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JPH0661391A - 液冷却型半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

液冷却型半導体装置及びその製造方法

Info

Publication number
JPH0661391A
JPH0661391A JP4211304A JP21130492A JPH0661391A JP H0661391 A JPH0661391 A JP H0661391A JP 4211304 A JP4211304 A JP 4211304A JP 21130492 A JP21130492 A JP 21130492A JP H0661391 A JPH0661391 A JP H0661391A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid
cooling passage
semiconductor device
semiconductor chip
base substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP4211304A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaaki Hoshi
雅章 星
Tetsuji Obara
哲治 小原
Hideaki Nonami
秀顕 野並
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.)
Hitachi Ltd
Hitachi Solutions Technology Ltd
Original Assignee
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi ULSI Engineering Corp, Hitachi Ltd filed Critical Hitachi ULSI Engineering Corp
Priority to JP4211304A priority Critical patent/JPH0661391A/ja
Publication of JPH0661391A publication Critical patent/JPH0661391A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H10W90/756

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

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体チップ5を封止するパッケージ(封止
体)1内に冷却液が流れる液冷却用通路4を設け、前記
半導体チップ5で発生する熱の放熱経路を短縮し、冷却
効率を向上することができる液冷却型半導体装置及びそ
の製造方法を提供する。 【構成】 パッケージ1の半導体チップ5が設けられて
いる面を有する部材の少なくとも一部に液冷却用通路4
を設け、この液冷却用通路4中に冷却液を流す液冷却型
半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高消費電力型半導体装
置に関し、特に、パッケージ(封止体)の半導体チップが
設けられている面を有する部材の少なくとも一部に液冷
却用通路を設け、この液冷却用通路中に冷却液を流す液
冷却型半導体装置及びその製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】特開昭59ー32162号公報,特開昭
59ー98541号公報等で開示されている半導体モジ
ュールは、冷却機構が主基板に付設されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前述の半
導体モジュールの冷却機構について検討した結果、次の
問題点を見出した。
【0004】すなわち、半導体モジュールの冷却機構に
おいて、半導体チップで発生した熱は、パッケージのベ
ース(基板)部に伝わり、空冷により外部へ放熱する経路
を通る。しかし、パッケージのベース部は、ある程度以
上の厚さが必要であることから、半導体チップとベース
の外側までの距離が大きいこと、及び空冷の効率が低い
ため冷却速度は遅くなる。
【0005】本発明の目的は、パッケージ(封止体)のベ
ース部内に液冷却用通路を設けて半導体チップで発生す
る熱の放熱経路を短縮し、冷却効率を向上することがで
きる液冷却型半導体装置及びその製造方法を提供するこ
とにある。
【0006】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。
【0007】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。
【0008】(1)パッケージ(封止体)の半導体チップ
が設けられている面を有する部材の少なくとも一部に液
冷却用通路を設け、この液冷却用通路中に冷却液を流す
液冷却型半導体装置である。
【0009】(2)グリーンシートの状態で液冷却用通
路状の空洞を有する第1絶縁シートを形成し、その両面
若しくは前記液冷却通路状の空洞を有する面側にグリー
ンシートの状態で第2絶縁シートを重ね合わせて積層
し、これらにプレス加工を施して積層体を形成し、その
積層体を焼成してベース基板を形成し、前記ベース基板
のチップ塔載面上に半導体チップを接着し、この半導体
チップの外部端子とリードとを電気的に接続し、前記ベ
ース基板に封止用キャップを接着すると共に、このベー
ス基板及び封止用キャップで形成されるキャビティ内に
前記半導体チップを気密封止する液冷却型半導体装置の
製造方法である。
【0010】(3)半導体チップとリードとを電気的に
接続し、これらを樹脂パッケージ(樹脂封止体)で封止
する半導体装置の製造方法において、前記樹脂パッケー
ジを成形する際、上下の成形鋳型のうちいずれか一方の
成形鋳型に液冷却用通路を有する中空部材を支持させて
成形する液冷却型半導体装置の製造方法である。
【0011】(4)グリーンシートの状態で液冷却用通
路状の空洞を有する第1絶縁シートを形成し、その両面
若しくは液冷却用通路状の空洞を有する面側にグリーン
シートの状態で第2絶縁シートを重ね合わせて積層し、
これらにプレス加工を施して積層体を形成し、その積層
体を焼成してベース基板を形成する半導体装置用ベース
基板の製造方法である。
【0012】
【作用】前述した手段によれば、半導体チップを封止す
るパッケージ(封止体)内に液冷却用通路を設け、前記半
導体チップで発生する熱の放熱経路を短縮し、かつ液冷
却するので、冷却効率を向上することができる。
【0013】また、グリーンシートの状態で液冷却用通
路状の空洞を有する第1絶縁シートを形成し、その両面
若しくは前記液冷却用通路状の空洞を有する面側にグリ
ーンシートの状態で第2絶縁シートを重ね合わせて積層
し、これらにプレス加工を施して積層体を形成し、その
積層体を焼成してベース基板を形成し、前記ベース基板
のチップ塔載面上に半導体チップを接着し、この半導体
チップの外部端子とリードとを電気的に接続し、前記ベ
ース基板に封止用キャップを接着すると共に、このベー
ス基板及び封止用キャップで形成されるキャビティ内に
前記半導体チップを気密封止するので、本発明の液冷却
型半導体装置を容易にして製造することができる。
【0014】また、半導体チップとリードとを電気的に
接続し、これらを樹脂パッケージで封止する半導体装置
の製造方法において、前記樹脂パッケージを成形する際
に、上下の成形鋳型のうちいずれか一方の成形鋳型に液
冷却用通路を有する中空部材を支持させて成形するの
で、本発明の液冷却型半導体装置を製造することができ
る。
【0015】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。
【0016】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。
【0017】(実施例1)図1は、本発明の実施例1で
ある液冷却型半導体装置の上方から見た上部平面図、図
2は、図1に示すA−A切断線で切った断面図である。
【0018】図1及び図2に示すように、本実施例1の
液冷却型半導体装置は、セラミック型パッケージ(封止
体)1で半導体チップ5を封止している。このセラミッ
ク型パッケージ1は、主に、セラミック(例えばAl
23)で形成されたベース基板2及び封止用キャップ3
で構成される。
【0019】前記液冷却型半導体装置は、ベース基板2
のチップ塔載面上に接着層(図示せず)を介して半導体
チップ5を接着し固定し、この半導体チップ5を封止用
キャップ3で封止する。つまり、半導体チップ5は、ベ
ース基板2及び封止用キャップ3で形成されるキャビテ
ィ内に気密封止される。
【0020】前記半導体チップ5の主面側(図1中、下
面)には、記憶回路システム、論理回路システム、或は
それらの混合回路システム等の回路システムが塔載され
る。半導体チップ5の主面上には複数個の外部端子(図
示せず)が配置される。
【0021】前記半導体チップ5の外周囲の外側には、
リード6のインナー部が複数本配列される。リード6の
インナー部は、半導体チップ5の外周囲の外側におい
て、ベース基板2のチップ塔載面上に例えば低融点ガラ
スで接着され固定される。このリード6のインナー部
は、セラミック型パッケージ1の外部に引き出されたリ
ード6のアウター部と一体に形成される。リード6のア
ウター部は、例えばガルウィング形状に成形される。リ
ード6のインナー部は、ボンディングワイヤ7を介して
半導体チップ5の外部端子に電気的に接続される。
【0022】前記ベース基板2のチップ塔載面上には、
半導体チップ5の外周囲の外側において、リード6のイ
ンナー部の一部を介在して封止用キャップ3の接着領域
が例えば低融点ガラス(図示せず)で接着され固定され
る。封止用キャップ3は、断面形状がコの字形状で形成
され、その接着領域は、半導体チップ5の主面と対向す
る封止用キャップ3の内面よりもベース基板2のチップ
塔載面側に突出した構成になっている。つまり、半導体
チップ5、リード6のインナー部、ボンディングワイヤ
7の夫々は、ベース基板2及び封止用キャップ3で形成
されるキャビティ内に気密封止される。
【0023】前記ベース基板2には冷却液が流れる液冷
却用通路4が設けられている。このベース基板2は、半
導体チップ5に塔載された回路システムの動作で発生し
た熱を液冷却用通路4中に流れる冷却液に伝導し、セラ
ミック型パッケージ1の外部に放出する。つまり、本実
施例の液冷却型半導体装置は、ベース基板2に設けられ
た液冷却用通路4中に冷却液を流すことにより、半導体
チップ5で発生する熱の放熱経路を短縮し、かつ液冷却
するので、冷却効率を向上することができる。なお、前
記液冷却用通路4は、伝達面積を増大する目的として、
例えば千鳥形状で配置される。
【0024】前記ベース基板2は、図3に示すように、
平面がクシ歯形状に形成されたグリーンシートの状態の
部材2A1 、部材2A2 の夫々を組み合わせて液冷却用
通路状の空洞4aを有する絶縁シート2Aを形成し、そ
の両面の夫々にグリーンシートの状態の絶縁シート2B
の夫々を重ね合わせて積層し、これらにプレス加工を施
して積層体を形成し、その積層体を焼成して構成され
る。なお、前記ベース基板2は、図4に示すように、液
冷却用通路状の空洞4bを有するグリーンシートの状態
の絶縁シート2Cと、この絶縁シート2Cの液冷却用通
路状の空洞4bと対称的な形状に形成された液冷却用通
路状の空洞4cを有するグリーンシートの状態の絶縁シ
ート2Dとを重ね合わせて積層した構成にしてもよい。
また、液冷却用通路状の空洞4bを有する絶縁シート2
Cと、この絶縁シート2Cの空洞4bが設けられた面側
に図3に示す絶縁シート2Bを重ね合わせて積層した構
成にしてもよい。
【0025】また、プラスチックベース基板の場合は、
図5に示すように、プラスチック成形する際に、プラス
チック41中に液冷却用通路4を有する中空状の金属パ
イプ42を埋め込んで成形することにより、液冷却用通
路4を有するベース基板2が容易に得られる。中空状の
金属パイプ42は、例えば42アロイ合金で形成され
る。
【0026】このように本実施例の液冷却型半導体装置
は、パッケージ1のベース基板2に液冷却用通路4を設
けた構成になっているが、封止用キャップ3のチップ塔
載面上に充填材を介して半導体チップ5を固定する半導
体装置においては、パッケージ1の封止用キャップ3内
に液冷却用通路4を設けた構成にする。
【0027】(実施例2)図6は本発明の実施例2であ
る液冷却型半導体装置の概略構成を示す断面図、図7は
図5に示す液冷却半導体装置の製造方法を説明するため
の断面図である。
【0028】図6及び図7に示すように、本実施例2の
液冷却型半導体装置は、タブ12のチップ塔載面上に接
着層を介して半導体チップ5を接着し固定し、この半導
体チップ5の外部端子(図示せず)とリード6のインナー
部とをボンディングワイヤ7で電気的に接続し、これら
を樹脂11で成形される樹脂パッケージ1で封止する半
導体装置であって、前記樹脂パッケージ1を成形する
際、上下の成形鋳型13、14のうちいずれか一方の成
形鋳型例えば成形鋳型14に液冷却用通路4を有する中
空状の金属パイプ42を支持させて成形したものであ
る。
【0029】前記成形鋳型14に中空状の金属パイプ4
2を支持させるには、成形鋳型14の一部に凹部14a
を設けることにより実現できる。
【0030】以上のように構成することにより、半導体
チップ5を封止する樹脂パッケージ1内に冷却液が流れ
る液冷却用通路4を設け、前記半導体チップ1で発生す
る熱の放熱経路を短縮し、かつ液冷却するので、冷却効
率を向上することができる。
【0031】また、タブ12のチップ塔載面上に半導体
チップ5を接着し、この半導体チップ5の外部端子とリ
ード6とを電気的に接続し、これらを樹脂パッケージ1
で封止する半導体装置の製造方法において、前記樹脂パ
ッケージ1を成形する際、上下成形鋳型13、14のう
ちいずれか一方の成形鋳型に液冷却用通路4を有する中
空状の金属パイプ42を支持させて成形するので、本発
明の液冷却型半導体装置を製造することができる。
【0032】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前
記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。
【0033】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。
【0034】半導体チップを封止するパッケージ内に冷
却液が流れる液冷却用通路を設け、前記半導体チップで
発生する熱の放熱経路を短縮し、かつ液冷却するので、
冷却効率を向上することができる。
【0035】また、グリーンシートの状態で液冷却用通
路状の空洞を有する第1絶縁シートを形成し、その両面
若しくは前記液冷却通路状の空洞を有する面側にグリー
ンシートの状態で第2絶縁シートを重ね合わせて積層
し、これらにプレス加工を施して積層体を形成し、その
積層体を焼成してベース基板を形成し、前記ベース基板
のチップ塔載面上に半導体チップを接着し、この半導体
チップの外部端子とリードとを電気的に接続し、前記ベ
ース基板に封止用キャップを接着すると共に、このベー
ス基板及び封止用キャップで形成されるキャビティ内に
前記半導体チップを気密封止するので、本発明の液冷却
型半導体装置を容易に製造できる。
【0036】また、半導体チップとリードとを電気的に
接続し、これらを樹脂パッケージで封止する半導体装置
の製造方法において、前記樹脂パッケージを成形する
際、上下の成形鋳型のうちいずれか一方の形成鋳型に液
冷却用通路を有する中空部材を支持させて成形するの
で、本発明の液冷却型半導体装置を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1である液冷却型半導体装置
の上方から見た上部平面図、
【図2】 図1に示すA−A線で切った断面図、
【図3】 前記液冷却型半導体装置のベース基板の製造
方法を説明するための斜視図、
【図4】 前記液冷却型半導体装置の他のベース基板の
製造方法を説明するための斜視図、
【図5】 前記液冷却型半導体装置の他のベース基板の
製造方法を説明するための断面図、
【図6】 本発明の実施例2である液冷却型半導体装置
の概略構成を示す断面図、
【図7】 前記液冷却型半導体装置の製造方法を説明す
るための断面図。
【符号の説明】
1…パッケージ(封止体)、2…ベース基板、2A,2C
…第1絶縁シート、2B,2D…第2絶縁シート、3…
封止用キャップ、4…液冷却用通路、4a…液冷却用通
路状の空洞、5…半導体チップ、6…リード、7…ボン
ディングワイヤ、11…樹脂、12…タブ、13…上型
成形鋳型、14…下型成形鋳型。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小原 哲治 東京都小平市上水本町5丁目20番1号 日 立超エル・エス・アイ・エンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 野並 秀顕 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パッケージの半導体チップが設けられて
    いる面を有する部材の少なくとも一部に液冷却用通路を
    設け、この液冷却用通路中に冷却液を流すことを特徴と
    する液冷却型半導体装置。
  2. 【請求項2】 グリーンシートの状態で液冷却用通路状
    の空洞を有する第1絶縁シートを形成し、その両面若し
    くは前記液冷却用通路状の空洞を有する面側にグリーン
    シートの状態で第2絶縁シートを重ね合せて積層し、こ
    れらにプレス加工を施して積層体を形成し、その積層体
    を焼成してベース基板を形成し、前記ベース基板のチッ
    プ塔載面上に半導体チップを接着し、この半導体チップ
    の外部端子とリードとを電気的に接続し、前記ベース基
    板に封止用キャップを接着すると共に、このベース基板
    及び封止用キャップで形成されるキャビティ内に前記半
    導体チップを気密封止することを特徴とする請求項1に
    記載の液冷却型半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 半導体チップとリードとを電気的に接続
    し、これらを樹脂パッケージで封止する半導体装置の製
    造方法において、前記樹脂パッケージを成形する際、上
    下の成形鋳型のうちいずれか一方の成形鋳型に液冷却用
    通路を有する中空部材を支持させて成形することを特徴
    とする請求項1に記載の液冷却型半導体装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 グリーンシートの状態で液冷却用通路状
    の空洞を有する第1絶縁シートを形成し、その両面若し
    くは前記液冷却用通路状の空洞を有する面側にグリーン
    シートの状態で第2絶縁シートを重ね合わせて積層し、
    これらにプレス加工を施して積層体を形成し、その積層
    体を焼成してベース基板を形成することを特徴とする半
    導体装置用ベース基板の製造方法。
JP4211304A 1992-08-07 1992-08-07 液冷却型半導体装置及びその製造方法 Withdrawn JPH0661391A (ja)

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Effective date: 19991102