JPH0122742B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0122742B2 JPH0122742B2 JP58108837A JP10883783A JPH0122742B2 JP H0122742 B2 JPH0122742 B2 JP H0122742B2 JP 58108837 A JP58108837 A JP 58108837A JP 10883783 A JP10883783 A JP 10883783A JP H0122742 B2 JPH0122742 B2 JP H0122742B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid
- cooling
- refrigerant
- air
- cooling plate
- 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.)
- Expired
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
- H10W40/70—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control
- H10W40/73—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control for cooling by change of state
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(1) 発明の技術分野
本発明は液冷モジユール、詳しくは高速、高発
熱性の半導体素子の如き発熱素子のための液冷モ
ジユール、すなわち放熱のためのフイン冷却プレ
ートが冷媒液体の液面下に設けられ、空気混入に
よる冷却能力低下に対する対策手段を設けた液冷
モジユール、更には冷却プレートに垂直方向の気
泡通路が設けられた液冷モジユールに関する。
熱性の半導体素子の如き発熱素子のための液冷モ
ジユール、すなわち放熱のためのフイン冷却プレ
ートが冷媒液体の液面下に設けられ、空気混入に
よる冷却能力低下に対する対策手段を設けた液冷
モジユール、更には冷却プレートに垂直方向の気
泡通路が設けられた液冷モジユールに関する。
(2) 技術の背景
半導体素子を高密度に実装したパツケージを冷
却するために、半導体素子を密封容器内で沸騰性
の冷媒に浸漬した液冷モジユールが用いられてい
る。第１図はかかる液冷モジユールの概略断面図
であつて、同図において、１ａ，１ｂは半導体素
子（以下には素子という）、２は前記素子が実装
された基板、３は密封容器、４は沸騰性の冷媒、
５と６はそれぞれ密封容器３の内部と外部に配置
された放熱用の板状フインを示す。
却するために、半導体素子を密封容器内で沸騰性
の冷媒に浸漬した液冷モジユールが用いられてい
る。第１図はかかる液冷モジユールの概略断面図
であつて、同図において、１ａ，１ｂは半導体素
子（以下には素子という）、２は前記素子が実装
された基板、３は密封容器、４は沸騰性の冷媒、
５と６はそれぞれ密封容器３の内部と外部に配置
された放熱用の板状フインを示す。
素子１ａ，１ｂのいずれかが熱くなると、まわ
りの沸騰性冷媒が気化して気泡７が発生し、気泡
７は冷媒の上方の空間に逃げて冷媒蒸気８とな
り、他方密封容器３は冷されているので、凝縮し
た冷媒は凝縮液９となつて冷媒４に戻る。かかる
サイクルの繰返しによつて素子は効率良く冷却さ
れるが、気泡７のもつている熱は密封容器３にに
移されるので、気化された冷媒の液化を促進する
ためには密封容器３をも冷却する必要がある。密
封容器の冷却には冷却水を用いる水冷方法と空気
を用いる空冷方法とがある。
りの沸騰性冷媒が気化して気泡７が発生し、気泡
７は冷媒の上方の空間に逃げて冷媒蒸気８とな
り、他方密封容器３は冷されているので、凝縮し
た冷媒は凝縮液９となつて冷媒４に戻る。かかる
サイクルの繰返しによつて素子は効率良く冷却さ
れるが、気泡７のもつている熱は密封容器３にに
移されるので、気化された冷媒の液化を促進する
ためには密封容器３をも冷却する必要がある。密
封容器の冷却には冷却水を用いる水冷方法と空気
を用いる空冷方法とがある。
(3) 従来技術と問題点
一般に密封型の液冷モジユールは、空気が混入
すると冷却能力が著しく低下する。それに対して
モジユールの冷却能力を保持するため、第２図に
示される如く冷却プレートに空気を集める小室を
設けることなどが提案されていた。なお第２図に
おいて、１１は半導体素子、１２は冷媒液体、１
３は気泡、１４は冷却プレート、１５はモジユー
ル、１６は空気を示す。
すると冷却能力が著しく低下する。それに対して
モジユールの冷却能力を保持するため、第２図に
示される如く冷却プレートに空気を集める小室を
設けることなどが提案されていた。なお第２図に
おいて、１１は半導体素子、１２は冷媒液体、１
３は気泡、１４は冷却プレート、１５はモジユー
ル、１６は空気を示す。
かかる例においては、冷媒気泡１５の凝縮の
際、空気１６のような非凝縮性のガスが、冷却プ
レート１４の付近に濃縮される効果を利用するも
のであるが、現実には空気１６は冷却プレート１
４全体に拡がるため、すべてを空気留めのために
別に設けた小室に集めることができず、空気混入
による冷却能力低下を完全には防ぐことができな
い欠点があつた。
際、空気１６のような非凝縮性のガスが、冷却プ
レート１４の付近に濃縮される効果を利用するも
のであるが、現実には空気１６は冷却プレート１
４全体に拡がるため、すべてを空気留めのために
別に設けた小室に集めることができず、空気混入
による冷却能力低下を完全には防ぐことができな
い欠点があつた。
また冷却プレートは一般に冷媒液面上に配置
し、半導体素子面から発生し冷媒液面上に昇つて
きた気泡を冷却するものである。冷却モジユール
に空気の如き非凝縮性のガスが混入するとそれは
冷却プレート付近に集められ、冷却能力が著しく
低下する問題も経験された。
し、半導体素子面から発生し冷媒液面上に昇つて
きた気泡を冷却するものである。冷却モジユール
に空気の如き非凝縮性のガスが混入するとそれは
冷却プレート付近に集められ、冷却能力が著しく
低下する問題も経験された。
(4) 発明の目的
本発明は上記従来の問題に鑑み、冷媒液体が封
入され、かつ、冷却プレートが設けられた液冷モ
ジユールにおいて、空気のような非凝縮性のガス
が混入しても冷却能力の低下することのないモジ
ユールの構造を提供することを目的とする。
入され、かつ、冷却プレートが設けられた液冷モ
ジユールにおいて、空気のような非凝縮性のガス
が混入しても冷却能力の低下することのないモジ
ユールの構造を提供することを目的とする。
(5) 発明の構成
そしてこの目的は本願発明によれば、基板上に
取り付けられた複数個の半導体素子が冷媒液体に
侵漬された液冷モジユールにおいて、該冷媒の気
泡を凝縮させるフインを設け内部に第２の冷媒が
流される冷却プレートが冷媒液体の液面より下に
配置されたことを特徴とする液冷モジユールを提
供することによつて達成される。
取り付けられた複数個の半導体素子が冷媒液体に
侵漬された液冷モジユールにおいて、該冷媒の気
泡を凝縮させるフインを設け内部に第２の冷媒が
流される冷却プレートが冷媒液体の液面より下に
配置されたことを特徴とする液冷モジユールを提
供することによつて達成される。
(6) 発明の実施例
以下本発明実施例を図面によつて詳説する。
液冷の機構は、発生した熱を冷媒液体が沸騰す
ることにより気化熱として奪い、冷却プレートへ
蒸気が凝縮することにより伝達するものである。
そこで本願発明者らは、冷却プレートが液面下に
置かれても、気泡に接触することにより効率の良
い熱伝達ができるし、一方、冷媒液体の沸騰状態
において、空気は液体に溶解しないので、液面下
の冷却プレートなら空気混入による影響を受けな
いことに着目した。
ることにより気化熱として奪い、冷却プレートへ
蒸気が凝縮することにより伝達するものである。
そこで本願発明者らは、冷却プレートが液面下に
置かれても、気泡に接触することにより効率の良
い熱伝達ができるし、一方、冷媒液体の沸騰状態
において、空気は液体に溶解しないので、液面下
の冷却プレートなら空気混入による影響を受けな
いことに着目した。
本発明の第１実施例は第３図に示され、同図に
おいて２１…２６の符号を付した部分は第２図に
おいて符号１１…１６を付した部分と同じ部分を
表示する。この実施例において、半導体素子（以
下には素子という）２１が作動して発熱すると、
冷媒液体２２が沸騰し、気化熱を奪つて冷媒液体
の蒸気からなる気泡２３を発生する。気泡２３は
液体を撹拌しながら上昇し、液面下の冷却プレー
ト２４に接触し、冷却され凝縮して液体に戻る。
なお図において、２４ａは冷却プレート２４のフ
インを示す。モジユール２５内に混入し空気層２
６となる空気は冷媒液体２２内に溶解しないので
冷却能力の低下が防止される。冷却プレート２４
には冷却風または水の如き冷媒が通される。
おいて２１…２６の符号を付した部分は第２図に
おいて符号１１…１６を付した部分と同じ部分を
表示する。この実施例において、半導体素子（以
下には素子という）２１が作動して発熱すると、
冷媒液体２２が沸騰し、気化熱を奪つて冷媒液体
の蒸気からなる気泡２３を発生する。気泡２３は
液体を撹拌しながら上昇し、液面下の冷却プレー
ト２４に接触し、冷却され凝縮して液体に戻る。
なお図において、２４ａは冷却プレート２４のフ
インを示す。モジユール２５内に混入し空気層２
６となる空気は冷媒液体２２内に溶解しないので
冷却能力の低下が防止される。冷却プレート２４
には冷却風または水の如き冷媒が通される。
本発明の第２実施例において、冷却プレートは
第４図ａに示されるように、最外側のフイン２４
ａの内方底部分をわん曲させ気泡２３が留るよう
にして、気泡との接触時間を長くできるようにし
た。なお第４図以下において、既に図示した部分
は同一符号を付して表示する。
第４図ａに示されるように、最外側のフイン２４
ａの内方底部分をわん曲させ気泡２３が留るよう
にして、気泡との接触時間を長くできるようにし
た。なお第４図以下において、既に図示した部分
は同一符号を付して表示する。
第４図ｂには本発明の第３実施例が示され、こ
の実施例においてはフイン２４ａを傾斜させ、気
泡が上昇する際、フイン２４ａに必ず接触するよ
うにした。
の実施例においてはフイン２４ａを傾斜させ、気
泡が上昇する際、フイン２４ａに必ず接触するよ
うにした。
更に本願発明者らは、冷媒液体が沸点付近にお
いて空気を溶解することなく、従つて液面下に冷
却プレートを設ければ、冷却プレートは空気に触
れることなしに気泡に直接接触し凝縮させること
ができること、およびこのとき、冷却プレートに
気泡の通路を上に細る如く多数作ることにより気
泡の接触面積を増し、冷却プレートに気泡が留つ
て熱絶縁を起すことを防ぐことができ、またわず
かに溶解していた空気が冷却プレートに集まるこ
とを防ぎうる点に着目した。
いて空気を溶解することなく、従つて液面下に冷
却プレートを設ければ、冷却プレートは空気に触
れることなしに気泡に直接接触し凝縮させること
ができること、およびこのとき、冷却プレートに
気泡の通路を上に細る如く多数作ることにより気
泡の接触面積を増し、冷却プレートに気泡が留つ
て熱絶縁を起すことを防ぐことができ、またわず
かに溶解していた空気が冷却プレートに集まるこ
とを防ぎうる点に着目した。
本発明の第４実施例を示す第５図を参照する
と、素子２１を作動発熱させるとき熱は冷媒液体
２２に気化熱として伝達され、気泡２３を発生す
る。気泡は冷却プレート２４に接触して冷却され
冷媒液体２２に戻る。このとき気泡２３の量が多
ければ気泡は更に冷却プレート２４に設けた通路
２７を通過し冷却される。通路２７は例えば２mm
から0.5mmと上に細くなる如くに形成する。冷却
プレート２４は冷媒液体２２中にあるため空気が
集まることがなく、また多少ならば上に細くなる
通路２７を経由して、空気層２６へ追い出され
る。この冷却プレート２４には、冷却風あるいは
水のような冷媒２７ａが流される。また、通路の
数は凝縮面積と冷媒２７ａの流体抵抗との兼合い
で決める。なお第６図は一部切欠して断面を示す
冷却プレート２４の斜視図である。
と、素子２１を作動発熱させるとき熱は冷媒液体
２２に気化熱として伝達され、気泡２３を発生す
る。気泡は冷却プレート２４に接触して冷却され
冷媒液体２２に戻る。このとき気泡２３の量が多
ければ気泡は更に冷却プレート２４に設けた通路
２７を通過し冷却される。通路２７は例えば２mm
から0.5mmと上に細くなる如くに形成する。冷却
プレート２４は冷媒液体２２中にあるため空気が
集まることがなく、また多少ならば上に細くなる
通路２７を経由して、空気層２６へ追い出され
る。この冷却プレート２４には、冷却風あるいは
水のような冷媒２７ａが流される。また、通路の
数は凝縮面積と冷媒２７ａの流体抵抗との兼合い
で決める。なお第６図は一部切欠して断面を示す
冷却プレート２４の斜視図である。
(7) 発明の効果
以上詳細に説明した如く、本発明によれば、高
速高熱性の半導体素子のための液冷モジユールに
おいて、フイン付き冷却プレートを冷媒液体の液
面下に設け、前記フインにわん曲をもたせまたは
フイン傾斜させ、更には冷却プレートに通路を形
成することにより、冷却能力が高められるだけで
なく、空気混入による冷却能力の低下が防止され
るので半導体装置の信頼性向上に効果大である。
速高熱性の半導体素子のための液冷モジユールに
おいて、フイン付き冷却プレートを冷媒液体の液
面下に設け、前記フインにわん曲をもたせまたは
フイン傾斜させ、更には冷却プレートに通路を形
成することにより、冷却能力が高められるだけで
なく、空気混入による冷却能力の低下が防止され
るので半導体装置の信頼性向上に効果大である。
第１図と第２図は従来の液冷モジユールの断面
図、第３図と第５図は本発明実施例の断面図、第
４図ａとｂは第３図の冷却プレートの変型例の断
面図、第６図は第５図の冷却プレートの一部切欠
した斜視図である。 ２１……半導体素子、２２……冷媒液体、２３
……気泡、２４……冷却プレート、２４ａ……フ
イン、２５……液冷モジユール、２６……空気
層、２７……通路、２７ａ……冷媒。
図、第３図と第５図は本発明実施例の断面図、第
４図ａとｂは第３図の冷却プレートの変型例の断
面図、第６図は第５図の冷却プレートの一部切欠
した斜視図である。 ２１……半導体素子、２２……冷媒液体、２３
……気泡、２４……冷却プレート、２４ａ……フ
イン、２５……液冷モジユール、２６……空気
層、２７……通路、２７ａ……冷媒。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基板上に取り付けられた複数個の半導体素子
が冷媒液体に侵漬された液冷モジユールにおい
て、該冷媒の気泡を凝縮させるフインを設け内部
に第２の冷媒が流される冷却プレートが冷媒液体
の液面より下に配置されたことを特徴とする液冷
モジユール。 ２ 前記冷却プレートには、上に細くなる通路が
設けられたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の液冷モジユール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58108837A JPS60761A (ja) | 1983-06-17 | 1983-06-17 | 液冷モジユ−ル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58108837A JPS60761A (ja) | 1983-06-17 | 1983-06-17 | 液冷モジユ−ル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60761A JPS60761A (ja) | 1985-01-05 |
| JPH0122742B2 true JPH0122742B2 (ja) | 1989-04-27 |
Family
ID=14494814
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58108837A Granted JPS60761A (ja) | 1983-06-17 | 1983-06-17 | 液冷モジユ−ル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60761A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6285448A (ja) * | 1985-10-09 | 1987-04-18 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の冷却構造 |
| JP4637734B2 (ja) | 2005-11-30 | 2011-02-23 | 富士通株式会社 | 電子装置の冷却装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57103338A (en) * | 1980-12-19 | 1982-06-26 | Hitachi Ltd | Boiling cooling device |
-
1983
- 1983-06-17 JP JP58108837A patent/JPS60761A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60761A (ja) | 1985-01-05 |
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