JPS59215797A - Intensified nuclear boiling surface tape and cooling of electronic part - Google Patents

Intensified nuclear boiling surface tape and cooling of electronic part

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JPS59215797A
JPS59215797A JP5717184A JP5717184A JPS59215797A JP S59215797 A JPS59215797 A JP S59215797A JP 5717184 A JP5717184 A JP 5717184A JP 5717184 A JP5717184 A JP 5717184A JP S59215797 A JPS59215797 A JP S59215797A
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Japan
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metal
boiling
tape
thin metal
integrated circuit
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JP5717184A
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Japanese (ja)
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ステイ−ブン・ト−マス・ゴンクジ−
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Honeywell UOP LLC
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UOP LLC
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は集積回路デバイス即ちチップ等の電子部品を冷
却する方法と装置とに関する。特に本発明は電子部品か
ら熱を取去るための増強核沸騰面と液冷媒との使用に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method and apparatus for cooling electronic components such as integrated circuit devices or chips. More particularly, the present invention relates to the use of enhanced nucleate boiling surfaces and liquid refrigerants to remove heat from electronic components.

集積回路デバイスの使用制限は集積回路に発生する熱と
、この熱を放散する装置とによって制限される。集積回
路デバイスの作動温度が上昇すれば、デバイスの損傷率
は著しく増加する。温度が18℃上昇すれば集積回路デ
バイスの寿命は半分になる。集積回路をできるだけ密に
配置し回路を密接させたパッケージは望ましいが、熱エ
ネルギ密度が犬となり、熱の除去は困難になる。現在で
は電子装置の設計者は希望よりは密でない配置を使用す
るのは十分な熱除去技法h″−ないためである。
The limits on the use of integrated circuit devices are limited by the heat generated by the integrated circuit and the devices for dissipating this heat. As the operating temperature of integrated circuit devices increases, the rate of device damage increases significantly. If the temperature increases by 18 degrees Celsius, the lifetime of integrated circuit devices will be cut in half. Although it is desirable to have integrated circuits placed as closely together as possible in a package with the circuits in close contact, the thermal energy density is high and heat removal becomes difficult. Currently, electronic device designers use less dense arrangements than desired because there are insufficient heat removal techniques.

特に計算機の有用性を増すためには、集積回路デバイス
をパッケージとし、計算機を更に密に配置し、作動速度
を大きくする。この方法は計算機回路の単位容積当りの
発生熱を犬にする。
In particular, to increase the usefulness of computers, integrated circuit devices are packaged, computers are placed closer together, and their operating speeds are increased. This method reduces the amount of heat generated per unit volume of the computer circuit.

一般的には、最新の装置に対して各棹空気冷却方法は不
十分である。冷却装置は大型で回路密度を制限する。例
えは、エレクトロエックス誌1981年12月29日の
゛パッケージ″″の文献に示したチップキャリア上に取
付けたヒートシンクかある。
In general, individual rod air cooling methods are insufficient for modern equipment. Cooling equipment is large and limits circuit density. An example is the heat sink mounted on a chip carrier as shown in the article ``Package'' published in Electro-Ex Magazine December 29, 1981.

ヒートシンクの容積はチップキャリアの少なくとも6倍
ある。空冷によって取去り得る熱量には上限がある。上
述のヒートシンクは4.5Wまでの熱を放散できるが多
くの用途には不十分である。
The volume of the heat sink is at least six times that of the chip carrier. There is an upper limit to the amount of heat that can be removed by air cooling. The heat sinks described above can dissipate up to 4.5 W of heat, which is insufficient for many applications.

液冷却剤による熱除去は空冷より有効であり、ガス装置
よりは液装置で高い熱伝達系数が得られる。熱は伝導に
よって固体構造から冷却液流を囲む壁に搬送さね、対流
によって液に伝達される。
Heat removal with liquid coolants is more effective than air cooling, and higher heat transfer coefficients can be obtained with liquid systems than with gas systems. Heat is transferred from the solid structure to the walls surrounding the coolant stream by conduction and transferred to the liquid by convection.

液体冷却の新しい有効な方法は浸漬冷却であり、現在で
は発展段階にある。電子部品を非導電性冷媒内に浸漬し
、対流伝達によって熱を取去る。電子デバイスから冷媒
への熱伝達の後は冷媒から熱を取去る装置を心裏とする
A new and effective method of liquid cooling is immersion cooling, which is currently in an advanced stage of development. Electronic components are immersed in a non-conductive coolant and heat is removed by convective transfer. After heat transfer from the electronic device to the refrigerant, a device is provided to remove heat from the refrigerant.

単位面積当りの熱即ち熱フラツクスか大きい時は冷媒の
沸騰を行なわせることによって熱伝達量は著しく増加す
る。かくして、熱フラツクスの低い時は対流で、熱ブラ
ックスの高い時は沸騰で熱を除去する。沸騰即ち二相熱
伝達は固体から液体への対流熱伝達【比較して著しく効
率が良い6二相熱伝達においては熱工′ネルギーは液か
ら気体への相変換によって伝達される。しかし、この装
置を設計するには多くの問題点がある。第1の問題点と
して、沸騰開始前に゛電子部品の温度が許容値以上に上
昇する。第2の問題点として、現在の沸騰熱伝達装置が
過度に複雑で広く使用できない。
When the heat per unit area, that is, the heat flux, is large, the amount of heat transfer is significantly increased by boiling the refrigerant. Thus, heat is removed by convection when the heat flux is low and by boiling when the heat flux is high. Boiling, or two-phase heat transfer, is significantly more efficient than convective heat transfer from a solid to a liquid.In two-phase heat transfer, thermal energy is transferred by a phase change from liquid to gas. However, there are many problems in designing this device. The first problem is that the temperature of the electronic components rises above a permissible value before boiling begins. A second problem is that current boiling heat transfer devices are too complex to be widely used.

これらの問題点を本発明による謂強核沸1斥面使用によ
って解決する。
These problems are solved by the use of a so-called strong nucleate boiling surface according to the present invention.

高温面からの熱伝達率を上げる方法を定めろために多数
の研究が行なわれたが、大部分は電子部品冷却目的では
ない。核沸騰を促進する特定構造の面が開発され、増強
核沸騰面と称する。この面の通常の用途は管状熱交換器
の管の沸騰増加用であり、管外面に接触する液を管内を
流れる高温流体によって加熱して沸騰させる目的である
。沸騰及び増強核沸騰面てついての文献として、ヘミス
フエア7gブリッジング社のパンストラーレン及びコー
ル著パ沸騰論、物理化学及び技術基礎と応用″′及ヒヒ
ートトランスファーエンジニアリング、2巻3〜4号、
1981、゛°核沸騰の増強面構造の発展”及び後述す
る米国特許がある。
A large amount of research has been conducted to determine how to increase the heat transfer rate from hot surfaces, but most of it is not for cooling electronic components. Certain structural surfaces have been developed that promote nucleate boiling and are referred to as enhanced nucleate boiling surfaces. A common use for this surface is to increase the boiling of the tubes of a tubular heat exchanger, in which liquid in contact with the outer surface of the tube is heated to boiling by the hot fluid flowing within the tube. References on boiling and enhanced nucleate boiling include Hemisphere 7G Bridging Co.'s Panstralen and Cole's Boiling Theory, Physical Chemistry and Technological Fundamentals and Applications, and Heat Transfer Engineering, Vol. 2, No. 3-4;
1981, ``Development of Enhanced Surface Structures for Nucleate Boiling'' and the US patents mentioned below.

進歩した電子装置の来るべき世代に組合せて液体冷却技
法が開発されている。チップをパッケージにする方法も
急速に変化している。本発明は上述の発展過程に有用で
あり、旨密度高性能電子装置を最小の装置によって十分
に冷却できろ。パッケージ技法についての文献は上述の
パパッケージ″及びエレクトロニックパッケージングア
ンドプロダクションの゛チップキャリア”1981年3
月号がある。進歩したパッケージと冷却技法についての
総括はエレクトロ二ックス誌1982年9 月22日゛
°ハッケージと冷却に関する超計算機の要求総括パがあ
る。
Liquid cooling techniques are being developed in conjunction with the coming generations of advanced electronic devices. The way chips are packaged is also changing rapidly. The present invention is useful in the development process described above, and enables efficient cooling of high-density, high-performance electronic devices with minimal equipment. References on packaging techniques include the above-mentioned ``Papackage'' and ``Chip Carrier'' of Electronic Packaging and Production, March 1981.
There is a monthly issue. A review of advanced packaging and cooling techniques can be found in Electronics Magazine, September 22, 1982.

既知の技法について説明する。Describe known techniques.

次の米国特許は増強核沸騰面について記述する、米国特
許4129181号、4246057号、413642
7号、4136428号、4182412号、4199
414号、4219078号、4288897号。
The following U.S. patents describe enhanced nucleate boiling surfaces, U.S. Pat.
No. 7, No. 4136428, No. 4182412, 4199
No. 414, No. 4219078, No. 4288897.

これらの特許は熱伝達管上に増強核沸騰面を設ける方法
について述べる。同様の核沸騰面を本発明では電子部品
冷却に使用する。この米国特許を参照文献とする。
These patents describe methods of providing enhanced nucleate boiling surfaces on heat transfer tubes. A similar nucleate boiling surface is used in the present invention for cooling electronic components. Reference is made to this US patent.

米国特許4312012号はシリコン集積回路面を処理
する方法を開示し、同様の未処理面の核沸騰特性に比較
して核沸騰特性の向上を得た。この特許とはg同様の文
献がジャーナルオノアプフィトゝエレクトロケミストリ
ー、1980年lo号に記される。この特許の方法で機
械的に面を損傷するのは面の核沸騰特性を向上するには
比較的原始的な技法であり、改良の程度は小さい。上述
の核沸騰の文献に示す)Jllす、他の方法が好適であ
る。この特許によるサンドブラストは集積回路デバイス
又はシリコンに対して過酷な処理であり、集積回路デバ
イスに組込む時の清掃の程度及び製造上の注意に対する
記載はない。この特許は集積回路デバイス自体に増強核
沸騰面を形成することのみを扱う。本発明は所要のどん
な面にも有効な核沸騰面を形成し、集積回路デバイスか
らの熱経路の好適な終点を選択できる。このため、本発
明に使用する集積回路デバイスは液浸漬用とする必要が
ない。米国特許4053942号の記載では、集積回路
デバイスを浸漬するには冷媒が著しく純粋であることを
心安とすると記述し、純粋を保つ装置を示す。冷却すべ
きデバイスの直接浸漬を避ければ、冷媒の純度を保つ8
登がなくなるため好適である。
U.S. Pat. No. 4,312,012 discloses a method of treating a silicon integrated circuit surface to obtain improved nucleate boiling properties compared to those of similar untreated surfaces. A document similar to this patent is published in the Journal Onoapprophyte Electrochemistry, 1980, No. LO. Mechanically damaging a surface using the method of this patent is a relatively primitive technique for improving the nucleate boiling properties of a surface, and the degree of improvement is small. Other methods (as shown in the nucleate boiling literature mentioned above) are suitable. Sandblasting according to this patent is a harsh treatment for integrated circuit devices or silicon, and there is no mention of the extent of cleaning and manufacturing precautions when assembling into integrated circuit devices. This patent only deals with forming enhanced nucleate boiling surfaces on the integrated circuit device itself. The present invention can create an effective nucleate boiling surface in any desired plane and select the preferred endpoint of the heat path from the integrated circuit device. Therefore, the integrated circuit device used in the present invention does not need to be immersed in liquid. U.S. Pat. No. 4,053,942 states that it is reassuring that the refrigerant is extremely pure for immersing integrated circuit devices, and describes an apparatus for maintaining purity. Avoiding direct immersion of the device to be cooled will preserve the purity of the refrigerant8.
This is suitable because there is no climbing.

面に孔加工して核沸騰特性を犬にすることを米国特許4
050507号に記す。この孔は高エネルギービームに
よってあける。一実施例として処理面附近のヒーターに
よって泡を発生させ面上での核沸騰を促進する。米国特
許3993123号、4156458号、432273
7号は集積回路冷却のためのパックー:)構造を示す。
U.S. Patent No. 4 to improve nucleate boiling characteristics by drilling holes in the surface.
It is written in No. 050507. This hole is drilled with a high-energy beam. In one embodiment, bubbles are generated by a heater near the treatment surface to promote nucleate boiling on the surface. U.S. Patent Nos. 3,993,123, 4,156,458, 432,273
No. 7 shows the structure of a pack for cooling integrated circuits.

米1J−特許3512582号は浸漬冷却装置を示し、
中央のリザーバが熱発生部品を収容する多数のモジュラ
−ユニット用として使用される。この簀許には増強核沸
騰面の記載はない。米国特許4203129号は高密並
集積回路の冷却を示す。後述する通り、本発明はこの特
許に記した複雑な装置の必要はない。
US 1J-Patent No. 3,512,582 shows an immersion cooling device,
A central reservoir is used for multiple modular units containing heat generating components. There is no description of the enhanced nucleate boiling surface in this document. US Pat. No. 4,203,129 shows cooling of highly parallel integrated circuits. As will be explained below, the present invention does not require the complex apparatus described in this patent.

本発明の目的は進歩した電子部品を冷却する装置と方法
を提供し、熱を冷媒液によって除去することである。
It is an object of the present invention to provide an improved apparatus and method for cooling electronic components in which heat is removed by a refrigerant liquid.

本発明の他の目的は電子回路の単位容積当り発生する熱
量を増加し回路の作動温度を過度に高くしないようにす
ることである。
Another object of the present invention is to increase the amount of heat generated per unit volume of an electronic circuit so that the operating temperature of the circuit does not become too high.

本発明の別の目的は熱除去方法と装置を提供し既知の装
置よりは簡単な装置とすることである。
Another object of the present invention is to provide a heat removal method and apparatus which is simpler than known apparatus.

本発明の他の目的は、熱発生位置から故冷媒に伝達する
位置までの熱経路の制御な可能にすることである。
Another object of the invention is to enable control of the heat path from the location of heat generation to the location of transfer to the waste refrigerant.

本発明の別の目的は電子デバイスを市販部品を使用して
組立てる技法と、−次部品を製造する技法とを提供する
Another object of the present invention is to provide techniques for assembling electronic devices using commercially available components and techniques for manufacturing second components.

本発明の他の目的は、増強核沸騰面テープを提供し、所
要寸法として′電子部品に取付可能とすることである。
Another object of the present invention is to provide an enhanced nucleate boiling surface tape that can be dimensioned to be attached to electronic components.

本発明による増強核沸騰面テープは、薄い金属層と、薄
い金属層の一側に被着した開放細胞網状有機発泡材と、
めっきによって上記発泡材上に被着した金属とを備える
The enhanced nucleate boiling surface tape according to the present invention comprises a thin metal layer and an open cell reticulated organic foam deposited on one side of the thin metal layer.
and a metal deposited on the foam material by plating.

本発明による増強核沸騰面テープは、薄い金属層と、電
気めっきによって被着した金属と完全に又は部分的に被
着金属によって囲まれた多数の粉状導電粒子から成る被
覆とを備える。
The enhanced nucleate boiling surface tape according to the invention comprises a thin metal layer and a coating consisting of a metal deposited by electroplating and a number of powdered conductive particles completely or partially surrounded by the deposited metal.

この核沸騰面テープを製造する過程の実施例は、−側を
遮蔽した薄い金属層を導電粒子を含むめっき溶液内に置
き薄い金属にめっきすべき金属源に近接させ、薄い釡属
とめっきすべき金属源とに電源を接続して金属源から金
属にめっきさせ、めつき溶液を攪拌して溶液内に導電粒
子を保たせて薄い金属に固着させ、薄い金属に固着した
導電粒子の少なくとも一部を囲んで金属めっきが被着す
る。
An example of the process for manufacturing this nucleate boiling surface tape is to place a thin metal layer shielded on the negative side in a plating solution containing conductive particles, bring the thin metal close to the metal source to be plated, Connect a power supply to the metal source to plate the metal from the metal source, stir the plating solution to keep the conductive particles in the solution and adhere to the thin metal, and at least some of the conductive particles adhered to the thin metal. Metal plating is applied surrounding the area.

本発明によ、る上述の増強核沸騰面テープは所要の寸法
として集積回路デバイスパッケージに取付可能である。
In accordance with the present invention, the above-described enhanced nucleate boiling surface tape can be attached to an integrated circuit device package as required dimensions.

薄い金属の一体は製造間遮蔽してこの面がパッケージ取
付に好適な状態を保つ。
The thin metal piece is shielded during manufacturing to keep this surface suitable for package attachment.

本発明による集積回路デバイスのパッケージは上述の増
強核沸騰面テープを集積回路デバイスのパッケージの面
の少なくとも一部にパッケージの熱発生部位と沸騰面と
の間に熱経路を形成するだめの所要位置に取付ける。薄
い金属は発泡材を取付けめっき金属を被着する目IIに
パッケージに取付けることもでき、完全に形成した沸騰
面をパッケージに取付けることもできる。
A package for an integrated circuit device according to the present invention includes the above-mentioned enhanced nucleate boiling surface tape on at least a portion of the surface of the package of the integrated circuit device at a predetermined location for forming a thermal path between the heat generating area of the package and the boiling surface. Attach to. Thin metal can be attached to the package at eye II where the foam is attached and plated metal is applied, or a fully formed boiling surface can be attached to the package.

電気めっきの実施例は、網状発泡材の孔の下に蕗出した
薄い金属層の+fii vc it気めっきを行なって
薄い金属層の面に重なって固着した生成金属面を形成し
、生成金属面が発泡材の孔を辿って蕗出面から外方に延
長して形成する。
An example of electroplating is to perform pneumatic plating of a thin metal layer protruding under the pores of a reticulated foam material to form a generated metal surface that overlaps and adheres to the surface of the thin metal layer. is formed by following the pores of the foam material and extending outward from the surface of the foam.

電気めっきの別の実施例は、めっきした金属は81!1
の過程として発泡材上に無電気めっきを行ない、第2の
過程として電気めっきを行なって薄い金属層をWい金属
層に固着した網状金属面を形成する。
Another example of electroplating is that the plated metal is 81!1
As a step, electroless plating is performed on the foam material, and as a second step, electroplating is performed to form a reticulated metal surface with a thin metal layer adhered to the W metal layer.

別の実施例によって、めっき金属な被着する前にグラハ
イドの接着被覆を発泡材に施し、めっきした金属が薄い
金属層とグラハイドとて固着して薄い金属層の上に重な
って固着した網状開放細胞金属面を形成する。
In another embodiment, an adhesive coating of Graphide is applied to the foam material prior to application of the plated metal, and the plated metal adheres to the thin metal layer with the Graphide, forming a reticulated opening overlying and bonding over the thin metal layer. Cells form metal surfaces.

他の実施例によって、沸騰面テープを加熱して発泡材の
少なくとも一部を熱分解してめっき金属によって形成し
た網状金属構造の少なくとも一部を中空金属系から成る
中空金属骨格とし、これによって核沸騰面テープを液体
沸騰媒体内に置いた時に蒸気を抑留し蒸気の一部を気相
核生成部を形成する骨格の多数の小孔を通って解放する
In accordance with another embodiment, at least a portion of the reticulated metal structure formed by the plated metal is heated to heat the boiling surface tape to pyrolyze at least a portion of the foam material into a hollow metal skeleton comprising a hollow metal system, thereby forming a core. When the boiling surface tape is placed in a liquid boiling medium, it traps vapor and releases a portion of the vapor through a number of small holes in the framework that form the gas phase nucleation zone.

別の実施例によって、沸騰面の中空金属系が複数の固体
粒子に圧接されて中空金属系の一部を変形して内径を減
少し液を中空開口の長さに沿って搬送する能力を減少す
る。
In another embodiment, a hollow metal system at a boiling surface is pressed against a plurality of solid particles to deform a portion of the hollow metal system to reduce its internal diameter and reduce its ability to transport liquid along the length of the hollow opening. do.

他の実施例によって薄い金属及び又はめっきした金属を
銅とI−石。
Other embodiments include thin metals and/or plated metals such as copper and I-stone.

別の実施例によって、増強核沸騰面を接着剤又は溶融可
能金属合金によって集積回路デバイスパッケージに取付
ける。沸騰面を機械加工して厚さを減少し沸騰特性を良
くする。パッケージはチップキャリア、ピングリットゝ
アレー、パット8グリツドゝアレーとする。
According to another embodiment, the enhanced nucleate boiling surface is attached to the integrated circuit device package by an adhesive or a fusible metal alloy. Machine the boiling surface to reduce thickness and improve boiling properties. The package consists of a chip carrier, a pin grid array, and a pad 8 grid array.

本発明による集積回路デバイスの発生する熱を除去する
だめの冷却装置は、集積回路デバイスと、上述した構成
の増強核沸騰面テープと、集積回路デバイスの発生する
熱を沸騰面に搬送する熱経路を形成する手段と、沸騰面
に接触して加熱される液冷媒と、熱を冷媒から取去る手
段とを備える。
A cooling device for removing heat generated by an integrated circuit device according to the present invention includes an integrated circuit device, an enhanced nucleate boiling surface tape having the above-described configuration, and a heat path for conveying the heat generated by the integrated circuit device to the boiling surface. a liquid refrigerant that is heated in contact with the boiling surface; and means for removing heat from the refrigerant.

本発明を例示とした実施例並びに図面について説明する
Embodiments and drawings illustrating the present invention will be described.

接触する液によって冷却すべき冒温面に液の沸騰を生じ
させるためには、気泡が生成する必要がある。気泡生成
のためには、ある程度の最小限の過熱が必要である。過
熱とは高温面と液の沸騰点との間の温度差であり、沸騰
点を低い温度とする。
In order to cause liquid boiling on the hot surface that is to be cooled by the contacting liquid, bubbles must be generated. Some minimal superheating is required for bubble generation. Superheating is the temperature difference between a hot surface and the boiling point of a liquid, making the boiling point a lower temperature.

過熱の値が最小値以下であねば熱は対流によって伝達さ
れ、面での位相変化は生じない。沸騰が開始するに必安
な過熱値は高温面の核形成特性によって定まる。蒸気の
泡は高温面の凹み、即ち核生成位置で発生する。高温面
が平滑であれば核生成位置は少なく、高温面で強い沸騰
を生じさせるには大きな過熱値を必要とする。平滑でな
い面は通常は強い沸騰を生ずるには小さな過熱値で十分
である。ある形式の粗面ば気泡生成のために小さな過熱
値で十分であり、二相熱伝達か行なわれる。
If the superheat value is below the minimum value, heat is transferred by convection and no phase change occurs in the plane. The necessary superheat value for boiling to begin is determined by the nucleation characteristics of the hot surface. Steam bubbles form at depressions in the hot surface, ie, at nucleation sites. If the high-temperature surface is smooth, there are fewer nucleation positions, and a large superheat value is required to cause strong boiling on the high-temperature surface. For non-smooth surfaces, small superheat values are usually sufficient to produce strong boiling. For some types of surface roughness, small superheat values are sufficient for bubble formation and two-phase heat transfer takes place.

平滑高温面が上述の粗面と他の点で同形とし、同じ量の
熱を供給し、同じ液槽に浸漬した時は沸騰のために粗面
に比較して大きな温度差を必要とする。平滑面の電子部
品に強い核沸騰を生じさせるに必要とする大きな過熱値
は′電子部品の処理温度を過大とすることが多い。
A smooth hot surface is otherwise identical to the rough surface described above, supplies the same amount of heat, and when immersed in the same bath requires a larger temperature difference than the rough surface for boiling. The large superheat values required to produce strong nucleate boiling in smooth-surfaced electronic components often result in excessive processing temperatures for the electronic components.

2種の沸騰が観測される。核沸騰と膜沸騰である。膜沸
騰は後の段階である。沸騰開始の時は常に核沸騰であり
、気泡が高温面で形成さ第1る。高温面の熱フラツクス
が増大ずれば多くσ?気泡が形成される。気泡の生成が
著しく多くなり、気泡が合一して高温面で連続膜を生成
した時に膜沸騰となる。膜は高温面に対する絶縁部材と
して作用する。かくして、膜沸騰が開始すれば冷却効率
は低下し、核θし騰部分に比較して高い面温度となる。
Two types of boiling are observed. They are nucleate boiling and film boiling. Film boiling is a later stage. When boiling starts, it is always nucleate boiling, and bubbles are first formed on the high temperature surface. The more the heat flux on the high temperature surface increases, the more σ? Air bubbles are formed. Film boiling occurs when the generation of bubbles increases significantly and the bubbles coalesce to form a continuous film on the hot surface. The membrane acts as an insulator for hot surfaces. Thus, once film boiling begins, the cooling efficiency decreases, and the surface temperature becomes higher than that of the portion where the core θ rises.

このため、膜沸騰部を避けることが望まし−・。For this reason, it is desirable to avoid film boiling.

熱伝達装置の取扱には熱抵抗の原理を使用する。The principle of thermal resistance is used in the treatment of heat transfer devices.

熱は熱経路を触て熱発生装置から流出する。熱発生装置
の外囲が均等でない場合には、熱はこの装置から不均等
に流出し、熱流に対して最小の熱抵抗を生ず2る熱経路
を辿る。各部分について熱抵抗を計算でき、抵抗を加算
して全熱抵抗が得られる。
Heat flows out of the heat generating device by hitting the heat path. If the outer envelope of a heat generating device is not uniform, heat will flow out of the device unevenly and will follow the thermal path that provides the least thermal resistance to heat flow. Thermal resistance can be calculated for each section and the resistances can be added to obtain the total thermal resistance.

本発明の場合では、熱経路は多数の熱抵抗から成り、こ
の部分では伝導が熱伝達機構となり、最終抵抗は対流又
は沸騰の生ずる而である。1本の熱経路を形成する一連
の熱抵抗中で最大の熱抵抗を制御抵抗と称する。ある熱
抵抗を制御抵抗とするためには、熱経路内の他の熱抵抗
の合計よりは著しく大きいことを必要とする。ある抵抗
が制御抵抗であれば、熱発生装置から伝導される熱量を
定めるために他の各種熱抵抗の変化はほとんど影響がな
い。材料と寸法を選択して熱経路内の熱伝導抵抗を減少
し、最終対流又は沸rie抵抗を制御抵抗とすることが
可能となる。
In the case of the present invention, the thermal path consists of a number of thermal resistances, where conduction is the heat transfer mechanism and the final resistance is where convection or boiling occurs. The maximum thermal resistance among a series of thermal resistances forming one thermal path is called a control resistance. For a given thermal resistance to be a controlled resistance, it needs to be significantly larger than the sum of the other thermal resistances in the thermal path. If a resistance is a controlled resistance, changes in other various thermal resistances have little effect on determining the amount of heat conducted from the heat generating device. Materials and dimensions can be selected to reduce the thermal conduction resistance in the thermal path, making the final convection or boiling resistance a controlled resistance.

第1図の式において、Kは材料の熱伝導率である。これ
は1時間に1吋の厚さ、断面積1平方吋、両面間の厚さ
を横断する温度差1 ’Fの場合の通過熱量である。K
の単位はメートル法でも表わすことができ、面積と長さ
の項を組合せて第1図のように簡単に示すことができる
。Rは熱抵抗であり、熱経路の長さと断面積を使用して
第1図に示す計算で得らノする。第1図の上方の2個の
式は加算すべき項目の単位と数が等しく、これを使用し
て実際の数値に変換し得ることを示す。
In the equation of FIG. 1, K is the thermal conductivity of the material. This is the amount of heat that passes in one hour when the thickness is 1 inch, the cross-sectional area is 1 square inch, and the temperature difference across the thickness between the two sides is 1'F. K
The unit of can also be expressed in the metric system, and it can be easily shown as shown in Figure 1 by combining the terms of area and length. R is the thermal resistance, which is obtained by the calculation shown in FIG. 1 using the length and cross-sectional area of the thermal path. The two equations at the top of FIG. 1 show that the units and numbers of items to be added are equal, and can be used to convert into actual numerical values.

第2図に示す組立体を使用する簡単な数値例は本発明の
有効性を明らかにし、各原理を明らかにする。第2図は
チップ1をアルミナ基体31に接着剤30によって取付
ける。アルミナ基体31に接着剤30によって本発明の
増強核沸騰面11を接着する。第1図の計算例は増強核
沸騰面11のある時とない時とのチップlの温度計算な
示す。
A simple numerical example using the assembly shown in FIG. 2 will demonstrate the effectiveness of the invention and clarify the principles. In FIG. 2, the chip 1 is attached to an alumina substrate 31 with an adhesive 30. The enhanced nucleate boiling surface 11 of the present invention is adhered to an alumina substrate 31 with an adhesive 30. The calculation example shown in FIG. 1 shows the calculation of the temperature of the tip l with and without the enhanced nucleate boiling surface 11.

冷却液が面接アルミナ基体31に接触する場合と、増強
核沸騰面11に接触する場合とを示す。チップと基体の
面からガスの外気に逃げろ熱量は無視できる値とし、チ
ップに生ずる熱はチップ1LrL2当りioクワットす
る。接着剤は厚さ0.003trL(約0.08mm)
のはんだとし、熱伝導率は0.2とする。基体の厚さl
/B tル(約3 mm ) K二07とする。冷凍及
び空気調和の部内での実験結果によれば、本発明の増強
核沸騰面の附加によつ(はy −桁の改良となる。増強
核沸騰面11はl(= 0.3であり、アルミニウム基
体31はR=3.0となる。
A case where the coolant contacts the surface alumina substrate 31 and a case where the coolant contacts the enhanced nucleate boiling surface 11 are shown. The amount of heat that escapes from the surface of the chip and the substrate to the outside air is assumed to be negligible, and the heat generated in the chip is ioquats per 1LrL2 of the chip. Adhesive thickness is 0.003trL (approximately 0.08mm)
It is assumed that the solder is 0.2 and the thermal conductivity is 0.2. Base thickness l
/Btl (approximately 3 mm) K207. According to the experimental results in the refrigeration and air conditioning department, the addition of the enhanced nucleate boiling surface of the present invention results in an improvement of y - orders of magnitude. , the aluminum base 31 has R=3.0.

第1図ておいて、熱抵抗を加昇し、発生熱との積を求め
れば、増強核沸騰面のない場合の過熱値は32℃となり
、ある場合は5℃となる。これは著しい温度差である。
In Figure 1, if the thermal resistance is increased and the product with the generated heat is calculated, the superheat value will be 32°C if there is no enhanced nucleate boiling surface, and 5°C if there is. This is a significant temperature difference.

冷却液か30℃であれば、増強核沸騰面のない時は62
℃となり、本発明の場合は35℃となる。第2図に示す
熱経路は第4図の場合と同様である。
If the coolant is 30°C, it will be 62 when there is no enhanced nucleate boiling surface.
℃, and in the case of the present invention, it is 35℃. The heat path shown in FIG. 2 is similar to that in FIG.

アルミナ基体31に代えて同じ厚さの銅を使用すれば、
銅はに=9.94であり、沸騰面11を使用しない時は
過熱値は32℃でなく30℃となり、増強核沸騰面修間
を使用すれば5℃でなく3°Cとなる。
If copper of the same thickness is used instead of the alumina base 31,
Copper = 9.94, and when the boiling surface 11 is not used, the superheat value will be 30°C instead of 32°C, and if enhanced nucleate boiling surface repair is used, it will be 3°C instead of 5°C.

この例によって、沸騰面の熱抵抗が制御抵抗であり、従
って増強核沸騰面が必要であることを知る。
From this example we see that the thermal resistance of the boiling surface is a controlled resistance and therefore an enhanced nucleate boiling surface is required.

熱経路を良い導体に代えても、チップ温度には大きな影
響がなく、本発明によって著しく改良される。前述の文
献は制御抵抗の原理の重要性を示す。
Replacing the thermal path with a good conductor does not significantly affect the chip temperature, which is significantly improved by the present invention. The aforementioned documents demonstrate the importance of the principle of controlled resistance.

第1,2図を参照し、上述の例で熱伝導エポキシセメン
ト、0.005LrL (約0.1 mm )厚さ、K
−062を接着剤30のはんだに代えれば、計算チップ
温度は34°Cと10℃になる。エポキシは熱伝導エポ
キシでも熱伝導性は悪い。それでも増強核沸騰面に比較
すれば影響は小さい。上述の数値例の方法を取扱った文
献は゛半導体を低温に保つ管曲取扱技法″″エレクトロ
ニツクス、1980年9月25日に記載されている。
Referring to Figures 1 and 2, in the above example the thermally conductive epoxy cement, 0.005 LrL (approximately 0.1 mm) thick, K
If -062 is replaced with the solder adhesive 30, the calculated chip temperature becomes 34°C and 10°C. Even though epoxy is a thermally conductive epoxy, its thermal conductivity is poor. Even so, the effect is small compared to the enhanced nucleate boiling surface. A document dealing with the above-mentioned numerical example method is described in ``Tube Handling Technique for Keeping Semiconductors at Low Temperature'', Electronics, September 25, 1980.

本発明による著しい改良を実験によって示す。Experiments demonstrate significant improvements according to the present invention.

第4A、4B図においで、変性/リコンチツプl(ル型
アンチモニー)を集積回路デバイスパッケージ2内に置
く。パッケージ2はチップキャリアで、キヨーセラ会イ
ンターナショナル社(キヨーセラ/16sD−560−
8131)を使用し、048乙ル(約12.5mm)角
とする。熱伝導性で電気絶縁性のエポ゛キシセメント3
を使用してチップ1をパッケージ2に取付ける。電気導
体4を形成する2枚の薄い銅シート4をチップ1と金の
導体6との間の電流経路とする。又導体6は・ξツケー
ジ2の一部とする。この実験で使用したチップキャリア
は10本の金の導体6を各側に有し、図には8個を示す
。全体で40本の導体となり、回路をチップに接続する
ために通常便用する。第4A、4B図に示す通り、ノξ
ツケージ2の2辺のみの金導体6を図示の例では使用す
る。電流搬送金導体の他端は導電性エポキシセメント5
vcよって銅のストリップ7に取付ける。導線8を図示
しない装置に取付けて電流の各種測定値をチップlに供
給する。
In FIGS. 4A and 4B, a modified/reconverted chip 1 is placed into an integrated circuit device package 2. Package 2 is a chip carrier manufactured by Kiyocera Kai International Co., Ltd. (Kyocera/16sD-560-
8131) with a 048 mm square (approximately 12.5 mm). Thermal conductive and electrically insulating epoxy cement 3
Attach chip 1 to package 2 using the . Two thin copper sheets 4 forming an electrical conductor 4 provide a current path between the chip 1 and the gold conductor 6. Also, the conductor 6 is a part of the .xi.cage 2. The chip carrier used in this experiment had ten gold conductors 6 on each side, eight shown in the figure. There are 40 conductors in total, which are commonly used to connect circuits to the chip. As shown in Figures 4A and 4B, ξ
Gold conductors 6 on only two sides of the cage 2 are used in the illustrated example. The other end of the current carrying gold conductor is a conductive epoxy cement 5
Attached to the copper strip 7 by the vc. A conductive wire 8 is attached to a device (not shown) to supply various measured values of current to the chip l.

かくして集積回路デバイスの発生する熱は定常作動とし
て、適切な電流をチップlを通すことで推算できる。カ
バー12は集積回路デバイス・ξツケージ2の一部であ
り、接着剤9によって所定位置に保持される。熱電対を
チップlの中心に熱伝導性エポキシセメント3によって
取付け、リート導線lOをカバー接着剤9を通って図示
しない装置に接続しチップ温度を測定する。
Thus, the heat generated by an integrated circuit device can be estimated by passing an appropriate current through the chip l for steady-state operation. The cover 12 is part of the integrated circuit device ξ cage 2 and is held in place by adhesive 9. A thermocouple is attached to the center of the chip 1 using thermally conductive epoxy cement 3, and a lead wire 10 is connected to a device (not shown) through the cover adhesive 9 to measure the chip temperature.

導i8によって支持されたパッケージをフルオロカーボ
ン冷媒11内に浸漬オる。冷媒11の沸点は70°F(
約22°C)である。電流をチップlを辿って流す。チ
ップ温度を入力端子の各位について記録する。この結果
を第5図の曲線Avc示し、過熱温度として示したチッ
プ温度をチップ供給電力ワラ)[対して示す。曲線への
不連続は多分膜沸騰開始点を示す。
The package supported by the conductor 18 is immersed in the fluorocarbon refrigerant 11. Refrigerant 11 has a boiling point of 70°F (
approximately 22°C). A current is passed along the tip l. Record the chip temperature for each input terminal. This result is shown by the curve Avc in FIG. 5, and the chip temperature shown as the overheating temperature is shown relative to the chip supply power. A discontinuity in the curve likely indicates the onset of film boiling.

第2図の曲線Aのデータを得た後にパッケージ2に熱伝
導性エポキシセメント3によって増強核沸騰面11を接
着した。増強核沸騰面11は米国特許4136428号
に示す方法で準備した。第3図に示す通り、絶縁性裏板
ZOに銅の薄膜の積層21とエポキシとファイバーグラ
スとを順次接着し、ファイバーグラスは積層21を支持
するために使用した。積層を使用した理由は、直ちに利
用可能であり、平な銅膜は入手困難であり、薄い金属の
一方の面を遮蔽し得るからである。積層21の露出銅面
にグラハイド含浸発泡材22を置き、大きな細胞の発泡
材23によって保持した。銅陰極24を大細胞発泡材2
3に接着した。大細胞発泡材23の目的はグラハイド含
浸発泡材22を支持し′電極間のスば一部となる。グラ
ハイド含浸発泡月22を製造するには開放セル網状発心
拐にグラ・・イト粉を噴射して含浸させ発泡材をシアー
ミルを通ず。シアーミルとは異なる速肢で回転する2個
のローラーを有し、両ローラー間の小さな開口を発泡材
を通らせる。第3図に示ずサント゛イツチ構造を硫酸鋼
種に入れ、直流を通す。銅箔とグラハイドの面に十分な
鉋1がめつきされれば、積層21を実験室ガス焔で加熱
してエポキシとファイバーグラスとを除去する。加熱に
よって発泡材22の少なくとも一部は米国特許4136
428号に示す通りに熱分解されろ。この構成による薄
い銅箔とグラハイドとめつき銅とから成る部材を増強核
部ルな血テープと称オる。
After obtaining the data of curve A in FIG. 2, an enhanced nucleate boiling surface 11 was bonded to the package 2 with a thermally conductive epoxy cement 3. Enhanced nucleate boiling surface 11 was prepared by the method shown in US Pat. No. 4,136,428. As shown in FIG. 3, a thin copper film laminate 21, epoxy, and fiberglass were sequentially adhered to an insulating backing plate ZO, with the fiberglass being used to support the laminate 21. Laminations were used because readily available, flat copper films are difficult to obtain and can shield one side of a thin metal. Grahyde impregnated foam 22 was placed on the exposed copper side of laminate 21 and held in place by large cell foam 23. Copper cathode 24 with large cell foam material 2
I glued it to 3. The purpose of the large cell foam 23 is to support the graphide-impregnated foam 22 and to form part of the gap between the electrodes. To produce graphide-impregnated foam 22, an open-cell reticulated core is impregnated with graphite powder, and the foam is passed through a shear mill. The shear mill has two rollers that rotate at different speeds, and the foam material passes through a small opening between the two rollers. A Santoichi structure (not shown in Figure 3) is placed in sulfuric acid steel and a direct current is passed through it. Once enough planes 1 have been plated on the copper foil and graphide surfaces, the laminate 21 is heated with a laboratory gas flame to remove the epoxy and fiberglass. The heating causes at least a portion of the foam material 22 to
Pyrolyze as shown in No. 428. A member made of thin copper foil, graphide, and plated copper with this configuration is called a reinforcement core tape.

増強核v目参血11を取付けたパッケージ2を冷媒ll
内に浸漬し、前記の第5図の曲線Aを得たと同様にして
データを得た。第5図の曲線Bはチップlの温度測定の
ためエポキシセメント3によってナツプlに取付けた熱
電対によって測定した結果であり、前と同様に各種人力
電力値において測定した。曲線A、Bを比較すれば本発
明の有効性を知り得る。曲線BK示す辿り、著しく高い
人力35ワツトにおいてもチップの過熱は25°F(約
14℃)を超えない。本発明の核部)lI−血を取付け
ない場合は人力が25ワツトの時にチップ1の温度は3
10’F(172℃)以上に上昇した。本発明を使用す
れば、現用以上に回路密度を増すことかり能になる。
The package 2 with the reinforcement nucleus V eye blood 11 attached is cooled with refrigerant ll.
Data were obtained in the same manner as for curve A in FIG. 5 above. Curve B in FIG. 5 is the result of measurement using a thermocouple attached to the nap l with epoxy cement 3 to measure the temperature of the chip l, and the measurements were made at various human power values as before. By comparing curves A and B, the effectiveness of the present invention can be understood. As shown by curve BK, the overheating of the chip does not exceed 25°F (approximately 14°C) even at a significantly high human power of 35 watts. Core part of the present invention) When no blood is attached, the temperature of tip 1 is 3 when the human power is 25 watts.
The temperature rose to over 10'F (172°C). Using the present invention, it is possible to increase circuit density beyond what is currently available.

この実験と米国特許4312012号の第3図の曲線5
4の示すデータとを比較すれば、本発明は著しい改良で
あることを知る。但し、本発明は比較実験ではないため
、数値上の差異がある。米国特許4312012号に示
ずシリコンウェハーは熱流がウェハーの約2 W/cr
ri2の時に過熱値は約14℃であった。パッケージ2
の而1nを1史用して2W/′cTrL2を第5図に比
較する数値に変換すれば米国特許4312012号の調
整熱流は3 W (2XO,/182in2 x 6.
45Crn”/乙TL2)となる。過熱値14°Cはは
y25°Fである。第5図に示す辿り、人力値が著しく
大きな35WKなっても過熱値は25°Fを超えない。
This experiment and curve 5 in Figure 3 of U.S. Pat. No. 4,312,012.
A comparison with the data shown in No. 4 shows that the present invention is a significant improvement. However, since the present invention is not a comparative experiment, there are numerical differences. Not shown in U.S. Pat. No. 4,312,012, silicon wafers have a heat flow of about 2 W/cr of the wafer.
At ri2 the superheat value was about 14°C. package 2
Therefore, if 1n is used for 1 history and 2W/'cTrL2 is converted into a value compared to that shown in FIG. 5, the adjusted heat flow of US Pat.
The superheat value of 14°C is y25°F. As shown in Fig. 5, even if the human power value becomes 35WK, which is extremely large, the superheat value does not exceed 25°F.

従って米国特許4312012号に比較して35W対3
Wとなる。直接の数値比較は正確な量的結果を示さない
が、この差G、ま本発明が著しく有効な冷却法であるこ
とを示す。この場合、チップlの面積でなく、パッケー
ジ2の面積を使用した。チップ1の面積で比較すれは冷
却の向上は著しく大きくなる。
Therefore, compared to U.S. Pat. No. 4,312,012, 35W vs. 3
It becomes W. Although a direct numerical comparison does not provide exact quantitative results, this difference G indicates that the present invention is a significantly more effective cooling method. In this case, the area of package 2 was used instead of the area of chip 1. The improvement in cooling is significantly greater when compared with the area of the chip 1.

前述の米国特許の開示は本明細書に組込んだ。The disclosures of the aforementioned US patents are incorporated herein.

これらの特許は、増強核沸騰面の製造方法の詳細を示す
。特に米国特許4129181号、4246057号は
2段階めっきを示し、’74% 1段階は無電流めっき
であり、第2段階は電気めっきを示し、更に、発泡材の
熱分解を示す。米国特許4138428号は網状発泡拐
に被覆寸ろグラ・・イトを示す。米国特許418241
2号、4199414号は沸騰面の素子として網状発泡
材を使用しない増強核沸騰面の製法を示す。米国特許4
136427号は発泡材を囲む薄い金属上の電気めっき
を示し、沸騰面の性能を良く評るための機械加工を示す
。米国特許4219078号、4288897号は増強
核沸騰面の素子を変形して性能を良くすることを示す。
These patents detail methods for producing enhanced nucleate boiling surfaces. In particular US Pat. U.S. Pat. No. 4,138,428 shows a reticulated foam fiber coated with a sized mesh. US Patent 418241
No. 2, No. 4,199,414 describes a method for making an enhanced nucleate boiling surface that does not use reticulated foam material as the boiling surface element. US patent 4
No. 136,427 shows electroplating on a thin metal surrounding the foam and shows machining to better characterize boiling surface performance. US Pat. Nos. 4,219,078 and 4,288,897 show that enhanced nucleate boiling surface elements can be modified to improve performance.

これらの特許は増強核沸騰面を管の上に取付けることを
示し、これらの特許と第3図に示した製造方法とを組合
せれば、米国特許の各種増強核沸騰面面−が本発明によ
って製造できることを示す。
These patents show the mounting of an enhanced nucleate boiling surface on a tube, and when these patents are combined with the manufacturing method shown in FIG. Show that it can be manufactured.

本発明によって、設計技術者は最大沸騰の位置を制御し
、熱伝達のために熱を最適の位置に導くための低熱抵抗
経路を定め得る。増強核沸騰面は集積回路デバイスパッ
ケージの最適の位置に取付けろことが可能である。こ〜
に使用するパッケージとは、チップの全部又は一部を囲
む構造だけでなく、集積回路デバイスに接続した構造物
及び集積回路デバイス自体をも含み、増強核沸騰面を取
付ける部分があればよい。増強核沸騰面によって高温点
を防ぎ、パッケージ及び構造物を均等な温度とする。本
発明は増強核沸騰面の製造を集積回路デバイス及びパッ
ケージの製造と同時に行なう必要はな(、市販部品によ
る箪子デバイスの組立に際して沸騰面を取付は得ること
は本発明の大きな利点である。例えば金属被覆面を有す
るチップキャリアを使用して本発明を実施できる。この
ためにはキャリアの金属被覆面に網状発泡剤を取付け、
′電気めつき法で増強核沸騰面が得られろ。金属被覆面
のな〜・パッケージに核部II裔面テープを取付けるに
は熱伝導性エポキシによって接着する。
The present invention allows the design engineer to control the location of maximum boiling and define a low thermal resistance path to direct heat to the optimal location for heat transfer. The enhanced nucleate boiling surface can be mounted at an optimal location on the integrated circuit device package. child~
The package used for this purpose includes not only structures surrounding all or part of the chip, but also structures connected to the integrated circuit device and the integrated circuit device itself, as long as there is a portion for attaching the enhanced nucleate boiling surface. The enhanced nucleate boiling surface prevents hot spots and evens out the temperature of the package and structure. Although the present invention does not require the fabrication of the enhanced nucleate boiling surface to be carried out simultaneously with the fabrication of the integrated circuit device and package, it is a significant advantage of the present invention that the boiling surface can be installed during assembly of the gutter device from off-the-shelf parts. For example, a chip carrier with a metallized side can be used to practice the invention, by attaching a reticulated foaming agent to the metallized side of the carrier.
'An enhanced nucleate boiling surface can be obtained by electroplating. To attach the Core II side tape to the metal-coated surface of the package, adhere with thermally conductive epoxy.

核沸騰面は正確な寸法形状として製造できる。Nucleate boiling surfaces can be manufactured to exact dimensions and shapes.

本発明は各種のパッケージ及び構成物に適用できる。例
えは第5A、5B図に示すパッケージ2内のチップlは
基板31上に多数のIJ−ドm14付きで取付けられる
。第6A図に示すパッケージは空所が上方の位置であり
、増強沸騰面11は基板31vC取付け、熱経路は基板
を含む。この構成では冷却液がパッケージに接触する必
要はない。
The present invention is applicable to various packages and components. For example, a chip l in a package 2 shown in FIGS. 5A and 5B is mounted on a substrate 31 with a large number of IJ-domains m14. In the package shown in FIG. 6A, the cavity is in the upper position, the enhanced boiling surface 11 is attached to the substrate 31vC, and the thermal path includes the substrate. This configuration does not require coolant to contact the package.

基板は冷却液容器の一部を形成し、冷媒を抜かないでチ
ップを点検できる。多数のボートゝは夫々基板上の多数
のチップから成り、版型熱交換器の板と同様に・ぐツケ
ージ内に組込む。隣接するボードの各組を取付け、核沸
騰面を互に対向さぜる。がくして、冷媒を収容するスペ
ースと、パッケージを取付けたスペースとを交互に配置
した形状となる。第6B図ではパッケージは空所が下の
位置であり、増強核沸騰面11はパッケージに取付け、
熱経路は基板31を通らない。
The substrate forms part of the coolant reservoir, allowing the chip to be inspected without draining the coolant. The multiple boards each consist of multiple chips on a substrate and are incorporated into the cage similar to the plates of a heat exchanger. Install each set of adjacent boards, with the nucleate boiling surfaces facing each other. As a result, the shape is such that spaces for accommodating the refrigerant and spaces for attaching the packages are arranged alternately. In FIG. 6B, the cavity is in the lower position of the package, and the enhanced nucleate boiling surface 11 is attached to the package.
The thermal path does not pass through the substrate 31.

第7A、7B図は本発明を実施する他の方法を示し、1
979年9月27日、エレクトロエックス誌の′°新し
い接続技法゛′に示された仮定のパッケージ装置を示す
。重合体フィルム40はチップlを覆い、チップは基板
31に取付ける。増強核沸騰面11の位置は設計技術者
の希望する所要位置とする。
Figures 7A and 7B illustrate another way of carrying out the invention, 1
A hypothetical packaging device is shown in the September 27, 979 issue of ``New Connection Techniques'' published by Electro-X magazine. A polymer film 40 covers the chip l, which is attached to the substrate 31. The position of the enhanced nucleate boiling surface 11 is determined as desired by the design engineer.

例えは米国特許4203129号に示した伝導ピストン
を熱経路の一部として使用して集積回路デバイスから熱
を増強核沸騰面に伝導することができる。本発明は設計
の自由度が大きいため、米国特許4053942号に示
したように冷媒を完全に汚染しない条件に保つための装
置を必要としない。
For example, a conduction piston as shown in US Pat. No. 4,203,129 can be used as part of a thermal path to conduct heat from an integrated circuit device to an enhanced nucleate boiling surface. Because the present invention has a large degree of freedom in design, it does not require a device to keep the refrigerant completely free from contamination, as shown in US Pat. No. 4,053,942.

水を使用して液体誘電冷媒を冷却することもでき、汚染
を防ぐために細心の注意を払って修理のための分解をす
る必要がなくなる。通常は機械的冷凍装置を使用して気
体として取出した冷媒を液化し、この作動は標準の冷房
装置と同様である。
Water can also be used to cool liquid dielectric refrigerants, eliminating the need for careful disassembly for repairs to prevent contamination. Mechanical refrigeration systems are typically used to liquefy the refrigerant extracted as a gas, and its operation is similar to standard refrigeration systems.

前述の薄い金属層、薄い金属箔とは通常の用法による。The above-mentioned thin metal layer and thin metal foil are based on normal usage.

即ち、本発明の大部分の用途では、金属の厚さは次の製
造工程が行ない得る程度又は所要の機械的強度を得る程
度の薄い材料を使用する。
That is, in most applications of the invention, the metal is thin enough to accommodate subsequent manufacturing steps or provide the required mechanical strength.

この厚さは本発明の構成要件とは無関係である。This thickness is irrelevant to the features of the invention.

例えば、集積回路デバイスのパッケージに数対の厚さの
金属部拐を使用したとずれは、開放細胞網状有機発泡材
をこの部材に取付け、金属をめっきして沸騰面を形成で
きる。通常は増強核沸騰面テープを製造する箔はテープ
を容易に曲けて曲面又は不整面に取付可能の程度である
For example, if a multi-thickness metal member is used in the packaging of an integrated circuit device, an open cell reticulated organic foam can be attached to the member and plated with metal to form a boiling surface. Typically, the foil from which enhanced nucleate boiling surface tape is made is such that the tape can be easily bent and attached to curved or irregular surfaces.

銅は熱特性のため、熱伝達装置に通常使用される金属で
ある。しかし、本発明の金属の薄い層又は金属箔は本発
明製造方法に適合する限りで、どんな金属でも使用でき
ろ。同様にして、めっき又は蒸着する金属は銅に限定さ
れず、蒸着可能などの金属でもよい。
Copper is a metal commonly used in heat transfer devices because of its thermal properties. However, the metal thin layer or metal foil of the present invention may be any metal as long as it is compatible with the manufacturing method of the present invention. Similarly, the metal to be plated or vapor deposited is not limited to copper, but may be any metal that can be vapor deposited.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

i1図は本発明増強核沸騰面を使用して冷却したチップ
と同様に冷却した通常のチップの温度を比較する数値例
の計算を示す図、第2図は基板に取付けたチップの部分
断面図、紀3図は本発明増強核沸騰面の製造過程を示す
部分断面図、第4A図、第4B図は実験に使用したチッ
プキャリアとチップ組立体を示し、第4A図は一部を除
去した平面図、第4B図は第4A図の4B−4B線に沿
う断面図、第5図は第4A、4B図のチップキャリアな
液槽内で莢験し増強核沸騰面のあるものとないものとを
示すグラフ、第6A図、第6図はパッケージに増強核沸
騰面を敗付ける断面図、w7A図。 第7B図はM重合体フィルムで覆ったチップに増強核沸
騰面を取付ける断面図である。 ■60.チップ      2・・・パッケージ3.5
.9.30・・・熱伝導性エボ゛キンセメント4.7,
8.14・・・導線  6・・・金導体10・・・熱電
対     11・・・増強核沸騰面12.40・・・
カバー   20・・・裏板21・・・銅箔積層   
  22・・・グラハイド含浸発泡材23・・・大細胞
発泡材  24・・・銅陰極31・・・基板 特許出願人  ニーオーピー・インコーボレーデットゝ
代理人 弁理士  湯 浅 恭 ゛(三−1 (外4名) 図面の浄書(内容に変更なし) FIC62l弓rG、3 I7aりA 7′I&′、’$/3 17G 6β F’lに’、 713 特許庁長官若杉和夫殿 1、事件の表示 昭和lザ年特許願第  r=tt?t  号2、発明の
名称 J夕穿、オ隻Anノドδb チー76β1/ 1で ↓
 乏e9− っ ン中芋、「ろ、補正をする者 事件との関係  特許出願人 住所 Z lr  ユーオーヒ8−・インコーオ0レーテ、l
、□4代理人 手続補正書(方式) 1、事件の表示 昭和 づ年11特 願第 −r’h’)7   号ろ、
補正をする者 事件との関係  出 願 人 住所 8 5F!I  ユーオーヒ°−・イ7コー叶し一チ・
ド4、代理人 5、補正命令の日付  昭和 幼年 G月μ日(発送日
)’;JJSへのJソ 明細書第29頁19行「第6A図第6図」の記載を「第
6A図、第6B図」と訂正しまず。 以  上 みン
Figure i1 is a diagram showing calculation of a numerical example comparing the temperature of a chip cooled using the enhanced nucleate boiling surface of the present invention and a normal chip cooled in the same way, and Figure 2 is a partial cross-sectional view of the chip attached to a substrate. , Fig. 3 is a partial sectional view showing the manufacturing process of the enhanced nucleate boiling surface of the present invention, Fig. 4A and Fig. 4B show the chip carrier and chip assembly used in the experiment, and Fig. 4A shows a part removed. The plan view and Figure 4B are cross-sectional views taken along the line 4B-4B in Figure 4A, and Figure 5 shows the chip carriers shown in Figures 4A and 4B, which are packaged in a liquid tank with and without an enhanced nucleate boiling surface. Figure 6A is a graph showing this, and Figure 6 is a cross-sectional view showing the enhanced nucleate boiling surface applied to the package, Figure W7A. FIG. 7B is a cross-sectional view of attaching an enhanced nucleate boiling surface to a chip covered with an M polymer film. ■60. Chip 2...Package 3.5
.. 9.30...Thermal conductive evokin cement 4.7,
8.14...Conducting wire 6...Gold conductor 10...Thermocouple 11...Enhanced nucleate boiling surface 12.40...
Cover 20... Back plate 21... Copper foil lamination
22...Graphide-impregnated foam material 23...Large cell foam material 24...Copper cathode 31...Substrate Patent applicant N.O.P. Inc. Patent attorney Patent attorney Kyo Yuasa (3-1) (4 others) Engraving of the drawings (no changes to the contents) FIC62l bow rG, 3 I7a ri A 7'I&', '$/3 17G 6β F'l', 713 Mr. Kazuo Wakasugi, Commissioner of the Patent Office 1, Indication of the incident Showa year patent application No. r=tt?t No. 2, name of invention J Yuki, Oship An throat δb Chi76β1/1 ↓
Poore9-n Nakaimo, ``Relationship with the case of the person making the amendment Patent applicant's address
, □4 Written amendment to agent procedure (method) 1. Indication of the case (Showa 2011 Patent Application No. -r'h') No. 7,
Relationship with the case of the person making the amendment Applicant Address 8 5F! I Yuohhi°-・I7Ko Kanashi Ichi・
Do 4, Agent 5, Date of amendment order Showa Era Childhood G month μ day (shipment date)'; , Figure 6B". Above all

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、薄い金属層と、上記薄い金属層の一側に被着した開
放細胞網状有機発泡材と、めっきによって上記発泡剤上
に被着した金属とを備えることを特徴とする増強核沸騰
面テープ。 2、前記めっきした金属は第1の過程として前記発泡材
上に無電気めっきを行い第2の過程として電気めっきを
行なって前記薄い金属層を覆い金属層に固着した網状金
属面を形成する特許請求の範囲第1項記載のテープ。 3、  Ivi前記め′つきした金属は前記薄い金属層
が網状発泡材の孔の下に露出した面に電気めっきを行な
って薄い金属層の面に重なって固着した生序金属面を形
成し、生成金属面が発泡材の孔を通って真出面から外方
に延長して形成する特許請求の範囲第3項記載のテープ
。 4、前記めっき金属を被着する前にグラノ・イトの接着
被接を発泡材11C施し、めっきした金属が薄い金属層
とクラハイドとに剛着して薄い金属層の上に重なって固
着した網状開放細胞金属面を形成する特許請求の範囲第
1項記載のテープ。 5、前記テープを加熱して前記発泡材の少なくとも一部
を熱分解してめっき金属によって形成した網状金属構造
の少なくとも一部を中空金属系から成る中空金属骨格と
り、これによって核沸騰面テープを液体沸騰媒体内に置
いた時に蒸気を抑留し蒸気の一部を気相核生成部を形成
する骨格の多数の小孔を通って解放する特許請求の範囲
第1項記載のテープ。 6、前記沸騰面の中空金属系が複数の固体粒子に圧接さ
ilて中空金属系の一部を変形して内径を減少し液を中
空開口の長さに沿って搬送する能力を減少する特許請求
の範囲第5項記載のテープ。 7、薄い金属層と、電気y)つぎによって被着した金属
と完全に又は部分的に被着金属に囲まわた多数の粉状導
電粒子とから成る被覆とを備えることを特徴とする増強
核沸騰面テープ。 8 前記テープを製造する過程として、−側を遮蔽した
薄い金属層を導電粒子を含むめっき溶液内に置き薄い金
属にめっきすべき金属源に近接させ、薄(・金属とめっ
きすべき金属源に電源を接続して金属源から金属にめっ
きさせ、めっき溶液を攪拌して溶液内に導電粒子を保た
せて薄い金属に附着させ、薄い金属に附着した導電粒子
の少なくとも一部を囲んで金属めっきが被着する特許請
求の範囲第7項記載のテープ。 9、前記沸騰面を機械加工して高さを減少する特許請求
の範囲第1項又は第7項記載のテープ。 10、  前記薄い金属層を銅とする特許請求の範囲第
1項又は第7項記戦のテープ。 ii  前記被着金属を銅とする特許請求の範囲第1項
又は第7項記載のテープ。 12、特許請求の範囲第1項又は第7項記載の増強核沸
騰面テープを集積回路デバイスパッケージの面の少なく
とも一部に)ξツケージの熱発生部位と沸騰向との間に
熱経路を形成するだめの所要位置に取付けたことを特徴
とする集積回路デバイスのパッケージ。 13、  集積回路デバイスの発生する熱を除去するた
めの冷却装置であって、集積回路デバイスと、特許請求
の範囲第1項又は第7.TJに記載する増強核沸騰面テ
ープと、集積回路デバイスの発生する熱を沸騰面に搬送
する熱経路を形成する手段と、上記沸Jfft面に接触
して加熱される液冷媒と、熱を上記冷媒から取去る手段
とを備えることを特徴とする集積回路デバイス冷却装置
[Claims] 1. A thin metal layer, an open cell reticulated organic foam material deposited on one side of the thin metal layer, and a metal deposited on the foaming agent by plating. Enhanced nucleate boiling surface tape. 2. A patent in which the plated metal is electroless plated on the foam material as a first step and electroplated as a second step to form a net-like metal surface that covers the thin metal layer and is fixed to the metal layer. The tape according to claim 1. 3. Ivi. The plated metal is electroplated on the surface of the thin metal layer exposed below the pores of the reticulated foam material to form a biomechanical metal surface that overlaps and adheres to the surface of the thin metal layer; 4. The tape of claim 3, wherein the generated metal surface extends outwardly from the exposed surface through the pores of the foam material. 4. Before applying the plated metal, apply granite adhesive to the foam material 11C, and the plated metal firmly adheres to the thin metal layer and clarhide to form a net-like structure in which the plated metal overlaps and adheres to the thin metal layer. A tape according to claim 1 forming an open cell metal surface. 5. Heat the tape to thermally decompose at least a portion of the foam material to form at least a portion of the mesh metal structure formed by the plated metal into a hollow metal skeleton made of a hollow metal system, thereby forming a nucleate boiling surface tape. 2. A tape as claimed in claim 1 which, when placed in a liquid boiling medium, retains vapor and releases a portion of the vapor through a number of small holes in the framework forming a vapor phase nucleation zone. 6. A patent in which the hollow metal system of the boiling surface is pressed against a plurality of solid particles to deform a portion of the hollow metal system to reduce the inner diameter and the ability to transport liquid along the length of the hollow opening. The tape according to claim 5. 7. Enhanced nucleate boiling, characterized in that it comprises a thin metal layer and a coating consisting of a metal deposited by electricity and a large number of powdery conductive particles completely or partially surrounded by the deposited metal. Velcro tape. 8 In the process of manufacturing the above-mentioned tape, a thin metal layer shielded on the negative side is placed in a plating solution containing conductive particles and brought close to the metal source to be plated on the thin metal. Plating the metal from the metal source by connecting a power source, stirring the plating solution to keep the conductive particles in the solution and attaching them to the thin metal, surrounding at least a portion of the conductive particles attached to the thin metal, and plating the metal. 9. The tape according to claim 7, wherein the boiling surface is machined to reduce the height. 10. The tape according to claim 1 or claim 7, wherein the boiling surface is machined to reduce the height. 10. The thin metal. The tape according to claim 1 or 7, in which the layer is copper. ii. The tape according to claim 1 or 7, in which the deposited metal is copper. The enhanced nucleate boiling surface tape according to item 1 or 7 is applied to at least a portion of the surface of the integrated circuit device package) at a required location for forming a thermal path between the heat generation site of the cage and the boiling direction. An integrated circuit device package characterized by being attached to. 13. A cooling device for removing heat generated by an integrated circuit device, which comprises an integrated circuit device and claim 1 or 7. an enhanced nucleate boiling surface tape described in TJ; means for forming a thermal path for conveying heat generated by the integrated circuit device to the boiling surface; a liquid refrigerant heated by contacting the boiling surface; and means for removing a refrigerant from the refrigerant.
JP5717184A 1983-03-24 1984-03-24 Intensified nuclear boiling surface tape and cooling of electronic part Pending JPS59215797A (en)

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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4129181A (en) * 1977-02-16 1978-12-12 Uop Inc. Heat transfer surface
US4136428A (en) * 1977-02-16 1979-01-30 Uop Inc. Method for producing improved heat transfer surface
US4138428A (en) * 1976-10-21 1979-02-06 Imperial Chemical Industries Limited Dimerization process
JPS56127791A (en) * 1980-03-11 1981-10-06 Mitsubishi Electric Corp Surface treatment of heat radiating body
JPS5754352A (en) * 1980-09-19 1982-03-31 Hitachi Ltd Vapor cooling device
JPS57141945A (en) * 1981-02-25 1982-09-02 Fujitsu Ltd Cooling module

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4138428A (en) * 1976-10-21 1979-02-06 Imperial Chemical Industries Limited Dimerization process
US4129181A (en) * 1977-02-16 1978-12-12 Uop Inc. Heat transfer surface
US4136428A (en) * 1977-02-16 1979-01-30 Uop Inc. Method for producing improved heat transfer surface
JPS56127791A (en) * 1980-03-11 1981-10-06 Mitsubishi Electric Corp Surface treatment of heat radiating body
JPS5754352A (en) * 1980-09-19 1982-03-31 Hitachi Ltd Vapor cooling device
JPS57141945A (en) * 1981-02-25 1982-09-02 Fujitsu Ltd Cooling module

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