JP2751740B2 - 集積回路の冷却構造体 - Google Patents
集積回路の冷却構造体Info
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- JP2751740B2 JP2751740B2 JP4165768A JP16576892A JP2751740B2 JP 2751740 B2 JP2751740 B2 JP 2751740B2 JP 4165768 A JP4165768 A JP 4165768A JP 16576892 A JP16576892 A JP 16576892A JP 2751740 B2 JP2751740 B2 JP 2751740B2
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- Japan
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- integrated circuit
- refrigerant
- cylindrical
- fin
- cooling structure
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73253—Bump and layer connectors
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は液冷を用いた電子機器等
に使用される集積回路の冷却構造体に関し、特に絶縁性
冷媒を用いてノズルから直接冷媒を噴出することによっ
て冷却を行う浸漬噴流冷却の構造体に関する。
に使用される集積回路の冷却構造体に関し、特に絶縁性
冷媒を用いてノズルから直接冷媒を噴出することによっ
て冷却を行う浸漬噴流冷却の構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、浸漬噴流冷却は集積回路チップ、
または集積回路チップ放熱面にヒートシンクを装着した
状態で絶縁性液体に浸し、集積回路チップ、またはヒー
トシンクの上にノズルから冷媒を噴出させる構造であ
る。図５に、この種の従来の浸漬噴流冷却の冷媒の供給
構造の一例を示す。このように、従来の浸漬噴流冷却の
冷媒の供給構造は、容器入口から入った冷媒を一度に基
板上の全集積回路チップに供給する構造であった。容器
に入った冷媒は、流路入口７を通って、基板上にある全
部の集積回路チップ１の上に各ノズルから一度に噴出さ
れる。その後、冷媒はノズルから噴出された量と同じだ
け容器の外へと流出する。
または集積回路チップ放熱面にヒートシンクを装着した
状態で絶縁性液体に浸し、集積回路チップ、またはヒー
トシンクの上にノズルから冷媒を噴出させる構造であ
る。図５に、この種の従来の浸漬噴流冷却の冷媒の供給
構造の一例を示す。このように、従来の浸漬噴流冷却の
冷媒の供給構造は、容器入口から入った冷媒を一度に基
板上の全集積回路チップに供給する構造であった。容器
に入った冷媒は、流路入口７を通って、基板上にある全
部の集積回路チップ１の上に各ノズルから一度に噴出さ
れる。その後、冷媒はノズルから噴出された量と同じだ
け容器の外へと流出する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の集積回
路の冷却構造体では、容器入口流量は基板上に存在する
集積回路チップの消費電力に比例して増大する。このた
め、集積回路チップの発熱密度が増えると冷媒供給装置
や配管が大型化し、冷媒そのものも大量に必要となると
いう問題が生じる。
路の冷却構造体では、容器入口流量は基板上に存在する
集積回路チップの消費電力に比例して増大する。このた
め、集積回路チップの発熱密度が増えると冷媒供給装置
や配管が大型化し、冷媒そのものも大量に必要となると
いう問題が生じる。
【０００４】また、基板上の集積回路チップ１やヒート
シンクが全て冷媒に浸されているため、基板や集積回路
チップを交換する際の組み立て、解体作業が複雑化して
しまう。
シンクが全て冷媒に浸されているため、基板や集積回路
チップを交換する際の組み立て、解体作業が複雑化して
しまう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の冷却構造体は、
沸点の低い絶縁性の冷媒を用いて、ノズルから直接冷媒
を噴出し、衝突させて冷却を行う集積回路の冷却構造体
において、集積回路チップに、フィン側壁に小径の孔を
開け、さらに前記ノズルが通るだけの孔を開けた上蓋を
有する円筒型フィンが装着された熱伝導性の良い材料か
らなる平板を接続し、また前記フィンの上部には絶縁性
の冷媒が流れる流路を持つ、熱伝導性の良い材料からな
るコールドプレートを設け、さらに前記平板に対する位
置には円筒側フィンを取り囲むように円筒型のコールド
プレートの壁を設置し、円筒型のコールドプレートの壁
と前記平板との間は薄板バネを介して固着されることを
特徴とした構造を有し、また、絶縁性の冷媒は前記コー
ルドプレートに設けた流路入口を通って、先端が前記円
筒型フィンの内部に届くだけの長さを持ち、各々の集積
回路に垂直に対向するように設けられたノズルから噴出
された後、前記円筒型フィンの側壁の小径の孔を通っ
て、前記コールドプレートの開けられた流路出口から流
出し、次の集積回路チップに対する流路入口へと向かう
ことを特徴とする。
沸点の低い絶縁性の冷媒を用いて、ノズルから直接冷媒
を噴出し、衝突させて冷却を行う集積回路の冷却構造体
において、集積回路チップに、フィン側壁に小径の孔を
開け、さらに前記ノズルが通るだけの孔を開けた上蓋を
有する円筒型フィンが装着された熱伝導性の良い材料か
らなる平板を接続し、また前記フィンの上部には絶縁性
の冷媒が流れる流路を持つ、熱伝導性の良い材料からな
るコールドプレートを設け、さらに前記平板に対する位
置には円筒側フィンを取り囲むように円筒型のコールド
プレートの壁を設置し、円筒型のコールドプレートの壁
と前記平板との間は薄板バネを介して固着されることを
特徴とした構造を有し、また、絶縁性の冷媒は前記コー
ルドプレートに設けた流路入口を通って、先端が前記円
筒型フィンの内部に届くだけの長さを持ち、各々の集積
回路に垂直に対向するように設けられたノズルから噴出
された後、前記円筒型フィンの側壁の小径の孔を通っ
て、前記コールドプレートの開けられた流路出口から流
出し、次の集積回路チップに対する流路入口へと向かう
ことを特徴とする。
【０００６】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
る。
【０００７】図１は本発明の集積回路の冷却構造の一実
施例を示す断面図である。
施例を示す断面図である。
【０００８】図中１は集積回路チップであり、そのチッ
プ放熱面はフィン側壁に小径の孔５を開けた円筒型フィ
ン４が装着された熱伝導の良い材料からなる平板３と、
半田または熱伝導性接着剤２により接続されている。ま
たフィン上部には絶縁性冷媒が流れるように流路入口７
と流路出口８を設けた熱伝導性の良い材料からなるコー
ルドプレート１２を設置してある。
プ放熱面はフィン側壁に小径の孔５を開けた円筒型フィ
ン４が装着された熱伝導の良い材料からなる平板３と、
半田または熱伝導性接着剤２により接続されている。ま
たフィン上部には絶縁性冷媒が流れるように流路入口７
と流路出口８を設けた熱伝導性の良い材料からなるコー
ルドプレート１２を設置してある。
【０００９】流路入口７は先端が円筒型フィン４の上蓋
に開けられた孔を通って円筒型フィン４の内部に届くだ
けの長さを持ち、集積回路チップ１の垂直に対向するよ
うに設けらえたノズル６に接続されている。また、集積
回路チップ１に対するコールドプレート１２には円筒型
の壁１１を設置し、平板３とコールドプレート１２の円
筒型の壁１１とは、薄板バネ９を介して接続されてい
る。そしてこの両者で作られる内側空間に冷却槽１０が
形成され、流路出口８はコールドプレート１２に設置し
た流路を介して次の冷却槽の流路入口に接続される。
に開けられた孔を通って円筒型フィン４の内部に届くだ
けの長さを持ち、集積回路チップ１の垂直に対向するよ
うに設けらえたノズル６に接続されている。また、集積
回路チップ１に対するコールドプレート１２には円筒型
の壁１１を設置し、平板３とコールドプレート１２の円
筒型の壁１１とは、薄板バネ９を介して接続されてい
る。そしてこの両者で作られる内側空間に冷却槽１０が
形成され、流路出口８はコールドプレート１２に設置し
た流路を介して次の冷却槽の流路入口に接続される。
【００１０】図２は薄板バネ９の形状例、および円筒型
フィン４を装着した平板３の詳細図を示す。薄板バネ９
は薄い円盤リングであり、リング断面はリングの内側か
ら外側に向かう途中の凸部（または凹部）を持つように
形成され、リング内側には円筒型フィン４を装着した平
板３を接続し、さらにリング外側はコールドプレート１
２の円筒型の壁１１に接続される。
フィン４を装着した平板３の詳細図を示す。薄板バネ９
は薄い円盤リングであり、リング断面はリングの内側か
ら外側に向かう途中の凸部（または凹部）を持つように
形成され、リング内側には円筒型フィン４を装着した平
板３を接続し、さらにリング外側はコールドプレート１
２の円筒型の壁１１に接続される。
【００１１】図３は、図１に示した集積回路の冷却構造
体を用いた場合の冷媒の循環の様子を示した冷却構造断
面図である。炭化フッ素など絶縁性の冷媒は図中の矢印
の方向に沿って進む。流路入口７を通ってノズル６から
冷媒層へ噴出された冷媒は、平板３に衝突し、円筒型フ
ィン４を側壁に開けられた小径の孔５から、フィンの外
へと流出する。流出した冷媒はその後、流路出口８を通
って次の冷却槽への向かう。
体を用いた場合の冷媒の循環の様子を示した冷却構造断
面図である。炭化フッ素など絶縁性の冷媒は図中の矢印
の方向に沿って進む。流路入口７を通ってノズル６から
冷媒層へ噴出された冷媒は、平板３に衝突し、円筒型フ
ィン４を側壁に開けられた小径の孔５から、フィンの外
へと流出する。流出した冷媒はその後、流路出口８を通
って次の冷却槽への向かう。
【００１２】薄板バネ９は、リング中央部に凸部（また
は凹部）が形成された柔軟なバネのため、基板に実装す
る際、各集積回路チップ１の高さや傾きのバラツキが吸
収でき、確実に集積回路チップ１の放熱面全体の平板３
を装着することができる。そして、さらに集積回路チッ
プ１の発熱によって生じた熱膨張による応力緩和も行
う。
は凹部）が形成された柔軟なバネのため、基板に実装す
る際、各集積回路チップ１の高さや傾きのバラツキが吸
収でき、確実に集積回路チップ１の放熱面全体の平板３
を装着することができる。そして、さらに集積回路チッ
プ１の発熱によって生じた熱膨張による応力緩和も行
う。
【００１３】また、本構造体では、薄板バネ９を介して
平板３とコールドプレート１２の円筒型の壁１１が接続
されており、どちらか一方を圧接することにより、絶縁
性の冷媒に浸漬している部分（冷却槽部分）と、集積回
路チップとを容易に分離できる。このため、集積回路チ
ップを搭載する際の組み立て、あるいは解体作業が簡易
化でき、基板や集積回路チップの交換などが簡単に行え
る。
平板３とコールドプレート１２の円筒型の壁１１が接続
されており、どちらか一方を圧接することにより、絶縁
性の冷媒に浸漬している部分（冷却槽部分）と、集積回
路チップとを容易に分離できる。このため、集積回路チ
ップを搭載する際の組み立て、あるいは解体作業が簡易
化でき、基板や集積回路チップの交換などが簡単に行え
る。
【００１４】ところで、低沸点の絶縁性の冷媒を用いる
浸漬冷却は、集積回路のチップの発熱によって冷媒を沸
騰させ冷却を行う。このため、フィンからの気化熱を効
率良く奪うには、沸騰によって生じた気泡をいかに速や
かに除去するかが重要である。
浸漬冷却は、集積回路のチップの発熱によって冷媒を沸
騰させ冷却を行う。このため、フィンからの気化熱を効
率良く奪うには、沸騰によって生じた気泡をいかに速や
かに除去するかが重要である。
【００１５】本冷却構造体では、ノズル６が円筒型フィ
ン４の上蓋に開けられた孔１３から円筒型フィン４の内
部に入り込んでいる。円筒型フィン４には上蓋が設けら
れているため、ノズル６から噴出された冷媒は平板３に
衝突した後、その跳ね返りが円筒型フィン４の上から流
出することなく、強制的にフィン４の側壁に開けられた
小径の孔５からフィン外部へ流出する。小径の孔５は伝
熱面積を増大し、さらに沸騰によって生じる気泡の安定
な発生点を与える。このため冷媒はフィンの全伝熱面に
接触でき、伝熱面に生じた気泡を微小なうちに一掃する
ことができる。
ン４の上蓋に開けられた孔１３から円筒型フィン４の内
部に入り込んでいる。円筒型フィン４には上蓋が設けら
れているため、ノズル６から噴出された冷媒は平板３に
衝突した後、その跳ね返りが円筒型フィン４の上から流
出することなく、強制的にフィン４の側壁に開けられた
小径の孔５からフィン外部へ流出する。小径の孔５は伝
熱面積を増大し、さらに沸騰によって生じる気泡の安定
な発生点を与える。このため冷媒はフィンの全伝熱面に
接触でき、伝熱面に生じた気泡を微小なうちに一掃する
ことができる。
【００１６】さらに、本冷却構造体は、冷却槽１０の周
りをコールドプレート１２の円筒型の壁１１で囲んでい
るため、気泡を冷却しやすく、冷媒の気泡を速やかに液
化することができる。このため熱交換が効率良く行える
ため冷却効率が上がり、同時に気泡発生による容器内の
圧力増大も抑えることができる。
りをコールドプレート１２の円筒型の壁１１で囲んでい
るため、気泡を冷却しやすく、冷媒の気泡を速やかに液
化することができる。このため熱交換が効率良く行える
ため冷却効率が上がり、同時に気泡発生による容器内の
圧力増大も抑えることができる。
【００１７】図４は、図１における薄板バネ９とコール
ドプレート１２の円筒型の壁１１の代りに、ベローズ１
４を用いた本発明の他の実施例である。平板３とコール
ドプレート１２の間にベローズ１４を有することによっ
て、薄板バネ９を用いた時と同様の効果をもつ。
ドプレート１２の円筒型の壁１１の代りに、ベローズ１
４を用いた本発明の他の実施例である。平板３とコール
ドプレート１２の間にベローズ１４を有することによっ
て、薄板バネ９を用いた時と同様の効果をもつ。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の冷却構造
体は、浸漬噴流冷却の際、冷媒供給装置や配管の大型化
が避けられ、冷媒の必要量を小量にでき、さらに熱応力
の緩和や、冷却装置の解体、組立を良くすることができ
る。
体は、浸漬噴流冷却の際、冷媒供給装置や配管の大型化
が避けられ、冷媒の必要量を小量にでき、さらに熱応力
の緩和や、冷却装置の解体、組立を良くすることができ
る。
【００１９】さらに、沸騰によって生じた気泡が速やか
に液化されるため、冷却効率が良く、冷却装置内の圧力
の増大を防ぐ効果がある。
に液化されるため、冷却効率が良く、冷却装置内の圧力
の増大を防ぐ効果がある。
【図１】本発明の一実施例の断面図である。
【図２】図１における薄板バネと円筒型フィンの詳細図
である。
である。
【図３】図１に示した浸漬噴流冷却構造体を用いた場合
の冷媒の循環の様子を示した断面図である。
の冷媒の循環の様子を示した断面図である。
【図４】本発明の他の実施例を断面図である。
【図５】従来の浸漬噴流冷却構造体における冷媒の循環
の様子を示した断面図である。
の様子を示した断面図である。
１ 集積回路チップ ２ 半田または熱電動性接着剤 ３ 熱電動性の良い材料からなる平板 ４ 円筒型フィン ５ 小径の孔 ６ ノズル ７ 流路入口 ８ 流路出口 ９ 薄板バネ １０ 冷却槽 １１ 壁 １２ コールドプレート １３ 孔 １４ ベローズ
Claims (2)
- 【請求項１】 沸点の低い絶縁性の冷媒を用いて、ノズ
ルから直接冷媒を噴出し、衝突させて冷却を行う集積回
路の冷却構造体において、 集積回路チップに、フィン側壁に小径の孔を開け、さら
に前記ノズルが通るだけの孔を開けた上蓋を有する円筒
型フィンが装着された熱伝導性の良い材料からなる平板
を接続し、また前記フィンの上部には絶縁性の冷媒が流
れる流路を持つ、熱伝導性の良い材料からなるコールド
プレートを設け、さらに前記平板に対する位置には円筒
側フィンを取り囲むように円筒型のコールドプレートの
壁を設置し、円筒型のコールドプレートの壁と前記平板
との間は薄板バネを介して固着されることを特徴とした
構造を有し、 また、絶縁性の冷媒は前記コールドプレートに設けた流
路入口を通って、先端が前記円筒型フィンの内部に届く
だけの長さを持ち、各々の集積回路に垂直に対向するよ
うに設けられたノズルから噴出された後、前記円筒型フ
ィンの側壁の小径の孔を通って、前記コールドプレート
の開けられた流路出口から流出し、次の集積回路チップ
に対する流路入口へと向かうことを特徴とする集積回路
の冷却構造体。 - 【請求項２】 前記薄板バネおよび前記熱伝導性の良い
材料からなるコールドプレートの壁の代わりに、ベロー
ズを用いたことを特徴とする請求項１記載の集積回路の
冷却構造体。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4165768A JP2751740B2 (ja) | 1992-06-24 | 1992-06-24 | 集積回路の冷却構造体 |
| DE69321501T DE69321501T2 (de) | 1992-02-10 | 1993-01-29 | Kühlvorrichtung für Bauteile mit elektronischen Schaltungen |
| EP93300671A EP0560478B1 (en) | 1992-02-10 | 1993-01-29 | Cooling structure for electronic circuit package |
| CA002088747A CA2088747C (en) | 1992-02-10 | 1993-02-03 | Cooling structure for electronic circuit package |
| US08/396,900 US5491363A (en) | 1992-02-10 | 1995-03-01 | Low boiling point liquid coolant cooling structure for electronic circuit package |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4165768A JP2751740B2 (ja) | 1992-06-24 | 1992-06-24 | 集積回路の冷却構造体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH065754A JPH065754A (ja) | 1994-01-14 |
| JP2751740B2 true JP2751740B2 (ja) | 1998-05-18 |
Family
ID=15818674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4165768A Expired - Lifetime JP2751740B2 (ja) | 1992-02-10 | 1992-06-24 | 集積回路の冷却構造体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2751740B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6394289B2 (ja) | 2014-11-04 | 2018-09-26 | 富士通株式会社 | 蒸発器、冷却装置、及び電子機器 |
| JP6398627B2 (ja) | 2014-11-10 | 2018-10-03 | 富士通株式会社 | 放熱シート、放熱シートの製造方法、及び電子装置の製造方法 |
| JP6720752B2 (ja) * | 2016-07-25 | 2020-07-08 | 富士通株式会社 | 液浸冷却装置、液浸冷却システム、及び液浸冷却装置の制御方法 |
-
1992
- 1992-06-24 JP JP4165768A patent/JP2751740B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH065754A (ja) | 1994-01-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980127 |