JPS59125643A - 液冷式半導体装置 - Google Patents
液冷式半導体装置Info
- Publication number
- JPS59125643A JPS59125643A JP22367782A JP22367782A JPS59125643A JP S59125643 A JPS59125643 A JP S59125643A JP 22367782 A JP22367782 A JP 22367782A JP 22367782 A JP22367782 A JP 22367782A JP S59125643 A JPS59125643 A JP S59125643A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- boiling
- liquid
- cooling
- boiling point
- fluorocarbon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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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
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（１）発明の技術分野
本発明は液冷式電子機器、特に冷却用液体に特徴のある
そうした電子機器に係る。
そうした電子機器に係る。
（２）従来技術と問題点
従来、′電子機器％に半導体装置の冷却は空冷であった
。電子機器（半導体装置）Ｋ放熱８！を設けたり、送風
による強制空冷である。これに対して、より冷却効果？
高めるために、液体を利用して半導体装置？冷却する方
法についての提案も行なわれでいる。半導体装置などの
冷却には特にフルオロカーボンやフレオンが用いられ、
第１’ｉｌｌの模式図？参照すると、密封容器１内に冷
却ｇ２が発熱部３と接触して封入てれる。ＬＳＩなどの
発熱部３の温度が上昇すると初期は液体２の熱対流によ
って冷却される。−万、液体の温度も発熱部６の熱のた
めに上昇し、液体２の沸騰により、気化熱。
。電子機器（半導体装置）Ｋ放熱８！を設けたり、送風
による強制空冷である。これに対して、より冷却効果？
高めるために、液体を利用して半導体装置？冷却する方
法についての提案も行なわれでいる。半導体装置などの
冷却には特にフルオロカーボンやフレオンが用いられ、
第１’ｉｌｌの模式図？参照すると、密封容器１内に冷
却ｇ２が発熱部３と接触して封入てれる。ＬＳＩなどの
発熱部３の温度が上昇すると初期は液体２の熱対流によ
って冷却される。−万、液体の温度も発熱部６の熱のた
めに上昇し、液体２の沸騰により、気化熱。
気泡による乱流音利用した冷却が行なわれる。冷却液２
は所望の冷却温度付近に沸点のある液体を使用する。し
かし、液体の沸騰を利用する場合、実際には理論上の沸
点で沸騰せず、それよりいくらか高い温度に至ってはじ
めて沸騰する。この沸騰の遅れは適性温度への冷却目的
を狂わせるとともに、突沸現象を生じて急激な温度変化
ケ起こすので、電子機器（例えばＬＳＩ）の温度依存特
性？変更し、好ましくない。
は所望の冷却温度付近に沸点のある液体を使用する。し
かし、液体の沸騰を利用する場合、実際には理論上の沸
点で沸騰せず、それよりいくらか高い温度に至ってはじ
めて沸騰する。この沸騰の遅れは適性温度への冷却目的
を狂わせるとともに、突沸現象を生じて急激な温度変化
ケ起こすので、電子機器（例えばＬＳＩ）の温度依存特
性？変更し、好ましくない。
（３）発明の目的
本発明は、以上の如き従来技術Ｋｇみ、電子機器？液冷
するに当り、より安定な冷却温度を達成するために、実
際の沸騰温度がより安定した冷却用液体？提供すること
を目的とする。
するに当り、より安定な冷却温度を達成するために、実
際の沸騰温度がより安定した冷却用液体？提供すること
を目的とする。
（４）発明の構成
そして、上記目的？達成する本発明は、容器に封入した
液体を利用して発熱部全冷却する電子様器であって、前
記冷却液体が、沸点が１０℃以上相異なる２種のフルオ
ロカーボンオたけフレオンをそれぞれ１ＯＮ量パ一セン
ト以上少なくとも含有して成ることを特徴とする。
液体を利用して発熱部全冷却する電子様器であって、前
記冷却液体が、沸点が１０℃以上相異なる２種のフルオ
ロカーボンオたけフレオンをそれぞれ１ＯＮ量パ一セン
ト以上少なくとも含有して成ることを特徴とする。
以下本発明の実施例を用いて詳述する。
（５）発明の実施例
第１図のように外部冷却用フィンおよび内部凝縮用フィ
ンを有するアルミニウム製密封容器（内容聞５００ ｃ
ｃ、） １に冷却用液体２としてフルオロカーボン（３
Ｍ社、ＦＣ−７８，主成分０４ＮＯＦ１＋ 。
ンを有するアルミニウム製密封容器（内容聞５００ ｃ
ｃ、） １に冷却用液体２としてフルオロカーボン（３
Ｍ社、ＦＣ−７８，主成分０４ＮＯＦ１＋ 。
純度９９％以上、沸点５０℃） ’ｘ ２０ ｃｃ 入
れるとともに、底部に、アルミナ基板上に形成したシリ
コン半導体装置（寸法６喘１．厚で０．６５ ｖａｎ
）亀 を発熱体３として設置した。シリコン半導体装置表面に
熱伝対盆浴接して半導体装置の接合部温度音測定し、液
体２の湛＃は温度計で測定した３、シリコン半導体装置
に通電して液体２および発熱体の温度を測定することに
よって、過熱（発熱体３と液体２の温度差）ΔＴＫ関す
る熱流束（発熱体の表面積当りの発熱量）のグラフ？第
２図にまとめた。図中、曲線ＡＶｃ見られる通り、過熱
が小をいうちは熱流束の変化が小袋く、液体２の対流に
よる熱伝達でらることを示していたが、液体の沸点ａ？
過ぎてもしばらくは沸騰が見られず、その後液体の沸騰
が起き、急激に曲線の傾きが大きくなった。このとき、
沸点より高い温度であるために突沸現像ケ示した。図で
は曲線が逆転してその様子を指示していゐ。それからは
普通の沸騰による冷却が行なわｆ′した。冑、気化した
フルオロカーボンの蒸気は放熱フィンにふれて凝縮きれ
、容器は外部放熱フィンを用いて冷却された。
れるとともに、底部に、アルミナ基板上に形成したシリ
コン半導体装置（寸法６喘１．厚で０．６５ ｖａｎ
）亀 を発熱体３として設置した。シリコン半導体装置表面に
熱伝対盆浴接して半導体装置の接合部温度音測定し、液
体２の湛＃は温度計で測定した３、シリコン半導体装置
に通電して液体２および発熱体の温度を測定することに
よって、過熱（発熱体３と液体２の温度差）ΔＴＫ関す
る熱流束（発熱体の表面積当りの発熱量）のグラフ？第
２図にまとめた。図中、曲線ＡＶｃ見られる通り、過熱
が小をいうちは熱流束の変化が小袋く、液体２の対流に
よる熱伝達でらることを示していたが、液体の沸点ａ？
過ぎてもしばらくは沸騰が見られず、その後液体の沸騰
が起き、急激に曲線の傾きが大きくなった。このとき、
沸点より高い温度であるために突沸現像ケ示した。図で
は曲線が逆転してその様子を指示していゐ。それからは
普通の沸騰による冷却が行なわｆ′した。冑、気化した
フルオロカーボンの蒸気は放熱フィンにふれて凝縮きれ
、容器は外部放熱フィンを用いて冷却された。
次に、上記と同様にし、て、但し、フルオロカーボンの
種類を代えて（今回は３Ｍ社、ＦＣ−７５゜主成分Ｃ７
Ｆ１６ＣＯ，純度９９％以上、沸点１０２℃を用いた。
種類を代えて（今回は３Ｍ社、ＦＣ−７５゜主成分Ｃ７
Ｆ１６ＣＯ，純度９９％以上、沸点１０２℃を用いた。
〕実験したところ、第２図の曲線Ｂのような結果を得た
。やはり、沸騰の遅れと突沸が見られた。
。やはり、沸騰の遅れと突沸が見られた。
然る後、上記２種のフルオロカーボンＦ Ｃ−７８とＦ
Ｃ−７５をそれぞれ８０重量％（ＦＣ−７８Ｊと２０重
量％（ＰＣ−７５）混合し、それケ冷却用液体に用いて
上記と同様の実験？行なった。その結果を第２図の曲線
Ｃに示−′ｔｏ今度の場合、液体の対流による熱伝達が
行なわれつつ過熱が大きくなり、液体がその理論上の沸
点に到達すると、自然に沸騰し始め、沸騰の遅れも突ｆ
Ｊ８もなく液体の気化熱による冷却の状態に入った。
Ｃ−７５をそれぞれ８０重量％（ＦＣ−７８Ｊと２０重
量％（ＰＣ−７５）混合し、それケ冷却用液体に用いて
上記と同様の実験？行なった。その結果を第２図の曲線
Ｃに示−′ｔｏ今度の場合、液体の対流による熱伝達が
行なわれつつ過熱が大きくなり、液体がその理論上の沸
点に到達すると、自然に沸騰し始め、沸騰の遅れも突ｆ
Ｊ８もなく液体の気化熱による冷却の状態に入った。
以上、−例ケ示したか、フルオロカー４ぞンの組成ケ変
えたり、フルオロカーボン（−！たはフレオン）のｍ類
會変えて実験したところ、程度の差こそあれ同様の結果
が得られた。
えたり、フルオロカーボン（−！たはフレオン）のｍ類
會変えて実験したところ、程度の差こそあれ同様の結果
が得られた。
２種類のフルオロカーボン（またはフレオン）？混合す
ることによって沸点が安定化する理由は必ずしも明らか
ではないが、低沸点成分によＺ、核の形成が容易である
ので、沸騰の遅れがなく、従って突沸もないものと考え
られる。従来の冷却用液体は一般にかなり純粋な成分の
もの（純度は９０％？越え、多くは９５％以上）が用い
られているが、本発明では、沸点が１０℃以上異な６２
種類のフルオロカーボン（またはフレオン）ヲソれぞれ
１０重量％り上含有する２成分系あるいけ多成分系であ
る点でそり、らと異なめ。本発明では、沸点の異なる２
あるいけそれＶ、上の成分百二混合すること’ｆ−％徴
とするものであって、成分の数、独類、混合割合に本質
的な限定はなく、それらはＩ％望の冷却条件に応じて決
定されれば足りる。
ることによって沸点が安定化する理由は必ずしも明らか
ではないが、低沸点成分によＺ、核の形成が容易である
ので、沸騰の遅れがなく、従って突沸もないものと考え
られる。従来の冷却用液体は一般にかなり純粋な成分の
もの（純度は９０％？越え、多くは９５％以上）が用い
られているが、本発明では、沸点が１０℃以上異な６２
種類のフルオロカーボン（またはフレオン）ヲソれぞれ
１０重量％り上含有する２成分系あるいけ多成分系であ
る点でそり、らと異なめ。本発明では、沸点の異なる２
あるいけそれＶ、上の成分百二混合すること’ｆ−％徴
とするものであって、成分の数、独類、混合割合に本質
的な限定はなく、それらはＩ％望の冷却条件に応じて決
定されれば足りる。
本発明における冷却用液体としてのフルオロカーボンま
たはフレオンは荷に半導体装置の冷却用として優れてい
るが、その他の電子機器一般の冷却にも勿論使用可能で
ある。フルオロカーボン、特に炭素数５〜９個のフッ素
、炭素系化合物が好ましい。また、容器は伝熱性の優ね
た材質のものが好甘しく、溝造的には外部に空冷用放熱
フィンや水冷用コールドプレー１・を設けたり、内部に
蒸気凝縮用フィンを設けてもよい、っしかし、こｔｌ、
らに特別の限定はない。
たはフレオンは荷に半導体装置の冷却用として優れてい
るが、その他の電子機器一般の冷却にも勿論使用可能で
ある。フルオロカーボン、特に炭素数５〜９個のフッ素
、炭素系化合物が好ましい。また、容器は伝熱性の優ね
た材質のものが好甘しく、溝造的には外部に空冷用放熱
フィンや水冷用コールドプレー１・を設けたり、内部に
蒸気凝縮用フィンを設けてもよい、っしかし、こｔｌ、
らに特別の限定はない。
（６）発明の効果
以上の説明から明らかなように、本発明に依れば、半導
体−？、俗その他の′咀子伏器を液冷するに当り、冷力
ｊ用液体の沸騰の遅れおよび突沸を防止し、一定席ｊ度
における自然な沸騰全実現し、電子機器の素子特性に適
した湛兜範囲および温度安定性が連成される。
体−？、俗その他の′咀子伏器を液冷するに当り、冷力
ｊ用液体の沸騰の遅れおよび突沸を防止し、一定席ｊ度
における自然な沸騰全実現し、電子機器の素子特性に適
した湛兜範囲および温度安定性が連成される。
第１図は液冷式電子機器の概略断面図、第２図は冷却用
液体の過熱に関する熱流束のグラフである。 １・・・・・・容器、 ２・・・・・冷却用液体、 ３
・・・・・発熱部。 特許出願人 富士通株式会社 特許出願代理人 弁理士 Ｗ 木 朗 弁理士 西 舘 和 之 弁理士 内 １） 幸 男 弁理士 山 口 昭 之 第１図 第２図 過熱△Ｔ（’Ｃ）
液体の過熱に関する熱流束のグラフである。 １・・・・・・容器、 ２・・・・・冷却用液体、 ３
・・・・・発熱部。 特許出願人 富士通株式会社 特許出願代理人 弁理士 Ｗ 木 朗 弁理士 西 舘 和 之 弁理士 内 １） 幸 男 弁理士 山 口 昭 之 第１図 第２図 過熱△Ｔ（’Ｃ）
Claims (1)
- １ 容器に封入した液体を利用して発熱部？冷却する電
子機器において、前記冷却用液体が、沸点が１０℃以上
相異なる２種のフルオロカーボン寸たはフレオンをそれ
ぞれ１０重量パーセント以上少なくとも含有して成ると
（！：に特徴とする液冷式電子機器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22367782A JPS59125643A (ja) | 1982-12-22 | 1982-12-22 | 液冷式半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22367782A JPS59125643A (ja) | 1982-12-22 | 1982-12-22 | 液冷式半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59125643A true JPS59125643A (ja) | 1984-07-20 |
| JPS6367336B2 JPS6367336B2 (ja) | 1988-12-26 |
Family
ID=16801913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22367782A Granted JPS59125643A (ja) | 1982-12-22 | 1982-12-22 | 液冷式半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59125643A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991003085A1 (en) * | 1989-08-21 | 1991-03-07 | Cray Research, Inc. | Improved laser diode package |
| EP0456508A2 (en) * | 1990-05-11 | 1991-11-13 | Fujitsu Limited | Immersion cooling coolant and electronic device using this coolant |
| US5262675A (en) * | 1988-08-21 | 1993-11-16 | Cray Research, Inc. | Laser diode package |
| WO2007075599A2 (en) * | 2005-12-19 | 2007-07-05 | Honeywell International, Inc. | Multi-fluid coolant system |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4968674A (ja) * | 1972-11-06 | 1974-07-03 | ||
| JPS5238662A (en) * | 1975-09-22 | 1977-03-25 | Hitachi Ltd | Cooling liquid of seething cooler |
-
1982
- 1982-12-22 JP JP22367782A patent/JPS59125643A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4968674A (ja) * | 1972-11-06 | 1974-07-03 | ||
| JPS5238662A (en) * | 1975-09-22 | 1977-03-25 | Hitachi Ltd | Cooling liquid of seething cooler |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5262675A (en) * | 1988-08-21 | 1993-11-16 | Cray Research, Inc. | Laser diode package |
| WO1991003085A1 (en) * | 1989-08-21 | 1991-03-07 | Cray Research, Inc. | Improved laser diode package |
| EP0456508A2 (en) * | 1990-05-11 | 1991-11-13 | Fujitsu Limited | Immersion cooling coolant and electronic device using this coolant |
| US5349499A (en) * | 1990-05-11 | 1994-09-20 | Fujitsu Limited | Immersion cooling coolant and electronic device using this coolant |
| US6193905B1 (en) | 1990-05-11 | 2001-02-27 | Fujitsu Limited | Immersion cooling coolant |
| WO2007075599A2 (en) * | 2005-12-19 | 2007-07-05 | Honeywell International, Inc. | Multi-fluid coolant system |
| WO2007075599A3 (en) * | 2005-12-19 | 2007-08-16 | Honeywell Int Inc | Multi-fluid coolant system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6367336B2 (ja) | 1988-12-26 |
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