15〔mm〕程度で良く、又
0.5〔mm〕程度の間隔でチツプ・ステージ、ハー
メチツク・シール部、キヤツプ溶接用リング部以
外のステム・ヘツダ上面全域に分散配置すれば良
い。
ダ上に直かに半導体チツプが搭載される前記第２
図に示した構造の冷媒封入型半導体装置に於て
は、本発明の第２項が適用されステム・ヘツダ
（金属基板）の上面が粗面状に形成される。第４
図ａ及びｂはその一実施例を示したもので、図に
於て２５は銅（Cu）等からなるステム・ヘツ
ダ、２６は幅0.1〜0.15〔mm〕、深さ0.1〜0.15
〔mm〕程度の溝、２７はモリブデン（Mo）等で形
成されたチツプ・ステージ、２８はハーメチツ
ク・シール部、２９は接続ピン、３０はコバール
等からなるキヤツプ溶接用リングを表わしてい
る。そして上記溝２６はレーザ加工或るいは機械
加工によりステム・ヘツダ上に予め例えば0.3〜
0.5〔mm〕程度のピツチで形成される。なお上記
の例ではステム・ヘツダ面の粗面化を溝によつて
行つたが、該粗面は穴によつて形成しても良い。
そしてこの場合、穴径は0.1〜0.15〔mmφ〕程
度、その深さは0.1〜0.15〔mm〕程度で良く、又
0.5〔mm〕程度の間隔でチツプ・ステージ、ハー
メチツク・シール部、キヤツプ溶接用リング部以
外のステム・ヘツダ上面全域に分散配置すれば良
い。
上記本発明の構造を有する半導体（IC）チツ
プ或るいはステム・ヘツダ（金属基板）を用いて
第１図或るいは第２図と同様な構造に組み立てら
れた冷媒封入型半導体装置に於て、昇温した半導
体チツプ或るいはステム・ヘツダに接している冷
媒の沸騰は、半導体チツプ或るいはステム・ヘツ
ダの上面に粗面を形成する溝或るいは穴等の凹凸
部を核にして半導体（IC）チツプ或いはステ
ム・ヘツダの上面全域で行われ、半導体（IC）
チツプ上面全域或るいはステム・ヘツダ上面全域
から気化熱が奪われるので、冷却効率は増大し、
その熱抵抗を従来の冷媒封入型半導体装置の1/2
以下に減少せしめることができる。
プ或るいはステム・ヘツダ（金属基板）を用いて
第１図或るいは第２図と同様な構造に組み立てら
れた冷媒封入型半導体装置に於て、昇温した半導
体チツプ或るいはステム・ヘツダに接している冷
媒の沸騰は、半導体チツプ或るいはステム・ヘツ
ダの上面に粗面を形成する溝或るいは穴等の凹凸
部を核にして半導体（IC）チツプ或いはステ
ム・ヘツダの上面全域で行われ、半導体（IC）
チツプ上面全域或るいはステム・ヘツダ上面全域
から気化熱が奪われるので、冷却効率は増大し、
その熱抵抗を従来の冷媒封入型半導体装置の1/2
以下に減少せしめることができる。
以上説明したように本発明によれば、半導体素
子の熱抵抗を減少せしめることができるので、半
導体素子の高密度実装や大電力化が可能になる。
子の熱抵抗を減少せしめることができるので、半
導体素子の高密度実装や大電力化が可能になる。
第１図及び第２図は従来の冷媒封入型半導体装
置の断面模式図、第３図は本発明の一実施例に於
ける上面図ａ及びＡ−A′矢視断面図ｂ、第４図
は本発明の他の一実施例に於ける上面図ａ及びＡ
−A′矢視断面図ｂである。 図に於て、２１は半導体（IC）チツプ、２２
はりん珪酸ガラス膜、２３は溝、２５はステム・
ヘツダ、２６は溝、２７はチツプ・ステージ、２
８はハーメチツク・シール部、２９は接続ピン、
３０はキヤツプ溶接用リングを示す。
置の断面模式図、第３図は本発明の一実施例に於
ける上面図ａ及びＡ−A′矢視断面図ｂ、第４図
は本発明の他の一実施例に於ける上面図ａ及びＡ
−A′矢視断面図ｂである。 図に於て、２１は半導体（IC）チツプ、２２
はりん珪酸ガラス膜、２３は溝、２５はステム・
ヘツダ、２６は溝、２７はチツプ・ステージ、２
８はハーメチツク・シール部、２９は接続ピン、
３０はキヤツプ溶接用リングを示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体容器の底部基板上に、上面が保護絶縁
膜で覆われた半導体チツプが搭載され、該半導体
容器内に冷媒が注入密封される冷媒封入型半導体
装置において、該半導体チツプを覆う保護絶縁膜
の上面を粗面状に形成してなることを特徴とする
冷媒封入型半導体装置。 ２ 前記半導体容器の底部基板が金属よりなり、
該金属基板の上面を粗面状に形成してなることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の冷媒封入
型半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56173959A JPS5875860A (ja) | 1981-10-30 | 1981-10-30 | 冷媒封入型半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56173959A JPS5875860A (ja) | 1981-10-30 | 1981-10-30 | 冷媒封入型半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5875860A JPS5875860A (ja) | 1983-05-07 |
| JPS6219074B2 true JPS6219074B2 (ja) | 1987-04-25 |
Family
ID=15970215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56173959A Granted JPS5875860A (ja) | 1981-10-30 | 1981-10-30 | 冷媒封入型半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5875860A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58114445A (ja) * | 1981-12-28 | 1983-07-07 | Fujitsu Ltd | 液冷モジユ−ル |
| JPS60254757A (ja) * | 1984-05-31 | 1985-12-16 | Toshiba Corp | 高密度実装回路部品 |
| JPS60254641A (ja) * | 1984-05-31 | 1985-12-16 | Fujitsu Ltd | 液体封入型パツケ−ジ |
| US6771500B1 (en) * | 2003-03-27 | 2004-08-03 | Stmicroelectronics, Inc. | System and method for direct convective cooling of an exposed integrated circuit die surface |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5147576A (ja) * | 1974-10-23 | 1976-04-23 | Hitachi Ltd | Kannaikyuchakushikikatsuseitankyuchakusochi |
-
1981
- 1981-10-30 JP JP56173959A patent/JPS5875860A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5147576A (ja) * | 1974-10-23 | 1976-04-23 | Hitachi Ltd | Kannaikyuchakushikikatsuseitankyuchakusochi |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5875860A (ja) | 1983-05-07 |
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