JPH0568859B2 - - Google Patents
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- JPH0568859B2 JPH0568859B2 JP23422183A JP23422183A JPH0568859B2 JP H0568859 B2 JPH0568859 B2 JP H0568859B2 JP 23422183 A JP23422183 A JP 23422183A JP 23422183 A JP23422183 A JP 23422183A JP H0568859 B2 JPH0568859 B2 JP H0568859B2
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- 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
- H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
- H01L23/4338—Pistons, e.g. spring-loaded members
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- 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
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—Disposition 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
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- H01L2224/16225—Disposition 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
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- H01L2924/151—Die mounting substrate
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- H01L2924/1531—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
- H01L2924/15312—Connection 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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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、半導体素子、集積回路チツプあるい
はマイクロパツケージなどの半導体デバイスなど
から発生する熱を除去するための冷却装置に関す
る。
はマイクロパツケージなどの半導体デバイスなど
から発生する熱を除去するための冷却装置に関す
る。
大型電子計算機では処理速度の速いことが要求
されるため、近年、半導体素子を大規模に集積し
た回路チツプが開発されている。また、その集積
回路チツプを互いに接続する電気配線をできるだ
め短かくするため、マイクロパツケージに多数の
集積回路チツプを実装する方法が開発されてい
る。この、マイクロパツケージに実装された多数
の集積回路チツプを冷却する冷却装置に関し、第
１図に示すような冷却装置が提案されている。
されるため、近年、半導体素子を大規模に集積し
た回路チツプが開発されている。また、その集積
回路チツプを互いに接続する電気配線をできるだ
め短かくするため、マイクロパツケージに多数の
集積回路チツプを実装する方法が開発されてい
る。この、マイクロパツケージに実装された多数
の集積回路チツプを冷却する冷却装置に関し、第
１図に示すような冷却装置が提案されている。
大規模集積回路（以下LSIと略記）チツプ１
は、多数の導電層及び絶縁層からなる多層配線基
板２（以下基板と称す）上に非常に小さな半田ボ
ール３とFree Chip−Face Down Bondingとに
よつて実装され、基板２の裏面の多数のピンに電
気接続されている。多数のLSIチツプ２を覆うよ
うにハウジング５が基板２に装着されている。ハ
ウジング５内には多数のシリンダ６が開けられ、
シリンダ６の中にはLSIチツプ１の背面から熱を
導くピストン７と、ピストン７に押圧力を加える
バネ８が挿入されている。基板２とハウジング５
とで囲まれた密閉空間７には、ヘリウムガスが満
たされている。LSIチツプ２からの発生熱は、ピ
ストン７とLSIチツプ２との接触部に介存するヘ
リウムガス層を介してピストン７に伝えられる。
そして、ピストン７から更にピストン７とシリン
ダ６との隙間に介在するヘリウムガス層を伝わ
り、ハウジング５に導かれ、最終的に、ハウジン
グ５の上部に設けられた冷水または冷却空気の流
通する冷却器１０により除去される。
は、多数の導電層及び絶縁層からなる多層配線基
板２（以下基板と称す）上に非常に小さな半田ボ
ール３とFree Chip−Face Down Bondingとに
よつて実装され、基板２の裏面の多数のピンに電
気接続されている。多数のLSIチツプ２を覆うよ
うにハウジング５が基板２に装着されている。ハ
ウジング５内には多数のシリンダ６が開けられ、
シリンダ６の中にはLSIチツプ１の背面から熱を
導くピストン７と、ピストン７に押圧力を加える
バネ８が挿入されている。基板２とハウジング５
とで囲まれた密閉空間７には、ヘリウムガスが満
たされている。LSIチツプ２からの発生熱は、ピ
ストン７とLSIチツプ２との接触部に介存するヘ
リウムガス層を介してピストン７に伝えられる。
そして、ピストン７から更にピストン７とシリン
ダ６との隙間に介在するヘリウムガス層を伝わ
り、ハウジング５に導かれ、最終的に、ハウジン
グ５の上部に設けられた冷水または冷却空気の流
通する冷却器１０により除去される。
しかし、このような従来技術には次のような問
題点がある。
題点がある。
ヘリウムガスの熱伝導率は気体の中では大きい
方であるが、ピストンあるいはシリンダなど金属
体に比べ非常に小さい。したがつて、ヘリウム層
の熱抵抗を小さくするためには、ピストン７とシ
リンダ６との隙間を小さくする必要がある。この
ため、ピストン７あるいはシリンダ６は、高い加
工精度が要求される。
方であるが、ピストンあるいはシリンダなど金属
体に比べ非常に小さい。したがつて、ヘリウム層
の熱抵抗を小さくするためには、ピストン７とシ
リンダ６との隙間を小さくする必要がある。この
ため、ピストン７あるいはシリンダ６は、高い加
工精度が要求される。
第２図の冷却構造は、第１図の冷却構造に比べ
熱伝導板１３と平行溝１２の側壁との間のかさな
り面積を大きくすることができる。しかし、各熱
伝導板が全く独立にバラバラに可動であるため、
その分解、組立に複雑な作業を必要とする。
熱伝導板１３と平行溝１２の側壁との間のかさな
り面積を大きくすることができる。しかし、各熱
伝導板が全く独立にバラバラに可動であるため、
その分解、組立に複雑な作業を必要とする。
本発明の目的は、基板の反り、半導体チツプ接
続時の変位、冷却構造組立時の変形、冷却構造の
熱変形など種々の変位を吸収する能力を有し、か
つ、コンパクトで高い冷却性能を有する半導体素
子及び集積回路の冷却装置を提供することであ
る。
続時の変位、冷却構造組立時の変形、冷却構造の
熱変形など種々の変位を吸収する能力を有し、か
つ、コンパクトで高い冷却性能を有する半導体素
子及び集積回路の冷却装置を提供することであ
る。
本発明の第１の特徴は、回路基板上に実装され
た半導体デバイスの発生熱をハウジングに伝えて
冷却するようにした半導体デバイスの冷却装置に
おいて、前記半導体デバイスの表面に設けられた
ベース部と、このベース部に一体に設けられた複
数の第１フインとを有する第１の熱伝導体と、前
記第１フインと係合する複数の第２フインを前記
第１熱伝導体側に有し、かつ前記ハウジング側に
は前記第２フインと実質的に直交するように設け
られた複数の第３フインを有する第２の熱伝導体
と、前記ハウジングに設けられ、前記第２の熱伝
導体の第３フインと係合する第４フインとを備え
ていることにある。
た半導体デバイスの発生熱をハウジングに伝えて
冷却するようにした半導体デバイスの冷却装置に
おいて、前記半導体デバイスの表面に設けられた
ベース部と、このベース部に一体に設けられた複
数の第１フインとを有する第１の熱伝導体と、前
記第１フインと係合する複数の第２フインを前記
第１熱伝導体側に有し、かつ前記ハウジング側に
は前記第２フインと実質的に直交するように設け
られた複数の第３フインを有する第２の熱伝導体
と、前記ハウジングに設けられ、前記第２の熱伝
導体の第３フインと係合する第４フインとを備え
ていることにある。
本発明の第２の特徴は、回路基板上に実装され
た半導体デバイスの発生熱をハウジングに伝えて
冷却するようにした半導体デバイスの冷却装置に
おいて、前記半導体デバイスの表面に設けられた
ベース部とこのベース部に一体に設けられた複数
のフインとを有する熱伝導体と、前記熱伝導体の
フインとかみ合うように前記ハウジング側に設け
られたフインと、半導体デバイス側の前記熱伝導
体のフインと前記ハウジング側のフインとの間に
介在され、前記両フインを互いに面接触させるよ
うに付勢する弾性部材とを有することにある。
た半導体デバイスの発生熱をハウジングに伝えて
冷却するようにした半導体デバイスの冷却装置に
おいて、前記半導体デバイスの表面に設けられた
ベース部とこのベース部に一体に設けられた複数
のフインとを有する熱伝導体と、前記熱伝導体の
フインとかみ合うように前記ハウジング側に設け
られたフインと、半導体デバイス側の前記熱伝導
体のフインと前記ハウジング側のフインとの間に
介在され、前記両フインを互いに面接触させるよ
うに付勢する弾性部材とを有することにある。
以下、本発明の一実施例を第３図、第４図によ
つて説明する。
つて説明する。
図において、銅あるいはアルミニユウムのよう
な熱伝導性の良好な材料により作られたハウジン
グ１５の内面には、多数のプレート状のフイン１
６が互いに平行に設けられている。LSIチツプ１
の背面の伝熱面積より大きな投影面積を有する熱
伝導体ａ１７及び熱伝導体ｂ１８にも、前記フイ
ン１６と同ピツチでフイン１９，２０，２１が多
数設けられている。ハウジング１５のフイン１６
と熱伝導体ａ１７のフイン１９及び熱伝導体ａ１
７のもう一方のフイン２０と熱伝導体ｂ１８のフ
イン２１とは互いに押しつけられその片面が面接
触した状態で嵌め合わされている。また、熱伝導
体ｂ１８とLSIチツプ１とも押し付けられ面接触
している。上記フイン相互及び熱伝導体とLSIチ
ツプの圧接触構造を図４に示す。ハウジング１５
と熱伝導体ａ１７とはフイン１６及び１９を斜め
に横断するバネ２２により連結されており、それ
ぞれのフイン１６及び１９は該バネ２２のバネ力
の水平方向成分によつて互いにその片面が面接触
するように押し付けられている。一方、熱伝導体
ａ１７と熱伝導体ｂ１８とは、フイン２０及び２
１を斜めに横断するバネ２３により連結されてお
り、それぞれのフイン２０及び２１は該バネ２３
のバネ力の水平方向成分によつて互いにその片面
が面接触するように押し付けられている。また、
熱伝導体ｂ１８とLSIチツプ１とは上記バネ２２
及び２３のバネ力の垂直方向成分によつて押し付
けられ面接触している。
な熱伝導性の良好な材料により作られたハウジン
グ１５の内面には、多数のプレート状のフイン１
６が互いに平行に設けられている。LSIチツプ１
の背面の伝熱面積より大きな投影面積を有する熱
伝導体ａ１７及び熱伝導体ｂ１８にも、前記フイ
ン１６と同ピツチでフイン１９，２０，２１が多
数設けられている。ハウジング１５のフイン１６
と熱伝導体ａ１７のフイン１９及び熱伝導体ａ１
７のもう一方のフイン２０と熱伝導体ｂ１８のフ
イン２１とは互いに押しつけられその片面が面接
触した状態で嵌め合わされている。また、熱伝導
体ｂ１８とLSIチツプ１とも押し付けられ面接触
している。上記フイン相互及び熱伝導体とLSIチ
ツプの圧接触構造を図４に示す。ハウジング１５
と熱伝導体ａ１７とはフイン１６及び１９を斜め
に横断するバネ２２により連結されており、それ
ぞれのフイン１６及び１９は該バネ２２のバネ力
の水平方向成分によつて互いにその片面が面接触
するように押し付けられている。一方、熱伝導体
ａ１７と熱伝導体ｂ１８とは、フイン２０及び２
１を斜めに横断するバネ２３により連結されてお
り、それぞれのフイン２０及び２１は該バネ２３
のバネ力の水平方向成分によつて互いにその片面
が面接触するように押し付けられている。また、
熱伝導体ｂ１８とLSIチツプ１とは上記バネ２２
及び２３のバネ力の垂直方向成分によつて押し付
けられ面接触している。
LSIチツプ１で発生した熱は熱伝導体ｂ１８底
面に伝えられ、その熱順次熱伝導体ｂ１８のフイ
ン２１→熱伝導体ａ１７のフイン２０→熱電導体
ａ１７のフイン１９→ハウジング１５のフイン１
６へとそれぞれ固体壁の面接触によつて伝えられ
る。そして、それぞれの接触面間の接触熱抵抗
は、それぞれの面の仕上げ面精度、面間に介在す
るガス或には液体の熱伝導率によつて一義的に決
まり、組立精度、運転状態などにはよらない。ま
た、ごく一般的な加工方法を用いてもフインの仕
上げ面精度はμｍのオーダであり、20〜30μｍの
ヘリウム層を介して熱を伝える従来例図１、図２
に比べその熱抵抗は非常に小さい。また、熱電導
体ａ１７は方向２５及び２６に、熱伝導体ｂ１８
は方向２７及び２８に自由に動くことができるた
め、LSIチツプ１の高さのバラツキ、水平度のバ
ラツキにかかわらず、LSIチツプ１と熱伝導体ｂ
１８とは常に面で接触することができる。したが
つて、その接触熱抵抗を小さくできる。
面に伝えられ、その熱順次熱伝導体ｂ１８のフイ
ン２１→熱伝導体ａ１７のフイン２０→熱電導体
ａ１７のフイン１９→ハウジング１５のフイン１
６へとそれぞれ固体壁の面接触によつて伝えられ
る。そして、それぞれの接触面間の接触熱抵抗
は、それぞれの面の仕上げ面精度、面間に介在す
るガス或には液体の熱伝導率によつて一義的に決
まり、組立精度、運転状態などにはよらない。ま
た、ごく一般的な加工方法を用いてもフインの仕
上げ面精度はμｍのオーダであり、20〜30μｍの
ヘリウム層を介して熱を伝える従来例図１、図２
に比べその熱抵抗は非常に小さい。また、熱電導
体ａ１７は方向２５及び２６に、熱伝導体ｂ１８
は方向２７及び２８に自由に動くことができるた
め、LSIチツプ１の高さのバラツキ、水平度のバ
ラツキにかかわらず、LSIチツプ１と熱伝導体ｂ
１８とは常に面で接触することができる。したが
つて、その接触熱抵抗を小さくできる。
第５図に他の実施例を示す。
熱伝導体ａ１７とハウジング１５とは互いに曲
率の等しい円筒面でかみ合わされており、方向２
６に自由に動くことができる。一方、熱伝導体の
１７と熱伝導体ｂ２１、熱伝導体ｂ２１とLSIチ
ツプ１との接続は第４図に示す実施例の場合と同
様である。本実施例の場合において、LSIチツプ
１で発した熱は全て、固体面の接触によりハウジ
ング１５に伝えられるため、その熱抵抗は非常に
小さく、したがつて、コンパクトな冷却構造とす
ることができる。
率の等しい円筒面でかみ合わされており、方向２
６に自由に動くことができる。一方、熱伝導体の
１７と熱伝導体ｂ２１、熱伝導体ｂ２１とLSIチ
ツプ１との接続は第４図に示す実施例の場合と同
様である。本実施例の場合において、LSIチツプ
１で発した熱は全て、固体面の接触によりハウジ
ング１５に伝えられるため、その熱抵抗は非常に
小さく、したがつて、コンパクトな冷却構造とす
ることができる。
以上、本発明の一実施例第３図、第５図におい
てフイン板数として三枚の場合を示したが、この
枚数にとらわれることなく、LSIチツプの発熱量
に応じてフイン枚数を決定すればよい。また、そ
れぞれのフイン同士及び熱伝導体とLSIチツプと
を圧接触させる構造として、バネを斜めに取り付
ける構造を説明したが、水平方向用のバね、垂直
方向用のバネと二種類のバネを用いてそれぞれの
方向の押し付け力を得てもよい。
てフイン板数として三枚の場合を示したが、この
枚数にとらわれることなく、LSIチツプの発熱量
に応じてフイン枚数を決定すればよい。また、そ
れぞれのフイン同士及び熱伝導体とLSIチツプと
を圧接触させる構造として、バネを斜めに取り付
ける構造を説明したが、水平方向用のバね、垂直
方向用のバネと二種類のバネを用いてそれぞれの
方向の押し付け力を得てもよい。
上記第２の熱伝導体を有する本発明によれば、
基板の反り、半導体デバイス接続時の変位、冷却
構造組立時の変形、冷却構造の熱変形など種々の
変位を吸収して熱伝導体を半導体デバイスの表面
に接触させることができ、熱抵抗を低減できると
いう効果がある。
基板の反り、半導体デバイス接続時の変位、冷却
構造組立時の変形、冷却構造の熱変形など種々の
変位を吸収して熱伝導体を半導体デバイスの表面
に接触させることができ、熱抵抗を低減できると
いう効果がある。
また、フインを互いに面接触させるための弾性
部材を備えた本発明によれば、フインどうしを面
接触させることにより、フイン間の熱抵抗を小さ
くすることができる効果がある。
部材を備えた本発明によれば、フインどうしを面
接触させることにより、フイン間の熱抵抗を小さ
くすることができる効果がある。
第１図、第２図は従来の半導体チツプの冷却装
置の縦断面図、第３図は本発明の一実施例を示す
一部断面斜視図、第４図は、第３図の実施例に示
す冷却構造の主要部の斜視断面図、第５図は、本
発明の他の一実施例の主要部の断面図。 １……LSIチツプ、２……基板、３……半田ボ
ール、５，１１，１５……ハウジング、７……ピ
ストン、８，２２，２３……バネ、１２……溝、
１３……熱伝導板、１６，１７，２０，２１……
フイン、１７，１８……熱伝導体。
置の縦断面図、第３図は本発明の一実施例を示す
一部断面斜視図、第４図は、第３図の実施例に示
す冷却構造の主要部の斜視断面図、第５図は、本
発明の他の一実施例の主要部の断面図。 １……LSIチツプ、２……基板、３……半田ボ
ール、５，１１，１５……ハウジング、７……ピ
ストン、８，２２，２３……バネ、１２……溝、
１３……熱伝導板、１６，１７，２０，２１……
フイン、１７，１８……熱伝導体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 回路基板上に実装された半導体デバイスの発
生熱をハウジングに伝えて冷却するようにした半
導体デバイスの冷却装置において、前記半導体デ
バイスの表面に設けられたベース部と、このベー
ス部に一体に設けられた複数の第１フインとを有
する第１の熱伝導体と、前記第１フインと係合す
る複数の第２フインを前記第１熱伝導体側に有
し、かつ前記ハウジング側には前記第２フインと
実質的に直交するように設けられた複数の第３フ
インを有する第２の熱伝導体と、前記ハウジング
に設けられ、前記第２の熱伝導体の第３フインと
係合する第４フインとを備えていることを特徴と
する半導体デバイスの冷却装置。 ２ 回路基板上に実装された半導体デバイスの発
生熱をハウジングに伝えて冷却するようにした半
導体デバイスの冷却装置において、前記半導体デ
バイスの表面に設けられたベース部とこのベース
部に一体に設けられた複数のフインとを有する熱
伝導体と、前記熱伝導体のフインとかみ合うよう
に前記ハウジング側に設けられたフインと、半導
体デバイス側の前記熱伝導体のフインと前記ハウ
ジング側のフインとの間に介在され、前記両フイ
ンを互いに面接触させるように付勢する弾性部材
とを有する半導体デバイスの冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23422183A JPS60126851A (ja) | 1983-12-14 | 1983-12-14 | 半導体デバイスの冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23422183A JPS60126851A (ja) | 1983-12-14 | 1983-12-14 | 半導体デバイスの冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60126851A JPS60126851A (ja) | 1985-07-06 |
| JPH0568859B2 true JPH0568859B2 (ja) | 1993-09-29 |
Family
ID=16967594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23422183A Granted JPS60126851A (ja) | 1983-12-14 | 1983-12-14 | 半導体デバイスの冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60126851A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5052481A (en) * | 1988-05-26 | 1991-10-01 | International Business Machines Corporation | High conduction cooling module having internal fins and compliant interfaces for vlsi chip technology |
| JP5177906B2 (ja) * | 2010-01-28 | 2013-04-10 | Ｎｅｃアクセステクニカ株式会社 | 電気機器のヒートシンク機構 |
-
1983
- 1983-12-14 JP JP23422183A patent/JPS60126851A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60126851A (ja) | 1985-07-06 |
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