JPH0341754A - 半導体の冷却装置 - 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、半導体チップや半導体パッケージなどのＬＳ
Ｉ高密度集積回路から発生した熱を除去するの好適な半
導体の冷却装置に関する。

〔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、その冷却装置はこれまで種々の方式が考
案されている。例えば、第５図に示した特開昭５７−１
７８３４８号公報に開示されたように、ポンプで液体冷
媒を半導体装置間りに循環させるもの、あるいは、第６
図に示した特公昭５７−２５９８０号公報に開示された
ように、半導体装置には送風機を備え、冷却空気を発熱
部に噴流ノズルから強制的に吹き付けて空冷するもの、
さらに、第７図に例示したように、冷却液媒体と発熱部
との接触には、発熱量の多少によらず必要温度差を小さ
く保持することを可能にするような考案がなされている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

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にしている。

しかし、その発熱量が大きい場合にはそれに相当する冷
却能力をもつ容量の装置。

及び、複雑な熱伝達構造が必要である。それらは主とし
て空冷方式であれば空気流量、媒体冷却方式であれば媒
体の顕熱量、及び、媒体の一部を沸騰させた潜熱量によ
っているのが通常であり、それらの量が大きくなるため
に、半導体装置には、送風機や媒体循環ポンプなどの動
力機器を付番装置として備えた大規模、かつ、複雑な装
置の構成を許している。

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４Ｂ設備があまり小さく
ならず、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。発明者らは、媒体の全量を蒸発させれば潜
熱の利用が増大でき、媒体使用量を少なくすることが出
来ることに着目した。さらに、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Ｏ
Ａ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、従来技術に
よる冷却方法では付帯装置動力機器から発生する騒音が
問題となる。そこで、低騒音の半導体冷却方法が必要に
なってくる。

本発明の目的は、低騒音で冷却できる半導体装置の冷却
装置を提供することにある。さらに他の目的は、媒体使
用量が少なく単純な伝熱構造で低コストの半導体の冷却
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、計算機など高密度に実装した半導体装置の
うち大量に熱を発生する部品を効果的に冷却し、信頼性
のある動作をさせるために多孔質の放熱フィンを使用し
、その放熱フィンに冷却媒体を供給して蒸発させ、蒸発
潜熱を利用した冷却装置とすることで達成できる。

〔作用〕

冷却媒体が蒸発する時の潜熱を用いて半導体装置の効果
的な冷却装置とすることが出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図は多孔質のセラミックス放熱フィン上が基板６上の高
発熱ＬＳＩチップ２上に熱伝導フィルム３をはさんで構
成される半導体の冷却装置である。冷却のために蒸発さ
せる冷媒４は管５により供給される。冷媒は、セラミッ
クス放熱フィンの内部、あるいは、表面を張力により広
がる。

ＬＳＩチップ２より発生した熱は、熱伝導フィルム３を
伝わり、放熱フィン１へ伝えられ、放熱フィン■の表面
、あるいは、内部に保持された冷媒４の蒸発により除去
される。ＬＳＩチップ２の発熱量に応じて４ｒ！５より
供給する冷却媒体量をバルブ１４で制御しながらＬＳＩ
チップ２の必要な冷却容量を確保する。

本実施例によれば、セラミックス放熱フィンの多孔質構
造により、冷媒の蒸発を促進させる構造が単純化出来る
。

第２図に示す実施例は冷熱媒体４の蒸発を促進させるた
めに、ファン６によって強制的に蒸発させてＬ　Ｓ　Ｉ
チップ２を冷却し、冷媒４の蒸気を空気と共に送風機７
および吸引ファン８で回収して圧縮機９に送り、ＬＳＩ
チップ４を空気より分離して回収し、管５によって冷媒
４を＠環使用した半導体装置の冷却装置である。

第３図に示す実施例は媒体循環ポンプ１１により冷媒を
循環させるもので、冷媒凝縮機１０により媒体気体４ｂ
を液化している。冷却用ＬＳＩ３の発熱量に応じて吸引
ファン８、及び、循環ポンプ１１を連動させて制御装置
１２により制御する半導体装置の冷却装置である。

第４図に示す実施例は繊維状の耐熱プラスチックを板状
に整形して放熱フィン１５が基板６上の高発熱ＬＳＩチ
ップ２．ＬＳＩチップ匡体上体１３よび熱伝導フィルム
３をはさんで構成される半導体装置の冷却装置である。

冷却のために蒸発させる冷媒４は管５．圧入ポンプ１１
及びバルブ１４により供給される。冷媒４は、セラミッ
クス放熱フィンの内部に圧入されて広がる。ＬＳＩチッ
プ２より発生した熱は、熱伝導フィルム３を伝わり、放
熱フィン土５へ伝えられ、放熱フィン１５の表面、ある
いは、内部に保持された冷媒４の蒸発により除去される
。ＬＳＩチップ２の発熱量に応じて管５より供給する冷
却媒体量をバルブ↓４で制御しながらＬＳＩチップ２の
必要な冷却容量を確保する。

本実施例によれば、繊維状放熱板の微細の網目構造によ
り、冷媒の蒸発を促進させる構造が単純化出来る。

以上に例示した実施例はいずれも半導体装置の冷却装置
として、空冷方式の場合よりも低い馬力のファン、すな
わち、低無騒音伶却装置としての効果が大きい。さらに
、水冷方式や媒体方式で顕熱を利用する場合よりも媒体
の持つ全蒸発潜熱量を１００％近く利用できるために、
冷却効率が高く、媒体使用量が少なく単純で低コストの
半導体装置の冷却装置を実現できる。そして、冷却媒体
は多孔質のセラミックスや繊維状の放熱フィンに毛細管
現象で浸透、あるいは、圧力注入されることで媒体の蒸
発面積を最大限に広げることができ、簡単な構造で蒸発
速度を早める効果をもつ装置を実現することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ファンなど騒音源となる冷却機器が低
馬力ですむため、低騒音の静かな半導体冷却が可能であ
る。さらに、付帯機器や伝熱構造が簡略化され、単純で
低コスト、かつ、コンパクトの半導体装置の冷却装置を
実現できる。

【図面の簡単な説明】 第１図、第２図、第３図及び第４図は本発明の一実施例
の説明図、第５図は従来構造の断面図、第６図は従来構
造の他の例を示す斜視図、第７図は従来の熱伝達構造斜
視図である。 １・・・放熱フィン、２・・・冷却用ＬＳＩ、３・・・
熱伝導フィルム、４ａ・・・冷却媒体、４ｂ・・・冷却
媒体気体、５・・・管、６・・・基板、７・・・ファン
、８・・・吸引ファン、９・・・冷媒分離装置、ｉｏ・
・冷媒凝縮器、１１・・・循環ポンプ、１２・・・媒体
循環量制御装置、１３・・ＬＳＩチップ匡体、１４・・
・流量調節バルブ、１５・・繊維状放熱板。 め１図 寮 ３ 図 給 ム 図 ３ １Ｓ班様４に枝棹坂 第 区 め ら 圓 第 圀

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．基板上に複数個取り付け実装した電子部品の集合体
   からなる高密度半導体装置において、放熱フインに断続
   的、または、連続的に液体を供給し、全量、ないし、そ
   れに近い量を気化することでその蒸発熱によつて冷却を
   行うことを特徴とする半導体の冷却装置。
2. ２．基板上に取り付け実装した電子部品の集合体からな
   る高密度半導体装置に於いて、 前記半導体装置の上方に、前記半導体装置の発熱量に連
   動して冷却液を供給し、冷却媒体の蒸発表面積を冷却フ
   インの表面を利用して大きくすることで蒸発を促進させ
   、その蒸発熱によつて冷却を行うことを特徴とする半導
   体の冷却装置。
3. ３．請求項１または２において、前記冷却媒体を回収し
   て循環使用する半導体の冷却装置。
4. ４．請求項１または２において、前記冷却媒体に水，有
   機化合物またはそれらの混合物を使用する半導体の冷却
   装置。
5. ５．請求項１または２において、前記放熱フインに多孔
   質の金属を使用する半導体の冷却装置。
6. ６．請求項１または２において、前記放熱フインに多孔
   質のセラミツクス化合物を使用する半導体の冷却装置。
7. ７．請求項１または２において、前記放熱フインに繊維
   状または網目状の耐熱有機化合物を使用する半導体の冷
   却装置。
8. ８．請求項１，２，５，６または７において、前記放熱
   フインの多孔質部分，繊維状および網目状の毛細管部分
   に、前記冷媒が表面張力により浸透する現象を利用して
   蒸発を促進させる半導体の冷却装置。