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JPH0680757B2 - Semiconductor module - Google Patents
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JPH0680757B2 - Semiconductor module - Google Patents

Semiconductor module

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JPH0680757B2
JPH0680757B2 JP62283318A JP28331887A JPH0680757B2 JP H0680757 B2 JPH0680757 B2 JP H0680757B2 JP 62283318 A JP62283318 A JP 62283318A JP 28331887 A JP28331887 A JP 28331887A JP H0680757 B2 JPH0680757 B2 JP H0680757B2
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cooling plate
semiconductor
semiconductor module
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、配線基板上に複数の半導体素子が搭載され且
つ該素子を冷却する冷却手段が備えられた半導体モジユ
ールに係り、特に大型計算機に用いるのに好適な半導体
モジユール並びにその冷却装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor module in which a plurality of semiconductor elements are mounted on a wiring board and cooling means for cooling the elements is provided, and particularly to a large computer. The present invention relates to a semiconductor module suitable for use and a cooling device therefor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

高速データ処理装置等に用いられる半導体装置は、デー
タ処理速度を向上させるため半導体素子の高集積化・大
電力化が図られ、その結果として半導体素子から発生す
る熱量は強制空冷等の冷却手段で冷却し得る限界を超え
てきている。このため、大型計算機等に用いられる半導
体装置では、水等の液体或は沸騰冷媒を用いて半導体素
子を冷却することが検討されている。
Semiconductor devices used in high-speed data processing devices, etc., have higher integration and higher power consumption of semiconductor elements in order to improve the data processing speed, and as a result, the amount of heat generated from semiconductor elements is cooled by forced air cooling or other cooling means. The limit that can be cooled has been exceeded. Therefore, in a semiconductor device used in a large-scale computer or the like, it has been considered to cool the semiconductor element using a liquid such as water or a boiling refrigerant.

配線基板上に搭載された複数の半導体素子を水等の冷却
液を用いて効果的に冷却する一つの方法として、半導体
素子毎に冷却する個別冷却方法があり、特開昭61−2203
59号公報に示されている。
As one method for effectively cooling a plurality of semiconductor elements mounted on a wiring board by using a cooling liquid such as water, there is an individual cooling method for cooling each semiconductor element, which is disclosed in JP-A-61-2203.
It is disclosed in Japanese Patent Publication No. 59.

この半導体素子個別冷却方法は、第6図に示すように半
導体素子上に冷却板を接合し、冷却液流路を具備するハ
ウジングと冷却板との間をベローズで連結して、ハウジ
ング内を流れる冷却液を冷却板に接触させて半導体素子
を冷却する方法である。
In this semiconductor element individual cooling method, as shown in FIG. 6, a cooling plate is joined on the semiconductor element, and a housing having a cooling liquid flow path and a cooling plate are connected by a bellows to flow in the housing. This is a method of cooling a semiconductor element by bringing a cooling liquid into contact with a cooling plate.

このようにすることにより、半導体素子のごく近傍まで
冷却液を導くことができ、これにより半導体素子の冷却
効果を高めて、半導体素子の熱抵抗の増大を抑えること
ができる。
By doing so, it is possible to guide the cooling liquid to the vicinity of the semiconductor element, thereby enhancing the cooling effect of the semiconductor element and suppressing an increase in the thermal resistance of the semiconductor element.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

上記従来技術は、配線基板と半導体素子、半導体素子と
冷却板の間がいずれも半田接合されている。このため配
線基板とハウジングとの間に熱歪が生じて位置のずれが
生じた場合には、その変位はベローズの変形で吸収され
るものの、そのときに発生する応力は直接、配線基板と
半導体素子との半田接合部に加わることになる。
In the above-mentioned conventional technique, the wiring board and the semiconductor element, and the semiconductor element and the cooling plate are all solder-bonded. For this reason, when a thermal strain occurs between the wiring board and the housing and a position shift occurs, the displacement is absorbed by the deformation of the bellows, but the stress generated at that time is directly caused by the wiring board and the semiconductor. It will be added to the solder joint with the element.

ベローズは、一般に軸方向には変形しやすいが軸に対し
て垂直の方向には変形しにくい性質を有している。この
ため、配線基板とハウジングの水平方向の位置のずれに
対しては大きな応力が発生する。一方、配線基板と半導
体素子の半田接合部の疲労寿命は、圧縮応力下では低下
が小さいが、剪断応力下すなわち前述の水平方向の応力
下では著しく寿命が低下する特性を持つている。
Bellows generally have a property that they are easily deformed in the axial direction but are hard to be deformed in the direction perpendicular to the axis. For this reason, great stress is generated with respect to the positional deviation between the wiring board and the housing in the horizontal direction. On the other hand, the fatigue life of the solder joint between the wiring board and the semiconductor element has a small decrease under compressive stress, but has a characteristic that the life is remarkably decreased under shear stress, that is, under the above-mentioned horizontal stress.

このようなことから、配線基板が数十mm以上と大型化し
た場合、半田接合による半導体モジユール組立時や使用
の温度変動による剪断方向の熱歪によつて配線基板と半
導体素子間の半田接合部の疲労寿命が低下し、装置とし
ての信頼性が著しく損われるという問題がある。
Due to this, when the wiring board is increased in size to several tens of mm or more, the solder joint between the wiring board and the semiconductor element is caused by thermal strain in the shearing direction due to temperature fluctuations during semiconductor module assembly or use due to solder joining. Has a problem that its fatigue life is shortened and the reliability of the device is significantly impaired.

本発明の目的は、配線基板とハウジングとの間の熱歪に
起因してベローズが変形した場合でも配線基板と半導体
素子との半田接合部にかかる応力を緩和でき、このため
半田接合部の疲労寿命の低下を抑えることができる半導
体モジユールを提供するにある。
The object of the present invention is to reduce the stress applied to the solder joint between the wiring board and the semiconductor element even when the bellows is deformed due to the thermal strain between the wiring board and the housing. It is to provide a semiconductor module capable of suppressing the reduction of life.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、配線基板上に搭載された複数の半導体素子、
該半導体素子に接合され、冷却媒体が接触することによ
つて冷却される冷却板、該冷却板へ接触させる冷却媒体
の流路を有するハウジング、及び該ハウジングと前記冷
却板との間を連結し該ハウジング内の冷却媒体を前記冷
却板へ接触させるベローズを具備する半導体モジユール
において、前記冷却板の端部に一方が接合され他方が前
記配線基板に接合される部材を用いたことにある。
The present invention provides a plurality of semiconductor elements mounted on a wiring board,
A cooling plate joined to the semiconductor element and cooled by contact with a cooling medium, a housing having a flow path of the cooling medium brought into contact with the cooling plate, and a connection between the housing and the cooling plate. In a semiconductor module including a bellows for bringing a cooling medium in the housing into contact with the cooling plate, a member is used, one of which is joined to an end of the cooling plate and the other of which is joined to the wiring board.

このように冷却板と配線基板とを直接固着することによ
つて、ベローズの変形に伴う応力は配線基板と半導体素
子との半田接合部に殆どかからずに、配線基板と半導体
素子との固着部にかかるようになる。このため半導体素
子と配線基板との半田接合部の疲労寿命が低下するのを
抑制できる。
By directly fixing the cooling plate and the wiring board in this manner, the stress due to the deformation of the bellows is hardly applied to the solder joint between the wiring board and the semiconductor element, and the wiring board and the semiconductor element are fixed to each other. It comes to the department. Therefore, it is possible to prevent the fatigue life of the solder joint between the semiconductor element and the wiring board from decreasing.

冷却板は第1〜3図に示すように、半導体素子毎に個別
に設けられていてもよいし、又、複数たとえば二つの或
は三つの半導体素子ごとに一つの冷却板を設けてもよ
い。
The cooling plate may be individually provided for each semiconductor element as shown in FIGS. 1 to 3, or one cooling plate may be provided for each of a plurality of, for example, two or three semiconductor elements. .

冷却板と半導体素子とは、半田によつて接合することが
好ましい。半田は熱伝導性がすぐれており、このため半
田厚さを薄くして、半導体素子の冷却効果を高めること
ができる。
The cooling plate and the semiconductor element are preferably joined by solder. Since the solder has excellent thermal conductivity, it is possible to reduce the thickness of the solder and enhance the cooling effect of the semiconductor element.

配線基板上に搭載される半導体素子は、第1〜3図に示
すように配線基板と直接、半田で接合してもよいし、半
導体素子をチツプキヤリアに収納しチツプキヤリアの外
部へ半導体素子に接続されたリードを出して、そのリー
ドと配線基板を半田接合してもよい。半導体素子をチツ
プキヤリアに収納したものの例が特開昭58−43553号公
報に示されており、本発明においてもこのように構成す
ることができる。
The semiconductor element mounted on the wiring board may be directly soldered to the wiring board as shown in FIGS. 1 to 3, or the semiconductor element may be housed in a chip carrier and connected to the outside of the chip carrier. Alternatively, the leads may be taken out and the leads and the wiring board may be soldered. An example of a semiconductor device housed in a chip carrier is shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-43553, and the present invention can also be configured in this way.

ベローズの製造方法としては、たとえば特開昭61−2203
59号公報に記載の方法を適用することができる。
As a method of manufacturing the bellows, for example, JP-A-61-2203
The method described in Japanese Patent Publication No. 59 can be applied.

冷却板を配線基板へ固着する方法としては、第1〜2図
に示すように、冷却板にスカートをはかせて、そのスカ
ートを配線基板と半田等で接合してもよいし、或は第3
図に示すように冷却板固着部材を配線基板上に別途取り
付けて、それに冷却板を接合してもよい。
As a method of fixing the cooling plate to the wiring board, as shown in FIGS. 1 and 2, a skirt may be provided on the cooling plate and the skirt may be joined to the wiring board by soldering or the like.
As shown in the figure, a cooling plate fixing member may be separately mounted on the wiring board, and the cooling plate may be joined thereto.

ベローズは、第1〜2図に示すように、一つの冷却板に
二個ずつ取り付けて、一方をハウジングから冷却板へ冷
却媒体を流す流路とし、他方を冷却板からハウジングへ
冷却媒体を戻す流路としてもよい。或は第3図に示すよ
うにベローズを冷却板ごとに一個だけ設けてもよい。一
個のベローズ内を二つの流路に仕切り、第1〜2図と同
様に冷却媒体に連続的な流れを付与させてもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, two bellows are attached to one cooling plate, one is used as a flow path for flowing the cooling medium from the housing to the cooling plate, and the other is returned from the cooling plate to the housing. It may be a flow path. Alternatively, as shown in FIG. 3, only one bellows may be provided for each cooling plate. The inside of one bellows may be divided into two flow paths, and a continuous flow may be imparted to the cooling medium as in FIGS.

半導体素子としては、たとえばLSI(ラージ・スケール
・インテグレーシヨン)チツプを用いることができる。
以下では、LSIチツプを用いた場合を例にとつて説明す
る。
As the semiconductor element, for example, an LSI (Large Scale Integration) chip can be used.
The case where an LSI chip is used will be described below as an example.

冷却媒体としては、水等の液体及び気体を用いることが
できるが、これらのうちでは液体を用いることが好まし
い。
As the cooling medium, a liquid such as water or a gas can be used, but among these, it is preferable to use the liquid.

〔作用〕[Action]

本発明においては、各LSIチツプに対応した冷却板が配
線基板に機械的あるいは半田接合により取付けられてお
り、取付部が破損しない限り冷却板に外力が加わつた場
合でも基板に対する相対変位すなわちいずれが生じるこ
とがない。このことにより、LSIチツプ背面すなわち配
線基板と接合されていない側の表面が半田等で冷却板に
固着された状況下で、配線基板とハウジングの間で温度
差あるいは熱膨張差に伴う熱歪が発生した場合でも、ベ
ローズの変形によつて歪を吸収でき、その時発生する応
力は冷却板と基板との取付部で支えることになるため、
LSIチツプと配線基板間の半田接続部に外力が加わらず
損傷あるいは熱疲労寿命の低下を招く恐れがない。同時
に、冷却板とLSIチツプが金属的に結合されているた
め、冷却性能としては熱抵抗が0.5℃/W以下の高効率冷
却が可能である。
In the present invention, the cooling plate corresponding to each LSI chip is attached to the wiring board mechanically or by soldering, and even if an external force is applied to the cooling plate, the relative displacement with respect to the board, whichever is It never happens. As a result, under the condition that the back surface of the LSI chip, that is, the surface not bonded to the wiring board, is fixed to the cooling plate with solder or the like, thermal strain caused by temperature difference or thermal expansion difference between the wiring board and the housing is generated. Even if it occurs, the strain can be absorbed by the deformation of the bellows, and the stress generated at that time will be supported by the mounting part between the cooling plate and the substrate,
No external force is applied to the solder joint between the LSI chip and the wiring board, and there is no risk of damage or shortening of the thermal fatigue life. At the same time, since the cooling plate and the LSI chip are metallically connected, it is possible to achieve highly efficient cooling with a thermal resistance of 0.5 ° C / W or less in terms of cooling performance.

また本発明では、冷却板の下部にスカートを取り付けて
キヤツプ形状として、基板と冷却板によつてLSIチツプ
を気密に封止する構造を一案として掲示している。この
ことにより、もし万一薄肉のベローズ部などから腐食あ
るいは破損によつて水洩れが生じた場合でも、冷却水が
直接LSIチツプに接触することがなく、LSIチツプを損傷
することがない。また、気密封止内部をHe等の不活性ガ
スで完全に置換することによりLSI配線や半田接続部の
腐食損傷を防ぐことができ、半導体モジユールとしての
信頼性を著しく向上できる。
Further, in the present invention, a structure in which a skirt is attached to the lower portion of the cooling plate to form a cap, and the LSI chip is hermetically sealed by the substrate and the cooling plate is posted as an idea. This prevents the cooling water from directly contacting the LSI chip and damaging the LSI chip even if water leakage occurs due to corrosion or damage from the thin bellows portion or the like. Further, by completely replacing the inside of the hermetically sealed interior with an inert gas such as He, it is possible to prevent corrosion damage to the LSI wiring and solder joints, and the reliability as a semiconductor module can be significantly improved.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は、LSIチツプ毎に冷却板を設け、その冷却板に
スカートを取り付けて配線基板と接合した例を示してい
る。第1図において、冷却水13の循環路を具備したハウ
ジング1には、個々のLSIチツプ9に対応した冷却素子6
8が設けられている。冷却素子68は、冷却板6とそれに
冷媒を供給排出するための2ケの金属ベローズ2とを有
する。冷却板6はLSIチツプ9からの熱を効率良く冷媒
に伝達する冷却フイン4及び冷媒を封じるキヤツプ3と
を有する。
FIG. 1 shows an example in which a cooling plate is provided for each LSI chip, and a skirt is attached to the cooling plate and joined to a wiring board. In FIG. 1, the housing 1 provided with a circulation path for the cooling water 13 has a cooling element 6 corresponding to each LSI chip 9.
8 are provided. The cooling element 68 has a cooling plate 6 and two metal bellows 2 for supplying and discharging a refrigerant thereto. The cooling plate 6 has a cooling fin 4 that efficiently transfers the heat from the LSI chip 9 to the refrigerant and a cap 3 that seals the refrigerant.

符号5はスカートであり、一端が冷却板と固定され、他
方が配線基板と半田11で接合されている。ハウジング,
ベローズ,キヤツプは高耐食性を有する金属たとえばSU
S,Ti及びTi合金,Ni及びNi合金などの金属で構成するこ
とが好ましい。冷却フィン4は熱伝導率に優れた金属C
u,Ni,Ag等あるいはセラミツクAlN,SiC,Al2O3等で構成す
ることが好ましい。またスカート5は配線基板と熱膨張
率が同じになるようにFe−Ni系合金あるいは基板材と同
じセラミツク材で構成することが好ましい。各部品間の
接合は拡散接合とAgろう,Niろう,Auろうなどの高融点ろ
う接が行われている。LSIチツプの背面は、高温酸化でS
iO2よりなる絶縁膜が形成された上にCr−Ni−Auのメタ
ライズが施され、メタライズ層8を介して低融点半田7
で冷却フイン4に接合されている。配線基板とスカート
はメタライズ層を介して上記と同じ低融点半田11で気密
接合されている。低融点半田としてはPb−Sn−In合金な
どを用いることができる。また、LSIチツプのある空間6
7には、Heが充填されている。
Reference numeral 5 is a skirt, one end of which is fixed to the cooling plate and the other of which is joined to the wiring board with solder 11. housing,
Bellows and caps are made of metal with high corrosion resistance, such as SU
It is preferably composed of metals such as S, Ti and Ti alloys, Ni and Ni alloys. The cooling fin 4 is made of metal C having excellent thermal conductivity.
It is preferably composed of u, Ni, Ag or the like or ceramic AlN, SiC, Al 2 O 3 or the like. Further, it is preferable that the skirt 5 is made of Fe--Ni alloy or the same ceramic material as the substrate material so that the coefficient of thermal expansion of the skirt 5 is the same as that of the wiring substrate. Diffusion bonding and high melting point brazing such as Ag brazing, Ni brazing, and Au brazing are used for the bonding between each component. The back side of the LSI chip is S
Cr-Ni-Au metallization is applied on the insulating film made of iO 2, and low melting point solder 7
It is joined to the cooling fin 4. The wiring board and the skirt are airtightly bonded with the same low melting point solder 11 as described above via a metallized layer. A Pb-Sn-In alloy or the like can be used as the low melting point solder. In addition, a space with an LSI chip 6
7 is filled with He.

本実施例によれば、LSIチツプと冷却フインが低融点半
田によつて金属的に結合されているので熱伝導率が高く
冷却性能に優れ、かつ冷却板が配線基板に半田固着され
ているため基板とハウジングの間で熱等に起因するずれ
が生じた場合でもベローズの変形に伴う応力が半田接合
部10に殆どかからず半田接合部の疲労寿命を低下させる
ことがない。さらに、LSIチツプがHe雰囲気下で完全に
気密封止されているので、冷却素子の接合部やベローズ
部から水洩れが発生してもLSIチツプが損傷することが
なく、またチツプ配線や半田接合部が湿気によつて腐食
損傷することがない。従つて、半導体装置としての信頼
性を高めることができる。
According to the present embodiment, since the LSI chip and the cooling fin are metallically joined by the low melting point solder, the thermal conductivity is high and the cooling performance is excellent, and the cooling plate is soldered to the wiring board. Even if a displacement due to heat or the like occurs between the substrate and the housing, the stress due to the deformation of the bellows is hardly applied to the solder joint 10 and the fatigue life of the solder joint is not reduced. Furthermore, because the LSI chip is completely hermetically sealed in a He atmosphere, even if water leaks from the cooling element joint or bellows, the LSI chip will not be damaged, and the chip wiring or solder joints will not be damaged. Parts will not be corroded or damaged by moisture. Therefore, the reliability of the semiconductor device can be improved.

第2図は、本発明の他の実施例を示す半導体モジユール
の断面図である。第2図において、ハウジング1から冷
却板6までは第1図の実施例と同じ構成になつている。
スカート5は配線基板12と同じムライトセラミツク材で
構成され、冷却フイン4にAgろう付19されている。Ni製
の冷却フイン4とLSIチツプ9はSiO2酸化膜の上に形成
されたメタライズ層8を介して融点90〜150℃のPb−Sn
−In系半田7で接合されている。配線基板12は冷却板6
の寸法に合せてチツプ搭載部が凹型に窪んでおり、窪み
の側面とスカート5の側面がそこに形成されたメタライ
ズ層23と25を介して半田11で接合され、気密に封止され
ている。封止に用いられている低融点半田11は、上記低
融点半田7よりわずかに融点の低い組成のものを用いて
いる。半田接合部10の半田は融点280℃の95Pb−5Sn半田
である。
FIG. 2 is a sectional view of a semiconductor module showing another embodiment of the present invention. In FIG. 2, the housing 1 to the cooling plate 6 have the same structure as that of the embodiment shown in FIG.
The skirt 5 is made of the same mullite ceramic material as the wiring board 12, and is brazed 19 to the cooling fin 4. The cooling fin 4 made of Ni and the LSI chip 9 are made of Pb-Sn having a melting point of 90 to 150 ° C. via a metallized layer 8 formed on the SiO 2 oxide film.
-In-based solder 7 is used for joining. The wiring board 12 is the cooling plate 6
The chip mounting portion is recessed in conformity with the dimensions of the above, and the side surface of the recess and the side surface of the skirt 5 are joined with the solder 11 via the metallized layers 23 and 25 formed there, and hermetically sealed. . The low melting point solder 11 used for sealing is of a composition having a slightly lower melting point than the low melting point solder 7. The solder of the solder joint portion 10 is 95Pb-5Sn solder having a melting point of 280 ° C.

本実施例によれば、第1図実施例と同様に、LSIチツプ
の冷却性能、半田接合部10の被労寿命、LSIチツプの信
頼性向上に大きな効果がある。
According to this embodiment, as in the embodiment of FIG. 1, there are great effects in improving the cooling performance of the LSI chip, the service life of the solder joint 10 and the reliability of the LSI chip.

第3図は、本発明の更に他の実施例で、配線基板上に冷
却板固着部材38を取り付け、それと冷却板とを半田34で
接合した例を示している。なお、この実施例では金属ベ
ローズ2をハウジング1に接続するに当たつて、金属ベ
ローズをフランジ31に接続し、このフランジ31とハウジ
ング1との間にOリング30を設けている。金属ベローズ
は、そのばね作用によつて、ハウジングと冷却板との間
に保持されている。
FIG. 3 shows still another embodiment of the present invention, in which a cooling plate fixing member 38 is attached on a wiring board, and the cooling plate and the cooling plate are joined by solder 34. In this embodiment, when the metal bellows 2 is connected to the housing 1, the metal bellows is connected to the flange 31, and the O-ring 30 is provided between the flange 31 and the housing 1. The metal bellows is held between the housing and the cooling plate by its spring action.

冷却板固着部材38は、第4図に示すように配線基板と同
じ材料のセラミツク板を打抜いて作られている。
The cooling plate fixing member 38 is made by punching out a ceramic plate made of the same material as the wiring board, as shown in FIG.

本実施例によれば、冷却板の形状を単純化することがで
きる。又、冷却板固着部材38も容易に作製できるように
なり、半導体モジユールの組立を第2図に示す場合にく
らべて簡易化できる。
According to this embodiment, the shape of the cooling plate can be simplified. Also, the cooling plate fixing member 38 can be easily manufactured, and the assembly of the semiconductor module can be simplified as compared with the case shown in FIG.

第5図及び第6図は、従来のLSIチツプを個別に冷却す
る型の半導体モジユールを示している。第5図において
49は熱伝導グリース、51はリード、52はボンデイングワ
イヤ、53はチツプキヤリア(パツケージ)、54は半田接
合部を示している。第5図の構造においては、冷却水が
LSIチツプの近傍まで送られているため伝熱径路が短
く、伝熱径路の途中に空間がないため冷却性能は冷却フ
イン等を用いて熱伝導のみによつて冷却する型式に比べ
ると大きく向上している。また、配線基板12とハウジン
グ1の間の温度差あるいは熱膨張差に起因する熱歪に対
してはベローズ2及び熱伝導グリース49の働きによつて
垂直及び水平方向の変位を吸収できるため、パツケージ
と配線基板間の半田接合部の熱疲労寿命が低下しにくい
構造と云える。
FIG. 5 and FIG. 6 show a semiconductor module of the type in which a conventional LSI chip is individually cooled. In Figure 5
Reference numeral 49 is a heat conductive grease, 51 is a lead, 52 is a bonding wire, 53 is a chip carrier (package), and 54 is a solder joint. In the structure of FIG. 5, the cooling water is
Since the heat transfer path is short because it is sent to the vicinity of the LSI chip, and there is no space in the middle of the heat transfer path, the cooling performance is greatly improved compared to the type that cools only by heat conduction using a cooling fin or the like. ing. Further, with respect to the thermal strain caused by the temperature difference or the thermal expansion difference between the wiring board 12 and the housing 1, the action of the bellows 2 and the thermal conductive grease 49 can absorb the displacement in the vertical and horizontal directions. It can be said that the thermal fatigue life of the solder joint between the wiring board and the wiring board does not easily decrease.

しかし、反面、LSIチツプから冷却水までの伝熱径路
に、応力0での可変形性を持たせる目的で熱伝導率が金
属と比べて1桁以上悪いグリースを用いており、またグ
リースの厚みをその表面張力のため数十μm以下にする
ことが困難であるため、冷却性能を熱抵抗1℃/W以下に
向上させることが困難である。このため、将来1チツプ
当りの発熱量が40Wを超えるとLSIチツプが用いられるよ
うになつた場合、この冷却構造では対応できなくなると
いう問題が生じる。
However, on the other hand, grease is used that has a thermal conductivity that is worse than that of metal by an order of magnitude or more for the purpose of providing variability at zero stress in the heat transfer path from the LSI chip to the cooling water. Since it is difficult to reduce the temperature to several tens of μm or less due to its surface tension, it is difficult to improve the cooling performance to a thermal resistance of 1 ° C./W or less. For this reason, if the LSI chip comes to be used when the amount of heat generated per chip exceeds 40 W in the future, there is a problem that this cooling structure cannot cope with it.

第6図は特開昭61−220359号に開示された半導体チツプ
個別冷却型式である。第6図において、61は低融点半田
接合部、66も半田接合部を示している。第6図に示す構
造では、冷却水からLSIチツプ9までの距離がさらに短
くかつ伝熱路が熱伝導性の良い金属あるいはセラミツク
で構成されているため、冷却性能は第5図の構造に比べ
著しく改善され、熱抵抗で0.5℃/W以下の良好な結果が
得られる。しかし第6図の構造では、冷却板6から配線
基板12まで半田接合で固着されているため、ハウジング
1と配線基板12間の熱歪をすべてベローズ2で吸収しな
ければならなくなつている。
FIG. 6 shows a semiconductor chip individual cooling type disclosed in JP-A-61-220359. In FIG. 6, 61 is a low melting point solder joint portion, and 66 is a solder joint portion. In the structure shown in FIG. 6, since the distance from the cooling water to the LSI chip 9 is shorter and the heat transfer path is made of metal or ceramic with good thermal conductivity, the cooling performance is better than that of the structure shown in FIG. It is remarkably improved, and good results of thermal resistance of 0.5 ° C / W or less are obtained. However, in the structure of FIG. 6, since the cooling plate 6 and the wiring board 12 are fixed by soldering, all the thermal strain between the housing 1 and the wiring board 12 must be absorbed by the bellows 2.

又、LSIチツプが配線基板とハウジング側の冷却体に半
田によつてリジツドに接合されているため、配線基板と
ハウジングの間に熱歪によるずれが生じた場合、その変
位はベローズの変形で吸収されるものの、そのとき発生
する応力は直接配線基板とLSIチツプの半田接合部に加
わることになる。
Also, because the LSI chip is rigidly joined to the cooling body on the wiring board and housing side by soldering, if a displacement due to thermal strain occurs between the wiring board and the housing, the displacement is absorbed by the deformation of the bellows. However, the stress generated at that time is directly applied to the solder joint between the wiring board and the LSI chip.

このようなことから、LSIチツプと配線基板との半田接
合部10の疲労寿命が低下しやすい。
For this reason, the fatigue life of the solder joint portion 10 between the LSI chip and the wiring board tends to be shortened.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上詳述したように、本発明によれば配線基板とハウジ
ングのずれにより発生する応力が半導体素子と配線基板
との半田接合部にかかるのを低減し、該半田接合部の疲
労寿命の低下を抑制することができる。
As described in detail above, according to the present invention, it is possible to reduce the stress generated by the displacement of the wiring board and the housing from being applied to the solder joint between the semiconductor element and the wiring board, and to reduce the fatigue life of the solder joint. Can be suppressed.

又、冷却板の周囲を配線基板に接合し、半導体素子を気
密封止することによつて、湿気や水洩れ事故等によつて
損傷することがなく、信頼性の向上が期待できるという
効果も得られる。
In addition, by bonding the periphery of the cooling plate to the wiring board and hermetically sealing the semiconductor element, there is an effect that reliability can be expected to be improved without being damaged by moisture or water leakage accident. can get.

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

第1図は本発明の一実施例を示す半導体モジユールの断
面図、第2図は本発明の他の実施例を示す半導体モジユ
ールの断面図、第3図は本発明の更に他の実施例を示す
半導体モジユールの断面図、第4図は第3図における冷
却板固着部材の平断面図、第5図は従来例を示す半導体
モジユールの断面図、第6図は同じく従来例を示す半導
体モジユールの断面図である。 1……ハウジング、2……金属ベローズ、5……スカー
ト、6……冷却板、9……LSIチツプ、10……半田接合
部、13……冷却水、38……冷却板固着部材。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor module showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of a semiconductor module showing another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a further embodiment of the present invention. FIG. 4 is a sectional view of the semiconductor module shown in FIG. 4, FIG. 4 is a plan sectional view of the cooling plate fixing member shown in FIG. 3, FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor module showing a conventional example, and FIG. 6 is a semiconductor module showing the conventional example. FIG. 1 ... Housing, 2 ... Metal bellows, 5 ... Skirt, 6 ... Cooling plate, 9 ... LSI chip, 10 ... Solder joint, 13 ... Cooling water, 38 ... Cooling plate fixing member.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和知 弘 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 志田 朝彦 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−160150(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Hiroshi Wachi 4026 Kuji Town, Hitachi City, Hitachi, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Laboratory, Ltd. (72) Asahiko Shida 4026 Kuji Town, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-60-160150 (JP, A)

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】配線基板と、 前記配線基板上に搭載された複数の半導体チツプと、 前記半導体チツプのそれぞれに接合され、冷却媒体が接
触することによって冷却される複数の冷却板と、 前記複数の冷却板のそれぞれに接触させる冷却媒体の流
路を有するハウジングと、 前記ハウジングと前記冷却板のそれぞれとの間を連結し
前記ハウジング内の冷却媒体を前記冷却板のそれぞれに
接触させる複数のベローズと、 前記それぞれの冷却板の端部に一方が接合され他方が前
記配線基板に接合される複数の部材とを有する半導体モ
ジュール。
1. A wiring board, a plurality of semiconductor chips mounted on the wiring board, a plurality of cooling plates joined to each of the semiconductor chips and cooled by contact with a cooling medium; And a plurality of bellows for connecting the housing and each of the cooling plates to each other to bring the cooling medium in the housing into contact with each of the cooling plates. And a plurality of members, one of which is joined to the end of each cooling plate and the other of which is joined to the wiring board.
【請求項2】特許請求の範囲第1項記載において、前記
部材は前記冷却板と前記配線基板間に配置されるスカー
トであることを特徴とする半導体モジュール。
2. The semiconductor module according to claim 1, wherein the member is a skirt arranged between the cooling plate and the wiring board.
【請求項3】特許請求の範囲第2項において、前記スカ
ートは前記冷却板の全周に設けられ、該スカートによっ
て前記半導体チップが気密封止されていることを特徴と
する半導体モジュール。
3. The semiconductor module according to claim 2, wherein the skirt is provided on the entire circumference of the cooling plate, and the semiconductor chip is hermetically sealed by the skirt.
【請求項4】特許請求の範囲第3項において、前記冷却
板と前記スカートによって気密封止された前記半導体チ
ップの周囲の空間に不活性ガスが充填されていることを
特徴とする半導体モジュール。
4. The semiconductor module according to claim 3, wherein a space around the semiconductor chip hermetically sealed by the cooling plate and the skirt is filled with an inert gas.
【請求項5】特許請求の範囲第2項において、前記配線
基板は複数のくぼみを有し、これらのくぼみのそれぞれ
に前記スカートのそれぞれの端部が挿入されて半田接合
されていることを特徴とする半導体モジュール。
5. The wiring board according to claim 2, wherein the wiring board has a plurality of dents, and the respective ends of the skirt are inserted into the dents and soldered. And semiconductor module.
【請求項6】特許請求の範囲第1項記載において、前記
部材は前記配線基板上に配置された冷却版固着部材であ
ることを特徴とする半導体モジュール。
6. The semiconductor module according to claim 1, wherein the member is a cooling plate fixing member arranged on the wiring board.
【請求項7】特許請求の範囲第6項において、前記冷却
板固着部材は隣接する前記半導体チップ間で共有されて
いることを特徴とする半導体モジュール。
7. The semiconductor module according to claim 6, wherein the cooling plate fixing member is shared between the adjacent semiconductor chips.
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