JPH0719158Y2 - 半導体装置の冷却構造 - Google Patents
半導体装置の冷却構造Info
- Publication number
- JPH0719158Y2 JPH0719158Y2 JP9442188U JP9442188U JPH0719158Y2 JP H0719158 Y2 JPH0719158 Y2 JP H0719158Y2 JP 9442188 U JP9442188 U JP 9442188U JP 9442188 U JP9442188 U JP 9442188U JP H0719158 Y2 JPH0719158 Y2 JP H0719158Y2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor
- cooling
- support
- semiconductor chips
- circuit board
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Description
【考案の詳細な説明】 〔概要〕 多数の半導体チップをセラミック回路基板に搭載し、強
制液冷する冷却構造に関し、 効率よく半導体チップを冷却することを目的とし、 マトリックス状に半導体チップを搭載してあるセラミッ
ク回路基板と、このセラミック回路基板上に設置され、
櫛歯状の断面形状をした限外濾過膜により複数の半導体
チップを複数の流路に分割する蓋部と、この蓋部の外側
に密着して設けられ、蓋部を補強する発泡金属よりなる
支持体と、この支持体の外側に空隙を挟んで設けられ、
支持体を通して透過してきた冷媒蒸気を減圧吸引してコ
ンプレッサに送る吸引口を備えた外周部と、外周部の端
部に設けられ、半導体チップに冷媒を供給する供給口
と、冷却の終わった冷媒を循環ポンプと熱交換器に送る
排出口とを少なくとも備えて半導体装置の冷却構造を構
成する。
制液冷する冷却構造に関し、 効率よく半導体チップを冷却することを目的とし、 マトリックス状に半導体チップを搭載してあるセラミッ
ク回路基板と、このセラミック回路基板上に設置され、
櫛歯状の断面形状をした限外濾過膜により複数の半導体
チップを複数の流路に分割する蓋部と、この蓋部の外側
に密着して設けられ、蓋部を補強する発泡金属よりなる
支持体と、この支持体の外側に空隙を挟んで設けられ、
支持体を通して透過してきた冷媒蒸気を減圧吸引してコ
ンプレッサに送る吸引口を備えた外周部と、外周部の端
部に設けられ、半導体チップに冷媒を供給する供給口
と、冷却の終わった冷媒を循環ポンプと熱交換器に送る
排出口とを少なくとも備えて半導体装置の冷却構造を構
成する。
本考案は冷媒を強制循環させて多数の半導体チップを冷
却する半導体装置の冷却構造に関する。
却する半導体装置の冷却構造に関する。
情報処理装置の処理能力をより増大するため、半導体装
置は大容量化すると共に実装密度も向上している。
置は大容量化すると共に実装密度も向上している。
すなわち、多数の単位素子を集積化して構成される半導
体チップは単位素子の小形化と素子数の増大が行われて
LSIやVLSIが実用化されている。
体チップは単位素子の小形化と素子数の増大が行われて
LSIやVLSIが実用化されている。
また、パッシベーション技術の進歩と共に実装方法も改
良され、当初はハーメチックシールパッケージ型の外装
方法が採られていたのに対し、フリップチップタイプな
どの半導体チップをセラミック多層回路基板上に密に配
列してLSIモジュールとする形態が採られるようになっ
た。
良され、当初はハーメチックシールパッケージ型の外装
方法が採られていたのに対し、フリップチップタイプな
どの半導体チップをセラミック多層回路基板上に密に配
列してLSIモジュールとする形態が採られるようになっ
た。
このように半導体チップの集積化と高密度実装が進むに
従ってLSIモジールの発熱量は膨大となり、従来の強制
空冷に代わって強制液冷が必要となった。
従ってLSIモジールの発熱量は膨大となり、従来の強制
空冷に代わって強制液冷が必要となった。
従来のLSIチップの使用中における発熱量は４ワット
（Ｗ）程度であったが、集積度が増加したVLSIにおいて
は約10Wに及んでいる。
（Ｗ）程度であったが、集積度が増加したVLSIにおいて
は約10Wに及んでいる。
そのため、このような半導体チップが配列しているLSI
モジュールにおいては冷媒を循環させ、蒸発熱を利用し
て冷却する方法がとられている。
モジュールにおいては冷媒を循環させ、蒸発熱を利用し
て冷却する方法がとられている。
こゝで、冷媒としては非腐蝕性，非解離性で沸点がLSI
モジュールの最高使用温度である85℃以下のもの、例え
ば沸点が30℃のC5F12，沸点が56℃のC6F14などが適して
いる。
モジュールの最高使用温度である85℃以下のもの、例え
ば沸点が30℃のC5F12，沸点が56℃のC6F14などが適して
いる。
第２図は従来の冷却構造を説明する断面斜視図であっ
て、マトリックス状に配列している多数の半導体チップ
１を隔壁２により複数列に分割し、冷媒を一定の方向
（図の場合はの方向）に流し、排出した冷媒はポンプ
と熱交換器を通して冷却させながら循環する構造が採ら
れていた。
て、マトリックス状に配列している多数の半導体チップ
１を隔壁２により複数列に分割し、冷媒を一定の方向
（図の場合はの方向）に流し、排出した冷媒はポンプ
と熱交換器を通して冷却させながら循環する構造が採ら
れていた。
こゝで隔壁２が必要な理由は冷媒の流路を作って整流す
ることにより各半導体チップ１に対する冷却効果を均一
化するためである。
ることにより各半導体チップ１に対する冷却効果を均一
化するためである。
然しながら、この構造の問題点は冷媒が装置の上流から
下流に行くに従って冷媒の温度が上昇して冷却効率が下
がる以外に、下流の半導体チップ１上では沸騰により生
じた冷媒の気泡が集中して膜沸騰が生じ易いことであ
る。
下流に行くに従って冷媒の温度が上昇して冷却効率が下
がる以外に、下流の半導体チップ１上では沸騰により生
じた冷媒の気泡が集中して膜沸騰が生じ易いことであ
る。
すなわち、半導体チップ１の発熱により沸騰が生じ、気
化熱を奪って冷却が行われることが必要であるが、半導
体チップ１の全面から沸騰が起こって全面が気泡で覆わ
れると、断熱状態となるためにそのまゝ温度上昇が続い
て容易に破壊する。
化熱を奪って冷却が行われることが必要であるが、半導
体チップ１の全面から沸騰が起こって全面が気泡で覆わ
れると、断熱状態となるためにそのまゝ温度上昇が続い
て容易に破壊する。
そのために、膜沸騰の発生を妨げる冷却構造が必要であ
った。
った。
マトリッスク状に配列している半導体チップを隔壁によ
り分割して流路を作り、冷媒を循環させて冷却する場合
に、流路の下流では冷却効率の低下により膜沸騰の状態
になり易い。
り分割して流路を作り、冷媒を循環させて冷却する場合
に、流路の下流では冷却効率の低下により膜沸騰の状態
になり易い。
そこで、これを回避できる冷却構造を実用化することが
課題である。
課題である。
上記の問題はマトリッスク状にLSIチップを搭載してあ
るセラミック回路基板と、このセラミック回路基板上に
設置され、櫛歯状の断面形状をした限外濾過膜により複
数のLSIチップを複数の流路に分割する蓋部と、この蓋
部の外側に密着して設けられ、蓋部を補強する発泡金属
よりなる支持体と、この支持体の外側に空隙を挟んで設
けられ、支持体を通して浸出してきた冷媒蒸気を集合さ
せてコンプレッサに送る吸引パイプと液化した冷媒を循
環系に戻す供給パイプとを備えた外周部と、冷却装置の
両端部に設けられ、強制循環させる冷媒を循環ポンプと
熱交換器に送る排出口と供給口とを少なくとも備えて半
導体装置の冷却構造を構成することにより解決すること
ができる。
るセラミック回路基板と、このセラミック回路基板上に
設置され、櫛歯状の断面形状をした限外濾過膜により複
数のLSIチップを複数の流路に分割する蓋部と、この蓋
部の外側に密着して設けられ、蓋部を補強する発泡金属
よりなる支持体と、この支持体の外側に空隙を挟んで設
けられ、支持体を通して浸出してきた冷媒蒸気を集合さ
せてコンプレッサに送る吸引パイプと液化した冷媒を循
環系に戻す供給パイプとを備えた外周部と、冷却装置の
両端部に設けられ、強制循環させる冷媒を循環ポンプと
熱交換器に送る排出口と供給口とを少なくとも備えて半
導体装置の冷却構造を構成することにより解決すること
ができる。
本考案は半導体チップから沸騰により生じた冷媒蒸気を
吸引して流路から除く別系統の循環系を設けるものであ
る。
吸引して流路から除く別系統の循環系を設けるものであ
る。
すなわち、従来の循環系においては熱交換器で冷却され
た冷媒はポンプにより冷却構造の供給口に導かれ、流路
に沿って流れる途中で半導体チップにより加熱され沸騰
が起こり、冷媒の泡を含みながら温度上昇して、下流に
流れて行くことから下流に行くに従って膜沸騰が生じ易
くなるのである。
た冷媒はポンプにより冷却構造の供給口に導かれ、流路
に沿って流れる途中で半導体チップにより加熱され沸騰
が起こり、冷媒の泡を含みながら温度上昇して、下流に
流れて行くことから下流に行くに従って膜沸騰が生じ易
くなるのである。
そこで、流路の上部を微細な孔をもつ多孔質材料により
構成し、この多孔質材料を通じて減圧し、気泡（冷媒蒸
気）を吸引することにより冷媒中の気泡の含有量を減ら
し、これにより膜沸騰をなくするものである。
構成し、この多孔質材料を通じて減圧し、気泡（冷媒蒸
気）を吸引することにより冷媒中の気泡の含有量を減ら
し、これにより膜沸騰をなくするものである。
そして、吸引した冷媒蒸気は冷却構造体から外に取り出
しコンプレッサにより加圧して液化し、再び従来の循環
系に戻すものである。
しコンプレッサにより加圧して液化し、再び従来の循環
系に戻すものである。
第１図（Ａ）は本考案に係る冷却構造の側断面図、また
第１図（Ｂ）は同図のＸ−Ｘ′位置の断面図である。
第１図（Ｂ）は同図のＸ−Ｘ′位置の断面図である。
すなわち、第１図において、多層構造をとるセラミック
回路基板３の上に半導体チップ１がマトリックス状に搭
載されており、このセラミック回路基板３の上に隔壁を
設けて冷媒の流路を形成することは従来と同じである
が、本考案は限外濾過膜を用いて櫛歯状の断面をし、櫛
歯の間を流路とする蓋部４を形成する。
回路基板３の上に半導体チップ１がマトリックス状に搭
載されており、このセラミック回路基板３の上に隔壁を
設けて冷媒の流路を形成することは従来と同じである
が、本考案は限外濾過膜を用いて櫛歯状の断面をし、櫛
歯の間を流路とする蓋部４を形成する。
こゝで、限外濾過膜は例えばポリサルフォン樹脂で構成
されており、直径約0.1μｍの孔が一面に開いていて冷
媒蒸気の通過は比較的容易である。
されており、直径約0.1μｍの孔が一面に開いていて冷
媒蒸気の通過は比較的容易である。
然し、この限外濾過膜は樹脂よりなり機械的強度が劣る
ので、これに密着して発泡金属よりなる支持体５を設け
て補強する。
ので、これに密着して発泡金属よりなる支持体５を設け
て補強する。
こゝで、支持体５は例えばニッケル（Ni）よりなり0.5
〜1mmの孔が一面に開いている。
〜1mmの孔が一面に開いている。
従って冷媒蒸気の流通は容易である。
次に、この上に気密性の外周部６を設けるが、多孔質の
支持体５との間には空隙７が設けられており、空隙７ま
で透過してきた冷媒蒸気は端部に設けてある吸引口８を
通して減圧吸引し、コンプレッサに送り液化した後、冷
媒の循環系に戻す。
支持体５との間には空隙７が設けられており、空隙７ま
で透過してきた冷媒蒸気は端部に設けてある吸引口８を
通して減圧吸引し、コンプレッサに送り液化した後、冷
媒の循環系に戻す。
また、外周部６の両端には従来と同様に冷媒の供給口９
と排出口10があり、従来のように熱交換器と循環ポンプ
に配管されている。
と排出口10があり、従来のように熱交換器と循環ポンプ
に配管されている。
このように、従来の冷媒の循環系に合わせて冷媒蒸気を
吸引して液化する循環系を付加することにより沸騰した
冷媒蒸気を速やかに除去することができ、これにより膜
沸騰を無くすることができる。
吸引して液化する循環系を付加することにより沸騰した
冷媒蒸気を速やかに除去することができ、これにより膜
沸騰を無くすることができる。
150mm角のセラミック回路基板に半導体チップ（LSI）を
10×10個搭載し、ポリサルフォン樹脂からなる限外濾過
膜で幅14mm,高さ8mmの流路を10個形成した。
10×10個搭載し、ポリサルフォン樹脂からなる限外濾過
膜で幅14mm,高さ8mmの流路を10個形成した。
この限外濾過膜には孔径が0.1μｍの孔が開いている。
この限外濾過膜の天井部の厚さは1mmであるが、このこ
の蓋部に密着して厚さが5mmで0.5〜1mmの孔が開いてい
る多孔質のNi板からなる支持体で補強した。
の蓋部に密着して厚さが5mmで0.5〜1mmの孔が開いてい
る多孔質のNi板からなる支持体で補強した。
次に、この支持体より5mmの間隙を開けて厚さが3mmのア
ルミニウム（Al）合金よりなる外周部を設け、空隙部は
吸引口からパイプによりコンプレッサに接続して減圧吸
引し、液化した冷媒は循環ポンプにより供給口より入
り、半導体チップを冷却して排出口よりでている循環系
に返した。
ルミニウム（Al）合金よりなる外周部を設け、空隙部は
吸引口からパイプによりコンプレッサに接続して減圧吸
引し、液化した冷媒は循環ポンプにより供給口より入
り、半導体チップを冷却して排出口よりでている循環系
に返した。
このような構造をとることにより、膜沸騰を無くするこ
とができ、これにより半導体チップの冷却能力を従来の
60W/cm2より110W/cm2にまで増加することができた。
とができ、これにより半導体チップの冷却能力を従来の
60W/cm2より110W/cm2にまで増加することができた。
第１図は本考案に係る冷却構造の側断面図（Ａ）とＸ−
Ｘ′位置の断面図（Ｂ）、 第２図は従来の冷却構造を説明する断面斜視図、であ
る。 図において、 １は半導体チップ、３はセラミック回路基板、４は蓋
部、５は支持体、６は外周部、７は空隙、８は吸引口、
９は供給口、10は排出口、 である。
Ｘ′位置の断面図（Ｂ）、 第２図は従来の冷却構造を説明する断面斜視図、であ
る。 図において、 １は半導体チップ、３はセラミック回路基板、４は蓋
部、５は支持体、６は外周部、７は空隙、８は吸引口、
９は供給口、10は排出口、 である。
Claims (1)
- 【請求項１】セラミック回路基板上に搭載した複数の半
導体チップを該基板に接して上部に設けられる枠体によ
り複数列に分割し、各枠体の中に冷媒を強制循環させて
前記の半導体チップを冷却する装置が、 マトリックス状に半導体チップ（１）を搭載してあるセ
ラミック回路基板（３）と、 該セラミック回路基板（３）の上に設置され、櫛歯状の
断面形状をした限外濾過膜により前記複数の半導体チッ
プ１を複数の流路に分割する蓋部（４）と、 該蓋部（４）の外側に密着して設けられ、該蓋部（４）
を補強する発泡金属よりなる支持体（５）と、 該支持体（５）の外側に空隙（７）を挟んで設けられ、
支持体（５）を通して透過してきた冷媒蒸気を減圧吸引
してコンプレッサに送る吸引口（８）を備えた外周部
（６）と、 外周部（６）の端部に設けられ、半導体チップ（１）に
冷媒を供給する供給口（９）と、冷却の終わった冷媒を
循環ポンプと熱交換器に送る排出口（10）と、 を少なくとも備えて構成することを特徴とする半導体装
置の冷却構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9442188U JPH0719158Y2 (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 半導体装置の冷却構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9442188U JPH0719158Y2 (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 半導体装置の冷却構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0215741U JPH0215741U (ja) | 1990-01-31 |
| JPH0719158Y2 true JPH0719158Y2 (ja) | 1995-05-01 |
Family
ID=31318944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9442188U Expired - Lifetime JPH0719158Y2 (ja) | 1988-07-15 | 1988-07-15 | 半導体装置の冷却構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0719158Y2 (ja) |
-
1988
- 1988-07-15 JP JP9442188U patent/JPH0719158Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0215741U (ja) | 1990-01-31 |
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