JPH0715965B2 - Semiconductor cooling device - Google Patents
Semiconductor cooling deviceInfo
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- JPH0715965B2 JPH0715965B2 JP62170810A JP17081087A JPH0715965B2 JP H0715965 B2 JPH0715965 B2 JP H0715965B2 JP 62170810 A JP62170810 A JP 62170810A JP 17081087 A JP17081087 A JP 17081087A JP H0715965 B2 JPH0715965 B2 JP H0715965B2
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- semiconductor
- cooling device
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体チップなどに代表される電子部品の発
熱体に柔軟性のある冷媒流路を接触させて、その冷媒流
路内に冷媒を流すことにより半導体チップを冷却するの
に好適な半導体冷却装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention is designed to bring a flexible refrigerant flow path into contact with a heating element of an electronic component typified by a semiconductor chip or the like, and to provide a refrigerant in the refrigerant flow path. The present invention relates to a semiconductor cooling device suitable for cooling a semiconductor chip by flowing a gas.
従来の装置は、例えば特開昭59−200495号公報および特
開昭58−200945号公報と記載されているように、発熱体
である半導体チップの裏面に冷却フィンを取付け、冷媒
の一例である冷却水を流すことにより半導体チップを冷
却する。該半導体チップは一般に配線基板上に半田ボー
ル(フリップチップ方式)を介して複数配置されてお
り、半導体チップの配線と配線基板の配線は、半田ボー
ルによって接続され、信号の授受が行なわれている。The conventional device is an example of a refrigerant in which a cooling fin is attached to the back surface of a semiconductor chip, which is a heating element, as described in, for example, JP-A-59-200495 and JP-A-58-200945. The semiconductor chip is cooled by flowing cooling water. In general, a plurality of semiconductor chips are arranged on a wiring board via solder balls (flip chip method), and the wiring of the semiconductor chip and the wiring of the wiring board are connected by the solder balls to exchange signals. .
また半導体チップ裏面側には、ベローズなどの柔軟性の
あるベローズなどで冷媒供給口および冷媒排出口が形成
された柔軟構造体が配置されており、該柔軟構造体は冷
媒ヘッダにOリング又は半田により接合されている。こ
れにより冷媒ヘッダの変位などにもとづく応力が柔軟構
造体により吸収され、直接半導体チップに作用しないよ
うに構成されている。そして柔軟構造体内を流れる冷却
水により冷却フィンを介して半導体チップが冷却される
が、冷却フィンと半導体チップとの間は、半田などによ
り金属的に接合される場合、又は熱伝導性の良好な例え
ばシリコン油やグリースなどを介在させて接合される場
合があり、いずれにしても、熱伝導を良好にするような
手段がとられている。Further, on the back surface side of the semiconductor chip, a flexible structure having a coolant supply port and a coolant discharge port formed by a flexible bellows such as a bellows is arranged, and the flexible structure is attached to an O-ring or a solder on a coolant header. Are joined by. As a result, the stress due to the displacement of the refrigerant header is absorbed by the flexible structure, and the stress does not directly act on the semiconductor chip. The cooling water flowing in the flexible structure cools the semiconductor chip via the cooling fins, but the cooling fins and the semiconductor chip are metallically joined by solder or the like, or have good thermal conductivity. For example, there is a case where they are joined by interposing silicon oil or grease, and in any case, measures are taken to improve heat conduction.
上記のように本発明で対象とする半導体冷却装置は、冷
媒ヘッダと配線基板とが気密封止され、例えば温度の比
較的高い空気が侵入しないようになっている。この場
合、例えば配線基板はムライト、セラミックスなどで、
また冷媒ヘッダはコバールなどで構成されており、配線
基板と冷媒ヘッダの構成材料は異なっている。また温度
的には、半導体チップおよび配線基板側は素子の発熱の
ため温度が高く、冷媒ヘッダ側は冷却水が流れるため温
度が低い。従って、組立時にたとえベローズに応力がか
からないようになっていても、配線基板と冷媒ヘッダと
の構成材料が異なることおよび温度差により、配線基板
と冷媒ヘッダ間に相対的な変位が生ずる。この変位にベ
ローズのばね定数を乗じた分が力となって作用する。特
に半導体チップと配線基板の各配線を接続する半田ボー
ルは、力学的に他の部分に比べて弱いため、半田ボール
と配線基板の接続部又は半田ボールと半導体チップと接
続部は、力学的に他の部分に比べて弱く、各接続部が破
断することがしばしば発生している。As described above, in the semiconductor cooling device targeted by the present invention, the refrigerant header and the wiring board are hermetically sealed so that, for example, air having a relatively high temperature does not enter. In this case, for example, the wiring board is mullite, ceramics,
The refrigerant header is made of Kovar or the like, and the constituent materials of the wiring board and the refrigerant header are different. In terms of temperature, the semiconductor chip and the wiring board side have a high temperature due to heat generation of the element, and the coolant header side has a low temperature because cooling water flows. Therefore, even if the bellows is not stressed at the time of assembly, a relative displacement occurs between the wiring board and the refrigerant header due to the different constituent materials of the wiring board and the refrigerant header and the temperature difference. The product of this displacement and the spring constant of the bellows acts as a force. In particular, since the solder ball that connects the semiconductor chip and each wiring of the wiring board is mechanically weaker than other parts, the solder ball-wiring board connection part or the solder ball-semiconductor chip connection part is mechanically It is weaker than other parts and often breaks at each connection.
このような破断は、ベローズのばね定数を極めて小さく
すれば作用する力が小さくなり発生しない。ベローズの
ばね定数を小さくするには、ベローズ材の肉厚を薄くし
てベローズを柔かい構造にすればよいのであるが、この
ようにすると、ベローズ内部を冷却水が長時間流れるた
め、腐食などによってベローズに孔があいたりして事故
発生の原因となる。従って肉厚をある程度以上薄くする
ことは不可能であり、ばね定数もあまり小さくすること
ができない。Such breaking does not occur because the acting force becomes small if the spring constant of the bellows is made extremely small. To reduce the spring constant of the bellows, the wall thickness of the bellows material should be made thin so that the bellows has a soft structure. However, if this is done, the cooling water will flow inside the bellows for a long time, which may cause corrosion. The bellows may have holes and may cause an accident. Therefore, it is impossible to make the wall thickness thinner than a certain extent, and the spring constant cannot be made too small.
本発明の目的は、ベローズのばね定数を小さくして、配
線基板および冷媒ヘッダが熱ひずみにより変形した場合
においても、半導体チップにかかる熱応力を小さくおさ
えることができるようにした半導体冷却装置を提供する
ことにある。An object of the present invention is to provide a semiconductor cooling device in which the spring constant of a bellows is reduced so that thermal stress applied to a semiconductor chip can be suppressed even when a wiring substrate and a refrigerant header are deformed by thermal strain. To do.
かかる目的達成のため、本発明は、配線基板上に半田ボ
ールを介して搭載された複数の半導体チップごとに柔軟
性のあるベローズの一端部が取付けられ、該ベローズの
他端部が冷媒ヘッダに形成された複数の連通孔にそれぞ
れ取付けられ、前記ベローズの弾性力により前記半田ボ
ールを前記半導体チップを介して前記配線基板上に押圧
し、かつ前記冷媒ヘッダに冷媒を流すことにより前記半
導体チップを冷却する半導体冷却装置において、前記ベ
ローズの軸線が曲げられて取付けられているものであ
る。In order to achieve such an object, according to the present invention, one end of a flexible bellows is attached to each of a plurality of semiconductor chips mounted on a wiring board via solder balls, and the other end of the bellows is attached to a refrigerant header. The semiconductor chip is attached to each of a plurality of formed communication holes, the solder ball is pressed by the elastic force of the bellows onto the wiring board through the semiconductor chip, and the coolant is flown to the coolant header to remove the semiconductor chip. In a semiconductor cooling device for cooling, the axis of the bellows is bent and attached.
上述の構成によれば、配線基板と冷媒ヘッダ間の温度差
により発生する相対的変位がベローズにより吸収され、
またベローズのばね定数を小さくすることができる。こ
れにより半田ボールに作用する熱応力が緩和され、半田
ボールの破断が防止される。According to the above configuration, the relative displacement generated by the temperature difference between the wiring board and the refrigerant header is absorbed by the bellows,
Further, the spring constant of the bellows can be reduced. This relieves the thermal stress acting on the solder balls and prevents the solder balls from breaking.
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
第1図は本発明の第1実施例に係り、半導体冷却装置1
は冷媒ヘッダ2と、複数のベローズ3とを備えている。
冷媒ヘッダ2は、コバールなどで形成されており、配線
基板5上に載置された下方部材6と、該下方部材6上に
載置された中間部材8と、該中間部材8上に載置された
上方部材9とからなり、これらの部材は、下方部材6と
上方部材9との間に中間部材8を挟んで一体的に固定さ
れている。配線基板5はムライト、セラミックスなどで
形成されており、該配線基板5上には複数の半導体チッ
プ10が半田ボール11を介して横一列又は格子状に搭載さ
れており、半田ボール11は配線基板5の配線と半導体チ
ップ10の配線とを接続する微小直径の接続体である。FIG. 1 relates to a first embodiment of the present invention and relates to a semiconductor cooling device 1
Is provided with a refrigerant header 2 and a plurality of bellows 3.
The refrigerant header 2 is made of Kovar or the like, and has a lower member 6 placed on the wiring board 5, an intermediate member 8 placed on the lower member 6, and an intermediate member 8 placed on the intermediate member 8. The upper member 9 and the lower member 6 are integrally fixed by sandwiching the intermediate member 8 between the lower member 6 and the upper member 9. The wiring board 5 is formed of mullite, ceramics or the like, and a plurality of semiconductor chips 10 are mounted on the wiring board 5 via solder balls 11 in a horizontal row or in a grid pattern. The solder balls 11 are wiring boards. 5 is a connection body having a minute diameter for connecting the wiring of 5 and the wiring of the semiconductor chip 10.
下方部材6は、配線基板5上に載置された側壁部12と、
該側壁部12を横断して半導体チップ10と対向して配置さ
れた湾曲状の仕切り部13とからなり、該仕切り部13の湾
曲面13aは、例えば配線基板5の中央部では該配線基板
5から遠く、該配線基板5の両端部に向って順次該配線
基板5に近ずくように、すなわち上方に凸になるように
形成されている。また湾曲面13aには半導体チップ10に
対向して複数の連通孔15が形成されており、該連通孔15
の中心線は配線基板5の中央部に配置された半導体チッ
プ10に対しては同一中心線上に設定され、配線基板5の
中央部から離れて両端部に向って配置された半導体チッ
プ10に対しては該半導体チップ10の中心線より配線基板
5の端部方向に偏倚して設定されている。この偏倚量は
配線基板5の中央部から端部に向って順次大きく設定さ
れている。また下方部材6には、仕切り部13より上方の
側壁部12に排水口16が形成されている。The lower member 6 includes a side wall portion 12 placed on the wiring board 5,
A curved partition 13 is arranged across the side wall 12 so as to face the semiconductor chip 10. The curved surface 13a of the partition 13 has, for example, a central portion of the wiring board 5 and the wiring board 5 has a curved surface 13a. Farther from the wiring board 5, the wiring board 5 is formed so as to sequentially approach the wiring board 5 toward both ends thereof, that is, to be convex upward. A plurality of communication holes 15 are formed on the curved surface 13a so as to face the semiconductor chip 10.
Is set on the same center line with respect to the semiconductor chip 10 arranged in the central part of the wiring board 5, and with respect to the semiconductor chips 10 arranged toward both ends apart from the central part of the wiring board 5. Are set so as to be offset from the center line of the semiconductor chip 10 toward the end of the wiring board 5. This deviation amount is set to be larger sequentially from the central portion to the end portion of the wiring board 5. Further, the lower member 6 has a drain port 16 formed in the side wall portion 12 above the partition portion 13.
中間部材8は隔壁部18と、該隔壁部18に下方に直立して
一体的に形成された複数の給水管19とからなり、該給水
管19の軸線は半導体チップ10の中心線と一致するように
設定されており、各給水管19は連通孔15にそれぞれ、挿
入されている。上方部材9は頂壁部20と該頂壁部20の端
部から下方に直立して延出した側壁部21とからなり、該
側壁部21に給水口22が形成されている。複数のベローズ
3は、一端部が半導体チップ10の上面に半田付け等によ
り接合された冷却ブロック23に半田付け等によりそれぞ
れ接合されており、他端部が各連通孔15に例えばOリン
グ25を介してボルト等でそれぞれ固定されている。The intermediate member 8 is composed of a partition wall portion 18 and a plurality of water supply pipes 19 which are integrally formed so as to stand upright on the partition wall portion 18 so as to extend downward. The axis of the water supply pipes 19 coincides with the center line of the semiconductor chip 10. The water supply pipes 19 are inserted into the communication holes 15, respectively. The upper member 9 is composed of a top wall portion 20 and a side wall portion 21 extending upright downward from an end portion of the top wall portion 20, and a water supply port 22 is formed in the side wall portion 21. The plurality of bellows 3 are respectively joined by soldering or the like to the cooling block 23 whose one end is joined to the upper surface of the semiconductor chip 10 by soldering or the like, and the other end is provided with an O-ring 25 in each communication hole 15, for example. It is fixed with a bolt or the like.
そして、上方部材9と中間部材8の隔壁部18上面および
給水管19内周面とにより給水部26が、中間部材8の隔壁
部18下面および給水管19外周面と下方部材6の側壁部12
内面および湾曲部13a上面とベローズ3とにより排水部2
8がそれぞれ気密に形成されている。The upper member 9 and the upper surface of the partition wall portion 18 of the intermediate member 8 and the inner peripheral surface of the water supply pipe 19 serve as a water supply portion 26, and the lower surface of the partition wall portion 18 of the intermediate member 8 and the outer peripheral surface of the water supply pipe 19 and the side wall portion 12 of the lower member 6.
The drainage section 2 is formed by the inner surface and the upper surface of the curved section 13a and the bellows 3.
8 are airtightly formed.
なお、冷却ブロック23には熱伝導を良好にするための冷
却フィン(図示せず)が載置されている。A cooling fin (not shown) is placed on the cooling block 23 to improve heat conduction.
つぎに、本発明の第1実施例の作用を説明する。Next, the operation of the first embodiment of the present invention will be described.
給水口22から流入した冷媒の一例たる冷却水は給水部26
を通って、冷却フィンを介して半導体チップ10を冷却
し、排水部28を通って排水口16より排出される。この場
合、前述の如く冷媒ヘッダ2と配線基板5との構成材料
は異なっており、また温度的には配線基板5および半導
体チップ10側は素子の発熱のため温度が高く、冷媒ヘッ
ダ2側は冷却水が流れるため温度が低い。この冷媒ヘッ
ダ2と配線基板5との構成材料が異なることおよび温度
差により室温時に組立てられた半導体冷却装置1は、冷
媒ヘッダ2と配線基板5との間に相対的な変位が生じ、
配線基板5が伸張し、冷媒ヘッダ2が収縮する場合、あ
るいはその逆の場合がある。The cooling water, which is an example of the refrigerant flowing from the water supply port 22, is supplied to the water supply unit 26.
Then, the semiconductor chip 10 is cooled through the cooling fins, passes through the drainage section 28, and is discharged from the drainage port 16. In this case, the constituent materials of the refrigerant header 2 and the wiring board 5 are different as described above, and in terms of temperature, the wiring board 5 and the semiconductor chip 10 side are high in temperature due to the heat generated by the elements, and the refrigerant header 2 side is The temperature is low due to the flow of cooling water. Due to the difference in the constituent materials of the refrigerant header 2 and the wiring board 5 and the temperature difference, the semiconductor cooling device 1 assembled at room temperature causes a relative displacement between the refrigerant header 2 and the wiring board 5.
The wiring board 5 may expand and the refrigerant header 2 may contract, or vice versa.
ところでベローズ3の剪断ばね定数はベローズ3の曲げ
方によってその値が異なる。つまり、ベローズ軸を曲げ
て支持し、他端に横荷重をかけた場合(ベローズ軸曲げ
固定式)と、ベローズ軸を直線状にして両端を固定し、
ベローズ軸に対して垂直方向に荷重をかけた場合(ベロ
ーズ軸直線固定式)とを比較すると、ベローズ軸直線固
定式の方が、同一変位量を得るのに比較的荷重が大き
く、ばね定数が大きい。ここで述べたベローズ3のばね
定数特性に関しては、例えばM.W.KELLOGG COMPANY「Des
ign of Piping Systems」のP.210〜230に記載されてお
り、同書に出典されている計算式から求めた剪断ばね定
数を第2図に示す。同図において、ベローズ3の直径を
D、長さをLとした場合、横軸にアスペクト比(D/L)
を示し、縦軸に剪断ばね定数(g/μm)を示しており、
曲線Aがベローズ軸曲げ固定式、曲線Bがベローズ軸直
線固定式の場合である。By the way, the shear spring constant of the bellows 3 varies depending on how the bellows 3 is bent. In other words, when the bellows shaft is bent and supported and a lateral load is applied to the other end (bellows shaft bending fixed type), the bellows shaft is made linear and both ends are fixed.
Comparing with a case where a load is applied in the direction perpendicular to the bellows shaft (bellows shaft linear fixed type), the bellows shaft linear fixed type has a relatively large load to obtain the same amount of displacement, and the spring constant is large. Regarding the spring constant characteristics of the bellows 3 described here, for example, MWKELLOGG COMPANY “Des
ign of Piping Systems ", pages 210 to 230, the shear spring constant obtained from the calculation formula cited in the same book is shown in FIG. In the figure, when the diameter of the bellows 3 is D and the length is L, the horizontal axis represents the aspect ratio (D / L).
And the vertical axis shows the shear spring constant (g / μm),
Curve A is the case where the bellows shaft is bent and fixed, and curve B is the case where the bellows shaft is straight and fixed.
本実施例によれば、ベローズ3は、配線基板5の中央部
に対向するものを除いて軸線が曲げられて冷却ブロック
23および連通孔15に固定されており、ベローズ軸曲げ固
定式の構造である。従って、上述のように作動時におい
て冷媒ヘッダ2と配線基板5との間に材質の相違および
温度差による熱応力が作用してもベローズ3のばね定数
が比較的小さいために、半導体チップ10に作用する応力
が小さくなる。According to the present embodiment, the bellows 3 is bent in the axis line except for the bellows 3 that faces the central portion of the wiring board 5, and the cooling block is formed.
It is fixed to 23 and the communication hole 15, and has a bellows shaft bending fixed type structure. Therefore, as described above, the spring constant of the bellows 3 is comparatively small even if thermal stress due to the difference in material and temperature difference acts between the refrigerant header 2 and the wiring board 5 during operation, so that the semiconductor chip 10 has a relatively small spring constant. The acting stress is small.
ここでベローズ軸曲げ固定式のベローズ3の作用を第3
図により説明する。冷媒ヘッダ2と配線基板5が、組立
時に熱応力零であったものが、その材質の相違および温
度差による熱膨張率差から熱応力が矢印D(D′)の方
向に作用した場合を想定する。この力D(D′)は2つ
の分力E(E′)、F(F′)に分けて考えることがで
きる。分力E(E′)はベローズ3に対して垂直方向の
力であり、この方向の力はベローズ3の垂直方向の変位
で吸収される。分力F(F′)に対しては、ベローズ3
は矢印GおよびHの方向に縮み代が異なるように伸縮し
てベローズ3の変位で吸収される。Here, the action of the bellows 3 of the bellows shaft bending fixing type is
It will be described with reference to the drawings. It is assumed that the refrigerant header 2 and the wiring board 5 had zero thermal stress at the time of assembly, but the thermal stress acts in the direction of arrow D (D ') due to the difference in material and the difference in coefficient of thermal expansion due to temperature difference. To do. This force D (D ') can be considered by dividing it into two component forces E (E') and F (F '). The component force E (E ′) is a force in the vertical direction with respect to the bellows 3, and the force in this direction is absorbed by the vertical displacement of the bellows 3. Bellows 3 for component force F (F ')
Is expanded and contracted in the directions of arrows G and H so that the contraction allowances are different, and is absorbed by the displacement of the bellows 3.
このようにベローズ軸に対して剪断方向にかかる力は、
ベローズ3の伸縮運動によって吸収される。すなわち、
ベローズ3に大きな剪断力をかけることなく冷媒ヘッダ
2と配線基板5との間の相対的変位は吸収される。また
この相対的変位は、配線基板5の端部近傍が最も大きく
なるが、連通孔15と半導体チップ10の中心線の偏倚量が
端部近傍が最大となっており、これによって吸収され
る。このようにして半導体チップ10に作用する応力を小
さく抑えることができ、半田ボール11の破断が防止され
る。In this way, the force applied to the bellows shaft in the shearing direction is
It is absorbed by the expansion and contraction movement of the bellows 3. That is,
The relative displacement between the refrigerant header 2 and the wiring board 5 is absorbed without applying a large shearing force to the bellows 3. This relative displacement is greatest near the edge of the wiring board 5, but the amount of deviation between the center line of the communication hole 15 and the semiconductor chip 10 is greatest near the edge, and is absorbed by this. In this way, the stress acting on the semiconductor chip 10 can be suppressed to a small level, and the solder balls 11 can be prevented from breaking.
なお連通孔15と半導体チップ10の中心線の偏倚量は同一
に設定してもよい。Note that the deviation amounts of the communication holes 15 and the center line of the semiconductor chip 10 may be set to be the same.
第4図は本発明の第2実施例に係り、第1実施例と異な
るところは、仕切り部13の湾曲面13aの形状が異なる点
である。仕切り部13の湾曲面13aは、配線基板5の中央
部では該配線基板5に近く、該配線基板5の両端部に向
って順次遠くなるように、すなわち上方に凹になるよう
に形成されている。また複数の連通孔15の中心線は、配
線基板5の中央部に配置された半導体チップ10に対して
は同一中心線上に設定され、配線基板5の中央部から離
れて両端部に向って配置された半導体チップ10に対して
は、該半導体チップ10の中心線より配線基板5の中央部
方向に偏倚して設定されている。FIG. 4 relates to the second embodiment of the present invention, and is different from the first embodiment in that the shape of the curved surface 13a of the partition portion 13 is different. The curved surface 13a of the partition portion 13 is formed so as to be close to the wiring board 5 in the central portion of the wiring board 5 and to be gradually distant toward both ends of the wiring board 5, that is, to be concave upward. There is. Further, the center lines of the plurality of communication holes 15 are set on the same center line with respect to the semiconductor chip 10 arranged in the central part of the wiring board 5, and are arranged toward both ends apart from the central part of the wiring board 5. The semiconductor chip 10 thus formed is set so as to be offset from the center line of the semiconductor chip 10 toward the central portion of the wiring board 5.
その他の構成および作用は第1実施例に示すものと同様
である。Other configurations and operations are similar to those shown in the first embodiment.
第5図および第6図は本発明の第3実施例に係り、複数
の半導体チップ10は並列に配置されており、冷媒ヘッダ
2には、各半導体チップ10に対応して仕切壁30によって
形成された給水部26および排水部28と、湾曲面13aに給
水部26および排水部28にそれぞれ連通する連通孔15A,15
Bとが設けられている。該連通孔15A,15Bの外側には、ベ
ローズ3Aの上端がOリング25を介してボルト等で固定さ
れており、該ベローズ3Aの下端は冷却ブロック23に半田
等で接合されている。このベローズ3Aの上端部の取付け
位置は、第1実施例に示すものに準じて設定されてい
る。また連通孔15A,15Bの内側には、ベローズ3Bの上端
がOリング25を介してボルト等で固定されており、この
ベローズ3A,3Bにより給水流路31および排水流路32が形
成される。その他の構成および作用は第1実施例に示す
ものと同様である。5 and 6 relate to a third embodiment of the present invention, in which a plurality of semiconductor chips 10 are arranged in parallel, and the refrigerant header 2 is formed by a partition wall 30 corresponding to each semiconductor chip 10. The water supply section 26 and the drainage section 28 that are provided, and the communication holes 15A and 15 that communicate with the water supply section 26 and the drainage section 28 on the curved surface 13a.
B and are provided. The upper end of the bellows 3A is fixed to the outside of the communication holes 15A and 15B with a bolt or the like via an O-ring 25, and the lower end of the bellows 3A is joined to the cooling block 23 by solder or the like. The mounting position of the upper end of the bellows 3A is set according to that shown in the first embodiment. Inside the communication holes 15A, 15B, the upper end of the bellows 3B is fixed with a bolt or the like via an O-ring 25, and the bellows 3A, 3B form a water supply passage 31 and a drainage passage 32. Other configurations and operations are similar to those shown in the first embodiment.
第7図および第8図は本発明の第4実施例に係り、第1
実施例と異なるところは、仕切り部13が平面状に形成さ
れており、ベローズ3の上端を取付ける取付け面32が仕
切り部13内面の連通孔15周辺に形成されている点であ
る。FIG. 7 and FIG. 8 relate to the fourth embodiment of the present invention,
The difference from the embodiment is that the partition 13 is formed in a planar shape, and a mounting surface 32 for mounting the upper end of the bellows 3 is formed around the communication hole 15 on the inner surface of the partition 13.
第7図に示すように半導体チップ10と連通孔15の各中心
線が同一直線上にある場合、取付け面32は、配線基板5
の中央部に配置された半導体チップ10に対しては水平面
上に設定されており、配線基板5の中央部から端部に向
って配置された半導体チップ10に対しては、中央部側を
上にして水平面に対して一定角度θ傾斜して設定されて
いる。When the center lines of the semiconductor chip 10 and the communication hole 15 are on the same straight line as shown in FIG.
Is set on the horizontal plane with respect to the semiconductor chip 10 arranged in the central part of the wiring board 5, and the central part side is upward with respect to the semiconductor chip 10 arranged from the central part of the wiring board 5 toward the end part. The angle is set to a certain angle θ with respect to the horizontal plane.
なお、この取付け面32の傾斜角度θは、配線基板5の中
央部から端部に向って順次大きくなるように設定しても
よい。The inclination angle θ of the mounting surface 32 may be set so as to gradually increase from the central portion of the wiring board 5 toward the end portion.
また第8図に示すように連通孔15の中心線が配線基板5
の中央部に配置された半導体チップ10に対して同一中心
線上に設定され、配線基板5の中央部から離れて端部に
向って配置された半導体チップ10に対しては、該半導体
チップ10の中心線より配線基板5の端部方向にeだけ偏
倚して設定されている場合、取付け面32はすべて水平面
上に設定されている。Also, as shown in FIG. 8, the center line of the communication hole 15 is the wiring board 5.
Of the semiconductor chip 10 arranged on the same center line with respect to the semiconductor chip 10 arranged in the central portion of the wiring board 5 and arranged toward the end portion apart from the central portion of the wiring board 5. When it is set so as to be deviated from the center line in the direction of the end of the wiring board 5 by e, all the mounting surfaces 32 are set on the horizontal plane.
なお、連通孔15の偏倚量eは配線基板5の中央部から端
部に向って順次大きくなるよう設定してもよい。Note that the deviation amount e of the communication hole 15 may be set to increase sequentially from the central portion of the wiring board 5 toward the end portion.
第9図は本発明の第5実施例に係り、上記実施例と異な
るところは、取付ける前からベローズ軸が曲がった状態
でベローズ3を成形している点であり、このベローズ3
は上記いずれの実施例にも適用される。FIG. 9 relates to a fifth embodiment of the present invention, and is different from the above-mentioned embodiment in that the bellows 3 is molded with the bellows shaft bent before being mounted.
Applies to any of the above embodiments.
上述のとおり、本発明によれば、冷媒ヘッダと半導体チ
ップとを接続するベローズの軸線が曲げられて取付けら
れているので、冷媒ヘッダと配線基板との構成材料の相
違および温度差による相対的変位が吸収され、またベロ
ーズのばね定数が小さくなり、半田ボールに作用する熱
応力が大幅に緩和され、半田ボールの破断を防止するこ
とができる。As described above, according to the present invention, since the axis of the bellows that connects the refrigerant header and the semiconductor chip is bent and attached, the relative displacement due to the difference in the constituent materials of the refrigerant header and the wiring board and the temperature difference. Is absorbed, the spring constant of the bellows is reduced, the thermal stress acting on the solder balls is relieved significantly, and the breakage of the solder balls can be prevented.
第1図は本発明の第1実施例に係る半導体冷却装置の縦
断面図、第2図はベローズの剪断ばね定数の計算値を示
す線図、第3図は本発明のベローズの作用を示す説明
図、第4図は本発明の第2実施例に係る半導体冷却装置
の縦断面図、第5図は本発明の第3実施例に係る部分縦
断面図、第6図は第5図に示すものの概略平面図、第7
図および第8図は本発明の第4実施例に係る部分縦断面
図、第9図は本発明の第5実施例に係るベローズの正面
図である。 1…半導体冷却装置、2…冷媒ヘッダ、3…ベローズ、
5…配線基板、10…半導体チップ、11…半田ボール、13
…仕切り部、13a…湾曲面、15…連通孔。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a semiconductor cooling device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing calculated values of shear spring constants of bellows, and FIG. 3 shows the action of the bellows of the present invention. Explanatory drawing, FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a semiconductor cooling device according to a second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a partial longitudinal sectional view according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 6 is shown in FIG. Schematic plan view of what is shown, No. 7.
FIG. 8 and FIG. 8 are partial longitudinal sectional views according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a front view of the bellows according to the fifth embodiment of the present invention. 1 ... Semiconductor cooling device, 2 ... Refrigerant header, 3 ... Bellows,
5 ... Wiring board, 10 ... Semiconductor chip, 11 ... Solder ball, 13
… Partition, 13a… Curved surface, 15… Communication hole.
Claims (8)
た複数の半導体チップごとに柔軟性のあるベローズの一
端部が取付けられ、該ベローズの他端部が冷媒ヘッダに
形成された複数の連通孔にそれぞれ取付けられ、前記ベ
ローズの弾性力により前記半田ボールを前記半導体チッ
プを介して前記配線基板上に押圧し、かつ前記冷媒ヘッ
ダに冷媒を流すことにより前記半導体チップを冷却する
半導体冷却装置において、前記ベローズの軸線が曲げら
れて取付けられている半導体冷却装置。1. A plurality of semiconductor chips mounted on a wiring board via solder balls, one end of a flexible bellows is attached to each of the semiconductor chips, and the other end of the bellows is formed in a plurality of refrigerant headers. A semiconductor cooling device which is attached to each of the communication holes, presses the solder balls onto the wiring board through the semiconductor chips by the elastic force of the bellows, and cools the semiconductor chips by flowing a refrigerant into the refrigerant header. In the semiconductor cooling device, the axis of the bellows is bent and attached.
ローズの両端面が互いに平行でない特許請求の範囲第1
項記載の半導体冷却装置。2. The bellows according to claim 1, wherein both end surfaces of the bellows are not parallel to each other when the bellows is attached.
The semiconductor cooling device according to the paragraph.
きが前記配線基板の中央部から端部に向って該中央部を
上にして順次大きく設定されている特許請求の範囲第1
項記載の半導体冷却装置。3. The inclination of the other end of the bellows with respect to the horizontal plane is set to be larger sequentially from the central portion of the wiring board toward the end with the central portion facing upward.
The semiconductor cooling device according to the paragraph.
に形成された複数の連通孔にそれぞれ取付けられている
特許請求の範囲第1項記載の半導体冷却装置。4. The semiconductor cooling device according to claim 1, wherein the other end of the bellows is attached to each of a plurality of communication holes formed in a curved partition.
央部では該配線基板から遠く、該配線基板の端部に向っ
て順次該配線基板に近づくように形成されている場合に
は、前記連通孔の中心線が前記配線基板の中央部に配置
された前記半導体チップに対しては同一中心線上に設定
され、前記配線基板の中央部から離れて端部に向って配
置された前記半導体チップに対しては該半導体チップの
中心線より前記配線基板の端部方向に偏倚して設定され
た特許請求の範囲第4項記載の半導体冷却装置。5. When the curved surface of the partitioning portion is formed so as to be far from the wiring board in the central portion of the wiring board and to gradually approach the wiring board toward the end portion of the wiring board, The center line of the communication hole is set on the same center line with respect to the semiconductor chip arranged in the central portion of the wiring board, and the semiconductor is arranged away from the central portion of the wiring board toward the end. The semiconductor cooling device according to claim 4, wherein the chip is set so as to be offset from a center line of the semiconductor chip toward an end portion of the wiring board.
央部では該配線基板に近く、該配線基板の端部に向って
順次遠くなるように形成されている場合には、前記連通
孔の中心線が前記配線基板の中央部に配置された前記半
導体チップに対しては同一中心線上に設定され、前記配
線基板の端部から中央部に向って配置された前記半導体
チップに対しては該半導体チップの中心線より前記配線
基板の中央部方向に偏倚して設定されている特許請求の
範囲の第4項記載の半導体冷却装置。6. The communication hole when the curved surface of the partition portion is formed so as to be close to the wiring board in the central portion of the wiring board and to be gradually farther toward the end portion of the wiring board. The center line of is set on the same center line for the semiconductor chips arranged in the central portion of the wiring board, and for the semiconductor chips arranged from the end portion of the wiring board toward the central portion. The semiconductor cooling device according to claim 4, wherein the semiconductor cooling device is set so as to be deviated from a center line of the semiconductor chip toward a central portion of the wiring board.
定位置が、中央部から端部に向って順次大きく偏倚して
設定されている特許請求の範囲第4項記載の半導体冷却
装置。7. The semiconductor cooling device according to claim 4, wherein the setting position of the communication hole with respect to the semiconductor chip is set to be gradually deviated from the central portion toward the end portion.
て成形されている特許請求の範囲第1項記載の半導体冷
却装置。8. The semiconductor cooling device according to claim 1, wherein the axis of the bellows is preliminarily bent and molded.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62170810A JPH0715965B2 (en) | 1987-07-08 | 1987-07-08 | Semiconductor cooling device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62170810A JPH0715965B2 (en) | 1987-07-08 | 1987-07-08 | Semiconductor cooling device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6414943A JPS6414943A (en) | 1989-01-19 |
| JPH0715965B2 true JPH0715965B2 (en) | 1995-02-22 |
Family
ID=15911757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62170810A Expired - Lifetime JPH0715965B2 (en) | 1987-07-08 | 1987-07-08 | Semiconductor cooling device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0715965B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008013879A (en) * | 2006-07-06 | 2008-01-24 | Yokohama Rubber Co Ltd:The | Tyre fabric for rubber product |
-
1987
- 1987-07-08 JP JP62170810A patent/JPH0715965B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6414943A (en) | 1989-01-19 |
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