JPH0126543B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0126543B2 JPH0126543B2 JP58106701A JP10670183A JPH0126543B2 JP H0126543 B2 JPH0126543 B2 JP H0126543B2 JP 58106701 A JP58106701 A JP 58106701A JP 10670183 A JP10670183 A JP 10670183A JP H0126543 B2 JPH0126543 B2 JP H0126543B2
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- Japan
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- container
- liquid
- cooling
- fins
- refrigerant
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- Expired
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- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 31
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 27
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 19
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- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 16
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
- H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(1) 発明の技術分野
本発明は半導体素子の冷却方法に依り、液冷方
式を効率よく行なうための冷却容器の構造に関す
る。
式を効率よく行なうための冷却容器の構造に関す
る。
(2) 技術の背景
電子機器が満足な動作をするためには内蔵され
ている電子部品を一定の温度域中におく必要があ
る温度が高すぎると部品の寿命を短くしたり動作
不良を起し信頼度を著しく低下させるからであ
る。このような観点から電子機器の設計に際し回
路の安定動作及び信頼度を保障するような温度領
域を確保するために熱設計という手続きがとられ
ている。
ている電子部品を一定の温度域中におく必要があ
る温度が高すぎると部品の寿命を短くしたり動作
不良を起し信頼度を著しく低下させるからであ
る。このような観点から電子機器の設計に際し回
路の安定動作及び信頼度を保障するような温度領
域を確保するために熱設計という手続きがとられ
ている。
(3) 従来技術と問題点
一般に沸騰伝熱とは加熱面及びその近くの温度
が蒸気相を形成するに充分であるような条件のも
とで加熱面から液体へ熱が伝えられることであ
る。沸騰伝熱は自然対流条件下で起るものと強制
対流条件下で起こるものとに大別される。前者は
自然対流沸騰といい、後者は強制対流沸騰とい
う。通常自然対流による沸騰を伴わない状態から
温度がさらに上昇すると気泡発生点の数は多くな
り、核沸騰して熱伝達は急上昇し続ける。気泡発
生点の数が多くなつて気泡が合体し、局部的に伝
熱面をおおう蒸気膜が形成される。温度がさらに
上昇すると間欠的に伝熱面をおおう不安定な蒸気
膜から安定な蒸気膜でおおわれ熱負荷が増加し膜
沸騰状態になる。
が蒸気相を形成するに充分であるような条件のも
とで加熱面から液体へ熱が伝えられることであ
る。沸騰伝熱は自然対流条件下で起るものと強制
対流条件下で起こるものとに大別される。前者は
自然対流沸騰といい、後者は強制対流沸騰とい
う。通常自然対流による沸騰を伴わない状態から
温度がさらに上昇すると気泡発生点の数は多くな
り、核沸騰して熱伝達は急上昇し続ける。気泡発
生点の数が多くなつて気泡が合体し、局部的に伝
熱面をおおう蒸気膜が形成される。温度がさらに
上昇すると間欠的に伝熱面をおおう不安定な蒸気
膜から安定な蒸気膜でおおわれ熱負荷が増加し膜
沸騰状態になる。
このような沸騰熱伝達を利用して一般に液冷方
式が実施されている。従来この液冷は空冷に比べ
10〜20倍の冷却効果がある。しかしながら液冷方
式においては前記膜沸騰による冷却限界がみられ
る。これにより半導体素子からの発熱量が増加す
る時、素子付近が冷媒蒸気の気泡で包まれ、冷却
不能になり易い状態になるという欠点があつた。
式が実施されている。従来この液冷は空冷に比べ
10〜20倍の冷却効果がある。しかしながら液冷方
式においては前記膜沸騰による冷却限界がみられ
る。これにより半導体素子からの発熱量が増加す
る時、素子付近が冷媒蒸気の気泡で包まれ、冷却
不能になり易い状態になるという欠点があつた。
(4) 発明の目的
本発明の目的は液冷容器内において冷媒蒸気を
冷却し、凝縮するために設けられたフインの構造
をして、凝縮した冷媒液滴が半導体素子に集中し
て落ちるようにせしめて、素子上の沸騰冷却が膜
沸騰状態になることを防止した液冷容器を提供す
ることである。
冷却し、凝縮するために設けられたフインの構造
をして、凝縮した冷媒液滴が半導体素子に集中し
て落ちるようにせしめて、素子上の沸騰冷却が膜
沸騰状態になることを防止した液冷容器を提供す
ることである。
(5) 発明の構成
液冷方式においては半導体素子の発熱により沸
騰気化した冷媒蒸気は冷却容器の壁面又は内部の
フインで冷却され、凝縮して液滴となり落下す
る。この液滴は容器に留まつた冷媒液体より温度
が低くなる。この冷媒液滴を素子に集中して落下
させることにより、素子及び付近の液温を低下せ
しめ、冷却限界である膜沸騰を起こりにくくした
ものである。
騰気化した冷媒蒸気は冷却容器の壁面又は内部の
フインで冷却され、凝縮して液滴となり落下す
る。この液滴は容器に留まつた冷媒液体より温度
が低くなる。この冷媒液滴を素子に集中して落下
させることにより、素子及び付近の液温を低下せ
しめ、冷却限界である膜沸騰を起こりにくくした
ものである。
すなわち、本発明は、半導体素子を化学的に安
定な冷媒液体に浸漬し、前記素子の発熱により生
じた冷媒液蒸気を容器壁およびその少なくとも一
部に設けたフインにより凝縮させて冷却する液冷
容器において、上部容器壁に尖つた先端を有し、
前記半導体素子の上に位置するように配置された
円柱もしくは角柱状のフインを備え、かつ、容器
上部で凝縮された冷媒液が前記円柱もしくは角柱
状のフインに集中され、その先端から前記素子に
向つて落下するようにしたことを特徴とする液冷
容器を提供する。
定な冷媒液体に浸漬し、前記素子の発熱により生
じた冷媒液蒸気を容器壁およびその少なくとも一
部に設けたフインにより凝縮させて冷却する液冷
容器において、上部容器壁に尖つた先端を有し、
前記半導体素子の上に位置するように配置された
円柱もしくは角柱状のフインを備え、かつ、容器
上部で凝縮された冷媒液が前記円柱もしくは角柱
状のフインに集中され、その先端から前記素子に
向つて落下するようにしたことを特徴とする液冷
容器を提供する。
本発明において使用される冷媒は不活性、低沸
点、低誘電率の液体、代表的には沸点30〜100℃
のフルオロカーボンが好ましく、他にフレオン系
のものがこれに順ずる。
点、低誘電率の液体、代表的には沸点30〜100℃
のフルオロカーボンが好ましく、他にフレオン系
のものがこれに順ずる。
本発明において設けられたフインは主として
Al製のものが好ましく、他にCu製のものでよい。
さらにフインの数は使用される素子の数に応じて
適宜選択することができる。
Al製のものが好ましく、他にCu製のものでよい。
さらにフインの数は使用される素子の数に応じて
適宜選択することができる。
なお本発明による冷却容器の外部への放熱には
第３図ａのような放熱フインによる方法、第３図
ｂのような水冷コールドプレートによる方法があ
り、いずれを採用してもよい。
第３図ａのような放熱フインによる方法、第３図
ｂのような水冷コールドプレートによる方法があ
り、いずれを採用してもよい。
(6) 発明の実施例
第１図において半導体素子１が作動、発熱する
とその熱は沸騰熱伝達により冷媒２に伝達され、
蒸気の気泡３が発生する。発生した蒸気は内部フ
イン４で冷却され、凝縮して液滴５となつて落下
し冷媒液体２にもどる。
とその熱は沸騰熱伝達により冷媒２に伝達され、
蒸気の気泡３が発生する。発生した蒸気は内部フ
イン４で冷却され、凝縮して液滴５となつて落下
し冷媒液体２にもどる。
ここで冷却容器の内壁には液体がフイン４に集
中するように溝７が切つてあるので、凝縮した液
滴５は冷却された冷媒液体６となつて素子１の上
に流れ、素子１と付近の液体を冷却する。また第
２図ａ，ｂのように容器内壁に作つた溝７は冷媒
蒸気の凝縮面積を増すことができ、これによつて
蒸気の凝縮量が多くなり、冷却容器全体の冷却効
果が向上する。
中するように溝７が切つてあるので、凝縮した液
滴５は冷却された冷媒液体６となつて素子１の上
に流れ、素子１と付近の液体を冷却する。また第
２図ａ，ｂのように容器内壁に作つた溝７は冷媒
蒸気の凝縮面積を増すことができ、これによつて
蒸気の凝縮量が多くなり、冷却容器全体の冷却効
果が向上する。
(7) 発明の効果
本発明によれば冷却容器内においても半導体素
子部分が集中して冷却されるので膜沸騰状態を防
止することにより冷却効率を一層向上することが
できる。
子部分が集中して冷却されるので膜沸騰状態を防
止することにより冷却効率を一層向上することが
できる。
第１図は本発明の冷却容器における冷却工程を
示す概略図であり、第２図ａ，ｂはそのフイン部
分の拡大図である。第３図は冷却容器の外部放熱
を示す図であり、ａは放熱フインによる方法、ｂ
は水冷コールドプレートによる方法を示す。 １…半導体素子、２…冷媒、３…蒸気の気泡、
４…フイン、５…液滴、６…冷媒液体、７…溝、
８…放熱フイン、９…水冷コールドプレート。
示す概略図であり、第２図ａ，ｂはそのフイン部
分の拡大図である。第３図は冷却容器の外部放熱
を示す図であり、ａは放熱フインによる方法、ｂ
は水冷コールドプレートによる方法を示す。 １…半導体素子、２…冷媒、３…蒸気の気泡、
４…フイン、５…液滴、６…冷媒液体、７…溝、
８…放熱フイン、９…水冷コールドプレート。
Claims (1)
- １ 半導体素子を化学的に安定な冷媒液体に浸漬
し、前記素子の発熱により生じた冷媒液蒸気を容
器壁およびその少なくとも一部に設けたフインに
より凝縮させて冷却する液冷容器において、上部
容器壁に尖つた先端を有し、前記半導体素子の上
に位置するように配置された円柱もしくは角柱状
のフインを備え、かつ、容器上部で凝縮された冷
媒液が前記円柱もしくは角柱状のフインに集中さ
れ、その先端から前記素子に向つて落下するよう
にしたことを特徴とする液冷容器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10670183A JPS59232448A (ja) | 1983-06-16 | 1983-06-16 | 液冷容器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10670183A JPS59232448A (ja) | 1983-06-16 | 1983-06-16 | 液冷容器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59232448A JPS59232448A (ja) | 1984-12-27 |
| JPH0126543B2 true JPH0126543B2 (ja) | 1989-05-24 |
Family
ID=14440306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10670183A Granted JPS59232448A (ja) | 1983-06-16 | 1983-06-16 | 液冷容器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59232448A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3771405D1 (de) * | 1986-05-30 | 1991-08-22 | Digital Equipment Corp | Vollstaendiges waermerohr-modul. |
| US5655598A (en) * | 1995-09-19 | 1997-08-12 | Garriss; John Ellsworth | Apparatus and method for natural heat transfer between mediums having different temperatures |
| US6019167A (en) * | 1997-12-19 | 2000-02-01 | Nortel Networks Corporation | Liquid immersion cooling apparatus for electronic systems operating in thermally uncontrolled environments |
| US6227287B1 (en) * | 1998-05-25 | 2001-05-08 | Denso Corporation | Cooling apparatus by boiling and cooling refrigerant |
| US6820684B1 (en) * | 2003-06-26 | 2004-11-23 | International Business Machines Corporation | Cooling system and cooled electronics assembly employing partially liquid filled thermal spreader |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57103338A (en) * | 1980-12-19 | 1982-06-26 | Hitachi Ltd | Boiling cooling device |
-
1983
- 1983-06-16 JP JP10670183A patent/JPS59232448A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57103338A (en) * | 1980-12-19 | 1982-06-26 | Hitachi Ltd | Boiling cooling device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59232448A (ja) | 1984-12-27 |
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