JPS5911515Y2 - 液体含有冷却器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は液体含有冷却器に関する。

近年、情報処理装置および情報伝達装置における処理量
や伝達量の増大、高速化などの要求が高まっており、こ
れにともなってこれらの装置に用いられる電子回路の電
密度化、多機能化が重要な課題となっている。

この要求に答えるため、半導体素子は従来のＩＣチップ
レベルから、ＭＩＳ，ＬＳＩヘとチップ内での高密度化
、多機能化が急速に進みつつある。

また、これらのチップの実装も、従来の個個のチップを
パッケージし、これをプリント板に搭載する方式から、
複数のチップを、一度にパッケージし（マルチチップパ
ッケージ）、これをプリント板に搭載して、高密度実装
する方式に変わりつつある。

しかし、このように素子の集積度が高くなるにつれ、従
来規模のＩＣにはみられなかった新らたな問題が発生し
てくる。

その一つに熱の問題がある。

通常、用いられているアルミナ基板にチップをマウント
する方式では、基板構造や使用条件によって異なるが、
一般に数Ｗ以下の実装しかできない。

ところがマルチチップ構造では、パワーチップを組み込
んだ場合はもちろんのこと、個々のチップの消費電力が
小さい場合でも、多数のチップを集積することにより、
消費電力が大きくすることが多く、時には１０Ｗを超え
るものもある。

このため大電力用にはパッケージに放熱フィンを設けた
り、これをさらに空冷または液冷などにより強制冷却す
る方法が用いられている。

最も強力な冷却法の１つに、半導体素子を直接または間
接的に液体に浸漬する方法（以下、浸漬冷却法という）
がある。

浸漬冷却法には、素子を浸漬する冷媒を強制的に循環す
る方法と、冷媒の蒸発熱を利用して、素子を冷却する方
法（以下、蒸発冷却法という）とがある。

本考案は後者の蒸発冷却法に関するものである。

蒸発冷却法では、第１図に示すように、チツプ４を冷却
器１内におさめ、その冷却器１本体に冷媒３を注入する
。

そして、冷却器１のフイン２を冷却する。

その結果、チツプ４から発生する熱により蒸発した冷媒
３は、冷却器１の内壁で露を結び、再び液体となる。

この方法に用いる冷媒は、チツプ４の安定な使用温度範
囲内で蒸発する液体であり、かつ蒸発熱の大きいものが
望ましい。

またチツプ４あるいは冷却器１が劣化しない安定な液体
でなければならない。

このような冷媒には、フルオロカーボンがある。

蒸発冷却法の特徴は他の冷却方法と比較して、冷却能力
が大きいことであるが、この冷却方法における冷却能力
の限界は、チップの周囲が気体で被われ、チップの温度
が安定な使用温度を超えるときと見なすことができる。

前述のように、蒸発冷却法では、チップなら発生した熱
により冷媒が蒸発する。

そして気体となった冷媒は熱を冷却器に伝え、熱は冷却
器を伝わって外部へ逃げる。

このため、この冷却方法において、通常、冷却器は熱伝
導性の良い金属を使用しているもののチップから発生し
た熱により蒸発した冷媒がキャップの内壁へ達するまで
に長い時間がかかるようになると、冷媒の冷却能力は劣
化する。

従って、この気体となった冷媒をより早く凝縮すること
により冷却器の冷却能力をより一層増すことができる。

本考案の目的は前述の冷媒の蒸発→凝縮のサイクルを早
めることにより、冷却能力の大きい冷却器を提供するこ
とにある。

本考案の特徴は冷媒の蒸発→凝縮のサイクルを早めるた
めに、冷却器内にパイプ管を設置し、これに冷風または
液体を強制的に送ることにより冷却器の冷却能力を高め
ることにある。

本考案によりパイプを設置した冷却器では蒸発した冷媒
の一部が冷たいパイプに触れることにより凝縮する。

そして、残りの気体は従来の冷却器と同様に冷却器の内
壁で凝縮する。

本考案の冷却器はパイプを設置することにより著しく冷
却能力を増すことができる。

従って、より実装密度が高く、発熱の大きいチップまた
は回路基板を冷却することができる。

以下に本考案の冷却器の製造方法および従来の冷却器と
の冷却能力の比較を示す。

本考案の冷却器は第２図に示すように、冷却器本体１、
冷却フイン２、およびパイプ６の３つの部分からなって
いる。

これらの本体、フイン２およびパイプ６は比重が小さく
、かつ熱伝導率の大きいものが好ましい。

また、冷媒３に対しては化学的に安定な材料でなければ
ならなく、ＡＩ等が適当である。

本考案の冷却器を作戊するには、前述の特性をもの材料
を用いて冷却器１本体、フイン２およびパイプ６を一体
化する。

一体化の方法は数多く考えられるが、パイプを冷却器１
本体に溶接し、冷却器１本体とフイン２を接着剤または
ネジで固定する方法が適当であろう。

このようにして作威した冷却器１の底部にチツプ４を搭
載した回路基板５を設置し、次に冷媒３を注入する。

発明者等の検討結果からは、冷媒３が冷却器本体の２／
３まで注入するのが最も好ましく、冷媒の量が多過ぎる
と蒸気圧の上昇により、冷却器１が破壊する恐れがある
。

また、冷媒が少な過ぎると冷却能力が低下する。

また、パイプ６は径がある程度太く、かつパイプ間隔が
適当なものでなければならない。

発明者等の検討結果からは、冷却器の大きさが、４０
Ｘ ４０ Ｘ３Ｑ ｍｍのとき、パイプ径０．５〜５ｍ
ｍ、パイプ間隔ｌ〜１０ｍｍの冷却器に３〜６ｍ／ｍｉ
ｎの冷風を送ることにより、従来の冷却器に比較して１
．１〜２．６倍の冷却能力を有する。

本考案の冷却器は以上の構造であるので冷却能力の大き
な冷却器を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷却器の断面図を示す。 第２図は本考案の実施例による冷却器の断面図を示す。 また、図において、１は冷却器、２は冷却フィン、３は
冷媒、４はチップ、５は回路基板、６はパイプ、７は冷
媒注入口を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 内部に封入された冷媒中に部品を浸漬せしめ、冷媒の蒸
   発熱により部品を冷却する冷却器において、該冷却器内
   を貫通する複数のパイプを設けた事を特徴とする液体含
   有冷却器。