(57)【要約】【課題】  高集積化、高密度化され、回路駆動時に大きな発熱を伴う半導体チップを強力に冷却することができる半導体チップの冷却装置を提案する。【解決手段】  サーペンタイン状に蛇行した管体５を複数本並列させ、各管体５の両端を扁平形状のタンク３に連通させてタンク３及び管体５を密閉状とし、内部を真空（又は負圧）として作動液４を封入し、管体５の蛇行部にフィン１０を接合して構成し、半導体チップ２の表面にタンク３の底面を当接させて設置し、タンク３内の作動液４が半導体チップ２の発熱で蒸発し、蒸気が管体５の一端から蛇行部へ至り、蛇行部で凝縮して管体５の他端から滴下する循環サイクルを形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーペンタイン状に蛇行した管体５を複数本並列させ、各管体５の両端を扁平形状のタンク３に連通させてタンク３及び管体５を密閉状とし、内部を真空（又は負圧）として作動液４を封入し、管体５の蛇行部にフィン１０を接合して構成し、
半導体チップ２の表面にタンク３の底面を当接させて設置し、タンク３内の作動液４が半導体チップ２の発熱で蒸発し、蒸気が管体５の一端から蛇行部へ至り、蛇行部で凝縮して管体５の他端から滴下する循環サイクルを形成した半導体チップの冷却装置。
【請求項２】
タンク３にヘッダー６、７を連結し、各管体５の一端をヘッダー６に、他端をヘッダー７に連通させた請求項１に記載の半導体チップの冷却装置。
【請求項３】
縦横に所定の間隔で円孔１３を開孔した矩形板１２を、交互の円孔列Ａ、Ｂに沿って折り返し、波型（コルゲート型）に折り畳んだフィン体１１を形成し、フィン体１１の上下の折り返し面に円孔１３による溝列１３ａ、１３ｂを形成し、溝列１３ａ、１３ｂで管体５を挟持し、フィン体１１を複数重ねてフィン１０を形成した請求項１又は２に記載の半導体チップの冷却装置。
【請求項４】
構成部材を銅材で形成し、組立品を加熱炉内でろう付けして製作した請求項１、２又は３に記載の半導体チップの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、各種電子機器の電子回路に用いられる半導体チップの冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  多数の半導体素子からなる回路を組み込んだ半導体チップ（半導体デバイス）は、回路の駆動に伴って熱を発生する発熱体で、作動時の発熱をチップの表面から空気中に放熱することで、温度上昇を抑制する構造が取られている。コンピュータのＣＰＵ等、温度上昇が動作に重大な弊害を及ぼす部品では、こうした自然放熱では不十分であり、特別な冷却手段が用いられている。例えば、デスクトップ型パソコンのプリント基板に取り付けたＣＰＵの冷却手段としては、アルミや銅等の熱伝導性に優れた素材で形成したヒートシンク（フィン）をチップ表面に当接させ、放熱面積を増大させる手段や、このヒートシンクをファンで送風する空冷手段、ヒートシンクを貫通するパイプに冷却水を循環させる水冷手段等が用いられている。【０００３】  また、真空の管内に水や代替フロン等の作動液を少量封入し、管端部を発熱体に当接させ、管の他端で放熱するヒートパイプによる冷却手段もある。これは、発熱体で加熱されて作動液が蒸発（沸騰）し、蒸気が他端へ移動して冷却（凝縮）され、作動液が還流する、蒸発−蒸気の移動−凝縮−液の還流のサイクルにより、連続的に熱を外部へ移動させる手段である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  一方、近年では、半導体素子の高集積化、回路の高密度化が進展し、回路駆動時の半導体チップの発熱量が飛躍的に増大している。こうした半導体チップの動作の信頼性を担保するためには、温度上昇を抑制することが重要な課題であり、強力な冷却手段が必要とされている。ヒートシンクをチップ表面に当接させる手段では、ヒートシンクが巨大化、長尺化し、フィン先端までの熱の伝導にも限界があり、十分な冷却能力が得られない。また、ヒートパイプによる冷却手段では、蒸気の移動と作動液の還流の通路が同一であるため、冷却能力の増大には口径の大きな管体を使用しなければならず、冷却装置の小型化が困難であった。【０００５】  この発明は、こうした課題を解決することを目的とするもので、高集積化、高密度化され、回路駆動時に大きな発熱を伴う半導体チップを強力に冷却することができ、半導体チップの動作の信頼性を担保することができるとともに、小型で生産性に優れた半導体チップの冷却装置を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  こうした課題を解決するため、この発明の半導体チップの冷却装置は、サーペンタイン状に蛇行した管体５を複数本並列させ、各管体５の両端を扁平形状のタンク３に連通させてタンク３及び管体５を密閉状とし、内部を真空（又は負圧）として作動液４を封入し、管体５の蛇行部にフィン１０を接合して構成する。そして、タンク３内の作動液４が半導体チップ２の発熱で蒸発し、蒸気が管体５の一端から蛇行部へ至り、蛇行部で凝縮して管体５の他端から滴下する循環サイクルを形成するものである。【０００７】  請求項２に記載の半導体チップの冷却装置は、タンク３にヘッダー６、７を連結し、各管体５の一端をヘッダー６に、他端をヘッダー７に連通させて形成するものである。
た請求項１に記載の。【０００８】  請求項３に記載の半導体チップの冷却装置は、上記のフィン１０を、縦横に所定の間隔で円孔１３を開孔した矩形板１２を、交互の円孔列Ａ、Ｂに沿って折り返し、波型（コルゲート型）に折り畳んだフィン体１１を形成し、フィン体１１の上下の折り返し面に円孔１３による溝列１３ａ、１３ｂを形成し、溝列１３ａ、１３ｂで管体５を挟持し、フィン体１１を複数重ねて形成するものである。【０００９】  請求項４に記載の半導体チップの冷却装置は、構成部材を銅材で形成し、組立品を加熱炉内でろう付けして製作するものである。
【発明の効果】
【００１０】  この発明の半導体チップの冷却装置は、タンク３内の作動液４が半導体チップ２の発熱を吸熱して蒸発し、蒸気が蛇行部で凝縮して放熱する循環サイクルにより、半導体チップ２の発熱を連続的、効率的に外部へ放出することができる。蒸気は管体５の一端から流入し、蛇行部で凝縮して管体５の他端から滴下する循環サイクルであり、蒸気通路と作動液の還流通路を分離したので、細径の管体５を適用可能で小型化を図ることができ、管体５を複数本並列させることで冷却能力の増大が図られ、大きな発熱を伴う半導体チップを強力に冷却することができる。【００１１】  また、請求項３に記載のフィン体１１を複数重ねてフィン１０を形成することで、重ね枚数の増減で異なる能力の冷却装置に簡単に適合することができる。このフィン体１１は矩形板１２の穴開け加工と折り曲げ加工で連続して製作され、予め成形されたフィン体１１を積層するだけであるから組立作業性にも優れるものである。また、構成部材を銅材で形成し、組立品を加熱炉内でろう付けして製作することで、一度の工程による一括した接合が可能となり、生産性の著しい向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】  以下にこの発明の具体的な実施形態を、図面の実施例に基づいて説明する。
図１〜６は、この発明の基本的な実施形態を示す実施例である。図に示すように、扁平形状の矩形箱体であるタンク３が形成され、このタンク３に、複数本並列した各管体５の両端が連結されている。タンク３及び管体５は密閉状とされ、内部を真空（又は負圧）として水や代替フロン等の作動液４が封入されている。各管体５はサーペンタイン状におり曲げ加工されて蛇行し、この蛇行部にフィン１０が接合されている。フィン１０は、３体のフィン体１１を横方向に重ねて形成され、管体５の蛇行部を各層間で挟持している。【００１３】  フィン体１１は、図２に示す矩形板１２を用いて形成され、矩形板１２には縦横に所定の間隔で円孔１３が開孔され、この矩形板１２を、交互の円孔列Ａ、Ｂに沿って順次折り返し、図３に示すように波型（コルゲート型）に折り畳んで形成される。その結果、円孔列Ａ、Ｂで折り返された円孔１３は半円形の切り欠きとなり、フィン体１１の上下の折り返し面では、この半円形の切り欠きが連続した溝列１３ａ、１３ｂが形成される。図５に示すように、この溝列１３ａ、１３ｂ間で管体５の蛇行部を挟持し、管体５の外周面に接合する放熱用のフィン１０が形成される。【００１４】  以上の冷却装置において、タンク３、管体５、フィン体１１を銅材（銅板、銅管）で形成し、所定接合箇所にろう材（ろう棒、ろう箔）を設置して固定治具で固定し、組立品を加熱炉内に投入し、ろう付けして製作することができる。一度のろう付け工程で一括して接合することで生産性の向上が図られる。【００１５】  次にこの冷却装置の動作について説明する。
図６に示すように、プリント基板１に取り付けられた半導体チップ２の表面に、タンク３の底面を当接させて冷却装置を設置する。半導体チップ２の発熱でタンク３内の作動液４が蒸発し、この蒸気が各管体５の一端から管体５内に流入して蛇行部へ至る。蒸気は蛇行部を通過中にフィン１０の放熱作用で凝縮して液化し、各管体５の他端からタンク３内へ滴下する。このように蒸発−蒸気の移動−凝縮−液の還流の循環サイクルが形成され、連続的、効率的に半導体チップ２の発熱を外部へ放出して半導体チップ２を冷却する。なお、蒸気の凝縮を促進させるため、図１中矢印で示す方向へ送風するドラフトファンを設けることもできる。【００１６】  図７は、この発明の他の実施形態を示す実施例である。図に示すように、この冷却装置は、タンク３に２本のヘッダー６、７を連結し、サーペンタイン状に蛇行した管体５を複数本並列させ、各管体５の一端をヘッダー６に、他端をヘッダー７に連通させて構成したものである。フィン体１１は縦方向に複数重ねられ、管体５の蛇行部を各層間で挟持している。この実施例は、一方のヘッダー６から他方のヘッダー７へ至る複数の管体５の通路を形成し、前例と同様にしてタンク３内の作動液４が半導体チップ２の発熱で蒸発し、蒸気は蛇行部を通過中に凝縮し、タンク３内へ滴下する循環サイクルを形成している。なお、蒸気の凝縮を促進させるため、図７中矢印で示す方向（側方方向）へ送風するファンを設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】  この発明の実施例の斜視図。
【図２】  矩形板の平面図。
【図３】  フィン体の側面図。
【図４】  フィン体の正面図。
【図５】  フィン体を重ねた状態の説明図。
【図６】  動作の説明図。
【図７】  他の実施例の斜視図。
【符号の説明】
【００１８】  ２  半導体チップ
３  タンク
４  作動液
５  管体
６、７  ヘッダー
１０  フィン
１１  フィン体
１２  矩形板
１３  円孔
１３ａ、１３ｂ  溝列
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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