JPH08148618A - 放熱構造 - Google Patents

放熱構造

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JPH08148618A
JPH08148618A JP6287687A JP28768794A JPH08148618A JP H08148618 A JPH08148618 A JP H08148618A JP 6287687 A JP6287687 A JP 6287687A JP 28768794 A JP28768794 A JP 28768794A JP H08148618 A JPH08148618 A JP H08148618A
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JP
Japan
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heat
lsi
electronic component
storage material
accumulating member
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Pending
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JP6287687A
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English (en)
Inventor
Tsutomu Sato
力 佐藤
Masakazu Sakagami
雅一 坂上
Yasuhiro Kamimura
康浩 上村
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Hitachi Computer Electronics Co Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Computer Electronics Co Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/022Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being wires or pins
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電子部品の動作・非動作時等における急激な
温度変化を抑制し、電子部品と回路基板との接続部等の
実装構造における熱応力を緩和する。 【構成】 BGA等の接続部6を介して回路基板4上に
実装されるLSI3の上面に、中心に貫通孔2aが穿設
された板状の蓄熱材2を配置し、さらにその上面に、蓄
熱材2の貫通孔2aと同形状か、あるいはそれより小さ
い突起部分1aを下面にもつ放熱作用のみの放熱フィン
等からなるヒートシンク1を配置し、蓄熱材2とLSI
3、および放熱作用のみのヒートシンク1とLSI3と
をそれぞれ接触させるようにした放熱構造である。動作
中のLSI3から放出される熱の一部は蓄熱材2に蓄え
られ、動作停止によってLSI3の温度が低下すると蓄
熱材2から熱が与えられることによってLSI3の急激
な温度低下を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、放熱技術に関し、特
に、回路基板との接続部において、熱応力の影響を受け
やすいLSIなどの発熱が大きい電子部品の冷却に適用
して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来では、日経BP社、1993年5月
31日、発行「実践講座VLSIパッケージング技術
(上)」P148、図5.3.4、等の文献にも記載さ
れているように、たとえば、LSI等の電子部品に設け
られた放熱構造(ヒートシンク)は、アルミニウムなど
熱伝導度の高い部材で形成し、放熱作用のみに重点をお
いた構造であり、該ヒートシンクとLSIなどの電子部
品とを一体化させ、LSIから発生した熱を熱伝導によ
り該ヒートシンクに伝え、自然対流または強制空冷など
により放熱することによって、LSIの温度上昇を抑え
るものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】LSIなどの電子部品
は、シリコンチップをセラミックあるいは有機材料上に
形成されたタングステン、銅、はんだ等によるパターン
に接続し、さらに有機材料、セラミックス等により封止
されるが、それぞれ異なった熱膨張係数をもっているの
で、寿命を含めた回路基板との接続部の信頼性上の観点
から、一定温度あるいは温度変化が小さい事が望ましい
が、高速・高集積化に伴う電子部品の発熱量の増加によ
り電子部品の温度上昇も増大している。
【0004】電子部品が動作時の高発熱状態から、動作
停止あるいは待機状態(非動作時の電子部品が消費電力
を抑えている状態)の低発熱状態になった場合、ヒート
シンクを介して電子部品が急激に冷却されてしまい、各
部材間の熱膨張率の差から電子部品と回路基板の接続部
に多大な熱応力がかかり、接続部の信頼性を低下させる
ことが懸念されていた。
【0005】本発明の目的は、電子部品の動作・非動作
時等における急激な温度変化を抑制し、電子部品と回路
基板との接続部等の実装構造における熱応力を緩和する
ことが可能な放熱技術を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の放熱構造は、蓄
熱材を発熱源の電子部品と放熱作用のみの放熱構造(従
来の放熱構造)の間に挟み込むか、あるいは放熱作用の
みの放熱構造自体の中に埋め込むか、あるいは蓄熱材を
放熱作用のみの放熱構造の上面より装着し、さらにそれ
らを発熱源の電子部品と接触するように配置したもので
ある。
【0007】蓄熱材としては、たとえば、電子部品の温
度変化の範囲内に相変化温度を有し、当該相変化におけ
る潜熱の吸収および放散の大きな物質、あるいは、熱容
量が充分に大きな物質等を利用することができる。
【0008】
【作用】上述のような本発明の放熱構造によれば、蓄熱
材は電子部品が動作中の高発熱状態のうちに熱を吸収
し、発熱源の電子部品が動作停止等の要因で高発熱状態
から急激に低発熱状態になった場合、発熱源の電子部品
が低発熱状態になってからは、蓄熱材の相変化等による
潜熱(凝固熱)が放出され、発熱源の電子部品が当該熱
を吸収することにより、電子部品が急激に冷却されてし
まうことを抑制でき、電子部品と回路基板の接続部等の
実装構造に対する熱応力を緩和することができる。これ
により、動作時・非動作時で温度変化が大きい電子部品
と回路基板との接続部等の実装構造の信頼性を向上させ
ることができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
【0010】(実施例1)図1は本発明の一実施例であ
る放熱構造を備えた電子部品の実装状態の一例を示す略
断面図である。本実施例では、電子部品の一例として、
大規模集積回路(LSI)等に適用する場合について説
明する。
【0011】本実施例の放熱構造は、LSI3の上面
に、中心に貫通孔2aが穿設された板状の蓄熱材2を配
置し、蓄熱材2はシート5により融解時に形状を保持
し、さらに蓄熱材2の上面に、蓄熱材2の貫通孔2aと
同形状か、あるいはそれより小さい突起部分1aを下面
にもつ放熱作用のみの放熱フィン等からなるヒートシン
ク1を配置し、蓄熱材2とLSI3および放熱作用のみ
のヒートシンク1とLSI3を相互に接触させた構成と
なっている。ヒートシンク1は、たとえば熱伝導度の高
いアルミニウム等で構成されている。
【0012】LSI3は、たとえば、半導体シリコンチ
ップ等で構成され、たとえば多数のはんだボール等で構
成されるBGA(Ball Grid Array)等からなる接続部6
によって回路基板4に実装されている。
【0013】本実施例では、一例として、蓄熱材2を、
LSI3による温度変化の範囲内に相変化点を有し、相
変化に伴う潜熱を利用可能な素材で構成する。一般的に
物質の相変化に伴う潜熱を利用する蓄熱材(潜熱蓄熱
材)には、水、水和塩、パラフィン(Cn 2n+2)など
があるが、たとえば、LSI3の温度変化内で固体から
液体に相変化を起こす蓄熱材2を使用した場合、LSI
3が動作中の高発熱時に、蓄熱材2はLSI3より熱を
吸収し、さらに相変化の融解熱により、より多くの熱を
吸収することができる。
【0014】そして、LSI3が停止あるいは待機状態
の低発熱状態になり、温度が急激に下がり始めた時、蓄
熱材2は蓄えた熱をLSI3に放出し、さらに相変化の
凝固熱を放出することにより、LSI3の温度変化量を
小さくするか、冷却の温度勾配をゆるやかにできる。そ
れにより、特に、半導体シリコンチップ等からなるLS
I3とはんだバンプ等のように、熱膨張係数が異なる要
素から構成される接続部6にかかる熱応力を緩和でき、
接続部6の信頼性を向上させることができる。これによ
り、接続構造の簡易化が可能となり、低価格化が図れ
る。
【0015】(実施例2)図2は、本発明の他の実施例
である放熱構造を備えた電子部品の実装状態の一例を示
す略断面図である。
【0016】本実施例の場合には、蓄熱材2Aを、たと
えば、熱伝導度の高い素材からなる放熱フィン等からな
るヒートシンク7の中に埋め込むことにより、一体化し
た構成となっている。これにより、本実施例の場合に
も、図1で説明した実施例1の場合と同様な効果を得る
ことができる。また、図1では放熱作用のみのヒートシ
ンク1と蓄熱材2がそれぞれ別構造になっているが、こ
のようにして、放熱作用のみのヒートシンク7と蓄熱材
2を一体化させることにより、取扱が容易となる。
【0017】(実施例3)図3は、本発明のさらに他の
実施例である放熱構造を備えた電子部品の実装状態の一
例を示す斜視図である。この実施例3の放熱構造の場合
には、図3のように、LSI3に、多数の放熱ピン8a
が突設されたヒートシンク8を装着し、そのヒートシン
ク8の上面より当該ヒートシンク8の多数の放熱ピン8
aと同形状、あるいはそれより大きい形状の貫通孔2b
がくりぬかれた板状の蓄熱材2Bを装着し、ヒートシン
ク8の放熱ピン8aが蓄熱材2の上面から突き出るよう
に嵌合させたものである。なお、図3では、ヒートシン
ク8と蓄熱材2Bとが分解された状態を示している。
【0018】これにより、たとえば、既存の放熱作用の
みのヒートシンク8をなんら改造することなくそのまま
利用することができる。また、既に放熱作用のみのヒー
トシンク8とLSI3が一体化され、回路基板4上に実
装されてしまっているものに対しても蓄熱材2Bを容易
に装着させることにより、LSI3の急激な温度変化を
抑制して接続部6にかかる熱応力を緩和できる、という
効果を得ることができる。
【0019】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。
【0020】たとえば、図3の場合には、蓄熱材2Bに
円形の貫通孔2bを穿設した場合を示したが、矩形の貫
通孔や溝等を形成して、たとえば図1や図2に例示され
た矩形の放熱フィンに嵌合するような構成とすることも
本発明に含まれる。
【0021】また、ヒートシンクを構成する高熱伝導度
の素材の内部に熱容量の大きな素材を分散させて放熱構
造とすることも本発明に含まれる。
【0022】
【発明の効果】本発明の放熱構造によれば、電子部品の
動作・非動作時等における急激な温度変化を抑制し、電
子部品と回路基板との接続部等のような実装構造におけ
る熱応力を緩和することができる、という効果が得られ
る。これにより、接続構造の簡易化が可能となり、低価
格化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である放熱構造を備えた電子
部品の実装状態の一例を示す略断面図である。
【図2】本発明の他の実施例である放熱構造を備えた電
子部品の実装状態の一例を示す略断面図である。
【図3】本発明のさらに他の実施例である放熱構造を備
えた電子部品の実装状態の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 ヒートシンク(第1の材料) 1a 突起部分 2 蓄熱材(第2の材料) 2a 貫通孔 2b 貫通孔 2A 蓄熱材(第2の材料) 2B 蓄熱材(第2の材料) 4 回路基板 5 シート 6 接続部 7 ヒートシンク(第1の材料) 8 ヒートシンク(第1の材料) 8a 放熱ピン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂上 雅一 神奈川県海老名市下今泉810番地 株式会 社日立製作所オフィスシステム事業部内 (72)発明者 上村 康浩 神奈川県秦野市堀山下1番地 株式会社日 立コンピュータエレクトロニクス内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高熱伝導度の第1の材料と、蓄熱機能が
    高い第2の材料とを組合せてなることを特徴とする放熱
    構造。
JP6287687A 1994-11-22 1994-11-22 放熱構造 Pending JPH08148618A (ja)

Priority Applications (1)

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JP6287687A JPH08148618A (ja) 1994-11-22 1994-11-22 放熱構造

Applications Claiming Priority (1)

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JP6287687A JPH08148618A (ja) 1994-11-22 1994-11-22 放熱構造

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