JPS63228652A - 発熱素子用冷却装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は高発熱素子用パッケージ等に適用する発熱素
子用冷却装置に関する。

（従来の技術） 従来のこの種の発熱素子用冷却装置としては、例えば、
第３図に示すようなものがある。即ち、この従来例はヒ
ートバイブの原理を利用したもので、−面に発熱素子と
してＬＳＩチップ１０１を描載し、この基板１０３の他
面をキャップ状の伝熱性容器１０５で覆い、内部に冷媒
１０７を封入したものである。従ってＬＳＩチップ１０
１からの発熱は基板１０３を介して冷媒１０７へ伝えら
れ、冷媒１０７が蒸発することによって基板１０３の熱
が奪われる。そして、蒸発した冷媒１０７は伝熱性容器
１０５側で冷Ｗされ、この伝熱性容器１０５の壁面等を
伝わって落でくる。

しかしながら、ＬＳＩチップ１０１が高速スイッチング
素子等のように発熱間が天吊になると基板１０３の一面
側からの放熱だけでは充分ではないという問題がある。

（発明が解決しよとする問題点） このように、発熱素子からの発熱が人聞になるとヒート
バイブの原理を利用して基板の一面側から放熱するもの
ではその放熱が充分ではないという問題がある。

そこでこの発明は基板の両面側から放熱できるようにし
て充分な放熱ができるようにし、しかも装置の大型化を
抑制できる発熱素子用冷却装置の提供を目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記問題を解決するためにこの発明は、基板の上面に搭
載されモールドされた発熱素子の周囲を第１の伝熱性容
器で覆い、この第１の伝熱性容器内に冷媒を封入し、前
記基板の下面に第２の伝熱性容器を設け、この第２の伝
熱性容器の内部に低融点合金を封入すると共に外面に放
熱フィンを設ける構成とした。

（作用） 発熱素子からの発熱は一方ではモールドを介して冷媒を
沸腫させ、冷尾が蒸発することによって発熱素子の熱を
奪い、蒸発した冷媒は第１の伝熱性容器側で冷却されて
凝縮し、その熱は第１の伝熱性容器を介して外部に放熱
される。凝縮した冷媒は再び第１の伝熱性容器の壁面を
伝わって落ちてくる。また、他方では基板の下面から第
２の伝熱性容器内の低融点合金に伝わり、１ス板が低融
点合金の融点に達すると低融点合金は液体となり、完全
に液体になってからその温度は更に上テアして行く。そ
の間に低融点合金は全体の温度が一定に保持され、その
熱が第２の伝熱性容器を介して放熱フィンから効率良く
放熱される。

（実施例） 以下、この発明の詳細な説明する。

第１図はこの発明の一実施例に係る発熱素子用冷却装置
を備えた高発熱素子用パッケージの断面図である。

発熱素子として、複数のＬＳＩチップ１が基板３の上面
に搭載されている。このＬＳＩデツプ１は例えば高速ス
イッチング素子であり、モールド５が施されている。

前記基板３の上面にはＬＳＩチップ１の周囲を覆う第１
の伝熱性容器７が設けられている。この第１の伝熱性容
器７は例えば金属板で成形されており、下端が基板３に
溶接され、上部７ａがフィン状に形成されている。この
第１の伝熱性容器７内には冷媒９が封入されている。

一方前記基板３の下面には第２の伝熱性容器１１が設け
られている。この第２の伝熱性容器１１は基板３の下面
に金属製のキャップ材１３を溶接することによって基板
３との間に形成されてお０す、内部に低融点合金として
インジウム合金１５等が封入されている。低融点合金は
ビスマス合金等にすることもできる。キャップ材１３の
外側端にはインジウム合金１５が液体となった時の膨張
を吸収する空ｌｌ５１１７が形成されている。更にキャ
ップ材１３の外面には放熱フィン１９が一体形成されて
いる。

次に作用を説明する。

しＳＩチップ１からの発熱はモールド５を介して冷Ｉｓ
９を沸騰させ、冷１９が蒸発してＬＳＩチップ１の熱を
奪う。そして蒸発した冷媒９は第１の伝熱性容器７のフ
ィン状の上部７ａ等で冷却され、この第１の伝熱性容器
７を介して外部へ放熱される。冷却された冷媒９の蒸気
は凝縮液化されて第１の伝熱性容器７の壁面等を伝わっ
て再び基板３上に集積される。

一方ＬＳＩチップ１から基板３を介し、この基板３の下
面からインジウム合金１５に熱が伝えられる。そして基
板３がインジウム合金１５の融点（約８０℃）に達する
とインジウム合金は液体となる。このインジウム合金の
相変化の途中では第２図に示すように略一定の温度に保
たれ、インジウム合金が完全に液体となるとその温度は
更に上昇する。その間にインジウム合金１５はその温度
が平面的に全体で一定に保持され、放熱フィン１９全体
を効率良く利用して放熱を効率良く行なわせることがで
きる。従ってｆｉ５１図のようにｔ−８ｌチツプ１に対
して第２の伝熱性容器１１を基板３の下面に沿って平坦
なものにしてもインジウム合金１５により横方向の伝熱
を効率良く行なわせることができるから、基板３の下面
に更に冷却装置を設けたものであっても、パッケージ全
体の薄型化、小型化が可能となっている。

インジウム合金１５が液体となる時は膨張するが、この
膨張は空間１７によって吸収される。

インジウム合金１５は液体となって基板３の下面に接す
るから基板３の下面が歪んでいても、全体的に直接接す
ることができ、基板３との間の熱抵抗が極めて小さく、
効率良い伝熱を行なわせることができる。

そしてこの様に基板３の上下において冷却を行なうから
ＬＳＩチップ１の発熱が大量になっても充分に対応する
ことができる。

ＬＳＩチップ１が高速スイッチング素子のような場合に
熱は非定常的に出てくるが一端熱はインジウム合金１５
に蓄えられるので、急激な温度上昇は避けられ、定常的
な放熱が期待できる。つまり、−瞬の温度上界は冷媒９
の沸騰熱伝達で抑え、定常的な放熱は基板３の下面から
インジ・クム合金１５を介して行ない、ＬＳＩデツプ１
の作動によって冷却が左右されることがない。

なお、上記一実施例では、第２の伝熱性容器１１の一部
を基板３の下面で兼用したが、基板３とは別体に第２の
伝熱性容器を区画形成し、この第２の伝熱性容器を基板
３の下面に接合するような構造にすることもできる。更
にこの場合箱２の伝熱性容器が基板３と接する部分でＬ
ＳＩチップ１に対応して第２の伝熱性容器に貫通穴を設
け、インジウム合金１５がＬＳＩチップ１と対応して基
板３の下面に直接接するようにすることもできる。

［発明の効果］ ＩＸ上より明らかなようにこの発明の構成よれば、基板
の上面では冷媒の沸騰熱伝達によって、又基板の下面で
はインジウム合金の相変化を介して放熱フィンから放熱
でき、発熱素子の発熱が人５になったとしても充分に対
応することができる。又、発熱素子がスイッチング素子
のような場合に一瞬の温度上昇は冷媒による沸騰熱伝達
で抑え、定常的な放熱は低融点合金の相変化を介して放
熱フィンから効率良く行なうことができる。更に低融点
合金は全体が液体となる間に温度が一定に保たれるから
、基板の下面に平面的に配置されたような場合でも効率
良い放熱が可能となり、装置の薄型化、小型化を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を適用した高発熱素子用パ
ッケージの断面図、第２図はインジウム合金の相変化説
明図、第３図は従来例に係る高発熱素子用パッケージの
断面図である。 １・・・ＬＳＩチップ（発熱素子）　　３・・・基板−
５・・・七−ルド　　　７・・・第１の伝熱性容器９・
・・冷媒　　　　１１・・・第２の伝熱性容器１５・・
・インジウム合金（低融点合金）１９・・・放熱フィン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基板の上面に搭載されモールドされた発熱素子の周囲を
   第１の伝熱性容器で覆い、この第１の伝熱性容器内に冷
   媒を封入し、前記基板の下面に第２の伝熱性容器を設け
   、この第２の伝熱性容器の内部に低融点合金を封入する
   と共に外面に放熱フィンを設けたことを特徴とする発熱
   素子用冷却装置。