JP2014120594A - 冷却装置及びその製造方法並びに電子部品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子装置1は、基板2に実装されたチップ3を冷却する冷却装置6を有する。冷却装置6は、リッド20の複数の貫通孔21を有し、各貫通孔21には冷却ピストン22が1つのチップ3に対して1つずつ挿入されている。冷却ピストン22は、下側の第1のピストン31と上側の第2のピストン32を第2のハンダ33で接合した構成を有する。冷却装置6の製造時には、冷却ピストン22をチップ3の上方に配置した状態で、第2のハンダ33を加熱して溶解させる。上方から第2のピストン32を下側に押圧し、リッド20の上面20Aと第2のピストン32の上面32Aとを一致させた状態で、第2のハンダ33を凝固させる。
【選択図】図2
Description
部品が1つの基板上に実装されたマルチチップモジュールを有するものがある。このタイプのコンピュータでは、マルチチップモジュールの上に冷却装置を取り付けて、マルチチップモジュール内のチップを冷却している。
また、マルチチップモジュールでは、チップに不具合が生じたときにチップを交換することがある。このような場合、チップを基板に再実装するときにチップの高さが交換前の高さと異なってしまうことがある。ところが、従来の冷却装置では、最初のチップ実装時にピストンを切削加工してしまっているので、チップの高さの変更に対応してピストンの位置を変更することができない。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、チップの冷却部材を簡単な構成で、かつ再利用可能にすることを目的とする。
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、典型例及び説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない。
最初に、図1に冷却部品を含む電子装置の概略構成を示す。電子装置1は、基板2上に複数のチップ3やその他の電子部品4が実装されたマルチチップモジュール5を有する。さらに、マルチチップモジュール5の上には、複数のチップ3を冷却する冷却装置6が搭載されている。冷却装置6は、各チップ3の上面に1枚ずつ密着させられるシート状の第1の放熱材料(TIM: Thermal Interface Material)7を有する。第1の放熱材料7の上
には、モジュールリッド8が搭載されている。モジュールリッド8の上には、シート状の第2の放熱材料9を介して水冷コールドプレート10(熱交換ユニット)が配置されている。水冷コールドプレート10は、不図示の流路が内部に形成されており、流路に冷媒を通流させることによってチップ3で発生した熱を冷却することが可能になっている。ここで、冷却装置6は、冷却コールドプレート10の代わりに複数の放熱フィンを設けた熱交換ユニットを用いても良い。
る。
れており、その各々に冷却ピストン22が1つずつ収容されている。モジュールリッド8のリッド20及び冷却ピストン22は、熱伝導性が良好な材料、例えば銅やアルミを用いて製造されている。図3にモジュールリッド8の平面図を示すように、貫通孔21は、平面視における形状が正方形になっており、冷却ピストン22が1つずつ貫通孔21に沿って上下に移動可能に挿入されている。また、冷却ピストン22の平面視における形状も正方形になっているが、冷却ピストン22の一辺の長さは、貫通孔21の一辺の長さより小さくなっており、貫通孔21と冷却ピストン22との間には、隙間23が形成されている。
最初に、図5に示すホットプレス機40の固定定盤41の上に基板2を載置する。さらに、基板2上の所定位置に複数のチップ3を搭載する。具体的には、図2に示す基板2上の電極11にチップ3に取り付けた第1のバンプ12を載置する。
小さくなり、冷却ピストン22の高さが低くなる。
1と第2のピストン32の高さH2は同じでも良いし、異なっても良い。また、リッド20の貫通孔21の幅及び奥行き(一辺の長さ)をHD、リッド20の高さをRTとする。
(HD2×RT)−(PD2×(H1+H2))≧(PD2×H3)
が成り立てば良い。このときの貫通孔21の一辺の長さHDは、
HD≧(PD2×(H1+H2+H3)/RT)0.5
となる。即ち、HDが(PD2×(H1+H2+H3)/RT)0.5以上の長さを有していれば、第2のハンダ33がリッド20の上下面20A,20Bのいずれからも漏れ出ることなく、冷却ピストン22の位置を調整できる。
ここで、ピストンは直法体でなくても良い。貫通孔の平面視における形状は正方形に限定されない。
第2の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付してある。また、第1の実施の形態と重複する説明は省略する。
チップ3を基板2に実装したときの高さのばらつきの最大値Xが正確に判明しない場合などには、第2のハンダ33の厚さH3を大きく設定する必要がある。しかしながら、リ
ッド20の厚さRTが同じ場合には、貫通孔21と冷却ピストン22の隙間23が大きくなるので、冷却ピストン22の位置ずれが生じ易くなる。また、ばらつきの最大値Xが既知の場合でも、冷却ピストン22の位置ずれをさらに低減させる観点からは、貫通孔21と冷却ピストン22の隙間23をより小さくすることが好ましい。この実施の形態は、このような観点に基づいてなされたものである。
そして、図12に示すようにリッドの高さ方向の中間部分に凹部を形成したりしても良い。
(付記1) 発熱体の上方に配置され、貫通孔が形成されたリッドと、前記貫通孔に挿入され、前記発熱体に熱的に接触させられる冷却ピストンと、前記冷却ピストンに熱的に接触させられ、前記発熱体で発生した熱であって、前記冷却ピストンを介して伝達される熱と熱交換可
能な熱交換ユニットと、を含み、前記冷却ピストンは、前記発熱体の上方に配置される第1のピストンと、前記第1のピストンの上方に配置され、その上面が前記リッドの上面と同じ高さに配置される第2のピストンと、前記第1のピストンと前記第2のピストンの間に配置され、前記第1のピストンと前記第2のピストンを連結させると共に、加熱により前記冷却ピストンの高さを変更可能に溶融する連結部材と、を有することを特徴とする冷却装置。
(付記2) 前記連結部材は、前記リッドと前記冷却ピストンを接合させていることを特徴とする付記1に記載の冷却装置。
(付記3) 前記冷却ピストンと前記リッドの前記貫通孔は隙間を有し、前記隙間の体積は、前記連結部材の体積以上であることを特徴とする付記1又は付記2に記載の冷却装置。
(付記4) 前記連結部材は、ハンダであることを特徴とする付記1乃至付記3のいずれか一項に記載の冷却装置。
(付記5) 前記貫通孔の少なくとも一部に前記隙間の体積を増大させる凹部が形成されていることを特徴とする付記1乃至付記4のいずれか一項に記載の冷却装置。
(付記6) 付記1乃至付記5のいずれか一項に記載の冷却装置と、半導体素子が形成されたチップが基板に複数搭載されたマルチチップモジュールと、を含み、前記チップを前記基板に接合するハンダの融点より前記連結部材の融点の方が低いことを特徴とする電子装置。
(付記7) 発熱体の上方に複数の貫通孔を有するリッドを配置する工程と、複数の前記貫通孔に、第1のピストンと第2のピストンを連結部材で連結させた冷却ピストンを1つずつ挿入する工程と、前記リッドの位置を固定し、前記冷却ピストンを加熱して前記連結部材を溶融させながら前記第2のピストンを押圧し、全ての前記冷却ピストンの前記第2のピストンの上面と前記リッドの上面を一致させる工程と、全ての前記冷却ピストンの前記第2のピストンの上面と前記リッドの上面が一致した状態で前記連結部材を凝固させる工程と、前記発熱体で発生した熱であって、前記冷却ピストンを介して伝達される熱と熱交換可能な熱交換ユニットを前記冷却ピストンの上方に配置する工程と、を含むことを特徴とする冷却装置の製造方法。
(付記8) 前記リッドを降下させ、全ての前記第2のピストンの上端を前記リッドの上面から突出させる工程を含むことを特徴とする付記7に記載の冷却装置の製造方法。
(付記9) 全ての前記冷却ピストンの前記第2のピストンの上面と前記リッドの上面を一致させる工程は、前記第2のピストンを加熱して前記連結部材を溶融させながら押圧することによって、前記連結部材を前記冷却ピストンと前記貫通孔の隙間に、前記リッドの上面及び下面から前記連結部材が溢れ出ない範囲内で流出させることを含むことを特徴とする付記6又は付記7に記載の冷却装置の製造方法。
(付記10) 付記7乃至付記9のいずれか一項に記載の冷却装置の製造方法と、半導体素子が形成された発熱体であるチップを基板にハンダバンプを用いて接合する工程と、を含み、前記冷却ピストンの前記連結部材を溶融させる工程は、前記冷却ピストンの前記連結部材を前記ハンダバンプの融点より低い温度で溶融させる工程を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
2 基板
3 チップ(発熱体)
4 電子部品(発熱体)
5 マルチチップモジュール
6 冷却装置
12 第1のハンダ(ハンダバンプ)
20 リッド
20A 上面
10 水冷コールドプレート(熱交換ユニット)
21 貫通孔
22 冷却ピストン
23 隙間
31 第1のピストン
32 第2のピストン
32A 上面
33 第2のハンダ(連結部材)
71,72,75 凹部
Claims (5)
- 発熱体の上方に配置され、貫通孔が形成されたリッドと、
前記貫通孔に挿入され、前記発熱体に熱的に接触させられる冷却ピストンと、
前記冷却ピストンに熱的に接触させられ、前記発熱体で発生した熱であって、前記冷却ピストンを介して伝達される熱と熱交換可能な熱交換ユニットと、
を含み、
前記冷却ピストンは、
前記発熱体の上方に配置される第1のピストンと、
前記第1のピストンの上方に配置され、その上面が前記リッドの上面と同じ高さに配置される第2のピストンと、
前記第1のピストンと前記第2のピストンの間に配置され、前記第1のピストンと前記第2のピストンを連結させると共に、加熱により前記冷却ピストンの高さを変更可能に溶融する連結部材と、
を有することを特徴とする冷却装置。 - 前記連結部材は、前記リッドと前記冷却ピストンを接合させていることを特徴とする請求項1に記載の冷却装置。
- 前記連結部材は、ハンダであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の冷却装置。
- 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の冷却装置と、
半導体素子が形成されたチップが基板に複数搭載されたマルチチップモジュールと、
を含み、
前記チップを前記基板に接合するハンダの融点より前記連結部材の融点の方が低いことを特徴とする電子装置。 - 発熱体の上方に複数の貫通孔を有するリッドを配置する工程と、
複数の前記貫通孔に、第1のピストンと第2のピストンを連結部材で連結させた冷却ピストンを1つずつ挿入する工程と、
前記リッドの位置を固定し、前記冷却ピストンを加熱して前記連結部材を溶融させながら前記第2のピストンを押圧し、全ての前記冷却ピストンの前記第2のピストンの上面と前記リッドの上面を一致させる工程と、
全ての前記冷却ピストンの前記第2のピストンの上面と前記リッドの上面が一致した状態で前記連結部材を凝固させる工程と、
前記発熱体で発生した熱であって、前記冷却ピストンを介して伝達される熱と熱交換可能な熱交換ユニットを前記冷却ピストンの上方に配置する工程と、
を含むことを特徴とする冷却装置の製造方法。
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CZ306788B6 (cs) * | 2016-07-14 | 2017-07-07 | Západočeská Univerzita V Plzni | Mezivrstva pro pájené spojení |
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