電子装置

【目的】基板上に搭載された半導体素子で発生する熱を、半導体素子の高さにばらつきがあっても無理な荷重を加えることなく、効率よく放熱部材に伝え冷却可能とする。
【構成】多数の半導体素子１を搭載した配線基板２が、袋状に形成された可撓性膜６内に冷却媒体３とともに封入され、可撓性膜６の外側に放熱部材８が押し当てられる。半導体素子１の表面と放熱部材８を押し当てた面との冷却媒体３の温度差によって対流が引き起こされ、半導体素子１で発生する熱が放熱部材８に伝熱される。基板２上には異なる高さの半導体素子１が搭載されているが、高さのばらつきに左右されず、また基板２及び半導体素子１に無理な荷重をかけずに冷却できる。さらに特定の半導体素子のみが局所的に発熱していても、放熱部材８を押し当てた広い面で放熱できる。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基板の冷却手段に係り、半導体素子を冷却し所定の温度に保つのに好適な容器を備えてなる電子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の電子装置においては、実開昭６１−１２２８９号公報に記載のように、可撓性材料で成型した袋に冷却液体を封入し、配線基板上に搭載された半導体素子等の電子部品に押し当て、袋内の液を流通させることによって発熱電子部品を冷却していた。また、冷却液体を封入した可橈性容器を配線基板の両側に配置し、発熱電子部品に接触させ冷却する。この時、発生する蒸気の溜る空間を設け蒸気量に応じて空間部の容積が変化するようにした。このような装置に関するものとしては実開昭６２−２１５４３号公報などが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の電子装置にあっては、液体を封入した可撓性膜で成型した袋を発熱体に押し付け、可撓性膜を介して液体に熱を伝える。この時、発熱体と可撓性膜との接触面での熱抵抗、及び、可撓性膜自体の熱抵抗が存在し効果的な冷却ができなかった。また、発熱体の高さのばらつきが大きい場合、全ての発熱体の発熱面に追従するためには、柔軟性の大きい可撓性膜が必要であり、膜厚を薄くすると液体の漏洩などの問題がある。さらに、特開昭６１−１２２８９号公報に記載のものは、柔軟な配線基板上に搭載された電子部品の冷却時には、液圧により基板が変形し適用できなかった。また、特開昭６２−２１５４３号公報に記載のものは、容器上部に蒸気空間が必要でスペ−ス的に不利であった。
【０００４】本発明の目的は、基板上に搭載された半導体素子等の電子部品で発生する熱を、半導体素子等に高さのばらつきがあっても無理な荷重を加えることなく、効率よく放熱部材に伝えて冷却できる容器を備えてなる電子装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するため、本発明に係る電子装置は、基板に搭載した複数の半導体素子を冷却媒体で冷却し、冷却媒体を保有する可撓性膜の容器を備えてなる電子装置において、容器の内部に少なくとも一つの半導体素子を収容した構成とする。
【０００６】そして容器は、それぞれの半導体素子に対向する少なくとも一面を可撓性膜を用いて袋状に形成され、容器の内部に冷却媒体を満たして袋状を封止した構成とする。
【０００７】また容器は、複数の半導体素子が搭載された基板の面上に可撓性膜のそれぞれの端部を接合して形成され、可撓性膜と前記基板との間に冷却媒体を満たして封止した構成でもよい。
【０００８】さらに容器は、冷却媒体の流入口と流出口とを備え、外部に設けた冷却媒体循環手段により内部に冷却媒体を循環させる構成でもよい。
【０００９】そして容器は、それぞれの半導体素子に対向する少なくとも一面を良導体で形成され、少なくとも一つの半導体素子を収容して冷却媒体を満たしそれぞれの端部を可撓性膜で封止した構成でもよい。
【００１０】また容器は、それぞれの半導体素子に対向する少なくとも一面の外面に放熱部材が形成されている構成でもよい。
【００１１】さらに冷却媒体は、不活性の電気絶縁性の液体である構成でもよい。
【００１２】そして可撓性膜のそれぞれの端部は、可撓性膜に施された樹脂層を溶融し接合されている構成とする。
【００１３】また複数の半導体素子は、平面状に配列されかつ樹脂中に含浸した複数の配線材料に接続され、それぞれの配線材料を容器のそれぞれの端部で内側から外側に向けて貫通させ、その貫通するそれぞれの配線材料を含浸する樹脂と可撓性膜の樹脂層とを接合し、内側の電子回路と外側の電子回路とをそれぞれの配線材料で電気的に接続した構成でもよい。
【００１４】さらに容器は、可撓性膜の内面に樹脂層を施しそれぞれの端部で樹脂層同志の熱融着により袋状に形成されるとともに、可撓性膜間に複数の配線材料を挟み、可撓性膜同志の熱融着と同時にそれぞれの配線材料を含浸した樹脂を熱融着により可橈性膜間に接合した構成でもよい。
【００１５】そして可撓性膜は、良導体層と良導体層を覆う樹脂層とよりなり、良導体層をそれぞれの半導体素子と電気的に接続した構成でもよい。
【００１６】また基板に搭載した複数の半導体素子は、、キ−ボ−ド及び表示装置に接続され、容器を、該キ−ボ−ド及び表示装置を取り付けた筐体壁とキ−ボ−ドを支持する基板との間、もしくは筐体壁と表示装置との間に押さえ付けて設置した構成とする。
【００１７】さらに電子計算機は、複数の半導体素子をそれぞれ搭載した複数の電子回路基板が冷却媒体とともに複数の容器に収容されて配列されるとともに、それぞれの容器は、水の循環もしくは冷凍機により冷却される冷却部材に押さえ付けられて設置されている構成とする。
【００１８】
【作用】本発明によれば、半導体素子等の電子部品が搭載された配線基板を、冷却媒体とともに可撓性膜で形成した容器に収容しているため、半導体素子の高さにばらつきがあってもすべての半導体素子が直接冷却媒体で冷却され冷却媒体に熱が伝わる。この時、放熱部材で押し付けた面と発熱面との間の温度差で冷却媒体の対流が起こり、半導体素子で発生する熱は放熱部材に効率よく伝熱されるとともに特定の半導体素子、もしくは、配線基板に無理な荷重が加わらない。また、可撓性膜を用い任意の形状に容器を形成することにより、設置スペ−スが著しく制限された場合においても設置が可能であり、さらに、電気絶縁性の液体の液温変化による体積変動にも対応可能となる。また、基板の片面だけに可撓性膜を設けることにより、可撓性膜を設けない基板面から電気的入出力が自由に行える。また容器内に、半導体素子を搭載した基板とともに封入している冷却媒体が熱交換器との間で循環しているため、半導体素子で発生する熱が熱交換器で効率よく冷却される。
【００１９】
【実施例】本発明の一実施例を図１を参照しながら説明する。図１に示すように、多数の半導体素子１を搭載した配線基板（基板）２が、袋状に成型されたフィルムなどよりなる可撓性膜６の容器５内に収容されている。袋状の容器５内には冷却流体（冷却媒体）３が封入され、冷却流体３は、例えば、パーフロロカーボン系の液体などの不活性な電気絶縁性の液体が用いられる。容器５の外側は、半導体素子１の表面と対向して放熱部材８が押し当てられる。袋状の容器５内に納められた半導体素子の電子回路への信号の入出力は、コネクタ４を介して複数の良導体の配線部材７によって行われる。半導体素子１で発生する熱は、半導体素子１の表面と放熱部材８が押し当てられた可撓性膜６の内面との温度差によって冷却流体３の対流が引き起こされ、伝熱が促進されて放熱部材８に放熱される。半導体素子１が、配線基板２の両面に搭載されていても、袋状の容器５の両面から放熱部材８を押し当てることによって冷却が可能になる。本実施例によれば、配線基板２上には異なる高さの半導体素子１や電子部品が搭載されるが、冷却流体３が満たされているため高さのばらつきに影響されず、配線基板２及び半導体素子１に無理な荷重をかけずに冷却できる。また、特定の半導体素子１のみが局所的に発熱していても、放熱部材８を押し当てた広い面で放熱できるため効率の良い冷却が可能となる。
【００２０】図２に信号入出力部分の一実施例を示す。本実施例では、可撓性膜は多層構造のフィルムで、溶融温度の異なる樹脂層２１，２２からなり、さらに、アルミ等の金属箔の金属層（良導体層）２３を含んでいる。可撓性膜は、端部において２枚のフィルムの樹脂層２１を熱融着させることによって袋状に成型される。この時、低い温度で溶融する樹脂層２１の面同志を対向し、内層の樹脂層２１のみが溶融する温度で端部を加熱し融着する。配線材料２４は、銅などの配線材料２４を平行に並べて樹脂２５中に含浸し、さらに、熱融着する樹脂層２１を表面に設ける。なお、端部は、コネクタへの電気的接続のため、配線材料２４を露出させる。熱融着する層は、可撓性膜のフィルムを形成し低温度で溶融する樹脂層２１と同一材料を用い、可撓性膜の熱融着による袋状の容器に成型と同時に配線部材２４も融着し、可撓性膜と配線材料２４とを一体化して袋状の容器に成型する。本実施例においては、可撓性膜の内層に金属層２３を設けることによって、配線基板上の電子回路で発生する電磁波の外部への漏洩を防ぐことができる。なお、金属層２３は、配線基板等の電子回路に電気的に接地される。
【００２１】本発明の他の実施例を図３及び図４参照しながら説明する。図３は、金属製（良導体）の金属容器３１の中に、半導体素子１を搭載した配線基板２を設置し、冷却流体３を封入し開口部を可撓性膜６で封止する。配線基板２との電気的な接続は、熱融着によって可撓性膜６と一体化した配線部材７で行う。金属容器３１の外面には放熱部材３２が取り付けられ、半導体素子１で発生する熱は冷却流体の対流によって容器壁に伝熱され、容器５の外壁に形成した放熱部材３２により放熱される。放熱部材３２は図示するようにフィンであって、強制空冷、または、水冷ジャケットなどを直接設置してもよい。なお、放熱部材３２は金属容器３１の容器５の壁と一体化してもよい。本実施例によれば、冷却流体３と放熱部材３２との間が金属壁であるため小さい熱抵抗で放熱部材３２に放熱できる。
【００２２】図４は、配線基板２の半導体素子１が搭載された面のみに可撓性膜１６を接合し、冷却流体３を封入した本発明の他の実施例を示す。接合は、熱融着または接着剤などによる。本実施例によれば、配線基板２の裏面から直接コネクタ４を介して配線部材７によって信号の入出力が可能になる。可撓性膜１６は、配線基板２上の特に発熱量の大きい半導体素子１の周囲だけに領域を限定して設けても良い。また、配線基板２の表面を絶縁性の薄膜でコ−ティングすることによって、配線基板２及び半導体素子１を冷却流体３から保護することができるため信頼性の高い電子装置が実現できる。
【００２３】図５に本発明の他の実施例を示す。本実施例では、配線基板を冷却流体とともに封止した袋状の可撓性膜６に冷却流体の流入口５１及び流出口５２を設け、ポンプ（冷却媒体循環手段）５３などによって冷却流体を循環するようにした。さらに、熱交換器５４を流路の途中に設け、半導体素子で発生する熱を外部に放熱することによって高い冷却性能を得ている。
【００２４】本発明の他の実施例を図６に示す。半導体素子１を搭載した配線基板２、キ−ボ−ド９及び表示装置１０などから構成された電子計算機であって、配線基板２は袋状の可撓性膜６内に冷却流体３とともに封入されている。可撓性膜６はキ−ボ−ド９を支持する支持基板８と筐体６１の壁との間に設置されかつ押さえ付けられている。キ−ボ−ド信号の配線基板２への入力、配線基板２からの出力信号はコネクタ４及び可撓性膜６と一体に成型された配線部材７によって行われる。さらに、表示用の配線基板２及び表示装置１０の照明部も同様に袋状の可撓性膜６に冷却流体とともに封入してもよい。袋状の可撓性膜６は、熱融着の樹脂層とアルミ等の金属箔層の多層構造で、冷却流体に対するバリア性及び電磁シ−ルドの効果を有する。金属箔層は、配線基板２に電気的に接地される。キ−ボ−ド９の支持基板８は金属製でキ−ボ−ド９の配線は支持基板８上面にフィルム状の配線材料によって行う。半導体素子１で発生する熱は、封止された冷却流体３の対流によってキ−ボ−ド９の支持基板８に伝熱され、さらに外部空気に放熱される。一方、表示用の配線基板２においても冷却流体の対流による伝熱で表示部背面の筐体面から放熱される。本実施例によれば、狭い空間内で冷却に許容されるスペ−スが著しく制限される場合においても、半導体素子、電子部品によって高にさばらつきのある配線基板上の発熱体を効率良く冷却することができる。
【００２５】さらに、図７に示すように、配線基板２の形状を任意に形成し外部記憶装置９１などの配置スペ−スを設定することができる。袋状の可撓性膜６を、例えば配線基板２の形状に準じた２枚のフィルムを端部で熱融着して成型する。配線基板２と外部記憶装置９１、他の回路との電気的な接続はコネクタ４を介し袋状の可撓性膜６と一体化した配線部材７によって行われる。
【００２６】図６に係る他の実施例を図８及び図９に示す。図８に示すように、配線基板２を冷却流体３とともに封入した袋状の可撓性膜６が筐体６１とキ−ボ−ドの支持基板８との間に設置されている。また、キ−ボ−ド９のキ−下端部に凸部７１が設けられており、キ−打鍵時、キ−ボ−ド下端部の凸部７１がキ−ボ−ドの支持基板８を貫通し、可撓性膜６を押圧する。この時、可撓性膜６が変形し封入された冷却流体３が流動される。冷却流体３の流動によって、半導体素子１と上面との間で引き起こされる自然対流が乱され伝熱が促進される。これにより、半導体素子１の放熱が効果的に行われる。また、図９に示すように、カム８１を備えた回転機構を設けて可撓性膜６に振動を与え冷却流体３の流動を行ってもよい。
【００２７】図１０に、多数の半導体素子１を搭載した複数の配線基板２で構成される電子装置に適用した他の実施例を示す。各々の配線基板２は、袋状の可撓性膜６の中に冷却流体３とともに封入され、冷却プレ−ト（冷却部材）１１間に設置されかつ押さえ付けられている。各々の配線基板２は、コネクタを介し配線部材７によってバックボ−ド１３に電気的に接続されている。冷却プレ−ト１１は、内部に冷却水路が設けられ、ポンプ５３、熱交換器５４に接続され冷却水が循環する。半導体素子１で発生する熱は、袋状の可撓性膜６内の冷却流体３の対流によって冷却プレ−ト１１に伝熱され、さらに内部を循環する冷却水によって熱交換器５４で最終的に外部に放熱される。なお、熱交換器の能力に応じてファン５５によって強制冷却される。また、冷凍サイクルを組入れ、冷却プレ−トを冷凍サイクルの蒸発器としてもよい。
【００２８】他の実施例を図１１に示す。本実施例では、たとえば樹脂フィルムに配線層を施した柔軟な配線基板２上に半導体素子１が搭載され、筐体内の空きスペ−スを利用して設置される電子装置に適用したものである。図１１においては、筐体壁５６に沿ったＬ型のスペ−スに配線基板２をわん曲させて設置したものである。この時、配線基板２を袋状の可撓性膜６の中に冷却流体３とともに封入し、袋状フィルムごと筐体内のスペ−スにわん曲させて設置する。半導体素子１で発生する熱は、可撓性膜６内の冷却流体３の対流によって筐体壁５６から外部に放熱される。本実施例によれば、任意の形状に袋状の可撓性膜を変形させることができるため、効率よくスペ−スを利用して設置した電子機器の半導体素子の冷却が効果的にできる。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、基板を可撓性膜で形成した容器に収容したため、基板上に搭載された半導体素子で発生する熱を、半導体素子の高さにばらつきがあっても無理な荷重を加えることなく、また形状や領域が制限された空間内でも効率よく放熱部材に伝え冷却する電子装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す斜視断面図である。
【図２】図１の要部を示す斜視断面図である。
【図３】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施例を示す平面図である。
【図６】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図７】図６に係る他の実施例を示す平面図である。
【図８】図６に係る他の実施例を示す断面図である。
【図９】図６に係る他の実施例を示す断面図である。
【図１０】本発明の他の実施例を示す斜視断面図である。
【図１１】本発明の他の実施例を示す平面図である。
【符号の説明】
１半導体素子
２配線基板（基板）
３冷却流体（冷却媒体）
５容器
６可撓性膜
７配線部材
８放熱部材

【特許請求の範囲】
【請求項１】基板に搭載した複数の半導体素子を冷却媒体で冷却し、該冷却媒体を保有する可撓性膜の容器を備えてなる電子装置において、前記容器の内部に少なくとも一つの半導体素子を収容したことを特徴とする電子装置。
【請求項２】容器は、それぞれの半導体素子に対向する少なくとも一面を可撓性膜を用いて袋状に形成され、前記容器の内部に冷却媒体を満たして該袋状を封止したことを特徴とする請求項１記載の電子装置。
【請求項３】容器は、複数の半導体素子が搭載された基板の面上に可撓性膜のそれぞれの端部を接合して形成され、該可撓性膜と前記基板との間に冷却媒体を満たして封止したことを特徴とする請求項１記載の電子装置。
【請求項４】容器は、冷却媒体の流入口と流出口とを備え、外部に設けた冷却媒体循環手段により内部に前記冷却媒体を循環させることを特徴とする請求項１記載の電子装置。
【請求項５】容器は、それぞれの半導体素子に対向する少なくとも一面を良導体で形成され、少なくとも一つの半導体素子を収容して冷却媒体を満たしそれぞれの端部を可撓性膜で封止したことを特徴とする請求項１記載の電子装置。
【請求項６】容器は、それぞれの半導体素子に対向する少なくとも一面の外面に放熱部材が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の電子装置。
【請求項７】冷却媒体は、不活性の電気絶縁性の液体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の電子装置。
【請求項８】可撓性膜のそれぞれの端部は、該可撓性膜に施された樹脂層を溶融し接合されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の電子装置。
【請求項９】複数の半導体素子は、平面状に配列されかつ樹脂中に含浸した複数の配線材料に接続され、それぞれの配線材料を容器のそれぞれの端部で内側から外側に向けて貫通させ、その貫通するそれぞれの配線材料を含浸する前記樹脂と可撓性膜の樹脂層とを接合し、前記内側の電子回路と外側の電子回路とをそれぞれの配線材料で電気的に接続したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の電子装置。
【請求項１０】容器は、可撓性膜の内面に樹脂層を施しそれぞれの端部で樹脂層同志の熱融着により袋状に形成されるとともに、可撓性膜間に複数の配線材料を挟み、可撓性膜同志の熱融着と同時にそれぞれの配線材料を含浸した樹脂を熱融着により前記可橈性膜間に接合したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の電子装置。
【請求項１１】可撓性膜は、良導体層と該良導体層を覆う樹脂層とよりなり、前記良導体層をそれぞれの半導体素子と電気的に接続したことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の電子装置。
【請求項１２】基板に搭載した複数の半導体素子は、、キ−ボ−ド及び表示装置に接続され、容器を、該キ−ボ−ド及び表示装置を取り付けた筐体壁と前記キ−ボ−ドを支持する基板との間、もしくは前記筐体壁と前記表示装置との間に押さえ付けて設置したことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載の電子装置。
【請求項１３】請求項１〜１１のいずれか１項記載の電子装置は電子計算機であって、複数の半導体素子をそれぞれ搭載した複数の電子回路基板が冷却媒体とともに複数の容器に収容されて配列されるとともに、それぞれの容器は、水の循環もしくは冷凍機により冷却される冷却部材に押さえ付けられて設置されていることを特徴とする電子計算機。

【図１】