JPS60136350A - 電子部品の冷却装置 - Google Patents

電子部品の冷却装置

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JPS60136350A
JPS60136350A JP24395583A JP24395583A JPS60136350A JP S60136350 A JPS60136350 A JP S60136350A JP 24395583 A JP24395583 A JP 24395583A JP 24395583 A JP24395583 A JP 24395583A JP S60136350 A JPS60136350 A JP S60136350A
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chip
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wall
cooling device
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Shigeki Hirasawa
茂樹 平沢
Takahiro Oguro
崇弘 大黒
Tadakatsu Nakajima
忠克 中島
Noriyuki Ashiwake
芦分 範之
Hisashi Nakayama
中山 恒
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    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
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    • HELECTRICITY
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    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
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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
搭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。
〔発明の背景〕
従来の電子部品の冷却装置として、半導体チップを低沸
点の液体中に浸漬し、半導体チップ表面にて液体を沸騰
させ冷却する方法が公表されている(特開昭53−80
565)。しかし、沸騰開始時に大きな過熱度を必要と
するため(ヒステリシス現象)、運転開始時にチップの
温度が非常に幾くなり、チップごとの温度が大きくばら
つくという欠点がある。
また、第1′図に断面図を示すように、多数の電子部品
3を搭載した基板1に密閉容器4を取り付け、粉末5を
密閉容器4の内面及び電子部品3と基板1上に付着し、
粉末5に低沸点の液体を含浸して液体の蒸気を利用した
放熱方法が公表されている(米国特許第4047198
号)。電子部品3で発生した熱は電子部品上の粉末に伝
わり、粉末に含浸した液体を蒸発する6発生した蒸気は
密閉容器4の内壁で凝縮して液体となる。生じた液体は
粉末内を毛細管作用により電子部品上まで伝わり、前と
同じサイクルを繰り返す。しかし、半導体の集積度が増
し、各電子部品の発熱量が大きくなり、基板上に電子部
品が密集して搭載されると、粉末内を伝わって各電子部
品に戻る液量が十分でなくなるため、基板中央の電子部
品は、端の電子部品に比べ表面上にかわき面が生じてし
まうという欠点があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、運転開始時に半導体チップが過熱する
ことなく、基板上のチップの数に関係なく、発熱量が大
きくなっても各チップの表面が均一温度になるように冷
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。
〔発明の概要〕
この発明のi徴は、基板に搭載された個々のチップの背
面に毛細管力あるいは重力によって各チップと対向する
密閉容器内壁から蒸発性の液を導びくための手段(例え
ば柔軟性の部i)を個々のチップに設け、前記柔軟性部
材を各チップの背面の少なくても一部とチップに対向す
る密閉容器の内壁をつなぎ、あるいは各チップに対向す
る密閉容器内壁に設けた突起を設け、各チップ背面に蒸
発性の液体を含浸させて冷却することにある。
〔発明の実施例〕
以下1本発明の実施例を図面に従って説明する。
第2図は本発明の冷却装置を基板に搭載された半導体チ
ップの冷却に用いている様子を示した垂直断面図である
。第3図は第2図のA−A’断面図である。第4図は基
板を冷却装置から取り外して冷却装置内部構造をのぞき
込んだ斜視図である。
水平な基板1の下面に多数の半導体チップ2が搭載さJ
しており、半導体チップ2を内蔵するように偏平な密閉
容器4が基板1に接合されている。密閉容器4は基板1
の外側にも延びており、そこに水冷ジャケット6が接触
している。水冷ジャケット6の取り付けられた部分の密
閉容器4内には垂直な凝縮面7が形成されている。密閉
容器4の基板Iに対向する内壁に、M細面7側がら半導
体チップ2側の方向に延びた複数の溝8が形成されてい
る。チップ2の背面の拡大斜視図を図5に示す。
チップ2の背面にはU字形またはV字形の微細な溝9が
形成されており、溝9は直交する溝91とは苗束で構成
された変形容易な毛細管路10が取す付けら九でおり、
その毛細管路10が密閉容器内壁の溝8とチップ背面の
溝9をつないでいる。
溝8、毛細管路10、半導体チップ背面の微細な89に
は蒸発性の液体(たとえばフロン、アルコール)が含浸
されている。本発明の構成において重要なのは、毛細管
路10であり、基板lの反り等で半導体チップ背面の溝
9と密閉容器内壁の溝8との距離が半導体チップごとに
変化しても、毛細管路10の柔軟な変形によりそれを吸
収している。
また、基板と密閉容器との取り外しが可能なように、毛
細管路10は溝8に差し込まれているだけである。なお
、半導体チップ2ごとに毛細管路10の差し込ま1Lる
溝8を変えることが望ましい。
次に本実施例の動作を説明する。半導体チップ2で発生
した熱は半導体チップ背面の微細な溝9に伝わり、1簿
9内の液体を蒸発する。この時発生した蒸気は密閉容器
4内の蒸気空間11を通って凝縮面7側に移動する。凝
縮面7は周囲を水冷ジ凝縮して液体になシ。生じた液体
は溝8内に吸収ヤケット6によって冷却さ扛ているため
、蒸気はされた後、毛細管作用によって溝8内及び毛細
管路10内を流れ、半導体チップ背面の微細な19に戻
り、前と同じサイクルを繰り返す。
このようにチップ2の背面では液体の蒸発冷却が行われ
ているが、蒸発伝熱は沸騰伝熱と異なり気泡の発生が伴
わないため、運転開始時にチップが過熱することがない
。また、基@1上にチップ2を密集して搭載しても、毛
細管路1oは個々のチップに取り付けられているため、
チップ密集度に関係なく、液を伝えることができる。ま
た毛細管路10あるいは溝8を毛細管作用によって液を
伝えているため、チップごとの発熱量が異なったり、基
板1が水平な姿勢から少し傾いたとしても、各チップに
必要な液量だけ液が供給され、すべてのチップが均一に
冷却される。また、チップ2は液中に浸漬されることな
く蒸気空間中に位置するため、チップ2と基板1とのす
き間に液体が浸入して気泡を発生し、チップ2に余計な
力を作用することはない。
本発明において特にチップ2のサイズが大きい場合には
、複数の毛細管路10をチップ2の背面に取り付けるこ
とが望ましい。また、チップ2において特に発熱量が大
きく、多量の液体の供給が必要な部分の近くに毛細管路
10&取り付けるこ“とが望ましい。
本発明の代表的な寸法を次に述べる。!11 Bは幅0
、’ l” 1 mm 、深さ0.2〜5mu+、毛細
管路10は太さ0.05〜1圓の細管あるいは細線の東
、半導体チップ背面の微細な溝9は幅0.05−0.5
 ++關、深さ0.05〜1m+aである。また、チッ
プ背面においで毛細管路の取り付けら扛ている部品の面
積割合は50%以下である。
また1毛細管路10を構成する細線の代表例として、金
属、カーボンm維、プラスチック繊維。
ホイスカーなどである。
チップ2の背面構造の他の例を次に示す。第6図はチッ
プ2及び毛細管14の断面を示した拡大斜視図である。
チップ2には背面に窓12をもつトンネル13が形成さ
れており、さらに前記の毛細管路が細管14で構成され
でいる。細管14は各トンネル13に少なくても1本は
挿入されている。このような背面構造のチップ2を基板
lに搭載した場合も、先の実施例で述べたと同様に、細
管14は密閉容器4の内壁の溝8に差し込まれている。
第7図は他のチップ背面構造を示した斜視図である。半
導体チップ2の背面の中央にV字形の切り込み15があ
り、そこにRH’1.あるいは細線の毛細管路10が差
し込まれていて、微細な溝9が切り込み15に直角方向
に延びている構造である。
第8図は他のチップ背面構造を示した斜視図である。半
導体チップ2の背面の微細溝9加工しである部分が延び
ていて、それが毛細管路1oを形成している。この場合
、チップ背面の溝9と毛細管路10の’+tG−はつな
がった溝であるため、液体の戻りが優才している。
第9図は他のチップ背面構造を示した斜視図である。半
導体チップ2の背面に多数の絹816が張りつけら、[
じCおり、それがチップ背面に溝9を形成しCいろ。ま
た、相線16の端部がチップ背面より垂れており、それ
が毛細管路10を形成している。第9図において、細線
16の代わりに第10図に拡大断面図を示すような窓1
2のある細管17としでもよい。
以上に丞したチップ背面構造はい1れも半導体チップに
直接加重したように示したが、背面構造物をチップとは
別に形成し、チップの背面に接合してもよい。
また、毛細管路10はチップ2の背面に取り付けられて
いる例を示したが、毛細管路10が由閉容′JA4の内
壁の溝8に取すイ」目られていて、半導体チップ背面に
接触する構造でもよいし、毛細管路10が密閉容器内壁
の溝8及び半導体チップの背面の両方に取り付けられて
いて、両方の毛細管路が接触しCいる構造でもよい。
また、第2図〜第4図に示した構造を基板1が垂直で、
凝縮面7側が基板lの上方になるように設置すると、溝
8内の液体の流れに重力の作用が加わるため伝熱性能が
高くなる。
第11図に本発明の他の実施例の断面図を示す。
第12図は第11図のH−B ’断面図である。密yJ
等器・1に凝縮面7側からチップ2側・−\伝入る液流
路18が多響l−なつでいる。密閉容器4の壁内の液流
路19(iんJ平な管W1’iとなっており、毛細管路
1Oかy−シ込まれでいる!jllづ)19も流路幅か
液流路I3と等しくなつ1いる。
第13図に本3iコ明の他の実施例の垂直1つ1iki
図を丞す。第14区は第13図のc−c’鍜1面図であ
る。基板1を死直どなるように設置し、凝縮面7側を基
板1の水平方向に設置したものである。凝縮面7側から
半導体チップ2側の方向に延びた複数の溝8が密閉容器
11の内部に取り伺けられた板20に形成されでいる。
凝縮面7は密開容■4の内壁に形成されでいる。池の構
造及び動作は前記の実、懺例と同様dある。
第14図に木発・リコの池の実施例の垂直断面図を示す
。l&@Lを水平どなるように設置し、基板lの上面に
多数の半導体チップ2を搭載し、半導体チップ2と対向
ケる密閉容器4の内壁に形成された潴8どチップ4面の
少なくとも一郡とが毛細管路10によってつながってい
る。凝縮面7は密閉容器4の内壁に形成されている。こ
の場合、毛細管路10の液体の流れは、毛細管作用に重
力の作用が加わり、促進される。
第15図に本発明の他の実施例の垂直断面図を示す。水
平な基板lの上面に多数の単導体チップを搭載し、半導
本チップ2と対向する密閉容器4の内壁に溝8と共に■
々の半、・4体チップごと対応する突起物21が形成さ
れている。凝縮面′iは密閉容器4の内壁に形成さ肛て
いる。凝縮面lから毛細管作用により溝8内を流4bる
i成体は粱起物21より、内下し単導体チップ2f而に
到る。半導体ナツプ2の背面には11Φ9が形成さJL
’(いるため、滴1zシた液はチップ背面の全面に広が
り、チップ全面を均一に冷却する。
〔発明の効果〕
本〕8明によ肛ば、運転開始時に半導体チップが過熱す
ることがなく]1効に冷却することができ、JlIi板
上のチップの数に関係なく、すべでのチップの表面が均
一温度になるよ)に冷却することができる。このような
、高性能な冷却装置を用いることにより、半導体チップ
の)l−、(ズが発熱量を増Vことができるため、単導
体チップ内の集積度上げて動作速度を著しく向上するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電子部品の冷却装置の説明図、第2図は
本発明の二実施例の垂五断面図、第3図は第2図のA7
A’断面図、第4図は内部構造を示Vため展開した斜視
図、第5図はチップ背面構造を示す斜視図、第6図−第
9図は他のチップ背面構造を示す斜視図、第1O図は細
管の例を示す拡大断面図、第11図は他の実施例の縦断
面図、第12図は第11図のB−B’断面図、第13図
は他の実施例の垂直断面図、第14図はi、’y 13
図のc−c’断面図である。第15.第16図は各容重
発明の他の実施例の縦断面図である。 ■・・・基板、2・・・半導体チップ、3・・・電子部
品、4・・・密閉容器、5・・・粉末、6・・・水冷ジ
ャケット、7・・・凝縮面、8・・・溝、9・・・微細
な溝、10・・・毛細管路、11・・・蒸気空間、12
・・・窓、13・・・トンネル、14・・・細管、15
・・・切り込み、16・・・細線、17・・・細管、1
8・・・液流路、19・・・液流路、20・・・板、2
1・・・突起物。 篤 1 図 第 Z 口 ¥i 3 図 聞 5(21 Y36 ロ η ’7121 第 δ 口 ¥19(121 り 、 %10図 冗 11 m ′fJ/2 口 jq I/ χ 13 口 ¥i /4 ロ 第 15 (2) 第 16 口

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、複数の電子部品を搭載した基板を密閉容器に取り付
    け、冷却液体の蒸発を利用して電子部品を冷却する冷却
    装置において、各電子部品に共通する蒸気空間、凝縮面
    、および前記凝縮面から電子部品と対向する側の密閉容
    器内壁に至る液流路を設け、かつ該液流路から前記蒸気
    空間を経て個々に電子部品へ冷却液体を導びく手段を設
    け、各電子部品の表面に蒸発性の冷却液体を含浸させる
    ことを特徴とする電子部品の冷却装置。 2、密閉容器の内壁に設けた液流路を複数の溝または管
    路としたことを特徴とする特許請求のとを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の電子部品の冷却装置。 4、個々の電子部品4士へ冷却液体を導びく手段として
    各電子部品表面の少なくとも一部と各電子部品に対向す
    る密閉容器内壁に設けられた液流体路とをつないだ変形
    容易な毛細管束、あるいは細管束、あるいは苗束とした
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電子部品
    の冷却装置。 5、個々の電子部品白へ冷却液体を導びく手段として、
    各電子部品に対向する密閉容器内壁に突起を設けたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の電子部品の冷
    却装置。
JP24395583A 1983-12-26 1983-12-26 電子部品の冷却装置 Granted JPS60136350A (ja)

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JP24395583A JPS60136350A (ja) 1983-12-26 1983-12-26 電子部品の冷却装置

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JP24395583A JPS60136350A (ja) 1983-12-26 1983-12-26 電子部品の冷却装置

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JPH0422024B2 JPH0422024B2 (ja) 1992-04-15

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016510947A (ja) * 2013-03-01 2016-04-11 アイセオトープ リミテッド 冗長性を備える冷却システム

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016510947A (ja) * 2013-03-01 2016-04-11 アイセオトープ リミテッド 冗長性を備える冷却システム

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