JP2004103887A

JP2004103887A - 集積回路モジュール

Info

Publication number: JP2004103887A
Application number: JP2002264978A
Authority: JP
Inventors: So Sonobe; 園部　創
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】異なる最大発熱温度を有する複数の集積回路パッケージを実装する集積回路モジュールについて、その最大発熱温度や温度定格を考慮した適切な冷却を行うこと。
【解決手段】温度定格や最大発熱温度の値が異なる複数の集積回路パッケージについて、個別に又は選択的に冷却装置を実装する。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、情報処理装置に用いられる集積回路モジュールの冷却に係わり、特に一つの基板上に複数の集積回路パッケージが実装されたタイプの集積回路モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報処理装置に内蔵されるＣＰＵなどの集積回路（以下ＩＣと称する）は、その動作周波数の向上により、動作に伴う発熱量も増大している。そのため、ＩＣの安定動作のために、発熱による温度上昇を抑えるための冷却技術が重要となっている。従来は１つのＩＣに対し、１個の冷却モジュールを用いてＩＣの冷却を行っていた。これは、従来のＩＣにおいて、一つのシリコンが一つのパッケージに収まっていたため、発熱量について把握しやすく、対応する冷却モジュールを選択することが容易にできた、という背景がある。
【０００３】
近年、１つのＩＣパッケージの中に２個から３個のシリコンを収めたマルチチップモジュール（Ｍｕｌｔｉ　Ｃｈｉｐ　Ｍｏｄｕｌｅ、以下ＭＣＭと称する）や、従来のＩＣパッケージほどの大きさの基板に、それぞれシリコンを内蔵した複数のＩＣパッケージを実装して、これを一つのＩＣパッケージと同様に取り扱うマルチパッケージモジュール（Ｍｕｌｔｉ　Ｐａｃｋａｇｅ　Ｍｏｄｕｌｅ、以下ＭＰＭと称する）というタイプのＩＣが実用化されている。
【０００４】
このようなＭＣＭやＭＰＭにおいて、内蔵されているシリコン毎に発熱量や温度定格が異なる場合が多い。ＭＣＭにおいては複数のシリコンが一つのプラスチックパッケージに収められているので、シリコンの発熱がプラスチックパッケージを伝わって拡散し、熱の均一化が働きやすい。そのため、従来と同様に、一つの冷却装置で冷却を行うことが可能であった。
【０００５】
しかし、ＭＰＭにおいては、各ＩＣパッケージはそれぞれ独立したプラスチックパッケージとなっており、これら複数のパッケージに対して、それぞれの最大発熱時温度や温度定格に応じた適切な冷却を行うことが困難であった。一つの冷却装置で冷却を行おうとすると、低耐熱部分に合わせた放熱・冷却が必要となるため、冷却装置のヒートシンクが大きくなる。
【０００６】
なお、ＭＣＭに対して適用される冷却装置の一つである冷却フィンに関する発明で、冷却フィンのうち、ＭＣＭ中の発熱量の大きなチップに対向する部分について、その溝の深さを深くして冷却効率を上げる、というものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１５６７５号公報（第４−５頁　図１、図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ＭＰＭにおいて、複数のパッケージに対して最大発熱時温度や温度定格に応じた適切な冷却を行うことが困難であった。
【０００９】
本発明はＭＰＭのような集積回路モジュールに対しても、パッケージごとの最大発熱時温度や温度定格を考慮して、適切な冷却を行うことができる冷却装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、基板と、この基板の第一の面に配され、第一の温度定格を有する第一の集積回路パッケージと、前記基板の第一の面に配され、第一の集積回路パッケージとは別のパッケージであり、前記第一の温度定格と異なる第二の温度定格を有する第二の集積回路パッケージと、前記基板の第一の面の裏面である第二の面に、他の基板と電気的に接続するためのボールグリッドアレイを具備する集積回路モジュールであって、前記第一の集積回路パッケージに熱的に接続される第一の冷却装置と、前記第二の集積回路パッケージに熱的に接続され、かつ前記第一の冷却装置とは熱的に接続されていない第二の冷却装置とを具備することを特徴とする。
【００１１】
このような構成によれば、最大発熱時温度や温度定格を考慮した適切な冷却を行うことが可能となる。
【００１２】
また、この発明は、基板と、この基板の第一の面に配され、第一の温度定格と、この温度定格を超える最大発熱時温度を有する第一の集積回路パッケージと、前記基板の第一の面に配され、前記第一の温度定格と異なる第二の温度定格を有する第二の集積回路パッケージと、前記基板の第一の面の裏面である第二の面に、他の基板と電気的に接続するためのボールグリッドアレイを具備する集積回路モジュールであって、前記第一の集積回路パッケージと熱的に接続され、かつ前記第二の集積回路パッケージとは熱的に接続されていない冷却装置を具備することを特徴とする。
【００１３】
このような構成によれば、最大発熱時温度や温度定格を考慮した適切な冷却を行うことが可能となる。
【００１４】
また、この発明は、基板と、この基板の第一の面に配され、第一の温度定格を有する第一の集積回路パッケージと、前記基板の第一の面に配され、前記第一の温度定格と異なる第二の温度定格を有する第二の集積回路パッケージと、前記基板の第一の面の裏面である第二の面に、他の基板と電気的に接続するためのボールグリッドアレイを具備する集積回路モジュールであって、前記第一の集積回路パッケージに熱的に接続される第一の冷却部と、前記第二の集積回路パッケージに熱的に接続される第二の冷却部と、前記第一の冷却部と前記第二の冷却部とを接続するブリッジ部とを具備する冷却装置を具備することを特徴とする。
【００１５】
このような構成によれば、最大発熱時温度や温度定格を考慮した適切な冷却を行うことが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について以下の通り説明する。図１は本発明の各実施形態に係わる集積回路モジュール１００について、後述する冷却装置を実装する前の状態を示す上面図である。この集積回路モジュールは、いわゆる基板であるＢＧＡサブストレート１０１と、このＢＧＡサブストレート１０１上に実装された集積回路パッケージ１０２、集積回路パッケージ１０３、集積回路パッケージ１０４を具備している。ＢＧＡサブストレート１０１の大きさは一辺が３０ｍｍから４０ｍｍ程度のものであり、その上に本実施形態では上述の３つの集積回路パッケージが実装されている。これらの集積回路パッケージは各々シリコンを内蔵している。集積回路パッケージの例としては画像処理用のエンジンなどが挙げられる。集積回路モジュールの例としてはこの画像処理用のエンジンやメモリを別々のパッケージとして、一つのＢＧＡサブストレートに実装したものが挙げられる。ＢＧＡにより、他の基板に画像処理用の一つのモジュールとして接続することが可能である。
【００１７】
図２はこの集積回路モジュール１００について、図１のＡ方向から見た側面図である。ＢＧＡサブストレート１０１のうち、集積回路パッケージ１０２が実装されている面の裏面に、情報処理装置内の他の基板上に実装するためのボールグリッドアレイ（以下ＢＧＡ）１０５が設けられている。
【００１８】
本発明の各実施形態において、図１に示した集積回路パッケージ１０２、１０３の動作が保証できる温度、すなわち温度定格がそれぞれ８０℃であり、集積回路パッケージ１０４は温度定格が１１０℃であるとする。以下、各集積回路パッケージの最大発熱時温度に応じてそれぞれ好適となる実施形態を説明する。この最大発熱時温度は、各集積回路パッケージについて計測されるもので、特に冷却を行わない状態で対象集積回路を最大負荷状態で動作させた場合にパッケージの温度として最も高くなる温度を意味する。
【００１９】
以下、図３を参照して本発明の第一の実施形態について以下の通り説明する。第一の実施形態は、集積回路パッケージ１０２、１０３の最大発熱時温度が８５℃であり、集積回路パッケージ１０４の最大発熱時温度が１１５℃である場合である。この実施形態はいずれの集積回路パッケージもその最大発熱時温度が温度定格を超える場合に相当する。図３はこのような集積回路パッケージにそれぞれ冷却装置を実装した状態の集積回路モジュールの上面図を示す。集積回路パッケージは上面からは見えないが、その位置について理解を助けるため、点線でその位置を示した。（以下、図中での点線部は実際には見えない集積回路パッケージの位置を示すために用いる。）
冷却装置１０６や冷却装置１０７は、それぞれ厚さ１ｍｍ程度の金属板を用いる。この冷却装置１０６を接着剤で集積回路パッケージ１０２、１０３の上に接着することで実装する。また、同様に冷却装置１０７を接着剤で集積回路パッケージ１０４の上に実装する。この実装については、集積回路パッケージが発する熱を冷却装置に伝えることができるように、すなわち熱的に接続するように行う。
【００２０】
図４はこの第一の実施形態の集積回路モジュールを図３における矢印Ａの方向から見た側面図である。それぞれ集積回路パッケージの上面に冷却装置１０６や、冷却装置１０７が実装された状態を示している。
【００２１】
冷却装置１０６や冷却装置１０７は冷却効果として、集積回路パッケージを１０℃程冷却する効果を有している。集積回路パッケージ１０２や１０３はその最大発熱時温度である８５℃まで温度が上昇しそうになっても、冷却装置１０６により、７５℃程度にまで冷却することができる。同様に、集積回路パッケージ１０４がその最大発熱時温度である１１５℃まで温度が上昇しそうになっても、冷却装置１０７により１０５℃程度にまで冷却することができる。
【００２２】
これは、一つの集積回路モジュールにおいて、熱的に接続されていない複数の冷却装置をそれぞれの集積回路パッケージに使用することにより得られる効果である。これについて更に以下の通り説明する。
【００２３】
本願発明の説明に用いる集積回路モジュールに対し、一つの冷却装置で対応しようとする場合、冷却装置内での熱伝導を考慮する必要がある。例えば、冷却効果が１０℃程の効果を有する冷却装置を集積回路パッケージ１０２、１０３、１０４全部をカバーするように実装した場合を考える。この場合、冷却装置が集積回路パッケージ１０４から熱を受けるため、その温度が最大で、集積回路パッケージ１０４の最大発熱時温度である１１５℃から１０℃だけ冷却した温度、１０５℃となる。熱伝導により冷却装置のうち、集積回路パッケージ１０２、１０３に実装されている部分の温度も１０５℃と同程度の温度となる可能性がある。冷却装置はこの集積回路パッケージ１０２、１０３にも熱的に接続しているため、集積回路パッケージ１０２、１０３の温度にも影響を及ぼす。この結果、集積回路パッケージ１０４の温度は集積回路パッケージ１０４の温度定格１１０℃の範囲内であるが、集積回路パッケージ１０２、１０３の温度は集積回路パッケージ１０２、１０３の温度定格８０℃を大幅に超えるため、集積回路モジュールとしての動作の安定性が保証できない。
【００２４】
第一の実施形態における集積回路パッケージの組を冷却するため、一つの冷却装置で単に対応しようとする場合、低い温度定格の集積回路パッケージに合わせるように冷却を行う必要がある。上述の例の場合は、最大発熱時温度１１５℃の集積回路パッケージを８０℃にまで冷却する必要がある。すなわち、冷却装置の冷却効果として、３５℃以上の冷却効果が必要となる。冷却効果が大きい冷却装置は実装、放熱するために大きな空間を必要とし、システムの小型化を阻害する要因となる。また、冷却効果を大きくするために冷却ファンなどを更に設ける場合は、排気口などを設置する必要があるため、実装位置に制限があり、またコスト高につながる。本発明によれば、コストを抑えつつ、このような問題を回避することができる。
【００２５】
なお、この第一の実施形態の応用として、図５に示す集積回路モジュールが挙げられる。この集積回路モジュールは、冷却装置１０８以外の部分は図３及び図４に示したものと同様の構成であるが、冷却装置１０８の部分が異なる。図５に示した冷却装置１０８は、冷却装置１０６と冷却装置１０７という別々のパーツに分かれているのではなく、ちょうど冷却装置１０６と冷却装置１０７とを各々の端部でブリッジ部１１０により接続するような形になる。図５中、円で示した部分がブリッジ部１１０にあたるが、このブリッジ部の材質として、冷却装置１０６や１０７の材質である銅をそのまま使用したり、銅よりも熱伝導率が低い材質を使用することができる。銅をそのまま使用する場合、二つのブリッジ部１１０の間をスリットを形成するように型抜きすることでブリッジ部を有する冷却装置１０８を作成することができる。
【００２６】
銅をそのまま使用しない場合、樹脂製のブリッジ部１１０で冷却装置間を接着して熱的な接続を弱めることが好ましい。このような冷却装置１０８を用いることで、冷却装置１０６と冷却装置１０７という二つに分かれていた冷却装置を一体の冷却装置のように取り扱うことができる。
【００２７】
このようにすれば、一体型の冷却装置で生じる熱伝導の効果を抑制することができる。また、冷却装置の実装において、複数の冷却装置を実装するのではなく、一つの冷却装置を実装することになるため、組み立ての工程数を減らすことができるという利点がある。
【００２８】
図６を参照して本発明の第二の実施形態について以下の通り説明する。第二の実施形態は、集積回路パッケージ１０２、１０３の最大発熱時温度が８５℃であり、集積回路パッケージ１０４の最大発熱時温度が１０５℃である場合である。この実施形態は集積回路パッケージ１０２、１０３の最大発熱時温度が温度定格を超え、集積回路パッケージ１０４は最大発熱時でもその温度が温度定格を超えない場合に相当する。
【００２９】
この場合、本実施形態においては、図６に示すように、集積回路パッケージ１０２と１０３をカバーするように冷却装置１０６を実装する。ここで、冷却装置１０６の冷却効果は１０℃程度とする。このように構成すると、集積回路パッケージ１０２と１０３は７５℃まで冷却されることができ、温度定格の範囲内に入る。一方、集積回路パッケージ１０４については、最大発熱時温度が温度定格を超えないため、自然冷却で充分であり、冷却装置を取り付ける必要がない。
【００３０】
図７を参照して本発明の第三の実施形態について以下の通り説明する。第三の実施形態は、集積回路パッケージ１０２、１０３の最大発熱時温度が８０℃であり、集積回路パッケージ１０４の最大発熱時温度が１１５℃である場合である。この実施形態は集積回路パッケージ１０４の最大発熱時温度が温度定格を超え、集積回路パッケージ１０２、１０３は最大発熱時でもその温度が温度定格を超えない場合に相当する。
【００３１】
この場合、本実施形態においては、図７に示すように、集積回路パッケージ１０４をカバーするように冷却装置１０７を実装する。ここで、冷却装置１０７の冷却効果は１０℃程度とする。このように構成すると、集積回路パッケージ１０４は１０５℃まで冷却されることができ、温度定格の範囲内に入る。一方、集積回路パッケージ１０２、１０３については、最大発熱時温度が温度定格を超えないため、自然冷却で充分であり、冷却装置を取り付ける必要がない。
【００３２】
第二と第三の実施形態においては、同じ集積回路モジュールにおいて、必要な集積回路パッケージについてのみ冷却装置を実装することで、不必要な冷却装置の実装を省くことができる。
【００３３】
なお、上記の各実施形態の説明では、冷却装置として、金属板を実装する例を挙げたが、集積回路モジュールに更に冷却ファンを実装して、より冷却効果を大きいものにすることが可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、最大発熱時温度や温度定格を考慮した適切な冷却を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施形態に係わる集積回路モジュールについて、冷却装置の実装前の状態を示す上面図。
【図２】本発明の各実施形態に係わる集積回路モジュールについて、冷却装置の実装前の状態を示す側面図。
【図３】本発明の第一の実施形態に係わる集積回路モジュールを示す上面図。
【図４】本発明の第一の実施形態に係わる集積回路モジュールを示す側面図。
【図５】本発明の第一の実施形態の応用例である集積回路モジュールを示す上面図。
【図６】本発明の第二の実施形態に係わる集積回路モジュールを示す上面図。
【図７】本発明の第三の実施形態に係わる集積回路モジュールを示す上面図。
【符号の説明】
１００…集積回路モジュール、１０１…ＢＧＡサブストレート、１０２〜１０４…集積回路パッケージ、１０５…ＢＧＡ、１０６〜１０８…冷却装置、１１０…ブリッジ部

Claims

基板と、
この基板の第一の面に配され、第一の温度定格を有する第一の集積回路パッケージと、
前記基板の第一の面に配され、第一の集積回路パッケージとは別のパッケージであり、前記第一の温度定格と異なる第二の温度定格を有する第二の集積回路パッケージと、
前記基板の第一の面の裏面である第二の面に、他の基板と電気的に接続するためのボールグリッドアレイを具備する集積回路モジュールにおいて、
前記第一の集積回路パッケージに熱的に接続される第一の冷却装置と、
前記第二の集積回路パッケージに熱的に接続され、かつ前記第一の冷却装置とは熱的に接続されていない第二の冷却装置とを具備することを特徴とする集積回路モジュール。
基板と、
この基板の第一の面に配され、第一の温度定格と、この温度定格を超える最大発熱時温度を有する第一の集積回路パッケージと、
前記基板の第一の面に配され、前記第一の温度定格と異なる第二の温度定格を有する第二の集積回路パッケージと、
前記基板の第一の面の裏面である第二の面に、他の基板と電気的に接続するためのボールグリッドアレイを具備する集積回路モジュールにおいて、
前記第一の集積回路パッケージと熱的に接続され、かつ前記第二の集積回路パッケージとは熱的に接続されていない冷却装置を具備することを特徴とする集積回路モジュール。
基板と、
この基板の第一の面に配され、第一の温度定格を有する第一の集積回路パッケージと、
前記基板の第一の面に配され、前記第一の温度定格と異なる第二の温度定格を有する第二の集積回路パッケージと、
前記基板の第一の面の裏面である第二の面に、他の基板と電気的に接続するためのボールグリッドアレイを具備する集積回路モジュールにおいて、
前記第一の集積回路パッケージに熱的に接続される第一の冷却部と、前記第二の集積回路パッケージに熱的に接続される第二の冷却部と、前記第一の冷却部と前記第二の冷却部とを接続するブリッジ部とを具備する冷却装置を具備することを特徴とする集積回路モジュール。
前記ブリッジ部の熱伝導率が前記第一の冷却部及び前記第二の冷却部の熱伝導率よりも低いことを特徴とする請求項３記載の集積回路モジュール。