JPS6184045A - 集積回路冷却構造 - Google Patents
集積回路冷却構造Info
- Publication number
- JPS6184045A JPS6184045A JP59205822A JP20582284A JPS6184045A JP S6184045 A JPS6184045 A JP S6184045A JP 59205822 A JP59205822 A JP 59205822A JP 20582284 A JP20582284 A JP 20582284A JP S6184045 A JPS6184045 A JP S6184045A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- conical
- integrated circuit
- cooling structure
- female screw
- thermal conductive
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
- H10W40/70—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control
- H10W40/77—Auxiliary members characterised by their shape
- H10W40/774—Pistons, e.g. spring-loaded members
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W90/00—Package configurations
- H10W90/701—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
- H10W90/721—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bump connectors
- H10W90/724—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bump connectors between a chip and a stacked insulating package substrate, interposer or RDL
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はＬＳＩパッケージ等の集積回路冷却構造に関す
るものである。
るものである。
従来、プリント配線板あるいはセラミック基板等に実装
されたＩＣを冷却する手段として使用されてきた方法は
、ＩＣのケースあるいはケースに取）付けられた放熱板
（以下ヒートシンクと称す）【ファンを用いて常温の空
気、もしくは冷却装置によって温度を下げた空気を吹き
つける事によって実現して来た。しかしながらＩＣから
発散される熱を機器の外部に運び出す冷媒としての空気
は必ずしも最良のものではない。なぜならば第１の理由
として、固体であるＩＣのケース、もしくはヒート７ン
クと空気の間の熱抵抗が大きく、この間の温度差が大き
くなってしまい、ＩＣの温度を下げるためには冷媒とし
ての空気の温度を下げなければならない。情報処理装置
（以下装置と称す）を例にとれば設置する部屋の空気の
温度を下げるために大がかりな空気調和設備を必要とし
ていた。
されたＩＣを冷却する手段として使用されてきた方法は
、ＩＣのケースあるいはケースに取）付けられた放熱板
（以下ヒートシンクと称す）【ファンを用いて常温の空
気、もしくは冷却装置によって温度を下げた空気を吹き
つける事によって実現して来た。しかしながらＩＣから
発散される熱を機器の外部に運び出す冷媒としての空気
は必ずしも最良のものではない。なぜならば第１の理由
として、固体であるＩＣのケース、もしくはヒート７ン
クと空気の間の熱抵抗が大きく、この間の温度差が大き
くなってしまい、ＩＣの温度を下げるためには冷媒とし
ての空気の温度を下げなければならない。情報処理装置
（以下装置と称す）を例にとれば設置する部屋の空気の
温度を下げるために大がかりな空気調和設備を必要とし
ていた。
次に第２の理由は、空気Ｉｉ熱容唄が小さく、少しのｐ
Ａｒｒｔで温度が上ってしまうので、装置内部から大戸
の熱を運び出すためには大最の空気をＭ置に送り込まな
ければならない。しかしながら近年高性能情報処理装置
においては、その処理速度を易めるために高実績度ｆと
、高電力化によるＩＣの動作速度の向上、あるいは実装
の高密度化による信号の伝播遅延時間の縮小が図られて
おり、結果として発生熱り、発熱密度の増大を招いてい
る。
Ａｒｒｔで温度が上ってしまうので、装置内部から大戸
の熱を運び出すためには大最の空気をＭ置に送り込まな
ければならない。しかしながら近年高性能情報処理装置
においては、その処理速度を易めるために高実績度ｆと
、高電力化によるＩＣの動作速度の向上、あるいは実装
の高密度化による信号の伝播遅延時間の縮小が図られて
おり、結果として発生熱り、発熱密度の増大を招いてい
る。
従って従来技術で冷却するために装置を設置する部屋に
於ては高い冷却能力の空気調和設備を必要とし、装置内
部に於ては実装密度の同上に起因する。＠置内の空気通
路の減少をおき゛なうためと犬ｈ（の熱を装置外部へ排
出するために高風量、高吐出圧力の送風機を必要とする
。この事は装置から発生する送風騒音を異状に大きくす
るのみでなく大ｉｔ ｉｉｔ ％高風速の空気流を装置
内部で均等に分布させる事は非常に困難なためＩＣの冷
却不足による温度上昇が生じ装Ｔの信頼性をも低下させ
るといった欠点があった。
於ては高い冷却能力の空気調和設備を必要とし、装置内
部に於ては実装密度の同上に起因する。＠置内の空気通
路の減少をおき゛なうためと犬ｈ（の熱を装置外部へ排
出するために高風量、高吐出圧力の送風機を必要とする
。この事は装置から発生する送風騒音を異状に大きくす
るのみでなく大ｉｔ ｉｉｔ ％高風速の空気流を装置
内部で均等に分布させる事は非常に困難なためＩＣの冷
却不足による温度上昇が生じ装Ｔの信頼性をも低下させ
るといった欠点があった。
ざらだこれらの欠点を解決すべく第５図に示す様な液体
を冷媒とした冷却構造が提案されている。
を冷媒とした冷却構造が提案されている。
すなわち基板２０に実装された半導体チップ２１にばば
ね２５によってピストン２３が押圧すれてかり、半導体
チップ２１で発生した熱はピストン２３→微少間隙２４
→熱伝導板２６へと伝えら蜆熱伝導板２６は冷媒取入口
２８から注入され排出口２９から排出される冷媒２７１
Ｃよって冷却されている。
ね２５によってピストン２３が押圧すれてかり、半導体
チップ２１で発生した熱はピストン２３→微少間隙２４
→熱伝導板２６へと伝えら蜆熱伝導板２６は冷媒取入口
２８から注入され排出口２９から排出される冷媒２７１
Ｃよって冷却されている。
しかしながら第５図に示す冷却構造にも重大な欠点が存
在する。それはまず第１Ｋ：半導体チップ２１と金属製
のピストン２３とが機械的に接触しているため冷媒２７
と半導体チップ２１間が電気的に絶縁できないことであ
る。冷媒２７は熱交換器等を仔て圧縮機や冷媒送出ボン
ダのアースに繋がっているが、このアースは非常にノイ
ズが多く冷ｆｆ２７に水線外の絶縁体を使用しない限り
半導体チップ２１にとっては非常に危険な状態となる。
在する。それはまず第１Ｋ：半導体チップ２１と金属製
のピストン２３とが機械的に接触しているため冷媒２７
と半導体チップ２１間が電気的に絶縁できないことであ
る。冷媒２７は熱交換器等を仔て圧縮機や冷媒送出ボン
ダのアースに繋がっているが、このアースは非常にノイ
ズが多く冷ｆｆ２７に水線外の絶縁体を使用しない限り
半導体チップ２１にとっては非常に危険な状態となる。
湧２にピスト７２３がばね２５の弾性力で押されている
ためビストノ２３とばね２５でｗＱ＝＋なる振動系を形
成する。
ためビストノ２３とばね２５でｗＱ＝＋なる振動系を形
成する。
ここでｗｏｕ＃振角周振数周波数ｉばね２５のばね定数
、ｍはピストン２３の質駄を示す。従って共邊周波数成
分を含む衝撃等の外力が加わった場合ピストン２３が振
動して半導体チップ２１を破壊しかねない。ｖ、３に基
板２０との接続用のけんだ２２に常に圧力がかかるため
クリープ変形を生ずる。待て低温はんだを使用した場合
に著しい。
、ｍはピストン２３の質駄を示す。従って共邊周波数成
分を含む衝撃等の外力が加わった場合ピストン２３が振
動して半導体チップ２１を破壊しかねない。ｖ、３に基
板２０との接続用のけんだ２２に常に圧力がかかるため
クリープ変形を生ずる。待て低温はんだを使用した場合
に著しい。
本発明は、冷Ｕとして用いられた空気がそれ、はど効率
の良いものでなく、そのため高い能力の空気調和設備を
必要としたり、あるいに半導体チッ決し、半導体チップ
から発生する熱を半導体チップもしくはそのケースに固
体を接触させることなく、かつ冷媒として効率の悪い空
気を介在させることなく、効率良く、装置外部に排出す
る熱抵抗の小さい冷却構造とするものである。
の良いものでなく、そのため高い能力の空気調和設備を
必要としたり、あるいに半導体チッ決し、半導体チップ
から発生する熱を半導体チップもしくはそのケースに固
体を接触させることなく、かつ冷媒として効率の悪い空
気を介在させることなく、効率良く、装置外部に排出す
る熱抵抗の小さい冷却構造とするものである。
本発明の集積回路冷却構造は、基板と、該基板上に実装
された集積回路と、該集積回路と微小な間隙をへたてて
対向する底面、前記基板に対し垂直方向（摺動可能なす
ベシ対偶の一機素となる中心に円すい穴を有する円筒面
、前記基板だ対し香石方向に穿たれ前記円すい穴と摺動
可能にされためねじ部をもつ円すい軸及び該円すい３ガ
の軸心を通り前記めねじ方向と平行に穿たれた切込み部
を有する熱伝導棒と、該熱伝導棒の円筒面とですべり対
偶を形成する穴を有する熱伝導板と、前記熱伝導棒のめ
ねじ部に挿入されたおねじとからなるものとすることに
より、上記従来の問題点を解決している。
された集積回路と、該集積回路と微小な間隙をへたてて
対向する底面、前記基板に対し垂直方向（摺動可能なす
ベシ対偶の一機素となる中心に円すい穴を有する円筒面
、前記基板だ対し香石方向に穿たれ前記円すい穴と摺動
可能にされためねじ部をもつ円すい軸及び該円すい３ガ
の軸心を通り前記めねじ方向と平行に穿たれた切込み部
を有する熱伝導棒と、該熱伝導棒の円筒面とですべり対
偶を形成する穴を有する熱伝導板と、前記熱伝導棒のめ
ねじ部に挿入されたおねじとからなるものとすることに
より、上記従来の問題点を解決している。
次【本発明の一実施例についてｇｌｃ１図〜第４図を参
照して詳細に説明する。第１図に本発明の一実施例を断
面図で示す。
照して詳細に説明する。第１図に本発明の一実施例を断
面図で示す。
第１図を参照すると基板１２に実装された集積回路１１
に微小間隙１４を隔てて熱伝導棒１５の底面が対向して
いる。
に微小間隙１４を隔てて熱伝導棒１５の底面が対向して
いる。
本発明において冷却能力を決定する最大の要因は微小間
隙１４の厚みでありこれを薄くする事が最も重要な課題
となる。ところが一般に集積回路１１＋″を接続用のは
んだ１３によって基板１２に取り付けられるためはんだ
の厚みが犬きくばらつきその範囲は１００μｍを超える
のが通常であり微小間隙１４もこの値以下にすることは
不可能である。
隙１４の厚みでありこれを薄くする事が最も重要な課題
となる。ところが一般に集積回路１１＋″を接続用のは
んだ１３によって基板１２に取り付けられるためはんだ
の厚みが犬きくばらつきその範囲は１００μｍを超える
のが通常であり微小間隙１４もこの値以下にすることは
不可能である。
そこで本発明においては基板１２に集積回路１工をけん
だ付けした後、１１の上に極薄膜等のスペーサをのせ基
板枠１８と熱伝導板１７をねじ１９にで固定し熱伝導棒
１５を挿入してｌｌ上のスペーサに押し付けたｉｔで熱
伝導棒１５のめねじ部８に挿入されているおねじ１６を
締めつける事によって熱伝導棒１５を熱伝導板１７に固
定した後ねじ１９をはずして熱伝導板１７と基板枠１８
を分離し前述のスペーサを取り去り再度組み立てる事に
よってスペーサの厚みと同じ微小間隙を実現する事が可
能となる。
だ付けした後、１１の上に極薄膜等のスペーサをのせ基
板枠１８と熱伝導板１７をねじ１９にで固定し熱伝導棒
１５を挿入してｌｌ上のスペーサに押し付けたｉｔで熱
伝導棒１５のめねじ部８に挿入されているおねじ１６を
締めつける事によって熱伝導棒１５を熱伝導板１７に固
定した後ねじ１９をはずして熱伝導板１７と基板枠１８
を分離し前述のスペーサを取り去り再度組み立てる事に
よってスペーサの厚みと同じ微小間隙を実現する事が可
能となる。
ここで熱伝導ｆｉ１５が熱伝導板１７に固定されるメカ
ニズムについて詳述する。第２図は熱伝導棒１本を構成
する要素を分割拡大した図である。
ニズムについて詳述する。第２図は熱伝導棒１本を構成
する要素を分割拡大した図である。
円筒状で内部に円すい穴を有し、中心を通る切り溝６が
切られ底面にわずかに切り残し部がある。
切られ底面にわずかに切り残し部がある。
切り込み付円筒１０の中に、前記円すい穴と摺動する中
心にめねじ部８を有する円すい１！ｂ９を装着し、底面
部７を取付はロー付する。
心にめねじ部８を有する円すい１！ｂ９を装着し、底面
部７を取付はロー付する。
さらに、めねじ部８におねじ１６を挿入した状卯での円
すい軸９の挙動を示した図が第３図である。この第３図
で示す様におねじ１６とめねじ部８の嵌合で円すい軸９
が切り込み付円筒１０の内皿を摺動しながら引き上げら
れてゆき、切プ込み付円筒１０内部の円すい穴径面に密
着固定され、締付けを完了すると、第４図に示す様に面
接触し、接触圧力５が発生する。この接触圧力５の半径
方向成分４が熱伝導棒１５の切り溝６の厚みを拡げる方
向に作用するため熱伝４棒１５の円筒面と熱伝導板１７
の穴の内面とで圧力を生じ摩擦によって固定されること
になる。
すい軸９の挙動を示した図が第３図である。この第３図
で示す様におねじ１６とめねじ部８の嵌合で円すい軸９
が切り込み付円筒１０の内皿を摺動しながら引き上げら
れてゆき、切プ込み付円筒１０内部の円すい穴径面に密
着固定され、締付けを完了すると、第４図に示す様に面
接触し、接触圧力５が発生する。この接触圧力５の半径
方向成分４が熱伝導棒１５の切り溝６の厚みを拡げる方
向に作用するため熱伝４棒１５の円筒面と熱伝導板１７
の穴の内面とで圧力を生じ摩擦によって固定されること
になる。
第１図に戻ってさらに本実施例では前述の手段で全ての
集積回路に対して微小間隙１４を設定した後、熱伝導板
１７の上面に水冷ジャケット２０を固定し水冷ジャケッ
ト内に水３０を流して冷却することによって集積回路１
１ＶＣ対して電気的に微小間隙１４を隔てて水とは絶縁
されたかつ振動系を含まない機械的に安全な低熱抵抗の
冷加構造を実現することができる。
集積回路に対して微小間隙１４を設定した後、熱伝導板
１７の上面に水冷ジャケット２０を固定し水冷ジャケッ
ト内に水３０を流して冷却することによって集積回路１
１ＶＣ対して電気的に微小間隙１４を隔てて水とは絶縁
されたかつ振動系を含まない機械的に安全な低熱抵抗の
冷加構造を実現することができる。
また微小間隙１４に電気絶縁性の熱伝導性充てん剤を充
てんすればさらに熱抵抗の低い冷加構造を実現する事も
可能である。
てんすればさらに熱抵抗の低い冷加構造を実現する事も
可能である。
〔発明の効果〕
本発明の集積回路冷却構造は、基板と、該基板上に実装
された集積回路と、該集積回路と微小な間隙をへたてて
対向する底面、前記基板【対し岳【σ方向に摺動可能な
すべり対偶の一機素となる中心に円すい穴を有する円筒
面、前記基板に対し垂直方向に穿たれ前記円すい穴と摺
動可能にされためねじ部をもつ円すい軸及び該円すい軸
の軸心を通り前記めねじ方向と平行に穿たれた切り込み
部を有する熱伝導棒と、該熱伝導棒の円筒面とですべり
対偶を形成する穴を有する熱伝導板と、前記熱伝導棒の
めねじ部に挿入されたおねじとからなるものとしたため
、冷媒として効率の悪い空気を介在させることなく、し
かも、半導体チップ等に固体を接触させることなく、半
導体チノグから生じる熱を効ホ良く装置外部に排出でき
、熱抵抗の小ざい冷却ｆＪ造を提供することができると
いう効央がある。
された集積回路と、該集積回路と微小な間隙をへたてて
対向する底面、前記基板【対し岳【σ方向に摺動可能な
すべり対偶の一機素となる中心に円すい穴を有する円筒
面、前記基板に対し垂直方向に穿たれ前記円すい穴と摺
動可能にされためねじ部をもつ円すい軸及び該円すい軸
の軸心を通り前記めねじ方向と平行に穿たれた切り込み
部を有する熱伝導棒と、該熱伝導棒の円筒面とですべり
対偶を形成する穴を有する熱伝導板と、前記熱伝導棒の
めねじ部に挿入されたおねじとからなるものとしたため
、冷媒として効率の悪い空気を介在させることなく、し
かも、半導体チップ等に固体を接触させることなく、半
導体チノグから生じる熱を効ホ良く装置外部に排出でき
、熱抵抗の小ざい冷却ｆＪ造を提供することができると
いう効央がある。
第１図は、本発明の一実施例を示す側面図、第２図は、
熱伝導棒の構成を示す平面図及び部分切欠き側面、 第３図は、熱伝導棒の円すい軸の挙動を示す平面及び側
面説明図、 第４図は、熱伝導棒におねじを挿入した時の円すい斜面
に働く力を示す説明図、 そして、第５図は、従来技術の冷却構造を示す断面図で
ある。 ６・・・切り溝 ８・・・めねじ部９・・・
円すい軸 １０・・・切り込み付円筒１１・・
・集積回路 １２・・・基板１５・・・熱伝導
棒 １６・・・おねじ１７・・・熱伝導板
熱伝導棒の構成を示す平面図及び部分切欠き側面、 第３図は、熱伝導棒の円すい軸の挙動を示す平面及び側
面説明図、 第４図は、熱伝導棒におねじを挿入した時の円すい斜面
に働く力を示す説明図、 そして、第５図は、従来技術の冷却構造を示す断面図で
ある。 ６・・・切り溝 ８・・・めねじ部９・・・
円すい軸 １０・・・切り込み付円筒１１・・
・集積回路 １２・・・基板１５・・・熱伝導
棒 １６・・・おねじ１７・・・熱伝導板
Claims (1)
- 基板と、該基板上に実装された集積回路と、該集積回
路と微小な間隙をへだてて対向する底面、前記基板に対
し垂直方向に摺動可能なすべり対偶の一機素となる中心
に円すい穴を有する円筒面、前記基板に対し垂直方向に
穿たれ前記円すい穴と摺動可能にされためねじ部をもつ
円すい軸及び該円すい軸の軸心を通り前記めねじ方向と
平行に穿たれた切込み部を有する熱伝導棒と、該熱伝導
棒の円筒面とですべり対偶を形成する穴を有する熱伝導
板と、前記熱伝導棒のめねじ部に挿入されたおねじとか
らなる集積回路冷却構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59205822A JPS6184045A (ja) | 1984-10-01 | 1984-10-01 | 集積回路冷却構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59205822A JPS6184045A (ja) | 1984-10-01 | 1984-10-01 | 集積回路冷却構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6184045A true JPS6184045A (ja) | 1986-04-28 |
Family
ID=16513274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59205822A Pending JPS6184045A (ja) | 1984-10-01 | 1984-10-01 | 集積回路冷却構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6184045A (ja) |
-
1984
- 1984-10-01 JP JP59205822A patent/JPS6184045A/ja active Pending
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