JP2793204B2 - 集積回路の冷却構造 - Google Patents
集積回路の冷却構造Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は情報処理装置等の電子機器を構成する集積回
路素子の冷却構造に関し、特に水などの液体冷媒を集積
回路素子の近傍に循環させ、集積回路素子で発生した熱
を液体冷媒へ伝播させ冷却する構造に関する。
路素子の冷却構造に関し、特に水などの液体冷媒を集積
回路素子の近傍に循環させ、集積回路素子で発生した熱
を液体冷媒へ伝播させ冷却する構造に関する。
従来、この種の冷却構造としては第２図に示す例（S.
Oktay,H.C.Kammerer"A Conduction−Cooled Module for
High−Performance LSI Devices"IBM J.RES.DEVELOP.V
ol.26 No.1 Jan.1982による）のように、集積回路201に
ばね205によりピストン204を押し付けて熱を奪い、その
熱をヘリウムガス210を充填した空間を通してハット20
6,介在層207を経て冷却板208へ伝え、冷媒209へ放熱す
る方法をはじめとして、いくつかのものが考案され実用
化されている。また特開昭60−160150には液体冷媒の衝
突憤流を利用した冷却装置の例が示されている。すなわ
ち第３図に示すようにチップ301で発生した熱を伝熱基
板303,可変形性伝熱体304,伝熱板305へと伝え、伝熱板3
05をノズル306から液体冷媒を噴出させて冷却するよう
になっている。
Oktay,H.C.Kammerer"A Conduction−Cooled Module for
High−Performance LSI Devices"IBM J.RES.DEVELOP.V
ol.26 No.1 Jan.1982による）のように、集積回路201に
ばね205によりピストン204を押し付けて熱を奪い、その
熱をヘリウムガス210を充填した空間を通してハット20
6,介在層207を経て冷却板208へ伝え、冷媒209へ放熱す
る方法をはじめとして、いくつかのものが考案され実用
化されている。また特開昭60−160150には液体冷媒の衝
突憤流を利用した冷却装置の例が示されている。すなわ
ち第３図に示すようにチップ301で発生した熱を伝熱基
板303,可変形性伝熱体304,伝熱板305へと伝え、伝熱板3
05をノズル306から液体冷媒を噴出させて冷却するよう
になっている。
上述した従来の冷却構造のうち、第２図の例ではピス
トンをばねを用いて集積回路に接触させているため、集
積回路には常時力が加わった状態にあり、集積回路と配
線基板との接続部分が信頼性に悪影響を及ぼす恐れがあ
る。また集積回路を配線基板に取付けたときに生じる高
さや傾きのばらつきに追従させるため、ピストンと集積
回路との接触面を球面とし、ハットとピストンとの間に
すきまを設けているが、これは有効伝熱面積を減少させ
冷却能力の低下をもたらす。また冷却板内の冷媒流路は
強制対流による熱伝達を目的として形成されており、得
られる熱伝達係数は0.1〜0.5W/cm2℃程度であって集積
回路の高集積化が進み消費電力が増大すると冷却能力が
不足する。
トンをばねを用いて集積回路に接触させているため、集
積回路には常時力が加わった状態にあり、集積回路と配
線基板との接続部分が信頼性に悪影響を及ぼす恐れがあ
る。また集積回路を配線基板に取付けたときに生じる高
さや傾きのばらつきに追従させるため、ピストンと集積
回路との接触面を球面とし、ハットとピストンとの間に
すきまを設けているが、これは有効伝熱面積を減少させ
冷却能力の低下をもたらす。また冷却板内の冷媒流路は
強制対流による熱伝達を目的として形成されており、得
られる熱伝達係数は0.1〜0.5W/cm2℃程度であって集積
回路の高集積化が進み消費電力が増大すると冷却能力が
不足する。
特開昭60−160150の例（第３図）では薄肉のベローズ
を用いているため、腐蝕が発生してベローズに穴があき
液体冷媒が漏出することが考えられる。
を用いているため、腐蝕が発生してベローズに穴があき
液体冷媒が漏出することが考えられる。
本発明の集積回路の冷却構造は、配線基板に複数個搭
載された集積回路と、前記配線基板を保持する基板枠
と、前記集積回路の上面と微小間隙を保ち対向し、かつ
前記集積回路に対向する反対側の面にざぐり穴を有する
冷却板と、この冷却板と前記集積回路の上面との微小間
隙に充填される熱伝導性コンパウンドと、前記冷却板に
密着し、液体冷媒の入口および出口を有し、かつ液体冷
媒を複数の系統へ分配するためのヘッダ部を前記入口お
よび出口に接して設け、このヘッダ部の底部に保持され
前記冷却板のざぐり穴へ直行させた複数個のノズルを設
けた冷却容器とを有することにより構成される。また請
求項（１）の前記冷却容器は前記配線基板上で液体冷媒
の複数個ある系統の各々において最も入口に近い位置に
搭載された集積回路に対応するざぐり穴へ液体冷媒を噴
出させる第１のノズルと、このざぐり穴からの冷媒排出
口と、次のざぐり穴へ直行する第２のノズルと、前記冷
媒排出口と第２のノズルとを直結するざぐり溝とを有す
ることにより構成される。
載された集積回路と、前記配線基板を保持する基板枠
と、前記集積回路の上面と微小間隙を保ち対向し、かつ
前記集積回路に対向する反対側の面にざぐり穴を有する
冷却板と、この冷却板と前記集積回路の上面との微小間
隙に充填される熱伝導性コンパウンドと、前記冷却板に
密着し、液体冷媒の入口および出口を有し、かつ液体冷
媒を複数の系統へ分配するためのヘッダ部を前記入口お
よび出口に接して設け、このヘッダ部の底部に保持され
前記冷却板のざぐり穴へ直行させた複数個のノズルを設
けた冷却容器とを有することにより構成される。また請
求項（１）の前記冷却容器は前記配線基板上で液体冷媒
の複数個ある系統の各々において最も入口に近い位置に
搭載された集積回路に対応するざぐり穴へ液体冷媒を噴
出させる第１のノズルと、このざぐり穴からの冷媒排出
口と、次のざぐり穴へ直行する第２のノズルと、前記冷
媒排出口と第２のノズルとを直結するざぐり溝とを有す
ることにより構成される。
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図である。１
は集積回路、２は集積回路１を複数個マトリクス状に配
列し搭載した配線基板で、その外縁部を囲むよう基板枠
３が固着されている。４は冷却板で集積回路１の上面と
微小間隙を保って対向し、かつ集積回路１に対向する反
対の面にざぐり穴５を具備している。集積回路１と冷却
板４との微小間隙には、熱伝導性コンパウンド６が充填
されている。この熱伝導性コンパウンド６はシリコーン
オイル等の基材に、金属酸化物，窒化ホウ素などの絶縁
性熱伝導性材料をフィラーとして混入したものである。
冷却板４の上には液体冷媒入口７、液体冷媒出口８およ
び液体冷媒を複数の系統へ分配するための入口側ヘッダ
９、出口側ヘッダ10を設けたヘッダ部11を有する。さら
に、このヘッダ部11には、その底部に保持され、冷却板
４の各系統別に設けられたざぐり穴５へ直向させた第１
のノズル12と冷媒排出口13と、次のざくり穴５に直向し
冷媒排出口13とざぐり溝14で直結されている第２のノズ
ル15とを有する冷却容器16が密着されている。
は集積回路、２は集積回路１を複数個マトリクス状に配
列し搭載した配線基板で、その外縁部を囲むよう基板枠
３が固着されている。４は冷却板で集積回路１の上面と
微小間隙を保って対向し、かつ集積回路１に対向する反
対の面にざぐり穴５を具備している。集積回路１と冷却
板４との微小間隙には、熱伝導性コンパウンド６が充填
されている。この熱伝導性コンパウンド６はシリコーン
オイル等の基材に、金属酸化物，窒化ホウ素などの絶縁
性熱伝導性材料をフィラーとして混入したものである。
冷却板４の上には液体冷媒入口７、液体冷媒出口８およ
び液体冷媒を複数の系統へ分配するための入口側ヘッダ
９、出口側ヘッダ10を設けたヘッダ部11を有する。さら
に、このヘッダ部11には、その底部に保持され、冷却板
４の各系統別に設けられたざぐり穴５へ直向させた第１
のノズル12と冷媒排出口13と、次のざくり穴５に直向し
冷媒排出口13とざぐり溝14で直結されている第２のノズ
ル15とを有する冷却容器16が密着されている。
いま液体冷媒17が冷却容器16の液体冷媒入口７から流
入すると、入口側ヘッダ９を満たし、第１のノズル12か
ら冷却板４のざぐり穴５へ衝突する。衝突した冷媒は冷
媒排出口13,ざぐり溝14を通り、第２のノズル15へと順
次流れ、最後に出口側ヘッダ10へ集まり、液体冷媒出口
８から外部へ排出される。
入すると、入口側ヘッダ９を満たし、第１のノズル12か
ら冷却板４のざぐり穴５へ衝突する。衝突した冷媒は冷
媒排出口13,ざぐり溝14を通り、第２のノズル15へと順
次流れ、最後に出口側ヘッダ10へ集まり、液体冷媒出口
８から外部へ排出される。
集積回路１で発生した熱は、熱伝導性コンパウンド６
を通過して冷却板４へと伝わる。冷却板４の集積回路１
に対向する反対の面のざぐり穴５には液体冷媒が衝突し
ており、ここで熱伝達が行われる。実験によればノズル
からの噴出速度を0.5〜3.0m/sで変化させたところ、１
〜3W/cm2℃の熱伝達率が得られた。したがって本発明の
冷却構造において、冷却板と集積回路の上面との間隙を
十分小さく保つことにより。集積回路のPNジャンクショ
ンから液体冷媒までの熱抵抗値を１℃/Wあるいはそれ以
下に抑えることが可能である。さらに集積回路を配線基
板に取り付けた際に生じる高さや傾きのばらつきに対し
ても熱伝導性コンパウンドが追従するため、集積回路に
力を加えることがなく、集積回路と配線基板との接続部
に悪影響を与えない。また冷却板に銅合金など熱伝導率
の高い金属を材料として用いれば、肉厚を大きくとって
も熱抵抗値の増加は無視できることから、腐蝕により穴
があき液体冷媒が外部へ漏出することを防止できる。
を通過して冷却板４へと伝わる。冷却板４の集積回路１
に対向する反対の面のざぐり穴５には液体冷媒が衝突し
ており、ここで熱伝達が行われる。実験によればノズル
からの噴出速度を0.5〜3.0m/sで変化させたところ、１
〜3W/cm2℃の熱伝達率が得られた。したがって本発明の
冷却構造において、冷却板と集積回路の上面との間隙を
十分小さく保つことにより。集積回路のPNジャンクショ
ンから液体冷媒までの熱抵抗値を１℃/Wあるいはそれ以
下に抑えることが可能である。さらに集積回路を配線基
板に取り付けた際に生じる高さや傾きのばらつきに対し
ても熱伝導性コンパウンドが追従するため、集積回路に
力を加えることがなく、集積回路と配線基板との接続部
に悪影響を与えない。また冷却板に銅合金など熱伝導率
の高い金属を材料として用いれば、肉厚を大きくとって
も熱抵抗値の増加は無視できることから、腐蝕により穴
があき液体冷媒が外部へ漏出することを防止できる。
以上説明したように本発明は、集積回路を複数個搭載
した配線基板に基板枠を固着し、集積回路の上面と微小
間隙を保って対向し、集積回路と反対方向にざぐり穴を
有する冷却板を基板枠に取り付け、微小間隙に熱伝導性
コンパウンドを充填し、冷却板の集積回路に対向する反
対側の面のざぐり穴に、ノズルにより液体冷媒を衝突さ
せるよう流路を形成した冷却容器を冷却板に密着させ、
冷却板と液体冷媒との熱伝導率を高くする構造としたこ
とにより、熱抵抗が小さく腐蝕に対する信頼性の高い冷
却構造を提供することができる効果がある。
した配線基板に基板枠を固着し、集積回路の上面と微小
間隙を保って対向し、集積回路と反対方向にざぐり穴を
有する冷却板を基板枠に取り付け、微小間隙に熱伝導性
コンパウンドを充填し、冷却板の集積回路に対向する反
対側の面のざぐり穴に、ノズルにより液体冷媒を衝突さ
せるよう流路を形成した冷却容器を冷却板に密着させ、
冷却板と液体冷媒との熱伝導率を高くする構造としたこ
とにより、熱抵抗が小さく腐蝕に対する信頼性の高い冷
却構造を提供することができる効果がある。
第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図およ
び第３図はそれぞれ従来の集積回路の冷却構造の例を示
す縦断面図である。 1,101……集積回路、2,202……配線基板、３……基板
枠、4,208……冷却板、５……ざぐり穴、６……熱伝導
性コンパウンド、７……液体冷媒入口、８……液体冷媒
出口、９……入口側ヘッダ、10……出口側ヘッダ、11…
…ヘッダ部、12……第１のノズル、13……冷媒排出口、
14……ざぐり溝、15……第２のノズル、16……冷却容
器、17……液体冷媒、203……I/Oピン、204……ピスト
ン、205……ばね、206……ハット、207……介在層、209
……冷媒、301……チップ、302……プリント基板、303
……伝熱基板、304……可変形性伝熱体、305……伝熱
板、306……ノズル、307……ベローズ、308……クーリ
ングヘッダ。
び第３図はそれぞれ従来の集積回路の冷却構造の例を示
す縦断面図である。 1,101……集積回路、2,202……配線基板、３……基板
枠、4,208……冷却板、５……ざぐり穴、６……熱伝導
性コンパウンド、７……液体冷媒入口、８……液体冷媒
出口、９……入口側ヘッダ、10……出口側ヘッダ、11…
…ヘッダ部、12……第１のノズル、13……冷媒排出口、
14……ざぐり溝、15……第２のノズル、16……冷却容
器、17……液体冷媒、203……I/Oピン、204……ピスト
ン、205……ばね、206……ハット、207……介在層、209
……冷媒、301……チップ、302……プリント基板、303
……伝熱基板、304……可変形性伝熱体、305……伝熱
板、306……ノズル、307……ベローズ、308……クーリ
ングヘッダ。
フロントページの続き (72)発明者 久保川 潤 山梨県甲府市丸の内１丁目17番14号 甲 府日本電気株式会社内 (56)参考文献 実開 昭62−87452（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 23/46
Claims (2)
- 【請求項１】配線基板に複数個搭載された集積回路と、 前記配線基板を保持する基板枠と、 前記集積回路の上面と微小間隔を保ち対向し、かつ前記
集積回路に対向する反対側の面にざぐり穴を有する冷却
板と、 この冷却板と前記集積回路の上面との微小間隔に充填さ
れる熱伝導性コンパウンドと、 前記冷却板に密着し、液体冷媒の入口および出口を有
し、かつ液体冷媒を複数の系統へ分配するためのヘッダ
部を前記入口および出口に接して設け、このヘッダ部の
底部に保持され前記冷却板のざぐり穴へ直行させた複数
個のノズルを設けた冷却容器とを含むことを特徴とする
集積回路の冷却構造。 - 【請求項２】前記冷却容器は、 前記配線基板上で液体冷媒の複数個ある系統の各々にお
いて最も入口に近い位置に搭載された集積回路に対応す
るざぐり穴へ液体冷媒を噴出させる第１のノズルと、 この第１のノズルが液体冷媒を噴出させたざぐり穴から
の冷媒排出口と、 次のざぐり穴へ直行する第２のノズルと、 前記冷媒排出口と前記第２のノズルとを直結するざぐり
溝とを含むことを特徴とする請求項（１）記載の集積回
路の冷却構造。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63253540A JP2793204B2 (ja) | 1988-10-06 | 1988-10-06 | 集積回路の冷却構造 |
| DE68918156T DE68918156T2 (de) | 1988-05-09 | 1989-05-08 | Flache Kühlungsstruktur für integrierte Schaltung. |
| CA000599031A CA1303238C (en) | 1988-05-09 | 1989-05-08 | Flat cooling structure of integrated circuit |
| US07/349,411 US5023695A (en) | 1988-05-09 | 1989-05-08 | Flat cooling structure of integrated circuit |
| EP89304623A EP0341950B1 (en) | 1988-05-09 | 1989-05-08 | Flat cooling structure of integrated circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63253540A JP2793204B2 (ja) | 1988-10-06 | 1988-10-06 | 集積回路の冷却構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02100351A JPH02100351A (ja) | 1990-04-12 |
| JP2793204B2 true JP2793204B2 (ja) | 1998-09-03 |
Family
ID=17252790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63253540A Expired - Fee Related JP2793204B2 (ja) | 1988-05-09 | 1988-10-06 | 集積回路の冷却構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2793204B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0786471A (ja) * | 1993-09-20 | 1995-03-31 | Hitachi Ltd | 半導体モジュ−ル |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6287452U (ja) * | 1985-11-19 | 1987-06-04 |
-
1988
- 1988-10-06 JP JP63253540A patent/JP2793204B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02100351A (ja) | 1990-04-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |