JP2012169330A - Electronic device - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の電子装置では、配線基板をスタックして配置した場合、大型化することなく配線基板間に配置された半導体パッケージの冷却経路を確保できなかった。
【解決手段】発熱源となる半導体パッケージ1と、半導体パッケージ1を実装する第1配線基板2と、第1配線基板2の半導体パッケージ1を実装した面から所定の間隔をおいて配置されるとともに1又は複数のスルーホール3dを有する第2配線基板3と、第2配線基板3のスルーホール3dと半導体パッケージ1との間に介在するとともに半導体パッケージ1からの熱をスルーホール3dに伝達する伝熱部材4と、第2配線基板3における伝熱部材4側に対する反対側の面にてスルーホール3dからの熱が伝達されるように接着されるとともに、伝達された熱を外部に放出する放熱手段5と、を備える。
【選択図】図1In a conventional electronic device, when wiring boards are stacked and arranged, a cooling path for a semiconductor package arranged between the wiring boards cannot be secured without increasing the size.
A semiconductor package 1 serving as a heat source, a first wiring board 2 on which the semiconductor package 1 is mounted, and a surface of the first wiring board 2 on which the semiconductor package 1 is mounted are disposed at a predetermined interval. A second wiring board 3 having one or a plurality of through holes 3d, a transmission hole that is interposed between the through holes 3d of the second wiring board 3 and the semiconductor package 1 and transmits heat from the semiconductor package 1 to the through holes 3d. The heat member 4 is bonded so that heat from the through hole 3d is transmitted to the surface of the second wiring board 3 on the side opposite to the heat transfer member 4 side, and heat is released to release the transmitted heat to the outside. Means 5.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、配線基板に実装された半導体パッケージを冷却する構造を有する電子装置に関し、特に、複数の配線基板をスタックした電子装置に関する。 The present invention relates to an electronic device having a structure for cooling a semiconductor package mounted on a wiring board, and more particularly to an electronic device in which a plurality of wiring boards are stacked.
従来、配線基板に半導体パッケージを実装した電子装置においては、半導体パッケージを冷却する手法として、半導体パッケージで発生した熱を、その半導体パッケージが実装された配線基板におけるスルーホール、放熱ベタ層を介して放熱フィンまで伝達することで、半導体パッケージを冷却したものがある。 Conventionally, in an electronic device in which a semiconductor package is mounted on a wiring board, as a technique for cooling the semiconductor package, heat generated in the semiconductor package is transmitted through a through-hole and a heat radiation solid layer in the wiring board on which the semiconductor package is mounted. Some semiconductor packages are cooled by transmitting them to the heat radiating fins.
例えば、特許文献1では、LSIチップパッケージの直下に設けられたボンディング手段を介して、接続エリア、スルーホール、放熱用ベタ層へと熱を伝達し、放熱用ベタ層に接続された放熱手段(放熱フィン、シャーシ等)により放熱するものが開示されている。 For example, in Patent Document 1, heat is transferred to a connection area, a through-hole, and a heat-dissipating solid layer through bonding means provided directly under the LSI chip package, and heat-dissipating means connected to the heat-dissipating solid layer ( What dissipates heat by means of heat dissipating fins, chassis, etc. is disclosed.
また、LSIチップパッケージについては、高集積化・高性能化に伴い、発熱量が増えると共に、ピン数が増え、また、LSIチップパッケージの小型化の要求から、フルグリッドのボールグリッドアレイ(BGA)パッケージを採用することが増えてきている。このようなフルグリッドのBGAパッケージのLSIチップパッケージを基板に実装する場合には、LSIチップパッケージの直下に放熱用の接続エリアを設けることができないので、特許文献1では、別の例として、LSIチップパッケージの上部に設けられたボンディング手段を介して、放熱用シャーシ、シャーシ足部、接続エリア、スルーホール、放熱用ベタ層へと熱を伝達し、放熱用ベタ層に接続された放熱手段により放熱するものが開示されている。 As for LSI chip packages, with higher integration and higher performance, the amount of heat increases and the number of pins increases, and due to the demand for miniaturization of LSI chip packages, full-grid ball grid arrays (BGA) Increasing adoption of packages. When such a full-grid BGA package LSI chip package is mounted on a substrate, it is not possible to provide a heat dissipation connection area directly under the LSI chip package. Heat is transferred to the heat-dissipating chassis, chassis feet, connection area, through hole, and heat-dissipating solid layer through the bonding means provided on the top of the chip package. What dissipates heat is disclosed.
しかしながら、特許文献1におけるLSIチップパッケージが高性能で多ピン化されたものについては、多くの信号をLSIチップパッケージのピンから引き出し、高速パラレル信号等については等長の配線/GNDシールドを行うスペースが必要なため、LSIチップパッケージの周囲のエリアの基板上に放熱用シャーシの足部を接続するための接続エリアや、熱を伝達するスルーホールを設けるスペースを確保するのが極めて難しい状況にある。仮に、基板に放熱用の接続エリアやスルーホールを設けた場合、信号用の配線が放熱用の接続エリアやスルーホールを迂回することにより、基板の面積が大きくなったり、基板における配線層の層数が増加してしまう。 However, in the case where the LSI chip package in Patent Document 1 has a high performance and a large number of pins, a space for drawing many signals from the pins of the LSI chip package and performing equal length wiring / GND shielding for high-speed parallel signals, etc. Therefore, it is extremely difficult to secure a connection area for connecting the feet of the heat dissipation chassis and a space for providing a through hole for transferring heat on the substrate in the area around the LSI chip package. . If a heat dissipation connection area or through hole is provided on the board, the signal wiring bypasses the heat dissipation connection area or through hole, resulting in an increase in the board area or the wiring layer layer on the board. The number will increase.
放熱用の接続エリアやスルーホールを設ける代わりに、特許文献2のようなCPUクーラ(フィン(ヒートシンク)、ファン)をLSIチップパッケージの上面に設けて冷却する構成にすると、大きなスペースと高さ方向の開放が要求されるので、装置が大型化してしまうという問題がある。 If a CPU cooler (fin (heat sink), fan) as in Patent Document 2 is provided on the upper surface of the LSI chip package for cooling instead of providing a heat dissipation connection area or through hole, a large space and height direction Therefore, there is a problem that the apparatus becomes large.
ところで、近年、電子装置は小型化が進んでおり、半導体パッケージが実装された配線基板の面積を小さくするために、複数の配線基板をスタックした構成が増えてきている。このような配線基板をスタックした構成の電子装置では、半導体パッケージが配線基板間に配置された場合、大型化することなく半導体パッケージの冷却経路をどのように確保するのかが課題となる。 By the way, in recent years, electronic devices have been reduced in size, and in order to reduce the area of a wiring board on which a semiconductor package is mounted, a configuration in which a plurality of wiring boards are stacked is increasing. In an electronic device having a configuration in which such wiring boards are stacked, when a semiconductor package is disposed between the wiring boards, how to secure a cooling path for the semiconductor package without increasing the size becomes a problem.
従来の電子装置では、配線基板をスタックして配置した場合、配線基板間に配置された半導体パッケージの冷却経路を確保するためには、装置を大型化する必要があった。 In a conventional electronic device, when wiring boards are stacked and arranged, it is necessary to increase the size of the device in order to secure a cooling path for semiconductor packages arranged between the wiring boards.
本発明の一視点においては、電子装置において、発熱源となる半導体パッケージと、前記半導体パッケージを実装する第1配線基板と、前記第1配線基板の前記半導体パッケージを実装した面から所定の間隔をおいて配置されるとともに1又は複数のスルーホールを有する第2配線基板と、前記第2配線基板の前記スルーホールと前記半導体パッケージとの間に介在するとともに前記半導体パッケージからの熱を前記スルーホールに伝達する伝熱部材と、前記第2配線基板における前記伝熱部材側に対する反対側の面にて前記スルーホールからの熱が伝達されるように接着されるとともに、伝達された熱を外部に放出する放熱手段と、を備えることを特徴とする。 In one aspect of the present invention, in an electronic device, a semiconductor package serving as a heat source, a first wiring board on which the semiconductor package is mounted, and a predetermined interval from a surface of the first wiring board on which the semiconductor package is mounted. And a second wiring board having one or a plurality of through-holes, and being interposed between the through-holes of the second wiring board and the semiconductor package and transferring heat from the semiconductor package to the through-holes. The heat transfer member that transmits heat to the heat transfer member is bonded to the surface of the second wiring board opposite to the heat transfer member side so that heat from the through hole is transferred, and the transferred heat is transferred to the outside. And a heat dissipating means for discharging.
本発明によれば、複数の配線基板をスタックした構成で、半導体パッケージと第2配線基板との間隙に合わせて伝熱部材を設け、第2配線基板において伝熱部材から放熱手段に伝熱するスルーホールを設けることで、半導体パッケージを実装する第1配線基板上に熱を伝達するためのスペースを確保する必要がなく、配線基板間の間隔を狭くすることができ、装置を小型化することができる。また、放熱手段は、上方が開放された第2配線基板上に設けられるため、風量の多くない冷却ファンやヒートシンクでも十分に放熱することができ、消費電力、コスト、騒音を低減することができる。 According to the present invention, in a configuration in which a plurality of wiring boards are stacked, a heat transfer member is provided in accordance with a gap between the semiconductor package and the second wiring board, and heat is transferred from the heat transfer member to the heat radiating means in the second wiring board. By providing the through hole, it is not necessary to secure a space for transferring heat on the first wiring board on which the semiconductor package is mounted, the interval between the wiring boards can be narrowed, and the device can be miniaturized. Can do. In addition, since the heat dissipating means is provided on the second wiring board that is open at the top, it can sufficiently dissipate heat even with a cooling fan or heat sink that does not have a large airflow, and can reduce power consumption, cost, and noise. .
本発明の実施形態に係る電子装置では、発熱源となる半導体パッケージ(図1の1)と、前記半導体パッケージを実装する第1配線基板(図1の2)と、前記第1配線基板の前記半導体パッケージを実装した面から所定の間隔をおいて配置されるとともに1又は複数のスルーホール(図1の3d)を有する第2配線基板(図1の3)と、前記第2配線基板の前記スルーホールと前記半導体パッケージとの間に介在するとともに前記半導体パッケージからの熱を前記スルーホールに伝達する伝熱部材(図1の4)と、前記第2配線基板における前記伝熱部材側に対する反対側の面にて前記スルーホールからの熱が伝達されるように接着されるとともに、伝達された熱を外部に放出する放熱手段(図1の5)と、を備える。 In an electronic device according to an embodiment of the present invention, a semiconductor package (1 in FIG. 1) serving as a heat source, a first wiring board (2 in FIG. 1) on which the semiconductor package is mounted, and the first wiring board A second wiring board (3 in FIG. 1) which is arranged at a predetermined interval from the surface on which the semiconductor package is mounted and has one or a plurality of through holes (3d in FIG. 1), and the second wiring board A heat transfer member (4 in FIG. 1) that is interposed between the through hole and the semiconductor package and transfers heat from the semiconductor package to the through hole, and opposite to the heat transfer member side in the second wiring board It is bonded so that heat from the through hole is transmitted on the side surface, and a heat radiating means (5 in FIG. 1) for releasing the transmitted heat to the outside.
本発明の前記電子装置においては、前記放熱手段は、冷却ファン又はヒートシンクであることが好ましい。 In the electronic device of the present invention, it is preferable that the heat dissipating means is a cooling fan or a heat sink.
本発明の前記電子装置においては、前記第2配線基板は、前記放熱手段と接着されるとともに前記スルーホールと接続された第1導体ベタパターンと、前記伝熱部材と接続されるとともに前記スルーホールと接続された第2導体ベタパターンと、を有することが好ましい。 In the electronic device according to the present invention, the second wiring board is connected to the heat radiating means and connected to the through hole, and is connected to the heat transfer member and the through hole. It is preferable to have the 2nd conductor solid pattern connected with.
本発明の前記電子装置においては、前記スルーホールは、前記第2配線基板において形成されたGNDパターン又は電源パターンと接続されていることが好ましい。 In the electronic device of the present invention, it is preferable that the through hole is connected to a GND pattern or a power supply pattern formed on the second wiring board.
本発明の前記電子装置においては、前記スルーホールは、管状に形成され、前記スルーホールの内側に伝熱材が満たされていることが好ましい。 In the electronic device according to the aspect of the invention, it is preferable that the through hole is formed in a tubular shape, and a heat transfer material is filled inside the through hole.
本発明の前記電子装置においては、前記放熱手段を前記スルーホールに接着するとともに前記スルーホールからの熱を前記放熱手段に伝達する熱伝導性接着剤を備えることが好ましい。 In the electronic device according to the present invention, it is preferable that the electronic device includes a thermally conductive adhesive that adheres the heat dissipating means to the through hole and transmits heat from the through hole to the heat dissipating means.
本発明の前記電子装置においては、前記第1配線基板において前記半導体パッケージとは別の領域に実装される1又は複数の他の半導体パッケージを備え、前記伝熱部材は、前記第2配線基板の前記スルーホールと前記他の半導体パッケージとの間にも介在するとともに、前記他の半導体パッケージの熱も前記第2配線基板に伝達することが好ましい。 In the electronic device of the present invention, the first wiring board includes one or a plurality of other semiconductor packages mounted in a region different from the semiconductor package, and the heat transfer member includes the second wiring board. It is preferable that the semiconductor device is interposed between the through hole and the other semiconductor package, and heat of the other semiconductor package is transmitted to the second wiring board.
本発明の前記電子装置においては、前記半導体パッケージは、複数のバンプを介して前記第1配線基板に実装されていることが好ましい。 In the electronic device according to the aspect of the invention, it is preferable that the semiconductor package is mounted on the first wiring board via a plurality of bumps.
本発明の前記電子装置においては、前記伝熱部材は、弾性変形可能かつ伝熱可能な熱伝導性ゴムよりなることが好ましい。 In the electronic device according to the aspect of the invention, it is preferable that the heat transfer member is made of a heat conductive rubber capable of elastic deformation and heat transfer.
本発明の前記電子装置においては、前記第2配線基板と前記伝熱部材との間にて他の伝熱部材と他の配線基板とが交互に配置され、前記伝熱部材から前記第2配線基板の前記スルーホールに熱が伝達されるように、前記他の伝熱部材が配置され、かつ、前記他の配線基板において他のスルーホールを設けることが好ましい。 In the electronic device of the present invention, another heat transfer member and another wiring board are alternately arranged between the second wiring board and the heat transfer member, and the second wiring is formed from the heat transfer member. It is preferable that the other heat transfer member is disposed so that heat is transferred to the through hole of the substrate, and another through hole is provided in the other wiring substrate.
本発明の前記電子装置においては、前記第1配線基板と前記第2配線基板との間にて前記第1配線基板と前記第2配線基板とを着脱可能に電気的に接続するコネクタを備えることが好ましい。 The electronic device of the present invention includes a connector that detachably electrically connects the first wiring board and the second wiring board between the first wiring board and the second wiring board. Is preferred.
本発明の前記電子装置においては、前記第1配線基板と前記第2配線基板との間における前記半導体パッケージと抵触しない位置に介在する支柱を備えることが好ましい。 In the electronic device according to the present invention, it is preferable that the electronic device includes a support column interposed between the first wiring board and the second wiring board at a position that does not conflict with the semiconductor package.
なお、本願において図面参照符号を付している場合は、それらは、専ら理解を助けるためのものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。 In addition, when drawing reference numerals are given in the present application, they are for the purpose of assisting understanding only, and are not intended to be limited to the illustrated modes.
本発明の実施例1に係る電子装置について図面を用いて説明する。図1は、本発明の実施例1に係る電子装置の構造を模式的に示した側面図である。図2は、本発明の実施例1に係る電子装置の配線基板(3)のスルーホール(3d)付近の構造を模式的に示した部分断面図である。 An electronic apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view schematically showing the structure of an electronic device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a partial cross-sectional view schematically showing a structure near the through hole (3d) of the wiring board (3) of the electronic device according to the first embodiment of the present invention.
図1を参照すると、電子装置100は、複数の配線基板2、3をスタックした構成の電子装置であり、配線基板2、3間における配線基板2に実装された半導体パッケージ1を冷却する構造(経路)を有する。電子装置100は、主な構成部として、半導体パッケージ1と、配線基板2と、配線基板3と、伝熱部材4と、冷却ファン5と、コネクタ6と、支柱7と、熱伝導性接着剤8と、を有する。
Referring to FIG. 1, an
半導体パッケージ1は、半導体チップ(例えば、LSIチップ)がパッケージされたフルグリッドのボールグリッドアレイパッケージである。半導体パッケージ1は、発熱源となる。半導体パッケージ1は、配線基板2における配線基板3側の面に実装されている。半導体パッケージ1は、配線基板2側の面に複数のバンプ1aが配設されており、当該バンプ1aを介して配線基板2の電極に電気的に接続されている。半導体パッケージ1は、配線基板3側の面(少なくとも一部、好ましくは全部)にて、冷却経路(放熱経路)となる伝熱部材4と接続(接合、接触でも可)されている。
The semiconductor package 1 is a full grid ball grid array package in which semiconductor chips (for example, LSI chips) are packaged. The semiconductor package 1 serves as a heat source. The semiconductor package 1 is mounted on the surface of the wiring board 2 on the
配線基板2は、絶縁体(例えば、絶縁樹脂)の表面や内部に配線パターン(信号配線、電源配線、例えば、銅)が形成された配線基板(例えば、電子回路基板、プリント配線基板)である。配線基板2は、両面に複数の電子部品2aが実装されている。また、配線基板2は、配線基板3側の面における電子部品2aと抵触しない位置にて半導体パッケージ1が実装されている。配線基板2は、半導体パッケージ1を実装するメイン基板となる。配線基板2は、配線基板3に対して所定の間隔をおいて配される。配線基板2は、配線基板3側の面にて、配線基板3のコネクタ部6bと対応する位置にコネクタ部6aが取り付けられている。配線基板2は、コネクタ部6aがコネクタ部6bと接続されることで配線基板3と電気的に接続される。配線基板2は、配線基板3側の面における電子部品2a、コネクタ部6a、及び半導体パッケージ1と抵触しない位置にて、支柱7を介して配線基板3を支持する。
The wiring board 2 is a wiring board (for example, an electronic circuit board or a printed wiring board) in which a wiring pattern (signal wiring, power wiring, for example, copper) is formed on the surface or inside of an insulator (for example, insulating resin). . The wiring board 2 has a plurality of
配線基板3は、絶縁体3f(例えば、絶縁樹脂)の表面や内部に配線パターン3e(信号配線、電源配線、例えば、銅)が形成された配線基板(例えば、電子回路基板、プリント配線基板)である(図2参照)。配線基板3は、両面に複数の電子部品3aが実装されている(図1参照)。また、配線基板3は、半導体パッケージ1を実装しないサブ基板となる。配線基板3は、配線基板2に対して所定の間隔をおいて配される。配線基板3は、配線基板2側の面にて、配線基板2のコネクタ部6aと対応する位置にコネクタ部6bが取り付けられている。配線基板3は、コネクタ部6bがコネクタ部6aと接続されることで配線基板2と電気的に接続される。配線基板3は、配線基板2側の面における電子部品2a、コネクタ部6a、及び半導体パッケージ1と抵触しない位置にて、支柱7を介して配線基板2を支持する。
The
配線基板3は、半導体パッケージ1からの熱を冷却ファン5に向けて伝達する構造部として、導体ベタパターン3b、導体ベタパターン3c、及びスルーホール3dを有する。導体ベタパターン3bは、配線基板3における冷却ファン5側の面にて、熱伝導性接着剤8を介して冷却ファン5を設けるための導体(例えば、銅)よりなるベタパターンであり、スルーホール3dと接続されている。導体ベタパターン3cは、配線基板3における配線基板2側の面にて、伝熱部材4と接続(接触、接合)するための導体(例えば、銅)よりなるベタパターンであり、スルーホール3dと接続されている。スルーホール3dは、冷却ファン5が実装される領域において配線基板3の絶縁体3fを貫通する管状の導体(例えば、銅)であり、導体ベタパターン3b、3cと接続されている。なお、スルーホール3dは、配線パターン3eとは接続されていない。
The
伝熱部材4は、半導体パッケージ1で発生した熱を配線基板3(スルーホール3d)に向けて伝達する部材である。伝熱部材4は、半導体パッケージ1と配線基板3(導体ベタパターン3c)との間に介在しており、半導体パッケージ1及び配線基板3(導体ベタパターン3c)と接続されている。伝熱部材4には、例えば、弾性変形可能かつ伝熱可能な熱伝導性ゴムを用いることができる。伝熱部材4に熱伝導性ゴムを用いることで、半導体パッケージ1の上面、及び導体ベタパターン3cに密着して、効率よく熱を伝えることができるようになっている。
The
冷却ファン5は、ファンの回転で発生した気流により、半導体パッケージ1で発生した熱が伝達された配線基板3を冷却する空冷式の冷却装置である。冷却ファン5は、配線基板3における配線基板2側の反対側に配され、熱伝導性接着剤8によって配線基板3の導体ベタパターン3b上に接着されている。
The cooling fan 5 is an air-cooling type cooling device that cools the
コネクタ6は、配線基板2と配線基板3とを電気的に接続するための部材である。コネクタ6は、配線基板2に取り付けられたコネクタ部6aと、配線基板3に取り付けられたコネクタ部6bと、から構成される。コネクタ6は、コネクタ部6aとコネクタ部6bとが接続されることで、配線基板2と配線基板3とを電気的に接続する。
The connector 6 is a member for electrically connecting the wiring board 2 and the
支柱7は、配線基板2と配線基板3との間の間隔を保持する柱状の部材である。
The column 7 is a columnar member that maintains a gap between the wiring board 2 and the
熱伝導性接着剤8は、冷却ファン5を配線基板3の導体ベタパターン3b上に接着する熱導電性の接着剤である。
The heat conductive adhesive 8 is a heat conductive adhesive that bonds the cooling fan 5 onto the conductor solid pattern 3 b of the
次に、本発明の実施例1に係る電子装置の半導体パッケージで発生した熱の伝達について説明する。 Next, transfer of heat generated in the semiconductor package of the electronic device according to the first embodiment of the present invention will be described.
電子装置100において通電により半導体パッケージ1で発生した熱のうち、一部の熱は、半導体パッケージ1のバンプ1aから半導体パッケージ1が実装されている配線基板2(配線パターン;図示せず)を介して放熱されるが、大部分の熱は、半導体パッケージ1の上面(配線基板3側の面)から伝熱部材4、導体ベタパターン3c、スルーホール3d、導体ベタパターン3b、熱伝導性接着剤8、及び冷却ファン5の順の放熱パスにより放熱される。
Of the heat generated in the semiconductor package 1 by energization in the
実施例1によれば、半導体パッケージ1で発生した熱の大部分は、半導体パッケージ1上面(配線基板3側の面)からの放熱パスにより放熱されるため、従来技術のように半導体パッケージ1が実装されている配線基板2に、熱を伝達するためのスペースを確保する必要はなく、半導体パッケージ1の性能をフルに発揮させるための最適な配線パターンを引くことができ、また、配線基板2の配線層数を少なくすることができるので、基板コストを低減することができる。
According to the first embodiment, most of the heat generated in the semiconductor package 1 is dissipated by the heat dissipation path from the upper surface of the semiconductor package 1 (surface on the
また、実施例1によれば、半導体パッケージ1と配線基板3の間隙に伝熱部材4を設け、配線基板3において導体ベタパターン3c、スルーホール3d、及び導体ベタパターン3bを設けて、配線基板3の導体ベタパターン3b上に冷却ファン5を設けているので、半導体パッケージの上面に直接ヒートシンクやファンを取り付けた従来技術(例えば、特許文献2参照)の場合のように、配線基板2、3間の間隔を広げる必要はなく、また、放熱手段である冷却ファン5が配線基板2、3間ではなく配線基板3の上方の開放された位置にあるので、少ない風量で十分放熱することができ、電子装置を小型にすることができる。これに伴い、消費電力、コスト、騒音を低減することもできる。
In addition, according to the first embodiment, the
なお、特許文献2のように半導体パッケージの上面に直接ヒートシンクやファンを取り付け、かつ、複数の配線基板をスタックした構成とした場合、配線基板間の間隔を狭くすることができず、また、配線基板間で高温になった空気はファンにより配線基板間外に放出することになるが、配線基板間には配線基板に実装された多数の電子部品があり、空気の流れが悪いため、風量の多い大型のファンが必要になり、消費電力が増加、コストが増加、騒音が増加するという問題がある。また、実施例1の配線基板の導体ベタパターン3b上に、特許文献2のCPUクーラをそのまま適用した場合、CPUクーラのサイズが大きく、装置が小型にならないという問題がある。 In addition, when a heat sink or a fan is directly attached to the upper surface of the semiconductor package and a plurality of wiring boards are stacked as in Patent Document 2, the interval between the wiring boards cannot be reduced, and the wiring Air that has become hot between the boards is released by the fan to the outside of the wiring boards, but there are many electronic components mounted on the wiring boards between the wiring boards, and the air flow is poor, A large number of large fans are required, resulting in increased power consumption, increased cost, and increased noise. Further, when the CPU cooler of Patent Document 2 is applied as it is on the conductor solid pattern 3b of the wiring board of the first embodiment, there is a problem that the size of the CPU cooler is large and the device is not downsized.
一方、実施例1の場合、発熱体となる半導体パッケージ1の熱を、スタックされた配線基板3を介して伝える際、導体ベタパターン3c、スルーホール3d、導体ベタパターン3bを介して放熱するので、配線基板3の上面の導体ベタパターン3bに設ける放熱手段をファンのみにでき、小型で安価な放熱手段で十分放熱できる。その結果、装置を小型化、消費電力削減、コスト削減、騒音削減することができる。
On the other hand, in the case of Example 1, when the heat of the semiconductor package 1 serving as a heating element is transmitted through the stacked
なお、実施例1では、配線基板3における配線パターン3eのいずれもスルーホール3dに接続されていないが、配線パターン3eのうちGNDパターン又は電源パターンをスルーホール3dに接続してもよい。これにより、スルーホール3dに伝達された熱がGNDパターン/電源パターン、低発熱部品のGNDピン/電源ピン、低発熱部品、空気の放熱パスからも放熱できるため、放熱効果を向上させることができる。
In the first embodiment, none of the
本発明の実施例2に係る電子装置について図面を用いて説明する。図3は、本発明の実施例2に係る電子装置の構造を模式的に示した側面図である。 An electronic apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a side view schematically showing the structure of the electronic device according to the second embodiment of the present invention.
実施例2は、実施例1の冷却ファン(図1の5)の代わりにヒートシンク9を用いたものである。その他の構成は、実施例1と同様である。 The second embodiment uses a heat sink 9 instead of the cooling fan (5 in FIG. 1) of the first embodiment. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
ヒートシンク9は、金属(例えば、アルミニウム)よりなる放熱手段であり、基部が熱伝導性接着剤8を介して配線基板3(図2の導体ベタパターン3bに相当する部分)に接着されており、基部から上方に複数のフィンが延在した構成となっている。 The heat sink 9 is a heat dissipating means made of metal (for example, aluminum), and the base is bonded to the wiring board 3 (part corresponding to the solid conductor pattern 3b in FIG. 2) via the heat conductive adhesive 8. A plurality of fins extend upward from the base.
半導体パッケージ1で発生した熱は、大部分の熱は、半導体パッケージ1の上面(配線基板3側の面)から伝熱部材4、配線基板3(図2の導体ベタパターン3c、スルーホール3d、導体ベタパターン3bに相当する部分)、熱伝導性接着剤8、及びヒートシンク9の順の放熱パスにより放熱される。
Most of the heat generated in the semiconductor package 1 is from the upper surface (surface on the
実施例2によれば、実施例1と同様な効果を奏するとともに、放熱手段として冷却ファン(図1の5)の代わりにヒートシンク9を用いることにより、消費電力、コスト、騒音の低減、および信頼性を向上させることができる。 According to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the heat sink 9 is used as a heat radiating means instead of the cooling fan (5 in FIG. 1), thereby reducing power consumption, cost, noise, and reliability. Can be improved.
本発明の実施例3に係る電子装置について図面を用いて説明する。図4は、本発明の実施例3に係る電子装置の配線基板(3)のスルーホール(3d)付近の構造を模式的に示した部分断面図である。
An electronic apparatus according to
実施例3は、実施例1の変形例であり、スルーホール3dの内側に、伝熱材3g(例えば、半田、導電ペースト)を満たした構成としたものである。その他の構成は、実施例1と同様である。また、冷却ファン5の代わりにヒートシンク(図3の9)を適用してもよい。
The third embodiment is a modification of the first embodiment, in which a
実施例3によれば、配線基板3における伝熱パスが太くなり、熱抵抗を下げることができるので、スルーホール3dの数を少なくすることができる。その結果、配線基板3における導体ベタパターン3bと導体ベタパターン3cとの間の領域において配線パターンを形成することができる領域が広がり、配線基板3の配線層数を少なくでき、コストを低減することができる。
According to the third embodiment, the heat transfer path in the
本発明の実施例4に係る電子装置について図面を用いて説明する。図5は、本発明の実施例4に係る電子装置の構造を模式的に示した側面図である。
実施例4は、実施例1の変形例であり、発熱体である複数の半導体パッケージ1、10を配線基板2に実装し、伝熱部材4を各半導体パッケージ1、10の両方に接続(接触、接合)したものである。その他の構成は、実施例1と同様である。また、半導体パッケージ10の構成は、半導体パッケージ1と同様なものでも異なるものでもよい。また、冷却ファン5の代わりにヒートシンク(図3の9)を適用してもよい。さらに、スルーホール3dの内側に、伝熱材(図4の3gに相当)を満たしてもよい。
The fourth embodiment is a modification of the first embodiment, in which a plurality of
実施例4によれば、実施例1と同様な効果を奏するとともに、冷却ファン5を複数の半導体パッケージ1、10ごとに設ける必要がなく、冷却ファン5を1つにできるので、消費電力、コスト、騒音を低減することができる。
According to the fourth embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and it is not necessary to provide the cooling fan 5 for each of the plurality of
本発明の実施例5に係る電子装置について図面を用いて説明する。図6は、本発明の実施例5に係る電子装置の構造を模式的に示した側面図である。 An electronic apparatus according to Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a side view schematically showing the structure of the electronic device according to the fifth embodiment of the present invention.
実施例5は、実施例1の変形例であり、配線基板2、11、3を3段(4段以上でも可)にスタックした構成としたものである。すなわち、実施例1における配線基板3と伝熱部材4との間に、配線基板11、及び、伝熱部材4´を設けたものである。これに伴い、配線基板11、3間にも支柱7を設け、配線基板2、11間、及び、配線基板11、3間にもコネクタ6を介して電気的に接続したものである。その他の構成は、実施例1と同様である。
The fifth embodiment is a modification of the first embodiment and has a configuration in which the
配線基板11は、絶縁体(例えば、絶縁樹脂)の表面や内部に配線パターン(信号配線、電源配線、例えば、銅)が形成された配線基板(例えば、電子回路基板、プリント配線基板)である。配線基板11は、両面に複数の電子部品11aが実装されている。配線基板11は、半導体パッケージ1を実装しないサブ基板となる。配線基板11は、配線基板2に対して所定の間隔をおいて配される。配線基板11は、配線基板2側の面にて、配線基板2のコネクタ部6aと対応する位置にコネクタ部6bが取り付けられている。配線基板11は、配線基板3側の面にて、配線基板3のコネクタ部6bと対応する位置にコネクタ部6aが取り付けられている。配線基板11は、コネクタ部6bが配線基板2のコネクタ部6aと接続されることで配線基板2と電気的に接続されるとともに、コネクタ部6aが配線基板3のコネクタ部6bと接続されることで配線基板3と電気的に接続される。配線基板11は、配線基板2側の面における電子部品2a、コネクタ部6a、及び半導体パッケージ1と抵触しない位置にて、支柱7を介して配線基板2を支持する。配線基板11は、配線基板3側の面における電子部品3a、コネクタ部6b、及び伝熱部材4´と抵触しない位置にて、支柱7を介して配線基板3を支持する。
The
配線基板11は、配線基板3と同様に、半導体パッケージ1からの熱を配線基板3に向けて伝達する構造部として、導体ベタパターン(図2の3b、3cと同様なもの)、及びスルーホール11dを有する。導体ベタパターン(図2の3bに相当する部分)は、配線基板11における配線基板3側の面にて、伝熱部材4´と接続(接触、接合)するための導体(例えば、銅)よりなるベタパターンであり、スルーホール11dと接続されている。導体ベタパターン(図2の3cに相当する部分)は、配線基板11における配線基板2側の面にて、伝熱部材4と接続(接触、接合)するための導体(例えば、銅)よりなるベタパターンであり、スルーホール11dと接続されている。スルーホール11dは、伝熱部材4、4´が配される領域において配線基板11の絶縁体を貫通する管状の導体(例えば、銅)であり、導体ベタパターン(図2の3b、3cに相当する部分)と接続されている。
Similar to the
伝熱部材4´は、半導体パッケージ1から伝熱部材4、配線基板11(スルーホール11d)を介して伝達された熱を配線基板3(スルーホール3d)に向けて伝達する部材である。伝熱部材4´は、配線基板11と配線基板3との間に介在しており、配線基板11及び配線基板3と接続されている。伝熱部材4´には、例えば、弾性変形可能かつ伝熱可能な熱伝導性ゴムを用いることができる。伝熱部材4´に熱伝導性ゴムを用いることで、配線基板11及び配線基板3に密着して、効率よく熱を伝えることができるようになっている。
The
実施例5によれば、実施例1と同様な効果を奏するとともに、配線基板を3段以上スタックした構成にも対応することができる。 According to the fifth embodiment, the same effects as the first embodiment can be obtained, and a configuration in which three or more wiring boards are stacked can be dealt with.
なお、本発明の全開示(請求の範囲及び図面を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせ、または選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲及び図面を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。 It should be noted that the embodiments and examples may be changed and adjusted within the scope of the entire disclosure (including claims and drawings) of the present invention and based on the basic technical concept. Various combinations or selections of various disclosed elements are possible within the scope of the claims of the present invention. That is, the present invention naturally includes various variations and modifications that could be made by those skilled in the art according to the entire disclosure including the claims and the drawings, and the technical idea.
1、10 半導体パッケージ
1a、10a バンプ
2 配線基板(第1配線基板)
2a 電子部品
3 配線基板(第2配線基板)
3a 電子部品
3b、3c 導体ベタパターン
3d スルーホール
3e 配線パターン
3f 絶縁体
3g 伝熱材
4 伝熱部材
4´ 伝熱部材(他の伝熱部材)
5 冷却ファン(放熱手段)
6 コネクタ
6a、6b コネクタ部
7 支柱
8 熱伝導性接着剤
9 ヒートシンク(放熱手段)
11 配線基板(他の配線基板)
11a 電子部品
11d スルーホール(他のスルーホール)
100 電子装置
1, 10
3a Electronic component 3b, 3c
5 Cooling fan (heat dissipation means)
6 Connector 6a, 6b Connector 7 Strut 8 Thermal conductive adhesive 9 Heat sink (Heat dissipation means)
11 Wiring boards (other wiring boards)
11a Electronic component 11d Through hole (other through holes)
100 electronic devices
Claims (10)
前記半導体パッケージを実装する第1配線基板と、
前記第1配線基板の前記半導体パッケージを実装した面から所定の間隔をおいて配置されるとともに1又は複数のスルーホールを有する第2配線基板と、
前記第2配線基板の前記スルーホールと前記半導体パッケージとの間に介在するとともに前記半導体パッケージからの熱を前記スルーホールに伝達する伝熱部材と、
前記第2配線基板における前記伝熱部材側に対する反対側の面にて前記スルーホールからの熱が伝達されるように接着されるとともに、伝達された熱を外部に放出する放熱手段と、
を備えることを特徴とする電子装置。 A semiconductor package as a heat source;
A first wiring board for mounting the semiconductor package;
A second wiring board disposed at a predetermined interval from a surface of the first wiring board on which the semiconductor package is mounted and having one or a plurality of through holes;
A heat transfer member that is interposed between the through hole of the second wiring board and the semiconductor package and transmits heat from the semiconductor package to the through hole;
The second wiring board is bonded so that heat from the through hole is transmitted on the surface opposite to the heat transfer member side of the second wiring board, and heat radiating means for releasing the transmitted heat to the outside,
An electronic device comprising:
前記伝熱部材は、前記第2配線基板の前記スルーホールと前記他の半導体パッケージとの間にも介在するとともに、前記他の半導体パッケージの熱も前記第2配線基板に伝達することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一に記載の電子装置。 In the first wiring board, comprising one or more other semiconductor packages mounted in a region different from the semiconductor package,
The heat transfer member is interposed between the through hole of the second wiring board and the other semiconductor package, and also transfers heat of the other semiconductor package to the second wiring board. The electronic device according to any one of claims 1 to 6.
前記伝熱部材から前記第2配線基板の前記スルーホールに熱が伝達されるように、前記他の伝熱部材が配置され、かつ、前記他の配線基板において他のスルーホールを設けることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一に記載の電子装置。 Between the second wiring board and the heat transfer member, other heat transfer members and other wiring boards are alternately arranged,
The other heat transfer member is disposed so that heat is transferred from the heat transfer member to the through hole of the second wiring board, and another through hole is provided in the other wiring board. An electronic device according to any one of claims 1 to 9.
Priority Applications (1)
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| JP2011026938A JP2012169330A (en) | 2011-02-10 | 2011-02-10 | Electronic device |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9054228B2 (en) | 2013-04-05 | 2015-06-09 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor packages including a heat spreader and methods of forming the same |
| US9564417B2 (en) | 2014-09-24 | 2017-02-07 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Multi-stacked structures of semiconductor packages |
| KR101855996B1 (en) | 2016-02-02 | 2018-05-09 | 박재성 | Slim type main computer |
| CN111373525A (en) * | 2017-12-14 | 2020-07-03 | 株式会社自动网络技术研究所 | Circuit structure and electrical junction box |
| WO2024080270A1 (en) * | 2022-10-14 | 2024-04-18 | 株式会社村田製作所 | Electronic device |
-
2011
- 2011-02-10 JP JP2011026938A patent/JP2012169330A/en not_active Withdrawn
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