JP2002353386A - 結露防止構造を備えた電子デバイス - Google Patents
結露防止構造を備えた電子デバイスInfo
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- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 LSIの搭載されている基板をむらなく効率
的に加熱できるようにして、LSIのジャンクション温
度にほとんど影響を与えることなく、マルチチップモジ
ュールの基板や基板内のピンおよびマルチチップモジュ
ールが搭載されているボードの結露を防止できるように
する。 【解決手段】 冷却部材3と熱的に接触しているマルチ
チップモジュール20の基板2を保持するフランジ7を
アダプタ6を介してヒータ5と接するようにし、ヒータ
5と冷却部材3との間に断熱材4を充填する。
的に加熱できるようにして、LSIのジャンクション温
度にほとんど影響を与えることなく、マルチチップモジ
ュールの基板や基板内のピンおよびマルチチップモジュ
ールが搭載されているボードの結露を防止できるように
する。 【解決手段】 冷却部材3と熱的に接触しているマルチ
チップモジュール20の基板2を保持するフランジ7を
アダプタ6を介してヒータ5と接するようにし、ヒータ
5と冷却部材3との間に断熱材4を充填する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、結露防止構造を備
えたマルチチップモジュールなどの電子デバイスに関す
るものである。
えたマルチチップモジュールなどの電子デバイスに関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスの中には、室温以下に冷
却することによって、その動作性能が向上するものが少
なくない。特に、CMOSなどのLSIやHEMT等は
低温化することにより半導体中のキャリアの移動度が上
がるため、それらのジャンクション部の温度を下げてや
れば高速に動作することが知られている。また、チップ
全体を低温化すれば、チップ中の不純物の拡散ならびに
内部配線パターンのマイグレーションが抑制され、信頼
性が向上することも知られている。そこで、これら半導
体デバイスの動作環境を、低温冷却することが広く行な
われている。
却することによって、その動作性能が向上するものが少
なくない。特に、CMOSなどのLSIやHEMT等は
低温化することにより半導体中のキャリアの移動度が上
がるため、それらのジャンクション部の温度を下げてや
れば高速に動作することが知られている。また、チップ
全体を低温化すれば、チップ中の不純物の拡散ならびに
内部配線パターンのマイグレーションが抑制され、信頼
性が向上することも知られている。そこで、これら半導
体デバイスの動作環境を、低温冷却することが広く行な
われている。
【0003】しかしながら、低温冷却において、冷却部
材やその近傍に搭載されている部品(例えば、マルチチ
ップモジュールの基板やピンあるいはマルチチップモジ
ュールが搭載されているボード等)の表面温度が周囲の
雰囲気の露点温度以下に達すると、それらの表面に結露
を生じてしまう。結露がマルチチップモジュールのピン
に発生すると電源ショート等の不具合が生じてしまう
し、基板に発生すると基板配線のマイグレーションを引
き起こす原因となる。また、ボードに結露が生じると腐
食を誘発するし、それ以外の場所に発生しても水滴がボ
ードやボード上の給電パッドや信号パッドに落ちると事
故の原因となる。
材やその近傍に搭載されている部品(例えば、マルチチ
ップモジュールの基板やピンあるいはマルチチップモジ
ュールが搭載されているボード等)の表面温度が周囲の
雰囲気の露点温度以下に達すると、それらの表面に結露
を生じてしまう。結露がマルチチップモジュールのピン
に発生すると電源ショート等の不具合が生じてしまう
し、基板に発生すると基板配線のマイグレーションを引
き起こす原因となる。また、ボードに結露が生じると腐
食を誘発するし、それ以外の場所に発生しても水滴がボ
ードやボード上の給電パッドや信号パッドに落ちると事
故の原因となる。
【0004】そこで、こうした結露を防止するための様
々な構造が提案されまた実用化されている。例えば、特
開2000-101000号公報には、マルチチップモジュール内
の多層配線基板内のピン取り付け面近傍にヒータ用のパ
ターンを作り込む構造が開示されている。これは、冷却
器が取り付けられたモジュールキャップによって多層配
線基板上の空間を封止すると共に、多層配線基板内のヒ
ータに通電することによってピンの温度を周囲雰囲気の
露点よりも高くしてピンの結露を防止するものである。
々な構造が提案されまた実用化されている。例えば、特
開2000-101000号公報には、マルチチップモジュール内
の多層配線基板内のピン取り付け面近傍にヒータ用のパ
ターンを作り込む構造が開示されている。これは、冷却
器が取り付けられたモジュールキャップによって多層配
線基板上の空間を封止すると共に、多層配線基板内のヒ
ータに通電することによってピンの温度を周囲雰囲気の
露点よりも高くしてピンの結露を防止するものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した公報により提
案された構造では、多層配線基板とモジュールキャップ
とで半導体チップを窒素等の不活性ガス雰囲気中に封止
するために、冷却器が取り付けられたモジュールキャッ
プが多層配線基板の外周部に直接密着されている。その
ため、多層配線基板の外周部に位置するピンは多層配線
基板の中央部に位置するピンに比べて低温状態になりや
すく、基板外周部と基板中央部とのピン間に温度分布を
生じやすい。このため、多層配線基板中央部のピンを結
露が生じない最適な温度に設定したとしても、多層配線
基板外周部のピンには結露が生じるという危険性が発生
する。また、多層配線基板を直接冷却しつつ加熱してい
るため、冷却および加熱のための消費電力が増大してし
まう。したがって、本発明の目的は、第1に、電子デバ
イス用基板をむらなく加熱できるようにすることであ
り、第2に、より少ない電力により基板に対する加熱効
果を得られるようにすることである。
案された構造では、多層配線基板とモジュールキャップ
とで半導体チップを窒素等の不活性ガス雰囲気中に封止
するために、冷却器が取り付けられたモジュールキャッ
プが多層配線基板の外周部に直接密着されている。その
ため、多層配線基板の外周部に位置するピンは多層配線
基板の中央部に位置するピンに比べて低温状態になりや
すく、基板外周部と基板中央部とのピン間に温度分布を
生じやすい。このため、多層配線基板中央部のピンを結
露が生じない最適な温度に設定したとしても、多層配線
基板外周部のピンには結露が生じるという危険性が発生
する。また、多層配線基板を直接冷却しつつ加熱してい
るため、冷却および加熱のための消費電力が増大してし
まう。したがって、本発明の目的は、第1に、電子デバ
イス用基板をむらなく加熱できるようにすることであ
り、第2に、より少ない電力により基板に対する加熱効
果を得られるようにすることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明によれば、半導体デバイスと、該半導体デバ
イスが搭載された基板と、該基板の外周部を保持するフ
ランジ部材と、冷却部材とを含み、前記フランジ部材を
前記冷却部材に固着させることによって前記半導体デバ
イスと前記冷却部材とが熱的に接続された結露防止構造
を備えた電子デバイスにおいて、前記フランジ部材には
加熱機能が備えられていることを特徴とする結露防止構
造を備えた電子デバイスが、提供される。そして、好ま
しくは、前記冷却部材と前記フランジ部材との間には断
熱部材が挿入される。また、好ましくは、前記冷却部材
と前記フランジ部材との間には、前記断熱部材の動きを
規制するアダプタが挿入される。
め、本発明によれば、半導体デバイスと、該半導体デバ
イスが搭載された基板と、該基板の外周部を保持するフ
ランジ部材と、冷却部材とを含み、前記フランジ部材を
前記冷却部材に固着させることによって前記半導体デバ
イスと前記冷却部材とが熱的に接続された結露防止構造
を備えた電子デバイスにおいて、前記フランジ部材には
加熱機能が備えられていることを特徴とする結露防止構
造を備えた電子デバイスが、提供される。そして、好ま
しくは、前記冷却部材と前記フランジ部材との間には断
熱部材が挿入される。また、好ましくは、前記冷却部材
と前記フランジ部材との間には、前記断熱部材の動きを
規制するアダプタが挿入される。
【0007】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明による電
子デバイスの第1の実施例を示す側断面図である。マル
チチップモジュール20は、外部端子であるピン12が
複数本植設された基板2と、基板2上に搭載された、C
MOS回路を備えた複数のLSI1とから構成される。
マルチチップモジュール20の構成要素であるLSI1
は、冷却部材3に熱的に接続されている。LSI1の冷
却部材側の面と冷却部材3との間には、LSIの実装高
さや傾きのばらつきを吸収させるための熱伝導性のコン
パウンドが充填されている。基板2は、アルミナやムラ
イトなどのセラミック材料やアルミニウムなどの金属材
料をベース基板として、その上に導体となる配線層とそ
の層間の絶縁をとる層間絶縁層とを多層に積層した多層
配線基板、あるいは銅張ガラスエポキシ基板から形成し
た配線基板を多層に積層した多層配線基板などであり、
基板表面に平行な方向の熱伝導性に優れている。本実施
例においては、また、LSI1の実装される側の基板2
の表面に薄膜絶縁層を設け、その絶縁材料として熱伝導
性の低いポリイミドを用いた。ポリイミドは、ポリイミ
ドの前駆体をスピン・コーティングした後に加熱するこ
とによって形成した。ただし、薄膜絶縁層の絶縁材料と
してはポリイミドに限らず、熱伝導性の低い絶縁材料で
あればいずれも使用し得る。例えば,BCB(ベンゾシ
クロブテン)等も、好適に用い得る。
面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明による電
子デバイスの第1の実施例を示す側断面図である。マル
チチップモジュール20は、外部端子であるピン12が
複数本植設された基板2と、基板2上に搭載された、C
MOS回路を備えた複数のLSI1とから構成される。
マルチチップモジュール20の構成要素であるLSI1
は、冷却部材3に熱的に接続されている。LSI1の冷
却部材側の面と冷却部材3との間には、LSIの実装高
さや傾きのばらつきを吸収させるための熱伝導性のコン
パウンドが充填されている。基板2は、アルミナやムラ
イトなどのセラミック材料やアルミニウムなどの金属材
料をベース基板として、その上に導体となる配線層とそ
の層間の絶縁をとる層間絶縁層とを多層に積層した多層
配線基板、あるいは銅張ガラスエポキシ基板から形成し
た配線基板を多層に積層した多層配線基板などであり、
基板表面に平行な方向の熱伝導性に優れている。本実施
例においては、また、LSI1の実装される側の基板2
の表面に薄膜絶縁層を設け、その絶縁材料として熱伝導
性の低いポリイミドを用いた。ポリイミドは、ポリイミ
ドの前駆体をスピン・コーティングした後に加熱するこ
とによって形成した。ただし、薄膜絶縁層の絶縁材料と
してはポリイミドに限らず、熱伝導性の低い絶縁材料で
あればいずれも使用し得る。例えば,BCB(ベンゾシ
クロブテン)等も、好適に用い得る。
【0008】冷却部材3は、CMOSのLSI1を高速
動作させるために、室温以下に冷却される。冷却方式と
しては、冷却部材内に水や不凍液などの冷媒を循環させ
る液冷方式、冷凍サイクルを使用する方式、吸熱作用を
利用するペルチェ素子を使用する方式などがあるが、い
ずれの方式を採用してもよい。
動作させるために、室温以下に冷却される。冷却方式と
しては、冷却部材内に水や不凍液などの冷媒を循環させ
る液冷方式、冷凍サイクルを使用する方式、吸熱作用を
利用するペルチェ素子を使用する方式などがあるが、い
ずれの方式を採用してもよい。
【0009】マルチチップモジュール20はフランジ部
材7に保持されている。本実施例においては、基板2を
フランジ部材7の底部にネジどめにて固定したが、基板
2をフランジ部材7の底部に接触保持してもよいし、フ
ランジ部材7の底部に半田ないし接着剤により固着して
もよい。フランジ部材7の上にはアダプタ6を介してヒ
ータ5が設置されている。アダプタ6は、アダプタ板6
aと支柱6bとの2つの部分から構成される(図2参
照)。さらにヒータ5と冷却部材3との間には断熱材4
が挿入されている。フランジ部材7はアルミニウムなど
の熱伝導性に優れた金属で形成され、基板2をピン12
側から面で接触保持している。フランジ部材7の表面に
は絶縁被覆が施されている。断熱材4は、その内部に結
露を生じないように、独立気泡を持つものが使用され
る。また、吸水率が数%以下のものが望ましい。このよ
うな性質を持つ断熱材として、例えば独立気泡スポンジ
ゴム等が好適に使用され得る。断熱材4をヒータ5と冷
却部材3の間に挿入しているのは、ヒータ5の熱を冷却
部材3に奪われることなく、フランジ部材7に効率よく
熱伝導させるためである。アダプタ6の主な目的は、冷
却部材による冷却を行いながらLSIを動作させる際
に、冷却部材による吸熱やヒータによる発熱によって、
弾性体である断熱部材4が伸縮することを防ぐことであ
る。このことによって、冷却部材3とLSI1との間隔
が変化してしまうことを防止することができる。本発明
においては、基板2はその周囲を加熱されたフランジ部
材7によって保持されている。そのため、フランジ部材
7より基板2に伝達された熱は基板周辺部よりその中央
部に向かって伝達される。したがって、この構造によれ
ば、基板をむらなくかつ効率的に加熱することができ
る。
材7に保持されている。本実施例においては、基板2を
フランジ部材7の底部にネジどめにて固定したが、基板
2をフランジ部材7の底部に接触保持してもよいし、フ
ランジ部材7の底部に半田ないし接着剤により固着して
もよい。フランジ部材7の上にはアダプタ6を介してヒ
ータ5が設置されている。アダプタ6は、アダプタ板6
aと支柱6bとの2つの部分から構成される(図2参
照)。さらにヒータ5と冷却部材3との間には断熱材4
が挿入されている。フランジ部材7はアルミニウムなど
の熱伝導性に優れた金属で形成され、基板2をピン12
側から面で接触保持している。フランジ部材7の表面に
は絶縁被覆が施されている。断熱材4は、その内部に結
露を生じないように、独立気泡を持つものが使用され
る。また、吸水率が数%以下のものが望ましい。このよ
うな性質を持つ断熱材として、例えば独立気泡スポンジ
ゴム等が好適に使用され得る。断熱材4をヒータ5と冷
却部材3の間に挿入しているのは、ヒータ5の熱を冷却
部材3に奪われることなく、フランジ部材7に効率よく
熱伝導させるためである。アダプタ6の主な目的は、冷
却部材による冷却を行いながらLSIを動作させる際
に、冷却部材による吸熱やヒータによる発熱によって、
弾性体である断熱部材4が伸縮することを防ぐことであ
る。このことによって、冷却部材3とLSI1との間隔
が変化してしまうことを防止することができる。本発明
においては、基板2はその周囲を加熱されたフランジ部
材7によって保持されている。そのため、フランジ部材
7より基板2に伝達された熱は基板周辺部よりその中央
部に向かって伝達される。したがって、この構造によれ
ば、基板をむらなくかつ効率的に加熱することができ
る。
【0010】図2に、ヒータ部の分解斜視図を示す。ア
ダプタ板6aは、フランジ部材7の上側表面に沿って設
置されており、その上面には中空の支柱6bが設けられ
ている。アダプタ板6aと中空の支柱6bとで、アダプ
タ6を構成している。アダプタ板6aの材料としては、
ヒータ5とフランジ部材7との熱伝導を良好にするため
に、熱伝導率の高い材料を選択することが望ましい。本
実施例においては、アルミニウムを用いたが、銅等の金
属材料も好適に用い得る。支柱6bには、強度が強く、
また、フランジ部材7と冷却部材3との熱伝導を防止す
るために、熱伝導性の低い材料を使用することが望まし
い。本実施例においては、ステンレススティールを選択
した。支柱6bの大きさには特別の制約はないが、フラ
ンジ部材7と冷却部材3との間の熱伝導を小さくするた
めに、フランジ部材幅の半分以下の程度が望ましい。
ダプタ板6aは、フランジ部材7の上側表面に沿って設
置されており、その上面には中空の支柱6bが設けられ
ている。アダプタ板6aと中空の支柱6bとで、アダプ
タ6を構成している。アダプタ板6aの材料としては、
ヒータ5とフランジ部材7との熱伝導を良好にするため
に、熱伝導率の高い材料を選択することが望ましい。本
実施例においては、アルミニウムを用いたが、銅等の金
属材料も好適に用い得る。支柱6bには、強度が強く、
また、フランジ部材7と冷却部材3との熱伝導を防止す
るために、熱伝導性の低い材料を使用することが望まし
い。本実施例においては、ステンレススティールを選択
した。支柱6bの大きさには特別の制約はないが、フラ
ンジ部材7と冷却部材3との間の熱伝導を小さくするた
めに、フランジ部材幅の半分以下の程度が望ましい。
【0011】フランジ部材7、アダプタ6、ヒータ5、
断熱材4、冷却部材3を重ね合わせたときに、アダプタ
6の支柱6bが当たるフランジ部材7の位置にはネジ1
3の貫通孔が、ヒータ5と断熱材4との該当する位置に
は支柱6bが貫通できる貫通孔が、冷却部材3の該当す
る位置にはネジ13のためのメネジが、それぞれ、形成
されている。フランジ部材7は、アダプタ6、ヒータ
5、断熱材4を間に挟んでネジ13によって冷却部材3
に強くネジ止めされる。金属の熱膨張係数は一般に10
−5/℃程度であり、従って、支柱6bの長さが数c
m、温度変化が数10℃としても支柱の長さ変化は0.
01mm程度に過ぎない。一方、冷却部材3とLSI1
との間には0.1mm程度の間隙が存在する。従って、
支柱6bに数10℃の温度変化が生じたとしても、その
長さ変化はLSI1と冷却部材3との間隔に比べて無視
できる。断熱材4は、冷却部材3とヒータ5との間の断
熱効果を大きくするために、冷却部材3とヒータ5との
間に隙間なく充填した方がよい。
断熱材4、冷却部材3を重ね合わせたときに、アダプタ
6の支柱6bが当たるフランジ部材7の位置にはネジ1
3の貫通孔が、ヒータ5と断熱材4との該当する位置に
は支柱6bが貫通できる貫通孔が、冷却部材3の該当す
る位置にはネジ13のためのメネジが、それぞれ、形成
されている。フランジ部材7は、アダプタ6、ヒータ
5、断熱材4を間に挟んでネジ13によって冷却部材3
に強くネジ止めされる。金属の熱膨張係数は一般に10
−5/℃程度であり、従って、支柱6bの長さが数c
m、温度変化が数10℃としても支柱の長さ変化は0.
01mm程度に過ぎない。一方、冷却部材3とLSI1
との間には0.1mm程度の間隙が存在する。従って、
支柱6bに数10℃の温度変化が生じたとしても、その
長さ変化はLSI1と冷却部材3との間隔に比べて無視
できる。断熱材4は、冷却部材3とヒータ5との間の断
熱効果を大きくするために、冷却部材3とヒータ5との
間に隙間なく充填した方がよい。
【0012】図3は、マルチチップモジュール20が基
板2のピン12を介してボード8に搭載されている状態
を示す断面図である。ボード8に設けられている信号パ
ッドや給電パッドを通じて、外部からLSI1への信号
伝達や給電が行なわれる。ボード8の上には、マルチチ
ップモジュール20をボード8に載置する際にピン12
が確実にボード8のスルーホールに嵌合するように案内
する案内機構品9が設けられている。さらに本実施例に
おいては、マルチチップモジュール20をボード8に搭
載した状態で、冷却部材3の外側表面全体を覆う断熱カ
バー10が取り付けられている。この部分には十分な空
間が存在するため、断熱材厚が例えば10mm以上で、
吸水率が数%以下の断熱カバーを使用できる。しかしな
がら、断熱カバー10を薄くしたい場合には、断熱カバ
ー10の外側表面をヒータで覆って、断熱カバー10の
表面温度を上げてもよい。
板2のピン12を介してボード8に搭載されている状態
を示す断面図である。ボード8に設けられている信号パ
ッドや給電パッドを通じて、外部からLSI1への信号
伝達や給電が行なわれる。ボード8の上には、マルチチ
ップモジュール20をボード8に載置する際にピン12
が確実にボード8のスルーホールに嵌合するように案内
する案内機構品9が設けられている。さらに本実施例に
おいては、マルチチップモジュール20をボード8に搭
載した状態で、冷却部材3の外側表面全体を覆う断熱カ
バー10が取り付けられている。この部分には十分な空
間が存在するため、断熱材厚が例えば10mm以上で、
吸水率が数%以下の断熱カバーを使用できる。しかしな
がら、断熱カバー10を薄くしたい場合には、断熱カバ
ー10の外側表面をヒータで覆って、断熱カバー10の
表面温度を上げてもよい。
【0013】次に、本発明の結露防止構造の動作を更に
詳細に説明する。最初に、ヒータ5の動作について説明
する。LSI1を動作させたときにLSI1に発生する
熱は、冷却部材3に直接伝熱される。このとき、冷却部
材を低温に保持することによって、LSI1の中に形成
されているCMOSは低温に冷却された状態になる。し
たがって、それぞれのCMOSは、移動度の高い状態で
高速動作することが可能になる。
詳細に説明する。最初に、ヒータ5の動作について説明
する。LSI1を動作させたときにLSI1に発生する
熱は、冷却部材3に直接伝熱される。このとき、冷却部
材を低温に保持することによって、LSI1の中に形成
されているCMOSは低温に冷却された状態になる。し
たがって、それぞれのCMOSは、移動度の高い状態で
高速動作することが可能になる。
【0014】ヒータ5に給電して発熱させた熱は、アダ
プタ板6aを通過して、フランジ部材7へと伝熱する。
アダプタ板6aは熱伝導性に優れた材料でつくられてい
るので、ヒータ5に給電して発熱させた熱は、高効率に
フランジ部材7へと伝熱する。したがって、フランジ部
材7は、露点温度以上の温度に保たれる。ここで、フラ
ンジ部材7は基板2と面接触しているために、フランジ
部材7が基板2を温めることになる。基板2は、アルミ
ナやムライトなどのセラミック材料やアルミニウムなど
の金属をベース基板として、その上に導体となる配線層
とその層間の絶縁をとる層間絶縁層とを多層に配線した
多層配線基板、または銅張ガラスエポキシ板から形成さ
れた配線基板を多層に積層した多層配線基板であり、基
板表面に平行な方向の熱伝導性に優れるため、基板全面
に渡って一様に昇温する。したがって、フランジ部材7
および基板2からの放熱が、マルチチップモジュール2
0の内部空間を一様に温めるため、マルチチップモジュ
ール20の内側の結露を防止することもできる。さら
に、基板2のLSI1が実装される側の面には、熱伝導
性の低いポリイミド等の薄膜絶縁層が形成されているの
で、基板に伝わった熱は、LSI1内部の各々のCMO
Sにまで伝熱して、それらのCMOSをも温めるという
ことはほとんどない。このため、LSI1内のCMOS
のジャンクション温度は高速動作している低温の状態を
保持できる。
プタ板6aを通過して、フランジ部材7へと伝熱する。
アダプタ板6aは熱伝導性に優れた材料でつくられてい
るので、ヒータ5に給電して発熱させた熱は、高効率に
フランジ部材7へと伝熱する。したがって、フランジ部
材7は、露点温度以上の温度に保たれる。ここで、フラ
ンジ部材7は基板2と面接触しているために、フランジ
部材7が基板2を温めることになる。基板2は、アルミ
ナやムライトなどのセラミック材料やアルミニウムなど
の金属をベース基板として、その上に導体となる配線層
とその層間の絶縁をとる層間絶縁層とを多層に配線した
多層配線基板、または銅張ガラスエポキシ板から形成さ
れた配線基板を多層に積層した多層配線基板であり、基
板表面に平行な方向の熱伝導性に優れるため、基板全面
に渡って一様に昇温する。したがって、フランジ部材7
および基板2からの放熱が、マルチチップモジュール2
0の内部空間を一様に温めるため、マルチチップモジュ
ール20の内側の結露を防止することもできる。さら
に、基板2のLSI1が実装される側の面には、熱伝導
性の低いポリイミド等の薄膜絶縁層が形成されているの
で、基板に伝わった熱は、LSI1内部の各々のCMO
Sにまで伝熱して、それらのCMOSをも温めるという
ことはほとんどない。このため、LSI1内のCMOS
のジャンクション温度は高速動作している低温の状態を
保持できる。
【0015】基板2に伝わった熱は、また、ピン12を
介してボード8に伝熱し、ピン12やボード8の温度を
上昇させる。このため、構造的に十分な厚さの断熱材の
挿入が難しいピン12やボード8の部分でも温度を露点
温度以上とすることが可能となり、結露を防止すること
ができる。さらに、断熱材なしで結露を防止できるため
に空間的な余裕ができ、ピン12をボード8のスルーホ
ールに確実に嵌合させるように案内する案内機構品9の
設置が容易になる。これにより、ピン12のボード8へ
の挿入ミスが防止できるという効果も生み出される。
介してボード8に伝熱し、ピン12やボード8の温度を
上昇させる。このため、構造的に十分な厚さの断熱材の
挿入が難しいピン12やボード8の部分でも温度を露点
温度以上とすることが可能となり、結露を防止すること
ができる。さらに、断熱材なしで結露を防止できるため
に空間的な余裕ができ、ピン12をボード8のスルーホ
ールに確実に嵌合させるように案内する案内機構品9の
設置が容易になる。これにより、ピン12のボード8へ
の挿入ミスが防止できるという効果も生み出される。
【0016】冷却部材3の外表面全体を覆う断熱カバー
10は、冷却部材3の結露を防止する目的である。ま
た、フランジ部材7の温度を最適温度に設定するため
に、ヒータ温度を制御するための温度制御部がヒータ5
に取り付けられてもよいことは言うまでもない。
10は、冷却部材3の結露を防止する目的である。ま
た、フランジ部材7の温度を最適温度に設定するため
に、ヒータ温度を制御するための温度制御部がヒータ5
に取り付けられてもよいことは言うまでもない。
【0017】ヒータ5の発熱量は、基板2の材料やサイ
ズ、LSI1の発熱量やCMOSのジャンクション設定
温度、冷却部材3の温度や冷媒を用いる場合には冷媒の
温度、冷却性能、マルチチップモジュール20の熱容量
等によって決定される。例えば、基板2が100mm□
サイズのムライト基板であり、LSI1の全発熱量が1
00Wである場合には、ヒータ5の発熱量を数W程度と
するだけで、ピン12に約10゜Cの温度上昇が得られ
た。このようにヒータ5の発熱量は、マルチチップモジ
ュール20の発熱量に比べれば数%程度とかなり小さ
い。その上に、基板に伝熱した熱は薄膜絶縁層によって
LSI1側への伝熱が妨げられるために、LSI1内の
CMOSのジャンクション温度は、ヒータ5の発熱の影
響をほとんど受けることなく、その温度上昇は1゜C以
下が実現できる。
ズ、LSI1の発熱量やCMOSのジャンクション設定
温度、冷却部材3の温度や冷媒を用いる場合には冷媒の
温度、冷却性能、マルチチップモジュール20の熱容量
等によって決定される。例えば、基板2が100mm□
サイズのムライト基板であり、LSI1の全発熱量が1
00Wである場合には、ヒータ5の発熱量を数W程度と
するだけで、ピン12に約10゜Cの温度上昇が得られ
た。このようにヒータ5の発熱量は、マルチチップモジ
ュール20の発熱量に比べれば数%程度とかなり小さ
い。その上に、基板に伝熱した熱は薄膜絶縁層によって
LSI1側への伝熱が妨げられるために、LSI1内の
CMOSのジャンクション温度は、ヒータ5の発熱の影
響をほとんど受けることなく、その温度上昇は1゜C以
下が実現できる。
【0018】次に、アダプタ6の動作について説明す
る。断熱材4は、冷却部材3とヒータ5との間の断熱効
果を大きくするために、圧縮状態で冷却部材3とアダプ
タ板6aおよびヒータ5との間に隙間なく充填されてい
る。断熱材4は、断熱性を良好にするために発泡スチレ
ンや発泡ウレタン等で構成されているので、冷却部材3
による冷却やヒータ5による加熱によって伸縮する。そ
の結果として、アダプタ6が存在しない場合には、冷却
部材3とLSI1との間隔が変化する。例えば、断熱材
4が収縮した場合には、冷却部材3とLSI1との間隔
が狭くなり、冷却部材3との間隔が最も小さいLSI1
には過度の荷重が作用する結果となる。逆に、断熱材4
が伸張した場合には、冷却部材3とLSI1との間隔が
広くなり、最も間隔の広い冷却部材3とLSI1との間
では、その隙間に充填したシリコーングリースやコンパ
ウンドがその働きを失ってしまい、冷却部材3によるL
SI1への冷却が不可能な事態が発生する。
る。断熱材4は、冷却部材3とヒータ5との間の断熱効
果を大きくするために、圧縮状態で冷却部材3とアダプ
タ板6aおよびヒータ5との間に隙間なく充填されてい
る。断熱材4は、断熱性を良好にするために発泡スチレ
ンや発泡ウレタン等で構成されているので、冷却部材3
による冷却やヒータ5による加熱によって伸縮する。そ
の結果として、アダプタ6が存在しない場合には、冷却
部材3とLSI1との間隔が変化する。例えば、断熱材
4が収縮した場合には、冷却部材3とLSI1との間隔
が狭くなり、冷却部材3との間隔が最も小さいLSI1
には過度の荷重が作用する結果となる。逆に、断熱材4
が伸張した場合には、冷却部材3とLSI1との間隔が
広くなり、最も間隔の広い冷却部材3とLSI1との間
では、その隙間に充填したシリコーングリースやコンパ
ウンドがその働きを失ってしまい、冷却部材3によるL
SI1への冷却が不可能な事態が発生する。
【0019】そこで、本実施例においては、フランジ部
材7は、アダプタ6、ヒータ5、断熱材4を間に挟ん
で、ネジ13によって冷却部材3に強く固定している。
したがって、冷却部材3による冷却あるいはヒータ5に
よる加熱などによって断熱材が伸縮しようとしても、そ
の伸縮はアダプタ6によって防止され、マルチチップモ
ジュール20の各LSI1と冷却部材3とは、事実上一
定の間隔を保つことができる。また、支柱6bの温度に
よる変化は、冷却部材3とLSI1との間の間隙に比べ
て無視できる。これによって、冷却部材3とLSI1と
の間隔が変化し、LSI1に過度の荷重が作用したり、
逆に、LSI1と冷却部材3とが物理的に離れてしま
い、熱伝導の損失によって冷却不可能なレベルに到達す
るといった事態の発生を防止することができる。
材7は、アダプタ6、ヒータ5、断熱材4を間に挟ん
で、ネジ13によって冷却部材3に強く固定している。
したがって、冷却部材3による冷却あるいはヒータ5に
よる加熱などによって断熱材が伸縮しようとしても、そ
の伸縮はアダプタ6によって防止され、マルチチップモ
ジュール20の各LSI1と冷却部材3とは、事実上一
定の間隔を保つことができる。また、支柱6bの温度に
よる変化は、冷却部材3とLSI1との間の間隙に比べ
て無視できる。これによって、冷却部材3とLSI1と
の間隔が変化し、LSI1に過度の荷重が作用したり、
逆に、LSI1と冷却部材3とが物理的に離れてしま
い、熱伝導の損失によって冷却不可能なレベルに到達す
るといった事態の発生を防止することができる。
【0020】図4は、本発明の第2の実施例におけるア
ダプタに係る断面図である。本実施例におけるアダプタ
6は、図2に示した第1の実施例における中空の支柱
(6b)を有しておらず、コの字型の断面をなしてい
る。このコの字型の断面を有する枠状形状のアダプタ6
が、フランジ部材7の上側表面上を覆って設置される。
アダプタ6のコの字の内部には、同じく枠状形状のヒー
タ5が取り付けられており、その残りの空間には断熱材
4が充填されている。この状態で断熱材4、ヒータ5、
アダプタ6が、図2に示す実施例の場合と同様に、フラ
ンジ部材7と冷却部材3との間にネジ止めにて固定され
る。
ダプタに係る断面図である。本実施例におけるアダプタ
6は、図2に示した第1の実施例における中空の支柱
(6b)を有しておらず、コの字型の断面をなしてい
る。このコの字型の断面を有する枠状形状のアダプタ6
が、フランジ部材7の上側表面上を覆って設置される。
アダプタ6のコの字の内部には、同じく枠状形状のヒー
タ5が取り付けられており、その残りの空間には断熱材
4が充填されている。この状態で断熱材4、ヒータ5、
アダプタ6が、図2に示す実施例の場合と同様に、フラ
ンジ部材7と冷却部材3との間にネジ止めにて固定され
る。
【0021】図5は、本発明の第3の実施例におけるア
ダプタに係る断面図である。本実施例におけるアダプタ
6も、図2に示す第1の実施例における中空の支柱(6
b)を有しておらず、断面がロの字型であることを除け
ば、図4に示したアダプタと同じである。また、これら
第2、第3の実施例におけるアダプタ部以外の部分の構
成は、図3に示した第1の実施例の構成と同様である。
第2、第3の実施例に対して、ヒータ5をアダプタ6内
に配置することなく、アダプタ下(フランジ部材上)に
配置するように変更してもよい。
ダプタに係る断面図である。本実施例におけるアダプタ
6も、図2に示す第1の実施例における中空の支柱(6
b)を有しておらず、断面がロの字型であることを除け
ば、図4に示したアダプタと同じである。また、これら
第2、第3の実施例におけるアダプタ部以外の部分の構
成は、図3に示した第1の実施例の構成と同様である。
第2、第3の実施例に対して、ヒータ5をアダプタ6内
に配置することなく、アダプタ下(フランジ部材上)に
配置するように変更してもよい。
【0022】図6は、本発明の第4の実施例を示す部分
分解断面図である。本実施例の図2に示した第1の実施
例と相違する点は、アダプタ6が別体のアダプタ板6c
と支柱6dにより構成されている点である。アダプタ板
6cと支柱6dとが別体により構成されたことにより、
それぞれを熱良伝導体と断熱性の高い材料とにより形成
することが可能になる。すなわち、アダプタ板6cを金
属により、支柱6dをセラミックまたはプラスチックに
より形成することができる。
分解断面図である。本実施例の図2に示した第1の実施
例と相違する点は、アダプタ6が別体のアダプタ板6c
と支柱6dにより構成されている点である。アダプタ板
6cと支柱6dとが別体により構成されたことにより、
それぞれを熱良伝導体と断熱性の高い材料とにより形成
することが可能になる。すなわち、アダプタ板6cを金
属により、支柱6dをセラミックまたはプラスチックに
より形成することができる。
【0023】図7は、本発明の第5の実施例を示す部分
分解断面図である。本実施例の図2に示した第1の実施
例と相違する点は、アダプタ6が支柱のみから構成さ
れ、アダプタ板部分が削除されている点である。したが
って、本実施例においてはヒータ5が直接フランジ部材
7に接触する。本実施例においては、アダプタ6は熱不
良導体であることが望ましいため、セラミックまたはプ
ラスチックにより形成される。
分解断面図である。本実施例の図2に示した第1の実施
例と相違する点は、アダプタ6が支柱のみから構成さ
れ、アダプタ板部分が削除されている点である。したが
って、本実施例においてはヒータ5が直接フランジ部材
7に接触する。本実施例においては、アダプタ6は熱不
良導体であることが望ましいため、セラミックまたはプ
ラスチックにより形成される。
【0024】図8は、本発明の第6の実施例を示す部分
分解斜視図である。本実施例の図2に示した第1の実施
例と相違する点は、ヒータ5をアダプタ6とフランジ部
材7との間に挿入したことである。本実施例において
は、ヒータ5がフランジ部材7に接触して配置されるた
め、アダプタ6を熱不良導体で形成することができる。
また、ヒータ6に形成される孔を小さくすることができ
るため、ヒータ6に発生する局部的な熱上昇を抑制する
ことができる。
分解斜視図である。本実施例の図2に示した第1の実施
例と相違する点は、ヒータ5をアダプタ6とフランジ部
材7との間に挿入したことである。本実施例において
は、ヒータ5がフランジ部材7に接触して配置されるた
め、アダプタ6を熱不良導体で形成することができる。
また、ヒータ6に形成される孔を小さくすることができ
るため、ヒータ6に発生する局部的な熱上昇を抑制する
ことができる。
【0025】以上、本発明の好ましい実施例について説
明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものでは
なく、本発明の要旨を逸脱することのない範囲内におい
て適宜の変更が可能なものである。例えば、実施例では
ヒータがフランジ部材の上表面上に配置されていたがこ
こに限定する必要はなく、基板2とフランジ部材7との
間あるいはフランジ部材7の側面や下面など、ヒータが
その機能を発揮できる位置であればいずれの位置にあっ
ても構わない。また、ヒータは厚膜または薄膜抵抗とし
てフランジ部材上に形成することもできる。また、アダ
プタ6に、ヒータ機能を持たせてもよい。さらには、フ
ランジ部材7自体を発熱させることも可能である。
明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものでは
なく、本発明の要旨を逸脱することのない範囲内におい
て適宜の変更が可能なものである。例えば、実施例では
ヒータがフランジ部材の上表面上に配置されていたがこ
こに限定する必要はなく、基板2とフランジ部材7との
間あるいはフランジ部材7の側面や下面など、ヒータが
その機能を発揮できる位置であればいずれの位置にあっ
ても構わない。また、ヒータは厚膜または薄膜抵抗とし
てフランジ部材上に形成することもできる。また、アダ
プタ6に、ヒータ機能を持たせてもよい。さらには、フ
ランジ部材7自体を発熱させることも可能である。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、半導体
デバイスを搭載した基板の周囲を加熱されたフランジ部
材によって保持するようにしたものであるので、むらな
くかつ効率的に基板を加熱することができる。したがっ
て、本発明によれば、冷却に要する消費電力を削減する
ことができ、過度な昇温を回避することができると共に
LSIのジャンクション温度にほとんど影響を与えるこ
となく基板および基板に係るピン、ボードの温度が露点
以下の温度に低下することを防止することが可能にな
る。
デバイスを搭載した基板の周囲を加熱されたフランジ部
材によって保持するようにしたものであるので、むらな
くかつ効率的に基板を加熱することができる。したがっ
て、本発明によれば、冷却に要する消費電力を削減する
ことができ、過度な昇温を回避することができると共に
LSIのジャンクション温度にほとんど影響を与えるこ
となく基板および基板に係るピン、ボードの温度が露点
以下の温度に低下することを防止することが可能にな
る。
【図1】 本発明の第1の実施例の断面図。
【図2】 本発明の第1の実施例の部分分解斜視図。
【図3】 本発明の第1の実施例の実装ボード上に搭載
された状態を示す断面図。
された状態を示す断面図。
【図4】 本発明の第2の実施例におけるアダプタ部分
の断面図。
の断面図。
【図5】 本発明の第3の実施例におけるアダプタ部分
の断面図。
の断面図。
【図6】 本発明の第4の実施例の部分分解断面図。
【図7】 本発明の第5の実施例の部分分解断面図。
【図8】 本発明の第6の実施例の部分分解斜視図。
1 LSI 2 基板 3 冷却部材 4 断熱材 5 ヒータ 6 アダプタ 6a、6c アダプタ板 6b、6d 支柱 7 フランジ部材 8 ボード 9 案内機構品 10 断熱カバー 12 ピン 13 ネジ 20 マルチチップモジュール
Claims (18)
- 【請求項1】 半導体デバイスと、該半導体デバイスが
搭載された基板と、該基板の外周部を保持するフランジ
部材と、冷却部材とを含み、前記フランジ部材を前記冷
却部材に固着させることによって前記半導体デバイスと
前記冷却部材とが熱的に接続された結露防止構造を備え
た電子デバイスにおいて、前記フランジ部材には加熱機
能が備えられていることを特徴とする結露防止構造を備
えた電子デバイス。 - 【請求項2】 前記フランジ部材にはその表面上にヒー
タが設置されていることを特徴とする請求項1に記載の
結露防止構造を備えた電子デバイス。 - 【請求項3】 前記フランジ部材と前記冷却部材との界
面、および/または、前記フランジ部材と前記基板の外
周部との界面にヒータが設置されていることを特徴とす
る請求項2に記載の結露防止構造を備えた電子デバイ
ス。 - 【請求項4】 前記フランジ部材が発熱体であることを
特徴とする請求項1に記載の結露防止構造を備えた電子
デバイス。 - 【請求項5】 前記フランジ部材は、中央部に開口が形
成された底面と、該底面の外周部に直立する角筒部とを
有し、前記底面において前記基板を保持していることを
特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の結露防止
構造を備えた電子デバイス。 - 【請求項6】 前記フランジ部材は、前記角筒部の頂面
において前記冷却部材に固着されていることを特徴とす
る請求項4に記載の結露防止構造を備えた電子デバイ
ス。 - 【請求項7】 前記フランジ部材は、金属により形成さ
れていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに
記載の結露防止構造を備えた電子デバイス。 - 【請求項8】 前記フランジ部材の表面には、絶縁被覆
が施されていることを特徴とする請求項7に記載の結露
防止構造を備えた電子デバイス。 - 【請求項9】 前記冷却部材と前記フランジ部材との間
に断熱部材が挿入されていることを特徴とする請求項1
から8のいずれかに記載の結露防止構造を備えた電子デ
バイス。 - 【請求項10】 前記断熱部材は、独立気泡を有するプ
ラスチック材により構成されていることを特徴とする請
求項9に記載の結露防止構造を備えた電子デバイス。 - 【請求項11】 前記冷却部材と前記フランジ部材との
間には、前記断熱部材の動きを規制するアダプタが挿入
されていることを特徴とする請求項9または10に記載
の結露防止構造を備えた電子デバイス。 - 【請求項12】 前記断熱部材が、前記アダプタ内に収
容されていることを特徴とする請求項11に記載の結露
防止構造を備えた電子デバイス。 - 【請求項13】 前記アダプタは、少なくとも前記断熱
部材内を貫通する中空の支柱、または、少なくとも前記
断熱部材内を貫通する中空の支柱および板状のアダプタ
板、により構成されていることを特徴とする請求項11
に記載の結露防止構造を備えた電子デバイス。 - 【請求項14】 前記アダプタは、金属により形成され
ていることを特徴とする請求項13に記載の結露防止構
造を備えた電子デバイス。 - 【請求項15】 前記アダプタがヒータ機能を兼ねてい
ることを特徴とする請求項11に記載の結露防止構造を
備えた電子デバイス。 - 【請求項16】 前記アダプタの少なくとも前記中空の
支柱はセラミックまたはプラスチックにより形成されて
いることを特徴とする請求項13に記載の結露防止構造
を備えた電子デバイス。 - 【請求項17】 前記基板の表面に、断熱性の絶縁層が
形成されていることを特徴とする請求項1から16のい
ずれかに記載の結露防止構造を備えた電子デバイス。 - 【請求項18】前記加熱機能には前記フランジ部の温度
を制御する温度制御機能が備えられていることを特徴と
する請求項1から17のいずれかに記載の結露防止構造
を備えた電子デバイス。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001154794A JP3476142B2 (ja) | 2001-05-24 | 2001-05-24 | 結露防止構造を備えた電子デバイス |
US10/152,729 US6853071B2 (en) | 2001-05-24 | 2002-05-23 | Electronic device having dewing prevention structure and dewing prevention structure of electronic device |
CA002387252A CA2387252A1 (en) | 2001-05-24 | 2002-05-23 | Electronic device having dewing prevention structure and dewing prevention structure of electronic device |
EP02011492A EP1261027A3 (en) | 2001-05-24 | 2002-05-24 | Electronic device having dewing prevention structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001154794A JP3476142B2 (ja) | 2001-05-24 | 2001-05-24 | 結露防止構造を備えた電子デバイス |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002353386A true JP2002353386A (ja) | 2002-12-06 |
JP3476142B2 JP3476142B2 (ja) | 2003-12-10 |
Family
ID=18999079
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001154794A Expired - Fee Related JP3476142B2 (ja) | 2001-05-24 | 2001-05-24 | 結露防止構造を備えた電子デバイス |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6853071B2 (ja) |
EP (1) | EP1261027A3 (ja) |
JP (1) | JP3476142B2 (ja) |
CA (1) | CA2387252A1 (ja) |
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JP2008124455A (ja) * | 2006-11-08 | 2008-05-29 | Semikron Elektronik Gmbh & Co Kg | 回路板と組み合わされたパワーモジュールを有する回路装置 |
JP2008124456A (ja) * | 2006-11-08 | 2008-05-29 | Semikron Elektronik Gmbh & Co Kg | 回路板と組み合わされたパワーモジュールを有する回路装置 |
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CN103154685A (zh) * | 2010-10-15 | 2013-06-12 | 丰田自动车株式会社 | 冷却液用温度检测装置 |
KR20210126407A (ko) * | 2020-04-10 | 2021-10-20 | 주식회사 뷰웍스 | 수냉식 모듈을 구비한 산업용 카메라의 냉각 구조 |
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---|---|---|---|---|
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