JPH05326778A - 半導体実装基板の放熱装置 - Google Patents

半導体実装基板の放熱装置

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JPH05326778A
JPH05326778A JP4158713A JP15871392A JPH05326778A JP H05326778 A JPH05326778 A JP H05326778A JP 4158713 A JP4158713 A JP 4158713A JP 15871392 A JP15871392 A JP 15871392A JP H05326778 A JPH05326778 A JP H05326778A
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JP
Japan
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heat
container
liquid refrigerant
semiconductor
semiconductor element
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Application number
JP4158713A
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English (en)
Inventor
Toshiaki Tsunekane
敏明 常包
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH05326778A publication Critical patent/JPH05326778A/ja
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    • 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
    • H01L2224/18High density interconnect [HDI] connectors; Manufacturing methods related thereto

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体素子に発生した熱を効率よく半導体や
回路基板から機器外部へと導き、半導体素子の温度を動
作保証ができる規定温度以下に保つことのできる半導体
回路基板の放熱装置を提供することを目的とするもので
ある。 【構成】 偏平で横長形状の直方体のヒートパイプ6,
6が液体冷媒10を充填させた偏平袋形態の液体冷媒容
器7の内部に適宜間隔をおいて平行に配置されている。
このヒートパイプ6,6は、上記容器7の片面に半導体
素子2に相当する位置関係で所定間隔をおいて形成され
た略正方形状の4か所の窓部8からヒートパイプ6の一
部を露出させて容器8の内面に接着剤9で接着一体化し
て設けられている。11はセラミック基板、12は半導
体素子、13はケーシング13である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、コンピューターを始め
とするの各種電子機器に用いられる半導体実装回路基板
に生じる熱を空気中に放熱させる半導体実装基板の放熱
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、パーソナル・コンピューター・シ
ステム等で用いられている半導体を実装させた基板は、
半導体の動作時に熱を持ちやすく、温度が上昇すると動
作に誤りが生じやすくなる問題があり、半導体実装基板
の温度を動作保証温度の範囲内に抑えることが課題とな
っており、動作時の熱を空気中に放熱させるために各種
放熱手段が採用されている。
【0003】図6は従来の半導体実装回路基板の放熱装
置の構造を示し、回路基板の上に半導体素子2が実装さ
れてパーソナル・コンピューター等の電子機器のケーシ
ング内に設置されており、半導体素子2の上面には多数
の凹凸形状の放熱フイン3を設けた放熱装置が固着され
ており、さらにケーシングにはケーシング内の空気を排
気させるモータ駆動による冷却ファン4が設けられてい
る。
【0004】すなわち、上記従来の放熱機構は半導体素
子2の熱を上面に設けた放熱フィン3に伝えて空気中に
放熱させ、冷却ファン4の排気作用によってケーシング
の外に熱を排出させてケーシング内に低温の外気を取り
入れて半導体素子2が高熱になることを防止していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年で
は電子機器の小型化が進み、半導体素子2を小さな回路
基板に高密度に配して高集約化が要求されており、回路
基板や半導体素子の温度上昇が高まる一方であり、ま
た、半導体素子2の高密度配置によって電子機器の内部
空間が狭くなる一方であり放熱させる空間が小さくて空
気による放熱には限界が生じてきた。また、小型化され
た電子機器ではハンドリング性を重視することが多くな
っており、電源の電池化が進むにつれて、消費電力の大
きいファンは採用できない等の制約が加わって上記従来
の空気流による放熱機構では対応が困難になってきてい
る。
【0006】本発明は上記課題を解決するもので、半導
体素子に発生した熱を効率よく半導体や回路基板から機
器外部へと導き、半導体素子の温度を動作保証ができる
規定温度以下に保つことのできる半導体回路基板の放熱
装置を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に発明は、半導体実装基板の放熱装置であって、ヒート
パイプの放熱部を液体冷媒の充填された容器中に組み込
んだことを特徴とする半導体実装基板の放熱装置であ
る。また請求項2の発明は、上記液体冷媒の充填された
容器を、熱伝導性の良い材料で構成し、且つ回路基板や
筐体の凹凸面に沿って密着しやすいように柔軟性のある
構造に構成したことを特徴とする半導体実装基板の放熱
装置である。
【0008】
【作用】したがって、本発明の放熱装置では、ヒートパ
イプの放熱部を冷却効果の大きな液体冷媒中に構成して
あるので、半導体素子で発生した熱はヒートパイプを経
由して液体冷媒に吸収され、さらに液体冷媒から容器を
経由して電子機器のケーシング等の外部に放熱されるよ
うになり、常に半導体素子の熱をケーシング外部にスム
ーズな熱の移動が確保されるものである。それによって
内部空間が狭い小型の機器でも、高密度に実装された半
導体や回路基板に熱が籠ることがなく、半導体を正常に
動作させることができるものである。
【0009】また、請求項2の発明によると、上記液体
冷媒の容器を熱伝導性の良い材料で且つ柔軟性のある構
成にしてあるので、半導体素子や回路基板およびケーシ
ングに沿いやすくかつ密着し易いため、液体冷媒の容器
を回路基板に当接させて回路基板の熱も同時に放熱させ
ることができ、また、該容器を電子機器のケーシング等
の内面に沿って密着させることで外部への放熱を極めて
速やかに行うことができるものである。
【0010】
【実施例】次に本発明の一実施例の半導体実装回路の放
熱装置を説明する。図1は、本発明の放熱装置を示し、
偏平で横長形状の直方体のヒートパイプ6,6が液体冷
媒10を充填させた偏平袋形態の液体冷媒容器7の内部
に適宜間隔をおいて平行に配置されている。このヒート
パイプ6,6は、上記容器7の片面に半導体素子2に相
当する位置関係で所定間隔をおいて形成された略正方形
状の4か所の窓部8からヒートパイプ6の一部を露出さ
せて容器8の内面に接着剤9で接着一体化して設けられ
ている。
【0011】窓部8は、上記ヒートパイプ6の巾寸法よ
り小さい寸法で開口させてあり、該窓部8がヒートパイ
プ6で内側から封鎖されて容器内部の液体冷媒10が外
部に漏れ出ないように構成されている。上記ヒートパイ
プ6,6は、図2,図3に示すように液体冷媒容器7の
約半分の厚さにして形成されており、上記容器7の内部
で液体冷媒中に包みこむようにして一体に配されてい
る。
【0012】液体冷媒の容器7は、熱伝導率の良い軟質
の金属箔の両面に樹脂フィルムをラミネートした柔軟性
のある丈夫なシート材で形成されており、容器周囲をシ
ールする前にヒートパイプ6を開口部8の位置に合わせ
て接着一体化しておき、このヒートパイプ6を内側に向
けて全体が偏平でかつ柔軟な袋形状になるように周囲を
完全に密封シールしてヒートパイプ6,6を封入させて
おく。しかるのち、該容器7に液体冷媒10を充填す
る。この液体冷媒10には純水や不活性の液体冷媒等が
適している。このとき、液体冷媒10は、充填後におい
ても上記容器7を柔軟な状態で取扱が出来るように、充
填量を調整しておくものであり、容器7が液体冷媒10
で膨らみ過ぎないようにする。
【0013】すなわち、液体冷媒を多量に充填して容器
7を膨らませてしまうと、容器の柔軟性を欠いて、回路
基板に密着させるのが困難になるとともに、容器7の高
さが高くなって、小型の電子機器のケーシング内に収ま
らなくなるためである。ヒートパイプ6は、前記容器7
の窓部8の内側に露出して、容器7の窓縁部とともに容
器を構成するシート材の厚さ寸法だけ窪んだ凹所を構成
している。
【0014】つぎに、本発明の放熱装置を半導体実装回
路基板に適用させる手順について説明する。図4は、放
熱を必要とする半導体実装回路基板の一例を示すもので
あり、セラミック基板11の上に半導体素子12をベア
チップ実装を行ったもので、4個の半導体素子12が実
装されたマルチチップモジュールに構成されている。
【0015】図5は、上記半導体実装回路基板に、本発
明の放熱装置を組み合せて電子機器類のケーシング13
内に配設させた、実用状態を示すものであり、放熱装置
のヒートパイプ6を液体冷媒の容器7に設けられた窓部
8から、半導体素子12の上面に当接するようにして載
置させたものである。
【0016】すなわち、液体冷媒容器7の窓部8は、上
記半導体実装回路基板の半導体素子12よりも平面形状
が若干大きいサイズにして半導体素子12の位置と相対
的な位置関係にして設けられており、該窓部8を下面側
にして半導体実装回路基板の上に載置されている。した
がって、半導体素子12の上面部の一部が容器7の窓部
8に嵌入しており、ヒートパイプ6の露出面が上記半導
体素子12に当接させてある。なお、半導体素子12と
窓部8に露出させたヒートパイプ6の当接面には、両者
の密着を助けて熱伝導を速やかに行わせる為の放熱性の
良いグリスや接着剤が塗布されている。
【0017】また、上記容器7の上面が、半導体実装回
路基板を装備させたケーシング13の内面に当接させて
配されており、液体冷媒10に伝えられた半導体素子1
2からの熱を容器7を介してケーシング13に伝達して
ケーシング13の外に放熱するように構成されている。
【0018】つぎに、上記実用例における半導体実装回
路基板の放熱作用について説明する。まず、半導体素子
12の動作で生じた熱は、容器7の窓部8を介してヒー
トパイプ6に伝わり、ヒートパイプ6の中に真空状態で
封入された作動液を蒸発させることにより、蒸発した作
動液の蒸気が素早くヒートパイプ6内部に広がってヒー
トパイプ6全体に熱を伝える。
【0019】つぎに、ヒートパイプ6の熱は、ヒートパ
イプ6の広い表面積でもって効率良く液体冷媒10に熱
を伝達する。液体冷媒10に伝わった熱は、液体冷媒1
0に対流を起こして上方に対流しながら容器7内に熱を
拡散させる。つぎに液体冷媒10の熱は、熱伝導率の高
い容器7を介してケーシング13に伝達されて、最後に
はケーシング13の外空間へと放熱されるものである。
【0020】このように、半導体素子12の熱が順次伝
達されていく過程において、ヒートパイプ6の熱が液体
冷媒12との接触面で冷めると、蒸気化した作動液が冷
却部で冷却されて液体になって受熱部に戻り、半導体素
子12の次の熱によって再度蒸発して熱の伝達を繰り返
し行うものである。
【0021】従来のヒートパイプは、冷却が悪い場合に
は作動液が熱平衡の状態になって、蒸気化した作動液が
いつまでも液化しないで放熱が遅れることがあるが、本
発明の放熱装置では、上記ヒートパイプ6を冷却効果の
大きい液体冷媒中に設けているので、冷却による液化が
速やかであり、ヒートパイプ6での熱伝達が素早く実行
されるものである。また、液体冷媒10の容器7をケー
シング13に当接させておくにより、半導体素子12の
熱が上記ヒートパイプ6から液体冷媒10,容器7の順
に伝わって効率のよい放熱経路が形成されるものであ
る。
【0022】なお、容器7の柔軟性を利用して、セラミ
ック基板11にも密着させておくことで、セラミック基
板11の熱をヒートパイプ6を介することなく、前記容
器7を介して液体冷媒10に直接伝達させて熱を吸収し
て放熱させることもできる。以上の実施例では、ケーシ
ング13に容器7を当接させて外部への放熱を行った場
合について述べたが、必ずしもケーシング13に容器7
を当接させておく必要はなく、熱伝導率の高いフレーム
材等に当接させて放熱を行ってもよい。
【0023】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明は、ヒートパイ
プの放熱部を液体冷媒の充填された容器中に組み込んだ
ことを特徴とする半導体実装基板の放熱装置であるの
で、ヒートパイプの放熱部を冷却効果の大きな液体冷媒
中に構成してあるので、半導体素子で発生した熱はヒー
トパイプを経由して液体冷媒に吸収され、さらに液体冷
媒から容器を経由して電子機器の外部に速やかに放熱さ
れるようになり、冷却ファンを用いることなく半導体素
子の熱をケーシング外部にスムーズに放熱させて、小型
の電子機器に適用しても確実な放熱効果を得ることがで
きるものである。
【0024】また、請求項2の発明によれば、上記液体
冷媒の充填された容器を、熱伝導性の良い材料で構成
し、且つ回路基板や筐体の凹凸面に沿って密着しやすい
ように柔軟性のある構造に構成したので、液体冷媒の容
器を半導体素子や回路基板およびケーシング内面に密着
させて内部空間が狭い小型の機器でも、高密度に実装さ
れた半導体や回路基板の熱を、ケーシング等の内面と容
器の当接によって速やかに放熱して、半導体を正常に動
作させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体実装回路基板の放熱装置の一実
施例を示す斜視図、
【図2】図1のA−A’における断面図、
【図3】図1のB−B’における断面図、
【図4】本発明の半導体実装回路基板の放熱装置が適用
される半導体実装回路基板の構成の一例を説明する斜視
図、
【図5】本発明の半導体実装回路基板の放熱装置を図4
の半導体実装回路基板に適用して実用に供した状態を説
明する断面図、
【図6】従来の放熱装置を説明する断面図である。
【符号の説明】
6 ヒートパイプ 7 液体冷媒の容器 8 窓部 9 接着剤 10 液体冷媒 11 セラミック基板 12 半導体素子 13 ケーシング

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体実装基板の放熱装置であって、ヒ
    ートパイプの放熱部を液体冷媒の充填された容器中に組
    み込んだことを特徴とする半導体実装基板の放熱装置。
  2. 【請求項2】 請求項1における液体冷媒の充填された
    容器を、熱伝導性の良い材料で構成し、且つ回路基板や
    筐体の凹凸面に沿って密着しやすいように柔軟性のある
    構造に構成したことを特徴とする半導体実装基板の放熱
    装置。
JP4158713A 1992-05-25 1992-05-25 半導体実装基板の放熱装置 Pending JPH05326778A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4158713A JPH05326778A (ja) 1992-05-25 1992-05-25 半導体実装基板の放熱装置

Applications Claiming Priority (1)

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JP4158713A JPH05326778A (ja) 1992-05-25 1992-05-25 半導体実装基板の放熱装置

Publications (1)

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JPH05326778A true JPH05326778A (ja) 1993-12-10

Family

ID=15677732

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JP4158713A Pending JPH05326778A (ja) 1992-05-25 1992-05-25 半導体実装基板の放熱装置

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JP (1) JPH05326778A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1701222A2 (en) 2005-03-10 2006-09-13 Seiko Epson Corporation Line head module, exposure apparatus, and image forming apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1701222A2 (en) 2005-03-10 2006-09-13 Seiko Epson Corporation Line head module, exposure apparatus, and image forming apparatus

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