JPS60136352A - 集積回路チップの冷却装置 - Google Patents
集積回路チップの冷却装置Info
- Publication number
- JPS60136352A JPS60136352A JP24395883A JP24395883A JPS60136352A JP S60136352 A JPS60136352 A JP S60136352A JP 24395883 A JP24395883 A JP 24395883A JP 24395883 A JP24395883 A JP 24395883A JP S60136352 A JPS60136352 A JP S60136352A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- chip
- protrusion
- cooling plate
- vapor
- liquid
- 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
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/2029—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
- H05K7/203—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures by immersion
-
- 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
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- Thermal Sciences (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、電子計算機の冷却装置、サイリスタなどパワ
ー用半導体の冷却装置に関する。
ー用半導体の冷却装置に関する。
従来提案されている集積回路チップの沸騰冷却装置の−
は第１図に示すとどく、チップ１が搭載された配線基盤
２を容器５に充てんされた不伝導性液４に浸漬し、チッ
プから発生した蒸気泡５が上昇して上部の蒸気溜り６に
達し、蒸気は容器内に突出した冷却板７により凝縮され
下部の液溜りに還元されるものである。冷却板７は液溜
りにも突出しているので、液を過冷却状態に保ち、従っ
て発生した蒸気泡が上部の蒸気溜りに達する以前に液中
で凝縮して消滅するような効果を持たせることもできる
。しかしながらこの方法では、（１）液溜りに突出した
冷却板７が蒸気泡を直接冷却する確率が低い、（２）液
を過冷却状態に保つためには液の循環対流の強さを充分
に保つために液溜りの容積を大きくとらねばならず、こ
のために相隣る配線基盤間の距離が大きくなって計算機
内部の信号伝送時間を短縮するのに限度がある。（３）
上記（２）の事情により液の運動の自由度を大きくして
いるので、計算機を輸送する除液の運動が誘起され９部
品の損傷など好ましくない影響を及ぼすことが考えられ
るっ（４）空気などの不凝性ガスが容器内部に侵入する
と上部の蒸気溜りに溜り、冷却板７の凝縮熱伝達率が著
しく低下する。などの欠点があったつ 従来の冷却装置の二では第２図に示すごとく。
は第１図に示すとどく、チップ１が搭載された配線基盤
２を容器５に充てんされた不伝導性液４に浸漬し、チッ
プから発生した蒸気泡５が上昇して上部の蒸気溜り６に
達し、蒸気は容器内に突出した冷却板７により凝縮され
下部の液溜りに還元されるものである。冷却板７は液溜
りにも突出しているので、液を過冷却状態に保ち、従っ
て発生した蒸気泡が上部の蒸気溜りに達する以前に液中
で凝縮して消滅するような効果を持たせることもできる
。しかしながらこの方法では、（１）液溜りに突出した
冷却板７が蒸気泡を直接冷却する確率が低い、（２）液
を過冷却状態に保つためには液の循環対流の強さを充分
に保つために液溜りの容積を大きくとらねばならず、こ
のために相隣る配線基盤間の距離が大きくなって計算機
内部の信号伝送時間を短縮するのに限度がある。（３）
上記（２）の事情により液の運動の自由度を大きくして
いるので、計算機を輸送する除液の運動が誘起され９部
品の損傷など好ましくない影響を及ぼすことが考えられ
るっ（４）空気などの不凝性ガスが容器内部に侵入する
と上部の蒸気溜りに溜り、冷却板７の凝縮熱伝達率が著
しく低下する。などの欠点があったつ 従来の冷却装置の二では第２図に示すごとく。
チップ１を搭載した配線基盤２を不伝導性液４に浸漬し
、チップ１０面に針状の突起物８を設けて伝熱面積の拡
大と沸騰熱伝達の促進を図っている。
、チップ１０面に針状の突起物８を設けて伝熱面積の拡
大と沸騰熱伝達の促進を図っている。
発生した蒸気泡５は上昇して上部の蒸気溜り（ＳＫ達し
、蒸気溜りに設けられたフィン付冷却管９によって蒸気
は凝縮して、凝ｉ門ゝ１０は下部の液溜りに落下する。
、蒸気溜りに設けられたフィン付冷却管９によって蒸気
は凝縮して、凝ｉ門ゝ１０は下部の液溜りに落下する。
この方法では針状突起物により沸騰熱伝達は促進される
ものの、（１）下部から上昇する気泡群により液の激し
い運動が誘起され１部品の損傷など好ましくない影響を
及ぼすことが考えられる。（２）発熱量が過大になると
上方に位置するチップが下方から上昇してくる蒸気塊に
包まれる確率が増し、上方に位置するチップ面の熱伝達
率も変動する結果、チップの温度が時間的に変動したり
過大になったりする可能性が大きい、（３）容器内に侵
入した不凝縮ガスが凝縮管の性能を著しく損う危険性が
高い、などの欠点がある。
ものの、（１）下部から上昇する気泡群により液の激し
い運動が誘起され１部品の損傷など好ましくない影響を
及ぼすことが考えられる。（２）発熱量が過大になると
上方に位置するチップが下方から上昇してくる蒸気塊に
包まれる確率が増し、上方に位置するチップ面の熱伝達
率も変動する結果、チップの温度が時間的に変動したり
過大になったりする可能性が大きい、（３）容器内に侵
入した不凝縮ガスが凝縮管の性能を著しく損う危険性が
高い、などの欠点がある。
上記従来の方法−と二を組み合わせても、上記の欠点は
解決されるものではない。
解決されるものではない。
本発明は、相隣る配線基盤の間の距離を短くして信号伝
送時間の短縮を図ることができ、気泡の上昇あるいは輸
送時の振動に起因する液の運動を妨げ、かつ配線基盤の
上方下方いずれに位置する集積回路チップにおいても均
一な熱伝達率が得られ、さらに容器内に侵入する不凝縮
ガスが冷却性能に及ぼす影響を小さくできるような冷却
装置の構造を提供することを目的とする。
送時間の短縮を図ることができ、気泡の上昇あるいは輸
送時の振動に起因する液の運動を妨げ、かつ配線基盤の
上方下方いずれに位置する集積回路チップにおいても均
一な熱伝達率が得られ、さらに容器内に侵入する不凝縮
ガスが冷却性能に及ぼす影響を小さくできるような冷却
装置の構造を提供することを目的とする。
本発明の特徴は、集積回路チップより発生した蒸気泡を
各チップの周辺で凝縮させるため、偏平な冷却板を相隣
る配線基盤の間に挿入して基盤と共に不伝導性液に浸漬
し、チップ面に取り付けた突起物を包む孔もしくは環状
部分を冷却板に設け。
各チップの周辺で凝縮させるため、偏平な冷却板を相隣
る配線基盤の間に挿入して基盤と共に不伝導性液に浸漬
し、チップ面に取り付けた突起物を包む孔もしくは環状
部分を冷却板に設け。
チップおよび突起より発生した蒸気の大部分が環状部内
壁にて凝縮するよう、ｌＪｌ状部内壁に凝縮を促進しか
つ凝縮液が毛細管作用によってチップ周辺の液部に還流
するための溝またはひれを設けることにある。
壁にて凝縮するよう、ｌＪｌ状部内壁に凝縮を促進しか
つ凝縮液が毛細管作用によってチップ周辺の液部に還流
するための溝またはひれを設けることにある。
第５図は本発明の一実施例を示すもので、配線基盤２．
これに搭載された多数の集積チップ１゜チップに取付け
られた円筒状突起１１．偏平な冷却板１２が下壁１５お
よび上蓋１４を有する容器内に充てんされた不伝導性液
４に浸漬された状況を示す、冷却板内部には低温の冷却
流体を流すための流路１５およびヘッダ一部１６が設け
られている。チップ忙取り付けられた突起１１およびこ
れと嵌合する冷却板の部分の拡大図を第４図に示す、即
ち第４図において配線基盤２．集積回路チップ１．これ
に取付ゆられた突起１１に近接して冷却板１２があり、
冷却板１２には突起１１を覆うようにフィン１７の列が
設けられている。チップの発熱は伝導によって突起５に
伝えられ、突起１１からは沸騰により気泡５が発生する
５発生した気泡の大多数は環状フィンとフィンの間に捕
捉され、溝部上部に蒸気溜り１８を形成する。該溜り１
８の蒸気は溝壁面に凝縮し毛細管力により溝部狭隘部１
９に吸引され、更に溝狭隘部円周に沿って下方に導かれ
る。このようにして第５図に示すごとく各チップで発生
した蒸気の大部分はチップ周辺で凝縮せしめられる。突
起１１と嵌合する冷却板の細分によって捕そくされなか
った蒸気泡は容器上部の蒸気溜り６に達し、該溜り６の
蒸気は冷却板の壁面に凝縮して液膜流２ｏとなり下方の
液溜りに還流する。
これに搭載された多数の集積チップ１゜チップに取付け
られた円筒状突起１１．偏平な冷却板１２が下壁１５お
よび上蓋１４を有する容器内に充てんされた不伝導性液
４に浸漬された状況を示す、冷却板内部には低温の冷却
流体を流すための流路１５およびヘッダ一部１６が設け
られている。チップ忙取り付けられた突起１１およびこ
れと嵌合する冷却板の部分の拡大図を第４図に示す、即
ち第４図において配線基盤２．集積回路チップ１．これ
に取付ゆられた突起１１に近接して冷却板１２があり、
冷却板１２には突起１１を覆うようにフィン１７の列が
設けられている。チップの発熱は伝導によって突起５に
伝えられ、突起１１からは沸騰により気泡５が発生する
５発生した気泡の大多数は環状フィンとフィンの間に捕
捉され、溝部上部に蒸気溜り１８を形成する。該溜り１
８の蒸気は溝壁面に凝縮し毛細管力により溝部狭隘部１
９に吸引され、更に溝狭隘部円周に沿って下方に導かれ
る。このようにして第５図に示すごとく各チップで発生
した蒸気の大部分はチップ周辺で凝縮せしめられる。突
起１１と嵌合する冷却板の細分によって捕そくされなか
った蒸気泡は容器上部の蒸気溜り６に達し、該溜り６の
蒸気は冷却板の壁面に凝縮して液膜流２ｏとなり下方の
液溜りに還流する。
突起１１に嵌合する冷却板の部分はフィンの存在のため
に大きな伝熱面積を有し、そのように大きな伝熱面積を
設けたにも拘らず本構造の採用によって冷却容器は大き
くならない、また偏平な冷却板の採用によって配線基盤
間の距離を小さくでき、かつ液が運動する空間は狭めら
れているので液の激しい対流を防ぐことができるう更に
不伝導性流体の沸騰−凝縮のサイクルが各チップの周辺
で独立に行なわれるので、チップの配線基盤上の位置に
基づく熱伝達率のばらつきが抑えられる。
に大きな伝熱面積を有し、そのように大きな伝熱面積を
設けたにも拘らず本構造の採用によって冷却容器は大き
くならない、また偏平な冷却板の採用によって配線基盤
間の距離を小さくでき、かつ液が運動する空間は狭めら
れているので液の激しい対流を防ぐことができるう更に
不伝導性流体の沸騰−凝縮のサイクルが各チップの周辺
で独立に行なわれるので、チップの配線基盤上の位置に
基づく熱伝達率のばらつきが抑えられる。
本発明になる凝縮部構造により発生蒸気の凝縮が各チッ
プの周辺で速やかに行なわれるので次の効果が得られる
つ （１）凝縮壁が配線基盤上に分散せしめられるので凝縮
のための伝熱面積は大きくとれるにも拘らず。
プの周辺で速やかに行なわれるので次の効果が得られる
つ （１）凝縮壁が配線基盤上に分散せしめられるので凝縮
のための伝熱面積は大きくとれるにも拘らず。
配線基盤列を収容する容器は大きくならず、かつ配線基
盤間の距離も短縮しうる冷却装置構造とすることがで搾
る。
盤間の距離も短縮しうる冷却装置構造とすることがで搾
る。
（２）液の運動の自由度を低下させる冷却装置構造をと
ることができるので、計算機運転時の気泡の発生と上昇
に伴う液の激しい運動、あるいは計算機輸送時の液の運
動を妨げ、液の運動に伴なう部品の損傷等、好ましくな
い影響を除くことができる。
ることができるので、計算機運転時の気泡の発生と上昇
に伴う液の激しい運動、あるいは計算機輸送時の液の運
動を妨げ、液の運動に伴なう部品の損傷等、好ましくな
い影響を除くことができる。
（３） 沸騰−凝縮のサイクルによる熱除去が各チップ
の配線基盤上の位置による熱伝達率のばらつきが抑えら
れる。
の配線基盤上の位置による熱伝達率のばらつきが抑えら
れる。
第１図は従来例の横断面図、第２図は他の従来例の横断
面図、第５図は本発明の実施例の横断面図、第４図は本
発明の実施例におけるチップ周辺の状況を示す説明図で
ある。 １・・・チップ、２・・・配線基盤、６・・・容器、４
・・・不伝導硅液、５・・・蒸気泡、６・・・蒸気溜９
．７・・・冷却板。 ８・・・突起物、９・・・冷却管、１０・・・凝縮液、
１１・・・突起、１２・・・冷却板、１５・・・下壁、
１４・・・上蓋。 １５・・・流路、１６・・・ヘッダ一部、１７・・・環
状フィン、１８・・・蒸気溜り、１９・・・狭隘部、２
０・・・液膜流っ 俤４図
面図、第５図は本発明の実施例の横断面図、第４図は本
発明の実施例におけるチップ周辺の状況を示す説明図で
ある。 １・・・チップ、２・・・配線基盤、６・・・容器、４
・・・不伝導硅液、５・・・蒸気泡、６・・・蒸気溜９
．７・・・冷却板。 ８・・・突起物、９・・・冷却管、１０・・・凝縮液、
１１・・・突起、１２・・・冷却板、１５・・・下壁、
１４・・・上蓋。 １５・・・流路、１６・・・ヘッダ一部、１７・・・環
状フィン、１８・・・蒸気溜り、１９・・・狭隘部、２
０・・・液膜流っ 俤４図
Claims (1)
- 集積回路チップを不伝導性の液に浸漬し、チップの発熱
を該液の沸騰により除去する装置において、集積回路チ
ップの面に突起物を取り付け、チップあるいは該突起物
より発生した蒸気泡を捕捉し、これを凝縮してチップ周
辺の液に還流させる効果を有する溝あるいは拡大伝熱面
を内面に有する環状物体が前記突起物を覆うように設け
られていることを特徴とする集積回路チップの冷却装置
っ
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24395883A JPS60136352A (ja) | 1983-12-26 | 1983-12-26 | 集積回路チップの冷却装置 |
| DE8484114163T DE3472501D1 (en) | 1983-12-26 | 1984-11-23 | Apparatus for cooling integrated circuit chips |
| EP19840114163 EP0167665B1 (en) | 1983-12-26 | 1984-11-23 | Apparatus for cooling integrated circuit chips |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24395883A JPS60136352A (ja) | 1983-12-26 | 1983-12-26 | 集積回路チップの冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60136352A true JPS60136352A (ja) | 1985-07-19 |
| JPH0423830B2 JPH0423830B2 (ja) | 1992-04-23 |
Family
ID=17111565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24395883A Granted JPS60136352A (ja) | 1983-12-26 | 1983-12-26 | 集積回路チップの冷却装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0167665B1 (ja) |
| JP (1) | JPS60136352A (ja) |
| DE (1) | DE3472501D1 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR900001393B1 (en) * | 1985-04-30 | 1990-03-09 | Fujitsu Ltd | Evaporation cooling module for semiconductor device |
| US4975803A (en) * | 1988-12-07 | 1990-12-04 | Sundstrand Corporation | Cold plane system for cooling electronic circuit components |
| DE4121534C2 (de) * | 1990-06-30 | 1998-10-08 | Toshiba Kawasaki Kk | Kühlvorrichtung |
| NL2025574B1 (en) * | 2020-05-13 | 2021-11-30 | Microsoft Technology Licensing Llc | Systems and methods for vapor management in immersion cooling |
| WO2023135488A2 (en) * | 2022-01-15 | 2023-07-20 | Liquidstack Holding B.V. | Baffle assembly for use in an immersion cooling system |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4203129A (en) * | 1978-07-11 | 1980-05-13 | International Business Machines Corporation | Bubble generating tunnels for cooling semiconductor devices |
-
1983
- 1983-12-26 JP JP24395883A patent/JPS60136352A/ja active Granted
-
1984
- 1984-11-23 DE DE8484114163T patent/DE3472501D1/de not_active Expired
- 1984-11-23 EP EP19840114163 patent/EP0167665B1/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0423830B2 (ja) | 1992-04-23 |
| DE3472501D1 (en) | 1988-08-04 |
| EP0167665A1 (en) | 1986-01-15 |
| EP0167665B1 (en) | 1988-06-29 |
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