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JPH0126544B2 - - Google Patents
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JPH0126544B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0126544B2
JPH0126544B2 JP57147212A JP14721282A JPH0126544B2 JP H0126544 B2 JPH0126544 B2 JP H0126544B2 JP 57147212 A JP57147212 A JP 57147212A JP 14721282 A JP14721282 A JP 14721282A JP H0126544 B2 JPH0126544 B2 JP H0126544B2
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JP
Japan
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chip
chip carrier
sheet
wiring board
multilayer wiring
Prior art date
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Application number
JP57147212A
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Japanese (ja)
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JPS5936949A (en
Inventor
Toshihiko Watari
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.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
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Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/40Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids
    • H10W40/47Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids by flowing liquids, e.g. forced water cooling

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明はマルチチツプパツケージに係り、特に
複数個のICチツプを高密度に搭載可能で放熱特
性の良好なマルチチツプLSI(Large Scale
Integration)パツケージに関する。
[Detailed description of the invention] [Technical field to which the invention pertains] The present invention relates to a multi-chip package, and in particular to a multi-chip LSI (Large Scale
Integration) Regarding packages.

〔従来技術〕[Prior art]

近年コンピユータの高性能化、小型化の要求が
ますます高まり、このため半導体チツプ特にIC
チツプの集積度は、数年前には数百ゲート/チツ
プであつたものが、最近では1000〜2000ゲート/
チツプのものまで実現されるにいたつている。そ
れとともにICチツプのチツプあたりの消費電力
も向上し、2〜5W/チツプの電力を消費するも
のが一般的となりつつある。
In recent years, demands for higher performance and smaller size of computers have been increasing, and as a result, semiconductor chips, especially ICs, have become increasingly popular.
Chip density has increased from a few hundred gates/chip a few years ago to 1,000 to 2,000 gates/chip recently.
Even chips are on the verge of being realized. At the same time, the power consumption per chip of IC chips has improved, and IC chips consuming 2 to 5 W/chip are becoming common.

これは、IC技術の進歩によりゲートあたりの
消費電力は減少しているにもかかわらず、集積度
の向上によりチツプあたりのゲート数が増大する
ことにより、チツプあたりの消費電力はむしろ増
加することによるものである。
This is because, although the power consumption per gate is decreasing due to advances in IC technology, the number of gates per chip increases due to the increase in the degree of integration, so the power consumption per chip actually increases. It is something.

ところで、これらのICチツプを搭載するLSIパ
ツケージとしては従来はプリント板上にケース入
りの単独チツプを半田付等の手段により取りつけ
たカードタイプのものが多く用いられていたが、
最近では小型化、高性能化の要求からICチツプ
をチツプキヤリアとよばれる小型のケースにより
基板上に搭載し、かつ基板内に多層の配線を施し
たマルチチツプパツケージが使用されるようにな
つてきた。
By the way, in the past, many LSI packages for mounting these IC chips were of the card type, in which a single chip in a case was attached to a printed circuit board by means such as soldering.
Recently, due to the demand for smaller size and higher performance, multi-chip packages, in which an IC chip is mounted on a board in a small case called a chip carrier and multilayer wiring is provided inside the board, have come into use. .

このようなマルチチツプパツケージを実現する
ときの課題は、第1にはいかにICチツプを基板
上に多数個すなわち高密度に搭載するかであり、
第2にはこれらの高集積度の多端子のICチツプ
間の配線を高密度に形成するかであり、第3には
これらの高集積度かつ高消費電力のICチツプの
発生する熱をいかに効率よく放散させるかにあ
る。
The first challenge when realizing such a multi-chip package is how to mount a large number of IC chips on a board, that is, at high density.
The second problem is how to form high-density wiring between these highly integrated, multi-terminal IC chips, and the third problem is how to reduce the heat generated by these highly integrated, high power consumption IC chips. The key is to dissipate it efficiently.

これらの課題を果すことができれば、マルチチ
ツプパツケージの形状の小型化が可能となり、従
つて配線長が短くなることによる動作速度の向上
すなわち高性能化を実現でき、同時に回路の高密
度化も実現できる。しかしながら、従来では以上
のような課題を満たす適切なマルチチツプパツケ
ージがなかつた。
If these challenges can be met, it will be possible to reduce the size of the multi-chip package, which will shorten the wiring length, thereby increasing operating speed and thus achieving higher performance.At the same time, it will also be possible to achieve higher circuit density. can. However, conventionally, there has been no suitable multi-chip package that satisfies the above-mentioned problems.

〔発明の目的〕 本発明の目的は、前述の条件を満たし効率的な
放熱が可能で小型化をはかつた高性能および高密
度のマルチチツプパツケージを提供することにあ
る。
[Object of the Invention] An object of the present invention is to provide a high-performance, high-density multichip package that satisfies the above-mentioned conditions, is capable of efficient heat dissipation, and is miniaturized.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

本発明は、内部に冷媒を通過させるための空隙
および半導体チツプを設けるための平面を有する
複数のチツプキヤリアと、前記チツプキヤリアの
各々の空隙間を接続するパイプと、前記複数のチ
ツプキヤリアを搭載し前記複数のチツプキヤリア
の端子間を接続するための配線層および外部との
接続のための端子を有する多層配線基板とを備え
たことを特徴とするマルチチツプパツケージにあ
る。
The present invention is provided with a plurality of chip carriers each having a plurality of chip carriers each having a space therein for passing a refrigerant and a plane for providing a semiconductor chip, a pipe connecting each of the spaces in the chip carrier, and a plurality of chip carriers mounted therein. A multi-chip package characterized by comprising a wiring layer for connecting terminals of a chip carrier and a multilayer wiring board having terminals for connection with the outside.

次に本発明について図面を参照して詳細に説明
する。
Next, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

〔実施例の説明〕[Explanation of Examples]

第1図は本発明の実施例であるマルチチツプ
LSIパツケージを説明するための側面図であり、
本図には、多層配線基板1と、チツプキヤリア2
と、ICチツプ3と、パイプ4と、冷媒通過用空
隙5と、多層配線基板1に属する入出力端子6
と、ICチツプに属するICリード7とが示されて
いる。
Figure 1 shows a multichip that is an embodiment of the present invention.
It is a side view for explaining the LSI package.
This figure shows a multilayer wiring board 1 and a chip carrier 2.
, an IC chip 3 , a pipe 4 , a refrigerant passage gap 5 , and an input/output terminal 6 belonging to the multilayer wiring board 1
and an IC lead 7 belonging to the IC chip.

第2図は第1図のチツプキヤリア2の外観を示
す斜視図であり、このチツプキヤリア2は、チツ
プキヤリア内の配線によつてICチツプ3のICリ
ード7の各々と接続されたチツプキヤリア端子8
と、チツプキヤリア内部の冷媒通過用空隙5につ
ながるパイプ接続口9とを備えている。
FIG. 2 is a perspective view showing the external appearance of the chip carrier 2 shown in FIG.
and a pipe connection port 9 connected to the refrigerant passage gap 5 inside the chip carrier.

第3図は第2図に示したチツプキヤリア2の断
面図であり、ICリードと端子8をつなぐチツプ
キヤリア内配線10とICチツプを収容して接着
するためのキヤビテイ11とが示されている。
FIG. 3 is a sectional view of the chip carrier 2 shown in FIG. 2, showing the internal wiring 10 connecting the IC leads and the terminals 8, and the cavity 11 for accommodating and bonding the IC chip.

第4図は本発明の実施例に係るチツプキヤリア
2の製造方法を説明するための斜視図であり、こ
のチツプキヤリア2は、第1シート21と、第2
シート22と、第3シート23と、第4シート2
4と、第5シート25とが、順次重ね合わせられ
て出来る。
FIG. 4 is a perspective view for explaining the manufacturing method of the chip carrier 2 according to the embodiment of the present invention.
Sheet 22, third sheet 23, and fourth sheet 2
4 and the fifth sheet 25 are sequentially stacked on top of each other.

第1図において、多層配線基板1は、セラミツ
ク多層配線板を母体とし、この表面にはチツプキ
ヤリア2を搭載接続するための端子パツドが形成
されており、裏面には外部との接続を行なうため
の入出力端子6が設けられている。
In FIG. 1, a multilayer wiring board 1 has a ceramic multilayer wiring board as its base, and has terminal pads formed on its front surface for mounting and connecting a chip carrier 2, and its back surface for connecting to the outside. Input/output terminals 6 are provided.

チツプキヤリア2は、多層配線基板1の表面の
前記端子パツドに半田付によつて接続される。こ
のときのチツプキヤリア2側の半田付端子は、第
2図で示すICチツプのリードに接続されたチツ
プキヤリア端子8であり、チツプキヤリア2の本
体の接続と信号端子接続とを兼用している。
The chip carrier 2 is connected to the terminal pads on the surface of the multilayer wiring board 1 by soldering. The soldered terminal on the chip carrier 2 side at this time is the chip carrier terminal 8 connected to the lead of the IC chip shown in FIG. 2, and serves both as a connection to the main body of the chip carrier 2 and as a signal terminal connection.

チツプキヤリア2の各々のパイプ接続口9は、
パイプ4によつて相互に接続され、パイプ4には
例えば矢印で示す方向で冷媒が流し込まれる。冷
媒は極一般的には水でよく、場合によつてはフレ
オンガスのような気体を用いることもある。冷媒
は矢印の方向にパイプ4→チツプキヤリア内空隙
5→次のパイプの順に流れ、ICチツプ3を裏面
より冷却する。液体による直接冷却は、液体の分
子密度が気体に比べて高いことから、極めて高効
率で行なうことができる。一方、空冷方式による
場合は、チツプキヤリア2の上部に巨大な放熱用
フインを必要とするから、チツプキヤリア2の間
隔が大きくなり、かつチツプキヤリア2の高さ方
向も放熱フイン用の大きなスペースをとられ、
ICチツプの高密度実装が困難である。
Each pipe connection port 9 of the chip carrier 2 is
They are interconnected by a pipe 4 into which a refrigerant is poured, for example, in the direction indicated by the arrow. The refrigerant is most commonly water, and in some cases a gas such as Freon gas may be used. The refrigerant flows in the direction of the arrow in the order of pipe 4 → chip carrier internal cavity 5 → the next pipe, cooling the IC chip 3 from the back side. Direct cooling with a liquid can be performed with extremely high efficiency because the molecular density of the liquid is higher than that of gas. On the other hand, when using the air cooling method, a huge heat dissipation fin is required on the top of the chip carrier 2, so the interval between the chip carriers 2 becomes large, and a large space is required for the heat dissipation fin in the height direction of the chip carrier 2.
High-density mounting of IC chips is difficult.

ところで、本発明の実施例によれば、第1図に
も示すように、チツプキヤリア2の上部には、冷
媒用パイプ4が設置されるが、これらは放熱用フ
インのような巨大なスペースは必要としないか
ら、各々のチツプキヤリア2間の間隔をつめるこ
とができ、かつ上部スペースも小さくてよいの
で、極めて高密度のICチツプ実装が可能となる。
By the way, according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, a refrigerant pipe 4 is installed at the top of the chip carrier 2, but these do not require a huge space like a heat dissipation fin. Since the chip carriers 2 are not spaced apart from each other, the space between the chip carriers 2 can be reduced, and the upper space can also be small, making it possible to mount extremely high-density IC chips.

本発明の実施例のチツプキヤリア2は、第2図
に示すように、リードレスチツプキヤリアと同様
に周辺に半円形の溝状のチツプキヤリア端子8が
設けられており、内部に搭載されたICチツプの
リードの各々に接続されている。また内部に冷媒
を導入し、導出するためのパイプ接続口9を少な
くとも2個具えている。
As shown in FIG. 2, the chip carrier 2 according to the embodiment of the present invention is provided with a semicircular groove-shaped chip carrier terminal 8 around the periphery, similar to the leadless chip carrier, and the IC chip mounted inside is provided with a chip carrier terminal 8 in the form of a semicircular groove. connected to each of the leads. It also has at least two pipe connection ports 9 for introducing and discharging the refrigerant inside.

第3図のチツプキヤリア内部には、冷媒通過用
間隙5と、ICチツプを収容するキヤビテイ11
と、ICチツプのリードが接続される内部配線1
0とが具えられているが、ICチツプは、キヤビ
テイ11内にフエースダウンで接着されるから、
ICチツプの発生する熱はICチツプの裏面に位置
する冷媒通過用間隙5に満たされた冷媒によつて
外部へ放散され、効率良い冷却が可能である。
Inside the chip carrier shown in FIG. 3, there is a refrigerant passage gap 5 and a cavity 11 for housing the IC chip.
and internal wiring 1 to which the IC chip leads are connected.
0, but since the IC chip is glued face down inside the cavity 11,
The heat generated by the IC chip is dissipated to the outside by the refrigerant filled in the refrigerant passage gap 5 located on the back side of the IC chip, allowing efficient cooling.

第4図の第1乃至第5シート21乃至25は、
アルミナグリーンシートを整形したものであり、
冷媒通過用空隙5は第4シート24の内側の穴に
よつて形成される。ICチツプを収容するキヤビ
テイ11は、第2シート22の内側の穴によつて
形成される。第2シート22の下面にはタングス
テンまたはモリブデンなどを主材料とする導体ペ
ーストが配線として印刷されており、側面に形成
された半円形の溝にも同様な導体ペーストがぬら
れていて、第1シート21乃至第5のシート25
を積み重ねて高温で焼成すれば、第3図に示すよ
うなチツプキヤリアを得ることができる。
The first to fifth sheets 21 to 25 in FIG.
It is a shaped alumina green sheet,
The refrigerant passage gap 5 is formed by a hole inside the fourth sheet 24 . The cavity 11 for accommodating the IC chip is formed by a hole inside the second sheet 22. A conductive paste mainly made of tungsten or molybdenum is printed as wiring on the bottom surface of the second sheet 22, and a similar conductive paste is also applied to the semicircular grooves formed on the side surface. Sheet 21 to fifth sheet 25
By stacking them and firing them at a high temperature, a chip carrier as shown in FIG. 3 can be obtained.

この製造方法としては、現在広く用いられてい
るグリーンシート積層法のアルミナセラミツクチ
ツプキヤリアが利用できる。
As this manufacturing method, an alumina ceramic chip carrier of the green sheet lamination method, which is currently widely used, can be used.

以上説明したように本発明の実施例は、主とし
てセラミツク多層配線基板とセラミツクチツプキ
ヤリアによつて容易に製造できるが、多層配線基
板は前述の実施例のように必らずしもセラミツク
のみによる多層配線基板である必要はなく、例え
ばセラミツク基板上に厚膜絶縁ペーストと厚膜導
体ペーストを印刷焼成してえられる多層配線基板
でもよく、また絶縁層に有機材料を用いてえられ
る多層配線基板でもよく、さらにガラスエポキシ
を主材とするプリント配線するでもよい。
As explained above, the embodiments of the present invention can be easily manufactured mainly by using a ceramic multilayer wiring board and a ceramic chip carrier, but the multilayer wiring board does not necessarily have to be made of only ceramic layers as in the above-mentioned embodiments. It does not have to be a wiring board; for example, it can be a multilayer wiring board obtained by printing and firing a thick film insulating paste and a thick film conductor paste on a ceramic board, or a multilayer wiring board obtained by using an organic material for the insulating layer. Alternatively, printed wiring mainly made of glass epoxy may be used.

またチツプキヤリアも、同様に必らずしもセラ
ミツク材料によるものである必要はなく、モール
ド形チツプキヤリアであつてもよい。
Similarly, the chip carrier does not necessarily have to be made of ceramic material, but may be a molded chip carrier.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、以上説明したように、内部に
冷媒を通過させる間隙をもつチツプキヤリアを多
層配線基板の上に複数搭載することによつて、冷
却効率の高い、高密度、高性能のマルチチツプパ
ツケージを実現できるという効果が得られる。
According to the present invention, as described above, by mounting a plurality of chip carriers each having a gap for internal passage of coolant on a multilayer wiring board, a high density, high performance multichip with high cooling efficiency can be realized. This has the effect of realizing a package.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を説明するための側
面図、第2図は本発明の実施例のチツプキヤリア
を示す斜視図、第3図は本発明の実施例のチツプ
キヤリアの断面図、第4図は本発明の実施例のチ
ツプキヤリアの製造法を示す斜視図である。尚図
において、 1…多層配線基板、2…チツプキヤリア、3…
ICチツプ、4…パイプ、5…冷媒通過用空隙、
6…入出力端子、7…ICリード、8…チツプキ
ヤリア端子、9…パイプ接続口、10…チツプキ
ヤリア内配線、11…キヤビテイ、21…第1シ
ート、22…第2シート、23…第3シート、2
4…第4シート、25…第5シート。
FIG. 1 is a side view for explaining an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a chip carrier according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view of a chip carrier according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a perspective view showing a method of manufacturing a chip carrier according to an embodiment of the present invention. In the figure, 1...multilayer wiring board, 2...chip carrier, 3...
IC chip, 4... pipe, 5... refrigerant passage gap,
6... Input/output terminal, 7... IC lead, 8... Chip carrier terminal, 9... Pipe connection port, 10... Chip carrier internal wiring, 11... Cavity, 21... First sheet, 22... Second sheet, 23... Third sheet, 2
4...Fourth sheet, 25...Fifth sheet.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 内部に冷媒を通過させる空隙とこの空隙に連
絡した少なくとも2個のパイプ接続口と半導体チ
ツプを設けるキヤビテイとを有するチツプキヤリ
アを複数設け、前記複数のチツプキヤリアの空隙
同士を連絡するパイプを前記パイプ接続口に接続
し、前記複数のチツプキヤリアを搭載し前記複数
のチツプキヤリアの端子間を接続する配線層およ
び外部との接続のための端子を有する多層配線基
板を設けたことを特徴とするマルチチツプパツケ
ージ。
1. A plurality of chip carriers each having a cavity through which a refrigerant passes, at least two pipe connection ports communicating with the cavity, and a cavity in which a semiconductor chip is disposed are provided, and the pipes connecting the cavities of the plurality of chip carriers are connected to the pipe. 1. A multi-chip package comprising: a multilayer wiring board connected to the opening, on which the plurality of chip carriers are mounted, a wiring layer for connecting terminals of the plurality of chip carriers, and a terminal for connection with the outside.
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