JP3501918B2 - 発熱体の冷却装置 - Google Patents
発熱体の冷却装置Info
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子デバイスの発
熱体を冷却する冷却装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】最初に、電子装置、とくに半導体試験装
置において、冷却装置が必要となる温度環境について説
明する。半導体試験装置の電子回路は、被試験電子デバ
イスの回路の複雑化と、試験装置の小型化の要求と相ま
って必然的に集積度が高くなっている。 【０００３】例えば、大規模集積回路のＬＳＩやゲート
アレイの電子デバイスの集積度は高く、しかも高速化の
要求から動作時の温度上昇も大きくなりやすい。そし
て、発熱量の特に大きい電子デバイスとしては、例えば
集積度の高いＥＣＬゲートアレイや、汎用ＣＭＯＳなど
のＬＳＩや、電源モジュールなどがある。 【０００４】さらに、図６に示すように、その高度に集
積された半導体の電子デバイスはプリント配線基板に多
数搭載されているので発熱量は大きくなる。 【０００５】一般に、ＬＳＩやゲートアレイの構成要素
である半導体素子は、接合部（ジャンクション）の温度
が上昇するにつれ、寿命が短くなる傾向にある。従っ
て、接合部の温度（ジャンクション温度）は、例えば８
０度Ｃ以下に冷却する必要がある。また、ＬＳＩの一部
には、温度検出用のダイオードを内蔵させて、その電圧
変化により接合部の温度がモニタができるようにしたも
のがある。 【０００６】さらに、発熱の大きいＬＳＩは、発熱体と
して放熱性のよいセラミックのパッケージに封止されて
いる。そして、パッケージの片面に多数のピンの電極が
あり、たとえばＢＧＡ（BallGrid Array Package ）の
場合はボール状のピンが配置されプリント配線基板上に
表面実装される。 【０００７】これら、プリント配線基板上に表面実装さ
れた多数のＬＳＩは、電子デバイス自体の高さや実装上
の相違により、プリント配線基板からの発熱体の高さに
ばらつきが発生する。例えば、３８０×４５０ｍｍのプ
リント配線基板の上に１００個のＬＳＩを搭載した場合
で、その高さのばらつきは±１ｍｍである。 【０００８】従って、プリント配線基板に多数搭載さ
れ、高さにばらつきがあり、しかも発熱量の大きい電子
デバイスの発熱体を効率よく冷却する冷却装置が必要と
なる。 【０００９】次に、従来技術の例について、図４と図５
とを参照して説明する。図４に示すように、従来の冷却
装置の第１は、ノズル２６と、排気手段２２と、可変性
伝熱体２５と、伝熱板２４とで封止された金属ベローズ
２３とで構成している。 【００１０】そして、プリント配線基板１０に搭載され
た電子デバイス１１の発熱体１２に、可変性伝熱体２５
を当接させて、ノズル２６から液体冷媒を噴射させて、
その排気冷媒を排気手段２２を介して排出している。従
って、電子デバイス１１の発熱体１２で発生した熱は、
可変性伝熱体２５を介して伝熱板２４に熱伝導されて、
ノズル２６から噴射される液体冷媒により除去される。
この、金属ベローズ２３と冷媒を使用する冷却方法は、
小型化が困難であり、コストが高くなる。 【００１１】さらに、従来の冷却装置の第２は、図５に
示すように、放熱プレート３０と、伝熱バネ６０とで構
成している。 【００１２】そして、プリント配線基板１０に搭載され
た電子デバイス１１の発熱体１２に伝熱バネ６０を当接
させて、放熱プレート３０に熱を伝熱している。そし
て、放熱プレート３０に伝熱した熱は、放熱プレート３
０の冷媒通気孔３１に冷媒を通過させて強制冷却してい
る。 【００１３】また、発熱体１２と、放熱プレート３０
と、伝熱バネ６０との接触熱抵抗を減らすために、熱伝
導グリスを接触面に塗布して放熱効果を上げることがで
きる。しかし、伝熱バネ６０と放熱プレート３０による
冷却方法は、電気絶縁性がなく、しかも発熱により熱伝
導グリスのオイル分が蒸発するので放熱効果の経時劣化
がある。 【００１４】 【発明が解決しようとする課題】上記説明のように、金
属ベローズ２３と冷媒を使用する冷却方法は、小型化が
困難であり、コストが高くなる。また、伝熱バネ６０と
放熱プレート３０による冷却方法は、電気絶縁性がな
く、発熱により熱伝導グリスのオイル分が蒸発するので
放熱効果が経時劣化する。そこで、本発明は、こうした
問題に鑑みなされたもので、その目的は、プリント配線
基板に実装された複数の電子デバイスの発熱体に対し
て、冷却効果が大きく、経時劣化しない構造にした、発
熱体の冷却装置を提供することにある。 【００１５】 【課題を解決する為の手段】即ち、上記目的を達成する
ためになされた本発明は、複数の発熱体を放熱プレート
により冷却する冷却装置において、前記複数の発熱体に
当接される熱伝導性の弾性シートと、該弾性シートに積
層して、熱を拡散する熱拡散シートと、該熱拡散シート
に熱伝導グリスを塗布して当接した、バネ片を有する伝
熱バネと、前記放熱プレートに熱伝導グリスを塗布して
該伝熱バネを当接し、前記放熱プレートと前記弾性シー
トとで封止するように装着する固定手段と、を具備した
ことを特徴とした冷却装置を要旨としている。 【００１６】 【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は、下記の実
施例において説明する。 【００１７】 【実施例】本発明の実施例について、図１〜図３を参照
して説明する。本発明の冷却装置は、図１に示すよう
に、弾性シート３４と、熱拡散シート４０と、伝熱バネ
６１と、放熱プレート３０と、固定金具３３と、ネジ３
２と、熱伝導グリス５１、５２とで構成している。以
下、各構成要素と構造について説明する。 【００１８】図２に一例を示すように、曲げ加工前の伝
熱バネ６２は、たとえばＢｅ−Ｃｕ等の金属弾性体の数
１０μの薄板を、エッチングして形成する。そして、図
３に示すように、伝熱バネ６１は、曲げ加工前の伝熱バ
ネ６２のバネ片を４５度程度の曲げ加工をした後、熱硬
化処理を施して形成する。 【００１９】そして、熱拡散シート４０と伝熱バネ６１
間には熱伝導グリス５１が、放熱プレート３０と伝熱バ
ネ６１間とには熱伝導グリス５２が、それぞれ約１００
μの厚さで塗布されて、接触面における接触熱抵抗を下
げて熱伝導を良くしている。 【００２０】例えば、弾性シート３４は、電気絶縁性が
あり、熱伝導性の比較的良い厚さ０．５〜１．０ｍｍの
弾性シートを用いる。さらに、弾性シート３４は、固定
手段として例えば固定金具３３とネジ３２とを使用し、
可撓性をもたせて放熱プレートへ封止装着され、熱伝導
グリス５１、５２のオイル分の蒸発を防止している。 【００２１】また、熱拡散シート４０は、金属製で伝熱
性を有する薄い約１００μのシートを用いる。 【００２２】そして、伝熱バネ６１のバネ片のバネ性に
より発熱体１２の高さのばらつきを吸収して、弾性シー
ト３４と発熱体１２とが押し当てた状態となるように、
プリント配線基板１０と冷却装置とを固定する。 【００２３】以下、本実施例の冷却動作の説明をする。
電子デバイス１１の発熱体１２の熱は、弾性シート３４
を通じて熱拡散シート４０に伝熱する。 【００２４】そして、熱拡散シート４０は金属で熱伝熱
性がよいので、発熱体１２に近接した位置においてすみ
やかに周辺に熱拡散される。その熱拡散した熱は、多数
設けられた伝熱バネ６１のバネ片を介して放熱プレート
３０に伝熱する。 【００２５】さらに、放熱プレート３０は、冷媒通気孔
３１が設けてあるので、たとえば冷媒として水を通過さ
せることにより強制冷却することができる。 【００２６】この、弾性シート３４と放熱プレート３０
による冷却方法は、電気絶縁性があり、かつ弾性シート
３４により封止されているので、発熱による熱伝導グリ
スのオイル分の蒸発がないので熱伝導効果が経時劣化し
ない。 【００２７】 【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載する効果を奏する。即ち、本発明の
発熱体の冷却装置は発熱体に近い段階で熱拡散をはかっ
ているので、発熱体の表面の伝熱バネのバネ以外の周辺
のバネ部分からも伝熱することになり、熱伝導チャンネ
ルが増えるので発熱体の熱が放熱プレートに伝導しやす
くなり放熱効果が大である。また、弾性シートは電気絶
縁性があり、しかも封止構造としたため、内部の熱伝導
グリスのオイル分が発熱により蒸発するのを防いでいる
ので、熱伝導効果が経時劣化しない効果もある。
熱体を冷却する冷却装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】最初に、電子装置、とくに半導体試験装
置において、冷却装置が必要となる温度環境について説
明する。半導体試験装置の電子回路は、被試験電子デバ
イスの回路の複雑化と、試験装置の小型化の要求と相ま
って必然的に集積度が高くなっている。 【０００３】例えば、大規模集積回路のＬＳＩやゲート
アレイの電子デバイスの集積度は高く、しかも高速化の
要求から動作時の温度上昇も大きくなりやすい。そし
て、発熱量の特に大きい電子デバイスとしては、例えば
集積度の高いＥＣＬゲートアレイや、汎用ＣＭＯＳなど
のＬＳＩや、電源モジュールなどがある。 【０００４】さらに、図６に示すように、その高度に集
積された半導体の電子デバイスはプリント配線基板に多
数搭載されているので発熱量は大きくなる。 【０００５】一般に、ＬＳＩやゲートアレイの構成要素
である半導体素子は、接合部（ジャンクション）の温度
が上昇するにつれ、寿命が短くなる傾向にある。従っ
て、接合部の温度（ジャンクション温度）は、例えば８
０度Ｃ以下に冷却する必要がある。また、ＬＳＩの一部
には、温度検出用のダイオードを内蔵させて、その電圧
変化により接合部の温度がモニタができるようにしたも
のがある。 【０００６】さらに、発熱の大きいＬＳＩは、発熱体と
して放熱性のよいセラミックのパッケージに封止されて
いる。そして、パッケージの片面に多数のピンの電極が
あり、たとえばＢＧＡ（BallGrid Array Package ）の
場合はボール状のピンが配置されプリント配線基板上に
表面実装される。 【０００７】これら、プリント配線基板上に表面実装さ
れた多数のＬＳＩは、電子デバイス自体の高さや実装上
の相違により、プリント配線基板からの発熱体の高さに
ばらつきが発生する。例えば、３８０×４５０ｍｍのプ
リント配線基板の上に１００個のＬＳＩを搭載した場合
で、その高さのばらつきは±１ｍｍである。 【０００８】従って、プリント配線基板に多数搭載さ
れ、高さにばらつきがあり、しかも発熱量の大きい電子
デバイスの発熱体を効率よく冷却する冷却装置が必要と
なる。 【０００９】次に、従来技術の例について、図４と図５
とを参照して説明する。図４に示すように、従来の冷却
装置の第１は、ノズル２６と、排気手段２２と、可変性
伝熱体２５と、伝熱板２４とで封止された金属ベローズ
２３とで構成している。 【００１０】そして、プリント配線基板１０に搭載され
た電子デバイス１１の発熱体１２に、可変性伝熱体２５
を当接させて、ノズル２６から液体冷媒を噴射させて、
その排気冷媒を排気手段２２を介して排出している。従
って、電子デバイス１１の発熱体１２で発生した熱は、
可変性伝熱体２５を介して伝熱板２４に熱伝導されて、
ノズル２６から噴射される液体冷媒により除去される。
この、金属ベローズ２３と冷媒を使用する冷却方法は、
小型化が困難であり、コストが高くなる。 【００１１】さらに、従来の冷却装置の第２は、図５に
示すように、放熱プレート３０と、伝熱バネ６０とで構
成している。 【００１２】そして、プリント配線基板１０に搭載され
た電子デバイス１１の発熱体１２に伝熱バネ６０を当接
させて、放熱プレート３０に熱を伝熱している。そし
て、放熱プレート３０に伝熱した熱は、放熱プレート３
０の冷媒通気孔３１に冷媒を通過させて強制冷却してい
る。 【００１３】また、発熱体１２と、放熱プレート３０
と、伝熱バネ６０との接触熱抵抗を減らすために、熱伝
導グリスを接触面に塗布して放熱効果を上げることがで
きる。しかし、伝熱バネ６０と放熱プレート３０による
冷却方法は、電気絶縁性がなく、しかも発熱により熱伝
導グリスのオイル分が蒸発するので放熱効果の経時劣化
がある。 【００１４】 【発明が解決しようとする課題】上記説明のように、金
属ベローズ２３と冷媒を使用する冷却方法は、小型化が
困難であり、コストが高くなる。また、伝熱バネ６０と
放熱プレート３０による冷却方法は、電気絶縁性がな
く、発熱により熱伝導グリスのオイル分が蒸発するので
放熱効果が経時劣化する。そこで、本発明は、こうした
問題に鑑みなされたもので、その目的は、プリント配線
基板に実装された複数の電子デバイスの発熱体に対し
て、冷却効果が大きく、経時劣化しない構造にした、発
熱体の冷却装置を提供することにある。 【００１５】 【課題を解決する為の手段】即ち、上記目的を達成する
ためになされた本発明は、複数の発熱体を放熱プレート
により冷却する冷却装置において、前記複数の発熱体に
当接される熱伝導性の弾性シートと、該弾性シートに積
層して、熱を拡散する熱拡散シートと、該熱拡散シート
に熱伝導グリスを塗布して当接した、バネ片を有する伝
熱バネと、前記放熱プレートに熱伝導グリスを塗布して
該伝熱バネを当接し、前記放熱プレートと前記弾性シー
トとで封止するように装着する固定手段と、を具備した
ことを特徴とした冷却装置を要旨としている。 【００１６】 【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は、下記の実
施例において説明する。 【００１７】 【実施例】本発明の実施例について、図１〜図３を参照
して説明する。本発明の冷却装置は、図１に示すよう
に、弾性シート３４と、熱拡散シート４０と、伝熱バネ
６１と、放熱プレート３０と、固定金具３３と、ネジ３
２と、熱伝導グリス５１、５２とで構成している。以
下、各構成要素と構造について説明する。 【００１８】図２に一例を示すように、曲げ加工前の伝
熱バネ６２は、たとえばＢｅ−Ｃｕ等の金属弾性体の数
１０μの薄板を、エッチングして形成する。そして、図
３に示すように、伝熱バネ６１は、曲げ加工前の伝熱バ
ネ６２のバネ片を４５度程度の曲げ加工をした後、熱硬
化処理を施して形成する。 【００１９】そして、熱拡散シート４０と伝熱バネ６１
間には熱伝導グリス５１が、放熱プレート３０と伝熱バ
ネ６１間とには熱伝導グリス５２が、それぞれ約１００
μの厚さで塗布されて、接触面における接触熱抵抗を下
げて熱伝導を良くしている。 【００２０】例えば、弾性シート３４は、電気絶縁性が
あり、熱伝導性の比較的良い厚さ０．５〜１．０ｍｍの
弾性シートを用いる。さらに、弾性シート３４は、固定
手段として例えば固定金具３３とネジ３２とを使用し、
可撓性をもたせて放熱プレートへ封止装着され、熱伝導
グリス５１、５２のオイル分の蒸発を防止している。 【００２１】また、熱拡散シート４０は、金属製で伝熱
性を有する薄い約１００μのシートを用いる。 【００２２】そして、伝熱バネ６１のバネ片のバネ性に
より発熱体１２の高さのばらつきを吸収して、弾性シー
ト３４と発熱体１２とが押し当てた状態となるように、
プリント配線基板１０と冷却装置とを固定する。 【００２３】以下、本実施例の冷却動作の説明をする。
電子デバイス１１の発熱体１２の熱は、弾性シート３４
を通じて熱拡散シート４０に伝熱する。 【００２４】そして、熱拡散シート４０は金属で熱伝熱
性がよいので、発熱体１２に近接した位置においてすみ
やかに周辺に熱拡散される。その熱拡散した熱は、多数
設けられた伝熱バネ６１のバネ片を介して放熱プレート
３０に伝熱する。 【００２５】さらに、放熱プレート３０は、冷媒通気孔
３１が設けてあるので、たとえば冷媒として水を通過さ
せることにより強制冷却することができる。 【００２６】この、弾性シート３４と放熱プレート３０
による冷却方法は、電気絶縁性があり、かつ弾性シート
３４により封止されているので、発熱による熱伝導グリ
スのオイル分の蒸発がないので熱伝導効果が経時劣化し
ない。 【００２７】 【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載する効果を奏する。即ち、本発明の
発熱体の冷却装置は発熱体に近い段階で熱拡散をはかっ
ているので、発熱体の表面の伝熱バネのバネ以外の周辺
のバネ部分からも伝熱することになり、熱伝導チャンネ
ルが増えるので発熱体の熱が放熱プレートに伝導しやす
くなり放熱効果が大である。また、弾性シートは電気絶
縁性があり、しかも封止構造としたため、内部の熱伝導
グリスのオイル分が発熱により蒸発するのを防いでいる
ので、熱伝導効果が経時劣化しない効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の冷却装置の断面図である。
【図２】曲げ加工前の伝熱バネの部分図である。
【図３】伝熱バネの加工図である。
【図４】従来の第１の冷却装置の断面図である。
【図５】従来の第２の冷却装置の断面図である。
【図６】電子デバイスを搭載したプリント配線基板の外
観図である。 【符号の説明】 １０ プリント配線基板 １１ 電子デバイス １２ 発熱体 １３ ピン １４ コネクタ ２２ 排気手段 ２３ 金属ベローズ ２４ 伝熱板 ２５ 可変性伝熱体 ２６ ノズル ３０ 放熱プレート ３１ 冷媒通気孔 ３２ ネジ ３３ 固定金具 ４０ 熱拡散シート ５１、５２ 熱伝導グリス ６０、６１ 伝熱バネ ６２ 曲げ加工前の伝熱バネ
観図である。 【符号の説明】 １０ プリント配線基板 １１ 電子デバイス １２ 発熱体 １３ ピン １４ コネクタ ２２ 排気手段 ２３ 金属ベローズ ２４ 伝熱板 ２５ 可変性伝熱体 ２６ ノズル ３０ 放熱プレート ３１ 冷媒通気孔 ３２ ネジ ３３ 固定金具 ４０ 熱拡散シート ５１、５２ 熱伝導グリス ６０、６１ 伝熱バネ ６２ 曲げ加工前の伝熱バネ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01R 31/28 - 31/3193
H05K 7/20
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 複数の発熱体を放熱プレートにより冷却
する冷却装置において、 前記複数の発熱体に当接される熱伝導性の弾性シート
と、 該弾性シートに積層して、熱を拡散する熱拡散シート
と、 該熱拡散シートに熱伝導グリスを塗布して当接した、バ
ネ片を有する伝熱バネと、 前記放熱プレートに熱伝導グリスを塗布して該伝熱バネ
を当接し、前記放熱プレートと前記弾性シートとで封止
するように装着する固定手段と、 を具備したことを特徴とした冷却装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06663697A JP3501918B2 (ja) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | 発熱体の冷却装置 |
| TW087103053A TW364279B (en) | 1997-03-19 | 1998-03-03 | Cooling system of a heater |
| US09/041,094 US6081428A (en) | 1997-03-19 | 1998-03-12 | Cooling apparatus for electric devices |
| KR1019980008713A KR100286503B1 (ko) | 1997-03-19 | 1998-03-16 | 발열체냉각장치 |
| DE19811603A DE19811603A1 (de) | 1997-03-19 | 1998-03-17 | Kühlvorrichtung für elektrische Bauelemente |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06663697A JP3501918B2 (ja) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | 発熱体の冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10260230A JPH10260230A (ja) | 1998-09-29 |
| JP3501918B2 true JP3501918B2 (ja) | 2004-03-02 |
Family
ID=13321592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06663697A Expired - Fee Related JP3501918B2 (ja) | 1997-03-19 | 1997-03-19 | 発熱体の冷却装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6081428A (ja) |
| JP (1) | JP3501918B2 (ja) |
| KR (1) | KR100286503B1 (ja) |
| DE (1) | DE19811603A1 (ja) |
| TW (1) | TW364279B (ja) |
Families Citing this family (21)
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| JP4268778B2 (ja) * | 2001-12-27 | 2009-05-27 | ポリマテック株式会社 | 発熱電子部品の冷却方法及びそれに用いる熱伝導性シート |
| US20050039888A1 (en) * | 2003-08-21 | 2005-02-24 | Pfahnl Andreas C. | Two-phase cooling apparatus and method for automatic test equipment |
| US20060087816A1 (en) * | 2004-09-21 | 2006-04-27 | Ingo Ewes | Heat-transfer devices |
| US20060060328A1 (en) * | 2004-09-21 | 2006-03-23 | Ingo Ewes | Heat-transfer devices |
| US7355855B2 (en) * | 2005-06-14 | 2008-04-08 | International Business Machines Corporation | Compliant thermal interface structure utilizing spring elements |
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