JPH0595064A - Semiconductor cooling device - Google Patents

Semiconductor cooling device

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JPH0595064A
JPH0595064A JP25359191A JP25359191A JPH0595064A JP H0595064 A JPH0595064 A JP H0595064A JP 25359191 A JP25359191 A JP 25359191A JP 25359191 A JP25359191 A JP 25359191A JP H0595064 A JPH0595064 A JP H0595064A
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JP
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liquid
refrigerant
cooling
cooling vessel
characterized
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Application number
JP25359191A
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Japanese (ja)
Inventor
Noriyuki Ashiwake
Toshio Hatada
Toshio Hatsuda
Ko Inoue
Kenichi Kasai
Heikichi Kuwabara
Tadakatsu Nakajima
Takahiro Oguro
Kenji Takahashi
忠克 中島
滉 井上
俊雄 初田
崇弘 大黒
平吉 桑原
敏夫 畑田
憲一 笠井
範行 芦分
研二 高橋
Original Assignee
Hitachi Ltd
株式会社日立製作所
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Abstract

PURPOSE:To make it possible to prevent a rise in the pressure of a cooling vessel induced by a volumetric expansion of a refrigerant liquid which has received the heat of a semiconductor chip. CONSTITUTION:A cooling vessel 7 comprises a substrate 1 where a large number of semiconductor chips 2 are mounted and a chamber 5. A refrigerant liquid 6 is sealed in the cooling vessel 7 so as to cool the heat of the semiconductor chips 2 while a pressure absorbing mechanism 23 is provided so as to prevent a rise in the pressure in the cooling vessel 7 induced by the volumetric expansion of the refrigerant liquid. It is, therefore, possible to enhance the reliability of the cooling vessel 7 which consists of the board 1 and the chamber 5 by preventing the pressure rise.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップの冷却装置に係り、冷却装置内に冷媒液を封入して、直接発熱体である半導体チップを冷却する半導体冷却装置に関する。 The present invention relates to relates to a cooling apparatus for a semiconductor chip, encapsulated refrigerant fluid in the cooling device, a semiconductor cooling device for cooling the semiconductor chip is directly heating element.

【0002】 [0002]

【従来の技術】従来の半導体冷却装置においては、例えば特願昭63−23246号公報に記載のように、LS In a conventional semiconductor cooling device, for example as described in Japanese Patent Application No. Sho 63-23246 discloses, LS
Iチップが搭載される基板とチャンバとで冷媒液を封止し、各々のLSIチップに冷媒液を流す装置がある。 Sealing the refrigerant liquid in the substrate and the chamber I chip is mounted, there is a device for flowing a coolant fluid to each of the LSI chip. これは冷媒液が沸騰するわけではなく、LSIチップに冷媒液をある速度をもって流すことにより冷却性能を高めるものである。 This does not boils the coolant fluid, is intended to improve the cooling performance by flowing with a certain speed refrigerant liquid to the LSI chip.

【0003】また提案された技術として、計算機を構成するLSIチップと実装基板とがチャンバ内に挿入され、チャンバ内に封入された冷媒液の沸騰によって、発熱するLSIチップを冷却する。 [0003] As proposed technique, the LSI chip and the mounting substrate constituting the computer is inserted into the chamber, the boiling of the refrigerant liquid enclosed in the chamber to cool the LSI chip generates heat. 実装基板に複数個のL A plurality of L on the mounting board
SIチップが搭載されており、冷媒液はパラフロロカーボン液などのような低沸点で、電気絶縁性に優れた液体である。 SI chip is mounted, the coolant in the low-boiling, such as para fluorocarbon liquid, which is an excellent liquid electrically insulating. 計算機が作動したとき、LSIチップが発熱し、冷媒液が沸騰してLSIチップの熱を受熱し、生成された冷媒液の気泡が上方に上昇する。 When the computer is activated, the LSI chip generates heat, and the heat receiving the heat of the LSI chip refrigerant liquid boils, bubbles generated refrigerant liquid rises upwards. チャンバ内の冷媒液は、LSIチップを浸漬する程度に封入されており、チャンバ上方部には凝縮器が設置され、凝縮器内部に冷水が流れるため上昇する冷媒液の気泡は、凝縮器にふれることにより液化して、又、下方へ戻る。 Refrigerant liquid in the chamber is sealed to the extent of immersing the LSI chip, the chamber top section is installed a condenser, bubble refrigerant liquid rises to flow cold water inside the condenser, touching the condenser liquefied by also returns downward. このとき、チャンバにはベローズなどで構成された定圧器が取り付けられている。 At this time, constant pressure device is attached, which is configured by a bellows in the chamber. これは冷媒液を封入、抽出する作用と同時に、チャンバ内の圧力を一定に保つ作用も行う。 This encapsulates the refrigerant liquid, acts to extract the same time, also performs the action to maintain the pressure in the chamber constant.

【0004】以上2つの例は、LSIチップに冷媒液を直接浸漬する構成である。 [0004] The above two examples are configured to immerse the refrigerant liquid directly to the LSI chip.

【0005】 [0005]

【発明が解決しようとする課題】電力用半導体素子では、騒音の低減を図るため、あるいはコンピュータなどのLSIチップ(半導体チップ)では、演算速度の向上を図るため、半導体素子への電気入力が増大する傾向があり、そのため発熱量が増加する。 In the power semiconductor device [0005] In order reduce the noise, or the LSI chip (semiconductor chip), such as a computer, in order to improve the operation speed, the electrical input to the semiconductor element is increased tend to, the heat generation amount increases. この対策として半導体冷却装置の冷却効率向上を図る必要がある。 It is necessary to improve the cooling efficiency of the semiconductor cooling device as a countermeasure.

【0006】一般にLSIチップは基板上に複数個搭載される。 [0006] In general LSI chip is a plurality mounted on a substrate. したがって冷媒液をチャンバ内で封止する場合、LSIチップ、基板ともにチャンバ内に挿入する構成がとれるが、基板に通ずる多数の信号線をチャンバ外に取り出す部分の構造が複雑になる。 Therefore, when sealing the refrigerant liquid in the chamber, LSI chips, but configuration is taken to be inserted into the chamber substrate both structural parts taking out a large number of signal lines extending to the substrate outside the chamber it is complicated. つまり、冷媒液あるいは冷媒ガスがチャンバ外へ漏れないような構成にしなければならず、ハーメチックシールなどをして信号線を取り出す構成などがあるが、多数の信号線を取り出すには構造が複雑で、そのための面積も必要であり、チャンバが大形化してしまう問題がある。 That is, the refrigerant liquid or refrigerant gas must be a configuration that does not leak to the outside of the chamber, there is a like arrangement to retrieve the signal lines and the like hermetic seal, to take out the number of the signal line structure is complicated , the area for its also necessary, there is a problem that the chamber resulting in a large reduction. 又、実際に使う場合の信頼性が低下するという問題がある。 In addition, there is a problem that the reliability is reduced in the case of actual use.

【0007】そこで、基板とチャンバとで、冷媒を封入する冷却容器を構成する。 [0007] Therefore, in the substrate and the chamber, it constitutes a cooling vessel enclosing a refrigerant. この構成にすると、LSIチップを搭載する面と反対側の基板面側から信号を出すことができて、冷却容器から信号線を取り出すのは比較的容易になる。 With this configuration, it can issue a signal from the substrate side of the surface opposite to that for mounting the LSI chip, taking out a signal line from the cooling vessel is relatively easy. ところで、この構成の場合には、冷却容器に冷媒液が封入されるわけであるが、一般に冷媒液は温度上昇すると膨張する。 Incidentally, in the case of this configuration, although the refrigerant fluid in the cooling vessel is not encapsulated, typically refrigerant liquid is expanded to elevated temperatures. したがって、冷却容器が基板とチャンバとで構成された場合、例えば、冷媒液を一般的な温度(20℃程度)で封入して、作動時に50〜10 Therefore, when the cooling container is constituted by the substrate and the chamber, for example, by sealing the refrigerant liquid at typical temperature (about 20 ° C.), when actuated 50-10
0℃に上昇すると、液膨張して冷却容器の破損をまねくことになる。 When raised to 0 ° C., which leads to damage to the cooling vessel and the liquid expands.

【0008】又、液冷媒を冷却容器に工場内で封入する場合は、冷却容器を現地に搬送しなければならず、冷却容器の状態で冷媒液を封止する構造が要求される。 [0008] When the encapsulated in the factory the liquid refrigerant in the cooling vessel has to carry the cooling vessel local structure for sealing the refrigerant liquid is required in the state of the cooling vessel.

【0009】又、現地において冷却容器を組込む場合は、冷媒液を漏らすことなく配管系への組込みを行わなければならない。 [0009] In addition, when incorporating the cooling container in local must be made integration into without piping system to leak the refrigerant liquid.

【0010】本発明の目的は、半導体チップを冷却して液冷媒が体積膨張しても冷却容器の圧力上昇を防止することのできる半導体冷却装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor cooling device which can be liquid refrigerant to cool the semiconductor chip is volume expansion to prevent the pressure rise in the cooling vessel.

【0011】 [0011]

【課題を解決するための手段】前記の目的を解決するため、本発明に係る半導体冷却装置は、基板に搭載した複数の半導体チップを冷媒液で冷却し、基板とチャンバとにより冷却容器を形成し、冷却容器に冷媒液の冷媒流入配管および冷媒流出配管を備えてなる半導体冷却装置において、圧力容器に、冷媒液の体積膨張に起因する圧力上昇を防止して圧吸収機構を付設したこ構成とする。 To solve the above object Means for Solving the Problems] A semiconductor cooling device according to the present invention, a plurality of semiconductor chips mounted on the substrate is cooled by the refrigerant liquid, forming a cooling container by the substrate and the chamber and, in the semiconductor cooling device including a refrigerant inlet pipe and the refrigerant outlet pipe of the refrigerant liquid in the cooling vessel, the pressure vessel, this configuration in which attaching a pressure absorbing mechanism to prevent pressure increase caused by the volumetric expansion of the refrigerant fluid to.

【0012】そして冷却容器は、冷媒流入配管および冷媒流出配管のそれぞれにワンタッチコネクタを設けた構成とする。 [0012] The cooling vessel has a structure in which a one-touch connectors to each of the refrigerant inlet pipe and the refrigerant outlet pipe.

【0013】また冷却容器は、冷媒流入配管または冷媒流出配管の少なくともいずれか一方にベローズよりなる圧力吸収機構を設けた構成とする。 Further cooling vessel has a structure in which a pressure absorbing mechanism consisting of bellows on at least one of the refrigerant inlet pipe or a refrigerant outlet pipe.

【0014】さらに冷却容器は、チャンバがベローズよりなる圧力吸収機構で形成されている構成でもよい。 Furthermore cooling vessel may be a configuration that is formed by a pressure absorbing mechanism chamber is made of a bellows.

【0015】そして冷却容器は、チャンバが薄肉構造よりなる圧力吸収機構で形成されている構成でもよい。 [0015] The cooling vessel may be a configuration that is formed by a pressure absorbing mechanism chamber is made of thin-walled structures.

【0016】また冷却容器は、チャンバにベローズよりなる圧力吸収機構を付設した構成ででもよい。 Further cooling vessel may be a configuration that attaching a pressure absorbing mechanism composed of bellows chamber.

【0017】さらに冷却容器は、チャンバに満たされた冷媒液の液面の上方に空間が設けられ、空間が圧力吸収機構となる構成でもよい。 Furthermore cooling container, space is provided above the liquid level of refrigerant liquid filled in the chamber, it may be configured to space the pressure absorbing mechanism.

【0018】そして複数の半導体チップを搭載した基板を冷媒液とともに収容した複数の冷却容器を設け、冷媒液の液面の上方に空間を形成し液面をほぼ同一高さに保持してそれぞれの冷却容器を並設し、空間を有しかつ液面とほぼ同一高さに配置された液冷却器と、液冷却器とそれぞれの冷却容器との間を接続しかつ液面に接して設けた冷媒流出配管と、液冷却器とそれぞれの冷却容器との間を接続する冷媒流入配管および冷媒液循環手段とを具備した構成でもよい。 [0018] Then with multiple semiconductor chips and the substrate a plurality of cooling container accommodating together with the refrigerant fluid, each holding the liquid surface to form a space above the liquid level of the refrigerant fluid at substantially the same height the cooling vessel juxtaposed, and a liquid cooling apparatus disposed in substantially the same height as a and the liquid level of the space, provided in contact with the connecting vital liquid surface between the liquid cooler and each of the cooling vessel a refrigerant outlet pipe may be configured provided with the refrigerant inlet pipe and the refrigerant circulation means for connecting the liquid condenser and each of the cooling vessel.

【0019】また液冷却器に、冷媒液の液面の高さをほぼ一定に維持する液面制御板を設けた構成とする。 [0019] a liquid cooler, a structure in which a liquid level control plate for maintaining the liquid level of the refrigerant liquid substantially constant.

【0020】さらに複数の半導体チップを搭載した基板を冷媒液とともに収容し並設された複数の冷却容器と、 [0020] and a plurality of cooling containers substrate further mounted with a plurality of semiconductor chips arranged in parallel and housed together with the refrigerant liquid,
それぞれの冷却容器に冷媒流入管、冷媒流出管および冷媒液循環手段を介して接続された液冷却器と、液冷却器またはそれぞれの冷却容器の少なくともいずれか一つに設けられたベローズとよりなる構成でもよい。 Refrigerant inlet pipe to each of the cooling vessel, the more the connected liquid cooler through the refrigerant outlet tube and the refrigerant circulation means, a bellows provided on at least one of the liquid cooler or each of the cooling vessel it may be configured.

【0021】 [0021]

【作用】冷媒液が体積膨張する割合は、封入時の室温から、作動時の約100℃までを考慮すると、約3〜5% Ratio of [acting] refrigerant liquid to volume expansion from room temperature at the time of encapsulation, considering up to about 100 ° C. during operation, about 3-5%
程度であり、この程度の体積膨張を吸収する必要がある。 On the order, it is necessary to absorb the volume expansion of this degree. 冷媒液の封入時は、冷却容器に取り付けた柔軟性ベローズのバネ力によってベローズは収縮された状態になっている。 When encapsulating the refrigerant liquid, the bellows is in a state of being contracted by the spring force of the flexible bellows attached to the cooling vessel. 例えば、冷媒液としてパラフロロカーボン液を用いた場合を例にとると、封入時の室温(例えば20 For example, taking the case of using the para fluorocarbon liquid as a refrigerant liquid as an example, room temperature at the time of encapsulation (e.g. 20
℃)においては、冷却容器内を真空ポンプで引いて減圧状態にして冷媒液を封入するが、この液体は沸点が56 In ° C.), although a cooling vessel by pulling a vacuum pump to enclose the refrigerant liquid in the vacuum state, the liquid having a boiling point of 56
℃であるため、この状態では冷却容器の外側が大気圧であるのに対して、冷却容器内は大気圧よりも圧力の低い負圧状態となる。 Because it is ° C., while the outer cooling vessel is atmospheric pressure in this state, the cooling vessel has a negative pressure state lower than the atmospheric pressure. この時点では柔軟性ベローズは完全に収縮された状態である。 Flexible bellows at this point is a state of being fully contracted. 半導体素子が作動状態になると、LSIチップ(半導体チップ)は発熱する。 When the semiconductor device is in operation, LSI chip (semiconductor chip) generates heat. LSI LSI
チップが100℃近くになり、LSIチップ表面から冷媒液がLSIチップの熱を受熱する。 Chip is near 100 ° C., the refrigerant liquid from the LSI chip surface to heat the heat of the LSI chip. この時、冷媒液の温度が上昇する割合で冷媒液が体積膨張する。 At this time, the refrigerant liquid is volume expansion at a rate that the temperature of the refrigerant liquid is increased. この時点で、柔軟性ベローズが膨張する。 At this point, flexibility bellows is inflated. 冷却容器の外側が大気圧で、ベローズの柔軟性が優れていると、冷却容器内圧を大気圧よりもわずかに高い値に保つことが可能となる。 Outside of the cooling vessel at atmospheric pressure, the flexibility of the bellows is excellent, it is possible to keep the cooling vessel internal pressure slightly higher than atmospheric pressure.

【0022】一方、冷却容器から冷媒が流出する配管を、冷却容器の所定の場所から取り出すことにより、冷却容器内で、この流出部配管よりも高い位置にある部分には冷媒液が流れ込まない。 On the other hand, a pipe in which the refrigerant from the cooling vessel flows out and taken out of a predetermined location of the cooling vessel, in a cooling vessel, does not flow refrigerant liquid in a portion located at a position higher than the outflow section pipe. 流出部配管の径をある程度大きくすることにより、つまり、小さすぎて、この部分の流動圧力損失が大きいと、冷却容器内の冷媒液面が上昇し、冷却容器内には冷媒液が充満してしまうことがない。 By increasing the diameter of the outlet section pipe to some extent, that is, too small, the flow pressure loss in this portion is large, the refrigerant liquid level rises in the cooling vessel, the cooling vessel was filled with the refrigerant liquid It will not be put away.

【0023】 [0023]

【実施例】本発明の一実施例を図1〜図3を参照しながら説明する。 An example of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 図1は外観斜視図、図2はその断面図である。 Figure 1 is an external perspective view, FIG. 2 is a sectional view thereof. 基板1上にLSIチップ(半導体チップ)2が複数個搭載されている。 LSI chip (semiconductor chip) 2 is a plurality of mounted on the substrate 1. この反対側の基板1の面には信号ピン3が多数設置されている。 The signal pin 3 are installed a large number on the surface of the substrate 1 of the opposite side. 基板1とLSIチップ2との間には信号を結線する半田球4が多数設置されている。 The solder balls 4 for connecting the signal is provided a number between the substrate 1 and the LSI chip 2. これはコンピュータの例であるが、コンピュータ作動時においては、LSIチップ2内の半導体素子が信号のやりとりをして演算を行うが、その時、各々のLSI While this is an example of a computer, at the time of computer operation, the semiconductor device in the LSI chip 2 performs the to calculating the exchange of signals, at that time, each LSI
チップ2が発熱する。 Chip 2 generates heat. この温度を所定の温度に保つために冷却しなければならない。 It must be cooled to keep the temperature at a predetermined temperature. 次に冷却系について説明する。 It will now be described cooling system. 基板1とチャンバ5とで冷媒液6を封じ込み冷却容器7を形成する。 Containment of coolant liquid 6 in the substrate 1 and the chamber 5 to form a cooling vessel 7. チャンバ5は、冷媒液6が流入する流入部8と、冷媒液6がLSIチップ2を冷却する冷却部9と、冷媒が流出する流出部10とからなっている。 Chamber 5, the inlet portion 8 of the refrigerant fluid 6 flows, and the cooling unit 9 for refrigerant fluid 6 cools the LSI chip 2, which is from the outlet portion 10 for the refrigerant flows out. チャンバ5には冷媒流入配管11と、冷媒流出配管12とが取り付けられている。 The chamber 5 with the refrigerant inlet pipe 11 is attached and the refrigerant outlet pipe 12. 冷媒液6の流入部8と冷却部9 Inlet portion 8 of the refrigerant liquid 6 and the cooling unit 9
とを隔壁する隔壁板13には、各LSIチップ2に対応して、隔壁板13側からLSIチップ2側に向かう方向に、ノズル14が取り付けられている。 The partition plate 13 to partition wall bets, corresponding to each LSI chip 2, in the direction from the partition plate 13 side to the LSI chip 2 side, the nozzle 14 is attached. 冷却部9と流出部10とは必要に応じて第2隔壁板15によって隔壁される。 It is the partition wall by a second partition plate 15 as needed to the cooling section 9 and outlet section 10. 第2隔壁板15にはノズル14がLSIチップ2 Nozzle 14 in the second partition plate 15 LSI chip 2
側へ突き出るように、各々のノズル14に対応して開孔16が設けられている。 As protruding toward, openings 16 are provided corresponding to each nozzle 14. したがってこの開孔16の大きさは、ノズル14の外径よりも大きくなっている。 Thus the size of the opening 16 is larger than the outer diameter of the nozzle 14. 冷媒流入配管11は流入部8に、冷媒流出配管12は流出部10に取り付けられている。 Refrigerant inlet pipe 11 to the inlet portion 8, the refrigerant outlet pipe 12 is attached to the outlet portion 10. チャンバ5は、流入部8を形成する外チャンバ17と、冷却部9と流出部10とを形成する内チャンバ18とからなっている。 Chamber 5, the outer chamber 17 to form the inlet 8, and is among the chamber 18 for forming a cooling unit 9 and the outlet portion 10. 基板1と内チャンバ18とはシール部材19で、外チャンバ17と内チャンバ18とはシール部材20でシールされている。 The substrate 1 and the inner chamber 18 by the seal member 19, the inner chamber 18 and outer chamber 17 are sealed by a sealing member 20. 冷媒流入配管11にはワンタッチコネクタ21が、 One-touch connectors 21 to the refrigerant inlet pipe 11,
冷媒流出配管12にはワンタッチコネクタ22が取り付けられ、流入部8とワンタッチコネクタ22とに連通する冷媒流入配管11の一端には柔軟性ベローズ23が取り付けられている。 The refrigerant outlet pipe 12 is mounted one-touch connectors 22, flexible bellows 23 is attached to one end of the refrigerant inlet pipe 11 which communicates with the inlet portion 8 and the one-touch connectors 22. 図2の例では、冷媒流入配管11側に柔軟性ベローズ(圧力吸収機構)23が取り付けられているが、冷媒流出配管12側で、ワンタッチコネクタ21と流出部10との間に柔軟性ベローズ23を取り付けてもよい。 In the example of FIG. 2, but flexible bellows (pressure absorbing mechanism) 23 on the refrigerant inlet pipe 11 side is attached, at a refrigerant outlet pipe 12 side, flexibility bellows 23 between the outlet portion 10 and the one-touch connectors 21 the may be attached.

【0024】次に本実施例の作用について説明する。 [0024] Next will be described operation of the present embodiment. ワンタッチコネクタ21、22は、配管系から外されている場合はシール性があり、配管系に取り付けられた場合は、流れを通過させる機能をもったもので、すでに市販されている。 One-touch connectors 21 and 22, if it is removed from the pipeline has sealability, when attached to the piping system, but having a function of passing the flow, are already commercially available. したがって、例えば、生産している工場内で冷却容器7内に冷媒液6を封入する場合は、充満するように冷媒液6を入れるとワンタッチコネクタ21、2 Thus, for example, production and when enclosing the refrigerant liquid 6 to be in the factory in the cooling vessel 7 has, put a refrigerant liquid 6 so as to fill the one-touch connectors 21,2
2によってシールされる。 Sealed by 2. このように冷媒液6が封入された冷却容器7を現地において組立てる場合は、ワンタッチコネクタ21、22を介して配管系を構成する。 When assembled in this way the cooling vessel 7 in which the refrigerant fluid 6 is sealed at the site constitute the piping system through the one-touch connectors 21 and 22.

【0025】次に配管系が構成された作動時の作用を説明する。 [0025] Next piping system illustrating the operation during operation configured. 冷媒流入配管11から流入した冷媒液6は、先ず流入部8に導かれてから、各々のノズル14内に分岐されて、各々のLSIチップ2に供給される。 Refrigerant liquid 6 flowing from the refrigerant inlet pipe 11 from the first guided to the inlet portion 8, is branched into each of the nozzle 14, is supplied to each of the LSI chip 2. 各々のL Each of L
SIチップ2が発熱しており、供給された冷媒液6は加熱されて、温度が上昇する場合、あるいは沸騰する場合がある。 SI and chip 2 generates heat, the refrigerant liquid 6 supplied is heated, there is a case when the temperature rises, or boiling. 受熱した冷媒は、開孔16を通って流出部10 Heat the refrigerant outflow portion 10 through the opening 16
に導かれ、冷媒流出配管12から流出する。 Guided to and flows out from the refrigerant outlet pipe 12.

【0026】図3に本発明の他の実施例を示す。 [0026] shows another embodiment of the present invention in FIG. 各々のLSIチップ2に対応して、冷却部9側へ突き出るように、第2隔壁板15に流路分岐板24を設けたものである。 Corresponding to each of the LSI chip 2, so as to protrude to the cooling section 9 side, it is provided with a flow path switching plate 24 in the second partition plate 15. 図4は、流路分岐板24とLSIチップ2との相対的位置を示したものであり、図3に示したA−A断面図である。 Figure 4 is an illustration of the relative positions of the flow path switching plate 24 and the LSI chip 2, an A-A sectional view shown in FIG. 複数個並べられたLSIチップ2のそれぞれの間隙に格子状の流路分岐板24が配置されている。 Lattice-shaped flow path switching plate 24 is disposed in each of the gap LSI chip 2 ordered plurality. これは、LSIチップ2を冷却した冷媒を、そのLSIチップ2に対応した流路分岐板24内に流れ込むようにして、冷媒を流出部10に導くようにしたものである。 This refrigerant that has cooled the LSI chip 2, so as to flow into the flow paths branching plate 24 corresponding to the LSI chip 2 is obtained by the direct refrigerant to the outflow part 10.

【0027】図5に他の実施例を示す。 [0027] showing another embodiment in FIG. 外チャンバ17 The outside of the chamber 17
の外壁25の全体に柔軟性ベローズ構造26を設けたものである。 The entire outer wall 25 is provided with a flexible bellows structure 26.

【0028】図6に他の実施例を示す。 [0028] showing another embodiment in FIG. 外チャンバ17 The outside of the chamber 17
の外壁25の全体を薄肉構造(圧力吸収機構)27として、柔軟性ベローズと同様の働きをするようにしたものである。 The entire outer wall 25 as thin structure (pressure absorbing mechanism) 27, is obtained so as to serve the same flexibility bellows.

【0029】図7に他の実施例を示す。 [0029] showing another embodiment in FIG. 外チャンバ17 The outside of the chamber 17
の外壁25に柔軟性ベローズ管28を取り付けたものである。 The outer wall 25 is prepared by attaching the flexible bellows pipe 28.

【0030】図8に他の実施例を示す。 [0030] showing another embodiment in FIG. 冷媒流入配管1 Refrigerant inlet pipe 1
1の一部分を柔軟ベローズ構造29としたものである。 1 of a portion is obtained by a flexible bellows structure 29.
もちろん冷媒流出配管12の一部分を柔軟ベローズ構造にしてもよい。 Of course a portion of the refrigerant outlet pipe 12 may be flexible bellows structure.

【0031】図9及び図10に他の実施例を示す。 [0031] FIGS. 9 and 10 show another embodiment. 図9 Figure 9
は外観斜視図、図10はその断面図である。 Is an external perspective view, FIG. 10 is a sectional view thereof. 冷却容器7 Cooling vessel 7
が垂直に配置される場合、冷媒流出配管12の取り出し部を側面上方でかつ冷媒液面に接して設けたものである。 If is disposed vertically, in which the take-out portion of the refrigerant outlet pipe 12 is provided in contact with a side surface upwardly a and the refrigerant liquid level. この場合は、柔軟性ベローズを取り付けなくてもよい。 In this case, it is not fitted with a flexible bellows. 生産工場においては、冷却容器7への冷媒液の封入は、作動時に予想される液膨張(体積膨張)の体積分だけ空間を保っておくことにより、搬送時に冷却容器7の温度が変動して、液膨張がおきてもその空間部分に液が膨張するだけで、冷却容器7内の圧力が上昇することはない。 In production plants, inclusion of the refrigerant fluid to the cooling vessel 7, by previously keeping the volume fraction only space the liquid expansion expected in operation (volume expansion), the temperature of the cooling vessel 7 during transportation fluctuates , only the liquid in the space portion even if every other liquid inflation is inflated, the pressure in the cooling vessel 7 does not increase. また、作動時においては、冷媒流出配管12の取り付け位置と、内チャンバ18の内部構造との間の空間30には、冷媒液が溜まることなく、冷媒ガスが充満することになる。 Further, in operation, the mounting position of the refrigerant outlet pipe 12, the space 30 between the inner structure of the inner chamber 18, without refrigerant liquid is accumulated, so that the refrigerant gas is filled. 冷媒液の温度が上昇して液膨張しても、 Even if the liquid expansion temperature of the refrigerant liquid rises,
この部分の空間が吸収することにより、冷却容器7内の圧力は上昇しない。 By space of this part is absorbed, the pressure in the cooling vessel 7 is not increased. したがって、冷媒流出配管12の取り付け位置は、この位置と内チャンバ18の内部構造最上段との間の空間は、予想される冷媒液の体積膨張量よりも常に大きく保たれる程度にしなければならない。 Therefore, the attachment positions of the refrigerant outlet pipe 12, the space between the internal structure top in this position the inner chamber 18 must be to the extent which is always kept greater than the volumetric expansion of the refrigerant liquid to be predicted . また流動圧力損失を低減するため、冷媒流出配管の径はある程度大きくする必要がある。 Also in order to reduce the flow pressure loss, the diameter of the refrigerant outlet pipe has to be large to some extent.

【0032】図11に他の実施例を示す。 [0032] showing another embodiment in FIG. 冷却容器7が複数個並ぶ構成である。 Cooling vessel 7 is configured to align a plurality. 図11は3個の場合であり、高さを等しくして水平に並べている。 Figure 11 shows the case of three, are arranged horizontally at equal height. 水平に並べることにより、各々の冷却容器7内の冷媒液の液面高さ31を同一高さに保つ。 By arranging horizontally, keeping the liquid level 31 of the refrigerant liquid in each of the cooling vessel 7 at the same height. 本実施例は冷却容器7の構造ばかりでなく、冷媒液の循環系を含む。 This embodiment not only the structure of the cooling vessel 7, including the circulation system of the coolant fluid. 各冷却容器7から出た加熱された冷媒は、それぞれ連結されて、戻り配管32から液冷却器33へ戻る(矢印36)。 The heated coolant exiting the cooling vessel 7 is respectively connected, returning from the return pipe 32 to the liquid cooler 33 (arrow 36). 液冷却器33では、 The liquid cooler 33,
冷水を作るチラー34から冷水35が流れて加熱された冷媒を冷却する。 The refrigerant cold water 35 is heated by flowing from the chiller 34 to make cold water to cool. 冷却された冷媒液は、ポンプ(冷媒液循環手段)37によって加圧されて、流入管38を通って各々の冷却容器7へと導かれる(矢印39)。 Cooled refrigerant liquid pump is pressurized by a (refrigerant circulation means) 37 is guided to each of the cooling vessel 7 through the inlet pipe 38 (arrow 39). 液冷却器33の高さ方向の位置は、図11に示すように各冷却容器7の冷媒液の液面高さ31と液冷却器33内の液面高さ40とが等しく保たれるような位置関係とする。 Position in the height direction of the liquid cooler 33, so that the liquid level 40 in the liquid level 31 and a liquid cooler 33 of the refrigerant liquid in the cooling vessel 7 is kept equal as shown in FIG. 11 and Do positional relationship. そして、ポンプ37の出口方向には、流入管38と戻り配管32とを連結する位置に、冷媒液の純度を高めるための冷媒純度管理装置42を取り付けている。 Then, the exit direction of the pump 37, to a position for connecting the inlet pipe 38 and return pipe 32, is attached a refrigerant purity management device 42 for increasing the purity of the refrigerant liquid. 冷媒純度管理の例としては、水分除去、溶存酸素の除去などがある。 Examples of coolant purity administration, and the like to water removal, the removal of the dissolved oxygen. 液冷却器33内の冷媒液の液面高さ40を保つことにより、より安定に複数個の冷却容器7の液面高さ31 By keeping the liquid level 40 of the refrigerant liquid in the liquid cooler 33, the liquid level 31 of a plurality of the cooling vessel 7 more stable
を同一レベルに保つことができ、冷媒液が液膨張しても各冷却容器7内の圧力の上昇を防ぐことができる。 That can keep the same level, even refrigerant liquid is expanded liquid can be prevented from increasing in pressure in the cooling vessel 7. さらに液冷却器33の上部に柔軟性ベローズ41を共通に設けてもよく、ひとつの柔軟性ベローズ41によって複数個の冷却容器7の圧力上昇をより完全に防ぐことができる。 Further it may be provided the flexibility bellows 41 at the top of the liquid cooler 33 to a common, by one of the flexible bellows 41 can prevent the pressure rise in the plurality of the cooling vessel 7 more completely.

【0033】図12は他の実施例を示す。 FIG. 12 shows another embodiment. 液冷却器33 Liquid coolers 33
内に液面制御板43を設けている。 It is provided with a liquid level control plate 43 within. 各冷却容器7から戻った冷媒を液冷却器33に入れて、液面制御板43をオーバフローして、流入管38へ冷媒液が導かれる構造とする。 The refrigerant returning from the cooling vessel 7 placed in the liquid cooler 33, overflows the liquid level control plate 43, a structure in which the coolant liquid is introduced into the inlet tube 38. このような構造においては、液面制御板43の先端よりも上方の液冷却器33内の空間は、必ず冷媒ガスで満たされることになる。 In this structure, the space above the liquid in the condenser 33 than the tip of the liquid level control plate 43 would always be filled with the refrigerant gas. このようにして、各冷却容器7内に液膨張を吸収する機構を設けなくても、必ず液冷却器33内に液膨張を吸収する空間を設置することが可能になる。 Thus, even without providing a mechanism for absorbing the liquid expansion in the cooling vessel 7, it is possible to set up a space for absorbing the liquid expansion always submerged condenser 33. 液冷却器33の上部に柔軟性ベローズ41を設けてもよく、前記と同一の効果が得られる。 It may be a flexible bellows 41 is provided at the top of the liquid cooler 33, the same effect as is obtained.

【0034】本発明によれば、基板とチャンバとによって冷却容器を形成することにより、基板に装着された信号ピンから電気的信号を冷却容器外へ取り出す信号線取り出し構造が簡単になり、また冷却容器に冷媒液の体積膨張を吸収する空間を設けることにより、冷却容器内の圧力上昇を防ぐことができる。 According to the present invention, by forming the cooling container by the substrate and the chamber, the signal line extraction structure is simple to take out from the mounting signal pin board electrical signal to a cooling vessel outside and cooling by providing a space for absorbing the volumetric expansion of the refrigerant fluid in the container, it is possible to prevent the pressure increase of the cooling vessel. そして冷媒流入配管及び冷媒流出配管にワンタッチコネクタを設けることにより、生産工場などにおいて、冷却容器内に冷媒液を封入することが可能となる。 And by providing the one-touch connectors at a refrigerant inlet pipe and the refrigerant outlet pipe, in such production plants, it is possible to encapsulate the refrigerant liquid in the cooling vessel.

【0035】さらに圧力膨張吸収機構を設けることにより、冷却容器を搬送する場合の冷媒液の体積膨張による冷却容器内の圧力上昇を防ぐことができる。 [0035] By further providing a pressure expansion absorbing mechanism, it is possible to prevent the pressure increase in the coolant vessel due to volume expansion of the refrigerant fluid in the case of transporting the cooling vessel.

【0036】そして液冷却器の冷媒液の液面高さを、複数個の冷却容器の液面高さと同一高さに保つように、液冷却器の位置を設置することにより、各冷却容器内に冷媒ガスの空間を設けることができ、冷媒液の体積膨張による圧力上昇を安定して防げる。 [0036] Then the liquid the liquid level of the refrigerant cooler liquid, so as to maintain the liquid surface height and the same height of the plurality of cooling containers, by placing the position of the liquid cooler, the cooling vessel can provide a space of the refrigerant gas, it prevents the pressure rise due to volume expansion of the refrigerant fluid stably.

【0037】また液冷却器内に液面制御板を設けることにより、液冷却器の位置に関係なく、液冷却器の液面高さを安定に保つことができ、冷媒液の体積膨張による圧力上昇を防ぐことができる。 Further by providing a liquid level control plate in a liquid cooler, regardless of the position of the liquid cooler, you can keep the liquid level of the liquid cooler stable, the pressure due to volume expansion of the refrigerant fluid it is possible to prevent the rise.

【0038】 [0038]

【発明の効果】本発明によれば、冷却容器に圧力吸収機構を付設したため、冷媒液の体積膨張が吸収されて圧力上昇が防止されるとともに、複数の冷却容器を並設し液冷却器と圧力吸収機構とを備えて圧力を安定させた半導体冷熱装置を提供することができる。 According to the present invention, since the annexed pressure absorbing mechanism to cool the container, with the pressure rise is absorbed volume expansion of the refrigerant liquid is prevented, and arranged to liquid cooler a plurality of cooling containers it is possible to provide a semiconductor cold devices to stabilize the pressure and a pressure absorbing mechanism.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の一実施例を示す外観斜視図である。 1 is an external perspective view showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1の断面図である。 It is a cross-sectional view of FIG. 1. FIG.

【図3】本発明の他の実施例を示す断面図である。 3 is a sectional view showing another embodiment of the present invention.

【図4】図3のA−A線の断面図である。 4 is a cross-sectional view of line A-A of FIG.

【図5】本発明の他の実施例を示す断面図である。 5 is a sectional view showing another embodiment of the present invention.

【図6】本発明の他の実施例を示す断面図である。 6 is a sectional view showing another embodiment of the present invention.

【図7】本発明の他の実施例を示す断面図である。 7 is a sectional view showing another embodiment of the present invention.

【図8】本発明の他の実施例を示す断面図である。 8 is a sectional view showing another embodiment of the present invention.

【図9】本発明の他の実施例を示す外観斜視図である。 9 is a perspective view showing another embodiment of the present invention.

【図10】図9の断面図である。 10 is a cross-sectional view of FIG.

【図11】本発明の他の実施例を示す外観斜視図である。 11 is an external perspective view showing another embodiment of the present invention.

【図12】本発明の他の実施例を示す正面図である。 12 is a front view showing another embodiment of the present invention.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 基板 2 LSIチップ(半導体チップ) 3 信号ピン 5 チャンバ 6 冷媒液 7 冷却容器 11 冷媒流入配管 12 冷媒流出配管 13 隔壁板 14 ノズル 21、22 ワンタッチコネクタ 23 柔軟性ベローズ(圧力吸収機構) 30 空間 33 液冷却器 43 液面制御板 1 substrate 2 LSI chip (semiconductor chip) 3 signal pin 5 chamber 6 refrigerant liquid 7 the cooling vessel 11 the refrigerant inlet pipe 12 refrigerant outlet pipe 13 partition plate 14 nozzles 21 and 22 one-touch connectors 23 flexible bellows (pressure absorbing mechanism) 30 space 33 liquid cooler 43 liquid level control plate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大黒 崇弘 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 初田 俊雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 畑田 敏夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 高橋 研二 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 井上 滉 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 笠井 憲一 神奈川県秦野市堀山下1番地 株式会社日 立製作所神奈川工場内 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (72) inventor Takahiro Daikoku Tsuchiura, Ibaraki Prefecture Kandatsu-cho, 502 address, Inc. Date falling Works machine in the Laboratory (72) inventor Toshio Hatsuta Tsuchiura, Ibaraki Prefecture Kandatsu-cho, 502 address, Inc. Date falling Works machine the laboratory (72) inventor Toshio Hatada Tsuchiura, Ibaraki Prefecture Kandatsu-cho, 502 address, Inc. Date falling Works machine in the Laboratory (72) inventor Takahashi, Kenji Tsuchiura, Ibaraki Prefecture Kandatsu-cho, 502 address, Inc. Date falling Works machine in the Institute ( 72) inventor Inoue, Hiroshi Tsuchiura, Ibaraki Prefecture Kandatsu-cho, 502 address, Inc. Date falling Works machine in the Laboratory (72) inventor Kenichi Kasai Kanagawa Prefecture Hadano Horiyamashita one address, Inc. Date falling Works Kanagawa in the factory

Claims (10)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 基板に搭載した複数の半導体チップを冷媒液で冷却し、前記基板とチャンバとにより冷却容器を形成し、該冷却容器に前記冷媒液の冷媒流入配管および冷媒流出配管を備えてなる半導体冷却装置において、前記圧力容器に、前記冷媒液の体積膨張に起因する圧力上昇を防止して圧力吸収機構を付設したことを特徴とする半導体冷却装置。 1. A plurality of semiconductor chips mounted on the substrate is cooled by the refrigerant liquid, a cooling vessel formed by said substrate and the chamber, provided with a refrigerant inlet pipe and the refrigerant outlet pipe of the refrigerant liquid in the cooling vessel comprising a semiconductor cooling device, wherein the pressure vessel, the semiconductor cooling device being characterized in that additionally provided a pressure absorbing mechanism to prevent pressure increase caused by the volume expansion of the refrigerant liquid.
  2. 【請求項2】 冷却容器は、冷媒流入配管および冷媒流出配管のそれぞれにワンタッチコネクタを設けたことを特徴とする請求項1記載の半導体冷却装置。 2. A cooling vessel is cooled semiconductor device according to claim 1, characterized in that a one-touch connectors to each of the refrigerant inlet pipe and the refrigerant outlet pipe.
  3. 【請求項3】 冷却容器は、冷媒流入配管または冷媒流出配管の少なくともいずれか一方にベローズよりなる圧力吸収機構を設けたことを特徴とする請求項1記載の半導体冷却装置。 3. A cooling container is cooled semiconductor device according to claim 1, characterized in that a pressure absorption mechanism consisting of the bellows in at least one of the refrigerant inlet pipe or a refrigerant outlet pipe.
  4. 【請求項4】 冷却容器は、チャンバがベローズよりなる圧力吸収機構で形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体冷却装置。 4. A cooling container is cooled semiconductor device according to claim 1, characterized in that it is formed by a pressure absorbing mechanism chamber is made of a bellows.
  5. 【請求項5】 冷却容器は、チャンバが薄肉構造よりなる圧力吸収機構で形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体冷却装置。 5. A cooling container is cooled semiconductor device according to claim 1, characterized in that it is formed by a pressure absorbing mechanism chamber is made of thin-walled structures.
  6. 【請求項6】 冷却容器は、チャンバにベローズよりなる圧力吸収機構を付設したことを特徴とする請求項1記載の半導体冷却装置。 6. The cooling container is cooled semiconductor device according to claim 1, characterized in that attaching a pressure absorbing mechanism composed of bellows chamber.
  7. 【請求項7】 冷却容器は、チャンバに満たされた冷媒液の液面の上方に空間が設けられ、該空間が圧力吸収機構となることを特徴とする請求項1記載の半導体冷却装置。 7. A cooling container, space is provided above the liquid level of refrigerant liquid filled in the chamber, the semiconductor cooling device according to claim 1, wherein the space is characterized by comprising a pressure absorbing mechanism.
  8. 【請求項8】 複数の半導体チップを搭載した基板を冷媒液とともに収容した複数の冷却容器を設け、前記冷媒液の液面の上方に空間を形成し該液面をほぼ同一高さに保持してそれぞれの冷却容器を並設し、前記空間を有しかつ前記液面とほぼ同一高さに配置された液冷却器と、 8. A plurality of mounting the substrate with the semiconductor chip provided with a plurality of cooling container accommodating together with the refrigerant liquid to form a space above the liquid level of the refrigerant liquid maintaining said liquid surface at substantially the same height and a liquid cooling apparatus disposed in substantially the same height as the juxtaposed to each of the cooling vessel has the space and the liquid level Te,
    該液冷却器とそれぞれの冷却容器との間を接続しかつ前記液面に接して設けられた冷媒流出配管と、前記液冷却器とそれぞれの冷却容器との間を接続する冷媒流入配管および冷媒液循環手段とを具備したことを特徴とする半導体冷却装置。 A refrigerant outlet pipe which connects between the liquid cooler and each of the cooling vessel and in contact with the liquid surface, the refrigerant inlet pipe and the refrigerant connecting between said liquid cooler and each of the cooling vessel the semiconductor cooling device being characterized in that comprising a liquid circulation means.
  9. 【請求項9】 液冷却器に、冷媒液の液面の高さをほぼ一定に維持する液面制御板を設けたことを特徴とする請求項8記載の半導体冷却装置。 9. A liquid cooler, the semiconductor cooling device according to claim 8, characterized in that a liquid level control plate for maintaining the liquid level of the refrigerant liquid substantially constant.
  10. 【請求項10】 複数の半導体チップを搭載した基板を冷媒液とともに収容し並設された複数の冷却容器と、それぞれの冷却容器に冷媒流入管、冷媒流出管および冷媒液循環手段を介して接続された液冷却器と、該液冷却器またはそれぞれの冷却容器の少なくともいずれか一つに設けられたベローズとよりなることを特徴とする半導体冷却装置。 A plurality of cooling containers 10. A mounting a plurality of semiconductor chips and the substrate are arranged in parallel and housed together with the refrigerant liquid, the refrigerant inlet pipe to each of the cooling vessel, via the refrigerant outlet pipe and the refrigerant circulation means connected are liquid and cooler, cooled semiconductor device characterized by comprising more bellows provided in at least one of said liquid coolers or each of the cooling vessel.
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