专利名称：电子部件的冷却构造、电子仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件等的电子部件的冷却，尤其涉及以由封装化的半导体芯片构成的器件为对象的电子部件的冷却构造、电子仪器。本发明根据2009年9月30日在日本提出申请的特愿2009_2沈148号主张优先权， 并在此援引其内容。
背景技术：
为了对中央运算处理装置(CPU)等的半导体元件进行冷却，散热器、热管等的冷却器与半导体元件接地地使用。另外，在高性能的元件的情况下，发热量的增大、发热面积的增大成为课题。冷却器的接地面相对于发热元件的面，经由被称为热界面材料(Thermal Interface Material,TIM)的、主要由高分子系的材料制成的薄膜层，形成导热的路径。因此，通过将这两个平面尽可能地并行地固定，能够实现元件面的高效且均勻的冷却。实际上，需要在装置内部的有限空间内进行这样的冷却处理，个体差异导致的、接触不均衡或不均勻的温度分布也成为课题。在近年的高性能CPU中，存在由于图形功能、接口功能的加入而导致发热量继续增加的倾向。因此，谋求一种能够应对增加的发热量的高性能的冷却构造。由于因各种功能的加入而导致元件面积增大，因此，导热面积增大，也可以说对冷却是有利的。不过，为了应对局部性地发热的部位，谋求一种与已有相比更优秀的能够均勻地对整体面积进行冷却的构造。例如，在专利文献1中记载了下述构造针对尤其需要高冷却能力的元件中心附近， 排除散热器的翅片而直接供给撞击流。在这样的构造中，虽然能够实现冷气的向元件中心区域附近的直接供给，但另一方面，在该区域中需要排除翅片，因而产生与基于翅片的散热效率之间的权衡。另外，例如，在专利文献2中提出了一种用于将固定散热器的夹持件的压力发生位置设置在散热器的中央附近的构造。由此，能够实现TIM区域的热阻抗的降低。但是，另一方面，吸热被限定在与元件接触的面上。了解到下述情况TIM区域的热阻抗的分布的比例变大，这一影响导致在接地平衡不均衡的情况下，异常地产生高压力的区域中的热阻抗大幅降低。另外，产生低压力异常地发生的区域，而在该区域中的热阻抗大幅恶化。因此， 专利文献2中提出了下述方案即使在接触平衡变得不均衡的情况下，也总是将元件中心附近的接触压力保持得较大。不过，冷却时的吸热面积被限定为元件面积。另外，例如，在专利文献3中提出了一种采用热管的冷却构造的方案。冷却构造通过板簧而固定，其作用发生在CPU的中央附近。为了使与热管接触的面上的吸热效果最高， 热管设置在CPU中央附近。虽然使板簧的压力也产生在中央是效率最高的，但实际上，由于针对中空的热管无法施加压力，因此相应地不得不使其从中心偏心设置。现有技术文献专利文献1 日本特许第3002611号公报专利文献2 日本特表2002-516031号公报
专利文献3 日本特开2008-130037号公报
发明内容
但是，在上述现有的电子部件的冷却构造和搭载该冷却构造的电子仪器中，存在发热量的增大、发热面积的增大、冷却构造的接地平衡的不均衡、温度分布的不均勻的课题。发热量和发热面积的增大提示了局部的发热密度的增大，存在装置可靠性的降低、风扇负荷的增大的担心。而且，存在引起接地平衡的恶化、元件内温度分布恶化的担心。如上所述，需要随着发热量增大，使安装有半导体元件的封装的冷却性能提高。通过采用利用封装的整体构造的冷却构造，不仅要求冷却性能的提高，还要求能够通过接地平衡的改善、元件内温度分布的均勻化而实现的冷却性能的稳定化。为实现上述课题，本发明提供一种如下方面那样的电子部件的冷却构造、电子仪
ο第一方面的电子部件的冷却构造，至少具有半导体元件；安装有该半导体元件的基板；经由热界面材料与所述半导体元件的一面接触而吸热的金属板；与该金属板连接的热管，其特征在于，所述金属板相对于所述半导体元件和所述基板的双方经由所述热界面材料而接触。还可以为，在面对所述半导体元件的所述金属板上设置支点，所述支点将由所述金属板和所述热管构成的冷却器相对于所述半导体元件进行固定。还可以为，在面对所述基板的所述金属板上设置支点，所述支点将由所述金属板和所述热管构成的冷却器相对于所述半导体元件进行固定。还可以为，所述热管在面对所述半导体元件的所述金属板上接地。还可以为，所述热管在面对所述基板的所述金属板上接地。还可以为，所述热界面材料由液体或润滑剂构成，并填充在所述半导体面与所述金属板之间、以及所述基板面与所述金属板之间的双方的空间中。另外，还可以为，所述热界面材料由固体或热传导性片构成，并填充在所述半导体面与所述金属板之间、以及所述基板面与所述金属板之间的双方的空间中。另外，其他方面的电子仪器的特征在于，搭载有如前述各项所述的电子部件的冷却构造。发明的效果根据上述方面的电子部件的冷却构造及电子仪器，通过使冷却器吸热面与发热元件面和封装基板表面的双面接触，与以往相比能够增大受热面积，其结果是，能够以更小的热阻抗实现封装的冷却，从而能够实现半导体元件的温度降低、可靠性提高。另外，通过利用大吸热面积来设置热管，能够将用于固定散热器的支点固定在接近元件中央的点上。从而能够使设置平衡感提高，并能够改善重要的元件中央区域的冷却性。而且，设计平衡感提高的结果是，能够提供元件内温度分布更均勻的冷却构造。而且，能够将热管高度降低地接地，从而使装置的薄型化成为可能。
图1是表示第一实施方式的电子部件的冷却构造的俯视图。图2是图1的A-A线处的剖视图。图3是表示第二实施方式的电子部件的冷却构造的俯视图。图4是图3的A-A线处的剖视图。图5是表示第三实施方式的电子部件的冷却构造的俯视图。图6是图5的A-A线处的剖视图。图7是表示第四实施方式的电子部件的冷却构造的俯视图。图8是图7的A-A线处的剖视图。图9是表示第五实施方式的电子部件的冷却构造的俯视图。图10是图9的A-A线处的剖视图。图11是表示电子仪器的一例的俯视图。
具体实施例方式以下，对电子仪器装置的热传输构造的几个方式进行说明。其中，这些实施方式是为了更好地理解发明的主旨而具体说明的方式，只要没有特别指定，就不对本发明进行限定。另外，以下的说明中所用的附图中，为了便于理解特征，存在出于方便而将主要部位的部分放大进行表示的情况，但并不限定各构成要素的尺寸比率等与实际相同。(第一实施方式)图1是表示第一实施方式的电子部件的冷却构造的俯视图，图2是图1的A-A线处的剖视图。在此，例如列举IOmmX20mm的长方形的半导体元件安装在约40mm正方的基板上的半导体封装。图1、图2中，1为半导体元件，2表示基板，3表示金属板，4表示热管，5表示板簧，6表示紧固螺丝，7表示固定支点，8表示热界面材料。在电子部件的冷却构造中，形成吸热面的金属板3使中心部与半导体元件1的尺寸相符地突出。在该突出面的中心设置板簧5的固定用的固定支点7，将板簧5设置在四周。接地压力通过经由上述固定支点7该一点而将相对于吸热面的发热元件表面的倾斜抑制得最小。热管4以从外部围着突出区域的方式设置在周围。根据这样的结构，通过使冷却器的吸热面积增加而使吸热能力提高。通过将冷却器的接地压力发生点设置在发热元件正上方，能够将元件中央处的接地压力维持得较高， 从而能够获得稳定的冷却效果。(第二实施方式)图3是表示第二实施方式的电子部件的冷却构造的俯视图，图4是图3的A-A线处的剖视图。该实施方式是通过将固定用的板簧5设置在与基板2接触的区域中、而以重叠在半导体元件1上的方式形成热管4的例子。(第三实施方式)图5是表示第三实施方式的电子部件的冷却构造的俯视图，图6是图5的A-A线处的剖视图。该实施方式是以在与半导体元件1的长度方向正交的方向上延伸的方式配置两根热管4的例子。
(第四实施方式)图7是表示第四实施方式的电子部件的冷却构造的俯视图，图8是图7的A-A线处的剖视图。该实施方式是以在与半导体元件1的长度方向正交的方向上延伸的方式平行地配置热管4和板簧5的例子，其中热管4为一根。(第五实施方式)图9是表示第五实施方式的电子部件的冷却构造的俯视图，图10是图9的A-A线处的剖视图。该实施方式是将固定用的板簧5配置在与基板2接触的区域中且在不与半导体元件1重叠的两侧形成两根热管4的例子。(第六实施方式)图11是表示电子仪器的一例的俯视图。图11中，9表示个人计算机主体，10表示硬盘驱动器，11表示DVD驱动器，12表示基板，13表示CPU封装，14表示风扇，15表示散热翅片。根据该结构，在通过板簧构造而产生接地压力的情况下，虽然能够实现高度低的冷却构造，但以往，与发热元件正上方接地的热管的高度方面存在限制。根据上述实施方式，热管能够在高度更低的封装基板上接地，从而能够使包括冷却构造在内的高度降低，还有助于小型化发展的携带终端等的电子仪器的进一步的小型化。此外，上述各实施方式中，热界面材料8可以是液体或润滑剂。或者，热界面材料 8可以是固体或热传导性片。工业实用性作为上述实施方式的适用例，能够列举出需要进行冷却的电子仪器、笔记本式计算机、台式PC、工作站、服务器等的半导体器件。附图标记的说明1半导体元件2 基板3金属板4 热管5 板簧6紧固螺丝7固定支点8热界面材料9个人计算机主体10硬盘驱动器IlDVD 驱动器12 基板13CPU 封装14 风扇15散热翅片
权利要求
1.一种电子部件的冷却构造，至少具有半导体元件；安装有该半导体元件的基板；经由热界面材料与所述半导体元件的一面接触而吸热的金属板；与该金属板连接的热管，其特征在于，所述金属板相对于所述半导体元件和所述基板的双方经由所述热界面材料而接触。
2.如权利要求1所述的电子部件的冷却构造，其特征在于，在面对所述半导体元件的所述金属板上设置支点，所述支点将由所述金属板和所述热管构成的冷却器相对于所述半导体元件进行固定。
3.如权利要求1所述的电子部件的冷却构造，其特征在于，在面对所述基板的所述金属板上设置支点，所述支点将由所述金属板和所述热管构成的冷却器相对于所述半导体元件进行固定。
4.如权利要求1所述的电子部件的冷却构造，其特征在于，所述热管在面对所述半导体元件的所述金属板上接地。
5.如权利要求1所述的电子部件的冷却构造，其特征在于，所述热管在面对所述基板的所述金属板上接地。
6.如权利要求1所述的电子部件的冷却构造，其特征在于，所述热界面材料由液体或润滑剂构成，并填充在所述半导体面与所述金属板之间、以及所述基板面与所述金属板之间的双方的空间中。
7.如权利要求1所述的电子部件的冷却构造，其特征在于，所述热界面材料由固体或热传导性片构成，并填充在所述半导体面与所述金属板之间、以及所述基板面与所述金属板之间的双方的空间中。
8.一种电子仪器，其特征在于，搭载有如权利要求1所述的电子部件的冷却构造。
9.一种电子仪器，其特征在于，搭载有如权利要求7所述的电子部件的冷却构造。
全文摘要
本发明提供电子部件的冷却构造和电子仪器。形成吸热面的金属板，其中心部与半导体元件的尺寸相符地突出。在该突出面的中心设置板簧的固定支点，将板簧设置在四周。接地压力经由上述固定支点该一点。由此，能够将吸热面的相对于发热元件表面的倾斜抑制得最小。热管以从外部包围突出区域的方式设置在周围。
文档编号H05K7/20GK102549742SQ20108004319
公开日2012年7月4日 申请日期2010年9月16日 优先权日2009年9月30日
发明者坂本仁, 许振斌 申请人:日本电气株式会社