JPH065700B2 - 電子回路デバイスの冷却装置 - Google Patents

電子回路デバイスの冷却装置

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JPH065700B2
JPH065700B2 JP62181028A JP18102887A JPH065700B2 JP H065700 B2 JPH065700 B2 JP H065700B2 JP 62181028 A JP62181028 A JP 62181028A JP 18102887 A JP18102887 A JP 18102887A JP H065700 B2 JPH065700 B2 JP H065700B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ＬＳＩなどの電子回路デバイスを冷却する装
置に係り、特に上記デバイスの温度を高精度に保持し、
多数の被検査デバイスを常に安定に冷却するのに好適な
電子回路デバイスの冷却装置に関する。
〔技術の技術〕
従来のこの種の冷却装置は、ファンなどにより電子回路
デバイスの表面に直接空気を吹付けて、デバイス自体の
発熱によるデバイスの温度上昇を押えていた。しかし、
近年、電子回路デバイス、特に半導体集積回路等では高
集積、高電力化が進み、デバイスを充分に冷却すること
ができなくなって来た。そこで、常温空気に変えて、低
温空気を用いることが提案されている。しかし、低温空
気を作り出すのは、大掛かりな装置が必要となると共
に、低温にすると装置が結露し易く、電気絶縁性が低下
するなど心配される。
なお、この種の装置として関連するものには、例えば、
特開昭６１−２４７０６１号公報などが挙げられる。
一方、特公昭５６−３１７４３号では、冷却特性を高め
るため、水などによって冷却される冷却板をＬＳＩチッ
プに押し当てて冷却する方法が提案されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記の従来技術は、空気中で使用しようとすると、冷却
板及び電子回路デバイスとの接触面を高精度に仕上げ、
数μｍ以下の表面粗さと反りにしても、空気の熱伝導率
が小さく、接触面荷重が大きくとれないため、上記接触
面間の熱抵抗は大きい。また、表面粗さや反りがわずか
に変化しても、接触熱抵抗は大きく変動してしまう。こ
のため、被特性評価・選別用デバイスの温度を高精度に
保ちながら冷却することは難しい。更に、多数のデバイ
スを次々に検査するような場合、冷却板の表面は傷がつ
いてしまう。したがって、デバイスを常に安定に冷却す
るにも、上記の方法は難しい。
本発明の目的は、多数の電子回路デバイスを常に安定に
かつ高精度の温度範囲に保つように冷却することのでき
る冷却装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の特徴は、電子回路デバイスを保持する基板と、
前記電子回路デバイスの周囲に間隙を介して設けた部材
と、前記電子回路デバイスの冷却面に第１の流体を供給
噴出させて前記デバイスを冷却する第１の流体供給手段
と、前記第１の流体の噴出方向とは反対方向から前記間
隙を通過して第１の流体側にこの第１の流体とは種類が
異なり電気絶縁性を有する第２の流体を供給する第２の
流体供給手段とを備えた点にある。
〔作用〕
上記のような構成にすることにより、電子回路デバイス
に噴射された冷却用の第１の流体の流れ、あるいは飛
沫、蒸気などが電子回路デバイスあるいはデバイス検査
用測定回路の方に行くことを、第２の流体の流れが阻止
するように作用する。それによって、上記電気回路等の
電気絶縁性が低下することがなくなる。また、第１の流
体による汚染なども防止することができる。
一方、第１の流体の噴流は、デバイスの冷却面の粗さや
反り、あるいは噴流ノズルとデバイス間の距離などが多
少変動しても、デバイスを常に安定に冷却することがで
きる。特に、第１の流体に純水を用いれば、低流速の噴
流を効果的に冷却でき、第２の流体に空気を使用すれ
ば、特別の装置を必要せずに第２の流体の流れを作り出
すことができる。
更に、単に第１の流体だけを発熱体に噴き付けて冷却す
る場合より、第２の流体を流すことにより発熱体上の第
１の流体の流れを乱されるので、発熱体である電子回路
デバイスを一層効果的に冷却することができる。このよ
うに、第１の流体と第２の流体との流れによって、電子
回路デバイスは、高精度、高安定な温度範囲内に効率良
く冷却しながら、デバイスの特性を評価したり、デバイ
スの選別検査を行うことができる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明
する。
第１図及び第２図において、１は特性評価・選別の電子
回路デバイスで特に半導体集積回路又は半導体パッケー
ジ（以下、チップと総称する）、２はチップ１と非常に
小さな半田球３によってＣＣＢ接続（Controlled Colla
pse Bondingの略称）するセラミック基板（以下、基板
と略称する）、４はチップ１に給電したり、信号の入出
力を行うパッド、５はパッド４と接触し、電気的接続を
行うプローブ６を多数設けているプリント基板、７は基
板２を保持する支持体、８は基板２と支持体７との間に
空気を流すための突起状のスペーサ、９は基板２の位置
決めを行うピン、１０は支持体に保持され、チップ１を
冷却する第１の冷却液体噴射ノズル、１１は支持体７の
上面でチップ１の周囲に設けられた間隙、１２は支持体
７に設けた空気吸引口、１３は第１の冷却液体の排出
口、１４は冷却液体用ポンプ、１５は冷却液体を一定温
度にする恒温槽、１６はブロワー、１７は気液分離器、
１８はチップ１に附着した冷却液体を乾燥させるための
高温空気噴射ノズル、１９は高温空気用送風機、２０は
空気加熱器、２１は間隙１１内に吸引される空気の流れ
方向を表わす矢印である。
本実施例では、チップ１の特性を評価したり、チップの
良品と不良品とを選択する際、第１図の様に、チップ１
を支持体７の間隙１１を形成するように下向きにセット
し、恒温槽１５から一定温度に保たれた冷却液体をポン
プ１４によって冷却液体噴射ノズル９からチップ１に向
って噴き付ける。このため、チップ１の温度は一定範囲
内に保持することができる。ノズル１０から流出した冷
却液体がチップ１の冷却面以外の不必要な所まで行かな
いように、支持体７に設けた空気吸引口１２より気液分
離器１７を通り、ブロワー１６によって空気を排出する
と、第１図に示した装置の外側の常温常湿度の空気が、
基板２と支持体７との間隙を矢印２１で示すように通
り、チップ１と支持体７との間隙１１とのすき間を流れ
る。この際、チップ１を包み込むようにチップ１のまわ
りには、いわゆるエアーカーテン２２が形成される。エ
アーカーテンと噴流液体との流れ方向は互いに対向する
ように形成されているので、チップ１に噴流した冷却液
体の流れ、液体の飛沫、液体の蒸気などは、エアーカー
テンによって下流に追し流されてしまう。このため、支
持体７の上部にあるチップ１の電気回路、基板２やプリ
ント基板５などの電気回路に冷却液体が流れて行くのを
阻止することができる。
エアーカーテンの作用を効果的に発揮させ、冷却液体が
支持体７の間隙１１から外に飛び出さないようにするた
めチップ１の冷却面は、支持体７の開口面（間隙１１の
部分）よりも支持体７の内部（図では下方）に突出し、
あるいは間隙１１の側壁面は、開口面より末広がり状に
開口面積が大きくなるように傾斜面としている。
冷却液体の噴射ノズル内の口径は、チップの冷却面の大
きさにより小さく設定する方が、エアーカーテンの流速
を比較的小さく押えることができる。更に、本実施例の
例の場合、外部の空気を間隙（開口）１１から支持体７
内に吸引して、エアーカーテンを作っているので、間隙
（開口）１１内部の圧力は、支持体７の外の大気圧力よ
り負圧となり、基板２を支持体７の押し付ける力が作用
する。この力は、冷却流体噴射ノズル１０の流れによっ
てチップ１が吹き飛ばされずに、チップ１を支持体７に
固定することができ、特別の固定装置は不必要となる。
更に、基板１のチップ実装面と反対側に設けたパット４
の電気接続を行うプローブ６は、冷却液体の噴流による
不必要な力を受けることなく、安定に電気的接続を行う
ことができるなどの特徴を有する。
また、冷却流体に純水を用いると、チップ１の冷却性能
を著しく向上させることができる。更に純水であるた
め、チップ１を汚染することもない。なお、チップ１の
冷却がそれほど必要でない場合は、冷却液体を露状にし
空気と一緒に流す。いわゆるミスト流を、冷却液体噴射
ノズル１０から噴射してもよい。この場合、冷却液体の
噴射量を制御して、チップ１の冷却特性を調整すること
が可能となる。また、ミスト流は冷却液体流と比べ、密
度が小さいので、エアーカーテンの流速を小さくするこ
とができる特徴がある。
第３図は、本発明の他の実施例を示す。第１図の実施例
と異なる点は、冷却液体の噴流のまわりに形成するエア
ーカーテンを空気の吸引によって行う代りに、圧縮空気
を圧送したり、あるいは送風機によって空気を送風する
ことによって形成した点である。この場合、チップ１の
周囲に一様なエアーカーテンができるように、空気室２
３、エアーノズル２５が設けられている。他の点は、第
１図と同様である。
なお、上記各実施例では、チップ１を下向きに設置した
状態を示したが、チップ１を横向きに設置してもよい。
更に、本発明は単に電子回路デバイスの特性評価・選択
などの検査工程の冷却に限らず、一般的な電子回路デバ
イスの冷却にも充分適用し得るものである。また、電子
回路デバイスが一個の場合について説明したが、複数の
デバイスが配置された場合にも、本発明を同様に適用す
ることができる。
本実施例の冷却装置の性能を調べた結果、内径４mmのノ
ズルから純水を噴流すると、伝熱面と噴流純水との熱抵
抗Ｒは、ノズル出口流速が０．１〜０．５m/sの範囲で
２〜１℃/wが得られる。電子回路デバイスと間隙から噴
出する空気流速は６m/sあれば、充分間隙から上に純水
が飛び出ることがない。また、純水の噴流によりデバイ
スが受ける荷重は数ｇと非常に小さい。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、電子回路デバイ
スの冷却伝熱面の表面粗さや反りが数十μｍ程度存在し
ても、噴流の冷却性能は影響を受けず、また、冷却流体
噴射ノズルと電子回路デバイスとの距離が数mm程度狂っ
ても、同様にほとんど変化しない。このように、電子回
路デバイスの設置精度が悪くても、多数のデバイスを常
に安定にかつ高精度の温度範囲に保つように、冷却する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１図の実施例を示す縦断面図、第２
図は第１図のＡ−Ａ線矢視図、第３図は本発明の第２の
実施例を示す縦断面図である。 １…電子回路デバイス、２…セラミック基板、７…支持
体、８…スペーサ、１０…冷却液体噴射ノズル、１１…
間隙（開口）、２５…エアノズル。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電子回路デバイスを保持する基板と、前記
    電子回路デバイスの周囲に間隙を介して設けた部材と、
    前記電子回路デバイスの冷却面に第１の流体を供給噴出
    させて前記デバイスを冷却する第１の流体供給手段と、
    前記第１の流体の噴出方向とは反対方向から前記間隙を
    通過して第１の流体側にこの第１の流体とは種類が異な
    り、電気絶縁性を有する第２の流体を供給する第２の流
    体供給手段と、を備えることを特徴とする電子回路デバ
    イスの冷却装置。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、電子回路
    デバイスはＬＳＩチップまたはＬＳＩパッケージのうち
    のいずれか一つ、前記第１の流体は純水、前記第２の流
    体は空気であることを特徴とする電子回路デバイスの冷
    却装置。
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