JP2002093960A - マルチチップモジュールの冷却構造およびその製造方法 - Google Patents
マルチチップモジュールの冷却構造およびその製造方法Info
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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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱伝導の効率が高いマルチチップモジュール
の冷却構造を提供する。 【解決手段】 マルチチップモジュールの冷却構造は、
基板２とこの基板２の上に搭載された複数の半導体装置
１とを含むマルチチップモジュール１０と、複数の半導
体装置１の各々の上面に設けられた複数の熱伝導体３
と、この複数の熱伝導体３の上部に熱的に結合されてい
るとともに遊動可能に取り付けられた放熱部材２０と、
熱伝導体３のそれぞれと放熱部材２０との間に設けられ
た複数の低融点金属部材４とを含む。
の冷却構造を提供する。 【解決手段】 マルチチップモジュールの冷却構造は、
基板２とこの基板２の上に搭載された複数の半導体装置
１とを含むマルチチップモジュール１０と、複数の半導
体装置１の各々の上面に設けられた複数の熱伝導体３
と、この複数の熱伝導体３の上部に熱的に結合されてい
るとともに遊動可能に取り付けられた放熱部材２０と、
熱伝導体３のそれぞれと放熱部材２０との間に設けられ
た複数の低融点金属部材４とを含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マルチチップモジ
ュールの冷却構造およびその製造方法に関し、特に、熱
伝導の効率が高いマルチチップモジュールの冷却構造お
よびその製造方法に関する。
ュールの冷却構造およびその製造方法に関し、特に、熱
伝導の効率が高いマルチチップモジュールの冷却構造お
よびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】複数個の大規模集積回路（Large Scale
Integration：ＬＳＩ）を１つの基板に実装してなるマ
ルチチップモジュールにおいて、ＬＳＩの集積度が増加
するにつれて、ＬＳＩの発熱量も増加している。ＬＳＩ
自身の発熱量が大きくなると、ヒートシンクの放熱面積
を大きくしたり熱伝達率を上げても効果がなく、ＬＳＩ
からヒートシンクまでの熱伝導部分の効率を良くする必
要がある。
Integration：ＬＳＩ）を１つの基板に実装してなるマ
ルチチップモジュールにおいて、ＬＳＩの集積度が増加
するにつれて、ＬＳＩの発熱量も増加している。ＬＳＩ
自身の発熱量が大きくなると、ヒートシンクの放熱面積
を大きくしたり熱伝達率を上げても効果がなく、ＬＳＩ
からヒートシンクまでの熱伝導部分の効率を良くする必
要がある。
【０００３】一方、マルチチップモジュールに実装され
るＬＳＩのそれぞれの厚さは製造ばらつきがある上、Ｌ
ＳＩを基板に搭載する場合にも実装ばらつきがあるた
め、ＬＳＩが反ったり傾いたりするという問題がある。
個々のＬＳＩにおいて、高さ方向のばらつきだけでも２
００〜３００マイクロメートルにも達する。マルチチッ
プモジュールの冷却構造は、一般に、複数のＬＳＩを１
つのヒートシンクに接触させて冷却するが、このばらつ
きのため、各々のＬＳＩとＨＳとの間に隙間が生じてし
まう。この隙間を埋めるうえで高熱伝導にすることが、
冷却性能を向上させるために重要である。
るＬＳＩのそれぞれの厚さは製造ばらつきがある上、Ｌ
ＳＩを基板に搭載する場合にも実装ばらつきがあるた
め、ＬＳＩが反ったり傾いたりするという問題がある。
個々のＬＳＩにおいて、高さ方向のばらつきだけでも２
００〜３００マイクロメートルにも達する。マルチチッ
プモジュールの冷却構造は、一般に、複数のＬＳＩを１
つのヒートシンクに接触させて冷却するが、このばらつ
きのため、各々のＬＳＩとＨＳとの間に隙間が生じてし
まう。この隙間を埋めるうえで高熱伝導にすることが、
冷却性能を向上させるために重要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述の隙間を熱伝導性
ラバーシートを使って埋める技術が特開平２−１９６４
５３に開示されている。しかしながら、ラバー材では熱
伝導率が金属と比較して２桁劣るため、高発熱量のＬＳ
Ｉに用いると、熱が伝導しないため問題がある。
ラバーシートを使って埋める技術が特開平２−１９６４
５３に開示されている。しかしながら、ラバー材では熱
伝導率が金属と比較して２桁劣るため、高発熱量のＬＳ
Ｉに用いると、熱が伝導しないため問題がある。
【０００５】特開平１１−１３５６９１では、各ＬＳＩ
とヒートシンクとの間に低融点金属と窒化アルミ、熱伝
導性グリースを設けている。しかしながら、この方法で
も、グリース部分の厚さを薄くできる保証はなく、その
結果として、グリース部分の熱抵抗が上がってうため問
題が生じる。
とヒートシンクとの間に低融点金属と窒化アルミ、熱伝
導性グリースを設けている。しかしながら、この方法で
も、グリース部分の厚さを薄くできる保証はなく、その
結果として、グリース部分の熱抵抗が上がってうため問
題が生じる。
【０００６】該技術の回避策として、特開２０００−３
１３６０ではグリースを排除し固着はんだでＬＳＩとヒ
ートシンクとを固定している。しかしながら、該構造
は、ＬＳＩの発熱による熱膨張を吸収できず、ＬＳＩに
過大な熱応力が作用してしまうため問題がある。
１３６０ではグリースを排除し固着はんだでＬＳＩとヒ
ートシンクとを固定している。しかしながら、該構造
は、ＬＳＩの発熱による熱膨張を吸収できず、ＬＳＩに
過大な熱応力が作用してしまうため問題がある。
【０００７】そこで、本発明の目的は、熱伝導の効率が
高いマルチチップモジュールの冷却構造を提供すること
にある。
高いマルチチップモジュールの冷却構造を提供すること
にある。
【０００８】また、本発明の他の目的は、発熱によりＬ
ＳＩが熱膨張しても、該ＬＳＩに過度な圧力を加えない
マルチチップモジュールの冷却構造を提供することにあ
る。
ＳＩが熱膨張しても、該ＬＳＩに過度な圧力を加えない
マルチチップモジュールの冷却構造を提供することにあ
る。
【０００９】また、本発明の他の目的は、ＬＳＩの厚さ
が変わったり、基板の反りや機構品の寸法公差がばらつ
いても放熱部材を変更する必要の無いマルチチップモジ
ュールの冷却構造を提供することにある。
が変わったり、基板の反りや機構品の寸法公差がばらつ
いても放熱部材を変更する必要の無いマルチチップモジ
ュールの冷却構造を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のマルチチップモジュールの冷却構造は、基板
とこの基板の上に搭載された複数の半導体装置とを含む
マルチチップモジュールと、前記複数の半導体装置の各
々の上面に設けられた複数の熱伝導体と、この複数の熱
伝導体の上部に熱的に結合されているとともに遊動可能
に取り付けられた放熱部材と、前記熱伝導体のそれぞれ
と前記放熱部材との間に設けられた複数の低融点金属部
材とを含む。
に本発明のマルチチップモジュールの冷却構造は、基板
とこの基板の上に搭載された複数の半導体装置とを含む
マルチチップモジュールと、前記複数の半導体装置の各
々の上面に設けられた複数の熱伝導体と、この複数の熱
伝導体の上部に熱的に結合されているとともに遊動可能
に取り付けられた放熱部材と、前記熱伝導体のそれぞれ
と前記放熱部材との間に設けられた複数の低融点金属部
材とを含む。
【００１１】また、本発明の他のマルチチップモジュー
ルの冷却構造は、前記放熱部材は、前記複数の半導体装
置に対応する位置にそれぞれ設けられた複数の凹部を有
し、前記複数の低融点金属部材の各々は前記複数の凹部
の各々に埋設されていることを特徴とする。
ルの冷却構造は、前記放熱部材は、前記複数の半導体装
置に対応する位置にそれぞれ設けられた複数の凹部を有
し、前記複数の低融点金属部材の各々は前記複数の凹部
の各々に埋設されていることを特徴とする。
【００１２】さらに、本発明の他のマルチチップモジュ
ールの冷却構造は、前記複数の低融点金属の各々は、対
応する前記凹部と前記半導体装置の上面との間に充填さ
れていることを特徴とする。
ールの冷却構造は、前記複数の低融点金属の各々は、対
応する前記凹部と前記半導体装置の上面との間に充填さ
れていることを特徴とする。
【００１３】また、本発明の他のマルチチップモジュー
ルの冷却構造は、前記低融点金属は半田を含むことを特
徴とする。
ルの冷却構造は、前記低融点金属は半田を含むことを特
徴とする。
【００１４】さらに、本発明の他のマルチチップモジュ
ールの冷却構造は、前記放熱部材は、前記複数の半導体
装置の実装高さや傾きのばらつきに応じて移動すること
を特徴とする。
ールの冷却構造は、前記放熱部材は、前記複数の半導体
装置の実装高さや傾きのばらつきに応じて移動すること
を特徴とする。
【００１５】また、本発明の他のマルチチップモジュー
ルの冷却構造は、前記放熱部材は、前記複数の半導体装
置の熱膨張に応じて移動することを特徴とする。
ルの冷却構造は、前記放熱部材は、前記複数の半導体装
置の熱膨張に応じて移動することを特徴とする。
【００１６】さらに、本発明の他のマルチチップモジュ
ールの冷却構造は、前記複数の半導体装置の高さや角度
に応じて前記放熱部材を前記複数の半導体装置のそれぞ
れの上面に押し付ける複数のばねと、この複数のばねの
各々を前記基板に取り付ける複数のねじとを更に含むこ
とを特徴とする。
ールの冷却構造は、前記複数の半導体装置の高さや角度
に応じて前記放熱部材を前記複数の半導体装置のそれぞ
れの上面に押し付ける複数のばねと、この複数のばねの
各々を前記基板に取り付ける複数のねじとを更に含むこ
とを特徴とする。
【００１７】本発明のマルチチップモジュールの冷却構
造の製造方法は、放熱部材の下面に設けられた複数の凹
部のそれぞれに低融点金属を設ける第１の工程と、マル
チチップモジュールと前記放熱部材の下面とをテープ部
材を介して取り付け、マルチチップモジュール上に設け
られた複数の半導体装置のそれぞれの上面と前記複数の
凹部のそれぞれに設けられた前記低融点金属とを前記テ
ープ部材を介して接触させる第２の工程と、前記放熱部
材の前記低融点金属に熱を印可し該低融点金属を溶融さ
せる第３の工程と、前記低融点金属の温度を下降させて
凝固させる第４の工程と、前記マルチチップモジュール
から前記放熱部材と前記テープ部材とを取り外す第５の
工程と、前記マルチチップモジュール上の前記複数の半
導体装置の各々の上面に熱伝導部材を形成する第６の工
程と、前記マルチチップモジュールと前記放熱部材の下
面とを取り付ける第７の工程とを含む。
造の製造方法は、放熱部材の下面に設けられた複数の凹
部のそれぞれに低融点金属を設ける第１の工程と、マル
チチップモジュールと前記放熱部材の下面とをテープ部
材を介して取り付け、マルチチップモジュール上に設け
られた複数の半導体装置のそれぞれの上面と前記複数の
凹部のそれぞれに設けられた前記低融点金属とを前記テ
ープ部材を介して接触させる第２の工程と、前記放熱部
材の前記低融点金属に熱を印可し該低融点金属を溶融さ
せる第３の工程と、前記低融点金属の温度を下降させて
凝固させる第４の工程と、前記マルチチップモジュール
から前記放熱部材と前記テープ部材とを取り外す第５の
工程と、前記マルチチップモジュール上の前記複数の半
導体装置の各々の上面に熱伝導部材を形成する第６の工
程と、前記マルチチップモジュールと前記放熱部材の下
面とを取り付ける第７の工程とを含む。
【００１８】また、本発明の他のマルチチップモジュー
ルの冷却構造の製造方法は、前記第２の工程において、
前記マルチチップモジュールと前記放熱部材の下面とを
弾性部材を介して取り付けることを特徴とする。
ルの冷却構造の製造方法は、前記第２の工程において、
前記マルチチップモジュールと前記放熱部材の下面とを
弾性部材を介して取り付けることを特徴とする。
【００１９】さらに、本発明の他のマルチチップモジュ
ールの冷却構造の製造方法は、前記第７の工程におい
て、前記マルチチップモジュールと前記放熱部材の下面
とを弾性部材を介して取り付けることを特徴とする。
ールの冷却構造の製造方法は、前記第７の工程におい
て、前記マルチチップモジュールと前記放熱部材の下面
とを弾性部材を介して取り付けることを特徴とする。
【００２０】また、本発明の他のマルチチップモジュー
ルの冷却構造の製造方法は、前記第１の工程において、
前記低融点金属の量は、対応する前記半導体装置の高さ
のばらつきや傾きに応じて設定されることを特徴とす
る。
ルの冷却構造の製造方法は、前記第１の工程において、
前記低融点金属の量は、対応する前記半導体装置の高さ
のばらつきや傾きに応じて設定されることを特徴とす
る。
【００２１】さらに、本発明の他のマルチチップモジュ
ールの冷却構造の製造方法は、前記低融点金属は半田を
含み、前記第１の工程において、半田シートにより当該
低融点金属を供給することを特徴とする。
ールの冷却構造の製造方法は、前記低融点金属は半田を
含み、前記第１の工程において、半田シートにより当該
低融点金属を供給することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】次に本発明のマルチチップモジュ
ールの冷却構造およびその製造方法の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
ールの冷却構造およびその製造方法の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】図１を参照すると、本発明のマルチチップ
モジュールの冷却構造は、マルチチップモジュール１０
と、熱伝導体３と、低融点金属４と、フランジ５と、放
熱部材２０と、ばね７と、ねじ8とを含む。
モジュールの冷却構造は、マルチチップモジュール１０
と、熱伝導体３と、低融点金属４と、フランジ５と、放
熱部材２０と、ばね７と、ねじ8とを含む。
【００２４】マルチチップモジュール１０は、基板２と
この基板２の上面に実装された複数のＬＳＩ１とを含
む。基板２に実装された複数のＬＳＩ１は高さ寸法や傾
き角、反り量が異なる。これは、複数のＬＳＩ１各々の
シリコンウエハの厚さのばらつき、基板実装における製
造ばらつきや基板２自体の反り等による。
この基板２の上面に実装された複数のＬＳＩ１とを含
む。基板２に実装された複数のＬＳＩ１は高さ寸法や傾
き角、反り量が異なる。これは、複数のＬＳＩ１各々の
シリコンウエハの厚さのばらつき、基板実装における製
造ばらつきや基板２自体の反り等による。
【００２５】熱伝導体３は、複数のＬＳＩ１の各々の上
面に設けられている。熱伝導体３は、ＬＳＩ１と低融点
金属４との固体同士の接触熱抵抗を低減させる。熱伝導
体３は、シリコーングリースやコンパウンドを含む。固
体であるＬＳＩの放熱面やヒートシンクベース面は微視
的に観察すると、細かい凹凸が存在する。熱は、この細
かい凹凸が接触している部分でしか伝熱しない。この部
分の熱抵抗を接触熱抵抗と言い、熱的に大きなロスを生
じてしまう。そこで、この凹凸の隙間を埋めるためにグ
リースやコンパウンドといった流動性の熱伝導体３を充
填する。ところが、熱伝導体３を構成する樹脂材料は金
属に比べると２桁熱伝導率が劣るため、熱伝導体３の厚
さを薄くするほど冷却性能が向上する。
面に設けられている。熱伝導体３は、ＬＳＩ１と低融点
金属４との固体同士の接触熱抵抗を低減させる。熱伝導
体３は、シリコーングリースやコンパウンドを含む。固
体であるＬＳＩの放熱面やヒートシンクベース面は微視
的に観察すると、細かい凹凸が存在する。熱は、この細
かい凹凸が接触している部分でしか伝熱しない。この部
分の熱抵抗を接触熱抵抗と言い、熱的に大きなロスを生
じてしまう。そこで、この凹凸の隙間を埋めるためにグ
リースやコンパウンドといった流動性の熱伝導体３を充
填する。ところが、熱伝導体３を構成する樹脂材料は金
属に比べると２桁熱伝導率が劣るため、熱伝導体３の厚
さを薄くするほど冷却性能が向上する。
【００２６】放熱部材２０は、ヒートシンクベース部６
と放熱部9とを含む。
と放熱部9とを含む。
【００２７】ヒートシンクベース部６は、熱伝動がよい
金属からなり、例えば、アルミまたは銅で形成される。
放熱部９は、熱伝動がよい金属からなり、例えば、アル
ミまたは銅で形成される。ヒートシンクベース部６と放
熱部９とは放熱シート１０を介在して結合される。放熱
シート１０は、柔軟性を有しているラバーシート等であ
る。ヒートシンクベース部６と放熱部９との接触は、固
体同士の接触であるため、表面がでこぼこしており接触
熱抵抗がある。放熱シートは、接触熱抵抗を解消する。
金属からなり、例えば、アルミまたは銅で形成される。
放熱部９は、熱伝動がよい金属からなり、例えば、アル
ミまたは銅で形成される。ヒートシンクベース部６と放
熱部９とは放熱シート１０を介在して結合される。放熱
シート１０は、柔軟性を有しているラバーシート等であ
る。ヒートシンクベース部６と放熱部９との接触は、固
体同士の接触であるため、表面がでこぼこしており接触
熱抵抗がある。放熱シートは、接触熱抵抗を解消する。
【００２８】ヒートシンクベース部６は複数の凹部を有
する。複数の凹部は、ヒートシンクベース部６の下面に
形成されている。複数の凹部の各々は、複数のＬＳＩの
各々と対向する位置に設けられている。
する。複数の凹部は、ヒートシンクベース部６の下面に
形成されている。複数の凹部の各々は、複数のＬＳＩの
各々と対向する位置に設けられている。
【００２９】ヒートシンクベース部６には、上述した個
々のＬＳＩの実装形状を正確に転写させるために複数の
低融点金属４が固着される。それぞれの低融点金属４の
下面は、熱伝導体３を介して対応するＬＳＩ１の上面と
接触する。具体的には、低融点金属４は、ヒートシンク
ベース部６の複数の凹部のそれぞれの内部に埋め込まれ
ている。低融点金属４は、低融点の半田を含む。
々のＬＳＩの実装形状を正確に転写させるために複数の
低融点金属４が固着される。それぞれの低融点金属４の
下面は、熱伝導体３を介して対応するＬＳＩ１の上面と
接触する。具体的には、低融点金属４は、ヒートシンク
ベース部６の複数の凹部のそれぞれの内部に埋め込まれ
ている。低融点金属４は、低融点の半田を含む。
【００３０】本実施の形態において、転写とは、低融点
金属４の下面の高さや傾きが、対応するＬＳＩ１の高さ
や傾きに応じて該ＬＳＩ１の上面と同一または実質的に
同一な平面を形成していることをいう。すなわち、マル
チチップモジュール１０に放熱部材２０が取り付けられ
た場合に、複数の低融点金属４の各々の下面と対応する
ＬＳＩ１の上面とが限りなく密着して接触する。
金属４の下面の高さや傾きが、対応するＬＳＩ１の高さ
や傾きに応じて該ＬＳＩ１の上面と同一または実質的に
同一な平面を形成していることをいう。すなわち、マル
チチップモジュール１０に放熱部材２０が取り付けられ
た場合に、複数の低融点金属４の各々の下面と対応する
ＬＳＩ１の上面とが限りなく密着して接触する。
【００３１】ヒートシンクベース部６は複数のバネ７に
よってＬＳＩ１側に常に押圧されている。バネ７は基板
２の周辺に設けられたフランジ５に支柱を立てて、ネジ
８によって取り付けられている。バネ７は、基板１の４
隅等に複数本使用するのが好ましい。ベース部６をより
柔軟に動かすことができるためである。バネ７のバネ力
はヒートシンクの自重やＬＳＩの耐荷重等によって決定
される。バネ７はバネ定数が低いものが選択される。こ
れは、ＬＳＩ１の寸法変化に追随するときも荷重変動が
少なく有利であるためである。具体的には、複数のバネ
７全体でのばね定数が、１００グラム／ミリメートル以
下である。すなわち、複数のバネ７全体で１ｍｍ動いて
１００グラム以下程度の力を発生させるように設定され
る。
よってＬＳＩ１側に常に押圧されている。バネ７は基板
２の周辺に設けられたフランジ５に支柱を立てて、ネジ
８によって取り付けられている。バネ７は、基板１の４
隅等に複数本使用するのが好ましい。ベース部６をより
柔軟に動かすことができるためである。バネ７のバネ力
はヒートシンクの自重やＬＳＩの耐荷重等によって決定
される。バネ７はバネ定数が低いものが選択される。こ
れは、ＬＳＩ１の寸法変化に追随するときも荷重変動が
少なく有利であるためである。具体的には、複数のバネ
７全体でのばね定数が、１００グラム／ミリメートル以
下である。すなわち、複数のバネ７全体で１ｍｍ動いて
１００グラム以下程度の力を発生させるように設定され
る。
【００３２】ヒートシンクベース部６の上面には放熱部
９が取り付けられる。放熱部９は図１に示されるように
フィンを設けて周囲空気に放熱したり、あるいは水や代
替えフロンなどの液体に放熱したり、その構造は自由に
選択される。また、図中にはフィン９とヒートシンクベ
ース部６とは放熱シート１０によって接合した場合を示
したが、フィン９とヒートシンクベース部を一体構造に
してもよい。
９が取り付けられる。放熱部９は図１に示されるように
フィンを設けて周囲空気に放熱したり、あるいは水や代
替えフロンなどの液体に放熱したり、その構造は自由に
選択される。また、図中にはフィン９とヒートシンクベ
ース部６とは放熱シート１０によって接合した場合を示
したが、フィン９とヒートシンクベース部を一体構造に
してもよい。
【００３３】熱伝導は物質内の熱移動である。したがっ
て、熱伝導率の大きな物質を用い、かつ、伝熱方向の長
さのパスを短くすれば冷却能力を上げることができる。
ところが、前述のようにＬＳＩ１とヒートシンクベース
部６との間に充填する熱伝導部材３はセラミックスのア
ルミナや窒化アルミなどのフィラーを熱伝導の媒体とし
てシリコーンオイルと混合させるなど放熱性を高めては
いるものの、それでも金属に比べればその熱伝導率は２
桁劣っている。したがって、この熱伝導部材の厚さをい
かに小さく抑えられるかが、冷却性能を決定する上で大
きな鍵となる。本発明の冷却構造では、ＬＳＩの反りや
傾き等の実装形状を低融点金属にそのまま転写させるた
め、熱伝導部材の厚さをＬＳＩの放熱面全てにわたって
均一かつ薄くできる。
て、熱伝導率の大きな物質を用い、かつ、伝熱方向の長
さのパスを短くすれば冷却能力を上げることができる。
ところが、前述のようにＬＳＩ１とヒートシンクベース
部６との間に充填する熱伝導部材３はセラミックスのア
ルミナや窒化アルミなどのフィラーを熱伝導の媒体とし
てシリコーンオイルと混合させるなど放熱性を高めては
いるものの、それでも金属に比べればその熱伝導率は２
桁劣っている。したがって、この熱伝導部材の厚さをい
かに小さく抑えられるかが、冷却性能を決定する上で大
きな鍵となる。本発明の冷却構造では、ＬＳＩの反りや
傾き等の実装形状を低融点金属にそのまま転写させるた
め、熱伝導部材の厚さをＬＳＩの放熱面全てにわたって
均一かつ薄くできる。
【００３４】また、本発明では、流動性の樹脂を極薄厚
で塗布し、さらに放熱部材２０をＬＳＩ１に対しフロー
ティングにしているために熱膨張差を吸収できる。
で塗布し、さらに放熱部材２０をＬＳＩ１に対しフロー
ティングにしているために熱膨張差を吸収できる。
【００３５】次に、本発明のマルチチップモジュールの
冷却構造の製造方法について説明する。
冷却構造の製造方法について説明する。
【００３６】図２を参照すると、マルチチップモジュー
ル１０の周辺にステイを取り付けたフランジ５が組み立
てられる。複数のＬＳＩ１は製造や実装ばらつきによ
り、それぞれ反りが生じたり、基板に対して傾いてい
る。ヒートシンクベース部６にはそれぞれのＬＳＩに対
向する場所に凹部またはくぼみが形成されている。この
凹部やくぼみに低融点金属４が充填される。低融点金属
４の量はＬＳＩ１の体積ばらつきを計算して求めた最適
量を充填する。このため、半田シート等の形態で用いる
と有利である。
ル１０の周辺にステイを取り付けたフランジ５が組み立
てられる。複数のＬＳＩ１は製造や実装ばらつきによ
り、それぞれ反りが生じたり、基板に対して傾いてい
る。ヒートシンクベース部６にはそれぞれのＬＳＩに対
向する場所に凹部またはくぼみが形成されている。この
凹部やくぼみに低融点金属４が充填される。低融点金属
４の量はＬＳＩ１の体積ばらつきを計算して求めた最適
量を充填する。このため、半田シート等の形態で用いる
と有利である。
【００３７】この状態でマルチチップモジュール１０の
ＬＳＩ１が設けられている面とヒートシンクベース部６
の下面とを、冷却構造の最終形態と同様にして接触させ
る。具体的には、マルチチップモジュール１０とヒート
シンクベース部６とを、バネ７を介して、ネジ８をフラ
ンジ５の支柱に締め付けて組み立てる。このとき、ＬＳ
Ｉ１と低融点金属４とが融着しないようにＬＳＩ１の表
面には界面不活性剤やテフロン（登録商標）などの耐熱
テープを介在させる。ばね7のバネ力はＬＳＩ１の耐荷
重によって決定されるが、バネ定数は小さいものを選択
した方が、荷重変動が少ないため有利である。
ＬＳＩ１が設けられている面とヒートシンクベース部６
の下面とを、冷却構造の最終形態と同様にして接触させ
る。具体的には、マルチチップモジュール１０とヒート
シンクベース部６とを、バネ７を介して、ネジ８をフラ
ンジ５の支柱に締め付けて組み立てる。このとき、ＬＳ
Ｉ１と低融点金属４とが融着しないようにＬＳＩ１の表
面には界面不活性剤やテフロン（登録商標）などの耐熱
テープを介在させる。ばね7のバネ力はＬＳＩ１の耐荷
重によって決定されるが、バネ定数は小さいものを選択
した方が、荷重変動が少ないため有利である。
【００３８】図３において、マルチチップモジュール１
０の低融点金属４に熱を印可する。具体的には、マルチ
チップモジュール１０とヒートシンクベース部６とを組
んだ状態で、恒温槽のような温度一定の環境下に放置す
る。雰囲気の温度は低融点金属４の融点近傍に設定す
る。低融点金属４の融点は、基板２や基板２上に搭載さ
れた部品の耐熱温度以下になるように成分配合によって
調整されている。
０の低融点金属４に熱を印可する。具体的には、マルチ
チップモジュール１０とヒートシンクベース部６とを組
んだ状態で、恒温槽のような温度一定の環境下に放置す
る。雰囲気の温度は低融点金属４の融点近傍に設定す
る。低融点金属４の融点は、基板２や基板２上に搭載さ
れた部品の耐熱温度以下になるように成分配合によって
調整されている。
【００３９】低融点金属４が溶融した温度から雰囲気温
度を下げて、低融点金属４が再度凝固させられる。これ
により、ＬＳＩ１の形状が低融点金属４に転写する。す
なわち、複数の低融点金属４のそれぞれの下面は、基板
の反りや対向するＬＳＩの傾きに応じた傾きに形成され
る。低融点金属４を凝固させるとき、低融点金属４に引
けやボイドが生じないように冷却方法や冷却速度が調整
される。
度を下げて、低融点金属４が再度凝固させられる。これ
により、ＬＳＩ１の形状が低融点金属４に転写する。す
なわち、複数の低融点金属４のそれぞれの下面は、基板
の反りや対向するＬＳＩの傾きに応じた傾きに形成され
る。低融点金属４を凝固させるとき、低融点金属４に引
けやボイドが生じないように冷却方法や冷却速度が調整
される。
【００４０】図４を参照すると、ヒートシンクベース部
６と耐熱テープとをマルチチップモジュール１０から取
り外す。低融点金属４は個々のＬＳＩ１の反りや傾きの
形状がそのまま転写されている。
６と耐熱テープとをマルチチップモジュール１０から取
り外す。低融点金属４は個々のＬＳＩ１の反りや傾きの
形状がそのまま転写されている。
【００４１】ＬＳＩ１の表面に塗布した界面不活性剤や
耐熱テープを除去した後、グリースやコンパウンド等の
熱伝導部材３をマルチチップモジュール１０上の複数の
ＬＳＩ１の各々の上面に塗布する。
耐熱テープを除去した後、グリースやコンパウンド等の
熱伝導部材３をマルチチップモジュール１０上の複数の
ＬＳＩ１の各々の上面に塗布する。
【００４２】次に、マルチチップモジュール１０とヒー
トシンクベース部６の下面とが取り付けられる。このと
き、ＬＳＩ１上の熱伝導部材３とヒートシンクベース部
６の低融点金属４の対応するもの同士が接触する。この
結果、図１に示されるマルチチップモジュールの冷却構
造が得られる。
トシンクベース部６の下面とが取り付けられる。このと
き、ＬＳＩ１上の熱伝導部材３とヒートシンクベース部
６の低融点金属４の対応するもの同士が接触する。この
結果、図１に示されるマルチチップモジュールの冷却構
造が得られる。
【００４３】上記実施例では、放熱部材２０がヒートシ
ンクベース部６と放熱部９とに分離された構造とした
が、放熱部材２０は一体構造であってもよい。
ンクベース部６と放熱部９とに分離された構造とした
が、放熱部材２０は一体構造であってもよい。
【００４４】本実施例では、形状転写は半田などの低融
点金属４としたが、金属フィラーを充填して熱伝導率を
高めた樹脂を用いてもよい。
点金属４としたが、金属フィラーを充填して熱伝導率を
高めた樹脂を用いてもよい。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、個々
のＬＳＩの発熱量が大きいマルチチップモジュールにお
いて、冷却性能を向上させることができる。これは基板
に実装された個々のＬＳＩの反りや傾きの形状を低融点
金属を使用してそのままヒートシンクのベース面に転写
させることができるため、グリースやコンパウンド等の
熱伝導部材の厚さを最小限に小さくできるためである。
のＬＳＩの発熱量が大きいマルチチップモジュールにお
いて、冷却性能を向上させることができる。これは基板
に実装された個々のＬＳＩの反りや傾きの形状を低融点
金属を使用してそのままヒートシンクのベース面に転写
させることができるため、グリースやコンパウンド等の
熱伝導部材の厚さを最小限に小さくできるためである。
【００４６】また、本発明では、流動性の熱伝導部材を
使用しているため、発熱による熱膨張差を吸収すること
ができる。したがって、ＬＳＩに過大な荷重を作用させ
ることがない。
使用しているため、発熱による熱膨張差を吸収すること
ができる。したがって、ＬＳＩに過大な荷重を作用させ
ることがない。
【００４７】さらに、本発明では、ヒートシンクベース
部がフローティング構造になっているため、基板やＬＳ
Ｉの厚さが変わったり、基板の反りや機構品の寸法公差
がばらついてもヒートシンクベース部を変更することな
く、無調整で対応できる
部がフローティング構造になっているため、基板やＬＳ
Ｉの厚さが変わったり、基板の反りや機構品の寸法公差
がばらついてもヒートシンクベース部を変更することな
く、無調整で対応できる
【図１】本発明の実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明のマルチチップモジュールの冷却構造の
製造方法を示す図である。
製造方法を示す図である。
【図３】本発明のマルチチップモジュールの冷却構造の
製造方法を示す図である。
製造方法を示す図である。
【図４】本発明のマルチチップモジュールの冷却構造の
製造方法を示す図である。
製造方法を示す図である。
１ ＬＳＩ ２ 基板 ３ 熱伝導体３ ４ 低融点金属４ ５ フランジ５ ６ ヒートシンクベース部 ７ ばね ８ ねじ ９ 放熱部 １０ マルチチップモジュール ２０ 放熱部材 ３０ 販売店サーバ １００ ネットワーク
Claims (12)
- 【請求項１】 基板とこの基板の上に搭載された複数の
半導体装置とを含むマルチチップモジュールと、 前記複数の半導体装置の各々の上面に設けられた複数の
熱伝導体と、 この複数の熱伝導体の上部に熱的に結合されているとと
もに遊動可能に取り付けられた放熱部材と、 前記熱伝導体のそれぞれと前記放熱部材との間に設けら
れた複数の低融点金属部材とを含むことを特徴とするマ
ルチチップモジュールの冷却構造。 - 【請求項２】 前記放熱部材は、前記複数の半導体装置
に対応する位置にそれぞれ設けられた複数の凹部を有
し、前記複数の低融点金属部材の各々は前記複数の凹部
の各々に埋設されていることを特徴とする請求項１記載
のマルチチップモジュールの冷却構造。 - 【請求項３】 前記複数の低融点金属の各々は、対応す
る前記凹部と前記半導体装置の上面との間に充填されて
いることを特徴とする請求項２記載のマルチチップモジ
ュールの冷却構造。 - 【請求項４】 前記低融点金属は半田を含むことを特徴
とする請求項１記載のマルチチップモジュールの冷却構
造。 - 【請求項５】 前記放熱部材は、前記複数の半導体装置
の実装高さや傾きのばらつきに応じて移動することを特
徴とする請求項１記載のマルチチップモジュールの冷却
構造。 - 【請求項６】 前記放熱部材は、前記複数の半導体装置
の熱膨張に応じて移動することを特徴とする請求項１記
載のマルチチップモジュールの冷却構造。 - 【請求項７】 前記複数の半導体装置の高さや角度に応
じて前記放熱部材を前記複数の半導体装置のそれぞれの
上面に押し付ける複数のばねと、 この複数のばねの各々を前記基板に取り付ける複数のね
じとを更に含むことを特徴とする請求項１記載のマルチ
チップモジュールの冷却構造。 - 【請求項８】 放熱部材の下面に設けられた複数の凹部
のそれぞれに低融点金属を設ける第１の工程と、 マルチチップモジュールと前記放熱部材の下面とをテー
プ部材を介して取り付け、マルチチップモジュール上に
設けられた複数の半導体装置のそれぞれの上面と前記複
数の凹部のそれぞれに設けられた前記低融点金属とを前
記テープ部材を介して接触させる第２の工程と、 前記放熱部材の前記低融点金属に熱を印可し該低融点金
属を溶融させる第３の工程と、 前記低融点金属の温度を下降させて凝固させる第４の工
程と、 前記マルチチップモジュールから前記放熱部材と前記テ
ープ部材とを取り外す第５の工程と、 前記マルチチップモジュール上の前記複数の半導体装置
の各々の上面に熱伝導部材を形成する第６の工程と、 前記マルチチップモジュールと前記放熱部材の下面とを
取り付ける第７の工程とを含むことを特徴とするマルチ
チップモジュールの冷却構造の製造方法。 - 【請求項９】 前記第２の工程において、前記マルチチ
ップモジュールと前記放熱部材の下面とを弾性部材を介
して取り付けることを特徴とする請求項８記載のマルチ
チップモジュールの冷却構造の製造方法。 - 【請求項１０】 前記第７の工程において、前記マルチ
チップモジュールと前記放熱部材の下面とを弾性部材を
介して取り付けることを特徴とする請求項８記載のマル
チチップモジュールの冷却構造の製造方法。 - 【請求項１１】 前記第１の工程において、前記低融点
金属の量は、対応する前記半導体装置の高さのばらつき
や傾きに応じて設定されることを特徴とする請求項８記
載のマルチチップモジュールの冷却構造の製造方法。 - 【請求項１２】 前記低融点金属は半田を含み、前記第
１の工程において、半田シートにより当該低融点金属を
供給することを特徴とする請求項８記載のマルチチップ
モジュールの冷却構造の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000276161A JP2002093960A (ja) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | マルチチップモジュールの冷却構造およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000276161A JP2002093960A (ja) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | マルチチップモジュールの冷却構造およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002093960A true JP2002093960A (ja) | 2002-03-29 |
Family
ID=18761677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000276161A Pending JP2002093960A (ja) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | マルチチップモジュールの冷却構造およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002093960A (ja) |
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