JPH0263147A - 冷却装置 - Google Patents
冷却装置Info
- Publication number
- JPH0263147A JPH0263147A JP21417788A JP21417788A JPH0263147A JP H0263147 A JPH0263147 A JP H0263147A JP 21417788 A JP21417788 A JP 21417788A JP 21417788 A JP21417788 A JP 21417788A JP H0263147 A JPH0263147 A JP H0263147A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor element
- flow route
- coolant flow
- air
- coolant
- Prior art date
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- Pending
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
発熱量の大きな半導体素子を効率良く冷却するだめの強
制対流沸騰冷却装置に関し 冷媒流路内の冷媒蒸気気泡を効率良く除去して冷媒流路
下流での冷却能力の低下を防止し、高発熱の半導体素子
を冷却できるようにする。とともにより多数の半導体素
子を一度に冷却できるようにすることを目的とし。
制対流沸騰冷却装置に関し 冷媒流路内の冷媒蒸気気泡を効率良く除去して冷媒流路
下流での冷却能力の低下を防止し、高発熱の半導体素子
を冷却できるようにする。とともにより多数の半導体素
子を一度に冷却できるようにすることを目的とし。
冷媒流路内にじか漬けされた複数個の半導体素子を冷媒
液体の強制対流および沸騰により放熱する冷却装置にお
いて、冷媒流路内の半導体素子の下流位置に、半導体素
子の表面から発生し、冷媒液体中に含まれる気泡を吸引
するための気泡吸引用ピンを複数個設けるように構成す
る。
液体の強制対流および沸騰により放熱する冷却装置にお
いて、冷媒流路内の半導体素子の下流位置に、半導体素
子の表面から発生し、冷媒液体中に含まれる気泡を吸引
するための気泡吸引用ピンを複数個設けるように構成す
る。
（産業上の利用分野〕
本発明は、冷却装置、特に発熱量の大きな半導体素子を
効率良く冷却するための強制対流沸騰冷却装置に関する
。
効率良く冷却するための強制対流沸騰冷却装置に関する
。
近年、高速コンピュータなどの半導体素子を使用した電
子機器において、半導体素子の発熱量が増大し、この熱
を外部に逃がすために９種々の冷知友法が提案されてい
る。
子機器において、半導体素子の発熱量が増大し、この熱
を外部に逃がすために９種々の冷知友法が提案されてい
る。
高速コンピュータでは、半導体素子の高集積化および高
密度実装化により、単位体積あたりの発熱量は飛躍的に
増大している。このため、より一層高効率の冷却技術を
確立する必要がある。
密度実装化により、単位体積あたりの発熱量は飛躍的に
増大している。このため、より一層高効率の冷却技術を
確立する必要がある。
従来、ＬＳＩ等の半導体素子を冷却する手段として、半
導体素子に放熱フィンを装着したり、ファンにより半導
体素子を強制空冷する空冷冷却方式や半導体素子を直接
冷媒中に浸漬する冷却方式が採られている。
導体素子に放熱フィンを装着したり、ファンにより半導
体素子を強制空冷する空冷冷却方式や半導体素子を直接
冷媒中に浸漬する冷却方式が採られている。
第３図は、後者に属するプール沸騰型冷却装置を示す図
である。
である。
第３図において、２０１は半導体素子、２０２は実装基
板、２０３は容器、２０４は冷媒液体。
板、２０３は容器、２０４は冷媒液体。
２０５は気泡、２０６は上部空間、２０７は熱交換パイ
プである。
プである。
以下、第３図を用いて、従来のプール沸騰型冷却装置を
説明する。
説明する。
複数個の半導体素子２０１を搭載した実装基板２０２を
容器２０３中に満たされた冷媒液体２０４の中に浸漬さ
せる。
容器２０３中に満たされた冷媒液体２０４の中に浸漬さ
せる。
半導体素子２０１が発生する熱の一部は、冷媒ン＆体２
０４の沸騰気化潜熱として吸収される。このとき、冷媒
液体２０４中に気泡２０５が発生する。
０４の沸騰気化潜熱として吸収される。このとき、冷媒
液体２０４中に気泡２０５が発生する。
気泡２０５は、容器２０３の上部空間２０６に設けられ
た熱交換パイプ２０７により液化される。
た熱交換パイプ２０７により液化される。
以上、プール沸騰型冷却装置を説明したが、この種の冷
却装置は冷媒液体２０４が容器２０３内に閉じ込められ
ているので、放熱量には限界がある。そこで、より大き
な放熱量を得るために、冷媒液体を強制的に対流させる
１強制対流沸騰冷却装置が提案されている。
却装置は冷媒液体２０４が容器２０３内に閉じ込められ
ているので、放熱量には限界がある。そこで、より大き
な放熱量を得るために、冷媒液体を強制的に対流させる
１強制対流沸騰冷却装置が提案されている。
強制対流沸騰冷却装置は、第３図に示したプール沸騰型
冷却装置の容器２０３の外に熱交換器を設け、冷媒液体
を循環ポンプにより、容器２０３と熱交換器との間を循
環させて放熱量を大きくしたものである。
冷却装置の容器２０３の外に熱交換器を設け、冷媒液体
を循環ポンプにより、容器２０３と熱交換器との間を循
環させて放熱量を大きくしたものである。
従来の強制対流沸騰冷却装置には、熱伝達効率が高い反
面、沸騰により生じた冷媒の蒸気気泡が。
面、沸騰により生じた冷媒の蒸気気泡が。
循環している冷媒液体に混合し、気液２相流となるため
、冷媒液体に対する蒸気気泡の量が増加するほど熱交換
効率が低下する。という問題があった。
、冷媒液体に対する蒸気気泡の量が増加するほど熱交換
効率が低下する。という問題があった。
また、蒸気気泡の量が増加すると、循環ポンプで加圧し
て循環させている冷媒液体の圧力バランスがくずれ、安
定な冷却を妨げる原因となる脈流が生じる。という問題
もあった。
て循環させている冷媒液体の圧力バランスがくずれ、安
定な冷却を妨げる原因となる脈流が生じる。という問題
もあった。
さらに、半導体素子の発熱量が太き（なると。
冷媒の沸騰が激しくなるため、複数個の半導体素子を一
度に冷却する構造のものでは沸騰によって生じた気泡の
量が冷媒流路の下流で増加するため。
度に冷却する構造のものでは沸騰によって生じた気泡の
量が冷媒流路の下流で増加するため。
冷却効率が低下し、半導体素子の表面で冷媒が膜沸騰に
達して温度が急上昇するため半導体素子が破壊する。と
いう問題もあった。
達して温度が急上昇するため半導体素子が破壊する。と
いう問題もあった。
高発熱密度の半導体素子に対して０強制空冷あるいは伝
導水冷に比べて冷却効率の高い強制対流沸騰冷却を適用
する際に、最も障害となるのは流路内で発生する気液２
相流の処理である。
導水冷に比べて冷却効率の高い強制対流沸騰冷却を適用
する際に、最も障害となるのは流路内で発生する気液２
相流の処理である。
本発明は、冷媒流路内の冷媒蒸気気泡を効率良く除去し
て冷媒流路下流での冷却能力の低下を防止し、高発熱の
半導体素子を冷却できるようにする。とともにより多数
の半導体素子を一度に冷却できるようにした強制対流沸
騰冷却装置を提供することを目的とする。
て冷媒流路下流での冷却能力の低下を防止し、高発熱の
半導体素子を冷却できるようにする。とともにより多数
の半導体素子を一度に冷却できるようにした強制対流沸
騰冷却装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために１本発明の冷却装置は、冷媒
流路内にじか漬けされた複数個の半導体素子を冷媒液体
の強制対流および沸騰により放熱する冷却装置において
、冷媒流路内の半導体素子の下流位置に、半導体素子の
表面から発生し、冷媒液体中に含まれる気泡を吸引する
ための気泡吸引用ピンを複数個設けるように構成する。
流路内にじか漬けされた複数個の半導体素子を冷媒液体
の強制対流および沸騰により放熱する冷却装置において
、冷媒流路内の半導体素子の下流位置に、半導体素子の
表面から発生し、冷媒液体中に含まれる気泡を吸引する
ための気泡吸引用ピンを複数個設けるように構成する。
（作用〕
本発明の冷却装置、特に強制対流沸騰冷却装置は、冷媒
流路内の半導体素子の下流位置に、半導体素子の表面か
ら発生し、冷媒液体中に含まれる気泡を吸引するための
気泡吸引用ピンを複数個設けているので、半導体素子が
発熱によって発生した気泡を半導体素子の・下流側で吸
引するため、冷媒流路内に存在する気泡が少なく５冷媒
流路下流での冷却能力の低下が起こらない、したがって
。
流路内の半導体素子の下流位置に、半導体素子の表面か
ら発生し、冷媒液体中に含まれる気泡を吸引するための
気泡吸引用ピンを複数個設けているので、半導体素子が
発熱によって発生した気泡を半導体素子の・下流側で吸
引するため、冷媒流路内に存在する気泡が少なく５冷媒
流路下流での冷却能力の低下が起こらない、したがって
。
高発熱の半導体素子を冷却できる。と同時により多数個
の半導体素子を一度に冷却することが可能になる。
の半導体素子を一度に冷却することが可能になる。
第１図は本発明の強制対流沸騰冷却装置の断面図、第２
図は本発明の強制対流沸騰冷却装置の斜視図である。
図は本発明の強制対流沸騰冷却装置の斜視図である。
第１図および第２図において、ｌｏｔは冷媒流路、１０
２は半導体素子、１０３は冷媒液体、１０４は冷媒液体
の流れ、１０りは気泡、１０６は気泡吸引用ピンである
。
２は半導体素子、１０３は冷媒液体、１０４は冷媒液体
の流れ、１０りは気泡、１０６は気泡吸引用ピンである
。
以下、第１図および第２図を用いて２本発明の１実施例
を説明する。
を説明する。
本発明の強制対流沸騰冷却装置には、複数本の冷媒流路
１０１が設けられている。各冷媒流路ｌＯ１の内部には
、上流から下流にかけて、複数個の半導体素子１０２が
載置されている。また、冷媒流路ｌｏｔの内部には、冷
媒液体の流れ１０４として示すように、フッ化炭素（Ｃ
ｂＦ＋ａ ）などの冷媒液体１０３が流速０．５〜１．
２ｍ／ｓで流れている。冷媒液体１０３の温度は、２０
〜４０℃である。
１０１が設けられている。各冷媒流路ｌＯ１の内部には
、上流から下流にかけて、複数個の半導体素子１０２が
載置されている。また、冷媒流路ｌｏｔの内部には、冷
媒液体の流れ１０４として示すように、フッ化炭素（Ｃ
ｂＦ＋ａ ）などの冷媒液体１０３が流速０．５〜１．
２ｍ／ｓで流れている。冷媒液体１０３の温度は、２０
〜４０℃である。
冷媒流路１０１は、循環ポンプ（図示せず）を介して熱
交換器（図示せず）と接続されており。
交換器（図示せず）と接続されており。
この系により冷媒液体１０３が冷媒流路１０１内を循環
するようになっている。また、気泡吸引用ピン１０６が
吸引した冷媒蒸気気泡１０５も液化された後、循環ポン
プにより再び冷媒流路１０１内に送り込まれる。
するようになっている。また、気泡吸引用ピン１０６が
吸引した冷媒蒸気気泡１０５も液化された後、循環ポン
プにより再び冷媒流路１０１内に送り込まれる。
次に２本発明の特徴である気泡吸引用ピン１０６を説明
する。
する。
気泡吸引用ピン１０６は、冷媒流路１０１内の半導体素
子１０２の下流位置１例えば半導体素子子ノブ端から１
鶴の位置に、半導体素子チップ１個あたり３例えば３個
取り付ける。気泡吸引用ピン１個あたりの気泡の吸引量
は１例えば３１／ｓである。
子１０２の下流位置１例えば半導体素子子ノブ端から１
鶴の位置に、半導体素子チップ１個あたり３例えば３個
取り付ける。気泡吸引用ピン１個あたりの気泡の吸引量
は１例えば３１／ｓである。
以上の説明では気泡唆引用ピン１０６により半導体素子
１０２の表面で発生した冷媒蒸気気泡を強制的に吸引し
て除去する例を示した。しかしながら５気泡吸引用ピン
１０６に気泡吸引力を付与しなくとも、気泡吸引用ピン
１０６を設けるだけでも冷媒蒸気気泡の発生量を減少さ
せるとともに冷却能力を向上させることができる。
１０２の表面で発生した冷媒蒸気気泡を強制的に吸引し
て除去する例を示した。しかしながら５気泡吸引用ピン
１０６に気泡吸引力を付与しなくとも、気泡吸引用ピン
１０６を設けるだけでも冷媒蒸気気泡の発生量を減少さ
せるとともに冷却能力を向上させることができる。
第１表に気泡の発生量の計測例を、また第２表に冷却能
力の計測例を示す。
力の計測例を示す。
（以下余白）
星上表 気泡の発生量（体積％）
＊チップの番号は、冷媒流路１０１内の半導体素子の順
番を表す番号であり、上流より１．２．・・・・・・、
１２である。
番を表す番号であり、上流より１．２．・・・・・・、
１２である。
＊＊条件Ａは気泡吸引用ピン１０６がない場合。
条件Ｂは気泡吸引用ピン１０６を設けた場合２条件Ｃは
気泡吸引用ピン１０６を設け。
気泡吸引用ピン１０６を設け。
かつ吸引を行った場合を示している。
（以下余白）
１１表 冷却能力（Ｗ／ｃｓｌ）
を−度に冷却することができるようになる。
また、気泡吸引用ピンを取り付けるだけでも冷媒液体の
流れに乱流を生じさせる効果が得られるため、従来より
も高発熱の半導体素子を冷却することができる。
流れに乱流を生じさせる効果が得られるため、従来より
も高発熱の半導体素子を冷却することができる。
したがって１本発明によれば、半導体素子を高密度に実
装することが可能になるので、コンピュータの計算速度
を速めることができ、性能の向上に寄与するところが大
きい。
装することが可能になるので、コンピュータの計算速度
を速めることができ、性能の向上に寄与するところが大
きい。
＊条件Ａは気泡吸引用ピン１０６がない場合条件Ｂは気
泡吸引用ピン１０６を設けた場合。
泡吸引用ピン１０６を設けた場合。
条件Ｃは気泡吸引用ピン１０６を設け、かつ吸引を行っ
た場合を示している。
た場合を示している。
本発明によれば、冷媒流路内の冷媒蒸気気泡を効率良く
除去して冷媒流路下流での冷却能力の低下を防止し、高
発熱の半導体素子を冷却することが可能になる。ととも
により多数個の半導体素子
除去して冷媒流路下流での冷却能力の低下を防止し、高
発熱の半導体素子を冷却することが可能になる。ととも
により多数個の半導体素子
第１図は本発明の強制対流沸騰冷却装置の断面図５
第２図は本発明の強制対流沸騰冷却装置の斜視図。
第３図は従来のプール沸騰型冷却装置の例を示す図
である。
第１図および第２図において
ｌＯｌ：冷媒流路
１０２ ：
１０３ ＝
１０４ ：
ｌ ０５ ：
１０６：
半導体素子
冷媒液体
冷媒液体の流れ
気泡
気泡吸引用ピン
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 冷媒流路（１０１）内にじか漬けされた複数個の半導体
素子（１０２）を冷媒液体（１０３）の強制対流および
沸騰により放熱する冷却装置において、 冷媒流路（１０１）内の半導体素子（１０２）の下流位
置に、半導体素子（１０２）の表面から発生し、冷媒液
体（１０３）中に含まれる気泡（１０５）を吸引するた
めの気泡吸引用ピン（１０６）を複数個設けた ことを特徴とする冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21417788A JPH0263147A (ja) | 1988-08-29 | 1988-08-29 | 冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21417788A JPH0263147A (ja) | 1988-08-29 | 1988-08-29 | 冷却装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0263147A true JPH0263147A (ja) | 1990-03-02 |
Family
ID=16651513
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21417788A Pending JPH0263147A (ja) | 1988-08-29 | 1988-08-29 | 冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0263147A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04188649A (ja) * | 1990-11-19 | 1992-07-07 | Kawasaki Steel Corp | プログラマブル論理素子 |
| JPH04196155A (ja) * | 1990-11-26 | 1992-07-15 | Nec Corp | 集積回路の冷却方法 |
| US5293754A (en) * | 1991-07-19 | 1994-03-15 | Nec Corporation | Liquid coolant circulating system |
| US5522452A (en) * | 1990-10-11 | 1996-06-04 | Nec Corporation | Liquid cooling system for LSI packages |
-
1988
- 1988-08-29 JP JP21417788A patent/JPH0263147A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5522452A (en) * | 1990-10-11 | 1996-06-04 | Nec Corporation | Liquid cooling system for LSI packages |
| EP0817263A3 (en) * | 1990-10-11 | 1998-01-14 | Nec Corporation | Liquid cooling system for LSI packages |
| JPH04188649A (ja) * | 1990-11-19 | 1992-07-07 | Kawasaki Steel Corp | プログラマブル論理素子 |
| JPH04196155A (ja) * | 1990-11-26 | 1992-07-15 | Nec Corp | 集積回路の冷却方法 |
| US5293754A (en) * | 1991-07-19 | 1994-03-15 | Nec Corporation | Liquid coolant circulating system |
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