JP2853481B2 - 半導体素子の冷却構造 - Google Patents

半導体素子の冷却構造

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子の冷却構造
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の冷却構造としては、図３
に示す例（Ｓ．Ｏｋｔａｙ，Ｈ．Ｃ．Ｋａｍｍｅｒｅｒ
“Ａ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ−Ｃｏｏｌｅｄ Ｍｏｄｕ
ｌｄｆｏｒ Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＬＳ
Ｉ Ｄｅｖｉｃｅ”ＩＢＭＪ．ＲＥＳ．ＤＥＶＥＬＯＰ
Ｖｏｌ．２６ Ｎｏ１ Ｊａｎ １９８２による）の
ように集積回路３１にばね３２によりピストン３３を押
しつけて熱を奪い、その熱をヘリウムガス３４を充填し
た空間を通してハット３５，介在層３６を経て冷却板３
７へ伝え、冷媒３８へ放熱する方式が考案されていた。
上述した例は、液体冷媒を使用するが、大型のフィンを
取付けて強制空冷としたものもある。
【０００３】また、特開昭６０−１６０１５０号には、
液体冷媒の衝突噴流を利用した冷却装置の例が示されて
いる。すなわち、図４に示すように、集積回路４１で発
生した熱を伝熱基板４２，可変形性伝熱体４３へと伝
え、伝熱板４４にノズル４５より液体冷媒を噴出させて
冷却するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の冷却構
造のうち図３の例では、集積回路を配線基板に取付けた
ときに生じる高さや傾きのばらつきに追従させるため
に、ピストンの集積回路との接触面を球面とし、ハット
とピストンの間にすきまを設けているが、これは有効伝
熱面積を減少させ、冷却能力を低下させていた。
【０００５】図４の例では、伝熱板に噴流を衝突させて
冷却しており、冷却能力を向上させるには、噴流の流速
を上げるか、ノズル径を太くして流量を増加させる必要
があるが、流速を上げると、集積回路に加わる力が大き
くなり、集積回路と配線基板の接続部の信頼性に悪影響
を及ぼす恐れがある。
【０００６】またノズル径を太くすると、冷媒が放熱板
上に衝突した後、放射状に流れるため、ノズルの外側の
噴流は中央部の噴流の衝突後の流れに阻害されてしま
い、冷却能力が劣り、全体としての能力向上は難しい。
【０００７】本発明の目的は、冷却能力を向上させた半
導体素子の冷却構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体素子の冷却構造は、放熱体とノ
ズルとを組合せてなる半導体素子の冷却構造であって、
放熱体は、底部放熱板と、第１及び第２の垂直放熱板と
を有しており、 底部放熱板は、配線基板上に搭載され内
部に半導体素子が実装されたＬＳＩケースの放熱面に設
けられたものであり、 第１の垂直放熱板は、底部放熱板
上に起立して設けられ、湾曲する複数の放熱板からな
り、その湾曲凸面は向き合され、湾曲凸面の相互間に噴
流の通路を形成するものであり、 第２の垂直放熱板は、
第１の垂直放熱板による通路の噴流吹出口に設けられた
ものであり、 ノズルは、第１の垂直放熱板による通路を
介して底部放熱板に衝突するように冷媒を噴出させるも
のである。
【０００９】
【００１０】また、前記底部放熱板は、ＬＳＩケースの
放熱面と平行に設けられたものである。
【００１１】
【作用】一度噴流として衝突させた冷媒は、垂直放熱板
を用いて再度噴流として衝突される。したがって、流速
や流量を増やすことなく、冷却効率を高めることができ
る。
【００１２】
【実施例】以下、本発明について図面を参照して説明す
る。
【００１３】（参考例）図１（ａ）は、本発明の参考例
を示す縦断面図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線断面
図である。
【００１４】図１において、半導体素子１はＬＳＩケー
ス２に実装されている。ＬＳＩケース２は半田バンプ３
にて配線基板４に接続されている。またＬＳＩケース２
は配線基板４の反対面が放熱面５となっている。ＬＳＩ
ケース２の放熱面５には、放熱面５と水平に放熱体６が
ロウ付けされ、良熱伝導性接着剤による接着などの方法
で固着され熱を伝えている。もちろんねじ止め等の手段
でも良い。
【００１５】放熱体６は、底部放熱板７，垂直放熱板
８，垂直放熱板９，天板１０，ノズル１１からなってい
る。ＬＳＩケース２の放熱面に固着される底部放熱板７
上には、底部放熱板７に対して垂直に円筒状の垂直放熱
板８が設けられ、さらに垂直放熱板８の外側に同心円状
に円筒状の垂直放熱板９が設けられている。垂直放熱板
８の上端開口部には天板１０が設けられ、底部放熱板７
と共に空間を形成している。
【００１６】ノズル１１は天板１０の中央を貫通するよ
うに設けられており、ノズル１１からの冷媒の噴流が底
部放熱板７に衝突するようになっている。垂直放熱板８
には上方より見て放射方向に***１２が複数設けられて
いる。
【００１７】半導体素子１で発生した熱はＬＳＩケース
２の放熱面５を通って放熱体６の底部放熱板７，垂直放
熱板８，垂直放熱板９へと伝わる。
【００１８】ノズル１１から冷媒が噴出されて噴流とな
り、底部放熱板７に衝突して熱を奪う。衝突後の噴流
は、放射状に拡がり垂直放熱板８の内面に触れて熱を奪
い、底部放熱板７と垂直放熱板８，天板１０に囲まれて
いるため、***１２から外へ噴出する。***１２からの
噴流が垂直放熱板９に衝突して熱を奪って上方へと流れ
出る。
【００１９】このように一度噴流として衝突した冷媒を
再度***から噴出させて衝突させることにより、噴流の
流速を上げたり、ノズル径を太くして流量を増やしたり
することなく、冷却効率を高めることができ、ＬＳＩケ
ース２や配線基板４に加わる力を押えることができる。
【００２０】（実施例）図２（ａ）は、本発明の実施例
を示す縦断面図、（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’線断面
図である。
【００２１】図１に示す半導体素子の冷却構造におい
て、放熱体１６が底部放熱板１７，垂直放熱板１８，垂
直放熱板１９からなっている。ＬＳＩケース２の放熱面
に固着される底部放熱板１７上に、垂直に複数枚の湾曲
した垂直放熱板１８が内側に凸面を向けて重なり合わな
いようにすきま２０をあけて設けられている。
【００２２】ノズル２１は、垂直放熱板１８の中央に、
ノズル２１からの冷媒の噴流が底部放熱板１７に衝突す
るように設けられている。
【００２３】複数の垂直放熱板１９は、底部放熱板１７
上に垂直放熱板１８間のすきまと向い合うように設けら
れている。
【００２４】半導体素子１で発生した熱はＬＳＩケース
２の放熱面５を通って放熱体１６の底部放熱板１７，垂
直放熱板１８，垂直放熱板１９へと伝わる。ノズル２１
から冷媒が噴出されて噴流となり、底部放熱板１７に衝
突して熱を奪う。
【００２５】衝突後の噴流は放射状に拡がり垂直放熱板
１８に当たって熱を奪う。垂直放熱板１８が湾曲してい
るため冷媒は隙間２０へと導かれて再度噴流となり、噴
流は垂直放熱板１９へ衝突して熱を奪う。
【００２６】このように一度噴流として衝突させた冷媒
を垂直放熱板１８で導いて再度噴流として衝突させるこ
とにより、噴流の流速を上げたり、ノズル径を太くして
流量を増やしたりすることなく冷却効率を高めることが
でき、ＬＳＩケース２や配線基板４に加わる力を押える
ことができる。
【００２７】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、一度噴流
として衝突させた冷媒を垂直放熱板を用いて再度噴流と
して衝突させることで、流速や流量を増やすことなく冷
却効率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の参考例を示す縦断面図、
（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ′線断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の実施例を示す縦断面図、
（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ′線断面図である。
【図３】従来例を示す断面図である。
【図４】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体素子 ２ ＬＳＩケース ３ 半田バンプ ４ 配線基板 ５ 放熱面 ６ 放熱体 ７ 底部放熱板 ８ 垂直放熱板 ９ 垂直放熱板 １０ 天板 １１ ノズル １２ *** １６ 放熱体 １７ 底部放熱板 １８ 垂直放熱板 １９ 垂直放熱板 ２０ すきま ２１ ノズル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 23/473

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 放熱体とノズルとを組合せてなる半導体
    素子の冷却構造であって、 放熱体は、底部放熱板と、第１及び第２の垂直放熱板と
    を有しており、 底部放熱板は、配線基板上に搭載され内部に半導体素子
    が実装されたＬＳＩケースの放熱面に設けられたもので
    あり、 第１の垂直放熱板は、底部放熱板上に起立して設けら
    れ、湾曲する複数の放熱板からなり、その湾曲凸面は向
    き合され、湾曲凸面の相互間に噴流の通路を形成するも
    のであり、 第２の垂直放熱板は、第１の垂直放熱板による通路の噴
    流吹出口に設けられたものであり、 ノズルは、第１の垂直放熱板による通路を介して底部放
    熱板に衝突するように冷媒を噴出させるものであること
    を特徴とする半導体素子の冷却構造。
  2. 【請求項２】 前記底部放熱板は、ＬＳＩケースの放熱
    面と平行に設けられたものであることを特徴とする請求
    項１に記載の半導体素子の冷却構造。
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