(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子アセンブリであって、
接地平面(60)を含む複数の層から形成されたマザーボード(12)を備え、
前記マザーボード(12)上にあって前記接地平面(60)に電気的に接続された第１のヒート・パイプ接地パッド(64)を備え、
前記マザーボード(12)に実装された半導体ダイ(20)を備え、
蒸発器側部分(34)およびそれから離間した凝縮器側部分(36)を有する平坦なヒート・パイプ(22)を備え、前記ヒート・パイプ(22)は、それの前記蒸発器側部分(34)が前記半導体ダイ(20)に対してそれからの発生熱を受けるように位置され且つ、前記マザーボード(12)の片方側に平行平面状に配設され、そして前記ヒート・パイプ(22)は、それの下半部(70)および上半部(72)によって定まる空洞(76)を有し、下半部(70)および上半部(72)の一方には、他方に向かう窪みをなすシート部があり、
前記凝縮器側部分(36)の近傍において前記ヒート・パイプ(22)を前記マザーボードへと接地し且つ固定して、前記ヒート・パイプを支持するヒート・パイプ取り付け機構(26)を備え、そのヒート・パイプ取り付け機構(26)には、前記ヒート・パイプと前記マザーボードの片方側との間に位置された金属製接地コンポーネント(42)が含まれ、その接地コンポーネント(42)には、上部接地端子側終端(44)と下部接地端子側終端(46)およびそれら間の導電部(48)が含まれ、その上部接地端子側終端(44)は前記ヒート・パイプ(22)の下半部(70)のシート部に接触し、その下部接地端子側終端(46)は前記マザーボード(12)の前記接地平面(60)の接地パッド(64)に接触している、
ことを特徴とする電子アセンブリ。
【請求項２】
電子アセンブリであって、
接地平面(60)を含む複数の層から形成されたマザーボード(12)を備え、
前記マザーボード(12)上にあって前記接地平面(60)に電気的に接続された第１のヒート・パイプ接地パッド(64)を備え、
前記マザーボード(12)に実装された半導体ダイ(20)を備え、
蒸発器側部分(34)およびそれから離間した凝縮器側部分(36)を有する平坦なヒート・パイプ(22)を備え、前記ヒート・パイプ(22)は、それの前記蒸発器側部分(34)が前記半導体ダイ(20)に対してそれからの発生熱を受けるように位置され且つ、前記マザーボード(12)の片方側に平行平面状に配設されており、
前記ヒート・パイプ(22)の凝縮器側部分(36)を前記半導体ダイ(20)へと接地するヒート・パイプ締め付け機構(24)を備え、その締め付け機構(24)は、金属製のプレート・クランプ(114)および複数のクランプ・スタンドオフ・コンポーネント(112)を含み、そのプレート・クランプ(114)はヒート・パイプ接点(140)をなす凹みを含み、それらのクランプ・スタンドオフ・コンポーネント(112)は、前記プレート・クランプ(114)を、それのヒート・パイプ接点(140)で前記ヒート・パイプ(22)の上表面に、前記半導体ダイ(20)の上方において接する配置に固定し、各クランプ・スタンドオフ・コンポーネント(112)には、前記プレート・クランプ(114)に接する上部接地端子(128)と、前記マザーボード(12)の片方側に形成されて前記接地平面(60)に接続したクランプ接地パッド(132)に接する下部接地端子(130)とがあり、
前記ヒート・パイプ接点(140)と前記半導体ダイ(20)との間の位置で、前記蒸発器側部分(34)の内部に配設されたインサート(142)にして、前記ヒート・パイプ接点(140)による締め付け力により前記ヒート・パイプ(22)が凹むことを防止するインサート(142)を備える、
ことを特徴とする電子アセンブリ。
【請求項３】
請求項２に記載の電子アセンブリであって、
前記凝縮器側部分(36)の近傍において前記ヒート・パイプ(22)を前記マザーボードへと接地し且つ固定して、前記ヒート・パイプを支持するヒート・パイプ取り付け機構(26)を備え、
そのヒート・パイプ取り付け機構(26)には、前記ヒート・パイプと前記マザーボードの片方側との間に位置された金属製接地コンポーネント(42)が含まれ、その接地コンポーネント(42)には、上部接地端子側終端(44)と下部接地端子側終端(46)およびそれら間の導電部(48)が含まれ、その上部接地端子側終端(44)は前記ヒート・パイプ(22)の下半部(70)のシート部に接触し、その下部接地端子側終端(46)は前記マザーボード(12)の前記接地平面(60)の接地パッド(64)に接触している、
ことを特徴とする電子アセンブリ。
【請求項４】
請求項２または３に記載の電子アセンブリであって、前記凝縮器側部分(36)の近傍において、前記ヒート・パイプ(22)と前記マザーボード(12)との間の位置で、ファン・アセンブリ(28)から排出される空気を受けるよう取り付けられた金属製のフィン(30)を備える、ことを特徴とする電子アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
１）発明の分野
本発明は半導体ダイを冷却するヒート・パイプを有する電子アセンブリに関する。
【０００２】
２）関連技術の説明
集積回路は半導体基板上に製造され、後に一つの半導体ダイとして単一化される。次にこのようなダイはパッケージ基板に実装され、その後、コンピュータのマザーボードに取り付けられる。
【０００３】
電流が半導体ダイを流れると、半導体ダイは熱を発生する。ヒート・パイプの蒸発器側端部を半導体ダイに隣接して配置し、ヒート・パイプの凝縮器側端部をダイから離間して配置する。熱は半導体ダイから蒸発器側端部へ伝導されて蒸発器側端部の液体は気化する。気化した液体は次に凝縮器側端部へと流れ、そこで気化した液体が再び凝縮する。液化した液体は次にウィッキング層を経て蒸発器側端部に還流し、再び気化する。
【０００４】
従来形の電子アセンブリの多くは、特にヒート・パイプの凝縮器側端部からの熱を効率よく伝導できない。従来形の電子アセンブリではヒート・パイプの適正な構造上の完全性も得られない。また、従来形のシステムにはヒート・パイプから放射する電磁放射を発生する傾向がある。
【０００５】
本発明を添付図面を参照して説明する。
【０００６】
（発明の詳細な説明）
添付図面中、図１はマザーボード１２、ソケット１４、パッケージ基板１６、半導体ダイ２０、金属製ヒート・パイプ２２、ヒート・パイプ／ダイ締め付け機構２４、ヒート・パイプ／マザーボートの５個の取り付け機構２６、ファン・アセンブリ２８、およびフィン３０を含む本発明の実施形態による電子アセンブリ１０を示している。
【０００７】
ソケット１４はマザーボード１２に取り付けられている。ダイ２０はパッケージ基板１６に取り付けられている。パッケージ基板１６はソケット１４に取り付けられることによって、バッケージ基板１６とダイ２０がマザーボード１２に実装される。
【０００８】
ヒート・パイプ２２は幅（Ｗ）と高さ（Ｈ）を有する平坦なヒート・パイプであり、幅Ｗと高さＨの比は約２０である。ヒート・パイプ２２は蒸発器側端部３４から凝縮器側端部３６へと伸びている。ヒート・パイプ２２は蒸発器側端部３４と凝縮器側端部３６との間にエルボ３８を有する「Ｌ字」形である。蒸発器側端部３４はダイ２０の近傍に配置され、機構２４によってダイ２０へと締め付けられている。エルボ３８と凝縮器側端部３６はダイ２０から離間して配置され、機構２６によってマザーボード１２に固定されている。
【０００９】
図２に示すように、各々の機構２６はそれぞれの金属製ヒート・パイプ・スタンドオフおよび接地コンポーネント４２と、それぞれの上部金属製ヒート・パイプ・ファスナねじ４４と、それぞれの下部金属製ヒート・パイプ・ファスナねじ４６とを含んでいる。コンポーネント４２は上部接地端子側終端４４と、下部接地端子側終端４６と、電流が接地端子側終端４４と４６との間を導通することができる導電部４８とを有している。ねじ山付きの開口部５０はコンポーネント４２を貫いて接地端子側終端４４から接地端子側終端４６へと形成されている。各々のファスナねじ４４または４６はそれぞれのヘッド５４と、該ヘッド５４に取り付けられたそれぞれのシャンク５６とを含んでいる。ねじ山５８がシャンク５６に形成されている。
【００１０】
マザーボード１２は他の層６２の間に挟まれた接地平面６０を含んでいる。マザーボード１２上には多数のヒート・パイプ接地パッド６４が形成されている。各々のヒート・パイプ接地パッド６４はそれぞれの機構２６と位置合わせされている。各ヒート・パイプ接地パッド６４は接地平面６０に連結されている。
【００１１】
ヒート・パイプ２２は下半部７０と上半部７２とから形成されている。上半部７２と下半部７０とは互いのエッジ７４で溶接されている。上半部７２と下半部７０とは共同でヒート・パイプの空洞７６を形成している。
【００１２】
下半部７０は上半部７２の方向に窪みを有するシート部７４を有し、また上半部７２は下半部７０の方向に窪みを有するシート部７６を有している。シート部７６と７４は互いに接触し、かつ当接して配置されている。シート部７４は接地接点とシート８０を形成する下表面を有し、シート部７６はシート８２を形成する上表面を有している。シート部７４と７６を貫いて一対のファスナ開口部８４が形成されている。同様に、複数のシート８０および８２がヒート・パイプ２２の全長に沿って形成され、それぞれの対のファスナ開口部は機構２６のそれぞれ１つと位置合わせされている。
【００１３】
フィン３０は金属のシート９０で形成されている。シート９０は隣接する複数個の条片９２を有している。条片９２は互いに折り重ねられたファンである。それそれのギャップ９４が隣接する条片９２の間に形成されている。それぞれ一対の条片９２がそれぞれのフィン３０を形成している。
【００１４】
図３に示すように、シート９０は凝縮器側端部４６の下半部７０の下表面の近傍に位置している。このシートは複数箇所ではんだ９６で下半部７０に取り付けられている。
【００１５】
部分的に組み立てた後の図２のコンポーネントを図４に示している。コンポーネント４２の接地端子側終端４６はヒート・パイプ接地パッド６４の上部に位置している。下半部７０のシート８０はコンポーネント４２の接地端子側終端４４の上に位置している。上部ヒート・パイプ・ファスナ４４のシャンク５６はファスナ開口部８４を通して挿入され、そのねじ山５８はねじ山付き開口部５０の上部と螺合する。そのヘッド５４はシート８２上に置かれている。上半部および下半部７２、７０は、シート部７４、７６が既に互いに接触しているので、ファスナねじ４４がねじ山付きの開口部５０内にねじ込まれる際に互いに凹むことが防止される。それによって、ファスナねじ４４がねじ山付きの開口部５０内にねじ込まれる際のヒート・パイプ２２への損傷が防止される。
【００１６】
下部ファスナねじ４６のシャンク５６は開口部１００を通してマザーボード１２内に挿入され、そのねじ山５８はねじ山付き開口部５０の下部と螺合する。ヘッド４６はマザーボード１２の下表面に当接して配置される。ヒート・パイプ２２はコンポーネント４２とファスナねじ４４、４６を用いてマザーボード１２に固定される。コンポーネント４２とヒート・パイプ接地パッド６４とを経てヒート・パイプ２２からの経路をたどることによって、ヒート・パイプ２２と接地平面６０間の電流の導通が可能になる。
【００１７】
再び図１を参照すると、機構２６の１つはフィン３０を貫いて配置されている。さらに２個の機構２６がフィン３０の両側の凝縮器側端部に位置している。機構２６の１つはエルボ３８に位置している。機構２６のもう１つはエルボ３８とダイ２０との間に位置している。ヒート・パイプ２２全体がマザーボード１２の上方、高くされた位置に５個の機構２６によって支持されている。
【００１８】
ファン・アセンブリ２８はファン・ハウジング１０２と、ファン・ハウジング１０２内に回動自在に取り付けられたファン１０４とを含んでいる。ファン・ハウジング１０２は吸込口１０６と吐出口１０８とを含んでいる。ファン１０４の回転によって空気は吸込口１０６内に引き込まれ、吐出口１０８から排出される。ファン・ハウジング１０２は吐出口１０８から排出された空気がフィン３０を通過するマザーボード１２の位置に取り付けられている。
【００１９】
ここで機構２４をさらに説明するために図１と図５を参照する。機構２４は４個のクランプ・スタンドオフ・コンポーネント１１２と、プレート・クランプ１１４と、４個の上部クランプ・ファスナねじ１１６と、４個の下部クランプ・ファスナねじ１１８とを含んでいる。（下部クランプ・ファスナねじ１１８の１つが図５に示されている。）
【００２０】
各々のクランプ・スタンドオフ・コンポーネント１１２はベース１２２と、向き合っているスタンドオフ部１２４とを有している。ねじ山付き開口部１２６はクランプ・スタンドオフ・コンポーネント１１２を貫いて長手方向に形成されている。スタンドオフ部の上部表面は上部接地端子１２８を形成している。ベース１２２の下表面は下部接地端子１３０を形成している。
【００２１】
４個のクランプ接地パッド１３２がマザーボード１２の上表面に形成されている。各々のクランプ接地パッド１３２は接地平面６０に連結されている。クランプ接地パッド１３２はソケット１４のコーナーに隣接した位置にある。各々のクランプ・スタンドオフ・コンポーネント１１２はそれぞれの下部接地端子１３０と共にそれぞれのクランプ接地パッド１３２上に配置される。
【００２２】
マザーボード１１２の下表面の近傍に下部電磁放射シールド１３４が配置され、それぞれの下部クランプ・ファスナ・スクリュー１１２がシールド１３４内の開口部を通して挿入され、ねじ山付き開口部１２６の下部に固定される。それぞれの下部クランプねじ１１８がそれぞれのクランプ・スタンドオフ・コンポーネント１１２に固定される態様は、図２の下部ファスナねじ４６がコンポーネント４２に固定される態様と同様である。
【００２３】
プレート・クランプ１１４は中央領域を有しており、微小窪みがヒート・パイプ接点１４０を形成している。４つのクランプ・接地接点開口部１４１がプレート・クランプ１１４を貫いて形成され、各々がプレート・クランプ１１４のそれぞれのコーナーにある。
【００２４】
プレート・クランプ１１４はヒート・パイプ接点１４０と共に、ダイ２０の真上のヒート・パイプ２２の上表面の近傍に配置される。それぞれのクランプ・接地接点開口部１４１はそれぞれのクランプ・スタンドオフ・コンポーネント１１２内のそれぞれのねじ山付き開口部１２６と位置合わせされる。次に、それぞれの上部クランプ・ファスナねじ１１６がそれぞれのクランプ・接地接点開口部１４１に挿入される。上部クランプ・ファスナねじ１１６のヘッドはプレート・クランプ１１４の上方に配置され、上部クランプ・ファスナねじ１１６のシャンクはねじ山付き開口部１２６の上部と螺合する。このようにプレート・クランプ１１４はクランプ・スタンドオフ・コンポーネント１１２、上部ファスナねじ１１６に固定される。
【００２５】
プレート・クランプ１１４、上部ファスナねじ１１６、およびクランプ・スタンドオフ・コンポーネント１１２は全て金属製であり、したがって導電性である。プレート・クランプ１１４から上部クランプ・ファスナねじ１１６、クランプ・スタンドオフ・コンポーネント１１２、およびクランプ接地パッド１３２を経た経路をたどることによって、プレート・クランプ１１４と接地平面６０間の電流の導通が可能である。
【００２６】
プレート・クランプ１１４の下表面と接地端子１２８との間にはある程度の隙間が設けられているので、上部クランプ・ファスナねじ１１６がクランプ・スタンドオフ・コンポーネント１１２内にねじ込まれると、プレート・クランプ１１４のコーナーは下方に凹む。プレート・クランプ１１４の凹みは、ヒート・パイプ接点１４０によってヒート・パイプ２２の上表面に加えられる締め付けばね力Ｆ１に抗して生ずる凹みである。ダイ２０によってヒート・パイプ２２の下表面に同一の逆向きの力Ｆ２が加えられる。力Ｆ１によってヒート・パイプ接点１４０とヒート・パイプ２２との間の良好な電気的接触が確実にされるので、ヒート・パイプ２２とプレート・クランプ１１４間の電流の導通が可能になる。
【００２７】
力Ｆ１とＦ２はヒートハイプ２２を凹ませる傾向があり、ひいてはダイ２０およびヒート・パイプ接点１４０の領域でヒート・パイプ２２内の空洞７６の寸法を縮小させる傾向がある。インサート１４２がダイ２０とヒート・パイプ接点１４０との間の位置でヒート・パイプ２２の空洞７６内に配置される。インサート１４２はヒート・パイプ２２の上半部７２の近傍に上表面を有し、またヒート・パイプ２２の下半部７０の近傍に下表面を有している。インサート１４２は上半部１７２が下半部１７４の方向に移動することを防止し、ひいては空洞７６の寸法を保持する。
【００２８】
図６に示すように、インサート１４２は４つの細長い部材１４４を含んでいる。細長い部材１４４の端部は共通の位置１４６で連結され、共通の位置１４６から延びて十字を形成する。ヒート・パイプ２２は長手方向１４８に延び、インサート１４２は長手方向１４８に延びるヒート・パイプ２２の両側のエッジ１５０間のほぼ中央に位置している。液体はインサート１４２の周囲を完全に流れることができる。インサート１４２は熱伝導性金属からなっている。ダイ２０の比較的大きい部分はインサート１４２によって覆われない。
【００２９】
使用時には、電流がダイ２０に流れるとダイは熱を発生する。熱はヒート・パイプ２２の蒸発器側端部３４へと伝導される。熱は蒸発器側端部３４のヒート・パイプ２２の内表面のウィッキング層（図示せず）上の液体を気化する。気化された液体は次に蒸発器側端部３４から凝縮器側端部３６（図１）へと流れる。熱は凝縮器側端部３６からフィン３０へと伝導される。ファン・アセンブリ７８からフィン３０の上方へと吹き込まれる空気は熱を周囲に対流させる。
【００３０】
凝縮器側端部３６からの熱伝導によって気化した液体がウィッキング層上に凝縮する。凝縮した液体は次に凝縮器側端部３６から蒸発器側端部３４へと還流し、その後、凝縮した液体は再び気化する。
【００３１】
ダイ２０の動作によって電磁放射も放射される。電磁放射によってヒート・パイプ２２内に交流電流が発生する。ヒート・パイプ２２を接地しないと、内部の交流電流によってヒート・パイプ２２から周囲領域ヘの電磁放射の放射を誘発することがある。ヒート・パイプ２２からのこのような電磁放射は、近傍のコンポーネントの機能を妨害することがあるので、また法律的な理由から好ましくないであろう。
【００３２】
しかし、ヒート・パイプ２２内の交流電流は、一方では接地ソケット（図示せず）に接続できる接地平面６０へと導通される。ヒート・パイプ２２は接地されているので、交流電流によってヒート・パイプ２２からの電磁放射が誘発されることはない。蒸発器側端部３４はプレート・クランプ１１４、クランプ・スタンドオフ・コンポーネント１１２、およびクランプ接地パッド１３２を経て接地される。エルボ３８および凝縮器側端部３６を含むヒート・パイプ２２の他の部分はそれぞれの機構２６を経てヒート・パイプ接地パッド６４のそれぞれへと接地される（図１、２および４）。
【００３３】
このように、電子アセンブリ１０はヒート・パイプ２２を使用してダイ２０を冷却することが分かる。ヒート・パイプ２２の構造上の完全性はインサート１４２によって、またシート部７４および７６が互いに接触することで確保される。ヒート・パイプ２２を流れる交流電流はヒート・パイプ２２の様々な位置で接地されて、電磁放射が最小限にされる。
【００３４】
これまである実施形態を説明し、添付図面に示してきたが、このような実施形態は説明のために過ぎず、本発明を限定するものではないこと、および当業者には修正が可能であるので、本発明は図示し、説明した特定の構造および構成に限定されるものではないことが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態による電子アセンブリの透視図である。
【図２】  電子アセンブリの一部の分解透視図である。
【図３】  電子アセンブリのフィンを形成するために使用される材料のシートの端面図であり、シートは電子アセンブリのヒート・パイプに溶接されている。
【図４】  一部を組み立てた後の図３と同様の図面である。
【図５】  図１の５−５線に沿った側面断面図である。
【図６】  図５の６−６線に沿った断面平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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