JPH0570940B2 - - Google Patents
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- JPH0570940B2 JPH0570940B2 JP21831784A JP21831784A JPH0570940B2 JP H0570940 B2 JPH0570940 B2 JP H0570940B2 JP 21831784 A JP21831784 A JP 21831784A JP 21831784 A JP21831784 A JP 21831784A JP H0570940 B2 JPH0570940 B2 JP H0570940B2
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-
- 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
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は電子計算機などに用いられる半導体チ
ツプの冷却装置に係り、特に基板上に密に搭載さ
れた高発熱の半導体チツプの冷却の好適な冷却装
置に関する。
ツプの冷却装置に係り、特に基板上に密に搭載さ
れた高発熱の半導体チツプの冷却の好適な冷却装
置に関する。
〔発明の背景〕
従来の半導体チツプの冷却装置は、特公昭52−
15358号に開示されているように、半導体チツプ
を低沸点の液体中に浸漬し、その液体を沸騰させ
ることによつて冷却し、沸騰して生じた蒸気は液
体上部あるいは液中に設けた冷却フインにて凝縮
する構造になつている。
15358号に開示されているように、半導体チツプ
を低沸点の液体中に浸漬し、その液体を沸騰させ
ることによつて冷却し、沸騰して生じた蒸気は液
体上部あるいは液中に設けた冷却フインにて凝縮
する構造になつている。
ところで、前記の冷却構造においては、前記冷
却フインの間隔が広くなつているため、大部分の
蒸気泡はフイン表面に触れることなく上昇する。
従つて、この冷却フインは上昇する気泡によつて
攪拌された液体を過冷却状態にし、過冷却された
液体中で蒸気泡を消滅させることになるので、伝
熱効率が悪かつた。その結果、半導体チツプを均
一に冷却するためには、液体上部に大きな凝縮器
を設ける必要がある。
却フインの間隔が広くなつているため、大部分の
蒸気泡はフイン表面に触れることなく上昇する。
従つて、この冷却フインは上昇する気泡によつて
攪拌された液体を過冷却状態にし、過冷却された
液体中で蒸気泡を消滅させることになるので、伝
熱効率が悪かつた。その結果、半導体チツプを均
一に冷却するためには、液体上部に大きな凝縮器
を設ける必要がある。
また、高発熱の半導体チツプの冷却装置とし
て、互に隣接する半導体チツプを冷却板で隔離
し、該冷却板にて蒸気を凝縮させる構造が、特開
昭57−159050号で開示されている。しかし、この
構造においても、冷却板の液中に位置する部分の
凝縮作用は前述の冷却装置と同様であり、伝熱効
率が悪く、凝縮構造を大きくする必要がある。
て、互に隣接する半導体チツプを冷却板で隔離
し、該冷却板にて蒸気を凝縮させる構造が、特開
昭57−159050号で開示されている。しかし、この
構造においても、冷却板の液中に位置する部分の
凝縮作用は前述の冷却装置と同様であり、伝熱効
率が悪く、凝縮構造を大きくする必要がある。
一方、半導体での沸騰促進構造として、米国特
許第3706127号に、チツプ背面を樹枝状の構造と
してものが開示されている。しかし、半導体チツ
プが密に多数並んだ場合、下方から蒸気泡の影響
により上方に位置する半導体チツプでの沸騰伝熱
効率が低下するという問題がある。
許第3706127号に、チツプ背面を樹枝状の構造と
してものが開示されている。しかし、半導体チツ
プが密に多数並んだ場合、下方から蒸気泡の影響
により上方に位置する半導体チツプでの沸騰伝熱
効率が低下するという問題がある。
本発明の目的は、基板上に半導体チツプが密に
搭載され、かつチツプの発熱量が大きくなつて
も、各半導体チツプを均一に冷却することがで
き、しかも液体上部の凝縮器を小形にできる半導
体チツプの冷却装置を提供することにある。
搭載され、かつチツプの発熱量が大きくなつて
も、各半導体チツプを均一に冷却することがで
き、しかも液体上部の凝縮器を小形にできる半導
体チツプの冷却装置を提供することにある。
この目的を達成するために、本発明は、半導体
チツプに突起物を取り付け、該突起物の周囲に、
半導体チツプを浸漬させれいる液体とは異なる冷
却媒体により冷却される多数の凝縮伝熱部材を設
け、前記液体の蒸気泡を該凝縮伝熱部材間を通過
する過程で凝縮させるようにしたことを特徴とす
る。
チツプに突起物を取り付け、該突起物の周囲に、
半導体チツプを浸漬させれいる液体とは異なる冷
却媒体により冷却される多数の凝縮伝熱部材を設
け、前記液体の蒸気泡を該凝縮伝熱部材間を通過
する過程で凝縮させるようにしたことを特徴とす
る。
以下、本発明の一実施例を第１図、第２図に従
つて説明する。第１図は本発明による半導体チツ
プの冷却装置を示す縦断面図、第２図は第１図に
おける冷却板の正面図である。第１図において、
基板１は多数の半導体チツプ２が密に搭載されて
おり、各半導体チツプ２に円柱状の突起物３が取
り付けられている。この突起物３は、その表面が
沸騰伝熱性能の優れた多孔質構造となつている。
相隣る基板１の間には、内部に冷却水流路５をも
つ扁平な冷却板４が挿入配置されている。該冷却
板４には凝縮伝熱部材である多数の細線６が冷却
板４に対して垂直に取り付けられていおり、その
細線群は突起物３間の隙間部分に突起物３を囲む
ように挿入されている。従つて、冷却板４を基板
１から取り外した状態では、第２図に示すよう
に、細線６群の中に突起物３が挿入される空間７
が形成されている。第２図は半導体チツプが基板
に千鳥配列されている場合における冷却板の例を
示したもので、前記空間７が千鳥配列となつてい
る。また、前記細線６は図示の例では、碁盤目状
に配列され、かつ細線６間の間隔が後述する液体
の蒸気泡の最大径よりも小さい間隔に保たれてい
る。この細線６は、銅、アルミニウム、シリコン
カーバイト等の熱伝導率の高いもので作るのが望
ましいが、カーボン繊維、ホイスカー等で作つて
もよい。
つて説明する。第１図は本発明による半導体チツ
プの冷却装置を示す縦断面図、第２図は第１図に
おける冷却板の正面図である。第１図において、
基板１は多数の半導体チツプ２が密に搭載されて
おり、各半導体チツプ２に円柱状の突起物３が取
り付けられている。この突起物３は、その表面が
沸騰伝熱性能の優れた多孔質構造となつている。
相隣る基板１の間には、内部に冷却水流路５をも
つ扁平な冷却板４が挿入配置されている。該冷却
板４には凝縮伝熱部材である多数の細線６が冷却
板４に対して垂直に取り付けられていおり、その
細線群は突起物３間の隙間部分に突起物３を囲む
ように挿入されている。従つて、冷却板４を基板
１から取り外した状態では、第２図に示すよう
に、細線６群の中に突起物３が挿入される空間７
が形成されている。第２図は半導体チツプが基板
に千鳥配列されている場合における冷却板の例を
示したもので、前記空間７が千鳥配列となつてい
る。また、前記細線６は図示の例では、碁盤目状
に配列され、かつ細線６間の間隔が後述する液体
の蒸気泡の最大径よりも小さい間隔に保たれてい
る。この細線６は、銅、アルミニウム、シリコン
カーバイト等の熱伝導率の高いもので作るのが望
ましいが、カーボン繊維、ホイスカー等で作つて
もよい。
そして、前記の基板１および冷却材４が複数並
列状態で密閉容器８内の蒸発性液体（フロン、パ
ーフロロカーボン系化合物、アルコール）の中に
浸漬されている。各冷却板４の上方の一部は蒸気
空間１０に延びて補助凝縮面１１となつている。
また各冷却板４の冷却水流路５は冷却水配管１２
に接続されている。さらに、冷却板４の細線群両
側端部には、第２図に示すように、蒸気泡が細線
群外へ逃げるのを防ぐガイド１３が設けられてい
る。
列状態で密閉容器８内の蒸発性液体（フロン、パ
ーフロロカーボン系化合物、アルコール）の中に
浸漬されている。各冷却板４の上方の一部は蒸気
空間１０に延びて補助凝縮面１１となつている。
また各冷却板４の冷却水流路５は冷却水配管１２
に接続されている。さらに、冷却板４の細線群両
側端部には、第２図に示すように、蒸気泡が細線
群外へ逃げるのを防ぐガイド１３が設けられてい
る。
次に本実施例の作用を説明する。半導体チツプ
２で発生した熱は突起物３に伝わり、該突起物３
の表面にて蒸発性の液体９が沸騰する。この時発
生した蒸気泡は重力の作用により上方に移動し、
細線６群の中に入る。そして、細線６間の隙間が
蒸気泡の大きさより小さな場合、蒸気泡が細線６
を横切り、両者の表面が直接接触する。一方、冷
却板４の冷却水流路５に冷却水が流通することで
冷却板４および細線６は冷却され、低温の細線６
の表面にて蒸気が凝縮して液体になる。その液体
は重力の作用により下降して突起物３の周囲に戻
る。このように突起物３で発生した蒸気泡は、突
起物３を囲む細線６群およびその両側部のガイド
１３によつて全て細線６群中に入り、ここで大部
分の蒸気は凝縮する。細線６群中で凝縮しきらな
い蒸気は蒸気空間１０に集まり補助凝縮面１１に
て凝縮する。
２で発生した熱は突起物３に伝わり、該突起物３
の表面にて蒸発性の液体９が沸騰する。この時発
生した蒸気泡は重力の作用により上方に移動し、
細線６群の中に入る。そして、細線６間の隙間が
蒸気泡の大きさより小さな場合、蒸気泡が細線６
を横切り、両者の表面が直接接触する。一方、冷
却板４の冷却水流路５に冷却水が流通することで
冷却板４および細線６は冷却され、低温の細線６
の表面にて蒸気が凝縮して液体になる。その液体
は重力の作用により下降して突起物３の周囲に戻
る。このように突起物３で発生した蒸気泡は、突
起物３を囲む細線６群およびその両側部のガイド
１３によつて全て細線６群中に入り、ここで大部
分の蒸気は凝縮する。細線６群中で凝縮しきらな
い蒸気は蒸気空間１０に集まり補助凝縮面１１に
て凝縮する。
従つて、本実施例によれば、半導体チツプ毎に
その周囲にて発生蒸気を凝縮させられるため、全
ての半導体チツプ２を均一に冷却することができ
る。また、液体９中にて大部分の蒸気を凝縮させ
られるので、蒸気空間１０中の補助凝縮器を小さ
くすることができる。
その周囲にて発生蒸気を凝縮させられるため、全
ての半導体チツプ２を均一に冷却することができ
る。また、液体９中にて大部分の蒸気を凝縮させ
られるので、蒸気空間１０中の補助凝縮器を小さ
くすることができる。
次に本実施例の代表的な寸法について述べる。
半導体チツプ２はその一辺の長さが２〜20mmの薄
い正方形板、半導体チツプ２に取り付ける円柱状
の突起物３の直径は半導体チツプの一辺の長さと
同程度、高さは１〜20mm、冷却板４に取り付ける
細線６の直径は0.1〜１mm程度、細線６間の隙間
の幅は0.1〜１mm程度である。
半導体チツプ２はその一辺の長さが２〜20mmの薄
い正方形板、半導体チツプ２に取り付ける円柱状
の突起物３の直径は半導体チツプの一辺の長さと
同程度、高さは１〜20mm、冷却板４に取り付ける
細線６の直径は0.1〜１mm程度、細線６間の隙間
の幅は0.1〜１mm程度である。
第３図、第４図は本発明の他の実施例を示した
もので、第３図は半導体チツプを含む基板と冷却
板との部分縦断面図、第４図は冷却板の部分正面
図である。本実施例では、細線６が綿状に群をな
して冷却板４に取り付けられ、また冷却板４に円
形の穴１４が設けられ、基板１と冷却板４が組み
合わされた時、半導体チツプ２に取り付けた突起
起物３が前記穴１４に挿入される構成となつてい
る。
もので、第３図は半導体チツプを含む基板と冷却
板との部分縦断面図、第４図は冷却板の部分正面
図である。本実施例では、細線６が綿状に群をな
して冷却板４に取り付けられ、また冷却板４に円
形の穴１４が設けられ、基板１と冷却板４が組み
合わされた時、半導体チツプ２に取り付けた突起
起物３が前記穴１４に挿入される構成となつてい
る。
本実施例によれば、細線６群を含めた冷却板４
の厚さを突起物３の高さと同程度にすることがで
き、基板１間の間隔を狭くすることができる。
の厚さを突起物３の高さと同程度にすることがで
き、基板１間の間隔を狭くすることができる。
尚、前述した両実施例においては、突起物３の
形状を円柱形となした例を示したが、何もこれに
限定されるものではなく、角柱形状などにしても
よいことは勿論である。また、凝縮伝熱部材とし
て細線６を用いた例について示したが、幅の小さ
な帯板を用いるようにしてもよい。
形状を円柱形となした例を示したが、何もこれに
限定されるものではなく、角柱形状などにしても
よいことは勿論である。また、凝縮伝熱部材とし
て細線６を用いた例について示したが、幅の小さ
な帯板を用いるようにしてもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、基板上
に半導体チツプが密に搭載され、かつチツプの発
熱量が大きくなつても、各半導体チツプを均一に
冷却することができ、しかも液体上部の凝縮器を
小形にすることができる。
に半導体チツプが密に搭載され、かつチツプの発
熱量が大きくなつても、各半導体チツプを均一に
冷却することができ、しかも液体上部の凝縮器を
小形にすることができる。
第１図、第２図は本発明の一実施例を示し、第
１図は本発明による半導体チツプの冷却装置の縦
断面図、第２図は第１図における冷却板の正面
図、第３図、第４図は本発明の他の実施例を示
し、第３図は半導体を含む基板と冷却板との部分
縦断面図、第４図は冷却板の部分正面図である。 １……基板、２……半導体チツプ、３……突起
物、……冷却板、５……冷却水流路、６……細
線、９……液体、１１……補助凝縮面、１２……
冷却水配管、１４……穴。
１図は本発明による半導体チツプの冷却装置の縦
断面図、第２図は第１図における冷却板の正面
図、第３図、第４図は本発明の他の実施例を示
し、第３図は半導体を含む基板と冷却板との部分
縦断面図、第４図は冷却板の部分正面図である。 １……基板、２……半導体チツプ、３……突起
物、……冷却板、５……冷却水流路、６……細
線、９……液体、１１……補助凝縮面、１２……
冷却水配管、１４……穴。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体チツプを搭載した基板を蒸発性の液体
に浸漬し、液体の沸騰により半導体チツプを冷却
する装置において、半導体チツプに突起物を取り
付け、該突起物の周囲に、前記液体とは異なる冷
却媒体により冷却される多数の凝縮伝熱部材を設
け、前記突起物より発生する前記液体の蒸気泡を
該凝縮伝熱部材間を通過する過程で凝縮させるよ
うにしたことを特徴とする半導体チツプの冷却装
置。 ２ 前記凝縮伝熱部材は、細線または帯板からな
つていると共に、内部に前記冷却媒体が流れる扁
平な冷却板に取り付けられ、かつ凝縮伝熱部材間
の間隔が前記蒸気泡の最大径以下となつているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導
体チツプの冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21831784A JPS6197951A (ja) | 1984-10-19 | 1984-10-19 | 半導体チツプの冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21831784A JPS6197951A (ja) | 1984-10-19 | 1984-10-19 | 半導体チツプの冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6197951A JPS6197951A (ja) | 1986-05-16 |
| JPH0570940B2 true JPH0570940B2 (ja) | 1993-10-06 |
Family
ID=16717952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21831784A Granted JPS6197951A (ja) | 1984-10-19 | 1984-10-19 | 半導体チツプの冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6197951A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02114597A (ja) * | 1988-10-24 | 1990-04-26 | Fujikura Ltd | 電子素子の冷却方法 |
-
1984
- 1984-10-19 JP JP21831784A patent/JPS6197951A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6197951A (ja) | 1986-05-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |