JPS6347959A - 熱伝達装置 - Google Patents

熱伝達装置

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JPS6347959A
JPS6347959A JP61191650A JP19165086A JPS6347959A JP S6347959 A JPS6347959 A JP S6347959A JP 61191650 A JP61191650 A JP 61191650A JP 19165086 A JP19165086 A JP 19165086A JP S6347959 A JPS6347959 A JP S6347959A
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Japan
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heat transfer
heat
transfer device
covering
chip
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JP61191650A
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JPH073844B2 (ja
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Hisashi Nakayama
中山 恒
Shigeo Ohashi
繁男 大橋
Tadakatsu Nakajima
忠克 中島
Heikichi Kuwabara
桑原 平吉
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/851Dispositions of multiple connectors or interconnections
    • H10W72/874On different surfaces
    • H10W72/877Bump connectors and die-attach connectors

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  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子計算機用集積回路等の高発熱密度部材の
冷却に適した熱伝達装置に関する。
〔従来の技術〕
集積回路チップを低い沸点を有する冷却液中に浸漬し、
」二記チップから発生する熱により、上記冷却液の沸騰
を発生させ、該チップを冷却する方式が知られている。
この沸騰冷却を促進する方式として、−辺の長さが0.
2〜2I1w11程度の微細なトンネル状の空洞を縦横
に互いに交差して幾層にも形成し、ある層し;配置され
た多数の空洞群と、それに隣設する空洞群とは該空洞の
交差点に設けられた開口によって互いに連結している多
孔性を有する伝熱体を設けた熱伝達装置が、W、中山著
ヒー1〜・シンク・スタビ・ハビング・エンハンスド・
ボイリング・サーフェイス・フォー・クーリング・オブ
・マイクロエレクトロニック・コンポーネント(W、 
Nakayama、 et aX、 ”Heat 5i
nkS tuds TI avingE nhance
d B oiling S urfacesfor c
oolingof Microelectronic 
components”)にて論じられている。
この熱伝達装置は、非常に高い沸騰熱伝達率を有するた
め、集積回路チップなどの高発熱密度部材の冷却に適し
たものである。しかし、基板上に多数搭載されたチップ
に、それぞれ同形の熱伝達装置を爪り付けた場合、互い
に発熱量の異なるチップの温度を均一に保つ方式につい
ては考慮されていなかった。
また、従来提案されている集積回路チップの沸騰冷却装
置の1つは、多数のチップを搭載した配線基板を不電導
性液に浸漬し、チップからの発熱により、該液から発生
した蒸気泡が上昇して配線基板上部に設けられる凝縮器
に至り、この凝縮器で凝縮されて下部の液中に還元され
るものである。
しかし、この方式では、チップの発熱量が互いに異なる
場合、あるいは、発熱量が同一でも配線J、ε板の下部
に搭載されたチップから発生する蒸気泡が、上部に搭載
されるチップからの発泡に影響を与え、伝熱性能を変化
させ、チップの温度を均一にすることはできなかった。
なお、この種の装置に関連するものには例えば、特公昭
52−15358号等が挙げられる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
」二記従来技術は、配線基板上に搭載された多数のチッ
プの温度を、各チップの発熱量にかかわらず、すべての
チップ温度を均一に保つ方式については考慮されていな
かった。その為、発熱量によって各チップの温度にばら
つきが生し、素子の動作速度を均一にすることができな
かった。そこで、各チップの温度を均一に保つためには
、各チップに取りつける熱伝達部材の形状(熱伝達機能
)を発熱量に応じて変更する必要があった6本発明の目
的は、各発熱体の各発熱量のいかんにかかわらず、熱伝
達装置の形状をかえることなく、各チップの伝熱性能を
制御し、各発熱体の温度をあらかしめ設定した最適温度
に保持することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、複数個の発熱体に接合される伝熱体を同一
形状に形成し、伝熱面を各発熱体の発熱量に応じた面積
の被覆部材で覆い、伝熱体の伝熱面積を上記発熱量に応
じ減少させることにより達成される。
〔作用〕
各発熱体に接合された各伝熱体を、各発熱体の伝熱面積
を発熱量に応じて減少させ、設定冷却温度に必要とする
冷却能力を各伝熱体に備えさせるように形成したから、
各発熱体の発熱量にかかわらず各発熱体温度を設定温度
に冷却することが出来ろ。
〔実施例〕
以下本発明の一実施例を第1図乃至第5図により説明す
る。第2図において、1は集積回路を組付ける配線基板
で、この基板1には、発熱体2として多数個の集積回路
用の半導体チップが組付けられている。3はチップ冷却
用の伝熱体で、チップ2の背面に取付けられている。伝
熱体3は後述のトンネル状の微細通路が形成されている
微細トンネル部材31を、複数個積層して形成され、こ
の伝熱体3の先端にはキャップ4がかぶせられている。
上記微細トンネル部材31を、第3図に示す。微細トン
ネル部材31の微細フィン32.33は、熱伝導性の薄
板の表裏両側より互いに交差する方向に溝34.35を
設けることによって作る。溝34.35の深さの和は薄
板の内厚よりも大きく形成され、したがって、両溝34
.35の交差点には、それぞれの溝を連通させる交差開
孔36が形成されている。溝形状1ま、方形2円形、三
角形などいずれの形状であってもよい。また、材質は、
′ifJ+アルミニウ11などの高熱伝導性材が望まし
い。微細トンネル部材31を多層に複数枚重ね合せ接合
し、キャップで被覆したものを第4図に示す。第3図に
示した溝34および35は、トンネル状の空洞となり、
それぞれ鉛直方向トンネル41および水平トンネル42
を形成し、それぞれのトンネル41.42は交差開孔3
6により連通している。4はキャップを示す。
上記構造の伝熱体3を取付けた半導体チップ2が多数組
付けられた配線基板を冷却する熱伝達装置の全体構造を
第1図に示す。
伝熱体3を取付けた半導体チップ2は配線用基板1に多
数組付けられている。この半導体チップを搭載した基板
1は容器5に充填された冷却液6中に垂直方向に適宜間
隔をおいて、複数個並べて浸漬収納されている。上記冷
却液6は、低い沸点を有する不電導性液である。この液
体は比較的低い温度において沸騰を生じ、半導体チップ
2からの熱流量が小さい場合は、液体の沸点以下の温度
を生じ、通常の対流を生じる。熱流量が液体の沸点を越
える温度にまで達すると、該沸騰が起る。
伝熱体3の微細トンネル部材31 (第4図参J!I)
の微細トンネル壁で蒸発した気泡は、鉛直方向の鉛直方
向トンネル41を通して外部に抜ける。上記作用に追従
して、微細トンネル部材31の外表面に開口するトンネ
ル入口から液がトンネル部材31内へ取り込まれる。こ
の液は、水平方向に向く水平方向トンネル42及び交差
トンネルを連通ずる開孔36を通して微細トンネル部材
31内部全領域に供給される。さらに、水平方向トンネ
ル42は壁で発生する蒸気の一部を保持することができ
、これが次の発泡のおこる核として働らき、発泡を連続
的に起こさせる。ここで、トンネルの総数すなわち微細
トンネル部材31の積層数である伝熱体高さとチップ発
熱量との関係は、第5図に示すように、チップ温度を同
一に保つとき、伝熱体の高さが高いほど、即ち、伝熱に
寄与するトンネル構造部分が大きいほど発熱量が大きく
とれることが実験及び計算によって明らかになっている
。そこで、第2図に示すように、積層数が一定であって
も、伝熱体3の一部をキャップ4でおおうことによって
、上記で説明した蒸気抜け、液の導入作用を阻止し、層
数が少ない場合と同様な効果を得ろことができる。また
、キャップ4の長さQCを変えて伝熱体を覆う部分を調
整することによって伝熱性能を任意に制御することがで
きる。
李ツブ2に取付けられた伝熱体3は全て同一形状であり
、先端部にかぶせたキャップ4は半導体チップ2の発熱
量に応じた長さを有する。
伝熱体3はキャップ4によって、有効伝熱面積が部分的
に減少するため、この被覆面積の大小によって伝熱性能
が変化し、半導体チップ2の発熱量が異っても設定温度
を保つことができる。従って、本実施例によれば、配線
基板1上に発熱量の異なるチップが混在する場合、発熱
量の小さいチップの伝熱体には長さQcの大きいキャッ
プを、発熱量の大きいチップの伝熱体には長さQcの小
さいキャップをかぶせることによって、伝熱体の微細構
造の形状、寸法等を変更することなく伝熱性能を制御で
き、各チップの温度を設定された最適温度に冷却するこ
とが出来、各チップの温度をほぼ均一に保持することが
出来る。さらに、伝熱体の製造に際して、各伝熱体自体
の性能のばらつき、配線基板上へのチップ搭載位置にか
かわる伝熱体相互の発泡気泡の干渉により、伝熱性能に
ばらつきが生じても、これらのばらつきを吸収すること
が出来る。キャップ4の材質は容器5内の不電導性液6
に侵されない材質であれば、樹脂等の安価で加工の容易
なものを使用することが出来る。
第6図は、本発明の他の実地例を示す。本実施例は、伝
熱体3の一部にテープ14を巻きつけることによって、
伝熱体3の機能を減少させ、前記実施例と同様な効果を
得るものである。
伝熱性能の制御は、テープ14の幅Qtを発熱量に応じ
て変化させることによって行うことができる。即ち、発
熱量の小さいチップの伝熱体には幅Qtの大きいテープ
を、発熱量の大きいチップの伝熱体には幅Qtの小さい
テープを巻きつけることによって伝熱性能を制御するこ
とができる。テープは必ずしも伝熱体3の全周に巻きつ
ける必要はなく、被覆面のごく一部にはりつけることに
よって、細かに伝熱性能を制御することが出来る。
図に示すように、伝熱体3上のテープ14を巻く位置を
隣り合う伝熱体で変える、即ち、図示のように、テープ
14を巻く位置を、先端部、根元部と交互に配置するこ
とによって、伝熱体外表面のトンネル入口部での発泡気
泡の影響を直接受けないようしこし、伝熱体3から放出
された気泡が、直接上段の伝熱体3のトンネル流路へ入
らないようにし。
上昇気泡流路内での気泡と液との混合を平均化し。
上昇気泡の影響による伝熱体の性能ばらつきをおさえる
ことができる。なお、テープ14の材質は、不電導性液
に侵されないものであればよく、任意のものを選択でき
る。
また、伝熱体3の被覆はテープに限らず、半田ろう、接
着剤等をトンネル流路に充填し、伝熱面を殺すように形
成してもよい。本実施例によれば。
半導体、チップの発熱量に応じた伝熱面積を確保するた
め、上述のように、テープ、半田ろう、接着剤等による
極めて簡単な構造で各半導体チップの温度を均一に保持
することが出来る。
第7図は更に他の実施例を示す。この実施例は。
半導体チップを空冷によって冷却する実施例である。
基板1上に組付けられた多数個の半導体チップ2の上壁
面にフィン部材23を固着する。チップ2の発熱温度に
応じ、フィン部材23のフィン間の一部をキャップ24
あるいは第8図に示すように、テープ25で覆うことに
よって、フィン間を流れる空気の流路をふさぐ。チップ
2の発熱量に応じて、キャップ24あるいはテープ25
によってフィン間をふさぐ面積を変化させることによっ
て伝熱性能を制御でき、チップ2の温度を均一に保つこ
とができる。フィン部材23へのキャップあるいはテー
プの取り付は方式としては第7図に示すように、フィン
の一部を完全に覆う方式、第8図に示すように、フィン
部材23全体にわたりその一部を覆う方式等をとること
ができる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、基板上に発熱量の異なる発熱体が混在
して取付けられていても、各発熱体に接合する各伝熱体
は、形状9寸法等を変更することなく、伝熱性能を可変
とし、それぞれの発熱量に応じて、冷却能力を制御でき
るので、各発熱体の温度を設定温度に均一に保持するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す熱伝達装置の全体側面
図、第2図は第1図の一部拡大図、第3図は伝熱体を形
成する微細トンネル部材の斜視図、第4図は第1図の熱
伝達装置の部分拡大斜視図、第5図は伝熱体の高さとチ
ップ発熱量との関係を示す線図、第6図は他の実施例を
示す熱伝達装置の全体斜視図、第7図は更に他の実施例
を示す熱伝達装置の正面図、第8図は更に他の実施例を
示す熱伝達装置の正面図である。 1・・・基板、2・・発熱体(半導体チップ)、3・・
・伝熱体、4・・・被覆部材(キャップ)、5・・・容
器、6・・・冷却液、14・・・被覆部材(テープ)、
23・・・フィン部材、24・・キャップ、25・・・
テープ。 代理人弁理士  秋 本 正 実 第1図 1基植 2努怒棒 3氾ヤ本 4・初vm 第2図 1.     Iオ丙ξ       2 ・・・j辷
(ψン\イキ       3 ・9. イ云 ザtど
14*4−・−1友慴11)ト1       31−
・イ冑に1田トン)リレイiシh第3図 31 ・ q畦ンう・21部i 32・・・価工馳T 7+ン 36・・藺口 第4 図 42 フ%sヒ→511トン)ル 第5図 牲整べ本省さ (朝机) 篤6図 第7図 第8図 2ス 24.25−一陳微沖

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、基板上に複数個の発熱体を取り付け、上記発熱体に
    伝熱体を取り付け、この伝熱体は、微細なトンネル流路
    を交差状に、あるいは多数のフィンが形成され、上記各
    部材が冷却液あるいは冷却空気雰囲気中に収容され、発
    熱体を冷却する熱伝達装置において、上記伝熱体を同一
    形状に形成し伝熱面を各発熱体の発熱量に応じた面積の
    被覆部材で覆い、伝熱体の伝熱面積を上記発熱量に応じ
    減少させ、各発熱体の発熱量にかかわらず発熱体温度を
    設定温度に冷却することを特徴とする熱伝達装置。 2、伝熱体が、複数個の単位伝熱体を多層状に積層し、
    発熱体と共に縦方向あるいは横方向に並設されている特
    許請求の範囲第1項記載の熱伝達装置。 3、被覆部材が、キャップ状の被覆物である特許請求の
    範囲第2項記載の熱伝達装置。 4、被覆部材が、テープ状被覆物である特許請求の範囲
    第2項記載の熱伝達装置。 5、被覆部材が、半田ろうあるいは接着材であり。 この被覆部材で伝熱体の流路を埋設する特許請求の範囲
    第2項記載の熱伝達装置。 6、伝熱体の被覆部分を、各伝熱体の先端部と根元部に
    交互に配置している特許請求の範囲第4項または第5項
    記載の熱伝達装置。
JP61191650A 1986-08-18 1986-08-18 熱伝達装置 Expired - Lifetime JPH073844B2 (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5530295A (en) * 1993-12-29 1996-06-25 Intel Corporation Drop-in heat sink
US5552960A (en) * 1994-04-14 1996-09-03 Intel Corporation Collapsible cooling apparatus for portable computer
US5912802A (en) * 1994-06-30 1999-06-15 Intel Corporation Ducted opposing bonded fin heat sink blower multi-microprocessor cooling system
JP2008543112A (ja) * 2005-06-07 2008-11-27 ウォルベリン チューブ, インコーポレイテッド 電子部品冷却用の伝熱面
JP2024083225A (ja) * 2022-12-09 2024-06-20 緯創資通股▲ふん▼有限公司 浸漬冷却装置、アクティブ放熱モジュール、アクティブ導流モジュール

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