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JP-2026077281-A - 電子装置、及び電子装置の組立方法

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Abstract

【課題】半導体から発生した熱を効率的に放散させることができ、且つ、小型・軽量化された電子装置を提供する。 【解決手段】電子装置１０は、筐体２０と、基板３１と、半導体３３と、冷媒流路構造体と、第１の凸部５３と、第２の凹部２３１と、を備える。第１の凸部は、冷媒流路構造体に設けられている。第２の凹部は、筐体の第１の凸部に対応する位置に設けられており、第２の凹部の表面が第１の凸部の表面から離間して第１の凸部に嵌合する。 【選択図】図１

Inventors

  • 三宅 敏広

Assignees

  • 株式会社デンソー

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20241025

Claims (14)

  1. 開口部（２６）が形成されている筐体（２０）と、 前記筐体内に配置されている基板（３１）と、 前記基板に実装され、前記筐体内に配置されている半導体（３３）と、 冷媒が内部を流れる冷媒流路構造体（２００）であって、前記半導体の上側に配置された冷媒流路構造体と、 前記冷媒流路構造体に設けられている第１の凸部（５３）又は第１の凹部（５３）と、 前記筐体の前記第１の凸部に対応する位置に設けられている第２の凹部（２３１）であって、前記第２の凹部の表面が前記第１の凸部の表面から離間して前記第１の凸部に嵌合するように構成された第２の凹部、又は、前記筐体の前記第１の凹部に対応する位置に設けられている第２の凸部（２３１）であって、前記第２の凸部の表面が前記第１の凹部の表面から離間して前記第１の凹部に嵌合するように構成された第２の凸部と、を備える、 電子装置。
  2. 前記冷媒流路構造体（２００）は、前記冷媒が流れる流路を有する複数の構造体（５０，６０）と、前記複数の構造体の前記流路を互いに接続する接続部材（７１，７２）と、を備え、 前記複数の構造体は、前記筐体外に配置される第１の構造体（５０）と、前記筐体内に配置される第２の構造体（６０）と、を含む、 請求項１に記載の電子装置。
  3. 前記第１の構造体（５０）は、前記開口部（２６）よりも大きく、前記開口部を覆う、 請求項２に記載の電子装置。
  4. 前記筐体（２０）と前記冷媒流路構造体（２００）は、同じ金属材料で形成されている、 請求項１又は２に記載の電子装置。
  5. 前記第１の凸部（５３）又は前記第１の凹部（５３）は、前記冷媒流路構造体（２００）と一体に形成されており、且つ／又は、前記第２の凹部（２３１）又は前記第２の凸部（２３１）は、前記筐体（２０）と一体に形成されている、 請求項１又は２に記載の電子装置。
  6. 前記半導体（３３）と前記冷媒流路構造体（２００）との間に配置された接着層（８０）を更に備える、 請求項１又は２に記載の電子装置。
  7. 前記第１の凸部（５３）と前記第２の凹部（２３１）との間、又は、前記第１の凹部（５３）と前記第２の凸部（２３１）との間に配置されたシール材（９０）を更に備える、 請求項６に記載の電子装置。
  8. 前記接着層（８０）は、シリコン樹脂又はエポキシ樹脂である、 請求項６に記載の電子装置。
  9. 前記シール材（９０）は、シリコン樹脂又はエポキシ樹脂である、 請求項７に記載の電子装置。
  10. 前記シール材（９０）は、金属である、 請求項７に記載の電子装置。
  11. 前記接着層（８０）の厚さは、前記シール材（９０）の厚さよりも小さく、 前記接着層の弾性率は、前記シール材の弾性率よりも大きい、 請求項７に記載の電子装置。
  12. 前記開口部（２６）は、前記筐体（２０）の上端（２２）に囲まれており、 前記第１の構造体（５０）は、前記筐体の内側に向いた内表面（５５）と、前記内表面の反対側の外表面（５４）とを有し、 前記第１の凸部（５３）又は前記第１の凹部（５３）は、前記内表面上に設けられており、 前記第２の凹部（２３１）又は前記第２の凸部（２３１）は、前記上端に設けられている、 請求項３に記載の電子装置。
  13. 第１の構造体（５０）と第２の構造体（６０）とを含む複数の構造体のうちの少なくとも前記第２の構造体を半導体（３３）に取り付け、 少なくとも前記第２の構造体が取り付けられた前記半導体を基板（３１）に実装し、 前記半導体が実装された前記基板を、筐体（２０）の開口部（２６）から挿入して前記筐体の内部に配置し、 前記複数の構造体の各々が有する冷媒が流れる流路（５１，５２，６１，６２）を互いに接続するとともに、（ｉ）前記第１の構造体の第１の凸部（５３）を、前記第１の凸部の表面が前記筐体の第２の凹部（２３１）の表面から離間するように前記第２の凹部に嵌合させる、又は、（ｉｉ）前記第１の構造体の第１の凹部（５３）を、前記第１の凹部の表面が前記筐体の第２の凸部（２３１）の表面から離間するように前記第２の凸部に嵌合させる、 電子装置の組立方法。
  14. 半導体（３３）を基板（３１）に実装し、 前記基板に実装された前記半導体に、第１の構造体（５０）と第２の構造体（６０）とを含む複数の構造体のうちの少なくとも前記第２の構造体を取り付け、 前記半導体が実装された前記基板を、筐体（２０）の開口部（２６）から挿入して前記筐体の内部に配置し、 前記複数の構造体の各々が有する冷媒が流れる流路（５１，５２，６１，６２）を互いに接続するとともに、（ｉ）前記第１の構造体の第１の凸部（５３）を、前記第１の凸部の表面が前記筐体の第２の凹部（２３１）の表面から離間するように前記第２の凹部に嵌合させる、又は、（ｉｉ）前記第１の構造体の第１の凹部（５３）を、前記第１の凹部の表面が前記筐体の第２の凸部（２３１）の表面から離間するように前記第２の凸部に嵌合させる、 電子装置の組立方法。

Description

本開示は、電子装置及びその組立方法に関する。 特許文献１に記載の電子部品ユニットは、基板と、基板の表面に実装される半導体パッケージと、半導体パッケージ上に設置される押さえ板を有するヒートシンクと、基板の裏面に配置される補強板と、を備える。上記電子部品ユニットでは、補強板の隅部と押さえ板の隅部とを締結具で締め付けることにより、半導体パッケージをヒートシンクに押し付けて固定している。 特開２０１４－１６５２３１号公報 第１及び第２実施形態に係る電子装置の断面を模式的に示す図である。図２Ａは、第１及び第２実施形態に係る第２の構造体及び接続部材を模式的に示す図である。図２Ｂは、第１及び第２実施形態に係る筐体を模式的に示す図である。図３Ａは、第２の構造体の接続管を模式的に示す図である。図３Ｂは、第１の構造体の接続管を模式的に示す図である。図４Ａ～４Ｄは、筐体の凹部と第１の構造体の凸部との嵌合を模式的に示す図である。別の実施形態に係る筐体の凸部と第１の構造体の凹部の嵌合を模式的に示す図である。第１実施形態に係る電子装置の組立方法を模式的に示す図である。第２実施形態に係る電子装置の組立方法を模式的に示す図である。 （第１実施形態） ＜１－１．電子装置の構成＞ 図１、２Ａ及び２Ｂを参照して、本実施形態に係る電子装置１０の構成について説明する。電子装置１０は、筐体２０と、基板３１と、半導体３３と、冷媒流路構造体２００と、第１嵌合部５３と、第２嵌合部２３１と、接着層８０と、シール材９０と、を備える。 筐体２０は、アルミ、アルミ合金、銅、銅合金等の金属材料で規制されている。筐体２０は、上部が開口した直方形状を有する。筐体２０は、４つの側面２１と、底面２５と、４つの取付部２２と、を備え、開口部２６が形成されている。底面２５は、開口部２６と対向している。４つの取付部２２は、板状の部材であり、底面２５付近に配置されている。図２Ｂに示すように、４つの取付部２２は、筐体２０の４つの隅に配置されており、側面２１に対して垂直に接続されている。４つの側面２１の各々は、上端２３を有する。上端２３で囲まれた領域が開口部２６に相当する。 基板３１は、筐体２０の開口部２６よりも小さく、筐体２０の内部に収容され、取付部２２に取り付けられる。本実施形態では、基板３１は、取付部２２に螺子止めされる。 半導体３３は、インターポーザ３３３と、複数のチップ３１１，３１２とを備える。複数のチップ３１１，３１２は、インターポーザ３３３に実装されている。インターポーザ３３３は、複数のチップ３１１，３１２の間を電気的に接続する配線、複数のチップ３１１，３１２の各々と基板３１との間を電気的に接続する配線等を含む。インターポーザ３３３と基板３１の間には、複数のはんだボール３２が配置されている。複数のはんだボール３２は、グリッド状に配置されている。インターポーザ３３３は、複数のはんだボール３２を介して、基板３１に電気的に接続されている。 接着層８０は、半導体３３の上面、すなわち、複数のチップ３１１，３１２の上面に薄く均一に形成されている。接着層８０は、例えば、シリコン樹脂やエポキシ樹脂である。接着層８０には、後述する冷媒流路構造体２００が接着される。接着層８０は、厚さＸ１、弾性率Ｙ１を有する。 接着層８０がシリコン樹脂である場合、半導体３３から冷媒流路構造体２００へ至る放熱経路の耐熱性を高めることができる。接着層８０が高熱伝導率のフィラーを混合したシリコン樹脂またはエポキシ樹脂である場合、放熱経路の放熱性を高めることができる。 冷媒流路構造体２００は、流路と流路入口と流路出口とを有する。流路は、冷媒流路構造体２００の内部に形成されている、冷媒が流れるための経路である。流路入口は、冷媒が外部から冷媒流路構造体２００の内部へ流入するための開口である。流路出口は、冷媒が冷媒流路構造体２００の内部から外部へ流出するための開口である。冷媒は、外部から流路入口を介して流路に流入し、流路を流れ、流路出口を介して外部へ流出する。冷媒は、熱を温度の高い所から低い所へ移動させる流体である。例えば、冷媒は、水である。 冷媒流路構造体２００は、アルミ、アルミ合金、銅、銅合金等の金属材料で形成されている。本実施形態では、冷媒流路構造体２００は、筐体２０と同じ金属材料で形成されている。これにより、熱サイクルの環境下で、筐体２０と冷媒流路構造体２００の熱膨張係数の違いから発生する熱応力が低減される。ここでの熱サイクルは、後述する半導体３３から発生する熱により、筐体２０、冷媒流路構造体２００、半導体３３及び基板３１が、加熱して膨張し、放熱して元に戻る変化のことである。 冷媒流路構造体２００は、半導体３３の上側（すなわち、複数のチップ３１１，３１２の上側）に配置される。冷媒流路構造体２００は、一部が筐体２０の内側に配置され、別の筐体２０の上部の開口を覆うように、筐体２０の外側に配置される。すなわち、冷媒流路構造体２００は、筐体２０の蓋として機能する。 詳しくは、冷媒流路構造体２００は、複数の構造体と、接続部材７１，７２と、を備える。複数の構造体の各々は、内部に冷媒が流れる流路を有する。接続部材７１，７２は、複数の構造体の流路が冷媒流路構造体２００の入口及び出口に繋がるように、複数の構造体の流路を互いに接続する。本実施形態では、複数の構造体は、第１の構造体５０と、第２の構造体６０と、を含む。第１の構造体５０は、筐体２０の外側に配置され、第２の構造体６０は、筐体２０の内側に配置される。 第１の構造体５０は、筐体２０の開口部２６よりも大きく、開口部２６を覆って筐体２０の蓋として機能する。第１の構造体５０は、直方形状を有し、流体入口及び流体出口と流路とが形成されている。第１の構造体５０は、内表面５５と、外表面５４と、第１の出口５１と、第１の入口５２と、を備える。筐体２０に冷媒流路構造体２００が取り付けられた場合に、内表面５５は筐体２０の内側へ向き、外表面５４は筐体２０の外側へ向く。外表面５４と内表面５５との間に流路が形成されている。 第１の出口５１は、円筒形状を有し、内表面５５上に設置されている。第１の入口５２は、円筒形状を有し、第１の出口５１から離れて内表面５５上に設置されている。第１の入口５２の長さは、第１の出口５１の長さと同一である。第１の出口５１及び第１の入口５２は、第１の構造体５０の流路の一部であり、内表面５５を貫通して、第１の構造体５０内の流路と通じている。 第２の構造体６０は、筐体２０の開口部２６よりも小さく、基板３１よりも小さい。第２の構造体６０は、直方形状を有している。第２の構造体６０は、第１の面６３と、第２の面６４と、第２の入口６１と、第２の出口６２と、を備える。筐体２０に冷媒流路構造体２００が取り付けられた場合に、第１の面６３は第１の構造体５０に向き、第２の面６４は半導体３３に向く。第１の面６３と第２の面６４との間に流路が形成されている。第２の構造体６０は、第２の面６４が接着層８０に接触するように配置される。これにより、第２の面６４は、接着層８０を介して半導体３３の上面に接合される。 第２の入口６１は、円筒形状を有し、第１の面６３上に設置されている。第２の入口６１の径は、第１の出口５１の径と同一である。第２の出口６２は、円筒形状を有し、第２の入口６１から離れて第１の面６３上に設置されている。第２の入口６１及び第２の出口６２は、第２の構造体６０の流路の一部であり、第１の面６３を貫通して、第２の構造体６０内の流路と通じている。第２の出口６２の長さは、第２の入口６１の長さと同一である。第２の出口６２の径は、第１の入口５２の径と同一である。また、第２の入口６１と第２の出口６２の間の距離は、第１の出口５１と第１の入口５２の間の距離と同一である。第１の出口５１は第２の入口６１と接続し、第１の入口５２は第２の出口６２と接続する。 詳しくは、接続部材７１により、第１の出口５１は第２の入口６１に接続される。また、接続部材７２により、第１の入口５２は第２の出口６２に接続される。接続部材７１，７２は、ゴム製のチューブや管である。接続部材７１の長さは、第１の出口５１の長さと第２の入口６１の長さの合計と略同一である。接続部材７２の長さは、第１の入口５２と第２の出口６２の長さの合計と略同一である。 図３Ｂに示すように、接続部材７１の内径は、第１の出口５１及び第２の入口６１の外径と略同一である。接続部材７２の内径は、第１の入口５２及び第２の出口６２の外径と略同一である。接続部材７１は、第１の出口５１の外表面が接続部材７１の内表面に接するように、第１の出口５１に接続される。接続部材７２は、第１の入口５２の外表面が接続部材７２の内表面に接するように、第１の入口５２に接続される。接続部材７１，７２は、ワンプッシュで接続することができる器具を用いて、第１の出口５１及び第１の入口５２に接続されてもよい。そして、接続部材７１に第２の入口６１が挿入され、接続部材７２に第２の出口６２が挿入される。これにより、第１の構造体５０の流路が、第２の構造体６０の流路に接続される。 したがって、冷媒は、流路入口から第１の構造体５０の流路へ流入し、第１の構造体５０の流路を流れる。そして、冷媒は、第１の出口５１から流出し、第２の入口６１から第２の構造体６０の流路へ流入して、第２の構造体６０の流路を流れる。さらに、冷媒は、第２の出口６２から流出し、第１の入口５２から第１の構造体５０の流路へ戻り、第１の構造体５０の流路を流れて、流路出口から流出する。 なお、別の実施形態では、冷媒流路構造体２００は、筐体２０と異なる金属材料で形成されていてもよい。また、別の実施形態では、電子装置１０は、半導体３３と冷媒流路構造体２００との間に配置された接着層８０を備えていなくてもよい。この場合、第２の構造体６０は、第２の面６４が半導体３３の上面に接するように半導体３３上に載置されてもよい。 また、別の実施形態では、第１の構造体５０と第２の構造体６０が一体であってもよい。すなわち、冷媒流路構造体２００は、単一の構造体であってもよい。あるいは、冷媒流路構造体２００は、３個以上の構造体を有し、第１の構造体５０と第２の構造体６０との間に、あるいは／加えて、第２の構造体６０の上側に、１つ以上の構造体が接続されていてもよい。 第１嵌合部５３は、第１の構造体５０に設けられている。図２Ａに示すように、第１嵌合部５３は、第１の構造体５０の内表面５５に設けられている。詳しくは、第１嵌合部５３は、内表面５５の外縁の内側に、外縁に沿って設けられている。本実施形態において、第１嵌合部５３は、内表面５５から突出した凸部として形成されている。本実施形態では、第１嵌合部５３は、本開示の第１の凸部に相当する。 また、本実施形態では、第１嵌合部５３は、冷媒流路構造体２００、具体的には第１の構造体５０と一体に形成されている。例えば、一つの金型で、第１の構造体５０と第１嵌合部５３が一体に形成されている。これにより、電子装置１０の部品点数が低減される。 なお、別の実施形態では、図５に示すように、第１嵌合部５３は、内表面５５上で凹んだ凹部として形成されてもよい。さらに、別の実施形態では、第１嵌合部５３は、第１の構造体５０とは別体で形成し、内表面５５に接着、ろう付、溶接等により取り付けられてもよい。 第２嵌合部２３１は、半導体３３に冷媒流路構造体２００を接合又は載置した状態において、第１嵌合部５３と対応する筐体２０の位置に設けられている。詳しくは、図２に示すように、上端２３の外縁の内側に、上端２３の外縁に沿って設けられている。 本実施形態において、第２嵌合部２３１は、第１嵌合部５３に対応する凹部として形成されている。本実施形態では、第２嵌合部２３１は、本開示の第２の凹部に対応する。 また、本実施形態では、第２嵌