JP5782741B2 - 電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、電子機器に関する。
近年、サーバ・パソコンなどは高速・高性能化に向けて著しい発展を遂げている。コンピュータの心臓部である半導体パッケージも、その性能アップを図るため、ＬＳＩチップの大型化が進んでいる。特にサーバなどでは、ＬＳＩの高性能化によりＬＳＩチップが大型化し、動作時の発熱量が増大している。そのため、大型部品の実装方法とともに、冷却技術も重要になっており、半導体パッケージの接合に冷却方法なども含めた装置全体の実装構造が重要視されてきている。
放熱機能を持たせる例として、冷却用フィンやヒートシンクなどの放熱部品を、ＬＳＩチップ等の発熱部に密着させる方法がある。放熱部品を発熱部に密着させる具体的な構成として、放熱部品と回路基板を貫通する穴を設け、ネジを用いて共締めする構成が知られている。
図１は、ねじ締めによる従来の実装例を示す図である。インターポーザ１０１１に搭載されたＬＳＩチップ１０１０をカバー１０１７で覆った半導体パッケージ１０２０は、回路基板１００１にフリップチップ接合されている。半導体パッケージ１０２０の上面に熱伝導グリース１０２１を介して放熱部１０３０が搭載される。放熱部１０３０は、回路基板１００１と放熱部１０３０の各々を貫通する固定用ネジ１０２５により、回路基板１００１に固定されている。しかし、図１の方法では、ネジ１０２５の数や、各ネジ１０２５の締め付け具合によって密着の程度が不均一になる。また、回路基板１００１や放熱部１０３０に貫通穴１００２、１００３を開けてネジ１０２５で固定するため、大掛かりな構造が必要であり、装置そのものを小型化することが困難である。そこで、簡単な構造で同様な冷却性能が得られることが望まれる。
放熱部として冷媒を循環させる受熱容器（不図示）を半導体パッケージ１０２０に密着させて、図１のように回路基板１００１の貫通孔１００２にネジで固定する場合にも同様の問題が生じる。また、この場合は、ＬＳＩチップ１０１０から発する熱が、パッケージカバー１０１７や熱伝導グリース１０２１等の部材を介して冷媒まで達し、冷却効率が悪くなる。
上記の問題を解決するひとつの方法として、ＬＳＩを搭載した半導体パッケージの基部に磁石を埋設し、この磁石と、放熱部に取り付けた磁性材料とを接合させて、磁力により放熱部を固定する構成が知られている。磁石を用いて放熱部と発熱部を密着させる構成では比較的簡単な構造で密着を得ることができ、取り外しも簡単になるという利点がある。
また、ＬＳＩチップの上面（ボールグリッドアレイと反対側の面）に冷却ケースの開口部を固定し、シール部材で密閉空間を形成し、ノズルにより密閉空間内に液体冷媒を直接噴射する構成も知られている。
特開平１０−７０３８３号公報 特開平９−２８３６７５号公報 特開平５−６７７１２号公報
しかし、単に従来のパッケージ構造に磁石を取り付けて結合を図ろうとすると、図２に示すように、別の問題が生じる。図２では、半導体パッケージ１０２０の上面に、熱伝導グリース１０２１により冷却フィン（放熱部）１０３０が接着されている。半導体パッケージ１０２０がフリップチップ接合されている基板１０１１上に、磁石１０４０を配置して、磁石１０４０と、冷却フィン１０３０側に接着された磁性材料１０３５とを吸着させる。この場合、磁石１０４０から磁力線が周囲に広がるため、近い場所に電気的な機能を持つ配線やコネクタ・部品などがある場合に悪影響が懸念される。図２の例では、磁石１０４０からの磁界が基板１０１１内部の配線１０１５に影響し、本来の必要な信号にノイズが入る。また、磁界の影響で電流そのものが変化して、誤動作の原因になるおそれがある。冷却部に水冷式の冷却チャンバを用いる場合にも同様の問題が生じる。
そこで、簡単な構成で冷却部を半導体装置に取り付けるとともに、近傍に位置する配線等の電気的要素への磁界の影響を防止することのできる電子機器を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、電子機器は、
基板上に実装された電子部品と、
前記電子部品を冷却する冷却手段と、
前記冷却手段を前記基板に固定する固定手段と、
を備え、
前記固定手段は、
前記基板と前記冷却手段のうちの一方に設けられる第１の磁石と、
前記基板と前記冷却手段のうちの他方に設けられて前記第１の磁石と磁気的に結合する第２の磁性部材と、
前記第１の磁石と前記第２の磁性体との結合面を除き、前記第１の磁石の全部又は一部を覆う磁気シールドと
を備える。
簡単な構成で、磁束漏れによる電気的要素への悪影響を防止しつつ、半導体素子等の電子部品を冷却するための冷却部を基板に取り付けることができる。
従来の半導体パッケージの実装構造例を示す概略図である。 磁石を用いた従来の密着構造の問題点を説明するための図である。 実施例１の構成を示すＡ−Ａ’断面図である。 実施例１の構成を示すＢ−Ｂ’断面図である。 実施例１に用いる部材を説明するための図であり、図５（Ａ）はＬＳＩチップを搭載するインターポーザの上面図、図５（Ｂ）はＬＳＩチップに密着される冷却フィンの下面図である。 実施例１で用いる磁石の構成を示す図である。 図６の磁石を収容する磁性部材の構成例を示す図である。 冷却フィンをインターポーザ基板に取り付けた組み立て例を示す図である。 実施例１の変形例の構成を示す概略図である。 変形例に用いる部材を示す図であり、図１０（Ａ）はＬＳＩチップを搭載するインターポーザの上面図、図１０（Ｂ）はＬＳＩチップに密着される冷却フィンの下面図である。 図９の磁石を収容する磁性部材の構成を示す概略図である。 実施例２の構成を示す概略断面図である。 実施例２で冷却対象とする半導体パッケージの実装工程図である。 実施例２で冷却対象とする半導体パッケージの実装工程図である。 実施例２で冷却対象とする半導体パッケージの実装工程図である。 実施例２で冷却対象とする半導体パッケージの実装工程図である。 冷却機構を有する電子機器の適用例を示す図である。 冷却機構を有する電子機器の適用例を示す図である。 実施例３の電子機器の適用例としてのサーバのブロック図である。 実施例３の電子機器の構成例を示す概略図である。 実施例３の電子機器で用いる受熱容器、半導体パッケージ及び回路基板の概略断面図である。 実施例３の電子機器で用いる受熱容器の底面図である。 実施例３の電子機器で用いる第１の磁気連結部の分解斜視図である。 実施例３の電子機器でインターポーザ上の半導体チップと第２の磁気連結部の配置を示す平面図である。 実施例３で受熱容器を半導体パッケージに連結させた状態の断面図である。 比較例の電子機器の受熱容器における磁力線の分布例を示す図である。 実施例３の電子機器の受熱容器における磁力線の分布例を示す図である。 実施例４の電子機器でインターポーザ上の半導体チップと第２の磁気連結部の配置を示す平面図である。 実施例４の電子機器で用いる第２の磁気連結部の分解斜視図である。 実施例４の電子機器で受熱容器を半導体パッケージに連結させたときの磁極の配列を示す図である。 実施例４の電子機器の受熱容器における磁力線の分布例を示す図である。 受熱容器の取り外し方法を示す図である。 受熱容器の取り外し時にかかる力の方向を示す図である。 実施例４の変形例における磁力線の分布例を示す図である。 実施例５の電子機器の組み立て工程図である。 実施例５の電子機器の組み立て工程図である。 実施例５の電子機器の組み立て工程図である。 実施例５の電子機器の冷却機構を示す概略図である。 実施例で用いた磁石の磁極配列を示す写真である。 軟磁性体の収容部材がない場合の磁束の漏洩を示す図である。 軟磁性体の収容部材による防磁効果（磁束漏洩防止効果）を示す図である。 実施例６の磁束シールド材の構成を示す図である。 図３６のモデルで測定したＮｉ粉混合割合と防磁膜の膜厚との関係を示す図である。
図３〜図５は、実施例１による電子機器１の基本構造を示す図である。図３は、図５（Ｂ）の冷却フィンを図５（Ａ）のＬＳＩチップ２０に密着させた状態でインターポーザ基板１１に固定したときのＡ−Ａ’断面図、図４は同じくＢ−Ｂ’断面図である。実施例１では、ＬＳＩチップ２０を冷却対象とし、インターポーザ基板１１に搭載されたＬＳＩチップ２０の上面、すなわち回路形成面と反対側の面に、放熱部としての冷却フィン３０を熱伝導グリース２１で接着する。ＬＳＩチップ２０に取り付けられた冷却フィン３０をインターポーザ基板１１に固定する固定手段として、磁気チャック４０の構成を採用する。
図３及び図４に示すように、磁気チャック４０は、基板１１の側に接着層１３を介して固定される第１の磁石４１Ａと、冷却フィン３０の側に接着層１３を介して固定される第２の磁石４１Ｂと、第１の磁石４１Ａと第２の磁石４１Ｂの互いに対向する吸着面（磁気的な結合面）４１ｃを除く周囲を覆う磁性部材４５とを含む。第１の磁石４１Ａと第２の磁石４１Ｂとは、互いに対向する吸着面４１ｃの磁極が反対の極となるように配置され、Ｎ極とＳ極との間の吸引力により磁気チャックとして機能する。図３の例では、互いに吸引された状態で、第１の磁石４１Ａと第２の磁石４１Ｂの全体が磁性部材（たとえば、透磁率の高い軟質磁性材料）４５の中に包容されている。透磁率の高い軟磁性材は磁気を通し易いため、磁石の一方の極から放出される磁気のほとんどが磁性部材４５の中を通って他方の極へと向かう。その結果、磁石４１Ａ、４１Ｂから出る磁束の漏洩が抑制され、磁気チャック４０の近傍に位置する配線パターン１５や電気的な素子（不図示）等への影響を低減することができる。
図４のＢ−Ｂ’断面に示すように、磁石４１Ａと４１Ｂの各々は、その吸着面４１ｃに多数の磁極が交互に現れる構成となっている。図４の例では、第１の磁石４１Ａと第２の磁石４１Ｂの各々が複数のブロック状の小磁石４２で構成され、各小磁石４２は磁極の向きが交互に逆向きになるように配列されている。
具体的には、第１の磁石４１Ａの場合、Ｎ極が吸着面４１ｃになる小磁石４２ｎと、Ｓ極が吸着面４１ｃになる小磁石４２ｓを交互に配列する。他方、第２の磁石４１Ｂでは、その吸着面４１ｃで第１の磁石４１Ａの小磁石４２ｎ、４２ｓと逆の磁極が対向するように、Ｓ極が吸着面４１ｃになる小磁石４２ｓと、Ｎ極が吸着面４１ｃになる小磁石４２ｎとを交互に配列する。この構成により、インターポーザ基板１１と冷却フィン３０を結ぶ磁気回路が複数形成され、強固な密着が実現される。また、磁極同士がいたるところで対向する磁極と引き合うので、位置合わせが容易かつ正確になる。さらに、隣接する小磁石４２ｓと４２ｎの間でもＮ極からＳ極に向かう磁束が発生するので、小磁石４２の配列方向においても互いに密着することができる。この場合も、小磁石４２ｎから隣接する小磁石４２ｓへ向かう磁束は、磁性部材４５に閉じ込められるので、インターポーザ基板１１に形成された配線パターン１５に悪影響を与えることはない。
図５（Ａ）と図５（Ｂ）は、それぞれ実施例１で用いるインターポーザ基板１１の上面図と、冷却フィン３０の下面図である。図５（Ａ）のＬＳＩチップ２０上に図５（Ｂ）の冷却フィン３０を密着させ、第１の磁石４０Ａと第２の磁石４０Ｂで冷却フィン３０をインターポーザ基板１１に固定する。
インターポーザ基板１１は、平面サイズが４２ｍｍ×４２ｍｍ、厚さが２ｍｍのガラスセラミック製である。実施例１では、中央に２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚さが１ｍｍのシリコン製のＬＳＩチップ３０をフリップチップ接合する。冷却フィン３０はアルミ合金で作製し、ベース部分は３４ｍｍ×３４ｍｍ、フィン部３０ｆの高さは１０ｍｍ、その数は１０枚である。インターポーザ基板１１上で、基板の４辺に沿って、軟質磁性部材４５に取り囲まれた第１の磁石４１Ａが配置されている。冷却フィン３０の全周には、接着層１３により軟質磁性部材４５に取り囲まれた第２の磁石４１Ｂが固定されている。軟質磁性部材４５は、たとえば透磁率の高いパーマロイ（鉄-ニッケル系）である。
図６は、実施例１で用いる磁石４１、たとえばインターポーザ基板１１側に配置される第１の磁石４１Ａの構成を示す図である。複数のブロック状の永久磁石である小磁石４２を磁極の方向（Ｓ極とＮ極）が交互になるように配列する。隣接する小磁石４２間を、２液性のエポキシ系の接着剤で固定して、第１の磁石４１Ａを作製する。冷却フィン３０側に配置される第２の磁石４１Ｂも同様の構成であるが、吸着面４１ｃに現れる磁極の向きが、第１の磁石４１Ａの吸着面４１ｃに現れる磁極の向きと逆の配列になる。
このような磁石４１Ａ、４１Ｂを、その吸着面４１ｃを除いて軟質磁性部材４５で被覆する１つの方法として、図７に示すように、各磁石に対応して、たとえば第１の磁石４１Ａを収容するために、溝４５ｃが形成された収容部材４５Ａを用いる。収容部材４５Ａは、パーマロイ（鉄-ニッケル系）を用いて機械加工で溝４５ｃを形成した両端がオープンの収容体４５ａと、収容体４５ａに収容された磁石４１Ａの両端部を覆う端面部材４５ｂとを、組み立て可能に構成したものである。もちろんこの例に限られず、あらかじめ収容体４５ａに端面部材４５ｂが取り付けられた箱体の中に、磁石４１Ａを収容する構成としてもよい。図示はしないが、磁石４１Ｂについても同様に、その吸着面４１ｃが露出するように収容体４５ａの溝４５ｃ内に磁石４１Ｂを収容し、磁石４１Ｂの両端面に端面部材４５ｂを接着剤等で貼り付けることによって、吸着面４１ｃを除く全体が磁性材料の収容部材で覆われた構造とすることができる。
図７の例では、パーマロイの収容体４５ａの底部と側壁の厚さ、及び端面部材４５ｂの厚さが１ｍｍになるように加工した。この中に収める磁石４１Ａの大きさは２ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ１ｍｍである。磁石４１Ａを構成する小磁石４２の大きさは、２ｍｍ×２ｍｍ、厚さが１ｍｍで、吸着面４１ｃにＮ極とＳ極が交互に現れるように配列する。パーマロイと小磁石４２はそのままでも互いに吸着するが、今回は２液性のエポキシ系の接着剤（不図示）を使用して固定した。インターポーザ１１側の磁石４１Ａの小磁石の配列と、冷却フィン３０側の磁石４１Ｂの小磁石４２の配列は逆の極配列になっており、互いに同ピッチで配列されている。
図６及び図７の例では、複数のブロック状の永久磁石である小磁石４２をＮ極とＳ極が交互になるように配列し、吸着面４１ｃに磁極が繰り返し交互に露出するように構成したが、あらかじめ磁極が交互に配列するように着磁した幅２ｍｍ、長さ３０ｍｍの角柱形のフェライト磁石を用いてもよい。ブロック状の小磁石を組み合わせて密着させた磁石４１Ａと４１Ｂをパーマロイで覆った構成と、磁極が交互に配列する一対の角柱型フェライト磁石を互いに吸着させてパーマロイで覆った構成の双方について、パーマロイの外側に磁性粉を挟み込んだフィルム（磁束の分布を観察するシート）を当てて磁性粉の動きを観察した結果、いずれの構成においても、磁石に対するような磁性粉の動きはなかった。また、いずれの構成でも、磁性体である金属を近づけても引き付けられることはなく、十分に軟性磁性部材４５中に磁束が閉じ込められていることが確認できた。
図８は、図７のような収容部材４５Ａ、４５Ｂに収容された磁石４１Ａ、４１Ｂを用いて磁気チャック４０を構成し、冷却フィン３０をインターポーザ基板１１に吸着固定させたときの全体図である。磁石４１Ａをその吸着面（磁気的な結合面）４１ｃだけを露出させて収容する磁性材（パーマロイ等）の収容部材４５Ａを、吸着面４１ｃが上向きになるようにインターポーザ基板１１に固定する。他方、磁石４１Ｂをその吸着面４１ｃだけを露出させて収容する磁性材（パーマロイ等）の収容部材４５Ｂを、吸着面４１ｃが下向きになるように冷却フィン３０の側壁に固定する。ＬＳＩチップ２０の回路形成面と逆の面に熱伝導グリース２１を塗布し、冷却フィン３０とインターポーザ基板１１を付き合わせると、磁石４１Ａと磁石４１ＢのＮ極とＳ極が互いに引き寄せ合い、熱伝導グリース２１を潰して平坦化する。これととともに、最も吸着の強い箇所、すなわち冷却フィン３０とインターポーザ基板１１の位置合わせがなされるべき位置で冷却フィン３０が固定される。いったん磁石４１Ａと４１Ｂが吸着されたならば、磁石４１Ａ、４１Ｂは磁性部材４５に完全に取り囲まれた状態になり、露出面がなくなる。これにより、外部への磁束漏れのほとんどない実装構造を備えた電子機器１が完成する。
この構成では、磁力を利用して密着させるので、固定のための構造が簡略化されるだけでなく、冷却フィン３０とインターポーザ基板１１との位置合わせが容易になる。さらに、熱伝導グリース２１を熱により接着力が破壊される接着材料とすることにより、放熱フィン３０をインターポーザ基板１１から取り外す場合に、一方を他方に対して水平面内でひねる（回転させる）だけで、容易に取り外すことができる。
なお、実施例１では、磁石４１Ａ、４１Ｂの吸着面４１ｃを除く全周囲を軟磁性部材４５で覆ったが、周辺の配線や電気的な機能を有する部品に影響のない場合は、たとえば放熱フィン３０に取り付けられる第２磁石４１Ｂの一部を覆わないことも可能である。
＜変形例＞
図９〜図１１は、実施例１の変形例を示す図である。図９は、図１０（Ｂ）の冷却フィン３０を図１０（Ａ）のＬＳＩチップ２０に密着させてインターポーザ基板１１上に固定した状態でのＣ−Ｃ’断面図である。
上述した実施例１では、磁石４１Ａと４１Ｂを、多数の磁極が交互に配列された構成としたが、変形例では、磁石５１Ａと５１Ｂのそれぞれの吸着面４１ｃに、いずれか一方の磁極のみが現れる構成とする。たとえば、図９及び図１０に示すように、第１の磁石５１Ａは、その露出面にＮ極が現れるように軟磁性材の収容部材４５Ａに収容されて、インターポーザ基板１１上に配置される。他方、第２の磁石５１Ｂは、その露出面にＳ極が現れるように軟磁性材の収容部材４５Ｂに収容されて、冷却フィン３０に取り付けられる。図１０（Ａ）のＬＳＩチップ２０上に熱伝導グリース２１を塗布し、図１０（Ｂ）の冷却フィン３０を対向させると、磁石５１Ａと５１Ｂが互いに引き寄せ合って磁気チャック５０として機能し、冷却フィン３０を適正位置に固定する。磁石５１Ａと５１Ｂは、互いに吸着された状態では軟性磁性部材４５で完全に取り囲まれているので、磁束が外部に漏れ出てインターポーザ基板１１の配線パターン１５等に影響を与えることを防止できる。
変形例で用いるインターポーザ基板１１、ＬＳＩチップ２０、冷却フィン３０は、実施例１で用いたものと同じ材料、同じサイズである。片面が単極となる磁石５１Ａ，５１Ｂのサイズは、露出されて吸着面となる面の大きさが２ｍｍ×３０ｍｍ、厚さが１ｍｍである。吸着面全体にひとつの極（Ｓ極又はＮ極）が現れる磁石を用いる構成でも、異なる磁極間での吸引力を利用して密着固定するので、冷却フィン３０を自己整合的にインターポーザ基板１１上に固定することができる。
図１２は、実施例２による電子機器７０を示す概略構成図である。実施例１ではＬＳＩチップ２０に冷却フィン３０を密着させる実装構造を示したが、実施例２では、ＬＳＩチップを内蔵する半導体パッケージ８０を冷却対象とする。大型化した高性能のＬＳＩを回路基板に実装するには、ＬＳＩベアチップを一旦インターポーザに搭載して半導体パッケージとし、ＬＳＩチップの搭載面と反対側のインターポーザ面に形成した電極上にはんだボールを載せるＢＧＡ（Ball Grid Array）パッケージが有効である。そこで、実施例２では、パッケージ化した半導体装置に冷却機構を組み込んだ電子機器を提供する。
図１２の例では、半導体パッケージ８０は、ＬＳＩチップ２０を搭載したインターポーザ基板８１と、これを覆う４２ｍｍ×４２ｍｍで厚さ３ｍｍの金属カバー８２を備える。ＬＳＩチップ２０及びインターポーザ基板８１のサイズは、実施例１と同様である。金属カバー８２は、ＬＳＩチップ２０を収容できるように、ＬＳＩチップ２０と接する側の面に３０ｍｍ×３０ｍｍ×１．５ｍｍの寸法のリセス８４を有する。金属カバー８２とＬＳＩチップ２０は低融点金属８３で接合されており、インターポーザ基板８１と金属カバー８２は、耐熱性接着剤８５で固定されている。半導体パッケージ８０は、接合用の電極９１により回路基板７１に電気的に接続されている。
図１３Ａ〜図１３Ｄは、半導体パッケージ８０を回路基板７１に実装する際の工程図である。まず、図１３Ａに示すように、半導体パッケージ８０のインターポーザ基板８１の電極面に、Ｓｎ-3Ａｇ-0.5Ｃｕはんだボール８７を搭載する。次に、図１３Ｂに示すように、最高温度２４０℃の窒素雰囲気のリフロー炉でリフローすることによってはんだバンプ電極８８を形成する。次に、図１３Ｃに示すように、回路基板７１の電極７２上に、メタルマスクを用いて、Ｓｎ-3Ａｇ-0.5Ｃｕペースト７３を印刷し、図１３Ｂの半導体パッケージ８０を回路基板７１と位置合わせする。最後に、図１３Ｄに示すように、最高温度２４０℃の窒素雰囲気のリフロー炉でリフローして、半導体パッケージ８０を回路基板７１に接合する。
図１２に戻って、上述のようにして作製された半導体パッケージ８０の実装体に、冷却機構を組み込む。すなわち、回路基板７１側に、第１の磁石４１Ａをその吸着面４１ｃだけが露出するように磁性材の収容部材５５Ａで被覆して配置する。図１２の例では、第１の磁石４１Ａは、その吸着面４１ｃが半導体パッケージ８０の上面と揃うように磁性材の収容部材５５Ａに収容されている。一方、冷却フィン３０の側壁に、第２の磁石４１Ｂをその吸着面４１ｃだけが第１の磁石４１Ａと対向する向きで露出するように、磁性材の収容部材５５Ｂに収容して取り付けておく。半導体パッケージ８０の実装面と反対側の面に熱伝導グリース２１を塗布する。熱伝導グリース２１は、たとえば、加熱により接着力が破壊される性質の伝熱性の接着剤である。冷却フィン３０を、熱伝導グリース２１が塗布された半導体パッケージ８０に付き合わせると、第１の磁石４１Ａと第２の磁石４１Ｂとの吸引力により、冷却フィン３０が半導体パッケージ８０に密着されるとともに、自己整合的に回路基板７１上の所定位置に固定される。吸着面４１ｃを有する磁石４１Ａ、４１Ｂ、及び磁性材の収容部材５５Ａ、５５Ｂで磁気チャック６０を構成する。なお、実施例１の磁石４１Ａ、４１Ｂに代えて、変形例（図９）の磁石５１Ａ、５１Ｂを用いても同様の構成と機能を実現できることは言うまでもない。
図１４Ａは、図１２に示す磁気チャック６０を用いた電子機器７０の適用例としてのラックサーバ９０Ａの概略構成図である。回路基板７１上に、半導体パッケージの実装構造７０とともに、電源部品９２、コネクタ部品９５、コントローラ９４、メモリー部品９３等を電気的に接合し、ラック９１にセットする。電子機器７０に組み込まれた冷却フィン３０に風を当てて冷却効率を高めるために、ラック９１に冷却ファン９７を設ける。この構造によりラック内部へ風を送ることＬＳＩチップ２０（図１２参照）から発生した熱を効率よく放熱することができる。また、図１４Ｂに示すように、回路基板７１上に、電子機器７０を複数配置してもよい。
実施例２においても、配線パターンや電気的な機能を有する部品に影響のない場合は、磁石５１Ａ、５１Ｂの吸着面を除く全周囲を軟性磁性体５５で覆わずに、一部を露出させる構成としてもよい。
図１５〜図２３を参照して、実施例３の電子機器を説明する。実施例３では、冷媒方式の冷却機構により発熱体（半導体素子等の電子部品）を直接冷却する構成の電子機器を提供する。冷却機構を、第１の磁気連結部と第２の磁気連結部により電子部品を搭載する基板に取り付ける点は、実施例１，２と同様である。実施例３では、第１の磁気連結部に磁石を用い、第２の磁気連結部に、磁石と磁気的に結合する磁性体を用いる。このとき、磁性体との結合面を除く磁石の全面又は一部を、軟磁性体で覆う。
図１５は、実施例３の電子機器が適用されるサーバのブロック図である。サーバ１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２と、外部記憶装置１０３と、入力装置１０４と、出力装置１０５と、通信装置１０６と、内部記憶装置１０７を含み、これらは相互にバス接続されている。ＣＰＵ１０２は、半導体パッケージを用いて構成され、図示しないＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）、その他の回路を有し、演算処理やサーバ１０１の制御を行う。外部記憶装置１０３は、外部の記録メディアに情報を書き込んだり、読み出したりする装置である。入力装置１０４としては、キーボードやマウスなどがあげられる。通信装置１０６は、外部の端末などとネットワークを介して接続するために使用される。内部記憶装置１０７としては、例えばハードディスクドライブなどがあげられる。
図１６は、ＣＰＵ１０２に用いられる半導体チップを冷却するための冷却装置１０９の概略図である。冷却装置１０９は、冷媒を加圧して吐出するポンプ１１０を有する。ポンプ１１０の吐出口１１０Ａには、配管１１１で熱交換器１１２が接続されている。熱交換器１１２には、配管１１１を介して、複数の受熱容器（冷却モジュール）１１３Ａ〜１１３Ｄ（適宜、「受熱容器１１３」と総称する）が接続されている。各受熱容器１１３は、配管１１１で直列に接続されており、最も下流側の受熱容器１１３Ｄは、配管１１１でポンプ１１０の吸入口１１０Ｂに接続されている。
実施例３では、ＣＰＵ１０２として機能する半導体チップ（図１６では不図示）が各受熱容器１１３内に収容されて、回路基板１２１に実装されている。図１６の例では、４つの受熱容器１１３のそれぞれに対応して、４つの半導体チップが配置されているが、受熱容器１１３の数及び配置は、この例に限定されない。
冷却装置１０９で半導体チップの冷却に用いる冷媒としては、例えば、水、プロピレングリコール等の不凍液を混合した水、炭酸ガスなどが用いられる。配管１１１は、金属又はゴム等の弾性体で形成されたチューブが用いられる。配管１１１を、銅などの金属製パイプとしてもよい。
図１７は、基板１２１に配置される半導体装置１５１と、受熱容器１１３の概略断面図である。受熱容器１１３は、下部（半導体装置１５１と対向する側）に開口部１３１を有する箱形の本体部１３２を有する。本体部１３２の上部１３２Ａには、第１及び第２の貫通孔１３３Ａ、１３３Ｂが形成されている。各貫通孔１３３Ａ、１３３Ｂに配管１１１が１本ずつ接続される。受熱容器１１３は、例えば防食性に優れる銅などから製造される。
図１８は、受熱容器１１３を開口部１３１側から見た底面図である。図１７及び図１８に示すように、受熱容器１１３の側壁１３２Ｂの下面（インタポーザ１５６との対向面）に、シール材１３４が接着剤等によって固定されている。シール材１３４は、例えばフッ素系ゴムやシリコーンゴム、天然ゴム、ウレタンゴムなどで製造したＯリングである。シール材１３４の断面形状は、丸形や四角形、三角形など任意の形状である。
図１７、図１８に示すように、受熱容器１１３の本体部１３２の４つの側壁１３２Ｂの各外面には、第１の磁気連結部１３５が接着剤１３６を用いて１つずつ取り付けられている。第１の磁気連結部１３５の各々は、本体部１３２の各側壁１３２Ｂに沿って横方向に延び、その長さは側壁１３２Ｂの長さにほぼ等しい。
図１９は、第１の磁気連結部１３５の分解斜視図である。第１の磁気連結部１３５は、直方体に形成された第１の磁石１４１を有する。第１の磁石１４１は、Ｓ極とＮ極が交互に配置されるように着磁されている。つまり、第１の磁石１４１は、極性の異なる磁石が本体部１３２の側壁１３２Ｂに沿って交互に複数配列した構成を有する。
第１の磁気連結部１３５は、磁力線のシールド部材として機能する板状の軟磁性体１４２、１４３、１４４を含む。軟磁性体１４２、１４３、１４４は、第１の磁石１４１の下面（基板との対向面）を除いて、第１の磁石１４１に磁気的に取り付けられている。軟磁性体１４２は、第１の磁石１４１の両側を覆っている。図１８に示すように、一方の軟磁性体１４２は、接着剤１３６によって本体部１３２の側壁１３２Ｂに接着される。図１９に戻って、別の軟磁性体１４３が、第１の磁石１４１の両端を覆っている。さらに別の軟磁性体１４４は、第１の磁石１４１の上面（基板と対向する面の反対側の面）を覆っている。
第１の磁石１４１としては、保磁力の高い硬磁性材料、例えば、酸化物系の磁石であるフェライト磁石や、金属系の磁石であるネオジム鉄磁石、アルニコ磁石、サマリウムコバルト磁石などの永久磁石が用いられる。
軟磁性体１４２〜１４４としては、例えば、鉄、珪素鋼、パーマロイ、センダスト、バーメンジュール、コバール、ニッケル合金である４２合金又は５２合金が使用される。なお、軟磁性体１４２〜１４４は、接着剤などで第１の磁石１４１に固定してもよい。
図１７に戻り、受熱容器１１３が取り付けられる半導体装置１５１について説明する。実施例３では、半導体装置１５１は、基板であるインターポーザ１５６に半導体チップ１５２を実装して形成されている。
半導体チップ１５２は、基板に半導体回路が形成され、基板の下面（インターポーザとの対向面）には電極１５４が複数配列されている。各電極１５４には、ハンダ１５５が取り付けられている。半導体チップ１５２の電極１５４は、ハンダ１５５を介してインターポーザ１５６の電極１５７に電気的に接続されている。半導体チップ１５２とインターポーザ１５６の間の隙間には、例えばエポキシ樹脂にセラミックをフィラーとして混合させたアンダーフィル材１５８が充填されている。
インターポーザ１５６は、樹脂製の基板であり、その一方の面（半導体チップが接続される面）に電極１５７が形成されている。インターポーザ１５６の他方の面には、電極１５９が形成されている。また、インターポーザ１５６の内部には、回路６０が形成されている。
インターポーザ１５６の一方の面（半導体チップが接続される面）には、第２の磁気連結部１７１が接着剤１７２で固定されている。図２０は、インターポーザ１５６の平面図である。図２０に示すように、第２の磁気連結部１７１は、半導体チップ１５２を囲むように４箇所に固定されている。各第２の磁気連結部１７１は、図１８に示す第１の磁気連結部１３５に対向する位置にそれぞれ接着されている。
第２の磁気連結部１７１は、直方体形に形成された結合部材１７３を有する。結合部材１７３は、例えば、鉄、珪素鋼、パーマロイ、センダスト、パーメンジュール、コバール、ニッケル合金である４２合金又は５２合金などの軟磁性体で形成される。
第２の磁気連結部１７１はまた、磁力線のシールド部材として機能する板状の軟磁性体１７４，１７５，１７６が、結合部材１７３の上面（第１の磁気連結部との連結面）を除き、下面、側面、端面のそれぞれに磁気的に取り付けられている。
軟磁性体１７４〜１７６の材料は、受熱容器１１３側の第１の磁石１４１及び軟磁性体１４２〜１４３と同様の材料から製造できる。結合部材１７３と軟磁性体１７４〜１７６を、一体の部材として製造してもよい。あるいは、結合部材１７３と、軟磁性体１７４〜１７６を、異なる軟磁性材料から製造してもよい。
図１８では、シール材１３４を受熱容器１１３に取り付けていたが、受熱容器１１３の側ではなく、インターポーザ１５６に取り付けてもよいし、シール材１３４を、受熱容器１１３とインターポーザ１５６のそれぞれに設けてもよい。
図１７に戻り、半導体装置１５１が実装される回路基板１２１について説明する。回路基板１２１は、その内部に電気回路１７９が形成されると共に、一方の面（インターポーザ１５６と対向する面）に電極１７８が形成されている。この電極１７８には、ハンダ１７７を介して半導体装置１５１のインターポーザ１５６が実装される。なお、回路基板１２１には、コンデンサなどの他の部品（不図示）も実装される。
次に、冷却装置１０９の取り付け方法について説明する。
まず、図１７に示すように、半導体チップ１５２を実装したインターポーザ１５６を回路基板１２１に実装する。続いて、インターポーザ１５６の一方の面（半導体チップ１５２を実装する）に、４つの第２の磁気連結部１７１が、半導体チップ１５２を囲むように接着剤１７２で取り付けられる。これにより、第２の磁気連結部１７１の結合部材１７３が、軟磁性体１７６を介してインターポーザ１５６に固定される。結合部材１７３は、上面（第１の磁気連結部１３５の磁石１４１との結合面）以外の面が軟磁性体１７４〜１７６で覆われている。
他方、受熱容器１１３では、本体部１３２の側壁１３２Ｂのそれぞれに第１の磁気連結部１３５が１つずつ接着剤１３６で取り付けられる。これにより、４つの第１の磁石１４１が、軟磁性体１４２を介して接着剤１７２で受熱容器１１３の側面に固定される。第１の磁石１４１は、第２の磁気連結部１７１に連結される結合面（図１７では下面）以外の面が、軟磁性体１４２〜１４４で覆われる。
この状態から、図２１に示すように、半導体チップ１５２を覆って、受熱容器１１３がインターポーザ１５６に取り付けられる。これにより、半導体チップ１５２は、受熱容器１１３の内部空間に収容される。半導体チップ１５２が受熱容器１１３に覆われると同時に、受熱容器１１３側の第１の磁気連結部１３５の第１の磁石１４１は、インターポーザ１５６側の第２の磁気連結部１７１の結合部材１７３に磁気的に結合させられる。
第１の磁気連結部１３５と第２の磁気連結部１７１とを連結させたときのインターポーザ１５６の上面から、受熱容器１１３の壁部１３２Ｂの下端面までの距離は、外部から力が作用していないときのシール材１３４の高さより小さく設計されている。このため、受熱容器１１３をインターポーザ１５６に取り付けたときには、シール材１３４が潰れる。これにより、受熱容器１１３内に半導体チップ１５２が収容された状態で、開口部１３１が、シール材１３４を介してインターポーザ１５６によって密閉される。
さらに、受熱容器１１３の貫通孔１３３Ａ，１３３Ｂに配管１１１（図１６参照）が接続される。これによって、図１６に示すように、配管１１１を介して受熱容器１１３がポンプ１１０と熱交換器１１２が接続され、冷却装置１０９が形成される。なお、配管１１１を受熱容器１３に接続した後に、受熱容器１１３をインターボーザ１５６に取り付けてもよい。
図２１に示すように、第１の磁気連結部１３５と第２の磁気連結部１７１を磁気的に連結させると、第１の磁気連結部１３５の第１の磁石１４１と、第２の磁気連結部１７１の結合部材１７３の周囲が、軟磁性体１４２〜１４４，１７４〜１７６で覆われる。より詳細には、第１の磁石１４１及び結合部材１７３の側面が、軟磁性体１４２，１７４で覆われ、上面が軟磁性体１４４で覆われ、下面が軟磁性体１７６で覆われる。
軟磁性体１４２〜１４４，１７４〜１７６は、磁極の方向が容易に変化するので、周囲に比べて磁力線を通し易い。したがって、軟磁性体１４２〜１４４，１７４〜１７６内を通る磁力線が増えることで、軟磁性体１４２〜１４４，１７４〜１７６の外側を通る磁力線が少なくなる。その結果、第１の磁石１４１及び結合部材１７３の周囲の磁力線の広がりが抑制される。
図２２は、軟磁性体１４２〜１４４，１７４〜１７６がない場合の磁力線の広がりを示す。この場合、第１の磁石１４１の周囲に磁力線が広く分布し、受熱容器１３の周囲に実装された電気的機能を有する部品や、インターポーザ１５６の回路１６０にまで磁場が作用する可能性がある。
図２３は、実施例３の実装構造の効果を示す。図２２と比較して、軟磁性体１４２〜１４４，１７４〜１７６が第１の磁石１４１の磁束の経路に沿って配置されている。より詳細には、軟磁性体１４２〜１４４，１７４〜１７６は、第１の磁石１４１により生じる磁力線の経路上であって、第１の磁石１４１の一極（Ｓ極又はＮ極）から他極（Ｎ極又はＳ極）に至る間の閉じた経路上に配置されている。このため、軟磁性体１４２〜１４４，１７４〜１７６によって、第１の磁石１４１の磁力線の広がりが抑えられる。その結果、インターポーザ１５６の回路１６０や、受熱容器１１３の周囲に実装された他の部品に磁場が作用しないか、磁場が回路や部品に影響を与えない程度に弱められる。
図２１に戻って、半導体装置１５１の半導体チップ１５２を冷却する方法について説明する。半導体チップ１５２を冷却するときは、ポンプ１１０（図１６参照）を駆動させて冷媒を吐出させる。冷媒は、熱交換器１１２において冷却された後、図２１の破線の矢印に示すように、配管１１１を通って第１の貫通孔１３３Ａから受熱容器１１３の内部に流入する。このとき、受熱容器１１３内に収容された半導体装置１５１が冷媒によって直接に冷却され、半導体チップ５２の熱が奪われる。半導体チップ１５２を冷却した冷媒は、第２の貫通孔１３３Ｂを通って受熱容器１１３から排出される。そして、４つの受熱容器１１３Ａ〜１１３Ｄ（図１６参照））を順番に通って各半導体チップ１５２を冷却した後の冷媒は、ポンプ１１０に吸入された後、再び吐出口１１０Ａから吐出させる。このようにして、冷却装置１０９は、冷媒を循環させながら、半導体チップ１５２を冷却する。
半導体チップ１５２の背面の表面積を増やすために、半導体チップ１５２の表面を粗くしたり、細かい溝を形成したりすることによって、半導体チップ１５２の冷却効率をさらに向上させてもよい。
次に、受熱容器１１３をインターポーザ１５６から取り外し、半導体チップ１５２の交換や取り外しを行う方法について説明する。受熱容器１１３を取り外すタイミングとしては、たとえば半導体チップ１５２の修理時や交換時があげられる。
受熱容器１１３をインターポーザ１５６から取り外すときは、インターポーザ１５６に対して受熱容器１１３を回動させる。これにより、第１の磁石１４１と結合部材１７３の位置がずれる。第１の磁石１４１と結合部材１７３の結合面は、細長形状なので、受熱容器１１３をインターポーザ１５６の面に対して回動自在にすることで、第１の磁石１４１と軟磁性体１７２の結合面積が減って、結合力を簡単に弱めることができる。受熱容器１１３を平行移動させて第１の磁石１４１の位置をずらしてもよい。このため、インターポーザ１５６上には、受熱容器１１３を回動できる領域(空間)が設けられている。
その後、受熱容器１１３をインターポーザ１５６から引き上げると、受熱容器１１３がインターポーザ１５６から取り外され、受熱容器１１３の内部にあった半導体チップ１５２が露出する。
続いて、インターポーザ１５６を回路基板１１に接合しているハンダ１７７を加熱によって溶融させて、インターポーザ１５６を回路基板１２１から取り外す。この後、必要に応じて、半導体チップ１５２を実装したインターポーザ１５６を再び回路基板１２１に実装する。この場合の半導体チップ５２を実装したインターポーザ５６の回路基板１２１への実装方法や、受熱容器１１３を用いた半導体チップ１５２の冷却方法は、前記と同様である。
以上、説明したように、実施例３では、受熱容器１１３をインターポーザ１５６に取り付ける第１の磁石１４１の磁束の経路に沿った表面に、磁力線の広がりを抑制するシールド部材として軟磁性体１４２〜１４４を取り付けた。軟磁性体１４２〜１４４は、第１の磁石１４１で発生する磁力線を通過させ易いので、第１の磁石１４１によって発生する磁束は、軟磁性体１４２〜１４４に集中する。その結果、第１の磁石１４１によって発生する磁場の広がりが抑制される。受熱容器１１３をインターポーザ１５６に取り付けたときには、軟磁性体１４２〜１４４，１７４〜１７６が、第１の磁石１４１の囲むように配置されるので、第１の磁石１４１によって発生する磁力線の拡がりが全方位にわたって抑えられる。その結果、第１の磁石１４１の周囲の回路や部品が磁場の影響を受け難くなる。
第１の第１の磁石１４１は、結合部材１７３に対向する結合面を除いて軟磁性体１４２〜１４４で覆われている。結合部材１７３は、第１の磁石１４１に対向する結合面を除いて軟磁性体１７４〜１７６で覆われている。したがって、インターポーザ１５６に受熱容器１１３を取り付けると同時に、第１の磁石１４１の周囲が軟磁性体１４２〜１４６，１７４〜１７６で覆われる。これにより、第１の磁石１４１の磁力線の広がりを簡単に抑制できる。
また、第１の磁石１４１は、インターポーザ１５６の上面（半導体チップ実装面）と平行な面に沿って、Ｓ極とＮ極を交互に配置したので、強い結合力が得られる。このため、受熱容器１１３をインターポーザ１５６に確実に取り付けることができる。また、第１の磁石１４１によって受熱容器１１３側のシール材１３４を潰して半導体チップ１５２を密閉するようにしたので、冷媒の漏れ出しを確実に防止できる。
この受熱容器１１３では、冷媒を直接に半導体装置１５１に接触させるので、効率良く半導体チップ１５２を冷却できる。半導体チップ１５２を取り外すときは、第１の磁石１４１を結合部材１７３からずらすことで簡単に受熱容器１１３を取り外せるので、リワークが容易になる。
次に、実施例３の電子機器の具体的な作製例を説明する。
インターポーザ１５６には、例えば、８０ｍｍ×８０ｍｍで厚さが５ｍｍのガラスセラミックスを用いた。また、半導体チップ１５２は、例えば、２５ｍｍ×２５ｍｍのものを用いた。第２の磁気連結部１７１は、例えば、１０ｍｍ×２．５ｍｍ×７０ｍｍの結合部材１７３を用い、第１の磁気連結部１３５との結合面を除いて、厚さ１ｍｍのパーマロイ製の軟磁性体１７４〜１７６で覆った。第２の磁気連結部１７１を、たとえばエポキシ系接着剤１７２によりインターポーザ１５６上に取り付けた。
受熱容器１１３の本体部１３２は、以下のように形成した。本体部１３２は、８０ｍｍ×８０ｍｍで厚さが８ｍｍの銅板の中央に、６０ｍｍ×６０ｍｍの大きさで深さが４ｍｍの掘り込みを形成した。本体１３２の上面１３２Ａに貫通孔１３３Ａ，１３３Ｂを形成し、貫通孔１３３Ａ，１３３Ｂに直径３ｍｍの銅製のパイプを取り付けた。第１の磁気連結部１３５については、第１の磁石１４１を、例えば、１０ｍｍ×５ｍｍ×７０ｍｍのフェライト磁石を用いて形成した。フェライト磁石は、結合部材１７３との結合面（下面）を除いて厚さ１ｍｍのパーマロイ製の軟磁性体１４２〜１４４で覆った。第１の磁気連結部１３５を受熱容器１１３に取り付ける接着剤１３６は、例えばエポキシ系接着剤である。
ここで、第１の磁石１４１に用いられるフェライト磁石は、Ｓ極とＮ極とが約６ｍｍの長さで交互に配列されるように着磁することにより形成した。着磁後の第１の磁石１４１の上に磁性粉を挟み込んだシートを被せたところ、磁性粉によって形成される模様から、磁極が交互に配列されていることがわかった。
これに対し、第２の磁気連結部との結合面（下面）を除いて第１の磁石１４１を軟磁性体１７４〜１７６で覆った後、軟磁性体１７４〜１７６の上に磁性粉を挟み込んだシートを被せたところ、磁性体による模様は確認されなかった。このことから、軟磁性体１７４〜１７６によって、第１の磁石１４１の周囲に与える磁場の影響が大幅に軽減されたことがわかった。
次いで、第１の磁気連結部１３５を、結合面（下面）が受熱容器１１３の本体部１３２の下端に位置するようにして、受熱容器の側面に接着した。また、本体部１３２の底面に沿って、シール材１３４（例えば直径が４ｍｍのフッ素系ゴムからなるＯリング）を接着剤で固定した。
このようにしてインターポーザ１５６に取り付けた冷却装置１０９において、冷媒として純水をポンプ１１０で３リットル／分の流量を循環させたところ、シール材３４から純水が漏れることなく、半導体チップ１５２を冷却できた。
また、受熱容器１１３にインターポーザ１５６に対して回転方向の力を加えたところ、受熱容器１１３を簡単にインターポーザ５６から取り外すことができた。ここで、受熱容器１１３を取り外すときには、冷媒が供給される側の配管１１１を外して、冷媒の代わりに圧縮空気を供給して各受熱容器１１３の内部に溜まっている冷媒を追い出して空気に置換した。
なお、第１の磁石１４１は、Ｓ極とＮ極が交互に配置された多極構造であることが好ましいが、単一の磁極の磁石を用いてもよい。この場合には、例えば、受熱容器１１３を挟んで対向配置される一対の磁石１４１を同じ磁極にする。また、第１の磁石１４１の形状は、直方体に限定されない。
第２の磁気連結部１７１は、回路基板１２１に設けられてもよい。この場合、半導体チップ１５２は、インターポーザ１５６を介さずに回路基板１２１に実装してもよい。
また、第２の磁気連結部１７１は、インターポーザ１５６の側部に接着剤１７２で取り付けてもよい。
受熱容器１１３に第２の磁気連結部１７１を取り付け、インターポーザ１５６に第１の磁気連結部１３５を取り付けてもよい。
図２４〜図３０を参照して実施例４について説明する。実施例４では、第１の磁気連結部と第２の磁気連結部の双方に磁石を用いる。なお、適宜実施例３に係る図面を参照し、実施例３と同じ構成要素には同一の符号を付して説明する。
実施例４の電子機器としては、図１５に示すサーバ１０１があげられる。サーバ１０１は、実施例３と同様に、図１６に示すようにＣＰＵ１０２を冷却するための冷却装置１０９を有する。冷却装置１０９は、受熱容器１１３の本体部１３２の４つの側壁１３２Ｂの外面のそれぞれに第１の磁気連結部１３５が１つずつ取り付けられ、インターポーザ１５６の一方の面に第２の磁気連結部１８１が取り付けられている。第２の磁気連結部１８１は、インターポーザ１５６の半導体チップ１５３の実装面に接着剤１７２で固定されている。
図２４の平面図に示すように、第２の磁気連結部１８１は、半導体チップ１５２を囲むように４箇所に固定されている。また、図２５の分解斜視図に示すように、第２の磁気連結部８１は、直方体形に形成された第２の磁石１８２を有し、第２の磁石１８２にはシールド部材として機能する板状の軟磁性体１７４，１７５，１７６が、第１の磁気連結部１３５との結合面（図２５では上面）を除く各面に磁気的に取り付けられている。具体的には、軟磁性体１７４は第２の磁石１８２の両側面を覆い、別の軟磁性体１７５は第２の磁石１８２の両端を覆っている。さらに別の軟磁性体１７６は、第２の磁石１８２の下面（インターポーザ１５６への接着面）を覆い、接着剤１７２によりインターポーザ１５６に固定されている。
また、第２の磁石１８２は、Ｓ極とＮ極が交互に配置されるように着磁されている。第２の磁石１８２は、受熱容器１１３側の第１の磁気連結部１３５の第１の磁石１４１と同様の材料から製造できる。また、軟磁性体１７４〜１７６は、接着剤などで第２の磁石１８２に固定してもよい。
図２６に示すように、インターポーザ１５６側の第２の磁気連結部１８１は、受熱容器１１３側の第１の磁気連結部１３５に対向する位置に配置されている。第２の磁石１８２のＳ極とＮ極は、インターポーザ１５６の面に平行な面方向に沿って交互に配置されており、さらに第１の磁気連結部１３５の第１の磁石１４１のＳ極とＮ極の配置と反対になっている。つまり、第１の磁石１４１がＳ極、Ｎ極、Ｓ極・・・と配列されている場合に、第２の磁石１８２はＮ極、Ｓ極、Ｎ極・・・と配列されている。
次に、冷却装置１０９の取り付け方法について説明する。まずに、インターポーザ１５６に半導体チップ１５２を搭載する。インターポーザ１５６には、第２の磁気連結部１８１が接着剤１７２で取り付けられる。第２の磁気連結部１８１では、第２の磁石１８２が第１の磁気連結部１３５との結合面を除いて軟磁性体１７４〜１７６で覆われている。インターポーザ１５６は、回路基板１２１に実装される。
続いて、図２１に示すように、第１の磁気連結部１３５が接着された受熱容器１１３が半導体チップ１５２を覆うようにインターポーザ１５６に取り付けられる。受熱容器１１３に、配管１１１を介してポンプ１１０と熱交換器１１２が接続される（図１６参照）。これにより、冷却装置１０９が形成される。
この状態において、受熱容器１１３は、第１の磁気連結部１３５の第１の磁石１４１がインターポーザ１５６側の第２の磁石１８２に磁気的に結合させられる。図２６に示すように、第１の磁石１４１のＳ極と第２の磁石１８２のＮ極とがインターポーザ１５６の実装面に対して垂直方向に配置され、結合される。さらに、第１の磁石１４１のＮ極と第２の磁石１８２のＳ極とがインターポーザ１５６の実装面に対して垂直方向に配置され、結合される。これにより、受熱容器１１３がインターポーザ１５６に引き寄せられ、シール材１３４が潰される。受熱容器１１３内に半導体チップ１５２が収容された状態で、開口領域１３１がインターポーザ１５６により密閉され、冷媒の回路が形成される。
第１の磁石１４１と第２の磁石１８２を磁気的に結合させると、第１及び第２の磁石１４１，１８２の周囲が軟磁性体１４２〜１４４，１７４〜１７６で覆われる。より詳細には、第１の磁石１４１及び第２の磁石１８２の側面が、軟磁性体１４２，１７４で覆われ、上面が軟磁性体１４４で覆われ、下面が軟磁性体１７６で覆われる。
図２７は、実施例４の磁束閉じ込め効果を説明するための図である。仮に、第１の磁石１４１と第２の磁石１８２が軟磁性体１４２〜１４４，１７４〜１７６で覆われていない場合は、図２２に示すように、磁力線が拡がって周辺の部品や回路に磁場の影響を与える可能性がある。これに対し、実施例４の冷却装置１０９では、図２７に示すように、軟磁性体１４２〜１４４，１７４〜１７６が、第１の磁石１４１と第２の磁石１８２の磁束の経路に沿って配置されている。より詳細には、軟磁性体１４２〜１４４，１７４〜１７６は、第１及び第２の磁石１４１，１８２により生じる磁力線の経路上であって、第１の磁石１４１の一極（Ｓ極又はＮ極）から他極（Ｎ極又はＳ極）に至る間の閉じた経路上と、第２の磁石１８２の一極（Ｓ極又はＮ極）から他極（Ｎ極又はＳ極）に至る間の閉じた経路上のそれぞれに配置されている。
これにより、軟磁性体１４２〜１４４，１７４〜１７６内を通る磁力線が増え、軟磁性体１４２〜１４４，１７４〜１７６のさらに外側を通る磁力線が少なくなる。その結果、第１の磁石１４１と第２の磁石１８２の周囲における磁力線の広がりが抑制される。が抑えられ、インターポーザ１５６の回路や、受熱容器１１３の周囲に実装された他の部品に作用する磁場の影響が無視できる程度に低減される。半導体チップ１５２の冷却方法は、実施例３と同様である。
図２８及び図２９は、受熱容器１１３をインターポーザ１５６から取り外す手法を説明する図である。受熱器１１３は半導体チップ１５２の交換時などに取り外される。取り外し時には、図２８（Ａ）の状態から、受熱容器１１３をインターポーザ１５６に対して相対的に回動させる（図２８（Ｂ））。第１の磁気連結部１３５の第１の磁石１４１と、第２の磁気連結部１８１の第２の磁石１８２は、Ｓ極とＮ極が交互に配列され、かつ第１の磁石１４１と第２の磁石１８２とで異なる磁極が対向するように結合されている。このため、受熱容器１１３をインターポーザ１５６の面に対して回動させると、第１の磁石１４１と第２の磁石１８２の磁極の配置がずれ、Ｎ極同士、Ｓ極同士が対向して配置されるようになる。これにより、第１の磁石１４１と第２の磁石１８２が互いに反発して、第１の磁気連結部１３５と第２の磁気連結部１８２の間の結合が弱められ、受熱容器１１３とインターポーザ１５６との結合が解除される。インターポーザ１５６上には、受熱容器１１３を回動できる領域(空間)が設けられている。
受熱容器１１３を引き上げてインターポーザ１５６から取り外すと、受熱容器１１３内の半導体チップ１５２が露出する。なお、受熱容器１１３をインターポーザ５６から取り外すときは、図２９に示すように受熱容器１１３を平行移動させることで、第１の磁石１４１と第２の磁石１８２の相対する磁極をずらしてもよい。
インターポーザ１５６を回路基板１２１に接合しているハンダ１７７（図２１参照）を加熱溶融して、インターポーザ１５６を回路基板１２１から取り外すことができる。その後、必要に応じて、半導体チップ１５２を実装したインターポーザ１５６を再び回路基板１２１に実装する。半導体チップ１５２をインターポーザ１５６に取り付ける方法や、受熱容器１１３を用いた半導体チップ１５２の冷却方法は、実施例３と同様である。
以上説明したように、実施例４では、受熱容器１１３とインターポーザ１５６のそれぞれに磁石１４１，１８２を設け、磁石１４１，１８２を結合させるようにしたので、半導体チップ１５２を簡単に密閉できる。
第１の磁石１４１と第２の磁石１８２のそれぞれの磁束の経路に沿った表面に、磁力線の広がりを抑制するシールド部材として、軟磁性体１４２〜１４４、軟磁性体１７４〜１７６を取り付けた。軟磁性体１４２〜１４４，１７４〜１７６は、第１及び第２の磁石１４１，１８２で発生する磁力線を通過させ易いので、第１及び第２の磁石１４１，１８２によって発生する磁束は、軟磁性体１４２〜１４４、１７４〜１７６に集中する。その結果、第１及び第２の磁石１４１，１８２によって発生する磁場の広がりを抑制できる。
受熱容器１１３をインターポーザ１５６に取り付けたときには、軟磁性体１４２〜１４４及び１７４〜１７６が、第１の磁石１４１と第２の磁石１８２を囲むように配置されるので、第１及び第２の磁石４１，８２によって発生する磁力線の拡がりが全方位にわたって抑えられる。その結果、第１及び第２の磁石１４１，１８２の周囲の回路や部品が磁場の影響を受けにくくなる。
第１の磁石１４１と第２の磁石１８２は、Ｓ極とＮ極が交互に複数配列されている。また、第１の磁石１４１と第２の磁石１８２のＳ極とＮ極の配列を逆にしたので、受熱容器１１３とインターポーザ１５６を高い結合力で接合できる。受熱容器１１３をインターポーザ１５６に取り付けた状態では、２つの磁石１４１，１８２の連結部分では、Ｓ極とＮ極の組み合わせが交互に配列される。このため、受熱容器１１３の位置が少しずれただけでは、受熱容器１１３がインターポーザ１５６から外れることはない。これは、受熱容器１１３の位置がずれると、２つの磁石１４１，１８２のＳ極同士、又はＮ極同士が近接して反発し合い、元のＳ極とＮ極が対向して配置された状態に戻ろうとする力が作用するためである。このため、冷却装置１０９では受熱容器１１３の位置ずれを防止できる。
他方、受熱容器１１３とインターポーザ１５６の位置をずらしてＮ極同士、Ｓ極同士を対向させると、磁石１４１，１８２の反発力を利用して受熱容器１１３を取り外すことができる。このため、高い結合力を実現しながらも、受熱容器１１３を容易に取り外せる。その他の効果は、実施例３と同様である。
次に、実施例４の具体的作製工程を説明する。インターポーザ１５６には、例えば、８０ｍｍ×８０ｍｍで厚さが５ｍｍのガラスセラミックスを用いた。また、半導体チップ１５２は、例えば２５ｍｍ×２５ｍｍのチップである。第２の磁気連結部１８１の第２の磁石１８２として、１０ｍｍ×２．５ｍｍ×７０ｍｍのフェライト磁石を用いて形成した。フェライト磁石は、Ｓ極とＮ極とが約６ｍｍの長さで交互に配列されるように着磁することで形成した。さらに、フェライト磁石は、第１の磁気連結部１３５との結合面を除いて、厚さ１ｍｍのパーマロイ製の軟磁性体１７４〜１７６で覆った。第２の磁気連結部１８１を、第２の磁石１８２の結合面が上側に露出するように、インターポーザ１５６上に取り付けた。第２の磁石１８２の磁極の配列と、軟磁性体１７４〜１７６の効果は、後述するように磁性粉を挟んだシートを用いて確認した。
受熱容器１１３の本体部１３２として、８０ｍｍ×８０ｍｍで厚さが８ｍｍの銅板の中央に、６０ｍｍ×６０ｍｍの大きさで深さが４ｍｍの掘り込みを形成した。本体１３２の上面１３２Ａに貫通孔１３３Ａ，１３３Ｂを形成し、貫通孔１３３Ａ，１３３Ｂに直径３ｍｍの銅製のパイプを取り付けた。第１の磁気連結部１３５は、第１の磁石１４１として、１０ｍｍ×５ｍｍ×７０ｍｍのフェライト磁石を用いて形成した。フェライト磁石は、Ｓ極とＮ極とが約６ｍｍの長さで交互に配列されるように着磁することにより形成した。さらに、フェライト磁石は、第２の磁気連結部１８１との結合面を除いて厚さ１ｍｍのパーマロイ製の軟磁性体１４２〜１４４で覆った。接着剤１３６には、例えば、エポキシ系接着剤を用いた。
第１の磁気連結部１３５を、その結合面が本体部１３２の下端に位置するように接着した。本体部１３２の下端に、シール材１３４として例えば直径が４ｍｍのフッ素系ゴムからなるＯリングを接着剤で固定した。
このようにしてインターポーザ１５６に取り付けた冷却装置１０９において、冷媒として純水をポンプ１０で３リットル／分の流量を循環させたところ、シール材１３４から純水が漏れることなく、半導体チップ１５２を冷却することができた。
第１の磁石１４１は、本体部１３２の２つの側壁１３２Ｂが形成するコーナー部、又はコーナー部の周辺のみに配置してもよい。また、第１の磁石１４１は、本体部１３２の側壁３２Ｂの中央部分のみに配置してもよい。これらの場合において、第２の磁石１８２は第１の磁石１４１に対向する位置のみに配置してもよい。
（実施例４の変形例）
図３０は、実施例４の変形例を示す。変形例では、第１の磁石１４１の受熱容器１１３との接着面のみに軟磁性体１４２が取り付けられている。図３０の例では、軟磁性体１４２は、第１の磁石１４１の高さと同じ高さに設けられているが、第１の磁石１４１の上端よりも上方に延ばしてもよい。第２の磁石１８２には、受熱容器１１３との接触面と、インターポーザ１５６との接触面（底面）とに軟磁性体１７４，１７６が設けられている。
図３０のインターポーザ１５６では、第１の磁石１４１と第２の磁石１８２の近傍に、回路や電子部品が配置されていない。このため、第１の磁石１４１と第２の磁石１８２の磁力線のうち、受熱容器１１３の外側に向かう磁束は抑制しなくても、回路や電子部品に磁場の影響を与えることがない。そこで、変形例では、第１の磁気連結部１３５の第１の磁石１４１と、第２の磁気連結部１８１の第２の磁石１８２の受熱容器１１３の外側の面には軟磁性体を配置していない。他方、受熱容器１１３に隣接する側の面には、軟磁性体１７４，１７６が配置されているので、半導体チップ１５２に対する磁場の影響は抑制される。第２の磁石１８２の底面にも軟磁性体４２が配置されているので、インターポーザ１５６の電極やこれに接続される回路配線１６０に対する磁場の影響は抑制される。
このように、実施例４の変形例では、回路が電子部品に影響を与える可能性がある領域のみに軟磁性体１４２，１７４，１７６を配置したので、装置構成を簡略化できる。図３０では、軟磁性体１４２，１７４，１７６が断面Ｌ字形状に配置される例を説明したが、軟磁性体を各磁石１４１，１８２の内側（受熱容器１１３に隣接する側）の側面にのみ配置してもよい。また、各磁石１４１，１８２の両側面のみに配置してもよい。さらに、第１の磁石１４１の上面を除く全面に軟磁性体１４２，１７４，１７６を配置してもよい。
実施例３、４を通じて、軟磁性体１４２〜１４４，１７４〜１７６は、第１の磁石１４１と、結合部材１７３（実施例３）又は第２の磁石１８２（実施例４）の周囲を、結合面を除いて覆っていれば良く、第１の磁石１４１と、結合部材１７３又は第２の磁石１８２との間に接着剤などが介在してもよい。
図３１Ａ〜図３１Ｃは、実施例５の半導体パッケージの実装工程を示す図である。実施例５では、実施例３及び４と同様に、半導体チップ２５２をインターポーザ２５６にフリップチップ接合した半導体パッケージ２５１を、受熱容器２１３で密閉し、冷媒により半導体チップ２５２を直接冷却する。実施例５では、第２の磁気連結部２８１を、インターポーザ基板２５６の四辺に沿って基板の側面に取り付ける。第２の磁気連結部２８１と、受熱容器２１３側に取り付けられた第１の磁気連結部２３５とで、受熱容器２１３を半導体パッケージ２５１に実装するとともに、冷媒循環用の空間を形成する。
図３１Ａに示すように、インターポーザ基板２５６の側面に、接着材２７２を介して第２の磁気連結部２８１が取り付けられる。インターポーザ基板２５６は、８０ｍｍ×８０ｍｍ、厚さ５ｍｍのガラスセラミック製の基板である。インターポーザ基板２５６上に、例えば２５ｍｍ×２５ｍｍの半導体チップ２５２がフリップチップ接合され、アンダーフィル材２５８で封止されている。
第２の磁気連結部２８１は、第２の磁石２８２と、第２の磁石２８２の結合面以外の面を覆う軟磁性体２７４を含む。第２の磁石２８２は、１０ｍｍ×５ｍｍ×７０ｍｍのフェライト磁石を、Ｓ極とＮ極とが約６ｍｍの長さで交互に配列されるように着磁したものである。軟磁性体２７４は、厚さ１ｍｍのパーマロイである。軟磁性体２７４で、第２の磁石２８２の第１の磁気連結部２３５との結合面以外の面の少なくとも一部を覆う。具体的には、磁束の影響から保護すべき電気的部品や配線等に近接する側の面を覆う。図３１Ａの例では、第２の磁石２８２の結合面（上面）以外のすべての面が軟磁性体２７４により覆われている。また、第２の磁気連結部２８１は、第２の磁石２８１の結合面がインターポーザ基板２５６の表面から約１．５ｍｍ上方に位置するように、インターポーザ基板２５６の側面に取り付けられている。
受熱容器２１３は、８０ｍｍ×８０ｍｍで厚さが８ｍｍの銅板の中央に、６０ｍｍ×６０ｍｍの大きさで深さが４ｍｍの掘り込みを形成して本体部２３２とした。冷媒を循環させるための配管１１１（図１６参照）を取り付けるために、本体の上面２３２Ａに貫通孔２３３Ａ，２３３Ｂを形成し、直径３ｍｍの銅製のパイプ１１１を貫通孔２３３Ａ、２３３Ｂに取り付けた。
第１の磁気連結部２３５は、第１の磁石２４１と、結合面以外の面を覆う軟磁性体２４２を含む。第１の磁石２４１は、１０ｍｍ×５ｍｍ×７０ｍｍのフェライト磁石を、Ｓ極とＮ極とが約６ｍｍの長さで交互に配列されるように着磁することにより形成した。フェライト磁石２４１の、第２の磁気連結部２８１との結合面を除く面を、厚さ１ｍｍのパーマロイ製の軟磁性体２４２で覆った。第１の磁気連結部２３５をエポキシ系接着剤２３６で受熱容器２１３の側面２３２Ｂの下端部に固定した。第１の磁気連結部２３５は、その結合面が本体部２３２の底面から約１．５ｍｍ下方に突出するように接着した。本体部２ｌ３２の下端に、シール材２３４として例えば直径が４ｍｍのフッ素系ゴムからなるＯリングを接着剤で固定した。
次に、図３１Ｂに示すように、インターポーザ基板２５６と受熱容器２１３を相対する位置に位置合わせして搭載する。第１の磁気連結部２３５の第１の磁石２４１の磁極の配列と、第２の磁気連結部２８１の第２の磁石２８２の磁極の配列は互い違いに配置されているので、多少の位置ずれがあっても、反対の磁極同士が引き合おうとするので、受熱容器２１３とインターポーザ基板２５６とは適正な位置で結合される。
このとき、第１の磁気連結部２３５と第２の磁気連結部２８１との磁力による結合によって、シール材２３４が約１ｍｍ変形し、受熱容器２１３とインターポーザ基板２５６の間に密閉空間２３１を作り出す。
次に、図３１Ｃに示すように、受熱容器２１３及び配管１１１を含む循環路に、冷媒２０５を供給する。冷媒２０５として、純水をポンプ１１０で３．２リットル／分の流量を循環させたところ、シール材２３４から純水が漏れることなく、半導体チップ２５２を冷却することができた。
実施例５においても、半導体パッケージ２５２への冷却機構の実装を磁気的な結合によって行なうが、磁石２４１、２８２の周囲を互いの結合面を除いて軟磁性体で覆うことにより、電気的な部品、配線への磁束の影響を防止することができる。
実施例５は図３１Ａ〜３１Ｃに描かれる例に限定されない。第１の磁気連結部２３５は、本体部２３２の２つの側壁２３２Ｂ間のコーナー部、又はコーナーの周辺のみに配置してもよいし、本体部２３２の側壁２３２Ｂの中央部分のみに配置してもよい。これらの場合において、第２の磁気連結部１８２は第１の磁気連結部２３５と対向するように、インターポーザ基板２５６のコーナー部若しくはその近傍、又は各辺の中央部に配置する。
受熱容器２１３を取り外すときは、冷媒２０５の出入口のホース（不図示）をはすし、圧力空気を入れることで内部に溜まった冷媒を追い出すことができる。また、図２８を参照して説明したように、受熱容器２１３をインターポーザ基板２５６に対して回転する方向に力を加えることで、第１の磁気連結部２３５の第１の磁石２４１と、第２の磁気連結部２８１の第２の磁石２８２の磁極同士がずれ、簡単に取り外すことができる。
なお、磁石２４１、２８２の材料はフェライト磁石限らず、金属系の磁石であるネオジム鉄磁石、アルニコ磁石、サマリウムコバルト磁石などの材料を用いても同じ効果が得られる。
シール材２３４は、フッ素系ゴムのＯリングに限定されず、第１の磁石２４１と第２の磁石２８２の結合によって変形できる材料であれば、シリコーンゴム、天然ゴム、ウレタンゴムなど、他の材料を用いてもよい。Ｏリングのように断面が円形である必要もなく、第１の磁気連結部２３５と第２の磁気連結部２８１の結合時に変形できれば、どのような断面形状であってもよい。さらに、シール材を受熱容器２３５に取り付ける代わりに、インターポーザ基板２５６上に取り付けてもよいし、受熱容器２３５とインターポーザ基板２５６の双方に取り付けてもよい。
図３２は、実施例５の半導体装置の実装構造２００の概略図である。半導体チップ２５２をインターポーザ基板２５６に搭載した半導体パッケージ２５１に、冷却機構の一部である受熱容器２１３を固定手段２５０により固定する。固定手段２５０は、受熱容器２３５に取り付けられた第１の磁気連結部２３５と、インターポーザ基板２５６に取り付けられた第２の磁気連結部２８１を含む。
受熱容器２１３内はシール材２３４により密閉される空間である。リザーバ２０６内の冷媒２０５は、ポンプ１１０、流量計２０４、配管１１１により、受熱容器２１３に供給され、発熱体である半導体チップ２５２を直接冷却する。受熱容器２１３は磁気的な固定手段２５０によって半導体パッケージ２５１に実装されているが、磁石２４１、２８２を軟磁性体２４２、２７４で覆うことにより（図３１Ａ〜図３１Ｃ参照）、電子部品である電子部品２５２への磁束の影響を防止することができる。また、受熱容器２１３と半導体パッケージ２５１を相対的に回転させる方向に力を加えるだけで、受熱容器２１３を容易に取り外すことができる。
図３３は、実施例１〜５で用いた磁石の磁極配列を示す図である。磁気的な固定手段としての磁気チャックの結合面上に、磁性粉をフィルムに挟み込んだ磁極可視シート３０１を置くと、Ｓ極とＮ極が交互に並んだ磁極の配列を視認することができる。このような磁極可視シート３０１を用いて、本発明の磁気チャックの磁束閉じ込め効果を確認する。
図３４（Ａ）に示すように、Ｓ極とＮ極が交互に配列されるように着磁した１０×５×７０ｍｍのフェライト磁石３０２を用意する。この磁石３０２に磁極可視シート３０１を重ねると、図３４（Ｂ）に示すように、磁極の配列が見える。これは、磁石３０２の表面から磁束が出て、磁極可視シート３０１内の磁性粉に作用するからである。これによって、磁界の状況を認識することができる。
次に、図３５（Ａ）に示すように、図３４Ａのフェライト磁石３０２上に、軟磁性材料として厚さ１ｍｍのコバール（Co-Fe-Ni合金）板３０３を配置する。このコバール３０３上に磁極可視シート３０１を重ねると、図３５（Ｂ）に示すように、磁極の模様を認識することができない。これは、軟磁性体であるコバール３０３の存在により、磁束が外部に漏れ出ていないことを示す。このように、磁気的固定手段（磁気チャック）に用いる磁石を軟磁性体で覆うことにより、外部に与える磁界の影響を抑制することができる。
図３６は、実施例６の防磁手段を説明するための図である。実施例６では、軟磁性材として、樹脂材料に磁性粉末を混合した防磁材を用いる。Ｓ極とＮ極が交互に配列されるように着磁した１０×５×７０ｍｍのフェライト磁石３０２を用意する（図３６（Ａ））。このフェライト磁石３０２の表面に、エポキシ系接着剤２０ｇと粒径５０μｍ以下のニッケル（Ｎｉ）粉末５０ｇを混ぜ合わせた防磁材３０４を塗布する（図３６（Ｂ））。防磁材３０４の膜厚が６ｍｍになるまで数回に分けて塗布し、磁気シールド層３０５を形成する。磁気シールド層３０５の上に、磁極可視シート３０１を重ねて観察したところ、磁極配列を表わす模様は観察されず、磁束閉じ込め機能を果たしていることが確認された。実施例６では、磁性粉末としてニッケル（Ｎｉ）粉末を用いたが、他の軟磁性材の粉末を用いてもよい。また、エポキシ系接着剤に替え、アクリル系、ポリイミド系、ゴム系の接着剤を用いて磁性粉末を閉じ込めてもよい。
図３７は、磁気シールド（防磁）層３０５に含まれる軟磁性粉末との混合割合と、膜厚の関係を示すグラフである。エポキシ系接着剤とＮｉ粉末を以下の（ａ）〜（ｆ）の割合で混合し（すべて重量比）、厚さ１ｍｍの防磁板を作製した。磁極可視シート３０１を介して観察される磁極配列の模様が見えなくなるまで防磁板を重ね、そのときの膜厚を測定した。
（ａ）接着剤５％＋Ｎｉ粉末９５％
（ｂ）接着剤１０％＋Ｎｉ粉末９０％
（ｃ）接着剤１５％＋Ｎｉ粉末８５％
（ｄ）接着剤２０％＋Ｎｉ粉末８０％
（ｅ）接着剤２９％＋Ｎｉ粉末７１％（実施例６で用いた磁気シールド層）
（ｆ）接着剤５０％＋Ｎｉ粉末５０％
接着剤が乾燥して板状になったところで、１０×５×７０ｍｍのフェライト磁石３０２の表面にＮｉ粉末が混合された防磁板を張り合わせていき、その都度、磁極可視シート３０１を一番上に配置して磁極の状態を確認し、磁極配列の模様が見えなくなったときの厚さを確認した。Ｎｉ粉末の含有量と磁極配列の模様がみえなくなったときの厚さをプロットしたのが図３７のグラフである。
実施例６で用いたフェライト磁石３０２は、磁気シールド層３０５がない場合は、約７ｍｍ離れたところまで磁界の分布が確認できる。Ｎｉ粉末を５０％混合させた磁気シールド層３０５を塗布しても７ｍｍの厚さが必要であり、あまり効果がない。Ｎｉ粉末を７０％混合した場合は、厚さ６ｍｍで防磁でき、Ｎｉ量が８５％を超えると厚さ５ｍｍ以下にできる。
以上から、コバール等の軟磁性体で磁石を覆うのが効果的であるが、軟磁性体の被覆部材（収容部材）の厚さを減らし、磁気チャックを基板側と冷却機構（ヒートシンクや受熱容器）に接着する際に、磁性粉末を混入した磁気シールド層３０５で接着することも可能である。
以上、特定の実施例について説明してきたが、本発明はこれらの例に限定されず、本発明の範囲内で種々の変更、置換、変形が可能である。たとえば、発熱体として半導体チップを例にとって説明したが、これに限らず、発熱をともなう任意の電子部品への冷却機構の取り付けに適用することができる。第１の磁気連結部と第２の磁気連結部のいずれか一方に磁石を用いる場合、他方を磁石で構成してもよいし、着磁されていない磁性体を用いてもよい。その場合、磁石は冷却機構の側に取り付けてもよいし、基板側（インターポーザ基板又はベアチップ実装の場合は回路基板）に取り付けてもよい。また、磁気シールドとして軟磁性体を用いて磁束を集中、迂回させ、これによって電気的部品の方向へ磁束を通さない構成とする代わりに、磁束そのものを止める反磁性体を磁気シールドとして用いてもよい。また、第１の磁石、第２の磁石として、酸化物系の永久磁石を用いても、金属系の永久磁石を用いてもよい。また、実施例１〜実施例６の任意の組み合わせが可能である。たとえば、実施例３〜実施例５の半導体パッケージの実装構造で、受熱容器をインターポーザ基板に磁気的に固定してシール材で密閉する代わりに、実施例２のように、第２の磁気連結部を回路基板に設けることによって受熱容器を回路基板に固定して半導体チップを密閉してもよい。
以上の説明に対し、以下の付記を提示する。
（付記１）
基板上に実装された電子部品と、
前記電子部品を冷却する冷却手段と、
前記冷却手段を前記基板に固定する固定手段と、
を備え、
前記固定手段は、
前記基板と前記冷却手段のうちの一方に設けられる第１の磁石と、
前記基板と前記冷却手段のうちの他方に設けられて前記第１の磁石と磁気的に結合する第２の磁性部材と、
前記第１の磁石と前記第２の磁性体との結合面を除き、前記第１の磁石の全部又は一部を覆う磁気シールドと、
を有することを特徴とする電子機器。
（付記２）
前記第１の磁石は、Ｓ極とＮ極が前記基板の表面と平行な面に沿って交互に配置されていることを特徴とする付記１に記載の電子機器。
（付記３）
前記第２の磁性部材は第２の磁石であり、前記第１の磁石の磁極の配列と逆の配列でＳ極とＮ極が交互に配置されていることを特徴とする付記２に記載の電子機器。
（付記４）
前記磁気シールドは、前記第２の磁石の前記第１の磁石との結合面を除く全部又は一部を覆うことを特徴とする付記３に記載の電子機器。
（付記５）
前記磁気シールドは、前記第１の磁石の一方の極と他方の極との間を通る磁束の経路に沿って配置されることを特徴とする付記１に記載の電子機器。
（付記６）
前記磁気シールドは、前記第１の磁石の前記結合面を露出させて前記第１の磁石を収容する軟磁性体の収容部材であることを特徴とする付記１〜５のいずれか１に記載の電子機器。
（付記７）
前記磁気シールドは、接着材料に磁性粉末を混入した防磁層であることを特徴とする吹き１〜５のいずれか１に記載の電子機器。
（付記８）
前記磁性粉末は軟磁性粉末であり、その混入量は５０重量％よりも多いことを特徴とする付記７に記載の電子機器。
（付記９）
前記第１の磁石は、複数のブロック状の永久磁石を磁極の向きが交互になるように同ピッチで配列して構成されることを特徴とする付記１に記載の電子機器。
（付記１０）
前記第１の磁石は、異なる磁極が交互に配列するように着磁された酸化物系の磁石であることを特徴とする付記１に記載の電子機器。
（付記１１）前記第２の磁性部材は第２の磁石であり、
前記第１の磁石と前記第２の磁石は、互いに結合する結合面に逆向きの単一の磁極を有することを特徴とする付記１に記載の電子機器。
（付記１２）
前記冷却手段を前記基板に密着させて前記電子部品を密閉するシール手段をさらに含むことを特徴とする付記１に記載の電子機器。
（付記１３）
前記冷却手段は、前記電子部品を前記基板に対して密閉する受熱容器と、前記受熱容器内に冷媒を供給する配管と、を含むことを特徴とする付記１に記載の電子機器。
（付記１４）
前記第１の磁石は前記受熱容器の側壁に取り付けられることを特徴とする付記１３に記載の電子機器。
（付記１５）
前記受熱容器と前記基板との間に配置されるシール部材をさらに含むことを特徴とする付記１３に記載の電子機器。
（付記１６）
前記シール部材は、前記固定手段の内側に設けられることを特徴とする付記１５に記載の電子機器。
（付記１７）
前記シール部材は、前記第１の磁石と前記第２の磁性体が磁気的に結合したときに変形することによって、前記受熱容器を前記基板に対して密閉することを特徴とする付記１５に記載の電子機器。
（付記１８）
前記冷却手段は、前記電気部品の前記基板への実装面と反対側の面に取り付けられる放熱フィンを含むことを特徴とする付記１に記載の電子機器。
冷却機構を有する半導体装置の実装構造と、これを用いた電子機器に適用することができる。
１、７０、２００ 電子機器
１１、８１、１５６、２５６ インターポーザ基板
１５ 配線パターン
２０、１５２、２５２ ＬＳＩチップ（電子部品）
３０ 冷却フィン（冷却手段）
４０、５０、６０、２５０ 磁気チャック（磁気的固定手段）
４１Ａ、５１Ａ 第１の磁石
４１Ｂ、５１Ｂ 第２の磁石
４１ｃ 吸着面
４２ｓ、４２ｎ 小磁石
４５ 磁性部材
４５Ａ、４５Ｂ、５５Ａ、５５Ｂ 磁性材の収容部材（磁気シールド）
７１ 回路基板
８０ 半導体パッケージ（電子部品）
９０Ａ、９０Ｂ 電子機器
１０９ 冷却装置（冷却手段）
１１３，２１３ 受熱容器
１３５、２３５ 第１の磁気連結部
１４１、２４１ 第１の磁石
１７１、１８１、２８１ 第２の磁気連結部
１７３ 結合部材
１８２、２８２ 第２の磁石

Claims (8)

  1. 基板上に実装された電子部品と、
    前記電子部品を冷却する冷却手段と、
    前記冷却手段を前記基板に固定する固定手段と、
    を備え、
    前記固定手段は、
    前記基板と前記冷却手段のうちの一方に設けられる第１の磁石と、
    前記基板と前記冷却手段のうちの他方に設けられて前記第１の磁石と磁気的に結合する第２の磁性部材と、
    前記第１の磁石と前記第２の磁性体との結合面を除き、前記第１の磁石の全部又は一部を覆う磁気シールドと
    を有し、
    前記第１の磁石は、前記冷却手段の外側側壁または前記基板の外周に沿ってＳ極とＮ極が交互に配置された複数の小磁石で形成され、前記複数の小磁石は前記小磁石の配列方向に沿って互いに接触していることを特徴とする電子機器。
  2. 基板上に実装された電子部品と、
    前記電子部品を冷却する冷却手段と、
    前記冷却手段を前記基板に固定する固定手段と、
    を備え、
    前記固定手段は、
    前記基板と前記冷却手段のうちの一方に設けられる第１の磁石と、
    前記基板と前記冷却手段のうちの他方に設けられて前記第１の磁石と磁気的に結合する第２の磁性部材と、
    前記第１の磁石と前記第２の磁性体との結合面を除き、前記第１の磁石の全部又は一部を覆う磁気シールドと
    を有し、
    前記磁気シールドは、溝を有する軟磁性体の収容部材であり、前記第１の磁石は前記結合面を露出させて前記溝内に収容され、前記収容部材は、前記冷却手段の外側側壁または前記基板の外周に沿って配置されることを特徴とする電子機器。
  3. 前記第２の磁性部材は第２の磁石であり、前記第１の磁石の磁極の配列と逆の配列でＳ極とＮ極が交互に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器。
  4. 前記磁気シールドは、前記第２の磁石の前記第１の磁石との結合面を除く全部又は一部を覆うことを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
  5. 前記磁気シールドは、前記第１の磁石の一方の極と他方の極との間を通る磁束の経路に沿って配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器。
  6. 前記磁気シールドは、接着材料に磁性粉末を混入した防磁層であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電子機器。
  7. 前記冷却手段は、前記電子部品を前記基板に対して密閉する受熱容器と、前記受熱容器内に冷媒を供給する配管と、を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器。
  8. 前記冷却手段は、前記電気部品の前記基板への実装面と反対側の面に取り付けられる冷却フィンを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器。
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