(57)【要約】【課題】  除熱性に優れ、また、コンパウンドによる汚損が原因とされるショート等の不具合の少ない半導体ユニット、冷却装置およびそれらの製造方法を提供する。【解決手段】  ＣＰＵユニット１０は略基板１２と、基板１２の上に搭載された複数の半導体素子１４と、半導体素子１４の上に設けられた冷却装置１６とから構成される。冷却装置１６を構成するコンパウンド注入部１６ａには半導体素子１４よりもやや小さな平面寸法の凹部２０が形成され、この凹部２０に連通してコンパウンドを注入するための注入孔２２が形成される。コンパウンド注入部１６ａの注入孔２２および凹部２０さらに半導体素子１４とコンパウンド注入部１６ａとの間に形成された間隙４２にコンパウンド４４が注入され、コンパウンド注入部１６ａと半導体素子１４との間にコンパウンドの層４４ａが形成される。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に搭載された複数の半導体素子上に配設するための冷却装置であって、
当該冷却装置と前記半導体素子との間に良熱伝導性フィラーを含有するコンパウンドを注入するための注入孔が形成され、
当該冷却装置と前記半導体素子との間から残留気体および前記コンパウンド中の溶剤を排出するための気抜き孔がさらに形成されており、
前記気抜き孔の内部には、前記フィラーの径よりも小さい孔径を有するフィルタが形成されていることを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
当該冷却装置は前記注入孔を有するコンパウンド注入部と放熱部とから構成され、該コンパウンド注入部と該放熱部とが着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記フィルタは、樹脂材料から形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記フィルタは、前記気抜き孔の出口側に設けられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ユニット、それに用いる冷却装置およびそれらの製造方法に関し、一層詳細には、基板に複数の半導体素子を搭載し、それら半導体素子の上に冷却装置を配設してなる半導体ユニット、それに用いる冷却装置およびそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の半導体素子を多層配線基板（ＭＣＭ）に搭載した半導体ユニットの高密度実装化を図るために、半導体素子表面のほぼ全面に多数のバンプ（接続端子）を形成して基板に搭載することが行われている。
【０００３】
この場合、半導体ユニットが高密度実装されているために、半導体素子からの発熱量が相対的に大きくなり、したがって、効率的に除熱することが必要とされる。
【０００４】
この目的を達成するため、従来、例えば、半導体素子の裏面側を一括して金属製の冷却部材で覆う方法が採用されている。半導体素子から発生した熱が伝達された冷却部材を空気冷却する場合は、この冷却部材に多数のフィンを設け、通風しながら冷却することが行われる。一方、より効率的に除熱することが必要なときは、冷媒等を冷却部材内に循環させて液体冷却することが行われている。一般に、前者の空気冷却に比べ後者の液体冷却の場合、冷却装置の費用が大きくなり、また、装置全体の小型化が阻害される。
【０００５】
上記空気冷却または液体冷却のいずれの冷却手段を用いる場合においても、効率的に除熱するためには、発熱源でありかつ被冷却物である半導体素子と冷却部材の間の熱伝導が良好に行われるように両者が密着していることが必須である。しかしながら、半導体素子と冷却部材とを単にそのまま接合するだけでは良好な密着性を得ることは容易ではない。
【０００６】
このため、半導体素子と冷却部材との間に生じて伝熱抵抗となりうる間隙を解消すべく、半導体素子裏面に熱伝導性の良好なコンパウンドを塗布し、コンパウンドを介して半導体素子と冷却部材とを接合することが行われている。この場合、コンパウンドは、例えば、注射器状のコンパウンド注入装置を用いて、注入圧力および注入時間によって塗布量の管理を行いながら半導体素子１つずつに個別に塗布される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した従来のコンパウンド塗布方法の場合、各半導体素子のコンパウンド塗布量が均一になるように管理することは煩雑であり、塗布量が各半導体素子間でばらつくとコンパウンドを介した半導体素子と冷却部材との間の密着性が損なわれるおそれがある。また、これとは逆に、半導体素子の同一ロット内での寸法誤差や基板上への組付け誤差等を考慮する場合は、半導体素子１つずつのコンパウンド塗布量を違える必要があるが、従来の方法ではこれも煩雑である。
【０００８】
また、これとは別に従来のコンパウンド塗布方法の場合、塗布量が過剰になり、あるいはマトリクス成分の流動性が高すぎると、コンパウンド塗布中に、主としてマトリクス成分が半導体素子の周辺から流下して、基板やバンプに付着し、これらを汚損することがあり、また、この場合、コンパウンド中の金属フィラーが装置のショートや動作不良の一因となり不具合である。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、半導体素子と冷却部材とが接合された半導体ユニットにおいて、良好な熱伝導性を確保できしたがって除熱性に優れ、また、コンパウンドによる汚損が原因とされるショート等の不具合の少ない半導体ユニットおよびこの半導体ユニットに用いる冷却装置を提供し、また、これら半導体ユニットおよび冷却装置の好適な製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る半導体ユニットは、基板上に複数の半導体素子を搭載し、該半導体素子上に冷却装置を配設してなる半導体ユニットにおいて、該冷却装置は、該冷却装置と該半導体素子との間に良熱伝導性フィラーを含有するコンパウンドを注入するための注入孔が形成され、該半導体素子と該冷却装置は該注入孔より注入して形成された該コンパウンドの層を介して接合されていることを特徴とする。ここで、良熱伝導性フィラーとは、熱伝導率の大きい金属フィラーや、セラミック、ダイアモンドあるいはシリカ等の無機材料フィラー等をいう。
【００１１】
これにより、コンパウンドを介して半導体素子と冷却部材とが確実に接合されて、良好な熱伝導性を確保できしたがって除熱性に優れ、また、コンパウンドが注入孔から注入されるため、コンパウンドによる基板等の汚損が原因とされるショートや動作不良の不具合の少ない半導体ユニットを得ることができる。
【００１２】
また、本発明に係る半導体ユニットにおいて、前記冷却装置に前記半導体素子よりもやや小さい平面寸法の凹部が形成され、前記コンパウンドの層は該凹部内に設けられていることを特徴とする。ここで、凹部の平面寸法が半導体素子よりもやや小さいとは、コンパウンドが半導体素子の外周から流下して基板等を汚損することのない範囲で適宜設定される寸法をいう。以下においても同様である。
【００１３】
これにより、コンパウンドが殆ど全て凹部内に止まり流出することが少ないため、コンパウンドによる基板等の汚損が原因とされるショートや動作不良の不具合のより少ない半導体ユニットを得ることができる。
【００１４】
また、本発明に係る半導体ユニットにおいて、前記冷却装置に残留気体および前記コンパウンド中の溶剤を排出するための気抜き孔がさらに形成され、前記半導体素子と前記冷却装置との間に枠体状のスペーサが設けられ、前記コンパウンドの層は該スペーサの枠体内に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
これにより、コンパウンドが基板等に流出することがスペーサによって完全に防止されるため、コンパウンドによる基板等の汚損が原因とされるショートや動作不良の不具合のより少ない半導体ユニットを得ることができる。
【００１６】
また、本発明に係る冷却装置は、基板上に搭載された複数の半導体素子上に配設するための冷却装置であって、該冷却装置は半導体素子との間に良熱伝導性フィラーを含有するコンパウンドを注入するための注入孔が少なくとも形成されていることを特徴とする。
【００１７】
これにより、本発明の半導体ユニットに好適に用いることができる冷却装置を得ることができる。
【００１８】
また、本発明に係る冷却装置において、前記冷却装置は前記注入孔を有するコンパウンド注入部と放熱部とから構成され、該コンパウンド注入部と該放熱部とが着脱可能に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
これにより、コンパウンド注入部と半導体素子とを簡易に一体的に形成することができ、また、これに、半導体ユニットの発熱、除熱条件に対応して適宜選定された放熱部を取付けることができる。放熱部は、放熱用フィン部や水冷ユニット部等を適宜採用することができる。
【００２０】
また、本発明に係る半導体ユニットの製造方法は、基板上に複数の半導体素子を搭載し、該半導体素子上に冷却装置を配設してなる半導体ユニットの製造方法において、該冷却装置に形成された注入孔から良熱伝導性フィラーを含有するコンパウンドを注入して、該半導体素子と該冷却装置との間に該コンパウンドの層を形成し、該半導体素子と該冷却装置とを該コンパウンドの層を介して接合することを特徴とする。
【００２１】
これにより、コンパウンドの層を介して半導体素子と冷却部材とが確実に接合されて、良好な熱伝導性を確保できしたがって除熱性に優れ、また、コンパウンドによる汚損が原因とされるショート等の不具合の少ない半導体ユニットを得ることができる。
【００２２】
また、本発明に係る半導体ユニットの製造方法において、前記冷却装置の下面に形成された凹部に前記注入孔から前記コンパウンドを注入し、該凹部から外部へ連通して形成された微小開口から該凹部中の残留気体および該コンパウンド中の主にマトリクス成分を流出させながら該コンパウンドの層を形成することを特徴とする。
【００２３】
これにより、基板等を汚損することのない範囲で適当量マトリクス成分を流出させることにより、塗布されたコンパウンド中の金属フィラー充填密度を高めることができ、熱伝導性を向上することができる。
【００２４】
また、本発明に係る半導体ユニットの製造方法において、前記微小開口が前記金属フィラーによって閉塞され注入抵抗が急上昇した時点で注入完了とすることを特徴とする。
【００２５】
これにより、コンパウンドの注入抵抗が急上昇した時点を、例えば、注入流量変化や、注入圧力変化として検知し、注入量を管理することにより、コンパウンドを介して半導体素子と冷却部材とが確実に接合されるのに必要な適正なコンパウンド塗布量を予め計量することを要せずに容易に管理することができる。
【００２６】
また、本発明に係る冷却装置の製造方法は、基板上に搭載された複数の半導体素子上に配設するための冷却装置の製造方法であって、該冷却装置に形成された注入孔よりコンパウンドを注入することを特徴とする。
【００２７】
これにより、本発明の半導体ユニットを製造するために用いるのに好適な冷却装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施の形態の第１の例に係るＣＰＵユニット、冷却装置およびそれらの製造法を説明するためのものであり、（ａ）はＣＰＵユニットの（ｂ）中（ａ）−（ａ）線上断面図であり、（ｂ）はＣＰＵユニットの平面図である。
【図２】図１のＣＰＵユニットの組立分解図である。
【図３】コンパウンド注入装置を説明するための図である。
【図４】本実施の形態の第１の例に係るＣＰＵユニットの変形例を説明するための、ＣＰＵユニットの部分拡大図である。
【図５】本実施の形態の第２の例に係るＣＰＵユニット、冷却装置およびそれらの製造法を説明するためのものであり、（ａ）はＣＰＵユニットの（ｂ）中（ａ）−（ａ）線上断面図であり、（ｂ）はＣＰＵユニットの平面図である。
【図６】本実施の形態の第２の例に係るＣＰＵユニットの変形例を説明するための、ＣＰＵユニットの部分拡大図である。
【図７】本発明のＣＰＵユニットを実装したサーバを一部開口してその内部の状態を示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明に係る半導体ユニット、冷却装置およびそれらの製造方法の好適な実施の形態（以下、本実施の形態例という。）について、ＣＰＵユニットを例にとり、図を参照して、以下に説明する。
【００３０】
まず、本実施の形態の第１の例に係るＣＰＵユニット、冷却装置およびそれらの製造方法について、図１を参照して説明する。
【００３１】
ＣＰＵユニット１０は略基板１２と、基板１２の上に搭載された複数の半導体素子１４と、半導体素子１４の上に設けられた冷却装置１６とから構成される。基板１２の下面１２ａにはＩＯピン１８が略全面にわたって多数立設されている。ＣＰＵユニット１０を後述するマザーボード８２に搭載する際に、このＩＯピン１８によって、ＣＰＵユニット１０とマザーボード８２とが電気的に接続される。
【００３２】
半導体素子１４の下面１４ａには多数のはんだバンプ（接続端子）２４が設けられ、このはんだバンプ２４を介して半導体素子１４と基板１２とが電気的に接続される。一方、基板１２の上面１２ｂの外周上には、冷却装置１６と半導体素子１４とを所定間隔離隔させるために枠体状のスペーサ（離隔部材）１３が設けられている。
【００３３】
冷却装置１６はこの場合図１に示すコンパウンド注入部１６ａと、このコンパウンド注入部１６ａに着脱可能に取付けられる後述する放熱用フィン部（放熱部）１６ｂとから構成される。コンパウンド注入部１６ａは略直方体状に形成されている。コンパウンド注入部１６ａは半導体素子１２の上面１２ｂと対向する側の面１６ａ―１に半導体素子１４よりもやや小さな平面寸法の凹部２０が形成され、この凹部２０に連通してコンパウンドを注入するための注入孔２２が形成され、注入孔２２はコンパウンド注入部１６ａの上面１６ａ―２に開口２２ａを有する。コンパウンド注入部１６ａの側面１６ａ―３外周に段差状に突出して突出部２６が形成され、突出部２６の二側には後述するネジ４０を挿通するためのネジ孔２８が形成されている。なお、コンパウンド注入部１６ａの上面１６ａ−２の両端部には、後述する放熱用フィン部１６ｂを固定する際に使用するネジ孔２１が形成されている。
【００３４】
上記基板１２を囲繞して枠体３０が設けられており、枠体３０の下部に延出する突出部３２によって基板１２がＩＯピン１８を浮かした状態で保持され、ＩＯピン１８は枠体３０下面３０ａの開口３４を臨む状態に配置されている。このとき、枠体３０の下面３０ａとＩＯピン１８の先端部１８ａはほぼ同一面上に配置される。枠体３０の二側にはネジ孔３８が形成されている。コンパウンド注入部１６ａはこのネジ孔３８および上記ネジ孔２８を挿通するネジ４０によって枠体３０上に固定される。
【００３５】
コンパウンド注入部１６ａの注入孔２２および凹部２０さらに半導体素子１４とコンパウンド注入部１６ａとの間に形成された約２０μｍ巾の間隙（微小開口）４２にコンパウンド４４が注入され、コンパウンドの層４４ａが形成されている。このコンパウンド４４は、例えば、９０重量部の平均粒径２５μｍの酸化亜鉛からなる金属フィラー４６に１０重量部のシリコンオイルからなる溶剤４８を配合したものであり、良好な熱伝導性を有する。平均粒径２５μｍの金属フィラー４６の大半は、約２０μｍ巾の間隙４２に阻止され凹部２０内に止まっている。
【００３６】
上記のように構成される本実施の形態の第１の例に係るＣＰＵユニット１０は、例えば、半導体素子１４の同一ロット内での寸法誤差や基板１２上への組付け誤差等がある場合においても、コンパウンド４４を介して半導体素子１４とコンパウンド注入部１６ａとが確実に接合されて、良好な熱伝導性を確保でき、したがって除熱性に優れる。また、半導体素子１４の１個毎にコンパウンドを塗布した後冷却部材を接合する従来の方法に比べ、基板１２上にコンパウンド４４が流出するおそれが少なく、したがって、コンパウンド４４による基板１２等の汚損が原因とされるショートや動作不良の不具合が少ない。また、上記のように構成されるコンパウンド注入部１６ａは、ＣＰＵユニット１０に好適に用いることができる。
【００３７】
上記ＣＰＵユニット１０およびコンパウンド注入部１６ａの製造方法について、図２を参照して以下説明する。
【００３８】
まず、以下の手順で半導体素子１４を搭載した基板１２、コンパウンド注入部１６ａ、枠体３０、スペーサ１３の各部材を準備する。
【００３９】
半導体素子１４を搭載した基板１２は、定法により、ＩＯピン１８の設けられた基板１２の上面１２ｂにはんだバンプ２４の設けられた半導体素子１４を複数搭載することにより、準備される。
【００４０】
また、例えば、銅材料からなる直方体部材を準備し、切削加工により突出部２６を形成し、この突出部２６をタップによりネジ加工してネジ孔２８を形成する。さらに、機械加工により直方体部材の主面（面積の大きい側の面）の一面（下面１６ａ−１）の半導体素子１４の配置間隔に対応して離間した位置に、例えば、約２０ｍｍＬ×２０ｍｍＷの寸法の半導体素子１４よりもやや小さい平面寸法である約１８ｍｍＬ×１８ｍｍＷ×０．１ｍｍＨの寸法の複数の凹部２０を形成する。この凹部２０に連通して上面１６ａ−２に開口する約１ｍｍ径の注入孔２２をドリルを用いて形成する。これにより、コンパウンド注入部１６ａが準備される。
【００４１】
また、基板１２と熱膨張率が近い、例えば、金属材料からなる矩形状の枠体３０を準備し、枠体３０の下部には周回する突出部３２を形成する。この枠体３０の上部の開口は基板１２とほぼ同一の平面寸法に設けられる。枠体３０の対向する二側の上面にネジ加工によりネジ孔３８を形成する。
【００４２】
また、基板１２と熱膨張率が近い、例えば、金属材料からなる枠体状のスペーサ１３を準備する。このスペーサ１３の高さ（図１（ａ）中、上下方向）寸法は、はんだバンプ２４を設けた半導体素子１４の高さ寸法よりも、例えば、約２０μｍ大きく設けられている。
【００４３】
つぎに、上記各部材を用いたＣＰＵユニット１０の組立方法を説明する。
【００４４】
まず、図示しない固定台に枠体３０を戴置し、枠体３０内に半導体素子１４の搭載された基板１２をＩＯピン１８を下方に向けて配置する。ついで、複数の半導体素子１４の全部を囲うようにして基板１２上にスペーサ１３を配置する。ついで、凹部２０を下方に向けてコンパウンド注入部１６ａを半導体素子１４上に配置する。このとき、スペーサ１３によってコンパウンド注入部１６ａは半導体素子１４との間に上記間隙４２を有するように位置決めされる。ついで、ネジ孔２８、３８にネジ４０を挿通し、枠体３０とコンパウンド注入部１６ａと固定し、これによりＣＰＵユニット１０が一体化され、コンパウンド４４を注入するための準備が完了する。
【００４５】
ここで、図３に示すコンパウンド注入装置５０を準備する。
【００４６】
コンパウンド注入装置５０は、略シリンジ５２と、ディスペンサ５４と注入量モニタ５６とから構成されている。
【００４７】
シリンジ５２は円筒状に形成され、シリンジ５２の内部には上下動可能な短尺円柱状のピストン５８が設けられ、また、シリンジ５２の下端部に注入針５２ａが設けられている。ディスペンサ５４はシリンジ５２に例えば空気等の圧力流体を一定圧力に制御しながらシリンジ５２内部に導入してピストン５８を一定圧力で押圧するためのものであり、本体５４ａに圧力流体の導管５４ａが接続され、導管５４ｂの先端部にはフランジ５４ｃが設けられており、シリンジ５２の上部開口を閉塞する。注入量モニタ５６はシリンジ５２内に送入されたコンパウンド４４のシリンジ５２内残存量、言い換えれば、コンパウンド注入部１６ａへの注入量を計測するためのものであり、本体５６ａに接続された信号線５６ｂの一端はシリンジ５２内に設けられたレーザ変位計５６ｃに接続されている。
【００４８】
コンパウンド注入装置５０は、導管５４ｂの近傍（図示せず。）からシリンジ５２内に適当量のコンパウンド４４を送入、充填し、フランジ５４ｃによってシリンジを閉塞した状態で準備される。コンパウンド４４を注入するときは、ディスペンサ５４によって一定の圧力に制御された圧力流体が導管５４ｂからシリンジ５２内に送入される。これにより、ピストン５８が下方に押圧され、注入針５２ａからコンパウンド４４が徐々に吐出される。ピストン５８の変位量がレーザ変位計５６ｃによって検出され、その信号が注入量モニタ５６の本体５６ａに送られ、注入量が把握される。注入針５２ａの吐出圧が上昇すると、シリンジ５２内は所定の圧力に維持されているため、ピストン５８の下降速度（変位速度）が急激に低下する。この下降速度の変化は注入量モニタ５６によって把握される。
【００４９】
上記のように構成されるコンパウンド注入装置５０の注入針５２ａをＣＰＵユニット１０のコンパウンド注入部１６ａの注入孔２２に挿入して、コンパウンド４４を注入する。
【００５０】
コンパウンド４４は金属フィラー４６が溶剤４８にほぼ均一に分散した状態で注入孔２２から凹部２０に至る。この間注入孔２２および凹部２０に残存していた残留気体はコンパウンド注入部１６ａと半導体素子１４との間の間隙４２から外部に排出される。そして、コンパウンド４４がさらに間隙４２に至ると、間隙４２からは約２０μｍの間隙４２よりも粒径の小さな金属フィラー４６を一部同伴して溶剤４８が外部に排出される。したがって、間隙４２の入り口には滞留した金属フィラー４６が次第に蓄積され、ついには、間隙４２の入り口を閉塞する（図１（ａ）の部分拡大図参照）。間隙４２の入り口が金属フィラー４６によって閉塞されると、コンパウンド注入装置５０の吐出圧が急激に上昇するため、これにより、コンパウンド４４の充填が完了したことが判断される。
【００５１】
最後に、コンパウンド注入部１６ａの上面に、冷却装置１６を構成するもうひとつの部材である放熱用フィン部１６ｂを配置する。
【００５２】
放熱用フィン部１６ｂは、コンパウンド注入部１６ａの上面に対向して配置される平面部１７に多数条のフィン１９が立設され、また、平面部１７の両端部にはネジ孔２３が形成されている。コンパウンド注入部１６ａの上面１６ａ−２にコンパウンドを塗布した後（図示せず。）、ネジ孔２３、２１にネジ２５を挿通してコンパウンド注入部１６ａに放熱用フィン部１６ｂを固定することにより、コンパウンド注入部１６ａと放熱用フィン部１６ｂとが一体化される。
【００５３】
以上述べた製造方法により、ＣＰＵユニット１０が完成する。
【００５４】
上記のＣＰＵユニット１０およびコンパウンド注入部１６ａの製造方法によれば、基板１２等を汚損することのない範囲で主として溶剤４８を適当量流出させることにより、コンパウンドの層４４ａの金属フィラー４６の充填密度を高めることができ、熱伝導性の向上したＣＰＵユニット１０を得ることができる。この場合、金属フィラー４６の平均粒径および上記間隙４２の寸法を適宜調整することにより、コンパウンド４４、特に、コンパウンド４４中の金属フィラー４６が間隙４２から流出する程度を調整することができる。
【００５５】
なお、上記本実施の形態の第１の例において、コンパウンド注入装置５０は注入孔２２の１箇所毎に逐次コンパウンドを注入するように構成したが、これに限らず、基板１２上に搭載された複数の半導体素子１４に対応して形成された複数の注入孔２２に一括してコンパウンドを同時注入可能な構成としてもよく、この場合、注入操作を能率的に行うことができる。
【００５６】
つぎに、上記本実施の形態の第１の例に係るＣＰＵユニットおよびＣＰＵユニットの製造方法の変形例について、図４を参照して説明する。
【００５７】
変形例は、基本的に本実施の形態の第１の例と同様の構成であり、本実施の形態の第１の例と異なるのは、半導体素子１４とコンパウンド注入部１６ａとの間の間隙４２が本実施の形態の第１の例のものよりも一層小さく設けられている点である。すなわち、上記本実施の形態の第１の例における間隙が、例えば、約２０μｍのとき、変形例における間隙は約１０μｍとされている。
【００５８】
上記本実施の形態の第１の例の変形例に係るＣＰＵユニット６０およびＣＰＵユニット６０の製造方法によれば、平均粒径が２５μｍの金属フィラー４６が間隙４２から流出することはほとんどなく、したがって、能率的かつ経済的にコンパウンド４４を注入することができ、また、熱伝導性の向上したＣＰＵユニット６０を得ることができる。また、半導体素子１４の同一ロット内での寸法誤差や基板１２上への組付け誤差等が、例えば、各半導体素子１４間で高さ方向に±５μｍ程度生じた場合であっても、間隙４２がより小さい寸法に設定されているため、間隙４２からの金属フィラー４６の流出を十分に防止することができる。
【００５９】
つぎに、本実施の形態の第２の例に係るＣＰＵユニット６２、冷却装置６３（コンパウンド注入部６３ａ）およびそれらの製造方法について、図５を参照して説明する。
【００６０】
本実施の形態の第２の例は、基本的に本実施の形態の第１の例と同様であり、図５中、本実施の形態の第１の例と同様の構成要素については本実施の形態の第１の例と同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００６１】
本実施の形態の第２の例に係るＣＰＵユニット６２が本実施の形態の第１の例に係るＣＰＵユニット１０と異なるのは、以下の２点である。
【００６２】
第１点は、コンパウンド注入部６３ａに、凹部２０および注入孔２２のほかに注入孔２２とは別に凹部２０に連通する気抜き孔６４がさらに設けられ、その気抜き孔６４も注入孔２２と同様にコンパウンド注入部６３ａの上面６３ａ−２に開口６４ａを有する点である。なお、開口６４ａはコンパウンド注入部６３ａの側面に形成してもよい。この気抜き孔６４は約１ｍｍの径に形成される。また、コンパウンド注入部６３ａには、コンパウンド注入部１６ａのような凹部２０は形成されていない。
【００６３】
第２点は、半導体素子１４の上面１４ｂの外周を周回する枠体状の流出防止スペーサ（離隔部材）６６が設けられている点である。流出防止スペーサ６６はフィラーを通さない、例えば、樹脂等の材料より形成されており、その高さ方向（図５（ａ）中上下方向）の寸法は、例えば、５０μｍである。ＣＰＵユニット１０におけるスペーサ１３に代えて、ＣＰＵユニット６２では流出防止スペーサ６６がコンパウンド注入部６３ａと半導体素子１４との間の間隔を決定する位置決め部材とされ、この場合、ＣＰＵユニット１０における凹部２０に代えて、コンパウンド注入部６３ａ、半導体素子１４および流出防止スペーサ６６によって形成される空間部にコンパウンドの層４４ａが形成される。また、流出防止スペーサ６６上にコンパウンド注入部６３ａを取付けた状態において、流出防止スペーサ６６は注入孔２２および気抜き孔６４を囲繞して設けられており、ＣＰＵユニット１０における間隙４２と同様に、コンパウンドの流出を制限する作用を有し、この場合、コンパウンド４４が流出することによる、基板１２等の汚損は完全に防止される。
【００６４】
上記のように構成される本実施の形態の第２の例に係るＣＰＵユニット６２によれば、コンパウンド注入部６３ａと半導体素子１４との間に形成したコンパウンドの層４４ａを形成するための空間部が流出防止スペーサ６６によって周囲を閉塞され、残留気体および溶剤は気抜き孔６４から流出し、したがって、コンパウンド４４が基板１２上に流出することがないため、コンパウンド４４による汚損が原因とされるショートや動作不良の不具合のないＣＰＵユニットを得ることができる。
【００６５】
なお、この場合、気抜き孔を形成せず、一方、スペーサとして多孔質材料を用いると、多孔質材料の孔径を適当に設定することにより、金属フィラー４６の流出をほとんど伴うことなく溶剤４８のみを流出することができて好適である。
【００６６】
つぎに、上記本実施の形態の第２の例に係るＣＰＵユニット７０およびＣＰＵユニット７０の製造方法の変形例について、図６を参照して説明する。
【００６７】
変形例のＣＰＵユニット７０が本実施の形態の第２の例に係るＣＰＵユニット６２と異なるのは、気抜き孔６４の入り口にフィルタ７２が装着されている点である。フィルタ７２は孔径が、例えば、５μｍの樹脂材料から形成され、例えば、径が１０μｍを超える金属フィラー４６を捕捉可能とされている。
【００６８】
上記のように構成される本実施の形態の第２の例の変形例によれば、フィルタ７２に金属フィラー４６が捕捉され、残留気体および溶剤４８のみが気抜き孔６４から流出するため、能率的かつ経済的にコンパウンド４４を注入することができ、熱伝導性のより向上したＣＰＵユニット７０を得ることができる。
【００６９】
なお、この場合、フィルタ７２を気抜き孔６４の出口に設けると、気抜き孔６４内に金属フィラー４６を充填させることにより、ＣＰＵユニット７０の熱伝導性をさらに向上することができる。
【００７０】
つぎに、上記本発明に係るＣＰＵユニットを実装した電子機器について、ＣＰＵユニット１０を使用したサーバを例にとり、図７を参照して説明する。
【００７１】
ＣＰＵユニット１０は複数個がＲＡＭユニット８０等とともに１枚のマザーボード８２に搭載される。そして、複数枚のマザーボード８２が他の電子部品とともにサーバ８４の筐体８４ａに収容される。
【００７２】
筐体８４ａの内部は図示しない冷却ファンによって空気が強制循環され、ＣＰＵユニット１０等が空冷される。この場合、ＣＰＵユニット１０は熱伝導性が向上しているため、効率的に冷却することができる。
【００７３】
ここで、ＣＰＵユニット１０の放熱用フィン部１６ｂに代えて、冷媒を循環するラインを設けた冷却装置を使用し、筐体８４ａの外部に設けた冷媒冷却装置によって液冷してもよい。
【００７４】
以上説明した本発明の実施態様に関して、さらに以下のような態様が考えられる。
（１）半導体素子と冷却装置との間を所定間隔離させる離隔部材を配設することにより半導体素子と冷却装置との間に微小開口を形成して、コンパウンドを注入する半導体ユニットの製造方法。
（２）冷却装置の凹部の形成された面以外の面に微小開口としての気抜き孔を形成して、コンパウンドを注入する半導体ユニットの製造方法。
（３）微小開口に金属フィラーを捕捉するためのフィルタを設けて、コンパウンドを注入する半導体ユニットの製造方法。
【００７５】
基板上に複数の半導体素子を搭載し、該半導体素子上に冷却装置を配設してなる半導体ユニットにおいて、該冷却装置は、該冷却装置と該半導体素子との間に良熱伝導性フィラーを含有するコンパウンドを注入するための注入孔が形成され、該半導体素子と該冷却装置は該注入孔より注入して形成された該コンパウンドの層を介して接合されている半導体ユニットによれば、半導体素子と冷却装置は注入孔より注入して形成されたコンパウンドの層を介して接合されているため、良好な熱伝導性を確保できしたがって除熱性に優れ、また、コンパウンドが注入孔から注入されるため、コンパウンドによる基板等の汚損が原因とされるショートや動作不良の不具合の少ない半導体ユニットを得ることができる。
【００７６】
また、さらに前記冷却装置に前記半導体素子よりもやや小さい平面寸法の凹部が形成され、前記コンパウンドの層は該凹部内に設けられている半導体ユニットによれば、コンパウンドの層は冷却装置に形成された凹部内に設けられているため、コンパウンドが殆ど全て凹部内に止まり流出することが少なく、コンパウンドによる基板等の汚損が原因とされるショートや動作不良の不具合のより少ない半導体ユニットを得ることができる。
【００７７】
また、代替的に、さらに前記冷却装置に残留気体および前記コンパウンド中の溶剤を排出するための気抜き孔がさらに形成され、前記半導体素子と前記冷却装置との間に枠体状のスペーサが設けられ、前記コンパウンドの層は該スペーサの枠体内に設けられている半導体ユニットによれば、気抜き孔と枠体状のスペーサが設けられているため、コンパウンドが基板等に流出することがスペーサによって完全に防止され、コンパウンドによる基板等の汚損が原因とされるショートや動作不良の不具合のより少ない半導体ユニットを得ることができる。
【００７８】
また、基板上に搭載された複数の半導体素子上に配設するための冷却装置であって、該冷却装置は半導体素子との間に良熱伝導性フィラーを含有するコンパウンドを注入するための注入孔が少なくとも形成されている冷却装置によれば、コンパウンドを注入するための注入孔が形成されているため、本発明の半導体ユニットに好適に用いることができる冷却装置を得ることができる。
【００７９】
また、さらに前記冷却装置は前記注入孔を有するコンパウンド注入部と放熱部とから構成され、該コンパウンド注入部と該放熱部とが着脱可能に設けられている冷却装置によれば、冷却装置は注入孔を有するコンパウンド注入部と放熱部とが着脱可能に設けられているため、コンパウンド注入部と半導体素子とを簡易に一体的に形成することができ、また、これに、半導体ユニットの発熱、除熱条件に対応して適宜選定された放熱部を取付けることができる。
【００８０】
また、基板上に複数の半導体素子を搭載し、該半導体素子上に冷却装置を配設してなる半導体ユニットの製造方法において、該冷却装置に形成された注入孔から良熱伝導性フィラーを含有するコンパウンドを注入して、該半導体素子と該冷却装置との間に該コンパウンドの層を形成し、該半導体素子と該冷却装置とを該コンパウンドの層を介して接合する半導体ユニットの製造方法によれば、冷却装置に形成された注入孔から金属フィラーを含有するコンパウンドを注入して、半導体素子と冷却装置とをコンパウンドの層を介して接合するため、半導体素子と冷却部材とが確実に接合されて、良好な熱伝導性を確保できしたがって除熱性に優れ、また、コンパウンドによる汚損が原因とされるショート等の不具合の少ない半導体ユニットを得ることができる。
【００８１】
また、さらに前記冷却装置の下面に形成された凹部に前記注入孔から前記コンパウンドを注入し、該凹部から外部へ連通して形成された微小開口から該凹部中の残留気体および該コンパウンド中の主にマトリクス成分を流出させながら該コンパウンドの層を形成する半導体ユニットの製造方法によれば、冷却装置の凹部にコンパウンドを注入し、微小開口から残留気体およびコンパウンド中の主にマトリクス成分を流出させながらコンパウンドの層を形成するため、基板等を汚損することのない範囲で適当量マトリクス成分を流出させることにより、塗布されたコンパウンド中の金属フィラー充填密度を高めることができ、熱伝導性を向上することができる。
【００８２】
また、さらに前記微小開口が前記金属フィラーによって閉塞され注入抵抗が急上昇した時点で注入完了とする半導体ユニットの製造方法によれば、金属フィラーによって閉塞され注入抵抗が急上昇した時点で注入完了とするため、コンパウンドの注入抵抗が急上昇した時点を、例えば、注入流量変化や、注入圧力変化として検知し、注入量を管理することにより、コンパウンドを介して半導体素子と冷却部材とが確実に接合されるのに必要な適正なコンパウンド塗布量を予め計量することを要せずに容易に管理することができる。
【００８３】
また、基板上に搭載された複数の半導体素子上に配設するための冷却装置の製造方法であって、該冷却装置に形成された注入孔よりコンパウンドを注入する冷却装置の製造方法によれば、冷却装置に形成された注入孔よりコンパウンドを注入するため、本発明の半導体ユニットを製造するために用いるのに好適な冷却装置を得ることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１０、６０、６２、７０  ＣＰＵユニット
１２  基板
１３  スペーサ
１４  半導体素子
１６  冷却装置
１６ａ、６３ａ  コンパウンド注入部
１６ｂ  放熱用フィン部
１８  ＩＯピン
２０  凹部
２２  注入孔
３０  枠体
４２  間隙
４４  コンパウンド
４４ａ  コンパウンドの層
５０  コンパウンド注入装置
５４  ディスペンサ
５６  注入量モニタ
６４  気抜き孔
６６  流出防止スペーサ
７２  フィルタ
８４  サーバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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