JPS60116155A - 液冷型高周波固体装置 - Google Patents
液冷型高周波固体装置Info
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- JPS60116155A JPS60116155A JP22310383A JP22310383A JPS60116155A JP S60116155 A JPS60116155 A JP S60116155A JP 22310383 A JP22310383 A JP 22310383A JP 22310383 A JP22310383 A JP 22310383A JP S60116155 A JPS60116155 A JP S60116155A
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/44—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements the complete device being wholly immersed in a fluid other than air
- H01L23/445—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements the complete device being wholly immersed in a fluid other than air the fluid being a liquefied gas, e.g. in a cryogenic vessel
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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】
(イ)発明の技術分野
本発明はマイクロ波、ミリ波用の高周波トランジスタ、
半導体ダイオード等の発熱性固体素子を用いて形成した
増幅器、発振器等の固体回路を具備して構成された高周
波同体装置に関し、特に、冷却媒体として液体を用いた
液冷型高周波固体装置に関するものである。
半導体ダイオード等の発熱性固体素子を用いて形成した
増幅器、発振器等の固体回路を具備して構成された高周
波同体装置に関し、特に、冷却媒体として液体を用いた
液冷型高周波固体装置に関するものである。
←)技術の背景
前述したように、この種の高周波固体装置には、高周波
トランジスタ、半導体ダイオード等の発熱性固体素子が
用いられているため、これら固体素子の発生熱を奪熱・
放散して固体素子の機能保証温度を保つ必要がある。
トランジスタ、半導体ダイオード等の発熱性固体素子が
用いられているため、これら固体素子の発生熱を奪熱・
放散して固体素子の機能保証温度を保つ必要がある。
従来の高周波固体装置の冷却法としては、後述するよう
に、自然空冷、強制空冷法があるが、装置の小型比、高
密度化によって、効率的な冷却が困難となっている。と
ころで、冷媒として液体を用いて廃熱体をこの液体中に
浸漬し、液体の気化と凝縮作用によって冷却するという
方法がある。
に、自然空冷、強制空冷法があるが、装置の小型比、高
密度化によって、効率的な冷却が困難となっている。と
ころで、冷媒として液体を用いて廃熱体をこの液体中に
浸漬し、液体の気化と凝縮作用によって冷却するという
方法がある。
この液冷方法は空冷に比べて冷却効率を著しく増大でき
るということが知られており、各技術分野でその応用が
進んでいる。本発明はこの液冷方法を応用して液冷型高
周波固体装置を構成したものである。
るということが知られており、各技術分野でその応用が
進んでいる。本発明はこの液冷方法を応用して液冷型高
周波固体装置を構成したものである。
しかしながら、この液冷方法を高周波固体装置に応用し
た場合には、冷媒(液体)の比誘電率が電気と異なるた
め筒周波特性の変化(振幅変調等)が生ずるという問題
や、冷媒の湯度上昇に半って生ずる高周波特性の温度依
存性の増大化等の問題がある。従って、液冷型高周波固
体装置としては、良好な冷却構造を肩し、上述した問題
点を解消し得るものであることが望ましい。
た場合には、冷媒(液体)の比誘電率が電気と異なるた
め筒周波特性の変化(振幅変調等)が生ずるという問題
や、冷媒の湯度上昇に半って生ずる高周波特性の温度依
存性の増大化等の問題がある。従って、液冷型高周波固
体装置としては、良好な冷却構造を肩し、上述した問題
点を解消し得るものであることが望ましい。
(ハ)従来技術と問題点
第1図は一例としてマイクロ波増幅器を備えた従来の高
周波固体装置10を示す図である。同図において、符号
11は装置本体、12は栓数詞の放熱フィン12aを・
1イし装置6本本11に密着固定された放熱ブロック金
それぞれ示している。装置本体11には、発熱性固体素
子である電界効果トランジスタ(F’ET ) 13が
搭載され、このFET13の両側にそれぞれ整合回路1
4.15が形成されかつFET 13と電気的に接読さ
れている0符号16は一方の入力端子あるいは出力端子
であって整合回路15に電気的に接続されている。この
従来例10は、FET 13の発生熱が本体11の底板
を通って放熱ブロック12に熱伝導し、放熱フィン12
aを介して自然空冷又は強制空冷によって放熱されるよ
うに構成されている。しかし、この従来例1Oは、自然
空冷の場合で、その冷却能力(放熱能力)が0.2 v
r/cm2程度であり、強制空冷の場合でもlψ2程度
であるため、発熱性固体素子13f:多数個用いて実装
密度を上げると充分な冷却をすることができず、止むを
得ず固体素子13の相互間隔を広げる必要がある。この
ため、この従来例10は、固体素子13相互の接続ライ
ンが長くなり、高周波損失が増大して高周波出力が減少
するという問題がある。
周波固体装置10を示す図である。同図において、符号
11は装置本体、12は栓数詞の放熱フィン12aを・
1イし装置6本本11に密着固定された放熱ブロック金
それぞれ示している。装置本体11には、発熱性固体素
子である電界効果トランジスタ(F’ET ) 13が
搭載され、このFET13の両側にそれぞれ整合回路1
4.15が形成されかつFET 13と電気的に接読さ
れている0符号16は一方の入力端子あるいは出力端子
であって整合回路15に電気的に接続されている。この
従来例10は、FET 13の発生熱が本体11の底板
を通って放熱ブロック12に熱伝導し、放熱フィン12
aを介して自然空冷又は強制空冷によって放熱されるよ
うに構成されている。しかし、この従来例1Oは、自然
空冷の場合で、その冷却能力(放熱能力)が0.2 v
r/cm2程度であり、強制空冷の場合でもlψ2程度
であるため、発熱性固体素子13f:多数個用いて実装
密度を上げると充分な冷却をすることができず、止むを
得ず固体素子13の相互間隔を広げる必要がある。この
ため、この従来例10は、固体素子13相互の接続ライ
ンが長くなり、高周波損失が増大して高周波出力が減少
するという問題がある。
に)発明の目的
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、液冷法
を応用して構成したものであって、放熱効率が良好で発
熱性固体素子が高密度に実装された場合でも充分に冷却
することができ、高周波損失を低減化でき、しかも高周
波特性が変化(振幅変調等)されにくい液冷型高周波固
体装置を提供することにある。
を応用して構成したものであって、放熱効率が良好で発
熱性固体素子が高密度に実装された場合でも充分に冷却
することができ、高周波損失を低減化でき、しかも高周
波特性が変化(振幅変調等)されにくい液冷型高周波固
体装置を提供することにある。
(ホ)発明の構成
そして、上記目的を達成するために、本発明に依れば、
低沸点の冷却液を封入した密閉冷却容器の上方壁に冷却
液蒸気の吸放熱手段を形成し、前記封入冷却液面下に位
置する容器壁の一部を、高周波トランジスタ、半導体ダ
イオード等の元熱性固体素子全有する固体回路をその表
面に搭載した板状ステム又はキャリアにより形成し、該
ステム又はギヤリアの裏面ケ前d己封入冷却液にif接
接触せしめるように構成したことを性徴とする液冷型高
周波固体装置が提供される。
低沸点の冷却液を封入した密閉冷却容器の上方壁に冷却
液蒸気の吸放熱手段を形成し、前記封入冷却液面下に位
置する容器壁の一部を、高周波トランジスタ、半導体ダ
イオード等の元熱性固体素子全有する固体回路をその表
面に搭載した板状ステム又はキャリアにより形成し、該
ステム又はギヤリアの裏面ケ前d己封入冷却液にif接
接触せしめるように構成したことを性徴とする液冷型高
周波固体装置が提供される。
(へ)発明の実施l911
以下、本発明の実施1+tl金図面に基づいて詳細に説
明する。
明する。
第2図から第3図は本発明の詳細な説明するための図で
ある。
ある。
第2図は本発明の一実施例の縦断面図である。
同図において、符号20は装置全体を示し、21は密閉
冷却容器、22は放熱ブロック、23は冷却液、24は
板状ステム(又はキャリア)、25は半導体ダイオード
(発熱性固体素子)、26.27は整合回路をそれぞれ
示している。放熱ゾロツク22は上面に複数1固の放熱
フィン22aが形成され、そして、下面が箱形状に形成
された冷却容器21の土壁部21a上(密着固定されて
いる。冷却液23としては、曲の物質を溶解せず、化学
的に不活性で安定しており、電気絶縁性が優れている等
の性質を有するフレオン、ふっ化炭素等の低沸点液体が
用いられ、液面上に適宜な空隙を残して冷却容器21中
に封入されている。尚、この空隙部は、通常、冷媒蒸気
で満たされている。板状ステム(又はキャリア)24は
、その表面側24aに半導体ダイオード25と整合回路
26.27が配設され、これによって固体回路が形成さ
れている。尚、符号28はこの固体回路を気密封止する
ためのキャップを示している。冷却容器21の底壁部2
1bの一部に貫通穴21cが設けられ、この貫通穴21
cを板状ステム(又はキャリア)24の裏面24bが閉
鎖する形態で板状ステム(又はキャリア)24が冷却容
器21の底壁部21bに密着固定されている。これによ
シ、半導体ダイオード25の配置部分に相当する板状ス
テム(又はキャリア)24の裏面24b部分が冷却液2
2に直接接触されることになる。このため、半導体ダイ
オード250発生熱は板状ステム24に熱伝導して板状
ステム24の裏面24bから冷却液23中に直接的に効
率良く放散される。この放散熱によって冷却液23の一
部が沸騰して気化され、沸騰気泡29となって冷却液2
3中を上昇する。すなわち、このような冷却t23の気
化熱によって半導体ダイオード250発生熱が奪熱され
ることによυ、半導体ダイオード25が効率良く冷却さ
れることになる。さて、上昇した気泡29は冷却液23
の液面に達し、さらに液面から蒸気となって冷却容器2
1の土壁部21aに達し、この上壁部21aによって吸
熱され、再び液化(凝縮)されて冷却液23の液面上に
滴下する。一方、土壁部21aに吸熱された熱は放熱ブ
ロック22に熱伝導して放熱フィン22aによって外部
に効率よく放散される。尚、この場合、土壁部21aの
下面に、上面に設けた放熱フィン22aと同様な吸熱フ
ィンを設けて、冷却液23の蒸気からの吸熱効果を向上
させるこ七ができる。また、土壁部21と放熱ブロック
22とを一体化して冷却容器21の蓋として形成しかつ
下面に吸熱フィンを設けて、さらに吸放熱効果を上げる
ようにすることもできる。
冷却容器、22は放熱ブロック、23は冷却液、24は
板状ステム(又はキャリア)、25は半導体ダイオード
(発熱性固体素子)、26.27は整合回路をそれぞれ
示している。放熱ゾロツク22は上面に複数1固の放熱
フィン22aが形成され、そして、下面が箱形状に形成
された冷却容器21の土壁部21a上(密着固定されて
いる。冷却液23としては、曲の物質を溶解せず、化学
的に不活性で安定しており、電気絶縁性が優れている等
の性質を有するフレオン、ふっ化炭素等の低沸点液体が
用いられ、液面上に適宜な空隙を残して冷却容器21中
に封入されている。尚、この空隙部は、通常、冷媒蒸気
で満たされている。板状ステム(又はキャリア)24は
、その表面側24aに半導体ダイオード25と整合回路
26.27が配設され、これによって固体回路が形成さ
れている。尚、符号28はこの固体回路を気密封止する
ためのキャップを示している。冷却容器21の底壁部2
1bの一部に貫通穴21cが設けられ、この貫通穴21
cを板状ステム(又はキャリア)24の裏面24bが閉
鎖する形態で板状ステム(又はキャリア)24が冷却容
器21の底壁部21bに密着固定されている。これによ
シ、半導体ダイオード25の配置部分に相当する板状ス
テム(又はキャリア)24の裏面24b部分が冷却液2
2に直接接触されることになる。このため、半導体ダイ
オード250発生熱は板状ステム24に熱伝導して板状
ステム24の裏面24bから冷却液23中に直接的に効
率良く放散される。この放散熱によって冷却液23の一
部が沸騰して気化され、沸騰気泡29となって冷却液2
3中を上昇する。すなわち、このような冷却t23の気
化熱によって半導体ダイオード250発生熱が奪熱され
ることによυ、半導体ダイオード25が効率良く冷却さ
れることになる。さて、上昇した気泡29は冷却液23
の液面に達し、さらに液面から蒸気となって冷却容器2
1の土壁部21aに達し、この上壁部21aによって吸
熱され、再び液化(凝縮)されて冷却液23の液面上に
滴下する。一方、土壁部21aに吸熱された熱は放熱ブ
ロック22に熱伝導して放熱フィン22aによって外部
に効率よく放散される。尚、この場合、土壁部21aの
下面に、上面に設けた放熱フィン22aと同様な吸熱フ
ィンを設けて、冷却液23の蒸気からの吸熱効果を向上
させるこ七ができる。また、土壁部21と放熱ブロック
22とを一体化して冷却容器21の蓋として形成しかつ
下面に吸熱フィンを設けて、さらに吸放熱効果を上げる
ようにすることもできる。
さて、本実施例20に依れば、このような吸放熱作用(
冷却作用)が連続的かつ円滑にく9返えされることによ
り、半導体ダイオード(発熱性固体素子)25が高密度
に実装された場合でも、半導体ダイオード250発生熱
を効率良く放熱することができ、半導体ダイオード25
等の発熱性固体素子を所定の機能保証温度以下に容易に
冷却して保つことができる。このため、本実施例は、実
装密度を上げることができると共に前出の従来例の問題
点であった高周波損失を低減することができる。また、
本実施例20は、板状ステム(又はキャリア)24の裏
面24bを冷却液23’に直接接触させ、半導体ダイオ
ード25を搭載した板状ステム24の表面側24aを冷
却容器21の外部に配置しかつキャラf2Bでシールド
しているので、高周波特性の変化(振幅変調等)をうけ
ることがほとんどない。
冷却作用)が連続的かつ円滑にく9返えされることによ
り、半導体ダイオード(発熱性固体素子)25が高密度
に実装された場合でも、半導体ダイオード250発生熱
を効率良く放熱することができ、半導体ダイオード25
等の発熱性固体素子を所定の機能保証温度以下に容易に
冷却して保つことができる。このため、本実施例は、実
装密度を上げることができると共に前出の従来例の問題
点であった高周波損失を低減することができる。また、
本実施例20は、板状ステム(又はキャリア)24の裏
面24bを冷却液23’に直接接触させ、半導体ダイオ
ード25を搭載した板状ステム24の表面側24aを冷
却容器21の外部に配置しかつキャラf2Bでシールド
しているので、高周波特性の変化(振幅変調等)をうけ
ることがほとんどない。
第3図は第2図の板状ステム24の変形例24′を示す
図で(イ)はその裏1IIT24′b1←)はその表面
側24′aを示す図である。この場合は、表面1)11
124’aに配設された半導体ダイオード(発熱性固体
素子)25に相当する裏面24′b上に放熱フィン(放
熱手段)24’cがステム24と一体状に形成されてい
る。尚、この放熱フィン24′cはこれに代えて、突起
、凹所等で形成してもよい。このような放熱フィン24
′cは半導体ダイオード25の発生熱をさらに効率良く
放熱することができ、特に、発生熱の多い発熱性固体素
子に対して有用性が高い。
図で(イ)はその裏1IIT24′b1←)はその表面
側24′aを示す図である。この場合は、表面1)11
124’aに配設された半導体ダイオード(発熱性固体
素子)25に相当する裏面24′b上に放熱フィン(放
熱手段)24’cがステム24と一体状に形成されてい
る。尚、この放熱フィン24′cはこれに代えて、突起
、凹所等で形成してもよい。このような放熱フィン24
′cは半導体ダイオード25の発生熱をさらに効率良く
放熱することができ、特に、発生熱の多い発熱性固体素
子に対して有用性が高い。
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例
えば、板状ステム24を冷却容器21の冷却液23の液
面下に位置する側壁部21dに配設することも可能であ
り、その他種々の変形例にも適用することができる。
えば、板状ステム24を冷却容器21の冷却液23の液
面下に位置する側壁部21dに配設することも可能であ
り、その他種々の変形例にも適用することができる。
(ト)発明の効果
以上、詳細に説明したように、本発明の液冷型高周波固
体装置は、冷却液を封入した冷却容器の液面下に位置す
る容器壁の一部1c発熱性固体素子を表面上に搭載した
板状ステム(又はキャリア)に置き換えて、ステム裏面
金冷却液に直接接触せしめる構造に構成することにより
、例えば、10W/Cm2程度の冷却能力があり、発熱
性固体素子の発生熱を効率良く放熱することを可能とし
、このため固体素子の高密度実装が可能になること、高
周波損失の低減化、高周波特性の変化(振幅変調等)の
抑制、固体素子をその機能保証温度以下に確実に保つこ
とができるといった効果大なるものがあり、製品の信頼
性の向上に寄与するものである。
体装置は、冷却液を封入した冷却容器の液面下に位置す
る容器壁の一部1c発熱性固体素子を表面上に搭載した
板状ステム(又はキャリア)に置き換えて、ステム裏面
金冷却液に直接接触せしめる構造に構成することにより
、例えば、10W/Cm2程度の冷却能力があり、発熱
性固体素子の発生熱を効率良く放熱することを可能とし
、このため固体素子の高密度実装が可能になること、高
周波損失の低減化、高周波特性の変化(振幅変調等)の
抑制、固体素子をその機能保証温度以下に確実に保つこ
とができるといった効果大なるものがあり、製品の信頼
性の向上に寄与するものである。
第1図は従来の高周波固体装置(10)を示す図、第2
図は本発明の液冷型高周波固体装!(20)の縦断面図
、第3図は第2図の板ステム24の変形例24′を示す
図で、(イ)はその裏面24’b、(ロ)はその表面側
24′aを示す図である、 20・・・本発明の液冷型高周波固体装置、21・・・
密閉冷却容器、21a・・・土壁部、21b・・・底壁
部、21a・・・貫通穴、21d・・・側壁部、22・
・・放熱ブロック、22a・・・放熱フィン(放熱手段
)、23・・・冷却液、24.24’・・・板状ステム
(又はキャリア)、24 a 、 24’a=−表面1
L 24 b 、 24’b−3而、24′c・・・放
熱フィン(放熱手段)、25・・・半導体ダイオード(
発熱性固体索子)、26.27・・・整合回路、28・
・・キーYヮプ、29・・・沸騰気泡。 特許出願人 富士通株式会社 特許出願代理人 弁理士 青 木 朗 弁理士 西 舘 和 之 弁理士 内田幸男 弁理士 山 口 昭 之 第1図 第2図 26 24a 25 27 第 3図 (ロ)
図は本発明の液冷型高周波固体装!(20)の縦断面図
、第3図は第2図の板ステム24の変形例24′を示す
図で、(イ)はその裏面24’b、(ロ)はその表面側
24′aを示す図である、 20・・・本発明の液冷型高周波固体装置、21・・・
密閉冷却容器、21a・・・土壁部、21b・・・底壁
部、21a・・・貫通穴、21d・・・側壁部、22・
・・放熱ブロック、22a・・・放熱フィン(放熱手段
)、23・・・冷却液、24.24’・・・板状ステム
(又はキャリア)、24 a 、 24’a=−表面1
L 24 b 、 24’b−3而、24′c・・・放
熱フィン(放熱手段)、25・・・半導体ダイオード(
発熱性固体索子)、26.27・・・整合回路、28・
・・キーYヮプ、29・・・沸騰気泡。 特許出願人 富士通株式会社 特許出願代理人 弁理士 青 木 朗 弁理士 西 舘 和 之 弁理士 内田幸男 弁理士 山 口 昭 之 第1図 第2図 26 24a 25 27 第 3図 (ロ)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、低沸点の冷却液を封入した密閉冷却容器の上方壁に
冷却液蒸気の吸放熱手段を形成し、前記封入冷却液面下
に位置する容器壁の一部を、高周波トランジスタ、半導
体ダイオード等の発熱性固体素子を有する固体回路勿そ
の表面に搭載した板状ステム又はキャリアにより形成し
、該ステム又はキャリアの裏面をMfJ iie封入酎
却耐に同棲接触せしめるように構成したこと金材り政と
する液冷型高周波固体装置。 2、前記冷却液と接)独する前記ステム又はキャリアの
裏面上にフィン、突起、凹所等の放熱手段を形成した特
許請求の範囲第1項に記載の液冷型高周波固体装置痘。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22310383A JPS60116155A (ja) | 1983-11-29 | 1983-11-29 | 液冷型高周波固体装置 |
CA000468677A CA1230184A (en) | 1983-11-29 | 1984-11-27 | Liquid cooling type high frequency solid state device |
EP84114439A EP0144071B1 (en) | 1983-11-29 | 1984-11-29 | Liquid cooling type high frequency solid state device arrangement |
DE8484114439T DE3482527D1 (de) | 1983-11-29 | 1984-11-29 | Vorrichtung vom typ fluessigkeitskuehlung einer hochfrequenz-festkoerperanordnung. |
US07/088,520 US4796155A (en) | 1983-11-29 | 1987-08-20 | Liquid cooling type high frequency solid state device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22310383A JPS60116155A (ja) | 1983-11-29 | 1983-11-29 | 液冷型高周波固体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60116155A true JPS60116155A (ja) | 1985-06-22 |
Family
ID=16792870
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22310383A Pending JPS60116155A (ja) | 1983-11-29 | 1983-11-29 | 液冷型高周波固体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60116155A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07286960A (ja) * | 1994-04-19 | 1995-10-31 | Nippon Jiyaareru H Kk | Icp発光分光分析装置 |
JP2023512086A (ja) * | 2020-02-07 | 2023-03-23 | ケーエムダブリュ・インコーポレーテッド | 電装素子の放熱装置 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5417675A (en) * | 1977-06-13 | 1979-02-09 | Gen Electric | Thermal energy removing device |
JPS56165658A (en) * | 1980-05-20 | 1981-12-19 | Nichiban Co Ltd | Tape cutter |
-
1983
- 1983-11-29 JP JP22310383A patent/JPS60116155A/ja active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5417675A (en) * | 1977-06-13 | 1979-02-09 | Gen Electric | Thermal energy removing device |
JPS56165658A (en) * | 1980-05-20 | 1981-12-19 | Nichiban Co Ltd | Tape cutter |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07286960A (ja) * | 1994-04-19 | 1995-10-31 | Nippon Jiyaareru H Kk | Icp発光分光分析装置 |
JP2023512086A (ja) * | 2020-02-07 | 2023-03-23 | ケーエムダブリュ・インコーポレーテッド | 電装素子の放熱装置 |
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