JPS60136349A - 半導体チップの冷却装置 - Google Patents
半導体チップの冷却装置Info
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- JPS60136349A JPS60136349A JP24395483A JP24395483A JPS60136349A JP S60136349 A JPS60136349 A JP S60136349A JP 24395483 A JP24395483 A JP 24395483A JP 24395483 A JP24395483 A JP 24395483A JP S60136349 A JPS60136349 A JP S60136349A
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- mist
- cooling device
- liquid
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- 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
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- 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】
〔発明の利用分野〕
本発明は電子部品の冷却装置に係り、特に基板上に多数
塔載された半導体チップの冷却に好適な冷却装置に関す
る。
塔載された半導体チップの冷却に好適な冷却装置に関す
る。
従来の電子部品の冷却装置として、半導体装置ブを低沸
点の液体中に浸漬し、半導体チップ表面にて液体を沸騰
させる冷却方法が公表されている（特開昭５５−８０５
６５号）つじかし、沸騰特性は、加熱開始時において、
核沸騰領域に至るまでに大きな過熱度を要する。この過
熱度は理論的には水の場合で百数士度にも達し得るが、
実際にはそれより相当小さい過熱度で核沸騰領域に遷移
する。しかし、この遷移点の過熱度は一義的には決定さ
れず９個々のチップ間、また、同一チップであってもそ
の運転時間（回数）によって異なったものとなる。した
がって、半導体チップ表面にて液体を沸騰させる冷却方
式では、同一過熱度で核沸騰が行われたり２行われなか
つたりするため。
点の液体中に浸漬し、半導体チップ表面にて液体を沸騰
させる冷却方法が公表されている（特開昭５５−８０５
６５号）つじかし、沸騰特性は、加熱開始時において、
核沸騰領域に至るまでに大きな過熱度を要する。この過
熱度は理論的には水の場合で百数士度にも達し得るが、
実際にはそれより相当小さい過熱度で核沸騰領域に遷移
する。しかし、この遷移点の過熱度は一義的には決定さ
れず９個々のチップ間、また、同一チップであってもそ
の運転時間（回数）によって異なったものとなる。した
がって、半導体チップ表面にて液体を沸騰させる冷却方
式では、同一過熱度で核沸騰が行われたり２行われなか
つたりするため。
半導体チップの温度は９個々についてバラバラなものと
なり制御できないものとならざるを得ない。
なり制御できないものとならざるを得ない。
このことは１画一的に個々のチップを冷却、温度制御を
行いたいハイブリッド実態では特に問題となる。
行いたいハイブリッド実態では特に問題となる。
本発明の目的は、基板のうねり等のためにそれに塔載さ
れた半導体チップの表面が同一面上になくても、すべて
の半導体チップの表面温度が均−忙なるように冷却する
ことができるような高性能な半導体チップの冷却装置を
提供することにあるっ〔発明の概要〕 この発明の特徴は１ｍ々の半導体チップの背面に飽和状
態の液ミストを噴射し、ＬＳＩチップ背面で液ミストな
蒸発させ、ＬＳＩチップを冷却することを特徴とする。
れた半導体チップの表面が同一面上になくても、すべて
の半導体チップの表面温度が均−忙なるように冷却する
ことができるような高性能な半導体チップの冷却装置を
提供することにあるっ〔発明の概要〕 この発明の特徴は１ｍ々の半導体チップの背面に飽和状
態の液ミストを噴射し、ＬＳＩチップ背面で液ミストな
蒸発させ、ＬＳＩチップを冷却することを特徴とする。
本発明の一実施例を第１図、第２図により説明する。
多数のＬＳＩチップ１が搭載された基盤２と多数のノズ
ル８が各ＬＳＩチップ１と対向するように取り付けられ
たハツト５とで密閉容器４を形成している。冷媒導入管
５より流入した液冷媒はノズル８によりミスト９化され
、ＬＳＩチップ１背面に噴霧される。ミスト９はＬＳＩ
チップ１背面忙到達すると、ＬＳＩチップ１により加熱
され直ちに蒸発、気化する。この蒸発によってＬＳＩチ
ップは熱を奪われ冷却されるが、ミスト９の液滴径が小
さいため；Ｌ８Ｉチップ上のミストは小さな過熱度でし
かも一様に蒸発する。蒸発した蒸気は蒸気出口６より容
器４外へ流出する。一般に。
ル８が各ＬＳＩチップ１と対向するように取り付けられ
たハツト５とで密閉容器４を形成している。冷媒導入管
５より流入した液冷媒はノズル８によりミスト９化され
、ＬＳＩチップ１背面に噴霧される。ミスト９はＬＳＩ
チップ１背面忙到達すると、ＬＳＩチップ１により加熱
され直ちに蒸発、気化する。この蒸発によってＬＳＩチ
ップは熱を奪われ冷却されるが、ミスト９の液滴径が小
さいため；Ｌ８Ｉチップ上のミストは小さな過熱度でし
かも一様に蒸発する。蒸発した蒸気は蒸気出口６より容
器４外へ流出する。一般に。
被冷却面上に薄い液膜な形成し、この薄い液膜の蒸発に
よって熱を奪おうとする場合、液膜の厚さが薄い程その
熱抵抗は小さくなるが、液膜厚さを薄くすると乾き面が
発生し易くなり、被冷却面上忙温度分布ができ、また、
全体として熱抵抗が大きくなる。一方１本発明によれば
、液をミスト化することにより、上記の液膜厚さを薄く
することと同様の熱抵抗を小さくする効果が得られ、か
つ。
よって熱を奪おうとする場合、液膜の厚さが薄い程その
熱抵抗は小さくなるが、液膜厚さを薄くすると乾き面が
発生し易くなり、被冷却面上忙温度分布ができ、また、
全体として熱抵抗が大きくなる。一方１本発明によれば
、液をミスト化することにより、上記の液膜厚さを薄く
することと同様の熱抵抗を小さくする効果が得られ、か
つ。
ＬＳＩチップ１の背面全体に強制的にミスト９を供給す
るため、乾き面の発生を防止することができる。また、
ＬＳＩチップ１０発熱量が相当大きくなった場合におい
ても、ＬＳＩチッグ１背面にミスト９を到達させること
ができ、チップ１背面が蒸気層で覆われるといういわゆ
る膜沸騰状態を防止することができる。
るため、乾き面の発生を防止することができる。また、
ＬＳＩチップ１０発熱量が相当大きくなった場合におい
ても、ＬＳＩチッグ１背面にミスト９を到達させること
ができ、チップ１背面が蒸気層で覆われるといういわゆ
る膜沸騰状態を防止することができる。
蒸気出口６より流出した蒸気は凝縮器１１に導かれ、凝
縮、液化後レシーバ−１２に一旦溜められる。レシーバ
−１２０液冷媒はポンプ１５によって汲み上げられ、冷
媒導入管５を経てノズル８に供給されるっ一方、ＬＳＩ
チップ１背面で蒸発せずに液相の状態で残った冷媒は、
ドレーン７より流出しレシーバ−１２へ集められる５本
実施例に示した図では、凝縮器１１とレシーバ−１２と
を別容器に分離したものを示したが同一容器としてもよ
い、また、各容器４ごとにポンプを設けたものを示した
が、複数個の容器４に対して１台のポンプを設けてもよ
いっ ＬＳＩチップ１背面は、何も加工されていない平滑面で
あってもよいが、さらに大きな熱量を小さな熱抵抗で云
えるためには、第５〜５図の実施例忙示すようなフィン
構造をＬＳＩチップ１背面に設けることが有効である。
縮、液化後レシーバ−１２に一旦溜められる。レシーバ
−１２０液冷媒はポンプ１５によって汲み上げられ、冷
媒導入管５を経てノズル８に供給されるっ一方、ＬＳＩ
チップ１背面で蒸発せずに液相の状態で残った冷媒は、
ドレーン７より流出しレシーバ−１２へ集められる５本
実施例に示した図では、凝縮器１１とレシーバ−１２と
を別容器に分離したものを示したが同一容器としてもよ
い、また、各容器４ごとにポンプを設けたものを示した
が、複数個の容器４に対して１台のポンプを設けてもよ
いっ ＬＳＩチップ１背面は、何も加工されていない平滑面で
あってもよいが、さらに大きな熱量を小さな熱抵抗で云
えるためには、第５〜５図の実施例忙示すようなフィン
構造をＬＳＩチップ１背面に設けることが有効である。
なお、フィン構造物はＬＳＩチップと一体でもよいっ
第６図忙示す実施例では、多数の互いに平行な微細フィ
ン１６が加工された板１５が１，８Ｉチップ１背面に取
り付けられている５本実施例により実質的伝熱面積はＬ
ＳＩチップ背面面積に対し２〜４倍に拡大され、したが
って、熱抵抗は１／２〜１／４に低減することができる
。また、ミスト流に対し、フィン１６の各面が迎え角を
持っているため、ミストが面に垂直に当った場合のよう
にミストがはじき飛ばされるという状況が防止でき。
ン１６が加工された板１５が１，８Ｉチップ１背面に取
り付けられている５本実施例により実質的伝熱面積はＬ
ＳＩチップ背面面積に対し２〜４倍に拡大され、したが
って、熱抵抗は１／２〜１／４に低減することができる
。また、ミスト流に対し、フィン１６の各面が迎え角を
持っているため、ミストが面に垂直に当った場合のよう
にミストがはじき飛ばされるという状況が防止でき。
ミストの捕捉能力が向上する。また、ミスト流の衝突に
よってＬＳＩチップに働く圧力も、ミストが面に垂直に
当る場合よりも小さくすることができる。しかし、ミス
ト流に対してフィン１６に陰の部分ができることを避け
るためには、フィン１６の頂角を大きくとらなければな
らず、したがって。
よってＬＳＩチップに働く圧力も、ミストが面に垂直に
当る場合よりも小さくすることができる。しかし、ミス
ト流に対してフィン１６に陰の部分ができることを避け
るためには、フィン１６の頂角を大きくとらなければな
らず、したがって。
フィンの密度が小さくなり面積拡大率が小さくなるとい
う欠点がある。
う欠点がある。
第４図に示す実施例では、放射状に配置されたフィン１
８が加工された板１７をＬＳＩチップ１背面に設けたも
のを示す５本実施例では、フィン１８の頂角を小さくと
ってもミスト流に対して陰となる部分ができな（・ため
、第５図に示す実施例のようにフィン密度が小さくなり
面積拡大率が小さくなるという欠点をなくすることがで
きる。また、板１７に衝突した後のミスト流の流れ方向
はフィン１８の方向と同様に放射方向であるため。
８が加工された板１７をＬＳＩチップ１背面に設けたも
のを示す５本実施例では、フィン１８の頂角を小さくと
ってもミスト流に対して陰となる部分ができな（・ため
、第５図に示す実施例のようにフィン密度が小さくなり
面積拡大率が小さくなるという欠点をなくすることがで
きる。また、板１７に衝突した後のミスト流の流れ方向
はフィン１８の方向と同様に放射方向であるため。
ノズルよりの直接のミスト流が板金面に当らすともフィ
ン１８の各部にミストを行き届けることができる。した
がって、ノズルと背面にフィンが取り付けられたＬＳＩ
チップとの距離を短くすることができるとともに、ノズ
ル出口でのミスト広がり角を考慮せずにノズルの設計を
することができる。また１本実施例に示すように、フィ
ン１８の谷部を中心に向って順次高くすることによりさ
らに上記の効果が強く得られる。
ン１８の各部にミストを行き届けることができる。した
がって、ノズルと背面にフィンが取り付けられたＬＳＩ
チップとの距離を短くすることができるとともに、ノズ
ル出口でのミスト広がり角を考慮せずにノズルの設計を
することができる。また１本実施例に示すように、フィ
ン１８の谷部を中心に向って順次高くすることによりさ
らに上記の効果が強く得られる。
第５図に示す実施例では、ＬＳＩチップ１背面に多孔板
２１を取り付けたものの例を示す、多孔面は約３．４
ｗ Ｘ Ｑ、 ５ ｍ＋のトンネル状の表皮下空洞２０
と約０．１調直径の開口１９とによって構成されている
。蒸発面として多孔面を用−ると、ミス下流量が蒸発量
より多くなり蒸発面上に液が滞留する状態下においても
９表皮下空洞２０の内壁では非常に薄い液膜が形成され
るため小さな熱抵抗を維持することができる。
２１を取り付けたものの例を示す、多孔面は約３．４
ｗ Ｘ Ｑ、 ５ ｍ＋のトンネル状の表皮下空洞２０
と約０．１調直径の開口１９とによって構成されている
。蒸発面として多孔面を用−ると、ミス下流量が蒸発量
より多くなり蒸発面上に液が滞留する状態下においても
９表皮下空洞２０の内壁では非常に薄い液膜が形成され
るため小さな熱抵抗を維持することができる。
本発明によれば、基盤上に多数配列されたＬＳＩチップ
個々の高さ、＃４き１位置のバラツキＫかかわらず、小
さな熱抵抗でかつ均一な温度にＬＳＩチップを冷却する
ことができる。
個々の高さ、＃４き１位置のバラツキＫかかわらず、小
さな熱抵抗でかつ均一な温度にＬＳＩチップを冷却する
ことができる。
第１図は１本発明の一実施例による基盤上に搭載された
多数の半導体チップを内蔵した密閉容器の断面図。第２
図は１本発明による半導体チップ冷却装置システムの一
実施例、第５〜５図は各々本発明の一実施例による半導
体チップの背面の斜視図である。 １・・・半導体チップ、２・・・基盤、５・・・・・２
ト、４・・・密閉容器、５・・・液冷媒導入管、６・・
・蒸気出口。 ７・・・ドレーン、８・・・ノズル、９・・・噴射ミス
ト。 １１・・・ＭｍＢ、１２・・・レシーバ−，１５・・・
ポンプ。 １６．１８・・・フィン、１９・・・開口、２０・・・
表皮下窮２ｍ
多数の半導体チップを内蔵した密閉容器の断面図。第２
図は１本発明による半導体チップ冷却装置システムの一
実施例、第５〜５図は各々本発明の一実施例による半導
体チップの背面の斜視図である。 １・・・半導体チップ、２・・・基盤、５・・・・・２
ト、４・・・密閉容器、５・・・液冷媒導入管、６・・
・蒸気出口。 ７・・・ドレーン、８・・・ノズル、９・・・噴射ミス
ト。 １１・・・ＭｍＢ、１２・・・レシーバ−，１５・・・
ポンプ。 １６．１８・・・フィン、１９・・・開口、２０・・・
表皮下窮２ｍ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基板上に塔載された多数の半導体チップを冷却する
冷却装置忙おいて、密閉容器内に収納された多数の半導
体チップの個々の背面と対向する位置に設けられた多数
のノズルと、該ノズルから半導体チップの背面に飽和、
或いは、わずかに過冷却したミスト噴流を噴射し、該ミ
ストを半導体チップ背面で蒸発させて半導体チップを冷
却する手段と、半導体チップ背面で蒸発、気化した蒸気
を、前記密閉容器内もしくは密閉容器外に設けられた凝
縮器において凝縮液化させた後、レシーバ−を経て液ポ
ンプにより再び前記ノズルへ戻す手段を設けたことを特
徴とする半導体チップの冷却装置っ ２、特許請求の範囲第１項記載の冷却装置において、半
導体チップ背面に微細な多数のフィンを設け、該微細な
多数のフィンはその全ての腹面に対し前記液ミストが到
達するようなフィン頂角としたことを特徴とする半導体
チップの冷却装置っ３、前記微細な多数のフィンにおい
て、フィンを放射状に配置したことを特徴とする特許請
求の範囲第２項記載９半導体チップの冷却装置。 ４、特許請求の範囲第５項記載の半導体チップの冷却装
置において、放射状に配置された多数のフィンの谷部も
しくは谷部と尾根部両方が傘の骨状に中央部へ向って盛
り上っていることを特徴とする半導体チップの冷却装置
っ ５、特許請求の範囲第１項記載の半導体チップの冷却装
置において、半導体チップの背面に多孔質層を有する板
を取り付けたことを特徴とする半導体チップの冷却装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24395483A JPS60136349A (ja) | 1983-12-26 | 1983-12-26 | 半導体チップの冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24395483A JPS60136349A (ja) | 1983-12-26 | 1983-12-26 | 半導体チップの冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60136349A true JPS60136349A (ja) | 1985-07-19 |
| JPH0422025B2 JPH0422025B2 (ja) | 1992-04-15 |
Family
ID=17111506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24395483A Granted JPS60136349A (ja) | 1983-12-26 | 1983-12-26 | 半導体チップの冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60136349A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS632357A (ja) * | 1986-06-19 | 1988-01-07 | インタ−ナショナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−ション | ヒート・シンク装置 |
| US4912600A (en) * | 1988-09-07 | 1990-03-27 | Auburn Univ. Of The State Of Alabama | Integrated circuit packaging and cooling |
| US5220956A (en) * | 1992-01-24 | 1993-06-22 | Texas Instruments Incorporated | Multiple device fixture used in conjunction with a standard temperature forcing unit |
| US5316075A (en) * | 1992-12-22 | 1994-05-31 | Hughes Aircraft Company | Liquid jet cold plate for impingement cooling |
| EP1860695A2 (en) | 2006-05-24 | 2007-11-28 | Raytheon Company | System and method of jet impingement cooling with extended surfaces |
| JP2007335517A (ja) * | 2006-06-13 | 2007-12-27 | Toyota Motor Corp | 冷却器 |
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| US20090020266A1 (en) * | 2005-11-30 | 2009-01-22 | Raytheon Company | System and Method of Boiling Heat Transfer Using Self-Induced Coolant Transport and Impingements |
| JP2009088127A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Panasonic Corp | 冷却装置 |
| US7992626B1 (en) * | 2004-01-30 | 2011-08-09 | Parker-Hannifin Corporation | Combination spray and cold plate thermal management system |
| JP2012026721A (ja) * | 2011-10-11 | 2012-02-09 | Panasonic Corp | 冷却装置 |
| FR2986911A1 (fr) * | 2012-02-10 | 2013-08-16 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Dispositif de refroidissement et anti-incendie pour une batterie a cellule(s) de stockage |
| US9074825B2 (en) | 2007-09-28 | 2015-07-07 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Heatsink apparatus and electronic device having the same |
-
1983
- 1983-12-26 JP JP24395483A patent/JPS60136349A/ja active Granted
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS632357A (ja) * | 1986-06-19 | 1988-01-07 | インタ−ナショナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−ション | ヒート・シンク装置 |
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| JP4554557B2 (ja) * | 2006-06-13 | 2010-09-29 | トヨタ自動車株式会社 | 冷却器 |
| JP2009088127A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Panasonic Corp | 冷却装置 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0422025B2 (ja) | 1992-04-15 |
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