JPH06112385A - 半導体素子の冷却構造 - Google Patents
半導体素子の冷却構造Info
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- JPH06112385A JPH06112385A JP4262076A JP26207692A JPH06112385A JP H06112385 A JPH06112385 A JP H06112385A JP 4262076 A JP4262076 A JP 4262076A JP 26207692 A JP26207692 A JP 26207692A JP H06112385 A JPH06112385 A JP H06112385A
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 23
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- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims description 37
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
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- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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-
- 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
- H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- 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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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 冷媒の噴流を用いた半導体素子の冷却構造に
おいて、冷却能力を向上させる。 【構成】 半導体素子1を搭載したLSIケース2の放
熱面5に放熱体6が設けられている。ノズル11から冷
媒を放熱面と平行な底部放熱板7に衝突させ、底部放熱
板7に衝突した冷媒を垂直放熱板8で導き再び流速を上
げて噴流とする。更に垂直放熱板8からの冷媒を外側の
垂直放熱板9に衝突させて冷却を行う。
おいて、冷却能力を向上させる。 【構成】 半導体素子1を搭載したLSIケース2の放
熱面5に放熱体6が設けられている。ノズル11から冷
媒を放熱面と平行な底部放熱板7に衝突させ、底部放熱
板7に衝突した冷媒を垂直放熱板8で導き再び流速を上
げて噴流とする。更に垂直放熱板8からの冷媒を外側の
垂直放熱板9に衝突させて冷却を行う。
Description
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
ルとを有す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、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及び第2の垂直放熱板は、円筒状をな
し、内外二重に配設され、相互間が連通したものであ
り、内径側の第1の垂直放熱板は、上面開口部が天板で
閉塞され、ノズルは、第1の垂直放熱板の天板を貫通し
て設けられ、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。
め、本発明に係る半導体素子の冷却構造は放熱体とノズ
ルとを有す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、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及び第2の垂直放熱板は、円筒状をな
し、内外二重に配設され、相互間が連通したものであ
り、内径側の第1の垂直放熱板は、上面開口部が天板で
閉塞され、ノズルは、第1の垂直放熱板の天板を貫通し
て設けられ、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】また、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。
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。
【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。
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。
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。
る。
【0013】(実施例1)図1(a)は、本発明の実施
例1を示す縦断面図、(b)は図1(a)のA−A′線
断面図である。
例1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。
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。
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。
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。
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。
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。
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2)図2(a)は、本発明の実施
例2を示す縦断面図、(b)は図1(a)のB−B′線
断面図である。
例2を示す縦断面図、(b)は図1(a)のB−B′線
断面図である。
【0021】前記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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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1】(a)は本発明の実施例1を示す縦断面図、
(b)は図1(a)のA−A′線断面図である。
(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2を示す縦断面図、
(b)は図2(a)のB−B′線断面図である。
(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。
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
Claims (3)
- 【請求項1】 放熱体とノズルとを有する半導体素子の
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、 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及び第2の垂直放熱板は、円筒状をなし、内外二重
に配設され、相互間が連通したものであり、 内径側の第1の垂直放熱板は、上面開口部が天板で閉塞
され、 ノズルは、第1の垂直放熱板の天板を貫通して設けら
れ、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。 - 【請求項2】 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。 - 【請求項3】 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及び請求項2に記載の半導体素子の冷却構造。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4262076A JP2853481B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 半導体素子の冷却構造 |
CA002106152A CA2106152C (en) | 1992-09-30 | 1993-09-14 | Cooling structure for electronic circuit package |
US08/128,238 US5384687A (en) | 1992-09-30 | 1993-09-29 | Cooling structure for electronic circuit package |
DE69322574T DE69322574T2 (de) | 1992-09-30 | 1993-09-29 | Kühlungsstruktur für elektronische Schaltungspackung |
EP93115715A EP0590636B1 (en) | 1992-09-30 | 1993-09-29 | Cooling structure for electronic circuit package |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4262076A JP2853481B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 半導体素子の冷却構造 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06112385A true JPH06112385A (ja) | 1994-04-22 |
JP2853481B2 JP2853481B2 (ja) | 1999-02-03 |
Family
ID=17370699
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4262076A Expired - Fee Related JP2853481B2 (ja) | 1992-09-30 | 1992-09-30 | 半導体素子の冷却構造 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5384687A (ja) |
EP (1) | EP0590636B1 (ja) |
JP (1) | JP2853481B2 (ja) |
CA (1) | CA2106152C (ja) |
DE (1) | DE69322574T2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0837261A (ja) * | 1994-07-25 | 1996-02-06 | Nec Corp | 半導体冷却装置 |
JP2011129620A (ja) * | 2009-12-16 | 2011-06-30 | Toyota Motor Corp | 半導体装置 |
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