JPH0279452A - 半導体装置の冷却方法及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置に係り、特に、ＬＳＩ等の高密度
集積回路からなる半導体装置の冷却方法及び半導体装置
に関する・。

〔従来の技術〕

ＬＳＩ等の高密度に集積した電子回路をもつ半導体装置
は、動作時の発熱が大きく、半導体装置から発生する熱
の除去性能が装置の動作及び設計の制限となってきてい
る。特に最近高集積化の著しい計算機用半導体装置では
安定した性能維持のため、半導体装置からの発生熱の除
去は必須の課題になっている。

このため、その冷却構造及び方法はこれまで種々方式が
考案されている。例えば第４図に示した特公昭５７−２
５９８０に例示するように、半導体装置に送風機１０２
を備え、冷却空気を発熱部に噴流ノズル１０４から強制
的に吹き付けて空冷するもの、あるいは、第５図に示し
た特開昭５７−１７８３４８に例示するように、熱交換
器１０６を用い、ポンプ１０８で液体冷媒１１０を半導
体装置回りのジャケット１１２に循環させるものが考案
されている。

尚、図中の符号２は半導体装置基板、４は冷却用ＬＳＩ
、１１４は仕切板である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記に示した従来技術による冷却方式は
、半導体装置の発熱を効果的に除去することを最大の目
的としており、これら従来の半導体装置は大型計算機の
例のように隔離した部屋で用いられることが多かった。

このため、半導体装置には、送風機やポンプなどの動力
機器を付帯装置として備えた大規模かつ複雑な装置構成
となっている。

この結果、半導体の高集積化により小型化した半導体装
置ではあるが、冷却に要する付帯設備があまり小さくな
らないという問題点があり、コスト及び維持管理の面か
らも好ましい状態ではなかった。

一方、近年の高密度半導体装置は、オフィスコンピュー
タやワードプロセッサなどのＯＡ機器に用いられること
が多くなり、人間の居住生活空間と接近した場所で使用
される。この場合、上記従来技術による冷却方法では付
帯装置動力機器から騒音が発生するという問題があった
。

本発明の目的は、上記問題点を解消するためになされた
もので、低騒音さらには無騒音で冷却でき、単純で低コ
ストの半導体装置の冷却方法及び半導体装置を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明の冷却方法は、電子部
品の集合体からなる半導体装置の高発熱部で生じる自然
対流に連動して生じる流体流れによって、該高発熱部以
外の発熱部を強制対流冷却することを特徴とするもので
あり、電子部品の集合体からなる高密度の半導体装置の
冷却方法において、前記電子部品のうち耐熱性の高い発
熱部品を上方に、耐熱性の低い部品を該発熱部品の下方
に配設し、前記発熱部品の発熱によって生じる自然対流
に連動して生じる流体流れによって、前記耐熱性の低い
部品を強制対流冷却することを特徴とするものである。

そして、基板上に複数個実装した電子部品の集合体から
なる高密度の半導体装置の冷却方法において、前記電子
部品のうち耐熱性の高い発熱部品を前記基板上の上方に
、耐熱性の低い部品を該発熱部品の下方の該基板上に配
設し、これら基板上の部品を囲み、上方で解放して下方
に開口部を有するダクト状のカバーを設け、又は該基板
とこれら部品を挟んで隣接する他の基板の背面との間隙
を、前記発熱部品の発熱によって生じる自然対流と連動
して生じる流体流れの流路とし、該流体流れによって前
記下方に配設した部品を強制対流冷却することを特徴と
し、また、前記基板の上方にヒータを配置し、該ヒータ
の発熱によって生じる自然対流に連動して生じる流体流
れによって前記半導体装置の発熱部を強制対流冷却する
ことを特徴とするものである。

本発明の方法は電源供給部と該電源供給部から供給され
る電気によって動作する電子回路とからなる半導体装置
にも適用することができる。

また本発明の半導体装置は、基板上に複数個実装した電
子部品の集合体からなる高密度の半導体装置において、
前記電子部品のうち耐熱性の高い発熱部品を前記基板上
の上方に、耐熱性の低い部品を該発熱部品の下方の該基
板上に配設し、該発熱部品の発熱によって生じる自然対
流に連動して生じる流体流れの流路が該基板上に設けら
れていることを特徴とするものである。

〔作用〕

上記の構成によれば、半導体装置の高熱部分は、その周
囲の流体を加熱し、流体の密度を小さくし上昇流すなわ
ち自然対流を形成する。この上昇流により周囲の加熱さ
れていない流体も連動して移動する。そこでこの連動し
て起こる周囲の流体流れを冷却を意図する半導体装置に
引き込み、この流体流れの流速や低温度によって耐熱性
の低い部分を冷却することができる。この流路をダクト
状のカバーや仕切部材等によって形成すれば、煙突効果
による定常的な流体流れを生じ、耐熱性の低い部品を効
率的に冷却することができる。また電源供給部や更には
適当な高熱源となるものが無い場合には積極的にヒータ
などの発熱体を上方に配置してこの流体流れを生じさせ
ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

これは、３枚の半導体装置基板２にそれぞれ半導体素子
の耐熱性を考慮して配置した半導体装置を示す。ここで
最も耐熱性の小さい冷却用ＬＳＩ４は基板２の下方に配
列し耐熱性のあるＬＳＩ６は比較的基板２の上方に配置
している。本実施例では自然対流を起こす発熱部分には
抵抗発熱体８を配置し周囲流体（この場合空気）を加熱
する。

ここで加熱された空気は密度が小さくなり加熱流体１ｏ
として浮力流により上昇し自然対流を生じる。この結果
、これと運動して基板２の下方の空気が基板２に沿って
上昇する。このため新たに外部から非加熱流体］−２が
基板２に沿って導入し。

基板２に沿った定常的な流れが形成される。

このとき、基板２の下方の冷却用ＬＳＩ４付近では上昇
する気流の流速を増すため、冷却能力の必要性に応じて
流路形成カバー１４の作る流路を絞っている。本実施例
では図中左端の基板、２の流路を他の部分より絞ってい
る。

このように、流路幅や加熱部の容量や配置をかえて、冷
却用ＬＳＩ４の必要な冷却容量を確保することができる
。

第２図に示す他の実施例は同一基板内の発熱部と冷却部
の容量バランスを流路仕切部材１６を用いて調節した場
合の例を示す。本例では各抵抗発熱体８の発熱容量が同
一とすると各領域での自然対流発生量は発熱体の個数に
比例するため、例えば基板２の下方の非加熱流体１２の
基板入口流速は図のベクトル１８で表示したような分布
になる。

このため、そこに位置する冷却用ＬＳＩ４の冷却容量は
、これに比例した形で大きくなるため、本例では、右か
ら２番目の流路にあるＬＳＩチップ２０がよく冷却され
ることがわかる。

第３図は加熱部に電熱線による加熱ヒータ２２を配置し
、積極的に加熱し自然対流による流れを生じるようにし
た実施例である。また、この実施例では、基板２の表面
に流路を形成するダクト状のカバーを設けず、Ｌ、ＳＩ
のついた面を対向させ基板２どうしの間隔により適切な
流路を形成できるようにしたものである。本構造では第
１図に示した実施例に比較し、単純構造であり、しかも
対流源となる加熱部が半導体装置と独立したヒータ２２
であるため、耐熱性の低い部品の発熱量に基づいてヒー
タ２２の発熱を制御することができるなど、制御し安い
利点がある。

以上に例示した実施例はいずれも半導体の冷却方法とし
て、ファンなどの騒音源となる動力を用いておらず、無
騒音冷却方法としての効果が大きい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、冷却方式としては自然対流による流体
流れを利用しているので、ファンなど騒音源となる冷却
機器を使用しないため、騒音の無い静かな半導体冷却に
効果がある。さらに本発明によれば付帯機器がなく基板
上に配置した部品のみで一般の自然対流より大きな冷却
効果を得ることができ、しかも冷却装置をコンパクトに
構成するのに効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面ちょうかん図、第
２図は本発明の他の実施例の構造断面の機能説明図、第
３図は本発明の更に他の実施例の断面構造図、第４図は
従来構造の一例を示す断面ちょうかん図、第５図は従来
構造の他の一例を示す断面構造図である。 ２・・・半導体装置基板、４・・・冷却用ＬＳＩ、６・
・・耐熱性ＬＳ１．８・・・抵抗発熱体、１０・・・加
熱流体、１２・・・非加熱流体。 １４・・・流路形成カバー、１６・・・流路仕切部材、
１８・・・ベクトル、２０・・・ＬＳＩチップ、２２・
・・加熱ヒータ。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．電子部品の集合体からなる半導体装置の高発熱部で
   生じる自然対流に連動して生じる流体流れによって、該
   高発熱部以外の発熱部を強制対流冷却することを特徴と
   する半導体装置の冷却方法。
2. ２．電子部品の集合体からなる高密度の半導体装置の冷
   却方法において、前記電子部品のうち耐熱性の高い発熱
   部品を上方に、耐熱性の低い部品を該発熱部品の下方に
   配設し、前記発熱部品の発熱によって生じる自然対流に
   連動して生じる流体流れによって、前記耐熱性の低い部
   品を強制対流冷却することを特徴とする半導体装置の冷
   却方法。
3. ３．基板上に複数個実装した電子部品の集合体からなる
   高密度の半導体装置の冷却方法において、前記電子部品
   のうち耐熱性の高い発熱部品を前記基板上の上方に、耐
   熱性の低い部品を該発熱部品の下方の該基板上に配設し
   、これら基板上の部品を囲み、上方で解放して下方に開
   口部を有するダクト状のカバーを設け、前記上方の発熱
   部品の発熱によって生じる自然対流と連動して該開口部
   から流入する流体流れによって、前記下方に配設した部
   品を強制対流冷却することを特徴とする半導体装置の冷
   却方法。
4. ４．前記ダクト状のカバーは、前記開口部から流入する
   流体の流路が絞られた形状のものである請求項３記載の
   冷却方法。
5. ５．基板上の複数個実装した電子部品の集合体からなる
   高密度の半導体装置の冷却方法において、前記電子部品
   のうち耐熱性の高い発熱部品を前記基板上の上方に、耐
   熱性の低い部品を該発熱部品の下方の該基板上に配設し
   、該基板とこれら部品を挟んで隣接する他の基板の背面
   との間隙を、前記発熱部品の発熱によって生じる自然対
   流と連動して生じる流体流れの流路とし、該流体流れに
   よって前記下方に配設した部品を強制対流冷却すること
   を特徴とする半導体装置の冷却方法。
6. ６．前記電子部品を実装した基板と前記隣接する基板背
   面との間隙に、前記流体流れの流路を形成する仕切部材
   が設けられている請求項５記載の冷却方法。
7. ７．電源供給部と該電源供給部から供給される電気によ
   って動作する電子回路とからなる半導体装置の冷却方法
   において、前記電源供給部の発熱によって生じる自然対
   流と連動して生じる流体流れによって、前記電子回路を
   強制対流冷却することを特徴とする半導体装置の冷却方
   法。
8. ８．基板上に実装した電子部品の集合体からなる高密度
   の半導体装置の冷却方法において、前記基板の上方にヒ
   ータを配置し、該ヒータの発熱によって生じる自然対流
   に連動して生じる流体流れによって前記半導体装置の発
   熱部を強制対流冷却することを特徴とする半導体装置の
   冷却方法。
9. ９．請求項２ないし６のうちいずれかに記載の方法にお
   いて、前記電子部品の集合体の上方にヒータを配置し、
   該ヒータの発熱によって生じる自然対流に連動して生じ
   る流体流れによって半導体装置の発熱部を冷却すること
   を特徴とする冷却方法。
10. １０．前記ヒータは、前記電子部品のうち耐熱性の低い
    部品の発熱量に基づいて制御されるものである請求項８
    又は９記載の冷却方法。
11. １１．前記ヒータはセラミックヒータである請求項８，
    ９又は１０記載の冷却方法。
12. １２．基板上に複数個実装した電子部品の集合体からな
    る高密度の半導体装置において、前記電子部品のうち耐
    熱性の高い発熱部品を前記基板上の上方に、耐熱性の低
    い部品を該発熱部品の下方の該基板上に配設し、該発熱
    部品の発熱によって生じる自然対流に連動して生じる流
    体流れの流路が該基板上に設けられていることを特徴と
    する半導体装置。
13. １３．前記流路は、上方で解放し下方に開口部を有する
    ダクト状のカバーによって形成されたものである請求項
    １２記載の半導体装置。
14. １４．前記流路は、前記基板と該基板上の部品を挟んで
    隣接する他の基板の背面との間隙に仕切部材を設けて形
    成したものである請求項１２記載の半導体装置。
15. １５．請求項１２，１３又は１４記載の装置において、
    前記基板の上方にヒータが配置されていることを特徴と
    する半導体装置。