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JP2959506B2 - マルチチップモジュールの冷却構造 - Google Patents

マルチチップモジュールの冷却構造

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JP2959506B2
JP2959506B2 JP9020574A JP2057497A JP2959506B2 JP 2959506 B2 JP2959506 B2 JP 2959506B2 JP 9020574 A JP9020574 A JP 9020574A JP 2057497 A JP2057497 A JP 2057497A JP 2959506 B2 JP2959506 B2 JP 2959506B2
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chip module
bottom plate
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screw
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和彦 梅澤
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Nippon Electric Co Ltd
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  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マルチチップモジ
ュールの冷却構造に関し、特に、消費電力がより大きい
マイクロプロセッサやキャッシュメモリ素子が搭載され
たマルチチップモジュールの冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来この種のマイクロプロセッサと複数
のキャッシュメモリ素子が配線基板に搭載されたマルチ
チップモジュールでは、マイクロプロセッサ、キャッシ
ュメモリ用素子の消費電力が比較的小さかったため、マ
イクロプロセッサにのみ一般的なプレート型フィンある
いはピン型フィンを有するヒートシンクが取り付けら
れ、装置内部に設けられた冷却ファンにより強制空冷さ
れていた。
【０００３】しかしながら、半導体集積回路技術の発達
によりマイクロプロセッサが高集積化、高速化し、消費
電力も増大するにつれて、上述のような一般的なヒート
シンクが取り付けられただけの強制空冷では冷却性能が
不足してしまうという問題がある。
【０００４】この問題を解決するため、「１９９６年９
月、日経バイト、Ｎｏ．１５５ 第１５０頁から第１５
１頁」には、小形の冷却ファンをヒートシンク上に直接
取り付け、ヒートシンクの底板に向かって風を吹き付け
て冷却するファン付ヒートシンクが開示されている。
【０００５】図５を参照すると、上記ファン付ヒートシ
ンクが適用されたマルチチップモジュールは、マルチチ
ップモジュール１８とファン付きヒートシンク２２とか
ら構成されている。
【０００６】マルチチップモジュール１８は、配線基板
１９と、配線基板１９上に搭載されたマイクロプロセッ
サ２０と、複数のキャッシュメモリ用素子２１とで構成
される。マルチチップモジュール１８のマイクロプロセ
ッサ２０の上部にファン付ヒートシンク２２が取り付け
られている。
【０００７】ファン付ヒートシンク２２はヒートシンク
２３と冷却ファン２４とからなり、冷却ファン２４が回
転することによって生じた空気の流れはヒートシンク２
３の底面に衝突した後、ヒートシンク２３の周囲へと流
れ出る。マイクロプロセッサ２０で発生しヒートシンク
２３へと伝わった熱は冷却ファン２４により生じる空気
の流れにより冷却される。一方、キャッシュメモリ用素
子２１で発生した熱は自然対流により冷却されるかまた
はマルチチップモジュール１を使用する装置内に別に設
けられた冷却ファン（図示しない）により強制空冷され
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術では、
マイクロプロセッサの消費電力増加に応じてファン付ヒ
ートシンクを大型化しようとすると、マルチチップモジ
ュール上のキャッシュメモリ用素子の上を覆ってしまう
ようになり、その結果、キャッシュメモリ用素子上の空
気の流れを妨げて該キャッシュメモリ用素子の放熱性を
悪化させてしまう。 さらに、マイクロプロセッサを高
速化するとキャッシュメモリ用素子をも高速化する必要
があるため、マイクロプロセッサの消費電力が増大する
につれてキャッシュメモリ用素子の消費電力も同様に増
大する。したがって、上述のようにヒートシンクを大型
化することはキャッシュメモリ素子の冷却性をますます
悪くしてしまうという問題がある。
【０００９】一方、マルチチップモジュールを使用する
装置内に設けられたファンによって該装置内の風速を上
げてキャッシュメモリ用素子を冷却しようとすると、冷
却ファンによって装置の騒音が増大してしまうという問
題がある。
【００１０】このように、上述の従来技術では、マイク
ロプロセッサおよびキャッシュメモリ用素子の消費電力
の増加に対応できないという問題がある。
【００１１】本発明の目的は、マルチチップモジュール
に設けられたマイクロプロセッサおよびキャッシュメモ
リ用素子の消費電力の増加に対応できるマルチチップモ
ジュールの冷却構造を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のマルチチップモジュールの冷却構造は、マル
チチップモジュールと、このマルチチップモジュールの
上部に設けられたヒートシンクと、このヒートシンクの
上部に設けられた冷却ファンと、前記ヒートシンクの底
板に設けられた開口とを含む。
【００１３】また、本発明の他のマルチチップモジュー
ルの冷却構造は、前記開口は前記ヒートシンクの底板の
周辺部に設けられていることを特徴とする。
【００１４】さらに、本発明の他のマルチチップモジュ
ールの冷却構造は、第１の半導体集積回路装置および第
２の半導体集積回路装置が搭載されたマルチチップモジ
ュールと、前記第１の半導体集積回路装置の上面に対向
する第１の領域と前記第２の半導体集積回路装置の上面
に対向する第２の領域とを有し該第２の領域に開口が設
けられた底板および該底板に設けられたフィンを有する
ヒートシンクと、このヒートシンクの上部に設けられた
放熱ファンとを含む。
【００１５】また、本発明の他のマルチチップモジュー
ルの冷却構造は、前記第２の領域は前記第２の半導体集
積回路装置の上面の一部と対向していることを特徴とす
る。
【００１６】さらに、本発明の他のマルチチップモジュ
ールの冷却構造は、前記開口はスリットであることを特
徴とする。
【００１７】また、本発明の他のマルチチップモジュー
ルの冷却構造は、前記開口は丸穴であることを特徴とす
る。
【００１８】さらに、本発明の他のマルチチップモジュ
ールの冷却構造は、前記冷却ファンの直径が前記ヒート
シンクの底板の外形の一辺の長さと同一または類似の長
さであることを特徴とする。
【００１９】また、本発明の他のマルチチップモジュー
ルの冷却構造は、前記ヒートシンクは前記第１の半導体
集積回路装置の上面に当接されていることを特徴とす
る。
【００２０】さらに、本発明の他のマルチチップモジュ
ールの冷却構造は、マイクロプロセッサが搭載されたソ
ケットと、このソケットが搭載される配線基板と、この
配線基板の下面に設けられた押さえ板と、前記ソケット
と前記配線基板と前記押さえ板とを貫通するネジと、前
記ヒートシンクの底板に設けられ前記ネジを係合するネ
ジ穴とを含む。
【００２１】また、本発明の他のマルチチップモジュー
ルの冷却構造は、前記ヒートシンクを配線基板に取り付
ける取付部材と、この取付部材と前記ヒートシンクとの
間に設けられたバネとを含むことを特徴とする。
【００２２】さらに、本発明の他のマルチチップモジュ
ールの冷却構造は、かぎ型を呈し一端が前記配線基板に
接続されるとともに他端が前記ヒートシンクの底板の上
部に配置された取付部材と、前記取付部材の前記他端に
嵌合するネジと、前記取付部材の前記他端と前記ヒート
シンクの底板との間に設けられ前記ネジによって貫通さ
れたバネと、前記ヒートシンクの底板に設けられ前記ネ
ジを係合するネジ穴とを含むことを特徴とする。
【００２３】また、本発明の他のマルチチップモジュー
ルの冷却構造は、配線基板の四隅に設けられ前記取付部
材の前記一端が接続される接続部を含む。
【００２４】
【発明の実施の形態】次に本発明のマルチチップモジュ
ールの冷却構造の実施の形態について図面を参照して詳
細に説明する。
【００２５】図１を参照すると、本発明のマルチチップ
モジュールの冷却構造の第一の実施の形態は、マルチチ
ップモジュール１と、マルチチップモジュール１の上部
に設けられたファン付ヒートシンク６と、ヒートシンク
の底部に設けられた開口１２とを含む。
【００２６】マルチチップモジュール１は、配線基板２
と、配線基板２に設けられたマイクロプロセッサ３と、
配線基板２上のマイクロプロセッサ３の周囲に少なくと
も１つ配置されたキャッシュメモリ用素子４とから構成
される。
【００２７】マイクロプロセッサ３は、セラミックある
いはプラスチックの基板に入出力ピン（図示していな
い）を格子状に配置したピングリッドアレイと呼ばれる
ケースに収められている。マイクロプロセッサ３はソケ
ット５によって配線基板２に取り付けられている。ソケ
ット５はマイクロプロセッサ３が収納されたケースの入
出力ピンと配線基板２とを電気的に接続するとともにマ
イクロプロセッサ３の取り付けや取り外しを容易にす
る。
【００２８】ファン付ヒートシンク６は、マイクロプロ
セッサ３と熱的に結合された底板７と、底板７上に複数
設けられたピン型のフィン８と、フィン８の上部を覆う
ように設けられた冷却ファン９とから構成される。ファ
ン付ヒートシンク６の大きさはマイクロプロセッサ３の
外形よりも大きく、少なくともキャッシュメモリ素子４
の上部を覆うように張り出している。
【００２９】図２を参照すると、ファン付ヒートシンク
６の底板７は、キャッシュメモリ用素子４と対向する部
分にスリット状の開口１２が複数形成されている。
【００３０】再び図１を参照すると、ファン付ヒートシ
ンク６の底板７およびフィン８は金型により一体に成形
されている。底板７およびフィン８の材質はアルミニウ
ムである。開口１２は金型成形時に形成される。
【００３１】冷却ファン９は軸部と羽根とからなり、こ
れらをあわせた直径が底板７の一辺の長さと同一または
類似の長さを有している。すなわち、冷却ファン９は底
板７の全面に風をあてるよう構成されている。冷却ファ
ン９の軸部内には図示していないモータが設けられてお
り、冷却ファン９は該モータに駆動されて回転し空気の
流れを発生させる。
【００３２】次に、本発明のファン付ヒートシンクの取
付構造について説明する。
【００３３】図１を参照すると、ファン付ヒートシンク
６の取付構造は、ネジ１０、押さえ板１１および底板７
に設けられた雌ネジから構成される。
【００３４】ネジ１０は、押さえ板１１、配線基板２お
よびソケット５を貫通してファン付ヒートシンク６の底
板７に形成した雌ネジ（図示しない）に締結されてファ
ン付ヒートシンク６をマルチチップモジュール１に固定
する。
【００３５】押さえ板１１は、ファン付ヒートシンク６
をマルチチップモジュール１に取り付けたときに配線基
板２がネジ１０の締め付け力により反ることを防止する
目的で設けられる。
【００３６】次に本発明の第一の実施の形態の動作につ
いて図面を参照して説明する。
【００３７】冷却ファン９が回転すると図中太い矢線Ａ
およびＢに示されるようにファン付ヒートシンク６内に
空気の流れが起こる。冷却ファン９からの空気の流れの
大部分は矢印Ａで示されるように底板７に衝突して方向
を変え、フィン８の間を通ってファン付ヒートシンク６
の側面から外部へ出る。
【００３８】空気の流れの残りの部分は矢印Ｂで示され
るように開口１２を通過してキャッシュメモリ用素子４
に衝突し、配線基板２とファン付ヒートシンク６との間
隙を通ってマルチチップモジュール１の周囲へ流れ出
す。
【００３９】マイクロプロセッサ３で発生した熱は底板
７およびフィン８に伝わっており、底板７に衝突しフィ
ン８の間を通ってファン付ヒートシンク６の側面から外
部へ出る空気の流れＡによって冷却される。一方、キャ
ッシュメモリ用素子４で発生する熱は、開口１２を通っ
てキャッシュメモリ用素子４に直接衝突して流れ出す空
気の流れＢによって冷却される。
【００４０】このように、本実施の形態では、ファン付
ヒートシンク６の底部７に開口１２を設けたため、冷却
ファン９によって発生される空気の流れの一部によりキ
ャッシュメモリ用素子４をも冷却することができ、この
結果、マイクロプロセッサ３の消費電力の増大に対応し
てファン付ヒートシンク６が大型化し、マルチチップモ
ジュール１上のキャッシュメモリ用素子４を覆ってしま
っても、キャッシュメモリ用素子４を効率よく冷却でき
る。
【００４１】次に、本発明の第二の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。この第二の実施の
形態の特徴はファン付ヒートシンク６が取付金具および
バネによって配線基板に取り付けられている点ににあ
る。他の構成は第一の実施の形態と同様である。
【００４２】図３を参照すると、マイクロプロセッサ１
がソケットを用いずケースのピンを直接配線基板２には
んだ付けされて接合されいるため、ファン付ヒートシン
ク６をマルチチップモジュール１に固着する手段として
ソケットを用いることができない。そこで、配線基板２
の外周部に取付金具１２をネジ１３およびナット１４に
より取り付ける。
【００４３】取付金具１２はかぎ型を呈し、一端が配線
基板に接続される。取付金具１２の他端には取付穴（図
示しない）が設けられており、ファン付ヒートシンク６
の底板７の上部に配置されている。
【００４４】ファン付ヒートシンク６の底板７はフィン
形成部から周囲に伸長してあり、その外周部（ここでは
四隅）には貫通しためネジ（図示しない）が切ってあ
る。取付金具１２の上記取付穴から取付ネジ１５を通
し、取付ネジ１５にばね１６を貫通して底板７のめネジ
にかん合させることによりファン付ヒートシンク６をマ
ルチチップモジュール１に取り付ける。
【００４５】スチフナ１７はファン付ヒートシンク６を
マルチチップモジュール１に取り付けたときに配線基板
２が取付ネジ１６の締め付け力およびばね１７の力によ
り反ることを防止する目的で設けたものである。
【００４６】図４を参照すると、本実施の形態では、配
線基板２の四隅にネジ１３およびナット１４が取り付け
られる。
【００４７】このように、本実施の形態では、取付金具
１２がマルチチップモジュールの配線基板２の外周部に
取り付けられるため、配線基板２のパターン配線の収容
性にほとんど影響しない。また、取付ネジ１６を締め付
けることによりばね１７のたわみ量を変化させることが
できるため、ファン付ヒートシンク６をマイクロプロセ
ッサ３に押し付ける力を調整することができる。
【００４８】上記実施の形態では、ファン付ヒートシン
ク６の底板７のキャッシュメモリ用素子４と対向する部
分にスリット状の開口を設ける構成としたが、これに限
定されず、種々の形状のものを用いることができる。例
えば、複数の丸穴を形成してもよい。より具体的には、
複数の丸穴を所定の間隔に並べたものを上記スリット状
の開口と同様な位置に設ける。このとき、ヒートシンク
が成形された後であっても、ドリル等により該丸穴を窮
孔させることができるため、製造がより容易になるとい
う効果がある。
【００４９】また、上記実施の形態では、マルチチップ
モジュールにマイクロプロセッサ３が１つ設けられてい
る場合について説明したが、本発明はマイクロプロセッ
サ３が複数設けられている場合にも適用できる。このと
き、複数のマイクロプロセッサの各々にファン付ヒート
シンクを１つ設けてもよいし、複数のマイクロプロセッ
サにファン付ヒートシンクを１つ設けてもよい。
【００５０】さらに、上記実施の形態においては、ファ
ン付ヒートシンク６の底板７およびフィン８は金型によ
り一体に成形されるものとしたが、底板７とフィン８と
を別々に製造し底板７上にフィン８を立設させてもよ
い。また、開口１２は金型成形時に形成するのではな
く、底板７を加工して形成させてもよい。
【００５１】また、上記実施の形態においては、マイク
ロプロセッサ３をピングリッドアレイに収納する構成と
したが、これに限定されず、ピングリッドアレイ以外の
ケース、すなわち、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）や
チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）に収納させるように
しても良い。
【００５２】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よると、マイクロプロセッサ上に取り付けるファン付ヒ
ートシンクのヒートシンク底板のキャッシュメモリ素子
に対向した部分に開口を設けているため、冷却ファンの
回転によって生じる空気の流れをマイクロプロセッサ用
のものとキャッシュメモリ素子用のものとに分割させる
ことができる。すなわち、マイクロプロセッサで発生し
底板およびフィンに伝達された熱は、ヒートシンクの底
板に衝突して方向を変えフィンの間を通ってファン付ヒ
ートシンクの側面から外部へ出る風によって冷却され
る。キャッシュメモリ素子で発生した熱は、ヒートシン
ク底板の開口を通過してキャッシュメモリ用素子に衝突
し、配線基板とファン付ヒートシンクとの間隙を通って
マルチチップモジュールの周囲へ流れ出す風によって冷
却される。このため、マイクロプロセッサの消費電力増
加に応じてファン付ヒートシンクが大型化することによ
りキャッシュメモリ用素子が覆われてしまっても、キャ
ッシュメモリ用素子を効率よく冷却することができると
いう効果がある。
【００５３】また、本発明は、取付ネジを締め付けるこ
とによりばねのたわみ量を変化させることができるた
め、ファン付ヒートシンクをマルチチップモジュール上
のマイクロプロセッサに押し付ける力を調整することが
できるという効果がある。
【００５４】さらに、取付金具が配線基板の周辺部に取
り付けるよう構成されたため、ファン付ヒートシンクの
取り付けのために配線基板の配線パターンが収容される
領域を削減せずにすむという効果も本発明にはある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の断面図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態の底板を示す図であ
る。
【図３】本発明の第二の実施の形態の断面図である。
【図４】本発明の第二の実施の形態の上面図である。
【図５】従来技術を示す断面図である。

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の半導体集積回路装置および第２の
    半導体集積回路装置が搭載されたマルチチップモジュー
    ルと、 前記第１の半導体集積回路装置の上面に対向する第１の
    領域と前記第２の半導体集積回路装置の上面に対向する
    第２の領域とを有し該第２の領域に開口が設けられた底
    板および該底板に設けられたフィンを有するヒートシン
    クと、 このヒートシンクの上部に設けられた放熱ファンとを含
    むことを特徴とするマルチチップモジュールの冷却構
    造。
  2. 【請求項２】 前記第２の領域は前記第２の半導体集積
    回路装置の上面の一部と対向していることを特徴とする
    請求項１記載のマルチチップモジュールの冷却構造。
  3. 【請求項３】 前記開口はスリットであることを特徴と
    する請求項１記載のマルチチップモジュールの冷却構
    造。
  4. 【請求項４】 前記開口は丸穴であることを特徴とする
    請求項１記載のマルチチップモジュールの冷却構造。
  5. 【請求項５】 前記冷却ファンの直径が前記ヒートシン
    クの底板の外形の一辺の長さと同一または類似の長さで
    あることを特徴とする請求項１記載のマルチチップモジ
    ュールの冷却構造。
  6. 【請求項６】 マルチチップモジュールと、 このマルチチップモジュールの上部に設けられたヒート
    シンクと、 このヒートシンクの上部に設けられた冷却ファンと、 前記ヒートシンクの底板に設けられた開口と、 マイクロプロセッサが搭載されたソケットと、 このソケットが搭載される配線基板と、 この配線基板の下面に設けられた押さえ板と、 前記ソケットと前記配線基板と前記押さえ板とを貫通す
    るネジと、 前記ヒートシンクの底板に設けられ前記ネジを係合する
    ネジ穴とを含むことを特徴とするマルチチップモジュー
    ルの冷却構造。
  7. 【請求項７】 マイクロプロセッサが搭載されたソケッ
    トと、 このソケットが搭載される配線基板と、 この配線基板の下面に設けられた押さえ板と、 前記ソケットと前記配線基板と前記押さえ板とを貫通す
    るネジと、 前記ヒートシンクの底板に設けられ前記ネジを係合する
    ネジ穴とを含むことを特徴とする請求項１記載のマルチ
    チップモジュールの冷却構造。
  8. 【請求項８】 マルチチップモジュールと、 このマルチチップモジュールの上部に設けられたヒート
    シンクと、 このヒートシンクの上部に設けられた冷却ファンと、 前記ヒートシンクの底板に設けられた開口と、 前記ヒートシンクを配線基板に取り付ける取付部材と、 この取付部材と前記ヒートシンクとの間に設けられたバ
    ネとを含むことを特徴とするマルチチップモジュールの
    冷却構造。
  9. 【請求項９】 前記ヒートシンクを配線基板に取り付け
    る取付部材と、 この取付部材と前記ヒートシンクとの間に設けられたバ
    ネとを含むことを特徴とする請求項１記載のマルチチッ
    プモジュールの冷却構造。
  10. 【請求項１０】 マルチチップモジュールと、 このマルチチップモジュールの上部に設けられたヒート
    シンクと、 このヒートシンクの上部に設けられた冷却ファンと、 前記ヒートシンクの底板に設けられた開口と、 かぎ型を呈し一端が前記配線基板に接続されるとともに
    他端が前記ヒートシンクの底板の上部に配置された取付
    部材と、 前記取付部材の前記他端に嵌合するネジと、 前記取付部材の前記他端と前記ヒートシンクの底板との
    間に設けられ前記ネジによって貫通されたバネと、 前記ヒートシンクの底板に設けられ前記ネジを係合する
    ネジ穴とを含むことを特徴とするマルチチップモジュー
    ルの冷却構造。
  11. 【請求項１１】 かぎ型を呈し一端が前記配線基板に接
    続されるとともに他端が前記ヒートシンクの底板の上部
    に配置された取付部材と、 前記取付部材の前記他端に嵌合するネジと、 前記取付部材の前記他端と前記ヒートシンクの底板との
    間に設けられ前記ネジによって貫通されたバネと、 前記ヒートシンクの底板に設けられ前記ネジを係合する
    ネジ穴とを含むことを特徴とする請求項１記載のマルチ
    チップモジュールの冷却構造。
  12. 【請求項１２】 配線基板の四隅に設けられ前記取付部
    材の前記一端が接続される接続部を含むことを特徴とす
    る請求項１０または１１記載のマルチチップモジュール
    の冷却構造。
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