JPH0442926Y2

JPH0442926Y2 -

Info

Publication number: JPH0442926Y2
Application number: JP1986026175U
Authority: JP
Priority date: 1986-02-25
Filing date: 1986-02-25
Publication date: 1992-10-12
Also published as: JPS62138454U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、集積回路の冷却構造に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来この種の冷却構造としては、たとえば特開
昭52−8776に開示されているものがあつた。すな
わち第１３図および第１４図に示すように基板８
２に集積回路を複数搭載したマイクロパツケージ
８１をコネクタ８８に実装し、基板８２の集積回
路の搭載面とは反対の面に熱交換器８６をあて
て、熱交換器８６の内部に水等の冷媒液を流して
冷却する構成であつた。熱交換器８６の底面には
薄い化撓性壁９４が配設されていた。マイクロパ
ツケージ８１の集積回路搭載面とは反対の面であ
る放熱面８３は、基板８２上に多層の印刷配線の
形成時や集積回路チツプ取付け時に加わる熱によ
り必ずしも平坦ではなくなつていた。しかし集積
回路にて発生した熱を効率良く移送するためには
熱交換器８６の可撓性壁９４を放熱面８３に密着
させ両者の間〓を小さくすることが必要であり、
ソリウネリ変形等の平坦性の欠如は好ましくなか
つた。そのため、熱交換器８６の内部を流れる水
の圧力により可撓性壁９４を一点鎖線で示すよう
に変形せしめ放熱面に水圧にて押しつけることで
解決を図らんとしていた。

またたとえばIEEE ICCD′83にて報告された論
文“空冷IBM4381 モジユール用内的、外的冷
却増強”（NEW INTERNAL AND
EXTERNAL COOLING ENHANCEMENTS
FOR THE AIR−COOLED IBM 4381
MODULE）に開示されているものがあつた。す
なわち第１５図に示す様に基板１０１に集積回路
１０２を複数搭載した組立品の集積回路１０２の
搭載面側に冷却板１０４を取付け、冷却板１０４
と集積回路１０２の間に生じる間〓１１０に熱伝
導性コンパウンド１０８を充填して構成してい
た。冷却板１０４には放熱フイン１１７が取付け
られており、集積回路１０２にて発生した熱は熱
伝導性コンパウンド１０８を伝わり冷却板１０４
から放熱フイン１１７へと移動し外気に放散、集
積回路１０２が規定温度以下に冷却されていた。

更に第１６図に示すように圧接コネクタ１２１
に実装される複数の集積回路１２４を搭載したマ
イクロパツケージ１２５を冷却するための手段と
して前記マイクロパツケージ１２５の集積回路１
２４搭載面と反対の放熱面１３１に両面が平坦に
加工された放熱板１２６を固着し更にその面と同
等の平坦面をもち、内部は水流を可能とした流路
を設けてある冷却板１２７をボルト１３０で密着
固定してあり集積回路１２４からの発熱を放熱板
１２６→冷却板１２７→冷媒といつた熱バスで構
成されている。

〔解決すべき問題点〕

上述した従来の第１の冷却構造においては、熱
交換器８６の底面に設けられた可撓性壁９４が可
撓性を持たせるために特に薄い（たとえば0.05mm
〜0.25mm）銅等より成る板材を使用して作成され
ていたので、熱抵抗を決定する一要因である熱交
換器８６への押圧力すなわち水圧を大きくでき
ず、基板８２と熱交換器８６との間の低熱抵抗化
の妨げとなる欠点があつた。また熱交換器８６は
マイクロパツケージ８１を交換する際操作するも
ので、薄板部すなわち可撓性壁９４の強度が弱い
ため取扱いに十分注意する必要があり、誤れば水
漏れという重大事故を招く欠点があつた。

また上述した従来の第２の冷却構造においては
基板１０１上に実装された集積回路１０２と集積
回路１０２に対向する冷却板１０４との間には微
小な間〓が存在し、この微小間〓をいかに小さく
できるかが冷却性能を左右していた。上記の例で
も微小間〓を0.2mmに保つてギヤツプに熱伝導性
コンパウンド１０８を充填することにより集積回
路１０２と冷却板１０４間の熱抵抗は９℃／Ｗと
報告されていた。この値を決定する支配的要素は
微小間〓の大きさであり、間〓を狭くすることが
熱抵抗の低下につながつていた。しかしながら基
板１０１集積回路１０２冷却板１０４その他構造
を構成する部品には寸法誤差があり、また組立て
においても組立誤差が生じその累積値は100〜
200μmに達していた。この誤差の累積値よりもギ
ヤツプの間隔を狭くすると集積回路１０２と冷却
板１０４が接触し、力が加わり破損してしまう欠
点があつた。従つて従来技術においては微小間〓
を狭ばめて熱抵抗の改善を図ることが困難であつ
た。

上述した従来の第３の冷却構造は、圧接コネク
タ１２１に複数の集積回路１２４を搭載したマイ
クロパツケージ１２５が実装されていた。更に集
積回路１２４が搭載される面の反対側の放熱面に
接着もしくは半田付等で放熱板１２６と熱的に接
続すると共に機械的な固定をも兼ねる様にされて
いた。したがつて前記放熱板１２６にボルト１３
０にて密着固定される冷却板１２７等の重量が全
てその面に加わることになり信頼性を損なる問題
があつた。更には上記問題を解決するために冷却
板１２７等を上からボルト等でプリント配線板１
２２と固定する方法があるが、これについても不
用意に締め過ぎると全体が沈み込んでしまいコネ
クタの接点を破損させたり、プリント配線板のた
わみを生じさせるといつた欠点があつた。

〔問題点の解決手段〕

上述した従来の問題点を解決すべく本考案は、
固着面とは反対面側が平坦に加工された放熱ブロ
ツクを基板の放熱面に固着し、さらに底面を平坦
に加工した水冷ジヤケツトにネジを貫通させて放
熱ブロツクに複数設けられたタツプ穴に締め付け
て放熱ブロツクの平坦面と水冷ジヤケツトの底面
とを強固に密着させてなる冷却構造を提供せんと
するものである。

そのために本考案は、基板と、前記基板上に実
装された複数の集積回路もしくはケース入集積回
路と、前記基板の集積回路実装面とは反対の面に
固着剤にて固着されかつ固着面とは反対の面が平
坦で複数のネジ穴を有する平板状の放熱ブロツク
と、前記ネジ穴に対応した位置に貫通穴を有し前
記貫通穴にネジを通し前記ネジ穴に締め付けるこ
とにより前記放熱ブロツクの平坦な面上に重ねて
取付けられ前記平面と接する面が平坦である熱交
換器とを具備してなることを特徴とする集積回路
の冷却構造を提供するものである。

〔実施例〕

次に本考案について図面を参照して説明する。

先ず本考案の第１図および第２図に示した実施
例について詳述する。

印刷基板２には集積回路３が多数マトリツクス
状に配置され両者は電気的・機械的に接続支持さ
れている。印刷基板２の集積回路３の搭載面とは
反対の面に放熱ブロツク５が半田または熱伝導率
の良い銀入り接着剤等の固着剤４によつて固着さ
れ、両者が一体化されモジユール１が形成され
る。半田等を使用する場合は印刷基板２固着面を
あらかじめメタライズしておく。固着することに
より、従来技術にて説明した印刷基板２のソリと
放熱ブロツク５の固着面のソリ・ウネリから生じ
る両者の間〓は固着剤４により埋められることに
なる。放熱ブロツク５は熱伝導率の良い金属で熱
膨張率が印刷基板２とほぼ等しい材料が適する。
たとえば印刷基板２がアルミナセラミツクスな
ら、モリプデン・タングステンやそれらと銅粉末
との焼結材等が選択される。また放熱ブロツク５
は固着面の反対面が特に平坦に加工され、複数の
ネジ穴５ａが設けてあり、後述する水冷ジヤケツ
ト６の取付けに使用される。モジユール１はマザ
ーボード１０に実装されたコネクタ８に装着さ
れ、枠状のホルダー９がモジユール１の外縁をお
さえこむことにより、コネクタ８と電気的に接続
されると共にモジユール１が保持される。さらに
モジユール１の放熱ブロツク５の上面に水冷ジヤ
ケツト６が重ねられ、複数のネジ７が貫通穴６ｃ
を貫通してネジ穴５ａに螺入されて両者が接合・
固定される。水冷ジヤケツト６の放熱ブロツク５
と接する面は特に平坦に加工されており、両者の
接合面は間〓が零であつて密着している。水が水
冷ジヤケツト６に設けられた水入口管６ａ、水出
口管６ｂにより内部に流される。集積回路３にて
発生した熱は印刷基板２に伝わり固着層を介して
放熱ブロツク５に移動する。固着層は前述した様
に印刷基板２と放熱ブロツク５間の間〓を埋め空
気層が無いので、印刷基板２のソリ・変形を吸収
して熱抵抗を小さくできる。放熱ブロツク５と水
冷ジヤケツト６の間はネジにて平坦面が互いに強
固に密着され面圧も大きいのでこの間の熱抵抗を
従来より小さくできる。この様に熱源から熱交換
をする水冷ジヤケツトまでの低熱抵抗化が可能で
ある。また水冷ジヤケツトの熱交換面は従来の様
に化撓性を持たせるために薄板である必要はなく
厚板で構成するため機械的な強度を十分とでき
る。

なお、本実施例では、水冷ジヤケツト６を搭載
した水冷方式を述べたが、フインをもつ底面が平
坦なヒートシンクを装着すれば空冷方式にても実
現できる。

第２に本考案の第３図ないし第７図に示した実
施例について詳述する。

印刷基板２２には集積回路３３が多数マトリツ
クス状に配置され、両者は電気的、機械的に接続
支持されている。印刷基板２２の集積回路３３の
搭載面とは反対の面に複数個の放熱ブロツク２３
が半田または熱伝導率の良い銀入り接着剤等の固
着剤３４によつて固着され、両者が一体化されモ
ジユール２１が形成される。半田等を使用する場
合は印刷基板２２の固着面をあらかじめメタライ
ズしておく。放熱ブロツク２３は固着面の反対面
が特に平坦に加工され、またネジ穴２４を有して
おり、また印刷基板２２への固着には後述する方
法にて各放熱ブロツク２３間の平坦度が出るよう
にして固着される。モジユール２１はプリント板
３２に実装されたコネクタ３１に装着され枠状の
ホルダー２５がモジユール２１の外縁を押え込む
ことによりコネクタ３１と電気的に接続されると
共にモジユール２１が保持される。さらにモジユ
ール２１の放熱ブロツク２３の上面に放熱ブロツ
ク２３と接する面を特に平坦に加工した水冷ジヤ
ケツト２６が重ねられ、複数のネジ２７が貫通穴
２８を貫通してネジ穴２４に締め付けられ両者が
接合固定される。尚、ネジ２７は放熱ブロツク２
３に対応してすべて取付ける必要はなく必要な部
分のみ取付ける。該水冷ジヤケツト２６に設けら
れた水入口管２９より水が入り水出口管３０より
水が排出される。

次に放熱ブロツク２３の印刷基板２２への固着
方法を第５図ないし第７図を使用して説明する。

第６図は放熱ブロツク２３の整列治具３７を示
した斜視図であり、放熱ブロツク２３は第７図に
示すように軸芯に対し垂直で、且つお互が直交す
る貫通穴ＢとＣが設けられている。放熱ブロツク
２３の貫通穴ＢとＣには整列台３６を貫通してシ
ヤフト３５が挿入されている。尚、該整列台３６
は非常に剛性があり、且つ、放熱ブロツク２３の
隣接面側の表面は非常に平坦に仕上げられてい
る。この直交する２本のシヤフト３５により放熱
ブロツク２３の位置が定まりこの位置は集積回路
３３の搭載位置に整合するようになつている。

次に第５図を使用して説明する。第５図ａは第
６図のＤ−Ｄ断面図であり、前記したように放熱
ブロツク２３を整列した整列治具３７を第５図ｂ
に示すように治具台３８に搭載された印刷基板２
２の表面に塗布された固着剤３４の上面より矢印
方向に装着し且つ押圧し、加熱することにより放
熱ブロツク２３を印刷基板２２に固着させる。そ
の後、第５図ｃに示すように整列台３６、シヤフ
ト３５、治具台３８を取除くことによりモジユー
ル２１が完成する。

前述したように整列台３６は非常に剛性があり
非常に平坦に加工されていること、および放熱ブ
ロツク２３の固着面の反対の面も非常に平坦に仕
上げられていることから放熱ブロツク２３の上面
は平坦で且つ放熱ブロツク２３間の平坦度も非常
に良く作ることが出来る。また、従来技術にて説
明した印刷基板２２のソリから生じる放熱ブロツ
ク２３間の〓間は固着剤３４により埋められるこ
とになる。

次に固着剤３４を固着させる熱により放熱ブロ
ツク２３間の平坦度が出ないことが考えられるた
め整列台３６、シヤフト３５、治具台３８の材料
は印刷基板２２の熱膨張率にほぼ等しい材料が良
い。しかし放熱ブロツク２３は小型であることお
よび放熱ブロツク２３の保持を放熱ブロツク２３
の中心に合わせ且つシヤフト３５では拘束してい
ないことより放熱ブロツク２３の熱膨張による平
坦度の問題は軽減される。従つて放熱ブロツク２
３は熱伝導率の良い金属を必要とするが特に印刷
基板２２の熱膨張率に合わせる必要がないため非
常に安価な材料の使用が可能となる。集積回路３
３にて発生した熱は印刷基板２２に伝わり固着層
を通じて放熱ブロツク２３に移動する。固着層は
前述した様に印刷基板２２と放熱ブロツク２３間
の〓間を埋め空気層が無いので印刷基板２２のソ
リ変形を吸収して熱抵抗を小さく出来る。放熱ブ
ロツク２３と水冷ジヤケツト２６の間はネジ７に
て平坦面が互いに強固に密着され面圧も大きいの
で、この間の熱抵抗が従来より小さく出来る。こ
の様に熱源から熱交換をする水冷ジヤケツト２６
までの低熱抵抗化が可能である。また水冷ジヤケ
ツト２６の熱交換面は従来の様に可撓性を持たせ
るために薄板である必要がなく厚板であるため機
械的な強度は十分にある。

尚、本実施例では水冷ジヤケツト２６を搭載し
た水冷方式を述べたがフインをもつ底面が平坦な
ヒートシンクを装着すれば空冷方式でも実現可能
である。

第３に本考案の第８図ないし第１１図に示した
実施例について詳述する。

基板５１には集積回路５２が多数マトリツクス
状に配置され両者は電気的・機械的に接続支持さ
れている。基板５１はその外縁が基板枠５３に強
固に固着されており、冷却板５４が集積回路５２
に対向して基板枠５３に冷却板固定ねじ５９によ
り固定される。冷却板５４の集積回路５２と対向
する面の外周には凸起５５が設けてあり、凸起５
５上に銅箔５６の外周がシール融着される。銅箔
５６は基板５１の垂直な方向の可動性を増すため
に、集積回路５２との対向面以外のカ所は波形に
成形してある。その様子を第９図に示す。冷却板
５４に設けられた凸起５５には液体を注入するた
めの孔注入口６３が貫通し、さらに注入封止ねじ
６１を取付けるためのネジ溝が切られている。ま
た注入口６３を穿つた反対辺にも同様な孔を空気
排気口６４として設け、排気封止ねじ６２が取付
けられる。そして冷却板５４の上面には水６６を
流し冷却する水冷ジヤケツト６５が搭載される。

次に本構造の特徴である集積回路５２への密着
のしくみについて述べてみる。第８図、第１０図
に示す様に冷却板５４を基板枠５３に冷却板固定
ねじ５９にて固定する。組立ての前に集積回路５
２の表面に熱伝導性コンパウンド５８を塗布して
おく。第１０図は組立て後の縦断面図を示し、こ
の時点では銅箔５６の形は何ら変化しないので、
集積回路５２の表面には接触しておらず、間〓６
０が存在する。ここで二個の封止ねじ６１，６２
をはずした状態で注入口６３より液体５７を注入
する。この時液体５７により冷却板５４と銅箔５
６の空間の空気は排気口６４より抜け、最終的に
は液体５７だけで満たされる。液体５７で満たさ
れた後、排気口６４を排気封止ねじ６２にて閉じ
る。さらに液体５７を注入して加圧状態にする
と、銅箔５６は集積回路５２側にふくらみ熱伝導
性コンパウンド５８を押しのけながら集積回路５
２の表面に接触して密着する。そして注入口６３
に注入封止ねじを取付けて液体５７を封じ込め加
圧状態を保つ。圧力は大きな圧力である必要はな
く大気圧より若干大きな圧力であれば密着し、基
板５１集積回路５２に機械的なダメージを与えな
い。第１１図に液体注入後の状態を示す。集積回
路５２にて発生した熱は銅箔５６より液体５７を
通じて冷却板５４に伝わりさらに水冷ジヤケツト
６５の内部を流れる水６６に放散される。前述し
た様に集積回路５２と銅箔５６との間〓はほぼ零
であり、従来技術の欠点を完全に除去でき、大巾
な低熱抵抗化が実現できる。また、冷却板５４に
衝撃が加わつても封じ込めた液体５７が緩衝とな
り、外力からも保護される。

なお本実施例では水冷ジヤケツト６５を搭載し
た水冷方式を示したが、冷却板５４に放熱フイン
を装着すれば空冷方式にても実現できる。最後に
本考案の第１２図に示した実施例について説明す
る。

圧接コネクタ７１がマザーボードなるプリント
配線板７２に組み込まれており、その四隅には先
端に段付部とオネジとを有した支柱７３が圧接コ
ネクタのハウジングを貫いてプリント配線板７２
と垂直に固定されている。圧接コネクタ７１には
複数の集積回路７４を搭載したマイクロパツケー
ジ７５が実装されておりマイクロパツケージ７５
の集積回路搭載面と逆の放熱面には放熱板７６が
固着されている。放熱板７６には複数のメネジが
設けてあり冷却板７７を支柱７３で案内してボル
トで放熱板７６と密着固定される。更に冷却板７
７から突き出た支柱７３に圧縮コイルバネ７８を
それぞれ装着し上からトクシユナツト７９を支柱
７３の段付部まで規定量ねじ込まれる様になつて
おり、この時の圧縮コイルバネ７８のたわみによ
り発生した反発力は、全体を押し下げて圧接コネ
クタ７１の接点をいたずらに圧迫せず冷却板７７
の重量を保持する圧力になる様に調整されてい
る。

〔考案の効果〕

以上述べた様に本考案は、基板の放熱面に平坦
な面を有する放熱ブロツクを固着剤により固着し
放熱ブロツクの面上に平坦な面をもつ水冷ジヤケ
ツトをネジにて密着させているので、熱抵抗を小
さくすると共に保守時操作をする熱交換器である
水冷ジヤケツトを機械的に強固にできる効果を有
する。

また本考案は、放熱ブロツクと基板との熱膨張
率を特に合わせる必要がないので、安価な材料を
使用出来るという効果も有する。

更に本考案は、集積回路から冷却板に至る熱流
路における熱抵抗を決定する支配的要素である微
小間〓を封止した液体の圧力を利用して銅箔を前
記集積回路に対し密着させることにより除去して
いるので、構成部品の寸法精度および組立誤差を
吸収して大巾に熱抵抗を低減することが可能とな
る効果を有する。また本考案は、集積回路に銅箔
を密着させながらも冷却板に加わる外力から集積
回路を保護できる効果も有する。

加えて本考案は、プリント配線板に固定され圧
接コネクタハウジングを貫通して先端に段付部お
よびネジを有する支柱と冷却板上に接触し前記支
柱に装着した圧縮コイルバネと前記支柱の先端に
設けられたオネジと係合し前記圧縮コイルバネの
規定量を押圧するトクシユナツトとを具備してい
るので、圧接コネクタに実装されたマイクロパツ
ケージを冷却するための冷却板の重量を放熱接触
面で支えることなく前記冷却板を保護できる効果
を有し、また圧接コネクタの接点をいたずらに圧
迫したりあるいはプリント配線板を過大にたわま
すことなく冷却板を保持できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の集積回路の冷却構造の一実施
例を示す分解斜視図、第２図は第１図実施例のＡ
−Ａ断面図、第３図は本考案の集積回路の冷却構
造の他の実施例を示す分解斜視図、第４図は第３
図実施例のＥ−Ｅ断面図、第５図ａ，ｂ，ｃはそ
れぞれ第３図実施例のモジユールの組立方法を示
すＤ−Ｄ断面図、第６図は第３図実施例の放熱ブ
ロツクの整列治具の斜視図、第７図は第３図実施
例の放熱ブロツクの斜視図、第８図は本考案の集
積回路の冷却構造の更に他の実施例を示す分解斜
視図、第９図は第８図実施例の銅箔を示す拡大断
面図、第１０図は液体封止前の第８図実施例の断
面図、第１１図は液体封止後の第８図実施例の断
面図、第１２図は本考案の集積回路の冷却構造の
別の実施例を示す断面図、第１３図は従来例の分
解斜視図、第１４図は第１３図従来例の部分断面
図、第１５図は他の従来例の斜視図、第１６図は
更に他の従来例の断面図である。１……モジユール、２……印刷基板、３……集
積回路、４……固着剤、５……放熱ブロツク、５
ａ……ネジ穴、６……水冷ジヤケツト、６ａ……
水入口管、６ｂ……水出口管、６ｃ……貫通穴、
７……ネジ、８……コネクタ、９……ホルダー、
１０……プリント配線板、２１……モジユール、
２２……印刷基板、２３……放熱ブロツク、２４
……ネジ穴、２５……ホルダ、２６……水冷ジヤ
ケツト、２７……ネジ、２８……貫通穴、２９…
…水入口管、３０……水出口管、３１……コネク
タ、３２……プリント板、３３……集積回路、３
４……固着剤、３５……シヤフト、３６……整列
台、３７……整列治具、３８……治具台、５１…
…基板、５２……集積回路、５３……基板枠、５
４……冷却板、５５……凸起、５６……銅箔、５
７……液体、５８……熱伝導性コンパウンド、５
９……冷却板固定ネジ、６０……間〓、６１……
注入口封止ねじ、６２……排気口封止ねじ、６３
……注入口、６４……排気口、６５……水冷ジヤ
ケツト、６６……水、６７……放熱フイン、７１
……圧接コネクタ、７２……プリント配線板、７
３……支柱、７４……集積回路、７５……マイク
ロパツケージ、７６……放熱板、７７……冷却
板、７８……圧縮コイルバネ、７９……トクシユ
ナツト、８０……ボルト。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

基板と、前記基板上に実装された複数の集積回
路もしくはケース入集積回路と、前記基板の集積
回路実装面とは反対の面に固着剤にて固着されか
つ固着面とは反対の面が平坦で複数のネジ穴を有
する平板状の放熱ブロツクと、前記ネジ穴に対応
した位置に貫通穴を有し前記貫通穴にネジを通し
前記ネジ穴に締め付けることにより前記放熱ブロ
ツクの平坦な面上に重ねて取付けられ前記平面と
接する面が平坦である熱交換器とを具備してなる
ことを特徴とする集積回路の冷却構造。