JP2006203203A - 電子組立体のための熱管理システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子構成部材を効率よく冷却する。
【解決手段】電子組立体のための熱管理システム１００は、基板１０４に結合された集積回路パッケージ１０２と、コールドプレート１１０に結合された基板１０４と、集積回路パッケージ１０２とコールドプレート１１０との間に配置され、且つ、それらの双方と係合するバネ部材１１４と、バネ部材１１４によって形成されるチャンバ１１５内に配置される熱伝達素子１１６とを含む。
【効果】集積回路パッケージ１０２からコールドプレート１１０への効果的な熱伝達を促進する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的には、電子組立体のための熱管理に関し、より詳細には、回路基板に結合される集積回路パッケージのための熱管理システム及び方法に関する。

ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）のような集積回路パッケージを回路基板に取り付ける際には、熱の注意深い検討が必要である。例えば、ＢＧＡアプローチを用いて、位相配列レーダ用のタイルに基づく送受信（ＴＲ）モジュールを回路基板に取り付ける際には、熱接触面がボール取付と干渉しない必要がある。はんだボール上に十分な応力を置くことによって熱界面がＴＲモジュールと回路基板との間の分離を引き起こさないよう、熱界面は十分に柔軟性がなければならない。

空気の低い熱伝導率は伝熱のために十分でないので、単に空気界面を有することは十分ではない。集積回路パッケージと回路基板との間に固形材料を配置することは、熱伝導率の要件を満足し得るが、関連する許容差の故に、それは現実的でないであろう。間隙内に配置される適合材料は、はんだボール上の熱応力の懸念を軽減する可能性があるが、高い熱伝導率を備える適合材料は入手可能でない。

従来技術の上記問題点を解決することが本発明の目的である。

本発明の実施態様によれば、電子組立体のための熱管理システムは、基板に結合された電子構成部材と、コールドプレートに結合された基板と、電子構成部材とコールドプレートとの間に配置され、且つ、それらの双方と係合するバネ部材と、バネ部材によって定められるチャンバ内に配置される熱伝達素子とを含む。

本発明の実施態様は、多くの技術的利点をもたらす。本発明の実施態様は、これらの利点の全部又は一部を含み得るし、或いは、全く含まなくてもよい。例えば、１つの実施態様において、頂部表面及び底部表面を集積回路パッケージベース及びコールドプレートにそれぞれ接触し続けるためにバネ状組立体を使用することは、十分な熱結合及び構造的完全性を可能にする。そのような組立体は、温度極端に亘る動作の結果として生じる寸法変化にも拘わらず、良好な熱接触を残存させる。二相熱伝達を促進するために、この組立体を熱パイプの概念と類似する概念と組み合わせ得る。

他の技術的利点は、以下の図面、記載、及び、請求項から当業者に容易に明らかである。

本発明の実施態様及びそれらの利点の一部は、図１を参照することによって最良に理解され、同等番号は様々の図面の同等及び対応する部材のために用いられている。

図１は、本発明の実施態様に従って回路基板１０４に結合された集積回路パッケージ１０２のための熱管理システム１００を例証する横断正面図である。例証されている実施態様において、集積回路パッケージ１０２は、回路基板１０４に形成された接触パッド１０７にそれぞれ結合された複数のはんだボール１０６によって回路基板１０４に結合されたボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）として表わされている。しかしながら、本発明は、如何なる適切な基板に如何なる方法で結合される他の適切な集積回路パッケージ又は電子構成部品をも意図する。例えば、集積回路パッケージ１０２は、その表面に結合された集積回路のような如何なる適切な数及び種類の熱発生構成部品も有し得る。

システム１００のための用途に依存して、集積回路パッケージ１０２からの効果的な放熱も重要であり得る。従って、本発明の１つの実施態様の教示に従えば、システム１００は、集積回路パッケージ１０２とコールドプレート１１０との間に配置され、且つ、その双方と係合する熱伝達組立体１１２を含む。コールドプレート１１０は、回路基板１０４に結合され、如何なる適切なサイズ及び形状をも有し、適切な金属のような如何なる適切な材料でも形成され得る。加えて、コールドプレート１１０は、１つ又はそれ以上の層で形成され得る。

熱伝達組立体１１２は、集積回路パッケージ１０２によって発生する熱をコールドプレート１１０に伝達する。例証されている実施態様において、熱伝達組立体１１２は、バネ部材１１４と、バネ部材１１４によって定められるチャンバ１１５内に配置された熱伝達素子１１６とを含む。熱伝達組立体１１２は充填口１１８も含み得る。集積回路パッケージ１０２からコールドプレート１１０への効果的な熱伝達を得るために、システム１００の動作中、バネ部材１１４の頂部１２１は集積回路パッケージ１０２と係合したままであり、バネ部材１１４の底部１２３はコールドプレート１１０と係合したままである。よって、バネ部材１１４は、システム１００の動作中、頂部１２１が集積回路パッケージ１０２に力を及ぼし、底部１２３がコールドプレート１１０に力を及ぼすことを許容するよう構成されている。１つの実施態様において、集積回路パッケージ１０２とコールドプレート１１０との間の距離１２５は、約０．２５インチに過ぎない。

例証されている実施態様において、バネ部材１１４は、各両端部が機械的結合のような適切な方法で結合された２つの別々の金属シートで形成されている。バネ部材１１４は、適切な金属のような如何なる適切な材料でも形成され、頂部１２１と集積回路パッケージ１０２及び底部１２３とコールドプレート１１０の継続的な係合を容易にするための如何なる適切なサイズ及び形状をも有し得る。よって、バネ部材の適合性の１つの利点は、熱伝達組立体１１２が温度極端に亘って動作し、製造公差を許容することを可能にすることである。

熱伝達素子１１６は、バネ部材１１４の頂部１２１から底部１２３へ熱を伝達する働きをする如何なる適切な素子をも含み得る。熱伝達素子１１６は、頂部１２１及び底部１２３の双方と如何なる適切な方法でも結合及び／又は係合し得る。熱伝達素子１１６が頂部１２１及び底部１２３の双方と接触し続けるのが好ましい。よって、１つの実施態様では、熱伝達素子１１６の頂部及び底部の表面がバネ部材と接触し続けるよう、バネ部材１１４のチャンバ１１５内への挿入中、熱伝達素子１１６を圧縮状態に置き得る。

例証されている実施態様において、熱伝達素子１１６は、熱パイプと類似の働きをする如何なる適切な材料でも形成されるワイヤメッシュのような適切なウィッキング材料を含む。よって、１つの実施態様では、流体の蒸発（即ち、熱除去）が頂部１２１と熱伝達素子１１６の界面で生じ、流体の凝縮が底部１２３とコールドプレート１１０の界面に現れるよう、流体が如何なる適切な圧力でもチャンバ１１５内に配置される。集積回路パッケージ１０２から効果的に熱を除去し、それをコールドプレート１１０に供給するために、各場所での流体のこの蒸発及び凝縮は、システム１００の動作を通じて継続的である。水、アセトン、メタノール、又は、他の適切な流体のような如何なる適切な流体も本発明によって意図される。

よって、本発明の１つの実施態様の動作中、熱伝達組立体１１２は、頂部１２１を集積回路パッケージ１０２と接触させ、且つ、底部１２３をコールドプレート１１０と接触させ続けるながらも、それらの接触領域が集積回路パッケージ１０２からコールドプレート１１０への熱伝達の大部分を遂行しなければならないことから解放することによって、過剰な応力がはんだボール１０６／接触パッド１０７界面に発生するのを防止することによって、集積回路パッケージ１０２からコールドプレート１１０への効果的な熱伝達を促進する。

本発明の実施態様及びそれらの利点の一部が詳細に記載されているが、当業者であれば、添付の請求項によって定められるような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更、追加、及び、省略をなし得るであろう。

本発明の実施態様に従って回路基板に結合された集積回路パッケージのための熱管理システムを示す横断正面図である。

符号の説明

１００ 熱管理システム
１０２ 集積回路パッケージ
１０３ 集積回路
１０４ 回路基板
１０６ はんだボール
１０７ 接触パッド
１１０ コールドプレート
１１２ 熱伝達組立体
１１４ バネ部材
１１５ チャンバ
１１６ 熱伝達素子
１１８ 充填口
１２１ 頂部
１２３ 底部

Claims (20)

1. 基板に結合された電子構成部材と、
   コールドプレートに結合された前記基板と、
   前記電子構成部材と前記コールドプレートとの間に配置され、且つ、それらの双方と係合するバネ部材と、
   該バネ部材によって定められるチャンバの内部に配置される熱伝達素子とを含む、
   電子組立体のための熱管理システム。
2. 前記電子構成部材はボールグリッドアレイを含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記電子組立体は宇宙基盤アンテナを含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記基盤は回路基盤を含む、請求項１に記載のシステム。
5. 前記バネ部材は、各両端部で結合された一組の薄い金属シートを含む、請求項１に記載のシステム。
6. 前記熱伝達素子はウィッキング材料を含む、請求項１に記載のシステム。
7. 前記チャンバ内に流体を供給するために、前記チャンバに結合された充填口をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
8. 前記電子構成部材と前記コールドプレートとの間の距離は、約０．２５インチに過ぎない、請求項１に記載のシステム。
9. 電子構成部材を基板に結合するステップと、
   前記基板をコールドプレートに結合するステップと、
   バネ部材が前記電子構成部材及び前記コールドプレートの双方と係合するよう、前記バネ部材を前記電子構成部材と前記コールドプレートとの間に配置するステップと、
   前記バネ部材によって形成されるチャンバの内部に熱伝達素子を配置するステップとを含む、
   電子組立体のための熱管理方法。
10. 前記電子構成部材はボールグリッドアレイを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記電子組立体は宇宙基盤アンテナを含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記電子構成部材を基板に結合するステップは、前記電子構成部材を前記回路基板に結合するステップを含む、請求項９に記載の方法。
13. 前記バネ部材は、各両端部で結合された一組の薄い金属シートを含む、請求項９に記載の方法。
14. 前記熱伝達素子はウィッキング材料を含む、請求項９に記載の方法。
15. 充填口を前記チャンバに結合し、流体を前記チャンバの内部に供給するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
16. 前記電子構成部材と前記コールドプレートとの間の距離は、約０．２５インチに過ぎない、請求項９に記載の方法。
17. 回路基板に結合された集積回路と、
    コールドプレートに結合された前記回路基板と、
    前記電子構成部材と前記コールドプレートとの間に配置され、且つ、それらの双方に係合するバネ部材と、
    該バネ部材によって形成されるチャンバの内部に配置されたウィッキング材料と、
    前記チャンバの内部に配置された流体とを含み、
    前記バネ部材の第一表面は第一の力を前記集積回路に加え、且つ、前記バネ部材の第二表面は第二の力を前記コールドプレートに加えることで、電子組立体の動作中、前記第一部材は、前記集積回路と係合したままであり、前記第二部材は、前記コールドプレートと係合したままである、
    電子組立体のための熱管理システム。
18. 前記バネ部材は、各両端部で結合された一組の薄い金属シートを含む、請求項１７に記載のシステム。
19. 前記ウィッキング材料はワイヤメッシュを含む、請求項１７に記載のシステム。
20. 前記チャンバ内に流体を供給するために、前記チャンバに結合された充填口をさらに含む、請求項１７に記載のシステム。

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