JPH04330771A - モジュール封止・冷却構造 - Google Patents
モジュール封止・冷却構造Info
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- JPH04330771A JPH04330771A JP1522191A JP1522191A JPH04330771A JP H04330771 A JPH04330771 A JP H04330771A JP 1522191 A JP1522191 A JP 1522191A JP 1522191 A JP1522191 A JP 1522191A JP H04330771 A JPH04330771 A JP H04330771A
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- heat transfer
- cooling
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means 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
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—Disposition 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
- H01L2224/16221—Disposition 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
- H01L2224/16225—Disposition 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73253—Bump and layer connectors
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はカバーによって覆い込ま
れる半導体素子をカバー外部から効果的に冷却するため
の、基板とカバーの接合、および、これらと冷却部品と
の構成に関する。
れる半導体素子をカバー外部から効果的に冷却するため
の、基板とカバーの接合、および、これらと冷却部品と
の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】日経コンピュータ（１９９０年１０月１
５日発行）第４９ページは、基板上に搭載したＬＳＩを
カバーで覆い、ＬＳＩの発生熱はこのカバーを通して外
部に放出する構造になっているが、ＬＳＩの発生熱をカ
バーの壁面に伝導させるために熱伝導接触子を設けてい
る上に、カバー内部には熱伝達率の高いＨｅガス等が封
入されていると考えられる。従って、初期の伝熱性能を
維持するには、封入したＨｅガス等を長期間漏洩させな
い方策が必要である。上記公知例ではＬＳＩ基板に大き
な外縁を付け、これにシール面とボルト孔を設け、シー
ル面に金属ガスケットをセットし、これをボルト孔を用
いて多数のボルトにより強固に締結している。
５日発行）第４９ページは、基板上に搭載したＬＳＩを
カバーで覆い、ＬＳＩの発生熱はこのカバーを通して外
部に放出する構造になっているが、ＬＳＩの発生熱をカ
バーの壁面に伝導させるために熱伝導接触子を設けてい
る上に、カバー内部には熱伝達率の高いＨｅガス等が封
入されていると考えられる。従って、初期の伝熱性能を
維持するには、封入したＨｅガス等を長期間漏洩させな
い方策が必要である。上記公知例ではＬＳＩ基板に大き
な外縁を付け、これにシール面とボルト孔を設け、シー
ル面に金属ガスケットをセットし、これをボルト孔を用
いて多数のボルトにより強固に締結している。
【０００３】本例ではボルト締結のために基板寸法が大
となり、またシール性能を確保するには、ボルト締結力
に対してもシール面の変形を微小におさえるベく、フラ
ンジを強固に設計せざるを得ないので、モジュール全体
の重量も相対的に大となる欠点がある。
となり、またシール性能を確保するには、ボルト締結力
に対してもシール面の変形を微小におさえるベく、フラ
ンジを強固に設計せざるを得ないので、モジュール全体
の重量も相対的に大となる欠点がある。
【０００４】日経エレクトロニクス（１９８４年３月２
６日発行）第１７８ページは基板とカバーの封止を半田
により行うもので、日経コンピュータ（１９９０年１０
月１５日発行）第４９ページに見られるような欠点が除
かれるが、半田付けのための基板（セラミック）のメタ
ライズ処理が必要になる他、熱変形差によって生じる半
田接合部の応力を軽減するため、基板と熱膨張係数の近
似した材料を選択しなければならない。仮に基板と同様
にセラミック材料を用いるとすれば、加工上の制約から
封止筺体の一体化など複雑な形状は採用できない欠点が
ある。
６日発行）第１７８ページは基板とカバーの封止を半田
により行うもので、日経コンピュータ（１９９０年１０
月１５日発行）第４９ページに見られるような欠点が除
かれるが、半田付けのための基板（セラミック）のメタ
ライズ処理が必要になる他、熱変形差によって生じる半
田接合部の応力を軽減するため、基板と熱膨張係数の近
似した材料を選択しなければならない。仮に基板と同様
にセラミック材料を用いるとすれば、加工上の制約から
封止筺体の一体化など複雑な形状は採用できない欠点が
ある。
【０００５】さらに、カバー内部の熱伝導接触子に伝熱
コンパウンドや伝熱グリースなどを塗付して伝熱性能を
上げようとする場合には、これらの伝熱媒体の熱劣化，
溶融脱落等を防ぐために、半田封止のような熱履歴を伴
うプロセスは適用できない。
コンパウンドや伝熱グリースなどを塗付して伝熱性能を
上げようとする場合には、これらの伝熱媒体の熱劣化，
溶融脱落等を防ぐために、半田封止のような熱履歴を伴
うプロセスは適用できない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術はモジュ
ールを小形・軽量化すること、および、モジュールの内
部に伝熱コンパウンド等の気体よりも熱伝導性のすぐれ
た物質を封止して、より高い冷却性能のモジュールとす
る上で障害がある。
ールを小形・軽量化すること、および、モジュールの内
部に伝熱コンパウンド等の気体よりも熱伝導性のすぐれ
た物質を封止して、より高い冷却性能のモジュールとす
る上で障害がある。
【０００７】本発明の目的は、モジュール基板とＬＳＩ
を覆うカバーとの間に軟質のシール材をはさみ、シール
に要する力を軽減することにより、前記基板およびカバ
ーの縁を縮小して実装密度を高めることにある。
を覆うカバーとの間に軟質のシール材をはさみ、シール
に要する力を軽減することにより、前記基板およびカバ
ーの縁を縮小して実装密度を高めることにある。
【０００８】本発明の他の目的は、モジュール基板とカ
バーの接合に半田封止のような高熱プロセスを必要とし
ない方法を採用することにより、モジュール内に熱伝導
コンパウンドのような熱伝導性のすぐれた物質を封止で
きるようにし、モジュールの冷却性能を高めることにあ
る。
バーの接合に半田封止のような高熱プロセスを必要とし
ない方法を採用することにより、モジュール内に熱伝導
コンパウンドのような熱伝導性のすぐれた物質を封止で
きるようにし、モジュールの冷却性能を高めることにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記二つの目的を達成す
るために、本発明はモジュール基板とカバーの接合面に
“Ｏ”リングやパッキングのような軟質材をはさみ込み
、この締付にはカバーとそれに接する水冷ジャケット又
は空冷フィンなどの冷却部品の押圧に用いるクランプ治
具を使うことにより同時一括して行えるようにしたもの
である。
るために、本発明はモジュール基板とカバーの接合面に
“Ｏ”リングやパッキングのような軟質材をはさみ込み
、この締付にはカバーとそれに接する水冷ジャケット又
は空冷フィンなどの冷却部品の押圧に用いるクランプ治
具を使うことにより同時一括して行えるようにしたもの
である。
【００１０】
【作用】ＬＳＩをカバー内に封入するモジュールにおい
て、カバー内の熱をいかにしてより多く外部に放出する
かによって、封止するＬＳＩの発熱量が規制される。現
在一般に広く用いられている方式は、カバー内に伝熱性
のすぐれたＨｅガスを封入して、伝熱性能を高める考慮
がされているが、Ｈｅガスの代りに伝熱媒体として、伝
熱コンパウンドや伝熱グリース等を用いれば伝熱性能を
大幅に向上する。この伝熱媒体はＬＳＩとカバーの壁と
の間を熱的に接続させ、熱の伝導を良好にするので、カ
バー内に特殊なガスを封入して熱伝導を助けることは不
要である。すなわち、カバー内も外と同様に空気が入っ
ているだけでよく、特殊ガスを漏洩に対する考慮は全く
必要ない。また、モジュール基板とカバーとの接合部を
“Ｏ”リング，パッキン，ガスケット等の軟質材でシー
ルすることにより、これらのシール面を押圧する力を小
さくすることができ、その結果、冷却ジャケット，空冷
フィンなどとカバーを押し付けるクランプ治具によって
一括固定ができる。さらに接合が、半田封止や金属ガス
ケットなどを用いた剛接合でないことにより、接合部に
変形に対する自由度がある程度許されている。その結果
、基板とカバーの熱変形が接合部で吸収できる利点があ
り、夫々の材料の選択自由度を広げることができる。
て、カバー内の熱をいかにしてより多く外部に放出する
かによって、封止するＬＳＩの発熱量が規制される。現
在一般に広く用いられている方式は、カバー内に伝熱性
のすぐれたＨｅガスを封入して、伝熱性能を高める考慮
がされているが、Ｈｅガスの代りに伝熱媒体として、伝
熱コンパウンドや伝熱グリース等を用いれば伝熱性能を
大幅に向上する。この伝熱媒体はＬＳＩとカバーの壁と
の間を熱的に接続させ、熱の伝導を良好にするので、カ
バー内に特殊なガスを封入して熱伝導を助けることは不
要である。すなわち、カバー内も外と同様に空気が入っ
ているだけでよく、特殊ガスを漏洩に対する考慮は全く
必要ない。また、モジュール基板とカバーとの接合部を
“Ｏ”リング，パッキン，ガスケット等の軟質材でシー
ルすることにより、これらのシール面を押圧する力を小
さくすることができ、その結果、冷却ジャケット，空冷
フィンなどとカバーを押し付けるクランプ治具によって
一括固定ができる。さらに接合が、半田封止や金属ガス
ケットなどを用いた剛接合でないことにより、接合部に
変形に対する自由度がある程度許されている。その結果
、基板とカバーの熱変形が接合部で吸収できる利点があ
り、夫々の材料の選択自由度を広げることができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図７に基
づいて説明する。図１は本案に沿って構成したモジュー
ル封止・冷却構造を周辺のプリント基板まで含めて示し
たものである。プリント基板とモジュールとの接続には
モジュールに設けたピン１５を使用し、半田付け、又は
、挿抜可能なピン・コンタクト方式が考えられ、いずれ
の方式でも本案は使用可能である。モジュール基板３に
はＬＳＩ１２がＣＣＢを介して接合されるので両者間の
熱変形差を少なくして接合部の応力軽減を図るために、
セラミック材料を用いる。ＬＳＩの発生熱は一部下部の
セラミック基板側にも伝導するが、多くの部分が上方に
伝導し水冷ジャケットで冷却水に吸収される。その間の
熱の伝導経路はＬＳＩ１２から熱伝導接触子１３，モジ
ュールキャップ５，水冷ジャケット６のようになってい
る。
づいて説明する。図１は本案に沿って構成したモジュー
ル封止・冷却構造を周辺のプリント基板まで含めて示し
たものである。プリント基板とモジュールとの接続には
モジュールに設けたピン１５を使用し、半田付け、又は
、挿抜可能なピン・コンタクト方式が考えられ、いずれ
の方式でも本案は使用可能である。モジュール基板３に
はＬＳＩ１２がＣＣＢを介して接合されるので両者間の
熱変形差を少なくして接合部の応力軽減を図るために、
セラミック材料を用いる。ＬＳＩの発生熱は一部下部の
セラミック基板側にも伝導するが、多くの部分が上方に
伝導し水冷ジャケットで冷却水に吸収される。その間の
熱の伝導経路はＬＳＩ１２から熱伝導接触子１３，モジ
ュールキャップ５，水冷ジャケット６のようになってい
る。
【００１２】ここでＬＳＩと熱伝導接触子間，熱伝導接
触子とモジュールキャップ間には、図６，図７に示すよ
うに伝熱コンパウンドや伝熱グリースを塗布して伝熱性
能を向上させる。水冷ジャケットとモジュールギャップ
間には熱伝導性能を向上させるために、伝熱コンパウン
ドや伝熱グリースを塗付する。また、熱伝導接触子は複
数のＬＳＩをモジュール内に封止する場合、個々のＬＳ
Ｉの寸法ばらつきや傾斜を許容して伝熱接触子が良好に
接触するような調節機能を備えている。
触子とモジュールキャップ間には、図６，図７に示すよ
うに伝熱コンパウンドや伝熱グリースを塗布して伝熱性
能を向上させる。水冷ジャケットとモジュールギャップ
間には熱伝導性能を向上させるために、伝熱コンパウン
ドや伝熱グリースを塗付する。また、熱伝導接触子は複
数のＬＳＩをモジュール内に封止する場合、個々のＬＳ
Ｉの寸法ばらつきや傾斜を許容して伝熱接触子が良好に
接触するような調節機能を備えている。
【００１３】本発明では熱伝導接触子にも伝熱コンパウ
ンド又は伝熱グリースを塗り、熱伝導接触子とＬＳＩ、
および、モジュールキャップとの接触熱伝導性能を向上
させ、同時に熱伝導接触子に持たせた調節機能に関して
も調節範囲を広げる効果を持たせている。一方、モジュ
ールのカバー（側枠４，キャップ５）による封止には“
Ｏ”リングを用い、これらをクランプ治具８とボルト１
０により押圧固定するので、伝熱コンパウンドや伝熱グ
リースが熱劣化を受けたり、塗付面から溶融脱離するこ
とはない。なお、クランプ治具は本来モジュールのカバ
ーと水冷ジャケットを密着させるために用いているもの
で、これをモジュールの封止に併用することで、新たな
固定装置を要せず、従って、モジュール封止・冷却構造
全体として簡略で小形，軽量化が図られる。モジュール
基板とカバーの封止を“Ｏ”リングによるシールとした
ことにより、基板とカバーの材質が異なり熱変形差が生
じても、それが原因で接合部に高い応力が発生する半田
接合のような不具合は起きない。その結果、構成材の材
料選択の幅が広げられる。
ンド又は伝熱グリースを塗り、熱伝導接触子とＬＳＩ、
および、モジュールキャップとの接触熱伝導性能を向上
させ、同時に熱伝導接触子に持たせた調節機能に関して
も調節範囲を広げる効果を持たせている。一方、モジュ
ールのカバー（側枠４，キャップ５）による封止には“
Ｏ”リングを用い、これらをクランプ治具８とボルト１
０により押圧固定するので、伝熱コンパウンドや伝熱グ
リースが熱劣化を受けたり、塗付面から溶融脱離するこ
とはない。なお、クランプ治具は本来モジュールのカバ
ーと水冷ジャケットを密着させるために用いているもの
で、これをモジュールの封止に併用することで、新たな
固定装置を要せず、従って、モジュール封止・冷却構造
全体として簡略で小形，軽量化が図られる。モジュール
基板とカバーの封止を“Ｏ”リングによるシールとした
ことにより、基板とカバーの材質が異なり熱変形差が生
じても、それが原因で接合部に高い応力が発生する半田
接合のような不具合は起きない。その結果、構成材の材
料選択の幅が広げられる。
【００１４】図２はモジュールカバーを側枠とキャップ
に分離せず一体化したもので、組立上支障がない場合は
本例のようにしてシール面を一つにできる利点がある。
に分離せず一体化したもので、組立上支障がない場合は
本例のようにしてシール面を一つにできる利点がある。
【００１５】図３はモジュールカバーと水冷ジャケット
を一体化したもので、材料選択の幅が広がったことによ
り可能になったものである。カバーと水冷ジャケットを
一体化したことで伝熱経路の短縮と接触伝熱面が一つ減
り伝熱性能が向上する。
を一体化したもので、材料選択の幅が広がったことによ
り可能になったものである。カバーと水冷ジャケットを
一体化したことで伝熱経路の短縮と接触伝熱面が一つ減
り伝熱性能が向上する。
【００１６】図４，図５はクランプ治具によるシール面
の押圧をより確実に行うために、平行に二ケの治具を使
用したものと、二ケの治具を直交させたもので押圧力を
増加させ、かつ、圧力の均等化を図ることができる。
の押圧をより確実に行うために、平行に二ケの治具を使
用したものと、二ケの治具を直交させたもので押圧力を
増加させ、かつ、圧力の均等化を図ることができる。
【００１７】
【発明の効果】本発明により以下に記す効果がある。
【００１８】（１）モジュール内に伝熱コンパウンド等
を封入することが可能となり、冷却性能を向上する。Ｈ
ｅ封入のモジュールに対し伝熱コンパウンド封入モジュ
ールの冷却能力は約二倍にできる（熱抵抗が半減する）
。
を封入することが可能となり、冷却性能を向上する。Ｈ
ｅ封入のモジュールに対し伝熱コンパウンド封入モジュ
ールの冷却能力は約二倍にできる（熱抵抗が半減する）
。
【００１９】（２）封止部の押圧力が小さくてよい。そ
の結果、押圧のためのフランジやボルトが不要になるの
で全体として小形・軽量で集積度が高い。
の結果、押圧のためのフランジやボルトが不要になるの
で全体として小形・軽量で集積度が高い。
【００２０】（３）熱変形差の拘束がゆるやかであり、
接合部に応力集中が起きにくい。従って材料選択の自由
度が大きい。一例としてモジュールカバーと水冷ジャケ
ットの一体化も可能となり、伝熱経路短縮，接触伝熱面
の削減ができ、冷却性能がさらに向上する。
接合部に応力集中が起きにくい。従って材料選択の自由
度が大きい。一例としてモジュールカバーと水冷ジャケ
ットの一体化も可能となり、伝熱経路短縮，接触伝熱面
の削減ができ、冷却性能がさらに向上する。
【図１】本発明の一実施例の断面図。
【図２】本発明の第二の実施例の斜視図。
【図３】本発明の第三の実施例の断面図。
【図４】本発明の実施例の斜視図。
【図５】本発明の第五の実施例の斜視図。
【図６】本発明実施例の熱伝導接触子近傍の拡大断面図
。
。
【図７】本発明の他の実施例の熱伝導接触子近傍の拡大
断面図。
断面図。
【図８】本発明の従来構造の半田封止モジュールの断面
図。
図。
【図９】本発明の従来構造の金属ガスケット封止モジュ
ールの断面図。
ールの断面図。
１…プリント基板、２…コネクタガイド、３…モジュー
ル基板、４…側枠、５…キャップ、６…水冷ジャケット
、７…“Ｏ”リング、８…クランプ治具、９…タイバ、
１０…ボルト、１１…スプリング、１２…ＬＳＩ、１３
…熱伝導接触子、１４…ＣＣＢ、１５…ピン、１６…伝
熱コンパウンド、１７…タイバ、１８…ねじ、１９…半
田、２０…ボルト、２１…ガスケット。
ル基板、４…側枠、５…キャップ、６…水冷ジャケット
、７…“Ｏ”リング、８…クランプ治具、９…タイバ、
１０…ボルト、１１…スプリング、１２…ＬＳＩ、１３
…熱伝導接触子、１４…ＣＣＢ、１５…ピン、１６…伝
熱コンパウンド、１７…タイバ、１８…ねじ、１９…半
田、２０…ボルト、２１…ガスケット。
Claims (2)
- 【請求項１】基板上に搭載したＬＳＩをカバーにより覆
うモジュールにおいて、前記ＬＳＩの発生熱と前記カバ
ーの外壁に接して設けた水冷ジャケット，冷却部品に熱
を伝えて前記ＬＳＩの冷却を行うモジュールの前記基板
と前記カバーの封止部に軟質材を挿入し、前記軟質材を
前記冷却部品と一括押圧してシール性を持たせたモジュ
ール封止・冷却構造。 - 【請求項２】請求項１において、前記カバーの上部を側
枠と分離した蓋とし、前記側枠と蓋のシールにも前記軟
質材を用いたモジュール封止・冷却構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1522191A JPH04330771A (ja) | 1991-02-06 | 1991-02-06 | モジュール封止・冷却構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1522191A JPH04330771A (ja) | 1991-02-06 | 1991-02-06 | モジュール封止・冷却構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04330771A true JPH04330771A (ja) | 1992-11-18 |
Family
ID=11882814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1522191A Pending JPH04330771A (ja) | 1991-02-06 | 1991-02-06 | モジュール封止・冷却構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04330771A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1536468A2 (de) * | 2003-11-28 | 2005-06-01 | Fujitsu Siemens Computers GmbH | Kühlsystem zur Kühlung einer in einem Computersystem angeordneten elektronischen Komponente |
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1991
- 1991-02-06 JP JP1522191A patent/JPH04330771A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1536468A2 (de) * | 2003-11-28 | 2005-06-01 | Fujitsu Siemens Computers GmbH | Kühlsystem zur Kühlung einer in einem Computersystem angeordneten elektronischen Komponente |
| EP1536468A3 (de) * | 2003-11-28 | 2005-06-22 | Fujitsu Siemens Computers GmbH | Kühlsystem zur Kühlung einer in einem Computersystem angeordneten elektronischen Komponente |
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