JPH0644598B2 - Electronic circuit implementation method - Google Patents

Electronic circuit implementation method

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JPH0644598B2
JPH0644598B2 JP12693487A JP12693487A JPH0644598B2 JP H0644598 B2 JPH0644598 B2 JP H0644598B2 JP 12693487 A JP12693487 A JP 12693487A JP 12693487 A JP12693487 A JP 12693487A JP H0644598 B2 JPH0644598 B2 JP H0644598B2
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義満 坂川
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日本電信電話株式会社
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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、大規模、かつ高実装密度、高発熱密度を有する電子回路実装方法に関するものである。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention [relates] are those large, and high mounting density, an electronic circuit mounting method having a high heat generation density.

〔従来の技術〕 [Prior art]

大規模で、高実装密度、高発熱密度を有する電子回路実装方法が要求される分野としては、超大型コンピュータがあった。 A large, high-density, as the field of electronic circuit packaging method having a high heat generation density is required, there is a very large computer. 上記超大型コンピュータは大規模な機能をもち、高速動作が要求されるため、最高性能のLSIが使用され、熱輸送能力が高い水冷または沸騰冷却が用いられている。 The ultra-large computer has a large feature, since the high-speed operation is required, the highest performance of the LSI is used, the heat transport capacity is high water-cooled or boiling cooling are used.

第1の従来例を第3図に示す。 The first conventional example shown in Figure 3. 図において、1は大型配線基板、11はLSIチップ、12はチップ搭載基板、13は接続用はんだ、14は端子、15は伝熱ピストン、16はばね、17は伝熱シリンダ、18はサブボード外囲器、19は通水パイプ、20は冷却水、21はホースである。 In the figure, the large wiring substrate 1, 11 is an LSI chip, the chip mounting board 12, the solder connections 13, 14 terminal, 15 a heat transfer piston, 16 a spring, 17 a heat transfer cylinder, 18 sub-board envelope, 19 passing water pipe, 20 cooling water 21 is hose. 上記構造の第1従来例では、LSIチップ11の熱が、ばね16により自由に伸縮して熱応力を吸収できる伝熱ピストン15に吸収され、さらに、伝熱シリンダ17、サブボード外囲器1 In the first conventional example having the above structure, the heat of the LSI chip 11 is absorbed in the heat transfer piston 15 can absorb freely expands and contracts thermal stress by the spring 16, further, the heat transfer cylinder 17, the sub-board envelope 1
8、通水パイプ19を介して冷却水20に伝えられる。 8, is transmitted to the cooling water 20 through the water flow pipe 19. 一方、電気的接続はチップ搭載の小型配線基板12から端子 On the other hand, the electrical connection terminal from small wiring substrate 12 of the chip mounting
14を介して、大型配線基板1に接続される。 14 through, is connected to the large wiring substrate 1.

つぎに、第2の従来例を第4図により説明する。 Next, a second conventional example with Figure 4. 図において、6は小型配線基板、8はLSIパッケージ、22は密閉された装置架、23は冷媒、24はコンプレッサである。 In FIG, 6 is small wiring board, 8 LSI package 22 is sealed unit rack, 23 refrigerant, 24 is a compressor. 上記冷媒としては、フロハナートなどのLSIの動作温度近くに沸点を有し、電気的に絶縁性を有する液体を用いる。 As the refrigerant has a boiling point close to the operating temperature of the LSI such Furohanato, using a liquid having an electrically insulating. 上記構造の第2従来例では、LSIパッケージ8が発熱するとLSIパッケージ8近傍の冷媒23が気化し、その時の気化熱によってLSIが冷却される。 In the second conventional example of the structure, when the LSI package 8 is heated to vaporize LSI package 8 near the refrigerant 23, LSI is cooled by evaporation heat at that time. 気化した冷媒23はコンプレッサ24で熱を除去され、液化したのちに上記LSIパッケージ8の近傍に戻る。 Vaporized refrigerant 23 is removed heat at the compressor 24, the flow returns to the vicinity of the LSI package 8 After liquefaction.

〔発明が解決しようとする問題点〕 [Problems to be Solved by the Invention]

上記第1の従来例では、伝熱ピストンと伝熱シリンダとの熱抵抗を下げる必要から、上記伝熱ピストンの長さを長くしなけばならず、全体の体積を小さくすることができず、このため、冷却部を含む発熱密度は300W/ In the first conventional example, the need to reduce the thermal resistance between the heat transfer piston and the heat transfer cylinder, must cry to increase the length of the heat transfer piston, can not be reduced overall volume, Therefore, heat generation density include a cooling unit 300 W /
程度にとどまっていた。 It was limited to a degree. また、サブボード外囲器ごとに冷却水のホースによる配管が必要になり、上記配管の接続部の体積が増すとともに、接続不良により水もれを生じた場合に、電気回路に支障をきたす危険があり、また保守などでサブボート外囲器を切り離す際に、ホースの着脱を行う必要がありそのため水もれの危険を伴うなどの問題点があった。 Further, the pipe is required by the hose of the cooling water in each sub-board envelope, along with the volume of the connection portion of the pipe is increased, the case any water leakage by poor connection, risk of the electric circuit interferes There are, also when disconnecting the Sabuboto envelope like maintenance, there is a problem such as involving the risk of detachment must do so for water leakage of the hose.

また、第2の従来例では、総発熱量が大きくなると気泡の体積が増し、特に気泡が集中する小型配線基板の上端部では十分な空間をとり、LSIパッケージに液相の冷媒が接するようにしなければならない。 Further, in the second conventional example, the total amount of heat generated becomes large increases the volume of bubbles, particularly air bubbles take a sufficient space in the upper part of the small circuit board to focus, as the refrigerant of the liquid phase in contact with the LSI package There must be. また、気相の冷媒の体積は液相に較べて5桁程度増えるため、気化後の冷媒をコンプレッサに導くまでの部分に太い管路が必要になる。 The volume of the refrigerant in the gas phase is due to the increased about 5 orders of magnitude as compared with the liquid phase, a thick pipe refrigerant in the portion of the up leading to the compressor after vaporization is required. さらに、コンプレッサ自体が大型になり、装置全体が極めて大型になるという欠点がある。 Further, the compressor itself becomes large, there is a disadvantage that the entire apparatus becomes very large. さらにまた、すべての部品が冷媒と接触するために、その材質を十分吟味しないと、化学反応等による劣化を生じる可能性があり、部品選択の自由度が小さい。 Furthermore, because all the components are in contact with the refrigerant, if not sufficiently examine the material, possibly resulting in deterioration due to chemical reaction or the like, a small degree of freedom in component selection.

本発明の目的は、発熱量と配線量が多いLSIを実装する電子回路を、高い実装密度で実装し、かつ保守が容易な電子回路実装方法を得ることである。 An object of the present invention, an electronic circuit for implementing the calorific value and the amount of wiring is large LSI, and implemented in a high packing density, and is that the maintenance obtain easy electronic circuit implementation.

〔問題点を解決するための手段〕 [Means for Solving the Problems]

上記目的は、冷却能力を有するフレームに、大型配線基板を一体に取付けてマザーボードとし、熱伝導板と小型配線基板との間に、半導体素子を実装して一体にしたものをサブボードとし、上記サブボードの熱伝導板を上記マザーボードのフレームに固定するとともに、上記サブボードとマザーボードとの間をコネクタにより電気接続することにより達成される。 Above object, the frame having a cooling capacity, the motherboard is attached to large wiring substrate integrally, between the heat conduction plate and a small circuit board, and the sub board those integrated by mounting a semiconductor element, the the heat conductive plate of the sub board is fixed to the frame of the motherboard, it is accomplished by electrically connecting the connectors between the sub-board and the motherboard.

〔作用〕 [Action]

本発明は、水冷により高い冷却能力を有するフレームに、大型配線基板を取付けてマザーボードとし、構体を兼ねた熱伝導板と、これに取付けた小型配線基板との間にLSIを実装してサブボードとすることによって2つの部分に分割できる構成とし、上記マザーボードとサブボードとの間を、熱的にはフレームと熱伝導板との圧接により、また、電気的にはコネクタにより接続するようにしたもであって、従来技術のようにピストンなどが占める大きな空間を必要とせず、複数のマザーボードを重ねて使用する場合に、ボードピッチが高められるという特徴を有している。 The present invention relates to a frame having a high cooling capability by water-cooling, the sub-board implements LSI between the motherboard mounting the large wiring substrate, and the heat conductive plate which also serves as a structure, a small circuit board attached thereto a structure that can be divided into two parts by a, between the motherboard and the sub-board, the thermal by pressure contact between the frame and the heat conducting plate, also the electrical and be connected by a connector a is also not require a large space such as a piston occupied as in the prior art, when used in a plurality of stacked motherboard has a characteristic that the board pitch is increased. また、水もれ等の障害の原因になる冷却水配管の接続部は、マザーボードの出入口部分だけであってサブボードにはなく、そのため保守が容易になる。 The connecting portion of the cooling water pipes cause failure of water leakage or the like, rather than the sub-board be only entrance portion of the motherboard, so maintenance is facilitated. さらに冷媒が水であることから一般の事業所でも容易に利用でき、コンプレッサなどの大きな外部装置が必要なく、上記冷媒は直接部品に接することがないので、 Further also readily available in general offices since the refrigerant is water, there is no need for large external device such as a compressor, since no contact with the component above refrigerant directly,
冷媒による劣化の必配はない。 Not 必配 of deterioration by the refrigerant.

〔実施例〕 〔Example〕

つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。 Next a description will be given of an embodiment of the present invention in conjunction with the accompanying drawings. 第1図は本発明による電子回路実装方法の一実施例を示す分解斜視図、第2図は上記実施例におけるサブボードの構造を示す分解斜視図である。 Figure 1 is an exploded perspective view showing an embodiment of an electronic circuit mounting method according to the invention, FIG. 2 is an exploded perspective view showing the structure of the sub-board in the above embodiment. 第1図において、1は大型配線基板、2は水冷フレーム、3はサブボード、4はコネクタ、5は冷却水用パイプである。 In Figure 1, the large wiring substrate 1, 2 water-cooled frame, 3 sub-board, four connectors 5 are cooling water pipes. また、上記サブボード3の構造を説明する第2図では、4がコネクタ、6は小型配線基板、7は構体を兼ねた熱伝導板、8はLS In the second diagram for explaining the structure of the sub-board 3, 4 connector, a small circuit board 6, 7 heat conductive plate which also serves as a structure, 8 LS
I、9は応力に対し伸縮性を有する熱伝導体、10は上記水冷フレーム2への取付け部分である。 I, 9 are heat conductor having elasticity to stress, 10 is the attachment portion to said water-cooled frame 2. 上記構成において、LSI8の配線は小型配線基板6からコネクタ4を介して、熱伝導板7と水冷フレーム2とで結合された大型配線基板1に接続される。 In the above structure, the wiring LSI8 via the connector 4 from the small circuit board 6, is connected to the large wiring substrate 1 which is coupled with the heat conducting plate 7 and the water-cooled frame 2. 一方、LSI8から発生する熱は熱伝導体9および熱伝導板7、水冷フレーム2を介して、水冷フレーム2に接続された冷却水用パイプ5 Meanwhile, heat generated from LSI8 the heat conductor 9 and the thermal conductive plate 7, through the water-cooled frame 2, a pipe for cooling water is connected to the water-cooled frame 2 5
中の冷却水に伝えられる。 It is transmitted to the cooling water in the. 上記サブボード3はLSI8 The sub-board 3 LSI8
を両表面にそれぞ実装した小型配線基板6を熱伝導板7 Heat a small circuit board 6 respectively mounted to both surfaces conductive plate 7
で包んだ形になっており、熱伝導体として放熱グリスや熱伝導用板ばね等を用いることによって、厚さ12mm程度に形成することが可能である。 And in the form wrapped in, by using the thermal grease or thermal conduction plate spring or the like as a heat conductor, it is possible to form the thickness of about 12 mm. また、上記サブボード3 In addition, the sub-board 3
の大きさを10cm×10cm、熱伝導板7を厚さ1.5mmの銅板、熱伝導体として厚さ50μm、接触寸法1cm×1cmの放熱グリスを用い、片面それぞれ16個、合計32個のLS Size of 10 cm × 10 cm, copper having a thickness of 1.5mm the heat conductive plate 7, the thickness of 50 [mu] m, the thermal grease contact dimensions 1 cm × 1 cm used as a heat conductor, one surface each of the 16, a total of 32 LS
I8を搭載した場合に、上記LSI8から水冷フレーム2の取付け部までの熱抵抗はおよそ5℃/W程度であり、冷却水の水温を35℃、LSI温度を70℃とすると、 When equipped with I8, thermal resistance from the LSI8 to the mounting portion of the water-cooled frame 2 is about 5 ° C. / W about, 35 ° C. The temperature of the coolant, when the LSI temperature and 70 ° C.,
チップ当り7Wまでの電力を消費できる。 It can consume the power of up to chip per 7W.

上記サブボード3と、水冷フレーム2および大型配線基板1を一体にしたマザーボードとは、ねじ等を用いて容易に着脱させることができ、上記サブボード3を水冷フレーム間の空間の寸法に合わせることにより、サブボードを実装した状態でのボード全体の厚さは15mm程度にできるので、上記のようなボードを複数個重ね合わせて使用することが可能で、その発熱密度は1000W/を実現することができる。 And the sub-board 3, and the motherboards with the water-cooled frame 2 and the large wiring substrate 1 together, it is possible to easily detached using screws or the like, to align the sub-board 3 to the dimensions of the space between the water-cooled frame Accordingly, the thickness of the entire board in a state of mounting the sub-board can be in the order of 15 mm, it can be used by superposing a plurality of boards as described above, that the heat generation density to realize 1000W / can.

〔発明の効果〕 〔Effect of the invention〕

上記のように本発明による電子回路実装方法は、冷却能力を有するフレームに、大型配線基板を一体に取付けてマザーボードとし、熱伝導板と小型配線基板との間に、 Electronic circuit mounting method according to the invention as described above, the frame having a cooling capacity, the motherboard is attached to large wiring substrate integrally, between the heat conduction plate and a small circuit board,
半導体素子を実装して一体にしたものをサブボードとし、上記サブボードの熱伝導板を上記マザーボードのフレームに固定するとともに、上記サブボードとマザーボードとの間をコネクタにより電気接続することにより、 And sub board those integrated by mounting a semiconductor element, a heat conductive plate of said sub-board is fixed to the frame of the motherboard, by electrically connecting the connectors between the sub-board and the motherboard,
水冷方式のすぐれた熱輸送能力を効果的に利用し、かつ、水冷フレームおよびサブボードを構体として、機械的な支持機能も兼ねることによって、高密度で高い放熱能力をもつ実装を行うことができる利点がある。 Using excellent heat transport capability of the water-cooled effectively, and, as a structure of the water-cooled frame and a sub-board, by doubling as mechanical support function, it is possible to perform the mounting with high heat dissipation capacity and a high density there is an advantage. さらに、本実装方法では水路をマザーボードだけに設け、サブボードを着脱可能な構造にしたことにより、部分試験や交換等の保守が容易になり、水もれ等に起因する信頼性を高められる利点があり、また、本実装方法のLSI Furthermore, in this mounting method is provided only on the motherboard waterways, advantages by the sub board to a removable structure, parts testing or replacement maintenance is facilitated and enhanced reliability due to water leakage, etc. There is, also, LSI of this implementation method
は一般的なLSIの表面実装技術で搭載されているため、部品選択の自由度が高いという利点がある。 Because it is mounted in a common LSI surface mount technology, there is an advantage that a high degree of freedom in component selection.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

第1図は本発明による電子回路実装方法の一実施例を示す分解斜視図、第2図は上記実施例におけるサブボードの構造を示す分解斜視図、第3図は従来の電子回路実装方法を示す構成図、第4図は電子回路実装方法の他の従来例を示す構成図である。 Exploded perspective view showing an embodiment of an electronic circuit mounting method according to Figure 1 the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view showing the structure of the sub-board in the above embodiment, the third diagram the conventional electronic circuit implementation diagram illustrating, FIG. 4 is a diagram showing another conventional example of an electronic circuit implementation. 1……大型配線基板、2……フレーム 3……サブボード、4……コネクタ 6……小型配線基板、7……熱伝導板 8……半導体素子 1 ...... large wiring substrate, 2 ...... frame 3 ...... sub board 4 ...... connector 6 ...... compact wiring board, 7 ...... heat conductive plate 8 ...... semiconductor element

Claims (1)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】冷却能力を有するフレームに、大型配線基板を一体に取付けてマザーボードとし、熱伝導板と小型配線基板との間に、半導体素子を実装して一体にしたものをサブボードとし、上記サブボードの熱伝導板を上記マザーボードのフレームに固定するとともに、上記サブボードとマザーボードとの間をコネクタにより電気接接続する電子回路実装方法。 To 1. A frame having a cooling capacity, the motherboard is attached to large wiring substrate integrally, between the heat conduction plate and a small circuit board, and the sub board those integrated by mounting a semiconductor element, the heat transfer plate of the sub board is fixed to the frame of the motherboard, the electronic circuit mounting method for electrically contact connected by a connector between said sub-board and the motherboard.
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