JPH0363823B2 - - Google Patents

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JPH0363823B2
JPH0363823B2 JP20582184A JP20582184A JPH0363823B2 JP H0363823 B2 JPH0363823 B2 JP H0363823B2 JP 20582184 A JP20582184 A JP 20582184A JP 20582184 A JP20582184 A JP 20582184A JP H0363823 B2 JPH0363823 B2 JP H0363823B2
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JP
Japan
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heat
heat conductive
substrate
rod
integrated circuit
Prior art date
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JP20582184A
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English (en)
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JPS6184044A (ja
Inventor
Juji Kuramitsu
Takashi Hagiwara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP20582184A priority Critical patent/JPS6184044A/ja
Publication of JPS6184044A publication Critical patent/JPS6184044A/ja
Publication of JPH0363823B2 publication Critical patent/JPH0363823B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/433Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
    • H01L23/4338Pistons, e.g. spring-loaded members
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はLSIパツケージ等の集積回路冷却構造
に関するものである。
〔従来例〕
従来プリント配線板あるいはセラミツク基板等
に実装されたICを冷却する手段として使用され
てきた方法はICのケースあるいはケースに取り
付けられた放熱板(以下ヒートシンクと称す)に
フアンを用いて常温の空気、もしくは冷却装置に
よつて温度を下げた空気を吹きつける事によつて
実現して来た。しかしながらICから発散される
熱を機器の外部に運び出す冷媒としての空気は必
ずしも最良のものではない。なぜならば第1の理
由として、固体であるICのケース、もしくはヒ
ートシンクと空気の間の熱抵抗が大きく、この間
の温度差が大きくなつてしまい、ICの温度を下
げるためには冷媒としての空気の温度を下げなけ
ればならない。情報処理装置(以下装置と称す)
を例にとれば設置する部屋の空気の温度を下げる
ために大がかりな空気調和設備を必要としてい
た。
次に第2の理由は、空気は熱容量が小さく、少
しの熱量で温度が上つてしまうので、装置内部か
ら大量の熱を運び出すためには、大量の空気を装
置に送り込まなければならない。しかしながら近
年、高性能情報処理装置においては、その処理速
度を高めるために高集積度化、高電力化による
ICの動作速度の向上、あるいは実装の高密度化
による信号の伝播遅延時間の縮小が図られてお
り、結果として発生熱量、発熱密度の増大を招い
ている。従つて従来技術で冷却するために装置を
設置する部屋に於ては高い冷却能力の空気調和設
備を必要とし、装置内部に於ては実装密度の向上
に起因する装置内の空気通路の減少をおぎなうた
めと大量の熱を装置外部へ排出するために高風
量、高吐出圧力の送風機を必要とする。この事は
装置から発生する送風騒音を異常に大きくするの
みでなく、大風量高風速の空気流を装置内部で均
等に分布させる事は非常に困難なためICの冷却
不足による温度上昇が生じ、装置の信頼性をも低
下させるといつた欠点があつた。
さらにこれらの欠点を解決すべく第5図に示す
様な液体を冷媒とした冷却構造が提案されてい
る。すなわち基板20に実装された半導体チツプ
21にはばね25によつてピストン23が押圧さ
れており、半導体チツプ21で発生した熱はピス
トン23→微少間隙24→熱伝導板26へと伝え
られ、熱伝導板26は冷媒取入口28から注入さ
れ排出口29から排出される冷媒27によつて冷
却されている。
しかしながら第5図に示す冷却構造にも重大な
欠点が存在する。それはまず第1に半導体チツプ
21と金属製のピストン23とが機械的に接触し
ているため、冷媒27と半導体チツプ21間が電
気的に絶縁できないことである。冷媒27は熱交
換器等を経て圧縮機や冷媒送出ポンプのアースに
繋がつているが、このアースは非常にノイズが多
く冷媒27に水以外の絶縁体を使用しない限り半
導体チツプ21にとつては非常に危険な状態とな
る。第2にピストン23がばね25の弾性力で押
されているためピストン23とばね25で w0=√なる振動系を形成する。
ここでw0は共振角周波数、kはばね25のば
ね定数、mはピストン23の質量を示す。従つて
共振周波数成分を含む衝撃等の外力が加わつた場
合ピストン23が振動して半導体チツプ21を破
壊しかねない。第3に基板20との接続用のはん
だ22に常に圧力がかかるためクリープ変形を生
ずる。特に低温はんだを使用した場合に著しい。
〔解決すべき問題点〕
本発明は、冷媒として用いられた空気がそれほ
ど効率の良いものでなく、そのため高い能力の空
気調和装置を必要としたり、あるいは半導体チツ
プとピストンとを機械的に接触させる例ではそれ
らを電気的に絶縁できない等の諸種の従来の問題
点を解決し、半導体チツプから発生する熱を半導
体チツプもしくはそのケースに固体を接触させる
ことなく、かつ冷媒として効率の悪い空気を介在
させることなく、効率良く、装置外部に排出する
熱抵抗の小さい冷却構造とするものである。
〔問題点の解決手段〕
本発明の集積回路冷却構造は、基板と、該基板
上に実装された集積回路と、該集積回路と微小な
間隙をへだてて対向する底面及び前記基板に対し
垂直方向に穿たれためねじ部をもつ円すい型熱伝
導棒と、前記基板に対し垂直方向に摺動可能なす
べり対偶の一機素となる中心に前記熱伝導棒と摺
動可能な円すい穴を有し且つ前記熱伝導棒の軸心
を通り前記めねじ方向と平行に穿たれた切込み部
を有する円筒型熱伝導棒と、該熱伝導棒の円筒面
とですべり対偶を形成する穴を有する熱伝導板
と、前記熱伝導棒のめねじ部に挿入されたおねじ
とからなるものとすることにより、上記従来の問
題点を解決している。
〔実施例〕
次に本発明の一実施例について第1図〜第4図
を参照して詳細に説明する。第1図に本発明の一
実施例を断面図で示す。
第1図を参照すると基板12に実装された集積
回路11に微小間隙14を隔てて熱伝導棒1の底
面が対向している。
本発明において冷却能力を決定する最大の要因
は微小間隙14の厚みでありこれを薄くする事が
最も重要な課題となる。ところが一般に集積回路
11は接続用のはんだ13によつて基板12に取
り付けられるためはんだの厚みが大きくぱらつき
その範囲は100μmを超えるのが通常であり微小
間隙14もこの値以下にすることは不可能であ
る。
そこで本発明においては基板11に集積回路1
2をはんだ付けした後11の上に極薄膜等のスペ
ーサをのせ基板枠18と熱伝導板17をねじ19
にて固定し熱伝導棒1,2を挿入して11上のス
ペーサに押し付けたままで熱伝導棒1のめねじ部
7に挿入されているおねじ16を締めつける事に
よつて円筒型熱伝導棒2を熱伝導板17に固定し
た後基板固定ねじ19をはずして熱伝導板17と
基板枠18を分離し前述のスペーサを取り去り再
度組み立てる事によつてスペーサの厚みと同じ微
小間隙を実現する事が可能となる。
ここで熱伝導棒2が熱伝導板17に固定される
メカニズムについて詳述する。第2図はおねじ1
6を取り去つた状態での熱伝導棒1本を構成する
要素を拡大した図であり、前記集積回路11と対
向する底面3及び中心にめねじ部7を有する円す
い型熱伝導棒1と円筒状で内部に前記熱伝導棒1
が摺動する円すい穴8を有し中心を通る切溝9が
切られ、わずかに切り残し部がある円筒型熱伝伝
導棒2とから構成される。
さらに熱伝導棒1,2を組み合せめねじ7にお
ねじ16を挿入した状態での熱伝導棒2の挙動を
示した図が第3図であり、第3図で示す様におね
じとめねじの嵌合で熱伝導棒2が熱伝導棒1の円
すい軸を摺動しながら押し下げられてゆき、円す
い軸壁面に密着固定され、締付けを完了すると第
4図に示す様に面が接触し、接触圧力5が発生す
る。この接触圧力5の半径方向成分4が熱伝導棒
2の切り溝9の厚みを拡げる方向に作用するため
熱伝導棒2の円筒面と熱伝導板17の穴の内面と
で圧力を生じ摩擦によつて固定されることにな
る。
第1図に戻つてさらに本実施例では前述の手段
で全ての集積回路に対して微小間隙14を設定し
た後、熱伝導板17の上面に水冷ジヤケツト20
を固定し水冷ジヤケツト内に水30を流して冷却
することによつて集積回路11に対して電気的に
微小間隙14を隔てて水とは絶縁された、かつ振
動系を含まない機械的に安全な低熱抵抗の冷却構
造を実現することができる。
また微小間隙14に電気絶縁性の熱伝導性充て
ん剤を充てんすればさらに熱抵抗の低い冷却構造
を実現する事も可能である。
〔発明の効果〕
本発明の集積回路冷却構造は、基板と、該基板
上に実装された集積回路と、該集積回路と微小な
間隙をへだてて対向する底面及び前記基板に対し
垂直方向に穿たれためねじ部をもつ円すい型熱伝
導棒と、前記基板に対し垂直方向に摺動可能なす
べり対偶の一機素となる中心に前記熱伝導棒と摺
動可能な円すい穴を有し且つ前記熱伝導棒の軸心
を通り前記めねじ方向と平行に穿たれた切込み部
を有する円筒型熱伝導棒と、該熱伝導棒の円筒面
とですべり対偶を形成する穴を有する熱伝導板
と、前記熱伝導棒のめねじ部に挿入されたおねじ
とからなるものとしたため、冷媒として効率の悪
い空気を介在させることなく、しかも半導体チツ
プ等に固体を接触させることなく、半導体チツプ
から生じる熱を効率良く装置外部に排出でき、熱
抵抗の小さい冷却構造を提供することができると
いう効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例を示す断面図、第
2図イ,ロは、各々円すい型及び円筒型熱伝導棒
の平面及び側面の構成図、第3図は、円筒型熱伝
導棒1の挙動を示す説明図、第4図は、熱伝導棒
におねじを挿入した時の円すい斜面に働く力を示
す説明図、そして、第5図は、従来技術の冷却構
造を示す断面図である。 1……円すい型熱伝導棒、2……円筒型熱伝導
棒、7……めねじ部、8……円すい穴、9……切
り溝、11……集積回路、12……基板、16…
…おねじ、17……熱伝導板。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 基板と、該基板上に実装された集積回路と、
    該集積回路と微小な間隙をへだてて対向する底面
    及び前記基板に対し垂直方向に穿たれためねじ部
    をもつ円すい型熱伝導棒と、前記基板に対し垂直
    方向に摺動可能なすべり対偶の一機素となる中心
    に前記熱伝導棒と摺動可能な円すい穴を有し且つ
    前記熱伝導棒の軸心を通り前記めねじ方向と平行
    に穿たれた切込み部を有する円筒型熱伝導棒と、
    該熱伝導棒の円筒面とですべり対偶を形成する穴
    を有する熱伝導板と、前記熱伝導棒のめねじ部に
    挿入されたおねじとからなる集積回路冷却構造。
JP20582184A 1984-10-01 1984-10-01 集積回路冷却構造 Granted JPS6184044A (ja)

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JP20582184A JPS6184044A (ja) 1984-10-01 1984-10-01 集積回路冷却構造

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JPS6184044A JPS6184044A (ja) 1986-04-28
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JPH063831B2 (ja) * 1987-04-08 1994-01-12 株式会社日立製作所 冷却装置及びそれを用いた半導体装置
US5161089A (en) * 1990-06-04 1992-11-03 International Business Machines Corporation Enhanced multichip module cooling with thermally optimized pistons and closely coupled convective cooling channels, and methods of manufacturing the same
EP2811515A1 (en) * 2013-06-07 2014-12-10 Alcatel Lucent Thermal connector and heat distribution device for a thermal connector

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