JPH0612795B2 - 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Info
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- JPH0612795B2 JPH0612795B2 JP1287926A JP28792689A JPH0612795B2 JP H0612795 B2 JPH0612795 B2 JP H0612795B2 JP 1287926 A JP1287926 A JP 1287926A JP 28792689 A JP28792689 A JP 28792689A JP H0612795 B2 JPH0612795 B2 JP H0612795B2
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- Japan
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- heat sink
- chip module
- cap
- cooling structure
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- H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
- H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
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- H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
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- H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
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- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、マルチチップモジュールの冷却構造に係り、
特に、超高速で動作する高密度実装されたコンピュータ
等の電子装置に使用するマルチチップモジュールの冷却
構造に関する。
特に、超高速で動作する高密度実装されたコンピュータ
等の電子装置に使用するマルチチップモジュールの冷却
構造に関する。
［従来の技術］ 一般に、高密度実装されたマツチチップモジュールは、
その発熱量が大きいので何らかの手段により冷却する必
要がある。この冷却は、通常、ビス止め等の手段によ
り、モジュールキャップ上にヒートシンクを取り付ける
ことにより行われている。
その発熱量が大きいので何らかの手段により冷却する必
要がある。この冷却は、通常、ビス止め等の手段によ
り、モジュールキャップ上にヒートシンクを取り付ける
ことにより行われている。
このようなマルチチップモジュールの冷却構造に関する
従来技術として、例えば、特願平１−１０１７１７号と
して提案した技術があるが、モジュールに対するヒート
シンクの取り付けに関しては明示されておらず、確立し
た構造は知られていない。
従来技術として、例えば、特願平１−１０１７１７号と
して提案した技術があるが、モジュールに対するヒート
シンクの取り付けに関しては明示されておらず、確立し
た構造は知られていない。
［発明が解決しようとする課題］ 従来、モジュールに対するヒートシンクの取り付けに関
して、確立した構造は知られておらず、また、ビス止め
による方法は、キャップ板にある程度以上の厚さを必要
とするという問題点を有し、さらに、複数個所でビス止
めするため、それらの系止力をバランスさせて、キャッ
プ板とヒートシンクとの間に充填される熱伝導グリスを
確実に保持し、グリス内における空気の混入を避けるこ
とが困難であるという問題点を有している。
して、確立した構造は知られておらず、また、ビス止め
による方法は、キャップ板にある程度以上の厚さを必要
とするという問題点を有し、さらに、複数個所でビス止
めするため、それらの系止力をバランスさせて、キャッ
プ板とヒートシンクとの間に充填される熱伝導グリスを
確実に保持し、グリス内における空気の混入を避けるこ
とが困難であるという問題点を有している。
また、一般に、モジュールキャップとヒートシンク間の
熱抵抗は、半導体装置の動作速度、信頼性の向上を図る
ために、極力小さいことが望ましい。このため、モジュ
ールキャップとヒートシンクとの間に、高熱伝導グリス
を使用することが、既に知られている。そして、モジュ
ールに対するヒートシンクの取り付けは、ヒートシンク
の変形、モジュール側の変形、及び、これらの寸法の
“ばらつき”等の吸収を行わなければならず、特に、キ
ャップに熱伝導率のよい窒化アルミニウム等のセラミッ
クスを使用すると、ヒートシンクの取り付け手段が限定
されてしまうという問題点が生じる。
熱抵抗は、半導体装置の動作速度、信頼性の向上を図る
ために、極力小さいことが望ましい。このため、モジュ
ールキャップとヒートシンクとの間に、高熱伝導グリス
を使用することが、既に知られている。そして、モジュ
ールに対するヒートシンクの取り付けは、ヒートシンク
の変形、モジュール側の変形、及び、これらの寸法の
“ばらつき”等の吸収を行わなければならず、特に、キ
ャップに熱伝導率のよい窒化アルミニウム等のセラミッ
クスを使用すると、ヒートシンクの取り付け手段が限定
されてしまうという問題点が生じる。
本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決し、熱伝
導グリスの充填の保持性を長期にわたり保障すると共
に、ヒートシンクに対する外力、冷却液圧力、熱膨張に
対して充分追随可能で、モジュール全体の厚さの“ばら
つき”と、熱による厚さの変動を吸収することのできる
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。
導グリスの充填の保持性を長期にわたり保障すると共
に、ヒートシンクに対する外力、冷却液圧力、熱膨張に
対して充分追随可能で、モジュール全体の厚さの“ばら
つき”と、熱による厚さの変動を吸収することのできる
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。
また、本発明の他の目的は、モジュールを持ち運ぶ場合
に、キャリヤを系止可能で、モジュールを電子装置から
抜去する場合の系止部を備え、かつ、キャップと配線基
板との間の封止用半田に引張応力がかかることのないマ
ツチチップモジュールの冷却構造を提供することにあ
る。
に、キャリヤを系止可能で、モジュールを電子装置から
抜去する場合の系止部を備え、かつ、キャップと配線基
板との間の封止用半田に引張応力がかかることのないマ
ツチチップモジュールの冷却構造を提供することにあ
る。
［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、前記目的は、ヒートシンクと、キャッ
プ及び配線基板とを一体としてクランプし、モジュール
のほぼ中央で、バネ等の手段により、ヒートシンクをキ
ャップ上に押しつけるようにすることにより達成され
る。また、本発明の他の目的は、キャリヤ及び抜去用の
治具を系止する溝を設けることにより達成される。
プ及び配線基板とを一体としてクランプし、モジュール
のほぼ中央で、バネ等の手段により、ヒートシンクをキ
ャップ上に押しつけるようにすることにより達成され
る。また、本発明の他の目的は、キャリヤ及び抜去用の
治具を系止する溝を設けることにより達成される。
［作 用］ ヒートシンクの固定、及び、熱伝導グリスの押し付け構
造として、前述したように、ヒートシンクとキャップ及
び配線基板とを一体に、しかも、その中央が荷重点とな
るようにクランプすることにより、熱伝導グリスの充填
性を確保することができ、同時に、キャップ、ヒートシ
ンク等の熱変形に対しても追随することが可能となる。
また、キャップと配線基板の封止用半田には、常に、強
度的に強いとされている圧縮荷重が加わるため、封止信
頼性を保持することができる。
造として、前述したように、ヒートシンクとキャップ及
び配線基板とを一体に、しかも、その中央が荷重点とな
るようにクランプすることにより、熱伝導グリスの充填
性を確保することができ、同時に、キャップ、ヒートシ
ンク等の熱変形に対しても追随することが可能となる。
また、キャップと配線基板の封止用半田には、常に、強
度的に強いとされている圧縮荷重が加わるため、封止信
頼性を保持することができる。
さらに、前記クランプに、モジュール運搬用及びモジュ
ール抜去用の溝を設けることにより、マルチチップモジ
ュールを、容易に運搬、着脱することが可能となる。
ール抜去用の溝を設けることにより、マルチチップモジ
ュールを、容易に運搬、着脱することが可能となる。
［実施例］ 以下、本発明によるマルチチップモジュールの冷却構造
の実施例を図面により詳細に説明する。
の実施例を図面により詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例を示す平面図、第２図は第１
図のＡ−Ａ断面図、第３図はバネの特性図である。第１
図、第２図において、１は配線基板、２はピン、３はモ
ジュールキャップ、４はヒートシンク、５は冷却液入
口、６は冷却液出口、７は冷却液流路、８は熱伝導グリ
ス、９はクランプ材、１０は板バネ、１１はボルト、１
２はスペーサ、１３はキャリヤ、１７は半田、４１は切
欠き、９１は突起、９２は系止溝である。
図のＡ−Ａ断面図、第３図はバネの特性図である。第１
図、第２図において、１は配線基板、２はピン、３はモ
ジュールキャップ、４はヒートシンク、５は冷却液入
口、６は冷却液出口、７は冷却液流路、８は熱伝導グリ
ス、９はクランプ材、１０は板バネ、１１はボルト、１
２はスペーサ、１３はキャリヤ、１７は半田、４１は切
欠き、９１は突起、９２は系止溝である。
第１図及び第２図に示す本発明の実施例において、ＬＳ
Ｉ等が実装された配線基板１には、半田１７によりモジ
ュールキャップ３が半田付けされている。このモジュー
ルキャップ３は、熱伝導率の良い窒化アルミニウム等で
形成され、その内部にＬＳＩ等の発熱電子部品を気密封
止している。
Ｉ等が実装された配線基板１には、半田１７によりモジ
ュールキャップ３が半田付けされている。このモジュー
ルキャップ３は、熱伝導率の良い窒化アルミニウム等で
形成され、その内部にＬＳＩ等の発熱電子部品を気密封
止している。
このモジュールキャップ３の上には、ヒートシンク４
が、これらの間に熱伝導グリス８を介して、板バネ１０
及び押し付け用スペーサ１２により押し付けられてい
る。
が、これらの間に熱伝導グリス８を介して、板バネ１０
及び押し付け用スペーサ１２により押し付けられてい
る。
内部のＬＳＩ等から発生する熱は、モジュールキャップ
３、熱伝導グリス８を介してヒートシンク４に伝えられ
て放熱される。このヒートシンク４は、その内部に冷却
液の流路７が設けられて構成されており、冷却液入り口
５から流入した水、油等の冷却用の液体が、前記流路７
を通過して冷却液出口６に排出される間に熱を吸収する
ことにより、放熱を行うものである。
３、熱伝導グリス８を介してヒートシンク４に伝えられ
て放熱される。このヒートシンク４は、その内部に冷却
液の流路７が設けられて構成されており、冷却液入り口
５から流入した水、油等の冷却用の液体が、前記流路７
を通過して冷却液出口６に排出される間に熱を吸収する
ことにより、放熱を行うものである。
このヒートシンク４は、比較的柔らかい構造に形成され
ており、比較的小さな押し付け力が加わった場合にも変
形可能である。そして、前記熱伝導グリス８は、ある一
定の荷重で充填可能であり、モジュール全体に対する熱
伝導グリス８の充填性を良くするには、均一な荷重で、
ヒートシンク４全体をモジュールキャップ３に押し付け
ると良いが、構造が複雑となり経済的でない。
ており、比較的小さな押し付け力が加わった場合にも変
形可能である。そして、前記熱伝導グリス８は、ある一
定の荷重で充填可能であり、モジュール全体に対する熱
伝導グリス８の充填性を良くするには、均一な荷重で、
ヒートシンク４全体をモジュールキャップ３に押し付け
ると良いが、構造が複雑となり経済的でない。
そこで本発明の実施例は、第２図にその断面を示すよう
に、配線基板１とモジュールキャップ３及びヒートシン
ク４とを、クランプ材９と、板バネ１０及びヒートシン
ク押し付け用のスペーサ１２とを用いて、サンドイッチ
するように固定する構造としたものである。
に、配線基板１とモジュールキャップ３及びヒートシン
ク４とを、クランプ材９と、板バネ１０及びヒートシン
ク押し付け用のスペーサ１２とを用いて、サンドイッチ
するように固定する構造としたものである。
すなわち、本発明の実施例は、２つのクランプ材９が、
配線基板１の両側に、その下面からヒートシンク４の上
面に渡って備えられ、両クランプ材９が、ヒートシンク
４の側で、板バネ１０をボルト１１でクランプ材９に固
定することにより結合され、板バネ１０の中央部とヒー
トシンク４との間に押し付け用スペーサ１２を設け、こ
れにより、ヒートシンク４、モジュールキャップ３及び
配線基板１の全体をクランプし、ヒートシンク４をモジ
ュールキャップ３上に押し付けるように構成されてい
る。
配線基板１の両側に、その下面からヒートシンク４の上
面に渡って備えられ、両クランプ材９が、ヒートシンク
４の側で、板バネ１０をボルト１１でクランプ材９に固
定することにより結合され、板バネ１０の中央部とヒー
トシンク４との間に押し付け用スペーサ１２を設け、こ
れにより、ヒートシンク４、モジュールキャップ３及び
配線基板１の全体をクランプし、ヒートシンク４をモジ
ュールキャップ３上に押し付けるように構成されてい
る。
前述したようなクランプ材９と、板バネ１０及びスペー
サ１１により構成される押し付け手段とによるクランプ
機構において、クランプ材９の位置決めは、ヒートシン
クの切欠き４１とクランプ材９の突起９１とにより行わ
れる。
サ１１により構成される押し付け手段とによるクランプ
機構において、クランプ材９の位置決めは、ヒートシン
クの切欠き４１とクランプ材９の突起９１とにより行わ
れる。
クランプ材９には、モジュール運搬用キャリヤ１３を系
止する系止溝９２が設けられている。この系止溝９２
は、モジュールと装置との間の信号伝送用及び電源供給
用のピン２を、相手コネクタ１８から抜去するための治
具を系止するためにも使用される。
止する系止溝９２が設けられている。この系止溝９２
は、モジュールと装置との間の信号伝送用及び電源供給
用のピン２を、相手コネクタ１８から抜去するための治
具を系止するためにも使用される。
前述した本発明の一実施例に使用される板バネ１０の特
性は、第３図に示すようにほぼリニアであり、変移δと
押圧力Ｆとは比例関係にある。この場合の変移δの値
は、モジュールの高さ寸法の“ばらつき”、熱変形変動
分及び冷却液の圧力による撓み分等の全てを考慮に入れ
た値である。
性は、第３図に示すようにほぼリニアであり、変移δと
押圧力Ｆとは比例関係にある。この場合の変移δの値
は、モジュールの高さ寸法の“ばらつき”、熱変形変動
分及び冷却液の圧力による撓み分等の全てを考慮に入れ
た値である。
なお、ボルト１１により、板バネ１０をクランプ材１１
に締め付けることにより、クランプ材９の配線基板１の
接触部には、第２図に矢印Ｍで示すモーメントが働き、
クランプ材９は、配線基板１を確実に保持することがで
きる。
に締め付けることにより、クランプ材９の配線基板１の
接触部には、第２図に矢印Ｍで示すモーメントが働き、
クランプ材９は、配線基板１を確実に保持することがで
きる。
前述した本発明の一実施例によれば、熱伝導グリス８を
介してモジュールキャップ３上に置かれるヒートシンク
４とモジュールとを一体として保持することができ、ヒ
ートシンクに対する外力、冷却液圧力、熱等によるヒー
トシンク４を含むモジュール全体の変形、及び、モジュ
ール全体の厚さの“ばらつき”等を吸収して、低い熱抵
抗を得ることができ、熱抵抗の変動も少なくすることが
でき、信頼性の向上を図ることができるという効果を得
ることができる。
介してモジュールキャップ３上に置かれるヒートシンク
４とモジュールとを一体として保持することができ、ヒ
ートシンクに対する外力、冷却液圧力、熱等によるヒー
トシンク４を含むモジュール全体の変形、及び、モジュ
ール全体の厚さの“ばらつき”等を吸収して、低い熱抵
抗を得ることができ、熱抵抗の変動も少なくすることが
でき、信頼性の向上を図ることができるという効果を得
ることができる。
さらに、この実施例によれば、モジュールの運搬、装置
からのモジュールの抜去が容易になり、かつ、モジュー
ルキャップ３と配線基板１との間の封止用半田に加わる
引張力をなくすことができ、封止の信頼性を図ることが
できる。
からのモジュールの抜去が容易になり、かつ、モジュー
ルキャップ３と配線基板１との間の封止用半田に加わる
引張力をなくすことができ、封止の信頼性を図ることが
できる。
第４図は本発明の他の実施例の構成を示す断面図であ
る。第４図においては、１４はサポート材、１５はコイ
ルバネであり、他の符号は第１図、第２図と同一であ
る。
る。第４図においては、１４はサポート材、１５はコイ
ルバネであり、他の符号は第１図、第２図と同一であ
る。
第４図に示す本発明の他の実施例は、第１図、第２図に
より説明した本発明の一実施例における、板バネ１０と
スペーサ１２とによる押し付け手段の代りに、サポート
材１４とコイルバネ１５とによる押し付け手段を用いた
ものである。
より説明した本発明の一実施例における、板バネ１０と
スペーサ１２とによる押し付け手段の代りに、サポート
材１４とコイルバネ１５とによる押し付け手段を用いた
ものである。
この本発明の実施例において、サポート材１４は、板バ
ネ１０の場合と同様に、２つのクランプ材９間にボルト
１１で固定され、コイルバネ１５は、クランプ材９とヒ
ートシンク４との間に配置されて、ヒートシンク４を押
し付けている。
ネ１０の場合と同様に、２つのクランプ材９間にボルト
１１で固定され、コイルバネ１５は、クランプ材９とヒ
ートシンク４との間に配置されて、ヒートシンク４を押
し付けている。
前述本発明の他の実施例は、ヒートシンク４の押し付け
用にコイルバネ１５を使用したが、さらバネ等のバネ性
のあるものであればどのようなものも使用することがで
きる。
用にコイルバネ１５を使用したが、さらバネ等のバネ性
のあるものであればどのようなものも使用することがで
きる。
このような本発明の他の実施例においても、第１図、第
２図で説明した場合と同様な効果を得ることができる。
２図で説明した場合と同様な効果を得ることができる。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、熱伝導グリス８を
介してモジュールキャップ３上に置かれるヒートシンク
４とモジュールとを一体として保持することができ、ヒ
ートシンクに対する外力、冷却液圧力、熱等によるヒー
トシンク４を含むモジュール全体の変形、及び、モジュ
ール全体の厚さの“ばらつき”等を吸収して、低い熱抵
抗を得ることができ、熱抵抗の変動も少なくすることが
でき、ヒートシンクの放熱性能の向上を図り、装置全体
の信頼性の向上を図ることができるという効果を得るこ
とができる。
介してモジュールキャップ３上に置かれるヒートシンク
４とモジュールとを一体として保持することができ、ヒ
ートシンクに対する外力、冷却液圧力、熱等によるヒー
トシンク４を含むモジュール全体の変形、及び、モジュ
ール全体の厚さの“ばらつき”等を吸収して、低い熱抵
抗を得ることができ、熱抵抗の変動も少なくすることが
でき、ヒートシンクの放熱性能の向上を図り、装置全体
の信頼性の向上を図ることができるという効果を得るこ
とができる。
さらに、本発明によれば、モジュールの運搬、装置から
のモジュールの抜去が容易になり、かつ、モジュールキ
ャップ３と配線基板１との間の封止用半田に加わる引張
力をなくすことができ、封止の信頼性を図ることができ
る。
のモジュールの抜去が容易になり、かつ、モジュールキ
ャップ３と配線基板１との間の封止用半田に加わる引張
力をなくすことができ、封止の信頼性を図ることができ
る。
第１図は本発明の一実施例を示す平面図、第２図は第１
図のＡ−Ａ断面図、第３図はバネの特性図、第４図は本
発明の他の実施例の構成を示す断面図である。 １……配線基板、２……ピン、３……モジュールキャッ
プ、４……ヒートシンク、５……冷却液入口、６……冷
却液出口、７……冷却液流路、８……熱伝導グリス、９
……クランプ材、１０……板バネ、１１……ボルト、１
２……スペーサ、１３……キャリヤ、１４……サポート
材、１５……コイルバネ、１７……半田、４１……切欠
き、９１……突起、９２……系止溝。
図のＡ−Ａ断面図、第３図はバネの特性図、第４図は本
発明の他の実施例の構成を示す断面図である。 １……配線基板、２……ピン、３……モジュールキャッ
プ、４……ヒートシンク、５……冷却液入口、６……冷
却液出口、７……冷却液流路、８……熱伝導グリス、９
……クランプ材、１０……板バネ、１１……ボルト、１
２……スペーサ、１３……キャリヤ、１４……サポート
材、１５……コイルバネ、１７……半田、４１……切欠
き、９１……突起、９２……系止溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 二三幸 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社日 立製作所神奈川工場内 (72)発明者 小嶋 弘行 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】マルチチップモジュールとヒートシンクに
より冷却するマルチチップモジュールの冷却構造におい
て、マルチチップモジュールのモジュールキャップ上
に、熱伝導グリスを介して前記ヒートシンクを重ね、マ
ツチチップモジュールの配線基板、モジュールキャップ
及びヒートシンクを一体としてクランプするクランプ材
と、ヒートシンクをモジュールキャップに一定の圧力で
押し付けるための押し付け手段とにより、ヒートシンク
をモジュールキャップに押し付けることを特徴とするマ
ルチチップモジュールの冷却構造。 - 【請求項２】前記押し付け手段は、ヒートシンクのほぼ
中央で押し付けを行うことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載のマツチチップモジュールの冷却構造。 - 【請求項３】前記押し付け手段は、クランプ材に固定さ
れた板バネと、押し付け用スペーサとにより構成される
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記
載のマルチチップモジュールの冷却構造。 - 【請求項４】前記押し付け手段は、クランプ材に固定さ
れたサポート材と、コイルバネまたはさらにバネとによ
り構成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
たは第２項記載のマルチチップモジュールの冷却構造。 - 【請求項５】前記クランプ材は、運搬用キャリヤ、モジ
ュール抜法用の兼用の系止溝を備えることを特徴とする
特許請求の範囲第１項ないし第４項のうち１項記載のマ
ルチチップモジュールの冷却構造。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1287926A JPH0612795B2 (ja) | 1989-11-07 | 1989-11-07 | マルチチップモジュールの冷却構造 |
| US07/604,953 US5109317A (en) | 1989-11-07 | 1990-10-29 | Mounting mechanism for mounting heat sink on multi-chip module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1287926A JPH0612795B2 (ja) | 1989-11-07 | 1989-11-07 | マルチチップモジュールの冷却構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03149861A JPH03149861A (ja) | 1991-06-26 |
| JPH0612795B2 true JPH0612795B2 (ja) | 1994-02-16 |
Family
ID=17723518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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