JPH03268455A - 半導体モジュール - Google Patents
半導体モジュールInfo
- Publication number
- JPH03268455A JPH03268455A JP6706290A JP6706290A JPH03268455A JP H03268455 A JPH03268455 A JP H03268455A JP 6706290 A JP6706290 A JP 6706290A JP 6706290 A JP6706290 A JP 6706290A JP H03268455 A JPH03268455 A JP H03268455A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cooling
- semiconductor module
- cooling water
- pressurizer
- pressure
- 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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ＬＳＩなどの半導体素子の水冷却系を備えた
半導体モジュールに係り、特に、冷却構造体の亀裂を防
止できる高信頼性半導体モジュールに関する。
半導体モジュールに係り、特に、冷却構造体の亀裂を防
止できる高信頼性半導体モジュールに関する。
ＬＳＩなどの半導体素子を搭載した半導体装置は素子の
発熱による温度上昇を防止するため、従来は素子を収納
する金属パッケージにフィンを取り付け、ファンにより
送風して冷却する強制冷却方式であった。しかし、素子
の高集積化及び電子計算機などの高密度実装化により発
熱量が次第に増大し、空冷では素子の許容温度以下にす
るのが難しくなり、冷却効率の高い水冷方式が提案され
ている。水冷方式では、半導体素子上に冷却構造体を設
け、その中に通水して水冷する方式が最も実用的、且つ
、冷却効率の高い方法である。
発熱による温度上昇を防止するため、従来は素子を収納
する金属パッケージにフィンを取り付け、ファンにより
送風して冷却する強制冷却方式であった。しかし、素子
の高集積化及び電子計算機などの高密度実装化により発
熱量が次第に増大し、空冷では素子の許容温度以下にす
るのが難しくなり、冷却効率の高い水冷方式が提案され
ている。水冷方式では、半導体素子上に冷却構造体を設
け、その中に通水して水冷する方式が最も実用的、且つ
、冷却効率の高い方法である。
従来提案されている水冷却構造体は、半導体素子の発熱
に伴う熱変形を吸収するためのベローズ、あるいは、ダ
イヤフラムが用いられ、その内部に通水されるようにな
っている。ダイヤフラムやベローズは薄肉の金属板から
構成されているので、この金属板の冷却水による冷却効
率、あるいは。
に伴う熱変形を吸収するためのベローズ、あるいは、ダ
イヤフラムが用いられ、その内部に通水されるようにな
っている。ダイヤフラムやベローズは薄肉の金属板から
構成されているので、この金属板の冷却水による冷却効
率、あるいは。
腐食の進行による水漏れの発生の検知と防止を考慮した
水冷却構造体や半導体モジュールが提案されている。特
開昭６１−２７６２４２号公報のように水冷却構造体を
収容するハウジング内に水漏れを検知する湿度センサを
設けたもの、特開昭６２−１９４６９９号公報のように
ダイヤフラム、あるいは、ベローズの腐食による減肉を
検知する機能を備えたもの、特開昭６１−７７３１号公
報では冷却構造体接合部に異種金属接触腐食防止の犠牲
陽極リングを備えたものなどが提案されている。
水冷却構造体や半導体モジュールが提案されている。特
開昭６１−２７６２４２号公報のように水冷却構造体を
収容するハウジング内に水漏れを検知する湿度センサを
設けたもの、特開昭６２−１９４６９９号公報のように
ダイヤフラム、あるいは、ベローズの腐食による減肉を
検知する機能を備えたもの、特開昭６１−７７３１号公
報では冷却構造体接合部に異種金属接触腐食防止の犠牲
陽極リングを備えたものなどが提案されている。
上記従来技術は、半導体素子の冷却効率や熱変形を吸収
するための冷却構造体の構造及び冷却構造体の腐食や水
漏れを検知することは考慮されているが、冷却水の循環
水圧による冷却構造体の疲労亀裂の考慮が不十分であっ
た。
するための冷却構造体の構造及び冷却構造体の腐食や水
漏れを検知することは考慮されているが、冷却水の循環
水圧による冷却構造体の疲労亀裂の考慮が不十分であっ
た。
すなわち、超薄肉の冷却構造体に冷却水の循環水圧によ
って繰り返し加重がかかり、結果として疲労亀裂が生じ
冷却水が漏れ、これが半導体素子、及び、基板に接触す
れば電気的に短絡され、半導体モジュールが破壊する重
大なトラブルが生じるにも関らず、この点に対する考慮
はほとんどなされでいなかった。
って繰り返し加重がかかり、結果として疲労亀裂が生じ
冷却水が漏れ、これが半導体素子、及び、基板に接触す
れば電気的に短絡され、半導体モジュールが破壊する重
大なトラブルが生じるにも関らず、この点に対する考慮
はほとんどなされでいなかった。
本発明の目的は、冷却水の循環水圧によって冷却構造体
に生じる加重を防止する手段を備えた半導体モジュール
及びその冷却システムを提供することにある。
に生じる加重を防止する手段を備えた半導体モジュール
及びその冷却システムを提供することにある。
上記目的は、半導体素子、冷却構造体を基板上に密閉収
納するハウジング内に不活性ガスを圧入し、この不活性
ガスの圧力を常時冷却構造体内の冷却水循環圧力と同じ
圧力に保持すること、及び、冷却水循環系に不揮発性の
疎水液を内蔵した加圧器、除湿器、さらには、ハウジン
グ内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ノズル等で
構成される冷却水洩えい防止システムにより達成される
。
納するハウジング内に不活性ガスを圧入し、この不活性
ガスの圧力を常時冷却構造体内の冷却水循環圧力と同じ
圧力に保持すること、及び、冷却水循環系に不揮発性の
疎水液を内蔵した加圧器、除湿器、さらには、ハウジン
グ内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ノズル等で
構成される冷却水洩えい防止システムにより達成される
。
密閉ハウジング内に圧入された不活性ガスは、冷却構造
体内部を流れる冷却水圧力と同じ圧力に保持されるため
、冷却構造体にかかる冷却水の循環水圧は無視でき、循
環水圧による連続加重を生じる冷却構造体の疲労亀裂を
防止できる。
体内部を流れる冷却水圧力と同じ圧力に保持されるため
、冷却構造体にかかる冷却水の循環水圧は無視でき、循
環水圧による連続加重を生じる冷却構造体の疲労亀裂を
防止できる。
冷却水循環系に設けられた加圧器は、冷却水循環圧力を
ガス圧力に変えて密閉ハウジング内に不活性ガスを圧入
する作用をする。すなわち、加圧器内には循環水、不揮
発性の疎水液、及び、不活性ガスを三層にして内蔵し、
循環水圧力に応じたガス圧力を密閉ハウジング内に圧入
する。さらに、冷却水循環系には加圧器の後に除湿器を
設けると、不活性ガス中の水分を捕集し、湿度を下げた
ガスを圧入する作用をする。
ガス圧力に変えて密閉ハウジング内に不活性ガスを圧入
する作用をする。すなわち、加圧器内には循環水、不揮
発性の疎水液、及び、不活性ガスを三層にして内蔵し、
循環水圧力に応じたガス圧力を密閉ハウジング内に圧入
する。さらに、冷却水循環系には加圧器の後に除湿器を
設けると、不活性ガス中の水分を捕集し、湿度を下げた
ガスを圧入する作用をする。
また、冷却水循環系路内の冷却水タンクを加圧器として
用いることも可能である。この場合には、冷却水タンク
は半導体モジュールの上流側に設置し、冷却構造体にか
かる循環水圧を小さくすると良い。この方法では加圧器
内に疎水性多孔質膜を設けると加圧器内での冷却水の溢
水を防止し不活性ガス配管への冷却水の混入を防止する
作用をする。
用いることも可能である。この場合には、冷却水タンク
は半導体モジュールの上流側に設置し、冷却構造体にか
かる循環水圧を小さくすると良い。この方法では加圧器
内に疎水性多孔質膜を設けると加圧器内での冷却水の溢
水を防止し不活性ガス配管への冷却水の混入を防止する
作用をする。
なお、本発明で云う加圧器には、ダイヤフラム、あるい
は、ピストンを利用した方式を用いてもよい。
は、ピストンを利用した方式を用いてもよい。
本発明の加圧器で中間媒体として用いた不揮発性の疎水
液は、水より比重が軽く、水と混じらないものの一例を
上げると油等が好適である。
液は、水より比重が軽く、水と混じらないものの一例を
上げると油等が好適である。
本発明で云う不活性ガスはヘリウム、アルゴンネオン、
クリプトン、窒素等のいずれも用いることができる。
クリプトン、窒素等のいずれも用いることができる。
以下、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例になる半導体モジュールの断
面図である。半導体素子１を配線基板２に実装する。半
導体素子１の上面にはんだ３により冷却板４を固着する
。冷却板４には熱伝導性のよいセラミックスを用いる。
面図である。半導体素子１を配線基板２に実装する。半
導体素子１の上面にはんだ３により冷却板４を固着する
。冷却板４には熱伝導性のよいセラミックスを用いる。
冷却板４には冷却水を通すキャップ５を固着する。キャ
ップ５の開口部には弾性をもつ金属ベローズ６を接合す
る。ベローズ６の上端は冷却水の開口部を設けたハウジ
ング７に固定する。ハウジング７は、さらに、配線基板
２とも接合し、半導体素子１と冷却構造体を密封する。
ップ５の開口部には弾性をもつ金属ベローズ６を接合す
る。ベローズ６の上端は冷却水の開口部を設けたハウジ
ング７に固定する。ハウジング７は、さらに、配線基板
２とも接合し、半導体素子１と冷却構造体を密封する。
ハウジング７には不活性ガスの供給口８が接続されてい
る。不活性ガス供給口８からは、不活性ガスが圧入され
て、密閉ハウジング７内で冷却水圧力と同じ圧力が保持
される。
る。不活性ガス供給口８からは、不活性ガスが圧入され
て、密閉ハウジング７内で冷却水圧力と同じ圧力が保持
される。
このように、半導体チップと冷却構造体を封入した密閉
ハウジング内の不活性ガスを冷却構造体内の冷却水圧力
と同じ圧力に、常時、保持することにより、冷却水圧力
による冷却構造体の疲労亀裂が防止される。
ハウジング内の不活性ガスを冷却構造体内の冷却水圧力
と同じ圧力に、常時、保持することにより、冷却水圧力
による冷却構造体の疲労亀裂が防止される。
第２図は、第１図に示した半導体モジュールを用いた電
子計算機の水冷却システムの系統図である。
子計算機の水冷却システムの系統図である。
第１図に示した半導体モジュールは密閉循環冷却水系に
接続される。循環冷却水系は半導体モジュール９を通過
し、冷却水タンク１０．昇温した冷却水を冷却する熱交
換器１１．冷却水中の不純物を取り除く浄化装置１２と
循環ポンプ１３から構成されている。
接続される。循環冷却水系は半導体モジュール９を通過
し、冷却水タンク１０．昇温した冷却水を冷却する熱交
換器１１．冷却水中の不純物を取り除く浄化装置１２と
循環ポンプ１３から構成されている。
ここで、半導体モジュール部を循環する系に加圧器１４
及び除湿器５を設け、循環水圧力に等しい不活性ガス圧
を半導体モジュールの密閉ハウジング内に供給し、ハウ
ジング内を所定の圧力で保持する。
及び除湿器５を設け、循環水圧力に等しい不活性ガス圧
を半導体モジュールの密閉ハウジング内に供給し、ハウ
ジング内を所定の圧力で保持する。
第３図は、＃ｉ環冷却水系の冷却水タンクを加圧器とし
た水冷却システムの系統図を示す。半導体モジュール９
は第２図と同様に冷却水系に接続されている。ここで半
導体モジュール９の上流側に冷却水タンク１０を設置す
ると、冷却構造体にかかる循環水圧力を小さくできる。
た水冷却システムの系統図を示す。半導体モジュール９
は第２図と同様に冷却水系に接続されている。ここで半
導体モジュール９の上流側に冷却水タンク１０を設置す
ると、冷却構造体にかかる循環水圧力を小さくできる。
冷却水タンク１０の気相部分を不活性ガスで充填し、第
１図に示した半導体モジュールの密閉ハウジング内の供
給ノズルと接続することにより、＠環水圧力に等しい不
活性ガス圧を半導体モジュールの密閉ハウジング内に供
給し、ハウジング内の所定の圧力で保持する。
１図に示した半導体モジュールの密閉ハウジング内の供
給ノズルと接続することにより、＠環水圧力に等しい不
活性ガス圧を半導体モジュールの密閉ハウジング内に供
給し、ハウジング内の所定の圧力で保持する。
第４図及び第５図は本発明の加圧器及び除湿器の構成図
である。第４図において、加圧器は冷却水１６．疎水液
１７．不活性ガス１８の三層に分かれ、冷却系の循環水
圧力で疎水液を押し上げ、押し上げられた不活性ガスは
半導体モジュールの密閉ハウジング内に圧入される。第
５図において、除湿器内には乾燥剤１９を充填しておき
、加圧器から来た不活性ガス中の水分を捕集し、水分の
ない不活性ガスを半導体モジュールの密閉ハウジング内
に供給する。また、第４図において、疎水性の多孔質膜
２０を設けると、誤操作によるハウジング内への冷却水
の流入を防止できさらに好適である。
である。第４図において、加圧器は冷却水１６．疎水液
１７．不活性ガス１８の三層に分かれ、冷却系の循環水
圧力で疎水液を押し上げ、押し上げられた不活性ガスは
半導体モジュールの密閉ハウジング内に圧入される。第
５図において、除湿器内には乾燥剤１９を充填しておき
、加圧器から来た不活性ガス中の水分を捕集し、水分の
ない不活性ガスを半導体モジュールの密閉ハウジング内
に供給する。また、第４図において、疎水性の多孔質膜
２０を設けると、誤操作によるハウジング内への冷却水
の流入を防止できさらに好適である。
このように冷却水循環系に加圧器を設けるとともに半導
体モジュールの密閉ハウジングに不活性ガス供給ノズル
を含むガス供給系を備えることにより、密閉ハウジング
内を常時、冷却水圧力と同じ圧力の不活性ガスを充填で
き、冷却水の漏洩を防止できる。
体モジュールの密閉ハウジングに不活性ガス供給ノズル
を含むガス供給系を備えることにより、密閉ハウジング
内を常時、冷却水圧力と同じ圧力の不活性ガスを充填で
き、冷却水の漏洩を防止できる。
本発明によれば、水冷却構造体を備えた半導体モジュー
ルの冷却水漏れを防ぐことができるので。
ルの冷却水漏れを防ぐことができるので。
半導体モジュール及び電子計算機の信頼性を高める上で
効果がある。
効果がある。
第１図は本発明の一実施例になる半導体モジュ−ルの断
面図、第２図及び第３図は第１図の半導体モジュールで
構成された電子計算機の水冷却システムの系統図、第４
図及び第５図は本発明の加圧器及び除湿器の断面図であ
る。 ｌ・・・半導体素子、２・・・配線基板、３・・・はん
だ、４・・・冷却板、５・・・キャップ、６・・・金属
ベローズ、７・・・ハウジング、８・・・ガス供給口、
９・・・半導体モジュール、１０・・・冷却水タンク、
１１・・・熱交換器、１２・・・浄化装置、１３・・・
循環ポンプ、１４・・・加圧器、１５・・・除湿器、１
６・・・冷却水、１７・・・疎水液、１８・・・不活性
ガス、１９・・・乾燥剤、２０・・・疎水性筒 図 第 ４ 図 ↑ 第 図 ↑
面図、第２図及び第３図は第１図の半導体モジュールで
構成された電子計算機の水冷却システムの系統図、第４
図及び第５図は本発明の加圧器及び除湿器の断面図であ
る。 ｌ・・・半導体素子、２・・・配線基板、３・・・はん
だ、４・・・冷却板、５・・・キャップ、６・・・金属
ベローズ、７・・・ハウジング、８・・・ガス供給口、
９・・・半導体モジュール、１０・・・冷却水タンク、
１１・・・熱交換器、１２・・・浄化装置、１３・・・
循環ポンプ、１４・・・加圧器、１５・・・除湿器、１
６・・・冷却水、１７・・・疎水液、１８・・・不活性
ガス、１９・・・乾燥剤、２０・・・疎水性筒 図 第 ４ 図 ↑ 第 図 ↑
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、複数個の半導体素子を搭載した配線基板と、前記半
導体素子を水によって冷却する密閉式の循環水による冷
却構造体と、前記冷却構造体を密閉収納する密閉ハウジ
ングとからなる半導体モジュールにおいて、 前記密閉ハウジング内に前記冷却構造体内の冷却水循環
圧力と同じガス圧の不活性ガスを圧入保持することを特
徴とする半導体モジュール。 ２、冷却水の主循環系路に加圧器を設けたことを特徴と
する半導体モジュール。 ３、請求項２において、前記加圧器内に不揮発性の疎水
液を中間媒体として内蔵した半導体モジュール。 ４、請求項１において、前記密閉ハウジング内に不活性
ガスの供給ノズルを設けた半導体モジュール。 ５、請求項１において、前記冷却水の主循環系路内の冷
却水タンクを加圧器とし、前記冷却水タンクを上流側に
設置する半導体モジュール。 ６、請求項２または５において、前記加圧器は疎水性多
孔質膜を内蔵したものである半導体モジュール。 ７、請求項２または５において、前記加圧器を経由した
系路に除湿器を設けた半導体モジュール。 ８、加圧器にピストンを用いて循環水圧力をガス圧に変
えた半導体モジュール。 ９、加圧器にダイヤフラムを用いて循環水圧力をガス圧
に変えた半導体モジュール。 １０、冷却水の循環圧力変化に応じたガスを供給できる
半導体モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6706290A JPH03268455A (ja) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | 半導体モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6706290A JPH03268455A (ja) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | 半導体モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03268455A true JPH03268455A (ja) | 1991-11-29 |
Family
ID=13333983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6706290A Pending JPH03268455A (ja) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | 半導体モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03268455A (ja) |
-
1990
- 1990-03-19 JP JP6706290A patent/JPH03268455A/ja active Pending
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