JPH03139899A - 冷却構造 - Google Patents

冷却構造

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JPH03139899A
JPH03139899A JP1277596A JP27759689A JPH03139899A JP H03139899 A JPH03139899 A JP H03139899A JP 1277596 A JP1277596 A JP 1277596A JP 27759689 A JP27759689 A JP 27759689A JP H03139899 A JPH03139899 A JP H03139899A
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JP
Japan
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liquid
cooling
cooling plate
semiconductor devices
branched
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JP1277596A
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English (en)
Inventor
Masahiro Mochizuki
優宏 望月
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means 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
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition 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
    • H01L2224/16221Disposition 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
    • H01L2224/16225Disposition 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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  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

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】 〔概 要〕 半導体装置、特に高速コンピュータ用の集積回路等を冷
却するための冷却構造に関し、冷却効率の高い冷却構造
を提供することを目的とし、 (1)回路基板l上に縦横に整列実装された複数の半導
体装置2を液冷する冷却構造であって、該回路基板1と
対向し且つ該半導体装置2に近接して液冷板4が配設さ
れ、該液冷板4と該回路基板1と隣接する該半導体装置
2の対向する二つの側面2Aとで囲んでなる縦方向およ
び横方向の管状空間Pは冷却液供給手段に連通しており
、該管状空間Pの縦横少なくとも一方が冷却液の流路と
なるように構成する。
(2)前記管状空間Pの縦横交差部分には仕切り板27
が斜め上下の関係にある二つの半導体装置2を結ぶ位置
に配設されて該管状空間Pが直角に曲げられ、縦横双方
の該管状空間Pが冷却液の流路となるように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体装置、特に高速コンピュータ用の集積
回路等を冷却するための冷却構造に関する。
近年、大型コンピュータやスーパーコンピュータ等にお
いては、使用する集積回路の高速化と高集積化に伴って
消費電力は増大し、しかもその集積回路実装の高密度化
が並行して進められているため、発熱密度が著しく上昇
するに至っている。
このため、このような高速コンピュータ等の温度上昇を
防止してその性能を維持するために、より一層効率良く
集積回路を冷却することが可能な冷却構造の開発が望ま
れている。
〔従来の技術〕
従来から、発熱が特゛に大きい半導体装置の冷却には液
冷方式が採用されている。その代表例を以下に説明する
。第4図は従来の冷却構造の一例を示す模式断面図であ
る。図中、■は回路基板、2は回路基板1に実装されて
いる半導体装置、4oは冷却モジュールである。この冷
却モジュール4oは基体41、この基体41に固着され
ている複数個のベローズ42、これらのベローズ42の
底部に接合されている良熱伝導材料からなる伝熱tfi
、43(表層は半導体装置2との密着性を良くするため
に熱伝導性と共に弾力性を有する材料が用いられている
)、各ベローズ42に冷却水を供給するノズル44等か
らなる。尚、構造を簡略化させるため、冷却水は各ベロ
ーズ42に並列的に供給されるのではなく、複数のベロ
ーズ42に直列的に供給される構造となっている。
この冷却構造は基本的には伝熱板43を半導体装置2に
接触せしめて半導体装置20発熱を伝熱板43に伝え、
これを冷却水で冷却するものである。
即ち、各伝熱板43が各半導体装置2に接触するよう冷
却モジュール40を回路基板1に対峙せしめ、熱交換器
、送水ポンプ等からなる冷却水供給装置(図示は省略)
からホース(図示は省略)等を介して供給される冷却水
を冷却モジュール40の基体41内に導き、これをノズ
ル44からベローズ42内に注入して伝熱Ui、43の
熱を吸収し、基体41を経て上記冷却水供給装置に戻す
ことにより、半導体装置2を冷却する構造としていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながらこのような従来の冷却構造では、冷却する
半導体装置のパッケージの種類がキャビティアップ型の
場合には、発熱体であるチップがボンディングされてい
るパッケージの基体ではなくパッケージの蓋を冷却する
ことになり、冷却効率が悪いという問題があった。
本発明は、このような問題を解決して、キャビティアッ
プ型のパンケージであっても良好な冷却効率の得られる
冷却構造を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
二の目的は、本発明によれば、(1)回路基板1上に縦
横に整列実装された複数の半導体装置2を液冷する冷却
構造であって、該回路基板1と対向し且つ該半導体装置
2に近接して液冷板4が配設され、該液冷板4と該回路
基板1と隣接する該半導体装置2の対向する二つの側面
2Aとで囲んでなる縦方向および横方向の管状空間Pは
冷却液供給手段に連通しており、該管状空間Pの縦横少
なくとも一方が冷却液の流路となることを特徴とする冷
却構造とし、(2)前記管状空間Pの縦横交差部分には
仕切り板27が斜め上下の関係にある二つの半導体装置
2を結ぶ位置に配設されて該管状空間Pが直角に曲げら
れ、縦横双方の該管状空間Pが冷却液の流路となること
を特徴とする冷却構造とすることにより、達成される。
〔作用〕
第3図は半導体装置(集積回路)のパッケージの一例を
示す模式断面図である。このパッケージでは基体32の
上面にキャビティ32Aを有し、このキャビティ32八
内にチ・ンブ34をポンディングし、この上に蓋33を
被せて気密封止しである。このようなキャビティアップ
型の場合は基体32の底部全面にピン31を設けたピン
グリッドアレイ型パッケージとすることが出来、パッケ
ージの小型化、実装密度の向上に好都合である。
このようなキャビティアップ型のパッケージの場合、チ
ップ34の熱はパッケージの基体32を経てパッケージ
の133に伝わるため、蓋33での冷却より基体32で
の冷却の方が当然熱抵抗が低くなる。
本発明では、液冷板を半導体装置のパッケージ上にあて
がうように配設することにより、隣接するパッケージの
対向する基体側面と液冷板と回路基板からなる管状空間
を形成し、この管状空間を流路として冷却液を流すこと
により、半導体装置のパッケージをその基体側面から直
接冷却する冷却構造としたため、効率良く冷却出来る。
〔実施例〕
本発明に基づく冷却構造の実施例を第1図及び第2図に
より説明する。
第1図は本発明の第一の実施例を示す模式図である。図
中、1は回路基板であり、垂直に立てて搭載される。2
は半導体装置であり、多数個の集積回路2が回路基板l
上に一定の間隔を置いて縦横に整列実装されている。3
はハウジングであり、回路基板の周縁部でこれに固着さ
れている。4は液冷板であり、その周縁部以外は半導体
装置2の搭載高さより若干大なる深さを持つ凹所4Aと
なっている。この凹所4Aに上記の多数個の半導体装置
2を収納する形で液冷板4をハウジング3にシール3a
を介して密着し、複数のねじ3bにより固定されている
。液冷板4の下周縁部4Bには給液孔5が、上周縁部4
Cには速波孔6がそれぞれ明けられており、これら給液
孔5、速波孔6はそれぞれ複数個の技給液孔5A、技還
液孔6Aを有し、それらの全てが液冷板4の凹所4Aに
通じている。これら技給液孔5A、技還液孔6Aは共に
整列実装されている半導体装置2の垂直方向の間隙部、
即ち隣接する半導体装置2の対向する側面2Aと回路基
板lと液冷板4とで囲まれた管状空間P(但し垂直方向
の)の延長上に面して設けられている。
このように構成された冷却構造の給液孔5に、熱交換器
、ポンプ等からなる冷却液供給装置(図示は省略)から
供給ホース(図示は省略)等を介して冷却液を供給する
と、冷却液は枝給液孔5Aから液冷板4の凹所4八に入
ってこれを満たし、技還液孔6八から速波孔6に入り、
帰還ホース(図示は省略)等を介して上記冷却液供給装
置に戻る。液冷板4の凹所4^底面は半導体装置2の上
面に近接しているため、冷却液は主として上記の管状空
間Pを流路として、図の矢印の如く半導体装置2の垂直
の側面2Aに沿って上昇することになる。このようにし
て冷却液が半導体装置2の側面2Aに直接触れて、半導
体装置2の発熱を効率良く吸収する。
尚、使用する冷却液は電気絶縁性が良く、不活性のもの
でなければならないため、フロロカーボンの不活性液体
(例えば米・3M社の[フロリナートJ)を使用する。
次に本発明の第二の実施例を説明する。前述の第一の実
施例では、冷却水は主として垂直方向にのみ流れて半導
体装置2の側面2Aのうち垂直の2面を主として冷却す
るのに対して、この第二の実施例では半導体装置2の側
面2Aの4面全てを冷却するように工夫したものである
。この第二の実施例は前述の第一の実施例をベースにし
たものであるから、異なる部分のみ述べる。第2図は本
発明の第二の実施例を示す模式図であり、同図では第1
図のものと異なる部材にのみ異なる参照番号を付してあ
り、他は同一番号とした。
縦方向および横方向の管状空間P(第1図参照)の交差
部分には、仕切り板27が溜槽方向に対して右または左
に45°傾斜する角度で(斜め上下の関係にある半導体
装置2のエツジを結ぶ形で)配設されている。この仕切
り板27の高さは半導体装置2の実装高さに略等しく、
液冷板24の凹所24^の底部に接着されている(回路
基tfil上に接着しても効果に変わりはない)。これ
により管状空間Pは右または左に90″曲げられ、縦の
管状空間Pだけでなく、横の管状空間Pをも冷却液の主
たる流路とすることが出来る。第2図では実装されてい
る全ての半導体装置2の四つの側面2Aの全部が冷却液
の主たる流路に面するように仕切り板27を配置しであ
る。但し、左右最外側については対向する半導体装置2
がないため、液冷板24の凹所24への彫り込み形状を
工夫すると共に特別の仕切り板28を適宜配設しである
。この結果、第一の実施例よりも更に冷却効率の良い冷
却構造となった。
本発明は以上の実施例に限定されることなく、更に種々
変形して実施出来る。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、回路基板上に整
列実装された半導体装置を効率良く冷却する冷却構造を
提供することが出来、大型コンピュータやスーパーコン
ピュータ等の高性能化、信転性向上に寄与するところが
大きい。
図、 第2図は本発明の第二の実施例を示す模式断面図、 第3図は集積回路のパッケージの一例を示す模式断面図
、 第4図は従来の冷却構造の一例を示す模式断面図である
図中、■は回路基板、 2は半導体装置、 2Aは側面、 4.24は液冷板、 27.28は仕切り板、 Pは管状空間である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第一の実施例を示す模式断面(σ)側
断面 (b) 正面断簡 本光明の第二の実方1例を示す81成断面図第 図 集積回路のパッケージの一例を示す議式断菌図第 図 tt来のン令去P構造の一イ列を示寸11代釘百近図第 図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)回路基板(1)上に縦横に整列実装された複数の
    半導体装置(2)を液冷する冷却構造であって、該回路
    基板(1)と対向し且つ該半導体装置(2)に近接して
    液冷板(4)が配設され、 該液冷板(4)と該回路基板(1)と隣接する該半導体
    装置(2)の対向する二つの側面(2A)とで囲んでな
    る縦方向および横方向の管状空間(P)は冷却液供給手
    段に連通しており、 該管状空間(P)の縦横少なくとも一方が冷却液の流路
    となることを特徴とする冷却構造。
  2. (2)前記管状空間(P)の縦横交差部分には仕切り板
    (27)が斜め上下の関係にある二つの半導体装置(2
    )を結ぶ位置に配設されて該管状空間(P)が直角に曲
    げられ、 縦横双方の該管状空間(P)が冷却液の流路となること
    を特徴とする請求項(1)記載の冷却構造。
JP1277596A 1989-10-25 1989-10-25 冷却構造 Pending JPH03139899A (ja)

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