JPS62119947A - 集積回路素子の冷却装置 - Google Patents
集積回路素子の冷却装置Info
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- JPS62119947A JPS62119947A JP25928485A JP25928485A JPS62119947A JP S62119947 A JPS62119947 A JP S62119947A JP 25928485 A JP25928485 A JP 25928485A JP 25928485 A JP25928485 A JP 25928485A JP S62119947 A JPS62119947 A JP S62119947A
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- Japan
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- heat transfer
- integrated circuit
- protrusions
- center
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
- H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
- H01L23/4735—Jet impingement
-
- H—ELECTRICITY
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- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、基板に装着した集積回路素子を液冷する冷却
装置に関する。
装置に関する。
集積回路素子は動作中発熱があり、一方、集積回路素子
の温度は許容範囲内に収める必要がある為、その熱を放
散する技術は重要なものとなっている。これらの技術は
、主に空冷と液冷の２つの基本的手段に分けられるが特
に発熱の著しいものは液冷方式が採用されることが多い
。第４図はその液冷装置の一例を示し、１０は基板（プ
リント基板）、１２は該基板１０に取付けられた集積回
路素子（パッケージに収められた又はチップが露出した
状態の集積回路）である。２０は冷却体で、本体は薄型
矩形箱状体であり、内部は仕切壁により区切られて上下
に２分されている。２０ａは該本体の上板、２０ｂは同
下板、２０ｃは仕切壁である。下板２０ｂにはベローズ
、ダイアフラムなどの可撓性弾性構造体（以下ベローズ
という）２２ａ、２２ｂ、・・・・・・が取付けられ、
これらのベローズの中央には仕切壁２０ｃより垂下する
短円筒２４ａ、２４ｂ、・・・・・・が設けられる。
の温度は許容範囲内に収める必要がある為、その熱を放
散する技術は重要なものとなっている。これらの技術は
、主に空冷と液冷の２つの基本的手段に分けられるが特
に発熱の著しいものは液冷方式が採用されることが多い
。第４図はその液冷装置の一例を示し、１０は基板（プ
リント基板）、１２は該基板１０に取付けられた集積回
路素子（パッケージに収められた又はチップが露出した
状態の集積回路）である。２０は冷却体で、本体は薄型
矩形箱状体であり、内部は仕切壁により区切られて上下
に２分されている。２０ａは該本体の上板、２０ｂは同
下板、２０ｃは仕切壁である。下板２０ｂにはベローズ
、ダイアフラムなどの可撓性弾性構造体（以下ベローズ
という）２２ａ、２２ｂ、・・・・・・が取付けられ、
これらのベローズの中央には仕切壁２０ｃより垂下する
短円筒２４ａ、２４ｂ、・・・・・・が設けられる。
基板１０上に多数の集積回路素子１２がマトリクス状に
配設されているとしてこの冷却体２０は多数のベローズ
２２ａ、２２ｂ、・・・・・・を各集積回路素子に対応
させて、従って７トリクス状に並べて配設しており、装
着した状態では図示のように各ベローズの伝熱板２６が
各々の直下の集積回路素子１２を押圧する。本体部の上
板２０ａと仕切壁２０ｃとの間の空間には冷媒液（水又
はフレオン（商標）等）が供給され、この冷媒液は各ベ
ローズの所で短円筒２４ａ、２４ｂ、・・・・・・を通
って降下し、ベローズの伝熱面２８に当って該伝熱板２
６従って集積回路素子１２を冷却し、然るのち仕切壁２
０ｃと下板２０ｂとの間の空間を通って排出口へ流れる
。
配設されているとしてこの冷却体２０は多数のベローズ
２２ａ、２２ｂ、・・・・・・を各集積回路素子に対応
させて、従って７トリクス状に並べて配設しており、装
着した状態では図示のように各ベローズの伝熱板２６が
各々の直下の集積回路素子１２を押圧する。本体部の上
板２０ａと仕切壁２０ｃとの間の空間には冷媒液（水又
はフレオン（商標）等）が供給され、この冷媒液は各ベ
ローズの所で短円筒２４ａ、２４ｂ、・・・・・・を通
って降下し、ベローズの伝熱面２８に当って該伝熱板２
６従って集積回路素子１２を冷却し、然るのち仕切壁２
０ｃと下板２０ｂとの間の空間を通って排出口へ流れる
。
このような冷却装置で冷却能力を高めるには、冷媒液の
温度を下げる、熱抵抗を下げる、等の手段がある。伝熱
面と冷媒間の熱抵抗Ｒは伝熱面積をＡ、全面平均熱伝達
率をｈとして、Ｒ−１／（Ａ−τ）の関係があるから、
これを下げるにはＡ及びｈを大にすればよい。伝熱面を
凹凸にすることは通常伝達面積Ａの増大を狙ったもので
あるが、単純に面を凹凸にすると冷媒の死水域（流れが
淀む領域）が発生し、その部分で局所の熱伝達率りひい
ては全面平均熱伝達率りが悪くなって、冷却能力は期待
したほど向上しない。
温度を下げる、熱抵抗を下げる、等の手段がある。伝熱
面と冷媒間の熱抵抗Ｒは伝熱面積をＡ、全面平均熱伝達
率をｈとして、Ｒ−１／（Ａ−τ）の関係があるから、
これを下げるにはＡ及びｈを大にすればよい。伝熱面を
凹凸にすることは通常伝達面積Ａの増大を狙ったもので
あるが、単純に面を凹凸にすると冷媒の死水域（流れが
淀む領域）が発生し、その部分で局所の熱伝達率りひい
ては全面平均熱伝達率りが悪くなって、冷却能力は期待
したほど向上しない。
第５図（ａｌは伝熱面に多数の平行な角棒状突出部を形
成した例を示す。３０は該伝熱板、３２は突出部である
。３４はノズルで、断面は矩形であり、その長辺は角棒
状突出部３２と平行である。このノズル３４から矢印で
示すように冷媒を流出させ、冷却板３０の突出部３２が
ある面へ当てる。このようにすると第５図（ｂｌで示す
ように、伝熱面を流れる冷媒が乱されて伝熱面に沿う流
れが剥離し、渦を発生する。この渦は局所熱伝達率りの
増大に効果がある０層流から剥離して渦形成に向った流
れは再付着点ＲＬで冷却板３０に接するが、局所熱伝達
率りはこの部分で特に向上する。第５図（Ｃ）の曲線（
Ａ）は冷却面に突出部３４を付さない状態での局所熱伝
達率りの分布を示し、それはノズル直下の岐点Ｏでは大
きいが、それから離れるにつれて減少する傾向がある。
成した例を示す。３０は該伝熱板、３２は突出部である
。３４はノズルで、断面は矩形であり、その長辺は角棒
状突出部３２と平行である。このノズル３４から矢印で
示すように冷媒を流出させ、冷却板３０の突出部３２が
ある面へ当てる。このようにすると第５図（ｂｌで示す
ように、伝熱面を流れる冷媒が乱されて伝熱面に沿う流
れが剥離し、渦を発生する。この渦は局所熱伝達率りの
増大に効果がある０層流から剥離して渦形成に向った流
れは再付着点ＲＬで冷却板３０に接するが、局所熱伝達
率りはこの部分で特に向上する。第５図（Ｃ）の曲線（
Ａ）は冷却面に突出部３４を付さない状態での局所熱伝
達率りの分布を示し、それはノズル直下の岐点Ｏでは大
きいが、それから離れるにつれて減少する傾向がある。
曲線（Ｂ）は突出部３２を形成した場合で、この場合は
図示のようにノズル直下０から離れても局所熱伝達率り
は中々低下せず、従って、適当な領域を選べば、その領
域における平均熱伝達率りは効果的に向上することにな
る。なおこの熱伝達率の向上効果及び曲線（Ｂ）の形状
はノズルから伝熱面までの距離Ｈ１突出部３２の幅Ｗ、
高さｅ、ピッチＰにより変る。。
図示のようにノズル直下０から離れても局所熱伝達率り
は中々低下せず、従って、適当な領域を選べば、その領
域における平均熱伝達率りは効果的に向上することにな
る。なおこの熱伝達率の向上効果及び曲線（Ｂ）の形状
はノズルから伝熱面までの距離Ｈ１突出部３２の幅Ｗ、
高さｅ、ピッチＰにより変る。。
本発明はか−る効果を岐点から遠ざかった部分の面積割
合が大きな同心円形状に利用して、効果的に集積回路素
子を冷却することができる装置を提供しようとするもの
である。
合が大きな同心円形状に利用して、効果的に集積回路素
子を冷却することができる装置を提供しようとするもの
である。
本発明は、基板上の集積回路素子に伝熱板を当接、或い
は熱的に接合するベローズやダイアフラムなどの可撓性
弾性構造体を備え、該可撓性弾性構造体内中央部にノズ
ルを有して、該ノズルより冷媒を可撓性弾性構造体の伝
熱面の中央に向けて流出させ、該可撓性弾性構造体の伝
熱板及び集積回路素子を冷却する装置において、該可撓
性弾性構造体の伝熱のノズル側に、ノズル軸心に中心を
合わせた同心円状の複数の環状突出部を設けたことを特
徴とするものである。
は熱的に接合するベローズやダイアフラムなどの可撓性
弾性構造体を備え、該可撓性弾性構造体内中央部にノズ
ルを有して、該ノズルより冷媒を可撓性弾性構造体の伝
熱面の中央に向けて流出させ、該可撓性弾性構造体の伝
熱板及び集積回路素子を冷却する装置において、該可撓
性弾性構造体の伝熱のノズル側に、ノズル軸心に中心を
合わせた同心円状の複数の環状突出部を設けたことを特
徴とするものである。
可撓性弾性構造体の伝熱面に同心円状の突出部を設ける
と、冷媒の渦が発生、保持され、可撓性弾性構造体の伝
熱板ひいては、集積回路素子の冷却能力を高めることが
できる。
と、冷媒の渦が発生、保持され、可撓性弾性構造体の伝
熱板ひいては、集積回路素子の冷却能力を高めることが
できる。
第１図に本発明の実施例を示す。この図で第４図と同じ
部分には同じ符号を付して示す。３６は第４図の突出部
３２と同様な突出部であるが、第１図（Ｃ）に示すよう
に同心円状の円環状をなす。断面は第１図（ｂｌに示す
ように矩形である。２６はベローズ２２の伝熱板であり
、円板状である。仕切壁２０ｃから垂下する短円筒２４
はその中心を底板２６及び突出部３６の中心に合わせて
あり、従ってノズルとなる該短円筒２４より流出する冷
媒は伝熱板２６の中心部に当り、然るのち伝熱板表面に
沿って放射状に拡がり、第２図（ａ）に示すように突出
部３６の間で渦を発生する。同心円状の突′ 山部
３６を設けると底板２６の表面積が増加し、これによる
冷却能力の向上があるが、局所熱伝達率りも特に岐点か
ら離れた部分（同心円状であるから特にこの部分の面積
割合は大きい）で向上するので、ひいては全面平均熱伝
達率りの向上も大きく、冷却能力は該表面積増加による
もの以上に向上する。
部分には同じ符号を付して示す。３６は第４図の突出部
３２と同様な突出部であるが、第１図（Ｃ）に示すよう
に同心円状の円環状をなす。断面は第１図（ｂｌに示す
ように矩形である。２６はベローズ２２の伝熱板であり
、円板状である。仕切壁２０ｃから垂下する短円筒２４
はその中心を底板２６及び突出部３６の中心に合わせて
あり、従ってノズルとなる該短円筒２４より流出する冷
媒は伝熱板２６の中心部に当り、然るのち伝熱板表面に
沿って放射状に拡がり、第２図（ａ）に示すように突出
部３６の間で渦を発生する。同心円状の突′ 山部
３６を設けると底板２６の表面積が増加し、これによる
冷却能力の向上があるが、局所熱伝達率りも特に岐点か
ら離れた部分（同心円状であるから特にこの部分の面積
割合は大きい）で向上するので、ひいては全面平均熱伝
達率りの向上も大きく、冷却能力は該表面積増加による
もの以上に向上する。
突出部３６は渦を発生するものなので、平板上に断面矩
形の円環を置いた形状でなく、更に渦が発生しそれが保
持され易い形状にしてもよい。第２図（ｂｌはその一例
で、突出部３６間の突出部側壁及び底板３６に断面半円
状の溝３８を設けている。
形の円環を置いた形状でなく、更に渦が発生しそれが保
持され易い形状にしてもよい。第２図（ｂｌはその一例
で、突出部３６間の突出部側壁及び底板３６に断面半円
状の溝３８を設けている。
ノズル径り突出部の幅Ｗ高さｅ、ピッチＰの関係をＷ／
Ｄ＝０．１．ｅ／Ｗ＝１．’ Ｐ／ｅ＝５とした第２図
（ａ）のもの（Ａ）とｗ、ｐは（ａ）と等し、クシたま
ま、溝を半円形とした第２図（ｂ）のもの（Ｂ）を製作
し、冷媒と伝熱面間の熱抵抗Ｒを凹凸のない場合と同一
条件で比較したところ第３図の結果を得た。曲線Ａ、Ｂ
は上記（Ａ）、 （Ｂ）についての特性、Ｃは凹凸の
ないものについての特性である。流量によっては、突出
部によってその熱抵抗Ｒは半分以下に低下することがわ
かる。なお横軸は冷媒の流量Ｑである。又、この結果は
Ｈ／Ｄ≦６〜８のポテンシャルコア内で得られたもので
ある。
Ｄ＝０．１．ｅ／Ｗ＝１．’ Ｐ／ｅ＝５とした第２図
（ａ）のもの（Ａ）とｗ、ｐは（ａ）と等し、クシたま
ま、溝を半円形とした第２図（ｂ）のもの（Ｂ）を製作
し、冷媒と伝熱面間の熱抵抗Ｒを凹凸のない場合と同一
条件で比較したところ第３図の結果を得た。曲線Ａ、Ｂ
は上記（Ａ）、 （Ｂ）についての特性、Ｃは凹凸の
ないものについての特性である。流量によっては、突出
部によってその熱抵抗Ｒは半分以下に低下することがわ
かる。なお横軸は冷媒の流量Ｑである。又、この結果は
Ｈ／Ｄ≦６〜８のポテンシャルコア内で得られたもので
ある。
この同心円状突出部付き冷却面の各部の寸法の最適値は
ノズルのサイズによっても変る。ノズル（短円筒）２４
の直径をＤ、伝熱面からの高さをＨ１該ノズルからの冷
媒の流速をＵとして、たとえばＨ／Ｄ＜：６〜８ （ボ
テンシアルコア）、レイノズル数Ｒｅｄ＝ ｕ Ｄ ／
ｙ ＝ １０００〜数万の場合（ただしνは動粘性係
数）、第２図（ａ）のタイプＡでは′ｅ ／ Ｄは１／
２０〜ｌ／３、Ｐ／ｅ＝３〜１０゜Ｗ／ｅ＝１程度が好
ましい。また第２図（ｂｌのタイプＢではＰ／Ｄ＝０．
２〜２、Ｗ／Ｄ＝１／２０〜１／３程度とするのが好ま
しい。
ノズルのサイズによっても変る。ノズル（短円筒）２４
の直径をＤ、伝熱面からの高さをＨ１該ノズルからの冷
媒の流速をＵとして、たとえばＨ／Ｄ＜：６〜８ （ボ
テンシアルコア）、レイノズル数Ｒｅｄ＝ ｕ Ｄ ／
ｙ ＝ １０００〜数万の場合（ただしνは動粘性係
数）、第２図（ａ）のタイプＡでは′ｅ ／ Ｄは１／
２０〜ｌ／３、Ｐ／ｅ＝３〜１０゜Ｗ／ｅ＝１程度が好
ましい。また第２図（ｂｌのタイプＢではＰ／Ｄ＝０．
２〜２、Ｗ／Ｄ＝１／２０〜１／３程度とするのが好ま
しい。
同心円状の突出部は、各々完全な円環状でなくて、一部
に切欠部があり、該切欠部は隣接する各突出部では位置
がずれている如き形状のものでもよい。また図面では冷
却体２０は基板ｌＯ及び集積回路素子１２の上に置かれ
るが、これらを上下を逆にしてもよい。
に切欠部があり、該切欠部は隣接する各突出部では位置
がずれている如き形状のものでもよい。また図面では冷
却体２０は基板ｌＯ及び集積回路素子１２の上に置かれ
るが、これらを上下を逆にしてもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、可撓性弾性構造体
の底板の伝熱面に同心円状の突出部を設けるという簡単
な手段で、冷媒を供給される可撓性弾性構造体を備える
集積回路素子の冷却装置の冷却能力、特に該可撓性弾性
構造体の底板のノズル直下から離れた部分（同心円であ
るから特にこの部分の面積割合は大きい）における局所
熱伝達率ひいては伝熱面全体の平均熱伝達率を高めるこ
とができ、甚だ有効である。特に、高集積度を有する大
寸法の集積回路素子においては、その効果は絶大である
。
の底板の伝熱面に同心円状の突出部を設けるという簡単
な手段で、冷媒を供給される可撓性弾性構造体を備える
集積回路素子の冷却装置の冷却能力、特に該可撓性弾性
構造体の底板のノズル直下から離れた部分（同心円であ
るから特にこの部分の面積割合は大きい）における局所
熱伝達率ひいては伝熱面全体の平均熱伝達率を高めるこ
とができ、甚だ有効である。特に、高集積度を有する大
寸法の集積回路素子においては、その効果は絶大である
。
第１図は本発明の実施例を示す説明図、第２図は突出部
の２例を示す説明図、第３図は熱抵抗の特性図、第４図
は従来例を示す説明図、第５図は突出部効果の説明図で
ある。 図面で１０は基板、１２は集積回路素子、２２はベロー
ズ、２４はノズル、３６は環状突出部である。
の２例を示す説明図、第３図は熱抵抗の特性図、第４図
は従来例を示す説明図、第５図は突出部効果の説明図で
ある。 図面で１０は基板、１２は集積回路素子、２２はベロー
ズ、２４はノズル、３６は環状突出部である。
Claims (2)
- （１）基板上の集積回路素子に伝熱板を当接或いは熱的
に接合する可撓性弾性構造体を備え、該可撓性弾性構造
体内中央部にノズルを有して、該ノズルより冷媒を可撓
性弾性構造体の伝熱面の中央に向けて流出させ、該可撓
性弾性構造体伝熱板及び集積回路素子を冷却する装置に
おいて、 該可撓性弾性構造体の伝熱面のノズル側に、ノズル軸心
に中心を合わせた同心円状の複数の環状突出部を設けた
ことを特徴とする集積回路素子の冷却装置。 - （２）同心円状の複数の環状突出部の間は、断面が半円
状の溝にされてなることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の集積回路素子の冷却装置。
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25928485A JPS62119947A (ja) | 1985-11-19 | 1985-11-19 | 集積回路素子の冷却装置 |
| EP92100518A EP0483108B1 (en) | 1985-10-04 | 1986-10-03 | Cooling modules for electronic circuit components |
| DE19863650719 DE3650719T2 (de) | 1985-11-19 | 1986-10-03 | Kühlmodule für Vorrichtungen mit elektronischem Schaltkreis |
| DE19863650687 DE3650687T2 (de) | 1985-10-04 | 1986-10-03 | Kühlmodule für Vorrichtungen mit elektronischem Schaltkreis |
| DE86307669T DE3688962T2 (de) | 1985-10-04 | 1986-10-03 | Kühlsystem für eine elektronische Schaltungsanordnung. |
| EP86307669A EP0217676B1 (en) | 1985-10-04 | 1986-10-03 | Cooling system for electronic circuit device |
| US06/914,942 US4879632A (en) | 1985-10-04 | 1986-10-03 | Cooling system for an electronic circuit device |
| EP92100517A EP0484320B1 (en) | 1985-11-19 | 1986-10-03 | Cooling modules for electronic circuit devices |
| US07/079,877 US4783721A (en) | 1985-10-04 | 1987-07-30 | Cooling system for an electronic circuit device |
| US07/079,876 US4920574A (en) | 1985-10-04 | 1987-07-30 | Cooling system for an electronic circuit device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25928485A JPS62119947A (ja) | 1985-11-19 | 1985-11-19 | 集積回路素子の冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62119947A true JPS62119947A (ja) | 1987-06-01 |
| JPH0334231B2 JPH0334231B2 (ja) | 1991-05-21 |
Family
ID=17331946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25928485A Granted JPS62119947A (ja) | 1985-10-04 | 1985-11-19 | 集積回路素子の冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62119947A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4220732A1 (de) * | 1991-06-26 | 1993-01-14 | Hitachi Ltd | Halbleiterkuehleinrichtung |
| US5365400A (en) * | 1988-09-09 | 1994-11-15 | Hitachi, Ltd. | Heat sinks and semiconductor cooling device using the heat sinks |
| WO2003063241A2 (en) * | 2002-01-22 | 2003-07-31 | Rini Technologies, Inc. | Method and apparatus for high heat flux heat transfer |
| US6993926B2 (en) | 2001-04-26 | 2006-02-07 | Rini Technologies, Inc. | Method and apparatus for high heat flux heat transfer |
| US7654100B2 (en) | 2001-04-26 | 2010-02-02 | Rini Technologies, Inc. | Method and apparatus for high heat flux heat transfer |
| US8100169B2 (en) | 2002-02-01 | 2012-01-24 | Rini Technologies, Inc. | Spray nozzle apparatus and method of use |
-
1985
- 1985-11-19 JP JP25928485A patent/JPS62119947A/ja active Granted
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5365400A (en) * | 1988-09-09 | 1994-11-15 | Hitachi, Ltd. | Heat sinks and semiconductor cooling device using the heat sinks |
| DE4220732A1 (de) * | 1991-06-26 | 1993-01-14 | Hitachi Ltd | Halbleiterkuehleinrichtung |
| US6993926B2 (en) | 2001-04-26 | 2006-02-07 | Rini Technologies, Inc. | Method and apparatus for high heat flux heat transfer |
| US7654100B2 (en) | 2001-04-26 | 2010-02-02 | Rini Technologies, Inc. | Method and apparatus for high heat flux heat transfer |
| US7921664B2 (en) | 2001-04-26 | 2011-04-12 | Rini Technologies, Inc. | Method and apparatus for high heat flux heat transfer |
| WO2003063241A2 (en) * | 2002-01-22 | 2003-07-31 | Rini Technologies, Inc. | Method and apparatus for high heat flux heat transfer |
| WO2003063241A3 (en) * | 2002-01-22 | 2004-04-01 | Rini Technologies Inc | Method and apparatus for high heat flux heat transfer |
| US8100169B2 (en) | 2002-02-01 | 2012-01-24 | Rini Technologies, Inc. | Spray nozzle apparatus and method of use |
| US8104533B2 (en) | 2002-02-01 | 2012-01-31 | Rini Technologies, Inc. | Spray nozzle apparatus and method of use |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0334231B2 (ja) | 1991-05-21 |
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