JPH0534113Y2 - - Google Patents
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- JPH0534113Y2 JPH0534113Y2 JP11627587U JP11627587U JPH0534113Y2 JP H0534113 Y2 JPH0534113 Y2 JP H0534113Y2 JP 11627587 U JP11627587 U JP 11627587U JP 11627587 U JP11627587 U JP 11627587U JP H0534113 Y2 JPH0534113 Y2 JP H0534113Y2
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- refrigerant
- lsi
- cooling
- chips
- air bubbles
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Landscapes
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
〔概要〕
多数の半導体チツプをセラミツク回路基板上に
搭載した半導体装置の液冷構造に関し、 効率よく半導体装置を冷却することを目的と
し、 冷却容器を、 複数の半導体チツプに均等に冷媒を供給する整
流板と、冷媒の流通方向に対して直角に設けら
れ、半導体チツプを一個づつ層別する複数の多孔
質板と、該容器の両端に設けられ、多孔質板に沿
つて横方向に移動してきた気泡を冷媒の循環系に
戻すパイプと、気泡除去用タンクを備え、該装置
の冷媒供給口と排出口とを繋いで冷媒を循環させ
る冷媒循環装置とを備えて冷却装置を構成する。
搭載した半導体装置の液冷構造に関し、 効率よく半導体装置を冷却することを目的と
し、 冷却容器を、 複数の半導体チツプに均等に冷媒を供給する整
流板と、冷媒の流通方向に対して直角に設けら
れ、半導体チツプを一個づつ層別する複数の多孔
質板と、該容器の両端に設けられ、多孔質板に沿
つて横方向に移動してきた気泡を冷媒の循環系に
戻すパイプと、気泡除去用タンクを備え、該装置
の冷媒供給口と排出口とを繋いで冷媒を循環させ
る冷媒循環装置とを備えて冷却装置を構成する。
本考案は冷媒を循環させて多数の半導体チツプ
を冷却させる半導体装置の冷却構造に関する。
を冷却させる半導体装置の冷却構造に関する。
大量の情報を高速に処理する情報処理装置の処
理能力を増大するため、多数の単位チツプを集積
して構成されている半導体チツプは単位チツプの
小形化と共に素子数の増大が行われてLSIや
VLSIが実用化されている。
理能力を増大するため、多数の単位チツプを集積
して構成されている半導体チツプは単位チツプの
小形化と共に素子数の増大が行われてLSIや
VLSIが実用化されている。
また、配線基板への搭載方法も改良され、従来
は半導体チツプ毎にハーメチツクシール・パツケ
ージに格納し、これをプリント配線基板に装着し
ていたが、今後は複数の半導体チツプ（以下略し
てLSIチツプ）をセラミツク回路基板に搭載して
LSIモジールを作り、これを取替え単位として配
線基板に装着する形態がとられるに到つている。
は半導体チツプ毎にハーメチツクシール・パツケ
ージに格納し、これをプリント配線基板に装着し
ていたが、今後は複数の半導体チツプ（以下略し
てLSIチツプ）をセラミツク回路基板に搭載して
LSIモジールを作り、これを取替え単位として配
線基板に装着する形態がとられるに到つている。
このように単位チツプの小形化と高密度化が進
んでくると、LSIモジールの発熱量は膨大とな
り、従来の強制空冷構造ではLSIチツプの温度を
最高使用温度（85℃）以内に保持することは不可
能となつた。
んでくると、LSIモジールの発熱量は膨大とな
り、従来の強制空冷構造ではLSIチツプの温度を
最高使用温度（85℃）以内に保持することは不可
能となつた。
すなわち、今までLSIチツプの発熱量は最高で
も4W（ワツト）程度であつたが、VLSIにおいて
は約10Wに達している。
も4W（ワツト）程度であつたが、VLSIにおいて
は約10Wに達している。
以上のことから、半導体装置の冷却方法は従来
の強制空冷に代わつて液冷が必要になつている。
の強制空冷に代わつて液冷が必要になつている。
考案者は多数のLSIチツプをセラミツク回路基
板に搭載した液冷構造について、既に数件の特許
と実用新案を申請中である。
板に搭載した液冷構造について、既に数件の特許
と実用新案を申請中である。
たとえば、実願昭59−016496（59年２月８日出
願），特願昭61−252014（61年10月24日），実願昭
61−119233（61年８月２日），実願昭62−006288
（62年１月20日出願）など。
願），特願昭61−252014（61年10月24日），実願昭
61−119233（61年８月２日），実願昭62−006288
（62年１月20日出願）など。
これらの出願の要旨は半導体モジールを搭載し
た回路基板を非腐蝕性，非解離性で沸点がLSIモ
ジユールの最高使用温度である85℃以下の冷媒、
例えば低沸点の弗化炭素であるC5F12（沸点30℃），
C6F14（沸点56℃），C7F16Ｏ（沸点101℃）などに浸
積して密封し、回路基板は容器の内側に設けたコ
ネクタなどにより外部回路に接続するか、或いは
回路基板を密封容器の側壁として使用し、裏面よ
り突出するリードピンにコネクタを挿入して回路
接続する構造などをとつている。
た回路基板を非腐蝕性，非解離性で沸点がLSIモ
ジユールの最高使用温度である85℃以下の冷媒、
例えば低沸点の弗化炭素であるC5F12（沸点30℃），
C6F14（沸点56℃），C7F16Ｏ（沸点101℃）などに浸
積して密封し、回路基板は容器の内側に設けたコ
ネクタなどにより外部回路に接続するか、或いは
回路基板を密封容器の側壁として使用し、裏面よ
り突出するリードピンにコネクタを挿入して回路
接続する構造などをとつている。
そして、作動中にLSIチツプの表面から沸騰し
て気化する冷媒を液中と容器上部に設けてある熱
交換機（凝縮器）により冷却して再び液化する構
成をとつている。
て気化する冷媒を液中と容器上部に設けてある熱
交換機（凝縮器）により冷却して再び液化する構
成をとつている。
このような液冷構造はLSIチツプの発熱量が従
来のように数Ｗの場合には差支えないが、10W程
度と増加するとチツプ面から沸騰が激しく起こ
り、またチツプ面が気化したガスによつて覆われ
る膜沸騰状態になり易い。
来のように数Ｗの場合には差支えないが、10W程
度と増加するとチツプ面から沸騰が激しく起こ
り、またチツプ面が気化したガスによつて覆われ
る膜沸騰状態になり易い。
この状態になると冷媒と遮断されるためにLSI
チツプは熱暴走状態になり破壊に到る。
チツプは熱暴走状態になり破壊に到る。
これらのことから冷媒を強制循環させて冷却効
率を向上することが必要となつた。
率を向上することが必要となつた。
以上記したようにLSIチツプの発熱量の増大と
共にこれを搭載したLSIモジールの冷却は通常の
液冷構造では不十分となつた。
共にこれを搭載したLSIモジールの冷却は通常の
液冷構造では不十分となつた。
そこで、冷媒を循環させて強制冷却する構造と
する場合に冷却効率の優れた冷却構造の開発が必
要になつた。
する場合に冷却効率の優れた冷却構造の開発が必
要になつた。
上記の問題はセラミツク回路基板上に搭載した
複数の半導体チツプを密封し、一端に冷媒の供給
口を他端に排出口を備える冷却容器が、 前記複数の半導体チツプに均等に冷媒を供給す
る整流板と、冷媒の流通方向に対して直角に設け
られ、半導体チツプを層別する複数の多孔質板
と、該容器の両端に設けられ、多孔質板に沿つて
横方向に移動してきた気泡を冷媒の循環系に戻す
パイプと、気泡除去用タンクを備え、該装置の冷
媒供給口と排出口とを繋いで冷媒を循環させる冷
媒循環装置とを備えてなる半導体装置の冷却構造
の使用により解決することができる。
複数の半導体チツプを密封し、一端に冷媒の供給
口を他端に排出口を備える冷却容器が、 前記複数の半導体チツプに均等に冷媒を供給す
る整流板と、冷媒の流通方向に対して直角に設け
られ、半導体チツプを層別する複数の多孔質板
と、該容器の両端に設けられ、多孔質板に沿つて
横方向に移動してきた気泡を冷媒の循環系に戻す
パイプと、気泡除去用タンクを備え、該装置の冷
媒供給口と排出口とを繋いで冷媒を循環させる冷
媒循環装置とを備えてなる半導体装置の冷却構造
の使用により解決することができる。
発熱量の大きなLSIチツプを多数搭載した半導体
モジユールを効率よく冷却させるにはLSIチツプ
より生ずる気泡の処理が最も重要である。
モジユールを効率よく冷却させるにはLSIチツプ
より生ずる気泡の処理が最も重要である。
すなわち、直列に並んでいるLSIチツプに強制
液冷を行う状態を考えると、第１のLSIチツプか
ら生じた気泡は冷媒と混合しながら第２のLSIチ
ツプに流れて冷却し、この冷媒に第２のLSIチツ
プから生じた気泡が加わつて次ぎ次ぎに下流の
LSIチツプを冷却してゆく。
液冷を行う状態を考えると、第１のLSIチツプか
ら生じた気泡は冷媒と混合しながら第２のLSIチ
ツプに流れて冷却し、この冷媒に第２のLSIチツ
プから生じた気泡が加わつて次ぎ次ぎに下流の
LSIチツプを冷却してゆく。
この過程で冷媒の温度は次第に上昇してゆく
が、これ以外に冷媒中の気泡含有量は下流に行く
に従つて増加してゆき、熱交換能率は急速に低下
してしまう。
が、これ以外に冷媒中の気泡含有量は下流に行く
に従つて増加してゆき、熱交換能率は急速に低下
してしまう。
そして、最後にはLSIチツプの表面が気泡で覆
われる膜沸騰状態となると熱暴走状態となつて
LSIチツプは破壊する。
われる膜沸騰状態となると熱暴走状態となつて
LSIチツプは破壊する。
そのために直列に並んでいるLSIチツプを効率
よく冷却するには気泡の除去が重要である。
よく冷却するには気泡の除去が重要である。
次に、狭い流路にLSIチツプが直列に並んでい
ると冷媒中での気泡の飽和が速く起こるので、効
率よく冷却するには流路をなるべく広く設計する
必要がある。
ると冷媒中での気泡の飽和が速く起こるので、効
率よく冷却するには流路をなるべく広く設計する
必要がある。
本考案に係る冷却構造はLSIモジユールを冷却
する容器がマトリツクス状に配列したLSIチツプ
を冷媒の流通方向に対して直角に一個づつ層別す
る多孔質板を備え、LSIチツプから生じた気泡を
冷媒は通すが気泡は通さない多孔質板に沿つて冷
媒の通過方向に直角に移動させて容器外に導く方
法をとるものである。
する容器がマトリツクス状に配列したLSIチツプ
を冷媒の流通方向に対して直角に一個づつ層別す
る多孔質板を備え、LSIチツプから生じた気泡を
冷媒は通すが気泡は通さない多孔質板に沿つて冷
媒の通過方向に直角に移動させて容器外に導く方
法をとるものである。
このようにすると、冷媒と混合している気泡は
層別されている各の多孔質板の位置で除去できる
ので、膜沸騰は起こり難くなり、従つて冷却効率
を向上することができる。
層別されている各の多孔質板の位置で除去できる
ので、膜沸騰は起こり難くなり、従つて冷却効率
を向上することができる。
第１図Ａは本考案に係る冷却容器の構成を示す
平面図、また第１図Ｂは冷却容器の縦方向の断面
模式図である。
平面図、また第１図Ｂは冷却容器の縦方向の断面
模式図である。
本考案に係る冷却構造はセラミツク回路基板１
の上にマトリツクス状に配列しているLSIチツプ
２に冷媒を容器の供給口３より排出口４に流す際
に流路すなわち供給口３と排出口４を結ぶ線と直
角に多孔質板５を設け、上流のLSIチツプ２から
発生した気泡をこの多孔質板５に沿つて横方向に
逃がすものである。
の上にマトリツクス状に配列しているLSIチツプ
２に冷媒を容器の供給口３より排出口４に流す際
に流路すなわち供給口３と排出口４を結ぶ線と直
角に多孔質板５を設け、上流のLSIチツプ２から
発生した気泡をこの多孔質板５に沿つて横方向に
逃がすものである。
そのためには多孔質板５には冷媒は通すものゝ
気泡は通さない程度の孔が開いていることが必要
で、この実施例の場合は平均孔径として0.5〜0.6
mmの孔が開いているニツケル（Ni）板を使用し
た。
気泡は通さない程度の孔が開いていることが必要
で、この実施例の場合は平均孔径として0.5〜0.6
mmの孔が開いているニツケル（Ni）板を使用し
た。
次に、供給口３からの冷媒が150mm角のセラミ
ツク回路基板１の上に18mmピツチで８×８個搭載
されている10mm角のLSIチツプ２に均等に流すた
めには整流板６を供給口３の近くに設けて冷媒の
流れを調整することが必要である。
ツク回路基板１の上に18mmピツチで８×８個搭載
されている10mm角のLSIチツプ２に均等に流すた
めには整流板６を供給口３の近くに設けて冷媒の
流れを調整することが必要である。
ここで、LSIチツプ２で生じた気泡が多孔質板
５に沿つて左右に流れる理由は整流板６によつて
も流れを完全に均一にすることは不可能で中央部
の流速が速く、そのために気泡は周辺部に押し流
される。
５に沿つて左右に流れる理由は整流板６によつて
も流れを完全に均一にすることは不可能で中央部
の流速が速く、そのために気泡は周辺部に押し流
される。
このようにして周辺に押し寄せられた気泡は第
２の整流板７と多孔質板５との間を通り、パイプ
８を通つて気泡除去タンクのある冷媒循環装置に
導かれている。
２の整流板７と多孔質板５との間を通り、パイプ
８を通つて気泡除去タンクのある冷媒循環装置に
導かれている。
このような構造をとると多孔質板５によつて層
別されているためにLSIチツプ２からの気泡は多
孔質板５に沿つて除去されるために冷媒への気泡
の混入による熱交換効率の低下は解消される。
別されているためにLSIチツプ２からの気泡は多
孔質板５に沿つて除去されるために冷媒への気泡
の混入による熱交換効率の低下は解消される。
次に第１図Ｂは本考案に係る冷却容器の実施例
に付いて縦方向の断面構造を示すもので、ステン
レス製の蓋１０に供給口３と排出口４が設けてあ
り、またNi焼結体よりなる多孔質板５は蓋１０
に熔着されている。
に付いて縦方向の断面構造を示すもので、ステン
レス製の蓋１０に供給口３と排出口４が設けてあ
り、またNi焼結体よりなる多孔質板５は蓋１０
に熔着されている。
また150mm角のセラミツク回路基板１の周辺部
はメタライズされていてフランジ１１が熔着され
ており、蓋１０とフランジはＯリング１２を介
し、ねじ止めすることにより気密構造をとつてい
る。
はメタライズされていてフランジ１１が熔着され
ており、蓋１０とフランジはＯリング１２を介
し、ねじ止めすることにより気密構造をとつてい
る。
次に図示は省略したが容器の排出口４と供給口
３とは気泡除去用タンクと冷却装置を備えた冷媒
循環装置に接続さており、供給口３に供給された
冷媒は排出口４から吸引される構成をとる。
３とは気泡除去用タンクと冷却装置を備えた冷媒
循環装置に接続さており、供給口３に供給された
冷媒は排出口４から吸引される構成をとる。
このような構造の冷却構造によると多孔質板５
を使用しない場合に較べ、膜沸騰によりLSIチツ
プの破壊の生ずる供給電力を1.5倍増加すること
が可能となり、これにより液冷構造の高効率化が
可能となる。
を使用しない場合に較べ、膜沸騰によりLSIチツ
プの破壊の生ずる供給電力を1.5倍増加すること
が可能となり、これにより液冷構造の高効率化が
可能となる。
本考案の実施によりLSIチツプからの気泡の冷
媒への混入による熱交換効率の低下を無くするこ
とができ、これにより冷却効率の向上が可能とな
る。
媒への混入による熱交換効率の低下を無くするこ
とができ、これにより冷却効率の向上が可能とな
る。
第１図Ａは本考案に係る冷却容器の構成を示す
平面図、第１図Ｂは本考案に係る冷却容器の縦方
向の断面模式図、である。 図において、１はセラミツク回路基板、２は
LSIチツプ、３は供給口、４は排出口、５は多孔
質板、６は整流板、７は第２の整流板、８はパイ
プ、１０は蓋、である。
平面図、第１図Ｂは本考案に係る冷却容器の縦方
向の断面模式図、である。 図において、１はセラミツク回路基板、２は
LSIチツプ、３は供給口、４は排出口、５は多孔
質板、６は整流板、７は第２の整流板、８はパイ
プ、１０は蓋、である。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 セラミツク回路基板１の上に搭載した複数の
LSIチツプ２を密封し、一端に冷媒の供給口３を
他端に排出口４を備える冷却容器が、 前記複数のLSIチツプ２に均等に冷媒を供給す
る整流板６と、 冷媒の流通方向に対して直角に設けられ、LSI
チツプ２を層別する複数の多孔質板５と、 該容器の両端に設けられ、多孔質板５に沿つて
横方向に移動してきた気泡を冷媒の循環系に戻す
パイプ８と、 気泡除去用タンクを備え、該装置の冷媒供給口
３と排出口４とを繋いで冷媒を循環させる冷媒循
環装置と、 を備えてなることを特徴とする半導体装置の冷却
構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11627587U JPH0534113Y2 (ja) | 1987-07-29 | 1987-07-29 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11627587U JPH0534113Y2 (ja) | 1987-07-29 | 1987-07-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6420742U JPS6420742U (ja) | 1989-02-01 |
| JPH0534113Y2 true JPH0534113Y2 (ja) | 1993-08-30 |
Family
ID=31358662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11627587U Expired - Lifetime JPH0534113Y2 (ja) | 1987-07-29 | 1987-07-29 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0534113Y2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005004571A1 (ja) * | 2003-06-30 | 2005-01-13 | Advantest Corporation | 発熱素子冷却用カバー、発熱素子実装装置およびテストヘッド |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6771500B1 (en) * | 2003-03-27 | 2004-08-03 | Stmicroelectronics, Inc. | System and method for direct convective cooling of an exposed integrated circuit die surface |
-
1987
- 1987-07-29 JP JP11627587U patent/JPH0534113Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005004571A1 (ja) * | 2003-06-30 | 2005-01-13 | Advantest Corporation | 発熱素子冷却用カバー、発熱素子実装装置およびテストヘッド |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6420742U (ja) | 1989-02-01 |
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