JPH0612795B2 - マルチチップモジュールの冷却構造 - Google Patents

マルチチップモジュールの冷却構造

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JPH0612795B2
JPH0612795B2 JP1287926A JP28792689A JPH0612795B2 JP H0612795 B2 JPH0612795 B2 JP H0612795B2 JP 1287926 A JP1287926 A JP 1287926A JP 28792689 A JP28792689 A JP 28792689A JP H0612795 B2 JPH0612795 B2 JP H0612795B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、マルチチップモジュールの冷却構造に係り、
特に、超高速で動作する高密度実装されたコンピュータ
等の電子装置に使用するマルチチップモジュールの冷却
構造に関する。
[従来の技術] 一般に、高密度実装されたマツチチップモジュールは、
その発熱量が大きいので何らかの手段により冷却する必
要がある。この冷却は、通常、ビス止め等の手段によ
り、モジュールキャップ上にヒートシンクを取り付ける
ことにより行われている。
このようなマルチチップモジュールの冷却構造に関する
従来技術として、例えば、特願平1−101717号と
して提案した技術があるが、モジュールに対するヒート
シンクの取り付けに関しては明示されておらず、確立し
た構造は知られていない。
[発明が解決しようとする課題] 従来、モジュールに対するヒートシンクの取り付けに関
して、確立した構造は知られておらず、また、ビス止め
による方法は、キャップ板にある程度以上の厚さを必要
とするという問題点を有し、さらに、複数個所でビス止
めするため、それらの系止力をバランスさせて、キャッ
プ板とヒートシンクとの間に充填される熱伝導グリスを
確実に保持し、グリス内における空気の混入を避けるこ
とが困難であるという問題点を有している。
また、一般に、モジュールキャップとヒートシンク間の
熱抵抗は、半導体装置の動作速度、信頼性の向上を図る
ために、極力小さいことが望ましい。このため、モジュ
ールキャップとヒートシンクとの間に、高熱伝導グリス
を使用することが、既に知られている。そして、モジュ
ールに対するヒートシンクの取り付けは、ヒートシンク
の変形、モジュール側の変形、及び、これらの寸法の
“ばらつき”等の吸収を行わなければならず、特に、キ
ャップに熱伝導率のよい窒化アルミニウム等のセラミッ
クスを使用すると、ヒートシンクの取り付け手段が限定
されてしまうという問題点が生じる。
本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決し、熱伝
導グリスの充填の保持性を長期にわたり保障すると共
に、ヒートシンクに対する外力、冷却液圧力、熱膨張に
対して充分追随可能で、モジュール全体の厚さの“ばら
つき”と、熱による厚さの変動を吸収することのできる
マルチチップモジュールの冷却構造を提供することにあ
る。
また、本発明の他の目的は、モジュールを持ち運ぶ場合
に、キャリヤを系止可能で、モジュールを電子装置から
抜去する場合の系止部を備え、かつ、キャップと配線基
板との間の封止用半田に引張応力がかかることのないマ
ツチチップモジュールの冷却構造を提供することにあ
る。
[問題点を解決するための手段] 本発明によれば、前記目的は、ヒートシンクと、キャッ
プ及び配線基板とを一体としてクランプし、モジュール
のほぼ中央で、バネ等の手段により、ヒートシンクをキ
ャップ上に押しつけるようにすることにより達成され
る。また、本発明の他の目的は、キャリヤ及び抜去用の
治具を系止する溝を設けることにより達成される。
[作 用] ヒートシンクの固定、及び、熱伝導グリスの押し付け構
造として、前述したように、ヒートシンクとキャップ及
び配線基板とを一体に、しかも、その中央が荷重点とな
るようにクランプすることにより、熱伝導グリスの充填
性を確保することができ、同時に、キャップ、ヒートシ
ンク等の熱変形に対しても追随することが可能となる。
また、キャップと配線基板の封止用半田には、常に、強
度的に強いとされている圧縮荷重が加わるため、封止信
頼性を保持することができる。
さらに、前記クランプに、モジュール運搬用及びモジュ
ール抜去用の溝を設けることにより、マルチチップモジ
ュールを、容易に運搬、着脱することが可能となる。
[実施例] 以下、本発明によるマルチチップモジュールの冷却構造
の実施例を図面により詳細に説明する。
第1図は本発明の一実施例を示す平面図、第2図は第1
図のA−A断面図、第3図はバネの特性図である。第1
図、第2図において、1は配線基板、2はピン、3はモ
ジュールキャップ、4はヒートシンク、5は冷却液入
口、6は冷却液出口、7は冷却液流路、8は熱伝導グリ
ス、9はクランプ材、10は板バネ、11はボルト、1
2はスペーサ、13はキャリヤ、17は半田、41は切
欠き、91は突起、92は系止溝である。
第1図及び第2図に示す本発明の実施例において、LS
I等が実装された配線基板1には、半田17によりモジ
ュールキャップ3が半田付けされている。このモジュー
ルキャップ3は、熱伝導率の良い窒化アルミニウム等で
形成され、その内部にLSI等の発熱電子部品を気密封
止している。
このモジュールキャップ3の上には、ヒートシンク4
が、これらの間に熱伝導グリス8を介して、板バネ10
及び押し付け用スペーサ12により押し付けられてい
る。
内部のLSI等から発生する熱は、モジュールキャップ
3、熱伝導グリス8を介してヒートシンク4に伝えられ
て放熱される。このヒートシンク4は、その内部に冷却
液の流路7が設けられて構成されており、冷却液入り口
5から流入した水、油等の冷却用の液体が、前記流路7
を通過して冷却液出口6に排出される間に熱を吸収する
ことにより、放熱を行うものである。
このヒートシンク4は、比較的柔らかい構造に形成され
ており、比較的小さな押し付け力が加わった場合にも変
形可能である。そして、前記熱伝導グリス8は、ある一
定の荷重で充填可能であり、モジュール全体に対する熱
伝導グリス8の充填性を良くするには、均一な荷重で、
ヒートシンク4全体をモジュールキャップ3に押し付け
ると良いが、構造が複雑となり経済的でない。
そこで本発明の実施例は、第2図にその断面を示すよう
に、配線基板1とモジュールキャップ3及びヒートシン
ク4とを、クランプ材9と、板バネ10及びヒートシン
ク押し付け用のスペーサ12とを用いて、サンドイッチ
するように固定する構造としたものである。
すなわち、本発明の実施例は、2つのクランプ材9が、
配線基板1の両側に、その下面からヒートシンク4の上
面に渡って備えられ、両クランプ材9が、ヒートシンク
4の側で、板バネ10をボルト11でクランプ材9に固
定することにより結合され、板バネ10の中央部とヒー
トシンク4との間に押し付け用スペーサ12を設け、こ
れにより、ヒートシンク4、モジュールキャップ3及び
配線基板1の全体をクランプし、ヒートシンク4をモジ
ュールキャップ3上に押し付けるように構成されてい
る。
前述したようなクランプ材9と、板バネ10及びスペー
サ11により構成される押し付け手段とによるクランプ
機構において、クランプ材9の位置決めは、ヒートシン
クの切欠き41とクランプ材9の突起91とにより行わ
れる。
クランプ材9には、モジュール運搬用キャリヤ13を系
止する系止溝92が設けられている。この系止溝92
は、モジュールと装置との間の信号伝送用及び電源供給
用のピン2を、相手コネクタ18から抜去するための治
具を系止するためにも使用される。
前述した本発明の一実施例に使用される板バネ10の特
性は、第3図に示すようにほぼリニアであり、変移δと
押圧力Fとは比例関係にある。この場合の変移δの値
は、モジュールの高さ寸法の“ばらつき”、熱変形変動
分及び冷却液の圧力による撓み分等の全てを考慮に入れ
た値である。
なお、ボルト11により、板バネ10をクランプ材11
に締め付けることにより、クランプ材9の配線基板1の
接触部には、第2図に矢印Mで示すモーメントが働き、
クランプ材9は、配線基板1を確実に保持することがで
きる。
前述した本発明の一実施例によれば、熱伝導グリス8を
介してモジュールキャップ3上に置かれるヒートシンク
4とモジュールとを一体として保持することができ、ヒ
ートシンクに対する外力、冷却液圧力、熱等によるヒー
トシンク4を含むモジュール全体の変形、及び、モジュ
ール全体の厚さの“ばらつき”等を吸収して、低い熱抵
抗を得ることができ、熱抵抗の変動も少なくすることが
でき、信頼性の向上を図ることができるという効果を得
ることができる。
さらに、この実施例によれば、モジュールの運搬、装置
からのモジュールの抜去が容易になり、かつ、モジュー
ルキャップ3と配線基板1との間の封止用半田に加わる
引張力をなくすことができ、封止の信頼性を図ることが
できる。
第4図は本発明の他の実施例の構成を示す断面図であ
る。第4図においては、14はサポート材、15はコイ
ルバネであり、他の符号は第1図、第2図と同一であ
る。
第4図に示す本発明の他の実施例は、第1図、第2図に
より説明した本発明の一実施例における、板バネ10と
スペーサ12とによる押し付け手段の代りに、サポート
材14とコイルバネ15とによる押し付け手段を用いた
ものである。
この本発明の実施例において、サポート材14は、板バ
ネ10の場合と同様に、2つのクランプ材9間にボルト
11で固定され、コイルバネ15は、クランプ材9とヒ
ートシンク4との間に配置されて、ヒートシンク4を押
し付けている。
前述本発明の他の実施例は、ヒートシンク4の押し付け
用にコイルバネ15を使用したが、さらバネ等のバネ性
のあるものであればどのようなものも使用することがで
きる。
このような本発明の他の実施例においても、第1図、第
2図で説明した場合と同様な効果を得ることができる。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、熱伝導グリス8を
介してモジュールキャップ3上に置かれるヒートシンク
4とモジュールとを一体として保持することができ、ヒ
ートシンクに対する外力、冷却液圧力、熱等によるヒー
トシンク4を含むモジュール全体の変形、及び、モジュ
ール全体の厚さの“ばらつき”等を吸収して、低い熱抵
抗を得ることができ、熱抵抗の変動も少なくすることが
でき、ヒートシンクの放熱性能の向上を図り、装置全体
の信頼性の向上を図ることができるという効果を得るこ
とができる。
さらに、本発明によれば、モジュールの運搬、装置から
のモジュールの抜去が容易になり、かつ、モジュールキ
ャップ3と配線基板1との間の封止用半田に加わる引張
力をなくすことができ、封止の信頼性を図ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す平面図、第2図は第1
図のA−A断面図、第3図はバネの特性図、第4図は本
発明の他の実施例の構成を示す断面図である。 1……配線基板、2……ピン、3……モジュールキャッ
プ、4……ヒートシンク、5……冷却液入口、6……冷
却液出口、7……冷却液流路、8……熱伝導グリス、9
……クランプ材、10……板バネ、11……ボルト、1
2……スペーサ、13……キャリヤ、14……サポート
材、15……コイルバネ、17……半田、41……切欠
き、91……突起、92……系止溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 二三幸 神奈川県秦野市堀山下1番地 株式会社日 立製作所神奈川工場内 (72)発明者 小嶋 弘行 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マルチチップモジュールとヒートシンクに
    より冷却するマルチチップモジュールの冷却構造におい
    て、マルチチップモジュールのモジュールキャップ上
    に、熱伝導グリスを介して前記ヒートシンクを重ね、マ
    ツチチップモジュールの配線基板、モジュールキャップ
    及びヒートシンクを一体としてクランプするクランプ材
    と、ヒートシンクをモジュールキャップに一定の圧力で
    押し付けるための押し付け手段とにより、ヒートシンク
    をモジュールキャップに押し付けることを特徴とするマ
    ルチチップモジュールの冷却構造。
  2. 【請求項2】前記押し付け手段は、ヒートシンクのほぼ
    中央で押し付けを行うことを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載のマツチチップモジュールの冷却構造。
  3. 【請求項3】前記押し付け手段は、クランプ材に固定さ
    れた板バネと、押し付け用スペーサとにより構成される
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記
    載のマルチチップモジュールの冷却構造。
  4. 【請求項4】前記押し付け手段は、クランプ材に固定さ
    れたサポート材と、コイルバネまたはさらにバネとによ
    り構成されることを特徴とする特許請求の範囲第1項ま
    たは第2項記載のマルチチップモジュールの冷却構造。
  5. 【請求項5】前記クランプ材は、運搬用キャリヤ、モジ
    ュール抜法用の兼用の系止溝を備えることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項ないし第4項のうち1項記載のマ
    ルチチップモジュールの冷却構造。
JP1287926A 1989-11-07 1989-11-07 マルチチップモジュールの冷却構造 Expired - Lifetime JPH0612795B2 (ja)

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