JP2000101000A - 電子機器 - Google Patents
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- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
- H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
- H01L2224/73203—Bump and layer connectors
- H01L2224/73204—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
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- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/095—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00 with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials provided in the groups H01L2924/013 - H01L2924/0715
- H01L2924/097—Glass-ceramics, e.g. devitrified glass
- H01L2924/09701—Low temperature co-fired ceramic [LTCC]
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明が解決しようとする課題は、半導体チッ
プを低温に保つことが可能でありながら結露の心配がな
く、かつコンパクト性に優れた電子機器の冷却装置を提
供することである。 【解決手段】本発明は、上記の課題を解決するために、
半導体パッケージ又は半導体モジュール内の多層配線基
板の入出力ピン取り付け面近傍に加熱領域を作り込むと
ともに、半導体パッケージ又は半導体モジュール及びこ
れに取り付けられる冷却器を防湿性のケース内に収め、
この防湿性のケースと半導体パッケージ又は半導体モジ
ュール及び冷却器間の間隙に断熱材を充填するととも
に、断熱材の外周にヒータを設けたものである。
プを低温に保つことが可能でありながら結露の心配がな
く、かつコンパクト性に優れた電子機器の冷却装置を提
供することである。 【解決手段】本発明は、上記の課題を解決するために、
半導体パッケージ又は半導体モジュール内の多層配線基
板の入出力ピン取り付け面近傍に加熱領域を作り込むと
ともに、半導体パッケージ又は半導体モジュール及びこ
れに取り付けられる冷却器を防湿性のケース内に収め、
この防湿性のケースと半導体パッケージ又は半導体モジ
ュール及び冷却器間の間隙に断熱材を充填するととも
に、断熱材の外周にヒータを設けたものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電子機器に係り、特
に電子機器内の半導体素子への露付き防止に関するもの
である。
に電子機器内の半導体素子への露付き防止に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】電子計算機、いわゆるコンピュータは、
大きくは３つのグループに分類することが出来る。個人
で使うパーソナルコンピュータ、技術計算および比較的
小規模のデータベース管理に用いられるワークステーシ
ョン、例えば銀行や電話会社等の顧客データ等の大規模
データベースの管理に用いられる大型汎用コンピュータ
である。これらコンピュータに搭載された半導体素子の
冷却方法として、一部のパーソナルコンピュータの場合
は、送風機を用いない自然空冷であるのに対し、その他
のパーソナルコンピュータ、ワークステーションおよび
大部分の大型コンピュータの場合は、送風機からの風で
発熱素子を直接冷却する強制空冷が一般的である。とこ
ろが、高性能の大型コンピュータの場合は、冷媒を循環
する冷却方式をとっている。
大きくは３つのグループに分類することが出来る。個人
で使うパーソナルコンピュータ、技術計算および比較的
小規模のデータベース管理に用いられるワークステーシ
ョン、例えば銀行や電話会社等の顧客データ等の大規模
データベースの管理に用いられる大型汎用コンピュータ
である。これらコンピュータに搭載された半導体素子の
冷却方法として、一部のパーソナルコンピュータの場合
は、送風機を用いない自然空冷であるのに対し、その他
のパーソナルコンピュータ、ワークステーションおよび
大部分の大型コンピュータの場合は、送風機からの風で
発熱素子を直接冷却する強制空冷が一般的である。とこ
ろが、高性能の大型コンピュータの場合は、冷媒を循環
する冷却方式をとっている。
【０００３】本願発明は、大型コンピュータの冷媒によ
る冷却について検討した結果に基づき発明されたもので
ある。近年、大型コピュータが扱うデータベースの情報
量は年々増加の一途をたどる一方で、サービスのスピー
ドアップや多くの情報の提供などが要求されている。こ
の要求に答えるために膨大なデータを処理する大型コン
ピュータの中央演算処理装置の演算処理能力を向上せざ
るを得ない。ところが、演算処理能力を向上させると中
央演算処理装置である半導体の発熱量が増加してしまう
という問題があり、水等の冷媒を使って冷却している。
しかしながら、半導体の動作速度にも限界があり、近年
では、動作速度が極めて速い、ＣＭＯＳを使った電子機
器が主流になりつつある。
る冷却について検討した結果に基づき発明されたもので
ある。近年、大型コピュータが扱うデータベースの情報
量は年々増加の一途をたどる一方で、サービスのスピー
ドアップや多くの情報の提供などが要求されている。こ
の要求に答えるために膨大なデータを処理する大型コン
ピュータの中央演算処理装置の演算処理能力を向上せざ
るを得ない。ところが、演算処理能力を向上させると中
央演算処理装置である半導体の発熱量が増加してしまう
という問題があり、水等の冷媒を使って冷却している。
しかしながら、半導体の動作速度にも限界があり、近年
では、動作速度が極めて速い、ＣＭＯＳを使った電子機
器が主流になりつつある。
【０００４】ところで、ＣＭＯＳの特長は、低温である
ほるほど動作速度が向上することが知られており、低温
での冷却が必要である。例えば、空気調和機等に使用さ
れる冷凍機ユニットで冷却すると良い。ところが、ＣＭ
ＯＳ半導体チップを１０℃に冷却するには、冷凍機ユニ
ットは、例えば０℃の低温で冷却しなけれならないが、
ここで一番問題になるのは、低温になる半導体モジュー
ルの周辺機器への結露である。
ほるほど動作速度が向上することが知られており、低温
での冷却が必要である。例えば、空気調和機等に使用さ
れる冷凍機ユニットで冷却すると良い。ところが、ＣＭ
ＯＳ半導体チップを１０℃に冷却するには、冷凍機ユニ
ットは、例えば０℃の低温で冷却しなけれならないが、
ここで一番問題になるのは、低温になる半導体モジュー
ルの周辺機器への結露である。
【０００５】このように、冷凍機ユニットにより半導体
パッケージ、又は半導体モジュールを冷却する公知技術
の電子機器冷却装置としては、例えば特開平1-236699号
公報がある。この従来技術は、半導体モジュールを収納
するための密閉された箱が設けられ、この箱に除湿機ユ
ニット及びヒータユニットを接続する構造になってい
る。また特開平6-119083号公報には、冷凍機と、ＣＰＵ
ボードを実装する断熱構造の小部屋を有し、このＣＰＵ
ボードの交換時に小部屋の内部温度を上げて結露を防止
するヒータを単一の小部屋内に収容して冷却ユニットを
構成し、小部屋内の空気中に露が発生しない状態に制御
する構造が開示されている。また、特開平5-152779号公
報には、回路基板上に通電によって発熱する電気抵抗体
を印刷し、電気抵抗体の発熱によって回路基板が露点温
度以上になるような構造が開示されている。
パッケージ、又は半導体モジュールを冷却する公知技術
の電子機器冷却装置としては、例えば特開平1-236699号
公報がある。この従来技術は、半導体モジュールを収納
するための密閉された箱が設けられ、この箱に除湿機ユ
ニット及びヒータユニットを接続する構造になってい
る。また特開平6-119083号公報には、冷凍機と、ＣＰＵ
ボードを実装する断熱構造の小部屋を有し、このＣＰＵ
ボードの交換時に小部屋の内部温度を上げて結露を防止
するヒータを単一の小部屋内に収容して冷却ユニットを
構成し、小部屋内の空気中に露が発生しない状態に制御
する構造が開示されている。また、特開平5-152779号公
報には、回路基板上に通電によって発熱する電気抵抗体
を印刷し、電気抵抗体の発熱によって回路基板が露点温
度以上になるような構造が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】冷凍機ユニットにより
半導体パッケージ又は半導体モジュールを冷却して半導
体チップを低温に保つ電子機器の冷却装置においては、
周辺の空気温度と内部の温度差によって、半導体パッケ
ージ又は半導体モジュールに結露が発生してしまう。半
導体チップ自体は、不活性ガスが封入された密閉空間内
に搭載されるので、結露が発生することはない。しかし
ながら、半導体パッケージ又は半導体モジュールには入
出力のためのピンが取り付けられており、このピンに結
露が生じるとショートや信号伝達不良、腐食等の重大な
問題が発生する恐れがある。また、仮にピン部自体に結
露が生じなくても半導体パッケージ又は半導体モジュー
ルの他の部分に結露が発生すると、結露水が垂れてきて
ピン部に接触する恐れがある。
半導体パッケージ又は半導体モジュールを冷却して半導
体チップを低温に保つ電子機器の冷却装置においては、
周辺の空気温度と内部の温度差によって、半導体パッケ
ージ又は半導体モジュールに結露が発生してしまう。半
導体チップ自体は、不活性ガスが封入された密閉空間内
に搭載されるので、結露が発生することはない。しかし
ながら、半導体パッケージ又は半導体モジュールには入
出力のためのピンが取り付けられており、このピンに結
露が生じるとショートや信号伝達不良、腐食等の重大な
問題が発生する恐れがある。また、仮にピン部自体に結
露が生じなくても半導体パッケージ又は半導体モジュー
ルの他の部分に結露が発生すると、結露水が垂れてきて
ピン部に接触する恐れがある。
【０００７】結露を防ぐ方法として、二つの方法が考え
られる。第1の方法は、前述の従来例（特開平1-236699
後公報、特開平6-119083号公報）にあるように、半導体
パッケージ又は半導体モジュールの周囲の空気の状態を
調節して露点温度を下げるという方法、第２は特開平5-
152779号公報にあるように、半導体パッケージ又は半導
体モジュールの表面温度を露点温度以上に制御する方法
がある。ところが、第1の方法では、半導体パッケージ
または半導体モジュール及びこれらを搭載するプリント
配線基板全体を気密室内に収納し、この気密室内の空気
の湿度を調節するための装置が必要である。
られる。第1の方法は、前述の従来例（特開平1-236699
後公報、特開平6-119083号公報）にあるように、半導体
パッケージ又は半導体モジュールの周囲の空気の状態を
調節して露点温度を下げるという方法、第２は特開平5-
152779号公報にあるように、半導体パッケージ又は半導
体モジュールの表面温度を露点温度以上に制御する方法
がある。ところが、第1の方法では、半導体パッケージ
または半導体モジュール及びこれらを搭載するプリント
配線基板全体を気密室内に収納し、この気密室内の空気
の湿度を調節するための装置が必要である。
【０００８】また、第2の方法は、回路基板全体の温度
を露点以上に昇温させるものであり、半導体素子を低温
に保つための配慮はなされていない。また、第３の方法
として、半導体パッケージ又は半導体モジュールの周り
に断熱材を取り付ける方法が考えられるが、半導体パッ
ケージ又は半導体モジュールがマルチチップであった場
合には、その多層配線基板の入出力ピン側は全面に多数
のピンが設けことになり、多数のピン部分には断熱材を
取付けるスペースがなく、またヒータ等の結露防止手段
を取付けること困難である。
を露点以上に昇温させるものであり、半導体素子を低温
に保つための配慮はなされていない。また、第３の方法
として、半導体パッケージ又は半導体モジュールの周り
に断熱材を取り付ける方法が考えられるが、半導体パッ
ケージ又は半導体モジュールがマルチチップであった場
合には、その多層配線基板の入出力ピン側は全面に多数
のピンが設けことになり、多数のピン部分には断熱材を
取付けるスペースがなく、またヒータ等の結露防止手段
を取付けること困難である。
【０００９】本発明の目的は、半導体チップを低温保持
しても結露の心配がない電子機器を提供することにあ
る。
しても結露の心配がない電子機器を提供することにあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的は、冷凍機ユニ
ットの冷却器と、この冷却器と熱的に接触させた半導体
モジュールとを備えた電子機器において、前記冷却器と
前記半導体モジュールを断熱材で覆い、この断熱材の外
周にヒータを設けたことにより達成される。
ットの冷却器と、この冷却器と熱的に接触させた半導体
モジュールとを備えた電子機器において、前記冷却器と
前記半導体モジュールを断熱材で覆い、この断熱材の外
周にヒータを設けたことにより達成される。
【００１１】また、冷凍機ユニットの冷却器と、この冷
却器と熱的に接触させた半導体モジュールとを備えた電
子機器において、前記冷却器と前記半導体モジュールを
断熱材で覆い、この断熱材の外周にヒータを設けるとと
もに、前記半導体ムジュール内の配線基板内に加熱手段
を設けたことにより達成される。
却器と熱的に接触させた半導体モジュールとを備えた電
子機器において、前記冷却器と前記半導体モジュールを
断熱材で覆い、この断熱材の外周にヒータを設けるとと
もに、前記半導体ムジュール内の配線基板内に加熱手段
を設けたことにより達成される。
【００１２】また、冷凍機ユニットの冷却器と、この冷
却器と熱的に接触させた半導体モジュールとを備えた電
子機器において、前記半導体モジュール内の半導体チッ
プを取付けた配線基板と、この配線基板の設けられた入
出力ピンと、この入出力ピン側の配線基板内にヒータを
設けたことにより達成される。
却器と熱的に接触させた半導体モジュールとを備えた電
子機器において、前記半導体モジュール内の半導体チッ
プを取付けた配線基板と、この配線基板の設けられた入
出力ピンと、この入出力ピン側の配線基板内にヒータを
設けたことにより達成される。
【００１３】また、前記配線基板がガラスセラミック基
板であることにより達成される。
板であることにより達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１で
説明する。図１は、冷却器と半導体モジュールの断面図
である。図において、１はマザーボードと呼ばれる大型
のプリント配線基板である。この基板１上には多数の入
出力ピン２を有するセラミック多層配線基板３が搭載さ
れている。セラミック多層配線基板３の材質としては、
ガラスセラミクス、ムライト等が好適である。セラミッ
ク多層配線基板３上には複数の半導体チップ４が搭載さ
れている。セラミック基板３の素子搭載面側はモジュー
ルキャップ５で封止されており、一般に窒素等の不活性
ガスが封入されている。半導体チップ４とモジュールキ
ャップ５の間には、チップ４の熱をモジュールキャップ
５に熱を伝えるための伝熱体６が設けられている。セラ
ミック基板３、半導体チップ４、伝熱体６およびモジュ
ールキャップ５で一つの半導体モジュールが構成され
る。モジュールキャップ５には冷却器７が取付けられ、
冷却器７には配管８を通して冷媒が供給、排出される。
セラミック多層配線基板３の内部で、入出力ピン２に近
い部分には加熱領域９が設けられている。半導体モジュ
ールには防湿性のケース１０がかぶせられ、このケース
１０の材質としては、例えば、アルミニウム等の金属材
である。このケース１０とはマザーボード１にシール部
１１によって閉空間が形成される。ケース１０は、固定
板１２及び固定部１３によりマザーボード１に固定され
る。１４は、半導体モジュールとケース間の間隙に充填
された断熱材である。断熱材１４の材質としては発泡ウ
レタンやシリコンフォームがある。１５は、ヒータであ
り、断熱材１４の外周に設けられている。
説明する。図１は、冷却器と半導体モジュールの断面図
である。図において、１はマザーボードと呼ばれる大型
のプリント配線基板である。この基板１上には多数の入
出力ピン２を有するセラミック多層配線基板３が搭載さ
れている。セラミック多層配線基板３の材質としては、
ガラスセラミクス、ムライト等が好適である。セラミッ
ク多層配線基板３上には複数の半導体チップ４が搭載さ
れている。セラミック基板３の素子搭載面側はモジュー
ルキャップ５で封止されており、一般に窒素等の不活性
ガスが封入されている。半導体チップ４とモジュールキ
ャップ５の間には、チップ４の熱をモジュールキャップ
５に熱を伝えるための伝熱体６が設けられている。セラ
ミック基板３、半導体チップ４、伝熱体６およびモジュ
ールキャップ５で一つの半導体モジュールが構成され
る。モジュールキャップ５には冷却器７が取付けられ、
冷却器７には配管８を通して冷媒が供給、排出される。
セラミック多層配線基板３の内部で、入出力ピン２に近
い部分には加熱領域９が設けられている。半導体モジュ
ールには防湿性のケース１０がかぶせられ、このケース
１０の材質としては、例えば、アルミニウム等の金属材
である。このケース１０とはマザーボード１にシール部
１１によって閉空間が形成される。ケース１０は、固定
板１２及び固定部１３によりマザーボード１に固定され
る。１４は、半導体モジュールとケース間の間隙に充填
された断熱材である。断熱材１４の材質としては発泡ウ
レタンやシリコンフォームがある。１５は、ヒータであ
り、断熱材１４の外周に設けられている。
【００１５】本実施例によれば、セラミック多層配線基
板３内への加熱領域の作り込みの方法は以下のようであ
る。セラミック多層配線基板３は、配線パターンを印刷
したグリーンシートと呼ばれるシートを何枚も積み重
ね、その状態でこれを焼結することによりセラミック基
板内に3次元配線を作り込むことが出来る。各層間の配
線はスルーホールと呼ばれる厚さ方向の配線によって接
続される。このようなセラミック多層配線基板３に加熱
領域を作り込むには、セラミック多層配線基板３の入出
力ピン２側に一層のヒータ層９を設ける。
板３内への加熱領域の作り込みの方法は以下のようであ
る。セラミック多層配線基板３は、配線パターンを印刷
したグリーンシートと呼ばれるシートを何枚も積み重
ね、その状態でこれを焼結することによりセラミック基
板内に3次元配線を作り込むことが出来る。各層間の配
線はスルーホールと呼ばれる厚さ方向の配線によって接
続される。このようなセラミック多層配線基板３に加熱
領域を作り込むには、セラミック多層配線基板３の入出
力ピン２側に一層のヒータ層９を設ける。
【００１６】図２および図３は、グリーンシートの正面
図である。図２において、グリーンシート１６上にスル
ーホール１７を避ける形でヒータ１８及び電極１９を埋
め込み、これをセラミック多層配線基板３の焼結時に同
時焼結し、セラミック多層配線基板３の最外層にヒータ
層９を作り込む。ヒータ形状は、図２に示したように連
続であってもよいが、図３のように、任意の範囲で分割
しても良い。
図である。図２において、グリーンシート１６上にスル
ーホール１７を避ける形でヒータ１８及び電極１９を埋
め込み、これをセラミック多層配線基板３の焼結時に同
時焼結し、セラミック多層配線基板３の最外層にヒータ
層９を作り込む。ヒータ形状は、図２に示したように連
続であってもよいが、図３のように、任意の範囲で分割
しても良い。
【００１７】かかる本実施例によれば、半導体チップ４
で発生した熱は伝熱体６を介してモジュールキャップ５
に伝えられ、さらに冷却器７に伝えられる。冷却器７に
供給する冷媒の温度を十分に低くすることにより半導体
チップ４の温度を低く保持することが出来る。チップ上
に形成される半導体素子は低温に冷却されているので高
速処理が可能である。半導体チップ４は、不活性ガスの
みと接触するため、低温に冷却されても半導体チップ４
自身への結露が発生することはない。
で発生した熱は伝熱体６を介してモジュールキャップ５
に伝えられ、さらに冷却器７に伝えられる。冷却器７に
供給する冷媒の温度を十分に低くすることにより半導体
チップ４の温度を低く保持することが出来る。チップ上
に形成される半導体素子は低温に冷却されているので高
速処理が可能である。半導体チップ４は、不活性ガスの
みと接触するため、低温に冷却されても半導体チップ４
自身への結露が発生することはない。
【００１８】セラミック多層配線基板を通過する熱の流
れは次式で記述される。
れは次式で記述される。
【００１９】Ｑ＝ΑλΔΤ／ΔΖ……… (1) ここにQは加熱領域の加熱量、λはセラミック基板の熱
伝導率、ΔＴはセラミック基板の厚さ方向の温度差、Δ
Zはセラミック基板の厚さである。式(1)より、同じ温度
差ΔＴをつけるのに要する加熱量Qは熱伝導率λが小さ
いほど小さい。各種セラミック基板の内、ガラスセラミ
ック基板やムライト基板は熱伝導率が小さく、ガラスセ
ラミック基板で1.8W/mK、ムライト基板で、3.8W/mK程度
である。従ってこれらの基板材料を用いた場合は、比較
的小さな加熱量Qを与えることにより、大きな温度差Δ
Ｔが生じ、半導体チップを低温に保ちつつセラミック基
板の入出力ピン側の温度を上げることが可能になる。例
えば、100mm角、厚さ5mmのガラスセラミック基板の場合
を考えると、10℃の温度差をつけるのに必要な加熱量は
約37Wである。この加熱量は通常の場合、半導体モジュ
ール全体の発熱量の10％以下であり、かなり小さいとい
える。従って、この加熱領域の加熱量を調節することに
より、半導体チップを低温に保ちつつセラミック基板の
入出力ピン側の温度を制御することが可能である。
伝導率、ΔＴはセラミック基板の厚さ方向の温度差、Δ
Zはセラミック基板の厚さである。式(1)より、同じ温度
差ΔＴをつけるのに要する加熱量Qは熱伝導率λが小さ
いほど小さい。各種セラミック基板の内、ガラスセラミ
ック基板やムライト基板は熱伝導率が小さく、ガラスセ
ラミック基板で1.8W/mK、ムライト基板で、3.8W/mK程度
である。従ってこれらの基板材料を用いた場合は、比較
的小さな加熱量Qを与えることにより、大きな温度差Δ
Ｔが生じ、半導体チップを低温に保ちつつセラミック基
板の入出力ピン側の温度を上げることが可能になる。例
えば、100mm角、厚さ5mmのガラスセラミック基板の場合
を考えると、10℃の温度差をつけるのに必要な加熱量は
約37Wである。この加熱量は通常の場合、半導体モジュ
ール全体の発熱量の10％以下であり、かなり小さいとい
える。従って、この加熱領域の加熱量を調節することに
より、半導体チップを低温に保ちつつセラミック基板の
入出力ピン側の温度を制御することが可能である。
【００２０】即ち、本実施例では加熱領域をセラミック
多層配線基板内の入出力ピン取り付け面近傍に作り込む
ことにより、セラミック多層配線基板内に生じる温度分
布を利用することが可能になり、半導体チップを低温に
保ちつつ、入出力ピンの温度を露点以上に上げることが
できる。セラミック基板に作り込むヒータをいくつかに
分割した場合は、熱電対等の温度検出手段と組み合わせ
ることにより、より精密な制御が可能になる。また、本
実施例では加熱領域を多層配線基板内に作り込むため、
非常に微細なヒータパターンの制作が可能となり、マル
チチップ構造の場合のように入出力ピンの数密度が高い
場合でも入出力ピンの温度制御が容易に行える。
多層配線基板内の入出力ピン取り付け面近傍に作り込む
ことにより、セラミック多層配線基板内に生じる温度分
布を利用することが可能になり、半導体チップを低温に
保ちつつ、入出力ピンの温度を露点以上に上げることが
できる。セラミック基板に作り込むヒータをいくつかに
分割した場合は、熱電対等の温度検出手段と組み合わせ
ることにより、より精密な制御が可能になる。また、本
実施例では加熱領域を多層配線基板内に作り込むため、
非常に微細なヒータパターンの制作が可能となり、マル
チチップ構造の場合のように入出力ピンの数密度が高い
場合でも入出力ピンの温度制御が容易に行える。
【００２１】次に、モジュールまわりのケース１０、断
熱材１４、ヒータ１５の作用について説明する。ケース
１０はシール部１１とマザーボード１とともに閉空間を
形成し、ケース１０内側に設けられた断熱材１４を周囲
空気から遮断しているため、断熱材１４内部に最初に含
まれている空気が含有するわずかな水分が冷却器表面等
に結露することがあっても、結露がそれ以上に外部に進
行することはない。
熱材１４、ヒータ１５の作用について説明する。ケース
１０はシール部１１とマザーボード１とともに閉空間を
形成し、ケース１０内側に設けられた断熱材１４を周囲
空気から遮断しているため、断熱材１４内部に最初に含
まれている空気が含有するわずかな水分が冷却器表面等
に結露することがあっても、結露がそれ以上に外部に進
行することはない。
【００２２】断熱材の外周に設けられたヒータの作用を
説明すると、断熱材表面温度（ケース表面温度とほぼ同
じ）Tsは次の様に表される。
説明すると、断熱材表面温度（ケース表面温度とほぼ同
じ）Tsは次の様に表される。
【００２３】 Ｔs＝（ＹaＴc＋Ｙ∞＋Ｑ）／（Ｙa＋Ｙ∞）……… (2) ここにTcは断熱材内側（低温側）の温度、T∞は周囲温
度、Qはヒータ加熱量である。Ya及びY∞断熱材及び周囲
空気の熱コンダクタンスで次式で表される。
度、Qはヒータ加熱量である。Ya及びY∞断熱材及び周囲
空気の熱コンダクタンスで次式で表される。
【００２４】 Ｙa＝Αaλa／ΔΖa……… (3) Ｙ∞＝Αaｈ……… (4) Aaは断熱材の面積、λaは断熱材の熱伝導率、ΔZaは断
熱材の厚さ、hはケースから周囲空気への熱伝達率であ
る。
熱材の厚さ、hはケースから周囲空気への熱伝達率であ
る。
【００２５】図４は、断熱材外周部のヒータの効果を表
した図である。図において、断熱材厚さと断熱材（ケー
ス）表面温度の関係を加熱量Qをパラメータにとって示
す。計算は，Aa=0.01m2，λa=0.018W/mK（発泡ウレタ
ン）、h=8.7W/m2K（風速0.5m/s）,Tc=10℃、T∞=25℃の
場合について行った。ヒータ加熱を行わない場合は断熱
材厚さを厚くするにつれて断熱材表面温度は高くなる
が、断熱材厚さを20mmとしても断熱材表面温度は24℃ま
でしか上がらない。しかし、ヒータ加熱を行う場合に
は、断熱材厚さが5mmと薄いにもかかわらず、わずか1W
の加熱を行うだけで断熱材表面温度（ケース温度）を29
℃まで高めることができる。即ち、断熱材外周にヒータ
を設けることにより、ヒータ加熱を行わない場合に比べ
て断熱材厚さを大幅に薄くしながら、断熱材表面温度を
周囲空気の露点以上に制御することが容易に行うことが
できる。
した図である。図において、断熱材厚さと断熱材（ケー
ス）表面温度の関係を加熱量Qをパラメータにとって示
す。計算は，Aa=0.01m2，λa=0.018W/mK（発泡ウレタ
ン）、h=8.7W/m2K（風速0.5m/s）,Tc=10℃、T∞=25℃の
場合について行った。ヒータ加熱を行わない場合は断熱
材厚さを厚くするにつれて断熱材表面温度は高くなる
が、断熱材厚さを20mmとしても断熱材表面温度は24℃ま
でしか上がらない。しかし、ヒータ加熱を行う場合に
は、断熱材厚さが5mmと薄いにもかかわらず、わずか1W
の加熱を行うだけで断熱材表面温度（ケース温度）を29
℃まで高めることができる。即ち、断熱材外周にヒータ
を設けることにより、ヒータ加熱を行わない場合に比べ
て断熱材厚さを大幅に薄くしながら、断熱材表面温度を
周囲空気の露点以上に制御することが容易に行うことが
できる。
【００２６】第5図に本発明の他の実施例を示す。セラ
ミック基板３の入出力ピン２側にポリイミドの薄膜層２
０を設け、この薄膜層２０内に加熱領域と温度検出部を
形成したものである。ポリイミド薄膜層２０は、電気メ
ッキ、エッチング、ポリイミド膜塗布、研磨の過程を繰
り返して多層化することも容易であり、加熱領域や温度
検出部を作り込むことは容易にできる。本実施例によれ
ば、多数の温度検出部を作り込むことができるため、セ
ラミック基板の入出力ピン側の温度を周囲空気の露点以
上に制御することがより精密にできるという利点があ
る。
ミック基板３の入出力ピン２側にポリイミドの薄膜層２
０を設け、この薄膜層２０内に加熱領域と温度検出部を
形成したものである。ポリイミド薄膜層２０は、電気メ
ッキ、エッチング、ポリイミド膜塗布、研磨の過程を繰
り返して多層化することも容易であり、加熱領域や温度
検出部を作り込むことは容易にできる。本実施例によれ
ば、多数の温度検出部を作り込むことができるため、セ
ラミック基板の入出力ピン側の温度を周囲空気の露点以
上に制御することがより精密にできるという利点があ
る。
【００２７】図６に本発明のさらに他の実施例を示す。
セラミック基板３、モジュールキャップ５、及び冷却器
７の周りに断熱材２１を設け、断熱材の外周に防湿性の
フィルム状ヒータ２２を設けたものである。フィルムの
材質としては例えばカプトンフィルムがある。フィルム
状ヒータ２２は、カプトン膜にヒータパターンを形成し
た後、さらにカプトン膜を張り合わせることにより容易
に製造することができる。本実施例によれば、図１に示
した実施例に比べてケース１０を取付ける固定部１３及
び固定板１２が不要になる。
セラミック基板３、モジュールキャップ５、及び冷却器
７の周りに断熱材２１を設け、断熱材の外周に防湿性の
フィルム状ヒータ２２を設けたものである。フィルムの
材質としては例えばカプトンフィルムがある。フィルム
状ヒータ２２は、カプトン膜にヒータパターンを形成し
た後、さらにカプトン膜を張り合わせることにより容易
に製造することができる。本実施例によれば、図１に示
した実施例に比べてケース１０を取付ける固定部１３及
び固定板１２が不要になる。
【００２８】図７に本発明のさらに他の実施例を示す。
冷却器７に冷媒を供給、排出する配管部８の周囲にも断
熱材２３及び防湿性のフィルム状ヒータ２４を設置した
ものである。こうすることにより配管部８における結露
も防止することができ、装置の信頼性が増す。
冷却器７に冷媒を供給、排出する配管部８の周囲にも断
熱材２３及び防湿性のフィルム状ヒータ２４を設置した
ものである。こうすることにより配管部８における結露
も防止することができ、装置の信頼性が増す。
【００２９】図８に本発明のさらに他の実施例を示す。
ケース（ケース２５、ケース２６）,断熱材（断熱材
７、断熱材２８）、及び断熱材外周部のヒータ（ヒータ
２９、ヒータ３０）を、半導体パッケージ又はモジュー
ルとこれに取付けられる冷却器にそれぞれ独立に設けた
ものである。半導体パッケージ又は半導体モジュール側
のケース２５と冷却器側のケース２６の継ぎ目にはシー
ル３１が設けられている。ケース２５とケース２６ 、
シール３１とシール３２及びマザーボード１により閉空
間が形成される。半導体パッケージ又は半導体モジュー
ルは保守作業を必要とすることがあり、その際これらを
マザーボード１から取り外すことが必要になる。この保
守作業にあたっては、まず、冷却器７をモジュールキャ
ップ５から切り離さなければならないが、本実施例で
は、ケース、断熱材、及び断熱材外周のヒータが、半導
体パッケージ又は半導体モジュールとこれに取付けられ
る冷却器に、それぞれ独立に設けられているので、この
切り離し作業を容易に行うことができる。
ケース（ケース２５、ケース２６）,断熱材（断熱材
７、断熱材２８）、及び断熱材外周部のヒータ（ヒータ
２９、ヒータ３０）を、半導体パッケージ又はモジュー
ルとこれに取付けられる冷却器にそれぞれ独立に設けた
ものである。半導体パッケージ又は半導体モジュール側
のケース２５と冷却器側のケース２６の継ぎ目にはシー
ル３１が設けられている。ケース２５とケース２６ 、
シール３１とシール３２及びマザーボード１により閉空
間が形成される。半導体パッケージ又は半導体モジュー
ルは保守作業を必要とすることがあり、その際これらを
マザーボード１から取り外すことが必要になる。この保
守作業にあたっては、まず、冷却器７をモジュールキャ
ップ５から切り離さなければならないが、本実施例で
は、ケース、断熱材、及び断熱材外周のヒータが、半導
体パッケージ又は半導体モジュールとこれに取付けられ
る冷却器に、それぞれ独立に設けられているので、この
切り離し作業を容易に行うことができる。
【００３０】図９に本発明のさらに他の実施例を示す。
断熱材３３、断熱材３４、及びその外周部の防湿性のフ
ィルム状ヒータ３５、３６を、半導体パッケージ又は半
導体モジュールと、冷却器に、それぞれ独立に設けたも
のである。これにより保守作業時に冷却器をモジュール
キャップから切り離すことが容易になる。
断熱材３３、断熱材３４、及びその外周部の防湿性のフ
ィルム状ヒータ３５、３６を、半導体パッケージ又は半
導体モジュールと、冷却器に、それぞれ独立に設けたも
のである。これにより保守作業時に冷却器をモジュール
キャップから切り離すことが容易になる。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、半導体パッケージ又は
半導体モジュールの多層配線基板内の入出力ピン取り付
け面近傍に加熱領域を作り込み、この加熱領域に通電す
ることにより入出力ピンの温度を周囲空気の露点よりも
高く制御するとともに多層配線基板に生じる温度分布を
利用して半導体チップを低温に保持することが出来る。
また、
半導体モジュールの多層配線基板内の入出力ピン取り付
け面近傍に加熱領域を作り込み、この加熱領域に通電す
ることにより入出力ピンの温度を周囲空気の露点よりも
高く制御するとともに多層配線基板に生じる温度分布を
利用して半導体チップを低温に保持することが出来る。
また、
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の図。
【図２】グリーンシートの平面図。
【図３】グリーンシートの平面図。
【図４】断熱材外周部のヒータの効果を表す図。
【図５】本発明の他の実施例の図。
【図６】本発明のさらに他の実施例の図。
【図７】本発明のさらに他の実施例の図。
【図８】本発明のさらに他の実施例の図。
【図９】本発明のさらに他の実施例の図。
１…プリント配線基板、２…入出力ピン、３…セラミッ
ク多層配線基板、４…半導体チップ、５…モジュールキ
ャップ、６…伝熱体、７…冷却器、８…配管、９…加熱
領域、１０…ケース、１１…シール部、１２…固定版、
１３…固定部、１４…断熱材、１４…ヒータ、１５…ヒ
ータ、１６…グリーンシート、１７…スルーホール、１
８…ヒータ、１９…電極、２０…薄膜層、２１…断熱
材、２２…フィルム状ヒータ、２３…断熱材、２４…フ
ィルム状ヒータ、２５…ケース、２６…ケース、２７…
断熱材、２８…断熱材、２９…ヒータ、３０…ヒータ、
３１…シール、３２…シール、３３…断熱材a、３４…
断熱材b、３５…ヒータ、３６…ヒータ。
ク多層配線基板、４…半導体チップ、５…モジュールキ
ャップ、６…伝熱体、７…冷却器、８…配管、９…加熱
領域、１０…ケース、１１…シール部、１２…固定版、
１３…固定部、１４…断熱材、１４…ヒータ、１５…ヒ
ータ、１６…グリーンシート、１７…スルーホール、１
８…ヒータ、１９…電極、２０…薄膜層、２１…断熱
材、２２…フィルム状ヒータ、２３…断熱材、２４…フ
ィルム状ヒータ、２５…ケース、２６…ケース、２７…
断熱材、２８…断熱材、２９…ヒータ、３０…ヒータ、
３１…シール、３２…シール、３３…断熱材a、３４…
断熱材b、３５…ヒータ、３６…ヒータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西原 淳夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 本間 満 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Ｆターム(参考） 5E322 AA05 AA11 AB10 AB11 CA06 EA02 EA03 FA01 FA02 FA04 5F036 AA01 AA04 BA05 BB23 BC33
Claims (4)
- 【請求項１】冷凍機ユニットの冷却器と、この冷却器と
熱的に接触させた半導体モジュールとを備えた電子機器
において、前記冷却器と前記半導体モジュールを断熱材
で覆い、この断熱材の外周にヒータを設けた電子機器。 - 【請求項２】冷凍機ユニットの冷却器と、この冷却器と
熱的に接触させた半導体モジュールとを備えた電子機器
において、前記冷却器と前記半導体モジュールを断熱材
で覆い、この断熱材の外周にヒータを設けるとともに、
前記半導体ムジュール内の配線基板内に加熱手段を設け
た電子機器。 - 【請求項３】冷凍機ユニットの冷却器と、この冷却器と
熱的に接触させた半導体モジュールとを備えた電子機器
において、前記半導体モジュール内の半導体チップを取
付けた配線基板と、この配線基板の設けられた入出力ピ
ンと、この入出力ピン側の配線基板内にヒータを設けた
電子機器。 - 【請求項４】請求項３において、前記配線基板がガラス
セラミック基板である電子機器。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26430498A JP3470612B2 (ja) | 1998-09-18 | 1998-09-18 | 電子機器 |
| US09/398,036 US6292365B1 (en) | 1998-09-18 | 1999-09-17 | Electronic apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26430498A JP3470612B2 (ja) | 1998-09-18 | 1998-09-18 | 電子機器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000101000A true JP2000101000A (ja) | 2000-04-07 |
| JP3470612B2 JP3470612B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=17401326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26430498A Expired - Fee Related JP3470612B2 (ja) | 1998-09-18 | 1998-09-18 | 電子機器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6292365B1 (ja) |
| JP (1) | JP3470612B2 (ja) |
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1999
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| US6292365B1 (en) | 2001-09-18 |
| JP3470612B2 (ja) | 2003-11-25 |
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