JP3175177B2 - 半導体冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体冷却装置に係
り、特に冷却媒体などが流れるヒートシンクをＬＳＩチ
ップなどに接触装着して冷却する半導体冷却装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の装置は、例えば実開昭５９−１８
４４１号公報に記載されているように、冷却パイプが通
る金属板を、金属性のバネ状のもの、あるいはフィン列
状、ピン列状のものが取り付けられた接触部材を介し
て、ボード上に塔載されたＬＳＩチップに押しあて、Ｌ
ＳＩチップで発熱した熱を前記接触部材を通して冷却パ
イプを有する金属板側へ伝えて冷却するようになってい
た。

【０００３】又、実開昭６１−５３９９０号公報に記載
のように、半導体部品が実装されている基板と、冷却流
体が流れるヒートシンクとの間に、冷媒を封じ込んだ可
撓性膜（ゴム等）からなるパックを設置し、このパック
を前記基板に押し付けることにより、発熱する半導体部
品の熱を、このパックを介して、冷却流体側へ伝えて冷
却するようになっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
半導体冷却装置は、接触部材、あるいは冷却封じ込みパ
ックの柔軟性を利用することにより、ＬＳＩチップとヒ
ートシンクとの接触を良好にして、ヒートシンク側へ熱
を伝え、かつ、ヒートシンクとＬＳＩチップとの脱着を
可能にするようになっているが、上記従来技術のうち、
実開昭５９−１８４４１号公報に記載のものにおいて
は、電気的絶縁性について考慮されていなかった。

【０００５】すなわち、ボード上に塔載されるＬＳＩチ
ップは、多数の細い信号線で密に、ボードを構成する基
板との間で電気的に接続されている場合が多く、絶縁性
が強く要求されるが、金属製の接触部材がＬＳＩチップ
に直接接しているので、作動中に、金属製接触部材の微
細粉が発生し、信号線に付着して絶縁性が弱くなり、ト
ラブルを生ずる場合があった。

【０００６】又、実開昭６１−５３９９０号公報に記載
のものにおいては、伝熱性能及び信頼性について考慮さ
れていなかった。

【０００７】すなわち、ゴムが使用される場合が多い可
撓性膜でパックを構成し、この容器状パック内には冷媒
液を封入しているだけであるので、冷媒液を封入しない
場合に比べれば伝熱性能は良好であるが、容器状パック
内全体にわたって対流が生じるため、ＬＳＩチップにお
ける発熱量が増加してくると、より伝熱性能を向上しな
ければならない必要があった。更にゴム状の可撓性膜は
長期にわたり使用していると、冷媒による腐食等で孔が
あいてしまい、冷媒液がＬＳＩチップ及び基板上に流れ
だすというトラブルを発生しやすい問題があった。

【０００８】本発明の目的は、冷却対象となる半導体素
子とヒートシンクに代表される冷却部材との間に設けら
れた接触部材の伝熱性能を高め電気的絶縁性を確保した
半導体冷却装置を提供することにある。

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、例えば、基
板に搭載された冷却対象となる半導体素子と、半導体素
子の熱を放熱して冷却する冷却部材との間に設けられた
接触部材とを備えて半導体素子を冷却する半導体冷却装
置において、接触部材は内部が中空な部材であり、接触
部材の中空な内部には熱伝導性流体を備えており、前記
接触部材は金属製材料からなる芯材と該芯材の外側の面
又は内外両面に絶縁皮膜を設けたパックで形成されてお
り、前記接触部材は前記冷却部材と接触する側に平坦に
形成された面を備えることにより達成される。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【作用】比較的温度の低い流体を流す流路をもつヒート
シンクと、一ボード上に複数個搭載されたＬＳＩチップ
との間に本発明の接触部材を設置し、ＬＳＩチップ内で
発熱した熱を接触部材を介してヒートシンク側へ伝え
る。

【００２５】先ず、熱流の経路について説明する。ＬＳ
Ｉチップ内には多数の半導体素子が内蔵され、動作時に
発熱する。この熱は、シリコンなどで作られたＬＳＩチ
ップ内を接触部材側へ熱伝導で伝わる。この接触部材の
表面とＬＳＩチップとの接触部は、厳密には完全接触で
はなく、微少すきまに気体または液体などが存在し、こ
こを伝熱するときの熱抵抗は大きい。続いて接触部材の
多層構造部を熱伝導で、次に接触部材内部に封入された
液体部を伝わる。この液体内を伝わる時、液体が動かな
い場合は熱伝導で、対流が起きる場合は対流伝熱で伝わ
る。対流伝熱の場合の方が伝熱効率は高い。更に熱は冷
却部材側に伝わり伝熱部材と接触部材との接触部の伝熱
を経て、冷却部材側へと伝熱される。

【００２６】本発明の半導体冷却装置では、第１に接触
部材を形成する容器状のパックを多層構造とし、芯材に
薄い金属製材料を設け、その芯材の外側の面又は内外両
面に絶縁被膜を設けている。あるいは、パック材料を金
属製箔としてその外側の面又は内外両面に絶縁性樹脂箔
を積層しているので、信号線等に対し絶縁性を持たせる
ことができる。

【００２７】第２に、容器状のパックに熱伝導性の優れ
た液体を封入するとともに、パックの上下面接する金属
部材群を設けているので、接触部材の上面と下面側は金
属部材で連結され、パック下面からパック上面への伝熱
は、封入された液体部ばかりでなく、金属部材部を熱伝
導で伝わる。金属の熱伝導率は一般に高い値を持つか
ら、金属部材を設けることにより伝熱効率は高まる。

【００２８】又、接触部材の一部にパック内の流体を強
制的に流動させるための脈動発生機構を設けているの
で、対流伝熱を促進するため伝熱効率が向上する。

【００２９】又、比較的薄く、広い構造をしているパッ
ク構造では、途中に隔壁を設けているので、伝熱効率が
高い対流を局所的に生じさせることができるため発熱量
に応じてその部分の伝熱効率を高めることができる。

【００３０】第３にＬＳＩチップの発熱量の違いに応じ
て接触部材内のその領域に隔壁を設けているので、発熱
量が大きい部分は、その部分でそれぞれに応じた局所的
な対流伝熱を行うことができるため、伝熱する熱量を調
整することができる。

【００３１】又、隔壁を設けることにより、温度差が広
い範囲にわたって生じることがなくなり、局所的に限定
されるので、ＬＳＩチップの温度をほぼ同じ温度に設定
できる。

【００３２】第４に、ボ−ド上に高さの異なる複数個の
ＬＳＩチップが搭載された場合、接触部材内をＬＳＩチ
ップの高さに応じて複数の領域に隔壁を設けて分割し、
一部分は連通された構造としているので、ＬＳＩチップ
の高さが異なってもその高さに応じた接触部材とするこ
とができ、分割したそれぞれを連通しているので均圧化
して接触部材のボ−ド上のＬＳＩチップへの押し付け力
が過大になることを防止できる。

【００３３】又、接触部材の一部に圧力調整部を設けて
いるので、接触部材のボ−ド上のＬＳＩチップへの押し
付け力を調整することができるので、押し付け力を適正
化できる。

【００３４】又、接触部材内に設けた金属部材群にバネ
性を持たせているので、そのバネ力を調整できるので、
ＬＳＩチップへの押し付け力を適正化できる。又、柔軟
性をもっているため、複数個のＬＳＩチップの高いふぞ
ろいを吸収できる。又、金属部材がバネ状機構のため、
金属部材は、パックの上面をヒートシンク側へ、パック
の下面をＬＳＩチップ側へ押し付ける働きをする。その
ためパック上面とヒートシンク間、パック下面とＬＳＩ
チップ間の接触熱抵抗が減少して、ここでの伝熱効率を
高める。

【００３５】

【実施例】本発明の一実施例図１から図１１に示す。図
１に本発明の半導体冷却装置の全体構成図を示す。ボー
ド６上にＬＳＩチップ７が配置されており、そのボード
６の両面を挾むようにプラッター５３が装着されてい
る。ＬＳＩチップ７の上部には、パック２内に封入液５
が封入された接触部材１を介してヒートシンク８が配置
され、このヒートシンク８内には、例えば、内部にフィ
ン５４備えた流路５５が設けられていて、冷却水９が流
れて冷却する構造となっている。ヒートシンク８の端面
側には、ボルト孔５６が設けられ、ヒートシンク８をボ
ルト５７を用いてプラッター５３にネジ止めすることに
よって、接触部材１をＬＳＩチップ７に押え付けてい
る。

【００３６】ここで、接触部材１は、ＬＳＩチップ７は
高さが相違する場合が多いことを考慮して、大きな高さ
の相違は接触部材１の厚みを変えることによって、一
方、ＬＳＩチップ７の比較的小さな高さの相違は次の方
法で吸収できるようにしている。又、接触部材１のヒー
トシンク８側の面は、平坦に形成されており、ヒートシ
ンク８をこの面に押し付けて固定している。

【００３７】すなわち、それぞれのパック２ａ，２ｂを
冷媒通路４８で連通し、パック２又は、冷媒通路４８の
一部分に圧力調整部３６を設ける。パック２及び冷媒通
路４８内には流体が封入されているので、圧力調整部３
６で適切な値に圧力調整され、パック２が変形して均一
な圧力で加圧されるため、ＬＳＩチップ７及びヒートシ
ンク８との接触を弱い力で均一にすることが可能とな
る。なお、圧力調整部３６は必要に応じて省略すること
ができる。

【００３８】一方、ヒートシンク８は、フレキシブル部
５８ａ、５９ａを備えた２本の冷却水パイプ５８、５９
を介して冷却供給装置６０と連結されており、ヒートシ
ンク８への冷却水９の供給及び排出を行うようになって
いる。すなわち、冷却供給装置６０は、代表的には水ポ
ンプ６１、水タンク６２、及びチラー６３から構成され
るが、ヒートシンク８で加熱された水が冷却水パイプ５
８を通って、冷却供給装置６０に送られ、チラー６３に
よって冷却されて、水ポンプ６１により冷却水パイプ５
９を通って再びヒートシンク８側へ流出され、ヒートシ
ンク８を冷却し、半導体装置の作動時に発熱するＬＳＩ
チップ７を冷却するようになっている。

【００３９】ここで、ヒートシンク８と冷却供給装置６
０とはフレキシブル部５８を介して冷却水パイプ５９で
連結されているため、ボルト５７を取りはずすことによ
って、ＬＳＩチップ７を搭載したボ−ド６から、ヒート
シンク８を容易に取りはずすことが可能となる。

【００４０】次に接触部材１の各実施態様について、図
２から図１１によりそれぞれ説明する。

【００４１】図２は、本実施例の接触部材１のパック２
ａあるいは２ｂのうちいずれか一方の外観斜視図を示
し、図３は図２で示すパック２の断面斜視図である。

【００４２】パック２の内部には、熱伝導性グリースあ
るいは熱伝導性シリコン油あるいはフロリナート（これ
は米国の３Ｍ社製の商品名である。以下この名称で説明
する）液などの封入液５が封入されている。又、パック
２の材料は、例えば、アルミニューム箔の両面に絶縁性
の樹脂を薄くフィルム状に積層したものを用いる。フィ
ルム状に積層する樹脂としては、例えば、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン等が挙げられるが、パック内に封入
する液体の種類により、耐腐食性の優れた材質が選ばれ
る。パック上面３とパック下面４のそれぞれ端部はふさ
がれて、封入液５の保持を可能にしている。このような
構成にすることにより、熱伝導性グリースあるいは熱伝
導性シリコン油あるいはフロリナート液など熱伝導性の
良い封入液５を用いているので、パック２内の熱伝導に
もとづく伝熱性能が向上する。又、パック２をアルミニ
ューム箔の両面に絶縁性の樹脂を薄くフィルム状に積層
しているので絶縁性に優れる。また、アルミニューム箔
を用いているので強度的にも強く、耐腐食性も向上す
る。

【００４３】次に、さらに接触部材１の伝熱性能の向上
を図ることを目的とした適用例を図４から図１１にそれ
ぞれ示す。

【００４４】図４は、接触部材１の断面斜視図であり、
この適用例では、金属細線で作られた円筒状にまかれた
金属コイル１０をパック２内にパック上面３に沿って挿
入したした場合を示す。ここで、金属コイル１０は、熱
伝達が良好となるように一部はパック上面３に接点１１
で、他の一部はパック下面４に接点１２で、それぞれ接
するように構成されている。すなわち、熱はパック下面
４側から、パック上面３側へ伝熱されるわけであるか
ら、金属コイル１０がパック上面３及び下面４に接合な
どにより接するように構成されることにより、接点１
１、１２部の熱伝導が促進されるからである。一方、金
属コイル１０は弾力性に富んでいるので、接触部材１が
ＬＳＩチップ７とヒートシンク８との間で押え付けられ
たとき、金属コイル１０は、パック上面３をヒートシン
ク８側へ、パック下面４をＬＳＩチップ７側へ押し付け
る力を発生させる。このようにしてパック上面３とヒー
トシンク８間、パック下面４とＬＳＩチップ７間の熱抵
抗が小さくなって、伝熱性能の向上を図れる。なお、金
属コイル１０を封入液５と共にパック２内に挿入しても
良い。 図５は、他の適用例を示す接触部材１の断面斜
視図であり、この適用例では、金属細線で作られた円筒
状にまかれた金属コイル１３をパック２内にパック上面
３にほぼ垂直となるように挿入している。金属コイル１
３の一方の端部はパック上面３に、他方の端部はパック
下面４にそれぞれ接点１４、１５において接するように
構成されている。ＬＳＩチップ７で発生した熱は、接触
部材１内の封入液５と金属コイル１３を伝導により伝わ
る。したがって接点１４、１５部は接合などにより接す
るように構成しておいた方が伝熱効率は向上する。この
場合、金属コイル１３をパック上面３にほぼ垂直となる
ように挿入しているので、接点１４、１５の接触面積
は、図５に示す適用例の場合よりも大きく、金属コイル
１３の数を少なくすることができる。なお、金属コイル
１３を封入液５と共にパック２内に挿入しても良い。

【００４５】図６は、さらに他の適用例を示す接触部材
１の断面斜視図であり、この適用例では、パック２内に
多数の金属細線を折れ曲げた状態の金属タワシ１６とし
て、封入液５と共に挿入されている。この場合もパック
上面３とパック下面４に金属タワシ１６が接する接点１
７の部分を接合することにより伝熱を良好に保つことが
できる。この構造の場合は、金属タワシ１６は比較的ラ
ンダムにパック２内に挿入でき、製作が容易なる。

【００４６】図７は、さらに他の適用例を示す接触部材
１の断面斜視図であり、この適用例では、金属細線から
なり連続的に山形状に折り曲げたフィン１８をパック上
面３及びパック下面４に接するようにパック２内に挿入
している。ここで、パック上面３及びパック下面４に接
する部分の接点１９、２０は金属細線であってもよく、
金属板になっていても良い。この場合も、接点１９、２
０はパック上面３、パック下面４にそれぞれ接合される
と良好である。金属細線で作られたフィン１８が規則正
しく並んで弾力性に富んでいるため、パック上面３及び
パック下面４がヒートシンク８及びＬＳＩチップ７に押
し付けられ、伝熱効率の向上を図れる。

【００４７】図８は、さらに他の適用例を示す接触部材
１の断面斜視図であり、この適用例では、コの字型状に
おれ曲がった金属板２２を多数規則正しく設けたヒレ付
板２１を多数並べて、封入液５と共にパック２内へ挿入
されている。この場合もパック上面３とヒレ２２、及
び、パック下面４と根本板２５が接点２３、２４におい
て接する。この接点２３、２４は接合されると伝熱効率
は良くなる。

【００４８】図９はさらに他の適用例を示す接触部材１
の縦断面図であり、この適用例では、多数の金属細線２
６を例えばゴム状樹脂２７で束ねたものを、封入液５と
共にパック２内へ挿入している。金属細線２６の両端は
パック上面３、パック下面４に接点２８、２９で接す
る。この部分を接合すると伝熱効率は良くなる。

【００４９】図１０は、さらに他の適用例を示す接触部
材１の縦断面図であり、この適用例では、パック上面３
側には複数のピン３０を接合し、パック下面４側のパッ
ク２内には金属タワシ３１を設けて、パック２が形成さ
れるときには、ピン３０の先端が金属タワシ３１内に挿
入される状態とする。この場合には、ピン３０と金属タ
ワシ３１が、柔軟性を保ちながら熱的に接触する。

【００５０】図１１は、さらに他の適用例を示す接触部
材１の縦断面図であり、この適用例では、パック上面３
には多数のピン３０が設けられており、パック下面４に
多数の孔３２を有する多孔板３３が装着されている。多
数のピン３０と、多数の孔３２は、ひとつひとつが対応
しいて、さしこみが可能となっている。パック２を形成
するとき、ピン３０が孔３２に差し込まれている状態
で、封入液５と共にパック２内に挿入される。このよう
にして、ピン３０と孔３２が柔軟性を保ちながら、熱的
に接触できる。

【００５１】本発明の他の実施例を図１２から図１６に
より説明する。図１２は、接触部材１を基板６とヒート
シンク８との間に挟んだ状態を示す斜視図、図１３は図
１２に示す組立状態を横方向から見た側面図、図１４
は、ＬＳＩチップで発生した熱をヒートシンクへ導くた
めの接触部材１の斜視図、図１５は、接触部材１に用い
る熱伝導フィルム３９の構造を示す縦断面図である。

【００５２】図１２、図１３に示すように、本実施例の
半導体冷却装置は、ＬＳＩチップ７が実装された基板６
と、ヒートシンク８との間に伝熱パック２からなる接触
部材１を挾んだ状態で配置し、伝熱性能を安定させるた
め、端部をクランプ３８で挾んで固定している。基板６
には、大小のＬＳＩチップ７が複数個配置されている
が、各ＬＳＩチップ７の基板６からの高さはほぼ等しく
且つ伝熱パック２の接触面は平坦であるようになってい
る。また、接触部材１にはＬＳＩチップ７及びヒートシ
ンク８と接触する伝熱部３４とは別に圧力調整部３６が
備えられている。そして、圧力調整部３６を保圧バネ３
７で挾み、接触部材１の内圧を上げて伝熱パック２の伝
熱部３４を、基板６に実装されたＬＳＩチップ７及びヒ
ートシンク８に密着させるようになっている。かかる実
装状態においては、ＬＳＩチップ７への押付力は圧力調
整部３６へ装着する保圧バネ３７のバネ定数により容易
に変化させることができる。また、圧力調整部３６の他
の機能は、接触部材１の内部グリース状、液状等の伝熱
媒体を封入する際に同時に封入される気体のたまり部と
なり、基板６とヒートシンク８との間に設置したパック
２内の伝熱媒体が効率良く熱伝達を行う事ができるよう
にするものである。

【００５３】ここで、一例として、基板６として２２０
ｍｍ×１３０ｍｍ×２ｍｍの大きさのものを用いた場合
を述べる。基板６には発熱量３Ｗ／チップのＬＳＩチッ
プ７を３０ヶ実装しており、基板６に実装したＬＳＩチ
ップ７への電力供給は、図中表示は省略するが第１２図
の下方すなわち圧力調整部３６の反対側の端面に設置し
たコネクタにより行っている。ＬＳＩチップ７実装面の
裏面の辺の中央部には、伝熱パック２をＬＳＩチップ７
に密着させるため内圧を高めた時にＬＳＩチップ７を介
して基板６に加わる力により基板６が変形するのを防ぐ
ため、断面が３ｍｍ×１０ｍｍの補強部材４６を配置し
ている。なお、この補強部材４６は、基板６の形状、す
なわち大きさと板厚により基板６の変形が少ない場合に
は設けなくても良い。又、接触部材１は、圧力調整部３
６を除いた大きさが基板とほぼ同じものを用いている。
圧力調整部３６は、大きさを４０ｍｍ×２５ｍｍとし、
４０ｍｍ側の部分が伝熱パック２の本体側と一体的に形
成している。

【００５４】一方、接触部材１は、図１４に示すように
内部に熱伝導率の高いグリースもしくは液体等の伝熱媒
体を封入したものであり、袋状部分は、図１５に示すよ
うに芯材４０の両側に樹脂層４１、４２を設けた熱伝導
フィルム３９より成る。パック２の内部に封入した伝熱
媒体はシリコングリースをベースにした熱伝導グリース
であり、封入後の接触部材１の平均厚さは約３ｍｍとな
るように封入量を調整している。

【００５５】また、ヒートシンク８は内部を細分化した
ヒートパイプを用い、ヒートパイプ端面に取付けた部材
に水を流すことにより最終的に排熱している。なお、ヒ
ートシンク８は、ヒートパイプに替え、内部に流水部を
有するジャケットとしても同等の効果が得られる。ま
た、接触部材１の中に封入する伝熱媒体として液状の冷
媒、たとえばフロリナートを用いてもほぼ同じ効果が得
られる。

【００５６】以上の実装状態において、ＬＳＩチップ７
のジャンクション温度を８０℃以下に押えることができ
た。

【００５７】本発明の他の実施例を図１６により説明す
る。図１６には接触部材１のみ示しているが、本実施例
では、パック２のＬＳＩチップ７の冷却部に突起部４７
を設け、その部分に振動を与え接触部材１内に封じた液
状の伝熱媒体を強制的に循環させるようにしている。

【００５８】伝熱媒体を静止状態に保つ場合に比べ、強
制的に移動、拡散、混合させることにより伝熱効率は著
しく向上するが、本実施例は、この特徴を接触部材１へ
適用したものであり、パック２に設けた突起４７を、振
動発生装置４３で打撃し、上述したように伝熱媒体の強
制循環を生じさせ、熱伝達能力を大きく向上させる事が
できた。本実施例で用いた振動発生装置４３は、図１６
に示す如く、打撃部４４とモータ４５から成る。打撃部
４４は、円板外周部に複数個の自転できる球状部品を取
付け、該球状部品が円板外周部より外側に位置するよう
に構成されている。打撃部４４の円板はモータ４５によ
り回転され、円板外周部に設けた球状部品が間欠的に突
起部４７を打撃し、その結果、接触部材１内の伝熱媒体
を脈動させる。なお、突起部４７の位置は、パック２の
各辺いずれに設けられても良く、同等の効果が得られ
る。

【００５９】本発明の他の実施例を図１７から図２２に
より説明する。図１７は基板にＬＳＩチップを実装した
状態を示した斜視図、図１８及び図２１は基板に実装さ
れた各形式のＬＳＩチップの配置に合わせて伝熱部３４
を仕切った接触部材１の横断面図、図１９、図２０は図
１８に示す接触部材１の縦断面図、図２２は、図２１に
示す接触部材１の縦断面図である。

【００６０】基板６に実装するＬＳＩチップ７の実装形
態は種々のものがある。本実施例では図１７に示すよう
な形状の異なるピングリッド型ＬＳＩ２０とＤＩＬ型Ｌ
ＳＩが混在した基板６を用いた場合について説明する。
この場合、基板６上に実装された各種ＬＳＩチップ７の
高さが異なり、パック２への接触面高さが異なる場合が
あるが、図１９に示すように、ＬＳＩチップ７の高さに
応じて接触部材１の厚さを変える事により接触の安定を
保つことができる。すなわち、本実施例で用いた接触部
材１は、図１９に示すように基板６上のＬＳＩチップ７
の実装形態に則するように、各々のピングリッド型ＬＳ
Ｉ４９及び複数個のＤＩＬ型ＬＳＩ５０に対応して接触
部材１の伝熱部３４を分割し、各伝熱部３４の厚さをＬ
ＳＩチップ７の高さに応じて変えている。又、本実施例
のパック２においては、上記のように分割した伝熱部３
４間を冷媒通路４８で互いに連絡するように構成してい
る。なお、各種ＬＳＩチップ７の高さにあまり差がない
場合には、接触部材１の断面形状は図２０に示すように
厚さを同程度のものとする。

【００６１】このように、伝熱部３４を分割し、各伝熱
部３４の厚さをＬＳＩチップ７の高さに応じて変えるこ
とにより接触の安定を保つことができ、伝熱性能を向上
させることができる他、各伝熱部３４内で局所的な対流
を生じさせることができるので、伝熱部３４の分割がな
い場合に対流がパック２内全体で生じる場合に比べて、
各種ＬＳＩチップ７の発熱量に応じた冷却を効率良く行
うことができる利点がある。

【００６２】又、同じ基板６上に同種のＬＳＩチップ７
が実装されている場合は、伝熱パック２を図２１に示す
ように各ＬＳＩチップ７に対応した伝熱部３４を有する
ように、図２２に示すようにほぼ同じ厚さを有するよう
に構成しても良い。このように構成する場合も、各伝熱
部３４内で局所的な対流を生じさせることができ、各Ｌ
ＳＩチップ７と接触部材１との密着性が向上するので熱
伝達が円滑に行える効果がある。 本発明の他の実施例
を図２３及び図２４に示す。図２３は縦方向に配置した
基板６とヒートシンク８の間に接触部材１を配置した時
の一適用例を示す縦断面図である。

【００６３】本実施例で用いた接触部材１は、パック２
内には液状の伝熱媒体を封入しており、伝熱パック２の
内側に、伝熱媒体の流れ５１を防げる隔壁５２を設置し
ている。そして、各隔壁５２は、各隔壁５２により形成
される領域が、各ＬＳＩチップ７にそれぞれ対応するよ
うに設けられている。かかる構成においては、ＬＳＩチ
ップ７で発生した熱は、接触部材１を形成している被膜
を通り伝熱媒体５に伝達される。加熱された伝熱媒体５
は対流により接触部材１の上方に上昇するが隔壁５２に
防げられ、ヒートシンク８側へ向きを変え、ヒートシン
ク８近傍で冷却され下方へ降下し、再びＬＳＩチップ７
側へ向きを変える流れ５１となる。したがって縦方向に
配置した伝熱パック２内の伝熱媒体の上下方向の温度差
を解消し各ＬＳＩチップ７毎に同じ温度の伝熱媒体が供
給され、ＬＳＩチップ７間の温度ばらつきが低減される
効果がある。

【００６４】図２４に示す実施例は、図２３で示した接
触部材１と同様なパック２を横方向に配置することもで
き、その適用例を示している。この場合も隔壁５２によ
って局所的に対流を起こすことができ、各々のＬＳＩチ
ップ７に対応した伝熱媒体の流れ５１を形成することが
できるので、各ＬＳＩチップ７毎に同じ温度の伝熱媒体
が供給され、ＬＳＩチップ７間の温度ばらつきが低減さ
れ、ＬＳＩチップ７の冷却の安定性が増す効果がある。

【００６５】本発明の他の実施例を第２５図に示す。本
実施例では、基板６上に複数のＬＳＩチップ７が配置さ
れ、その個々のＬＳＩチップ７に対してそれぞれ対応し
た独立の接触部材１が配置されている。この個々の接触
部材１は上記した伝熱パック２と同様な構成となってい
るものであり、ヒ−トシンク８は、例えば内部に冷却水
９を流して冷却する構造となっている。このように構成
することにより、個々のＬＳＩチップ７に対応した冷却
が行え、ＬＳＩチップ７の冷却の安定性が増す効果があ
る。

【００６６】

【発明の効果】上記の本発明によれば、冷却対象となる
半導体素子とヒートシンクに代表される冷却部材との間
の接触部材の伝熱性能を高め、電気回路に対する絶縁性
を確保した半導体冷却装置を提供できる。

【００６７】本発明によれば、接触部材を形成する容器
状のパック内に熱伝導性グリースなどの熱伝導性の良い
液体を封入し、パック内面と接触する金属製部材をパッ
ク内に設けているので、パック内面での熱伝導は、封入
された液体ばかりでなく、金属製部材の熱伝導で伝わる
ので、接触部材内の熱伝導にもとづく伝熱効率を高める
効果がある。

【００６８】

【００６９】

【００７０】

【００７１】

【００７２】本発明によれば、接触部材を形成する容器
状のパック内にスプリング効果を有する金属製の細線な
どを介在させているため、接触部材を半導体素子側と冷
却部材側へ押し付ける作用効果があり、接触部材と半導
体素子素子及び冷却部材との接触部の伝熱効果を高める
ことができる。

【００７３】本発明によれば、基板上に複数個の半導体
素子が搭載された場合、接触部材の中空部を複数の領域
に細分割し、各領域の熱伝導性流体が連通する構造とし
ているので、各領域での熱伝導性流体の圧力が均等化で
き、接触部材の半導体素子への押し付け力が部分的に過
小過大になることを防止できる効果がある。

【００７４】

【００７５】

【００７６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す半導体冷却装置の全体
構成を示す斜視図である。

【図２】本発明の一実施例を示す接触部材の斜視図であ
る。

【図３】本発明の一実施例を示す接触部材の断面斜視図
である。

【図４】本発明の一実施例を示す接触部材の断面斜視図
である。

【図５】本発明の一実施例を示す接触部材の断面斜視図
である。

【図６】本発明の一実施例を示す接触部材の断面斜視図
である。

【図７】本発明の一実施例を示す接触部材の断面斜視図
である。

【図８】本発明の一実施例を示す接触部材の縦断面図で
ある。

【図９】本発明の一実施例を示す接触部材の縦断面図で
ある。

【図１０】本発明の一実施例を示す接触部材の縦断面図
である。

【図１１】本発明の一実施例を示す接触部材の縦断面図
である。

【図１２】本発明の他の実施例を示す斜視図である。

【図１３】本発明の他の実施例である組立状態を示す側
面図である。

【図１４】本発明の他の実施例を示す接触部材の斜視図
である。

【図１５】本発明の他の実施例を示す熱伝導フィルムの
縦断面図である。

【図１６】本発明のさらに他の実施例を示す接触部材の
斜視図である。

【図１７】本発明のさらに他の実施例を示す斜視図であ
る。

【図１８】本発明のさらに他の実施例を示す接触部材の
横断面図である。

【図１９】本発明のさらに他の実施例を示す接触部材の
縦断面図である。

【図２０】本発明のさらに他の実施例を示す接触部材の
縦断面図である。

【図２１】本発明のさらに他の実施例を示す接触部材の
横断面図である。

【図２２】本発明のさらに他の実施例を示す接触部材の
縦断面図である。

【図２３】本発明のさらに他の実施例の実装状態を示す
縦断面図である。

【図２４】本発明のさらに他の実施例の実装状態を示す
縦断面図である。

【図２５】本発明のさらに他の実施例を示す縦断面図で
ある。

【符号の説明】

１…接触部材、２…パック、５…封入液、７…ＬＳＩチ
ップ、８…ヒートシンク、１０…横型金属コイル、１３
…縦型金属コイル、１６…金属タワシ、１８…山形状フ
ィン、１９…ヒレ付板、３６…圧力調整部、４３…振動
発生装置、４８…冷媒通路、３４…伝熱部、３５…シー
ル部、３６…圧力調整部、３７…保圧バネ、３８…クラ
ンプ、３９…熱伝導フィルム、４０…心材、４１、４２
…樹脂層、４３…振動発生装置、４４…打撃部、４５…
モータ、４６…補強部材、４７…突起部、４８…冷媒通
路、４９…ピングリッド型ＬＳＩ、５０…ＤＩＬ型ＬＳ
Ｉ、５１…伝熱媒体の流れ、５２…隔壁、５３…プラッ
ター、５４…フィン、５５…流路、５７…ボルト、５８
…フレキシブル部、５９…冷却水パイプ、６０…冷却水
精製装置、６１…水ポンプ、６２…水タンク、６３…チ
ラー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畑田 敏夫 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 (72)発明者 松島 均 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 (72)発明者 佐藤 元宏 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 (72)発明者 井上 滉 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 (72)発明者 大場 隆夫 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 山際 明 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 (56)参考文献 特開 平３−36794（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−211258（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−74356（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/34 - 23/46

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板に搭載された冷却対象となる半導体素
   子と、前記半導体素子の熱を放熱して冷却する冷却部材
   との間に設けられた接触部材とを備えて前記半導体素子
   を冷却する半導体冷却装置において、前記接触部材は内
   部が中空な部材であり、前記接触部材の中空な内部には
   熱伝導性流体を備えており、前記接触部材は金属製材料
   からなる芯材と該芯材の外側の面又は内外両面に絶縁皮
   膜を設けたパックで形成されており、前記接触部材は前
   記冷却部材と接触する側に平坦に形成された面を備えた
   ことを特徴とする半導体冷却装置。
2. 【請求項２】前記半導体素子が複数あり、前記接触部材
   の前記半導体素子と接触する側には前記冷却部材側から
   の距離に対応して前記複数の半導体素子の各々に接触す
   るように形成された面を備えた請求項１記載の半導体冷
   却装置。
3. 【請求項３】前記接触部材の内部を複数の領域に細分化
   し、前記熱伝導性流体を細分割領域間で連通させた請求
   項２記載の半導体冷却装置。