DE69316038T2 - Kühlungsstruktur für integrierte Schaltungen - Google Patents

Kühlungsstruktur für integrierte Schaltungen

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kühistruktur für integrierte Schaltungen zur Verwendung in einer elektronischen Vorrichtung, z. B. einer Vorrichtung zur Datenverarbeitung, und insbesondere eine Kühlstruktur, in der flüssiges Kühlmittel in der Nähe der integrierten Schaltungen umgewälzt bzw. zirkuliert wird, um sie durch Übertragung von Wärme, die durch diese integrierten Schaltungen erzeugt wird, zum flüssigen Kühlmittel zu kühlen.
  • Beispiele für eine herkömmliche Kühlstruktur für integrierte Schaltungen dieser Art sind offenbart in "A Conduction-Cooled Module for High-Performance LSI Devices" von S. Oktay und H. C. Kammerer, veröffentlicht in IBM J. RES. DEVELOP., Band 26, Nr. 1, Januar 1982 sowie in der JP-A-60- 160150 (Sho).
  • Im ersten Beispiel ist eine erste herkömmliche Struktur gezeigt, bei der eine kugelförmige Berührungsfläche eines Kolbens auf eine Wärmeabstrahlungsfläche einer auf einem Schaltungsträger gebildeten integrierten Schaltung durch Federkraft gedrückt wird, um in der integrierten Schaltung erzeugte Wärme über den Kolben, eine mit Heliumgas gefüllte Lücke, eine Kappe und eine Zwischenschicht zu übertragen, wobei nach übertragung der Wärme von der Zwischenschicht auf eine Kühlplatte diese durch ein Kühlmittel gekühlt wird.
  • Im zweiten Beispiel ist eine zweite herkömmliche Kühlstruktur gezeigt, bei der ein wärmeleitender Träger, ein verformbares wärmeleitendes Teil und eine wärmeleitende Platte auf einer Wärmeabstrahlungsfläche eines Chips auf einem gedruckten Schaltungsträger vorgesehen sind und ein elastisch verformbarer, dünnwandiger Balg auf der wärmeleitenden Platte vorgesehen ist. Die Kühlung erfolgt durch Spritzen von flüssigem Kühlmittel aus einer Düse auf die wärmeleitende Platte innerhalb des Balgs.
  • Die herkömmlichen Kühlstrukturen der integrierten Schaltung, die in den vorgenannten Beiträgen offenbart sind, haben die im folgenden beschriebenen Mängel.
  • Erstens liegt der Wärmeübertragungskoeffizient, der bei der ersten herkömmlichen Struktur erhalten werden kann, in der Größenordnung von 0,1 bis 0,5 [W/cm² ºC], da die Wärmeleitung durch Zwangskonvektion von Kühlmittel im Kühlkanal innerhalb der Kühlplatte erfolgt. Daher kann ihre Kühlkapazität unzureichend werden, wenn der Stromverbrauch mit zunehmender Integrationsdichte der integrierten Schaltung steigt.
  • Zweitens kann es bei der zweiten herkömmlichen Struktur unter Verwendung des dünnwandigen Balgs zu Balgkorrosion infolge von flüssigem Kühlmittel kommen, wodurch das Kühlmittel austreten und die integrierte Schaltung beeinträchtigen kann.
  • In "Fault-tolerant immersion cooling", IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 33, Nr. 1A, Juni 1990, New York, Seiten 293 bis 295 ist ein Kühlpaket beschrieben, das die Merkmale von Tauchkühlung und Leitungskühlung kombiniert. An jeder einzelnen Chipstelle ist ein Kolben mit einer flachen Oberfläche zur Berührung eines Chips vorgesehen. Durch eine Feder wird der Kolben in Berührung mit einem Elektronikchip gehalten. Jeder Kolben ist an seinem oberen Ende offen und nimmt einen Endabschnitt einer Düse auf. Aus einer Zufuhrkammer wird ein Kühlmittel durch die Düse zur Bodenfläche des Kolbens geführt und zu einer Rücklaufkammer abgeführt.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kühlstruktur zur Verwendung in einer integrierten Schaltung bereitzustellen, die die integrierte Schaltung wirksam kühlen und dabei verhindern kann, daß Kühlmittel austritt.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 bzw. 7 gelöst. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
  • Die Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen hervor. Es zeigen:
  • Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung;
  • Fig. 2 eine Perspektivansicht eines Kolbens von Fig. 1;
  • Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen vorstehenden Abschnitt von Fig. 1;
  • Fig. 4 eine rückseitige Ansicht des vorstehenden Abschnitts von Fig. 3 in eine Pfeilrichtung A bei Verriegelung;
  • Fig. 5 einen Längsschnitt durch den vorstehenden Abschnitt bei Befestigung des Kolbens von Fig. 1 durch Schrauben an einem Gehguse;
  • Fig. 6 eine rückseitige Ansicht des vorstehenden Abschnitts von Fig. 5 in eine Pfeilrichtung A' bei Verriegelung;
  • Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung;
  • Fig. 8 eine Perspektivansicht einer Zylinderrippe von Fig. 7;
  • Fig. 9 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform der Erfindung;
  • Fig. 10 eine Perspektivansicht einer Scheibenrippe von Fig. 9;
  • Fig. 11 einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform der Erfindung;
  • Fig. 12 eine Perspektivansicht einer dünnen Tellerfeder von Fig. 11;
  • Fig. 13 einen Längsschnitt durch eine herkömmliche Kühlstruktur einer integrierten Schaltung; und
  • Fig. 14 einen Längsschnitt durch eine weitere herkömmliche Kühlstruktur einer integrierten Schaltung.
  • In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszahlen jeweils gleiche Komponenten des Aufbaus.
  • Zum besseren Verständnis der Aufgabe, des Aufbaus und des Betriebs der erfindungsgemäßen Kühlstruktur wird zunächst eine herkömmliche Kühlstruktur einer integrierten Schaltung anhand der Zeichnungen beschrieben.
  • Gemäß Fig. 13 weist eine herkömmliche Kühlstruktur auf: integrierte Schaltungen 101, einen Schaltungsträger 102 mit E/A-Stiften 103, einen Kolben 104, der für jede integrierte Schaltung vorgesehen ist und eine kugelförmige Oberfläche zur Berührung der integrierten Schaltung hat, eine Feder 105 zum Vorspannen des Kolbens 104 gegen die zugehörige integrierte Schaltung, eine Kappe 106 zum Aufnehmen des Kolbens 104, eine Zwischenschicht 107, eine Kühlplatte 108, Kühlmittel 109 und Heliumgas 110.
  • Der Kolben 104 wird durch die Feder 105 elastisch an eine Wärmeabstrahlungsfläche der integrierten Schaltung 101 gedrückt. Durch die integrierte Schaltung 101 erzeugte Wärme wird zum Kolben 104 über die elastische Berührung zwischen diesem und der integrierten Schaltung und danach zur Kappe 106 und Zwischenschicht 107 über einen mit Heliumgas 110 gefüllten Raum ibertragen. Diese Wärme wird von der Zwischenschicht 107 zur Kühlplatte 108 und danach zum Kühlmittel 109 übertragen.
  • Gemäß Fig. 14 weist ein weiteres Beispiel für die herkömmliche Kühlstruktur auf: einen IC-Chip 201, einen gedruckten Schaltungsträger 202, einen wärmeleitenden Träger 203, einen verformbaren Wärmeleiter 204, eine wärmeleitende Platte 205, eine Düse 206, einen Balg 207 und einen Kühlkopf 208. Durch den Chip 201 auf dem gedruckten Schaltungsträger 202 erzeugte Wärme wird über den wärmeleitenden Träger 203, den verforiribaren Wärmeleiter 204 und die wärmeleitende Platte 205 übertragen. Während dieser Wärmeleitung wird flüssiges Kühlmittel aus der Düse 206 auf die wärmeleitende Platte 205 innerhalb des Balgs 207 zur Wärmeaufnahme gespritzt, und wärmebeladenes Kühlmittel wird aus dem Balg 207 zu einem Kanal abgeführt, der innerhalb des Kühlkopfs 208 vorgesehen ist.
  • Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.
  • Gemäß Fig. 1 weist eine erste Ausführungsform der Erfindung auf: mehrere integrierte Schaltungen 1, einen Schaltungsträger 2 zum Anordnen dieser integrierten Schaltungen und zum Bilden von Verbindungen zu einer Stromquelle und zu Signalen, Zylinderkolben 3 mit jeweils einem offenen oberen Abschnitt, einem Paar vorstehenden Abschnitten 4 auf einer Außenfläche des offenen oberen Abschnitts und einer kugelförmigen Unterseite, ein Gehäuse 8 mit Löchern 9 an Positionen, die Positionen der jeweiligen integrierten Schaltungen auf dem Schaltungsträger entsprechen, wobei jedes Loch 9 eine in einer Innenwand von ihm gebildete Rundringrille 10 zum Aufnehmen eines Rundrings 11 und zum Aufnehmen des Kolbens darin hat, einen ersten Deckel 12, der die Kolben 3 und das Gehäuse 8 abdeckt und Düsen 13 zum senkrechten Spritzen von flüssigem Kühlmittel auf Bodenf lächen der jeweiligen Kolben 3 und Kühlmittelauslässe 14 zum Zirkulieren des flüssigen Kühlmittels hat, das das Innere der Kolben gekühlt hat, und einen zweiten Deckel 15 mit Kühlmittelkanälen 16 in Form von Rillen zum Zirkulieren des flüssigen Kühlmittels.
  • Die Kolben 3 sind aus Metallmaterial hergestellt, z. B. Kupfer, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit und korrosionshemmende Eigenschaften hat, und an Positionen angeordnet, die den jeweiligen integrierten Schaltungen 1 auf dem Schaltungsträger 2 entsprechen. Der Kolben 3 hat das Paar vorstehende Abschnitte 4 auf der Außenfläche seines offenen oberen Abschnitts gemäß Fig. 2. Jeder vorstehende Abschnitt 4 ist mit einem senkrechten Schlitz 5 ausgebildet, der aufgeweitet werden kann, indem eine Schraube 7 in ein Schraubenloch 6 geschraubt wird, das im vorstehenden Abschnitt 4 gebildet ist. Die Unterseite des Kolbens 3 ist kugelförmig, so daß er in stabiler Berührung mit der Wärmeabstrahlungsfläche der zugehörigen integrierte Schaltung auf dem Schaltungsträger gehalten werden kann.
  • Das Gehäuse 8 ist mit den Löchern 9 zum Aufnehmen der Kolben 3 ausgebildet. Eine ringförmige Rundringrille 10 zum Aufnehmen eines Rundrings 11 und ein Paar Aussparungen zum Aufnehmen der vorstehenden Abschnitte 4 sind in einer Wand jedes Lochs 9 ausgebildet. Durch Einschrauben der Schrauben 7 in die Schraubenlöcher 6 werden die vorstehenden Abschnitte 4 des Kolbens aufgeweitet und kommen in reibschlüssige Berührung mit den Aussparungen des Lochs 9, so daß der Kolben 3 fest durch das Loch 9 gestützt werden kann.
  • Der erste Deckel 12 ist mit mehreren Sätzen aus Düsen 13 und Kühlmittelauslässen 14 versehen, wobei ein Satz für jeden der Kolben 3 vorgesehen ist, die im Gehäuse 8 untergebracht sind. Die Düsen 13 dienen zum Spritzen von flüssigem Kühlmittel in die Kolben 3, und die Auslässe 14 dienen zur Abfuhr von wärmebeladenem flüssigen Kühlmittel aus den Kolben. Der zweite Deckel 15 sieht zusammen mit dem ersten Deckel 12 mehrere Zufuhr-/Abfuhrkanäle 16 für Kühlmittel in Form von Rillen vor.
  • Da die Unterseite des Kolbens 3 kugelförmig ist, können die Kolben 3 mit den jeweiligen integrierten Schaltungen 1 auf dem Schaltungsträger 2 unabhängig von Höhe und Neigung der integrierten Schaltungen in Berührung stehen. Zur Herstellung einer zuverlässigen Berührung zwischen dem Kolben und der integrierten Schaltung wird der im vorstehenden Abschnitt 4 ausgebildete senkrechte Schlitz 5 aufgeweitet, indem die Schraube 7 in das Schraubenloch 6 eingeschraubt wird, um den vorstehenden Abschnitt 4 reibschlüssig an der Innenwand der Aussparung des Gehäuses 8 zu befestigen, was zuvor erwähnt wurde und anhand von Fig. 3 und 6 gezeigt ist.
  • Flüssiges Kühlmittel fließt durch einen der Kühlmittelkanäle 16 in die zugehörige Düse 13, aus der es senkrecht nach unten auf die Bodenfläche des zugehörigen Kolbens 3 gespritzt wird, wo es Wärme von der integrierten Schaltung 1 aufnimmt. Anschließend wird es über einen zum Kolben 3 gehörenden Kühlmittelauslaß 14 zu einem weiteren Kühlmittelkanal 16 abgeführt, der zu einem benachbarten Kolben 3 gehört, und wiederholt die Wärmeaufnahme für diesen Kolben 3 usw.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform wird die Berührung der Unterseite des Kolbens 3 mit der Wärmeabstrahlungsfläche der integrierten Schaltung stets unabhängig von Höhe und Neigung der Wärmeabstrahlungsfläche stabil gehalten, da die Position des Kolbens 3 durch die Schrauben 7 reguliert ist. Daher ist es unnötig, Zwischenteile mit hoher Wärmeleitfähigkeit zwischen der Wärmeabstrahlungsfläche der integrierten Schaltung und der Unterseite des Kolbens vorzusehen.
  • Da ferner Kühlmittel direkt auf die Bodenfläche des Kolbens gespritzt wird, kann die Wärmeleitung zum Kühlmittel sehr wirksam gestaltet sein.
  • Das heißt, der Wärmewiderstand zwischen der integrierten Schaltung und Kühlmittel kann minimiert werden, indem für die stabile Berührung zwischen der integrierten Schaltung und dem Kolben gesorgt ist.
  • Da außerdem der Kolben selbst nicht verformbar zu sein braucht, kann er aus stark wärmeleitfähigem und korrosionsbeständigem Metall mit einer dicken Wand hergestellt sein. Durch eine solche dicke Kolbenwand erhoöht sich die Dauerbeständigkeit des Kolbens gegenüber Korrosion infolge von Kühlmittel.
  • In Experimenten, die von den Erfindern durchgeführt wurden, ergab sich, daß die Wärmeleitfähigkeit zwischen Kolben und Kühlmittel 10 [W/m K] oder mehr betragen kann. Wenngleich in der Ausführungsform von Fig. 1 die integrierte Schaltung 1 und der Kolben 3 in direkter Berührung stehen, kann zwischen der integrierten Schaltung 1 und dem Kolben 3 eine Paste aus wärmeleitfähiger Masse vorgesehen sein, die Silikonöl usw. enthält, das mit einem wärmeleitenden Füllmittel gemischt ist, z. B. mit Metalloxiden.
  • In Fig. 7 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die sich von der ersten Ausführungsform von Fig. 1 bis 6 darin unterscheidet, daß eine Zylinderrippe 17 gleichachsig auf der Bodenfläche des Kolbens 3 vorgesehen ist. Die Zylinderrippe 17 ist mit mehreren waagerechten Öffnungen 18 in einer Zylinderwand von ihr ausgebildet und hat ein offenes oberes Ende, in das ein Endabschnitt der Düse 13 aufgenommen ist. Die Zylinderrippe 17 kann aus dem gleichen Material wie der Kolben 3 hergestellt und fest an der Bodenfläche des Kolbens 3 auf geeignete Weise befestigt sein, z. B. durch Hartlöten Fig. 8 ist eine Perspektivansicht der Zylinderrippe 17.
  • Zusätzlich zu den durch die erste Ausführungsform erhaltenen Wirkungen läßt sich gemäß der zweiten Ausführungsform ein Vergrößerungseffekt der Wärmeaustauschfläche des Kolbens 3 für das Kühlmittel erhalten.
  • Fig. 9 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 9 ist eine waagerechte, scheibenartige Rippe 19 mit einem Mittelabschnitt der Innenwand des Kolbens 3 so hartverlötet, daß die Rippe 19 das Innere des Kolbens 3 in einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt unterteilt. Die scheibenartige Rippe 19 kann aus dem gleichen Material wie der Kolben 3 hergestellt sein und ist mit mehreren Öffnungen 20 so ausgebildet, daß flüssiges Kühlmittel sie durchfließen kann. Fig. 10 ist eine Perspektivansicht der scheibenartigen Rippe 19.
  • Gemäß der dritten Ausführungsform kann im wesentlichen die gleiche Wirkung erzielt werden, die sich durch die zweite Ausführungsform erhalten läßt.
  • Zusätzlich kann aus der Düse 13 ausgespritztes flüssiges Kühlmittel Verwirbelungen auf der stromabwärts liegenden Seite der Scheibenrippe 19 erzeugen, wodurch die Wärmeleitfähigkeit zwischen Kolben und Kühlmittel erhöht werden kann.
  • In Fig. 11 ist eine vierte Ausführungsform der Erfindung gezeigt, die aufweist: mehrere integrierte Schaltungen 1, einen Schaltungsträger 2 zum Anordnen dieser integrierten Schaltungen und zum Bilden von Verbindungen für eine Stromquelle und Signale, Zylinderkolben 3 mit jeweils einem offenen oberen Abschnitt, einem an einer Außenfläche des offenen oberen Abschnitts gebildeten Flansch und einer flachen Unterseite, ein Gehäuse 8 mit Löchern 9 an Positionen, die Positionen der jeweiligen integrierten Schaltungen auf dem Schaltungsträger entsprechen, einer zu dem Gehäuse 8 gehörenden dünnen Tellerfeder 21 zum Stützen jedes Kolbens 3 über scheibenförmige Teile 26 und 28 sowie Schrauben 27 und 29, einen ersten Deckel 12, der die Kolben 3 und das Gehäuse 8 abdeckt, wobei der erste Deckel Düsen 13 zum senkrechten Spritzen von flussigem Kühlmittel auf Bodenflächen der jeweiligen, durch das Gehäuse 8 über die Tellerfeder 21 gestützten Kolben 3 und Kühlmittelauslässe 14 zum Zirkulieren des flüssigen Kühlmittels hat, das das Innere der Kolben gekühlt hat, und einen zweiten Deckel 15 mit Kühlmittelkanälen 16 in Form von Rillen zum Zirkulieren des flussigen Kühlmittels.
  • Um zu verhindern, daß flüssiges Kühlmittel austritt, sind Rundringrillen 22 und 23 im Flansch des Kolbens 3 bzw. einem Schulterabschnitt jedes Lochs des Gehäuses 8 ausgebildet, in die Rundringe 24 bzw. 25 eingepaßt sind.
  • Gemäß Fig. 12, die eine Perspektivansicht der dünnen Tellerfeder 21 ist, hat die dünne Tellerfeder 21 eine gewellte Querschnittstruktur, wodurch sie sich elastisch in senkrechter Richtung verformen kann. Ein Innenabschnitt der dünnen Tellerfeder 21 wird zwischen dem Flansch des Kolbens 3 und dem ringförmigen Teil 26 über die Schrauben 27 gestützt. Ferner wird ein Außenabschnitt der Tellerfeder 21 zwischen dem Schulterabschnitt des Lochs 9 des Gehäuses 8 und dem ringförmigen Teil 28 über die Schrauben 29 gestützt.
  • Der erste Deckel 12 ist mit den Düsen 13 und den Kühlmittelauslässen 14 entsprechend den Kolben 3 versehen, die in die jeweiligen Löcher 9 des Gehäuses 8 aufgenommen sind. Der zweite Deckel 15 ist mit den Kühlmittelkanalrillen 16 versehen. Die Unterseite des Kolbens 3, der durch das Gehäuse 8 über die dünne Tellerfeder 21 gestützt wird, steht in enger Berührung mit der Wärmeabstrahlungsfläche der integrierten Schaltung 1 über eine thermische Masse 30. Der Weg des flüssigen Kühlmittels und der Weg der Wärmeleitung ähneln denen der ersten Ausführungsform von Fig. 1.
  • In der vierten Ausführungsform kann ferner eine Zylinderrippe mit einer Anzahl von Öffnungen, z. B. die Zylinderrippe 17 von Fig. 8, innerhalb des Kolbens 3 so vorgesehen sein, daß der Endabschnitt der Düse 13 von ihr umgeben ist. Alternativ kann eine Scheibenrippe, z. B. die Scheibenrippe 19 von Fig. 10, zur Unterteilung des Kolbeninneren in senkrechte Richtung vorgesehen sein.
  • Zusätzlich zu den durch die erste und zweite Ausführungsform erzielbaren Wirkungen läßt sich somit in der vierten Ausführungsform ein eindeutiger Effekt erhalten, der darin besteht, daß infolge der elastischen Verformung der Tellerfeder 21 die Kolben in ihrer Position je nach Höhen- und Neigungsschwankungen der auf dem Schaltungsträger angeordneten jeweiligen integrierten Schaltungen so reguliert werden, daß die Wärmeabstrahlungsflächen der integrierten Schaltungen in stabiler Berührung mit den flachen Unterseiten der Kolben 3 stehen können.
  • Wie zuvor beschrieben wurde, kann durch die integrierten Schaltungen erzeugte Wärme wirksam aufflussiges Kühlmittel übertragen werden, indem die Zylinderkolben gegenüberstehend zu den auf dem Schaltungsträger angeordneten integrierten Schaltungen angeordnet werden und flussiges Kühlmittel in das Innere der Kolben durch die Düsen gespritzt wird. Da ferner die Kolben dickwandig ausgebildet sein können, stellt die Erfindung eine Kühlstruktur bereit, die gegenüber flüssigem Kühlmittel korrosionsbeständig ist.

Claims (12)

1. Kühlstruktur für integrierte Schaltungen mit:
mehreren integrierten Schaltungen (1);
einem Schaltungsträger (2) zum Anordnen der mehreren integrierten Schaltungen;
mehreren Zylinderkolben (3), die jeweils einen offenen oberen Abschnitt und einen Unterseitenabschnitt haben, der geeignet ist, mit einer Wärmeabstrahlungsfläche jeder der integrierten Schaltungen in Berührung zu stehen;
einem Gehäuse (8) mit Löchern (9), die in Positionsentsprechung zu jeweiligen integrierten schaltungen ausgebildet sind, zum Aufnehmen der jeweiligen Kolben;
mehreren Düsen (13), jeweils zum Spritzen von flüssigem Kühlmittel durch den offenen oberen Abschnitt jedes Kolbens (3) auf eine Bodenfläche von ihm; und
einem Deckelteil (12, 15), das fest an dem Gehäuse (8) befestigt ist und Kühlmittelkanäle zum Zuführen des flüssigen Kühlmittels zu den Düsen und Abführen des durch die Düsen gespritzten flüssigen Kühlmittels aus den Kolben nach außen hat,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) mehrere vorstehende Abschnitte (4) an einer Außenfläche seines offenen oberen Abschnitts hat, jedes Loch (9) des Gehäuses (8) mit Aussparungen ausgebildet ist, die den vorstehenden Abschnitten (4) des Kolbens (3) entsprechen, wobei die vorstehenden Abschnitte durch Aufweiten der vorstehenden Abschnitte fest in die Aussparungen eingreifen, und wobei der Unterseitenabschnitt des Kolbens kugelförmig ist.
2. Kühlstruktur nach Anspruch 1, wobei das Deckelteil aufweist: ein erstes Teil (12), an dem die Düsen (13) angeordnet sind und das Kühlmittelauslässe (14) zum Abführen des aus den Düsen gespritzten flüssigen Kühlmittels hat, und ein zweites Teil (15) mit Rillen (16) zum Durchlassen des flussigen Kühlmittels
3. Kühlstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse (8) mehrere Abdichtteile (11) zum Abdichten und Berühren der Innenfläche des Lochs (9) mit einer Außenfläche des Kolbens (3) hat.
4. Kühlstruktur nach Anspruch 3, wobei das Abdichtteil ein Rundring (11) ist.
5. Kühlstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jeder Kolben (3) eine Zylinderrippe (17) hat, die mit mehreren Öffnungen (18) in einer Wand von ihr ausgebildet ist, und die Zylinderrippe einen unteren Endabschnitt, der fest an einer Bodenfläche des Kolbens (3) befestigt ist, und einen oberen Endabschnitt hat, der einen Endabschnitt der Düse (13) aufnimmt.
6. Kühlstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jeder Kolben (3) eine Scheibenrippe (19) hat, die mit mehreren Öffnungen (20) ausgebildet und fest an einer Innenfläche des Kolbens (3) so befestigt ist, daß das Innere des Kolbens durch die Scheibenrippe (19) senkrecht unterteilt ist, während sie die Düse (13) stützt.
7. Kühlstruktur für integrierte Schaltungen mit: mehreren integrierten Schaltungen (1);
einem Schaltungsträger (2) zum Anordnen der mehreren integrierten Schaltungen;
mehreren Zylinderkolben (3), die jeweils einen offenen oberen Abschnitt und einen flachen Unterseitenabschnitt haben, der geeignet ist, mit einer Wärmeabstrahlungsfläche jeder der integrierten Schaltungen in Berührung zu stehen;
einem Gehäuse (8) mit Löchern (9), die in Positionsentsprechung zu jeweiligen integrierten Schaltungen ausgebildet sind, zum jeweiligen Aufnehmen der Kolben;
mehreren Düsen (13), jeweils zum Spritzen von flüssigem Kühlmittel durch den offenen oberen Abschnitt jedes Kolbens (3) auf eine Bodenfläche von ihm; und
einem Deckelteil (12, 15), das fest an dem Gehäuse (8) befestigt ist und Kühlmittelkanäle zum Zuführen des flüssigen Kühlmittels zu den Düsen und Abführen des durch die Düsen gespritzten flüssigen Kühlmittels aus den Kolben nach außen hat,
dadurch gekennzeichnet, daß der offene obere Abschnitt des Kolbens mit einem Flansch ausgebildet ist und eine dünne Tellerfeder (21) fest an dem Kolben (3) und dem Gehäuse (8) über den Flansch mittels Schrauben (27, 29) befestigt ist.
8. Kühlstruktur nach Anspruch 7, wobei das Deckelteil aufweist: ein erstes Teil (12), an dem die Düsen (13) angeordnet sind und das Kühlmittelauslässe (14) zum Abführen des aus den Düsen gespritzten flüssigen Kühlmittels hat, und ein zweites Teil (15) mit Rillen (16) zum Durchlassen des flüssigen Kühlmittels.
9. Kühlstruktur nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Flansch des Kolbens (3) mit einer ringförmigen Rille (22) ausgebildet und die dünne Tellerfeder (21) fest an dem Flansch über einen Rundring (24) befestigt ist, der in die ringförmige Rille eingepaßt ist.
10. Kühlstruktur nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei jedes Loch (9) des Gehäuses (8) mit einem Schulterabschnitt ausgebildet ist, an dem eine ringförmige Rille (23) ausgebildet ist, und die dünne Tellerfeder (21) fest an dem Schulterabschnitt über einen Rundring (25) befestigt ist, der in die ringförmige Rille des Schulterabschnitts eingepaßt ist.
11. Kühlstruktur nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei jeder Kolben eine Zylinderrippe (17) hat, die mit mehreren Öffnungen (18) in einer Wand von ihr ausgebildet ist, und die Zylinderrippe einen unteren Endabschnitt, der fest an einer Bodenfläche des Kolbens (3) befestigt ist, und einen oberen Endabschnitt hat, der einen Endabschnitt der Düse (13) aufnimmt.
12. Kühlstruktur nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei jeder Kolben (3) eine Scheibenrippe (19) hat, die mit mehreren Öffnungen (20) ausgebildet und fest an einer Innenfläche des Kolbens (3) so befestigt ist, daß das Innere des Kolbens durch die Scheibenrippe (19) senkrecht unterteilt ist, während sie die Düse (13) stützt.
DE69316038T 1992-01-22 1993-01-21 Kühlungsstruktur für integrierte Schaltungen Expired - Fee Related DE69316038T2 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022126106A1 (de) 2022-10-10 2024-04-11 Erwin Quarder Systemtechnik Gmbh Kühleinrichtung

Families Citing this family (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2500757B2 (ja) * 1993-06-21 1996-05-29 日本電気株式会社 集積回路の冷却構造
JPH07153882A (ja) * 1993-11-30 1995-06-16 Kofu Nippon Denki Kk 集積回路の冷却構造
US5831824A (en) * 1996-01-31 1998-11-03 Motorola, Inc. Apparatus for spray-cooling multiple electronic modules
US5675473A (en) * 1996-02-23 1997-10-07 Motorola, Inc. Apparatus and method for shielding an electronic module from electromagnetic radiation
US6675880B2 (en) 1996-03-29 2004-01-13 Mitsui Engineering And Shipbuilding Company Limited Air heater for recovering a heat of exhaust gas
US5718117A (en) * 1996-04-10 1998-02-17 Motorola, Inc. Apparatus and method for spray-cooling an electronic module
US5687577A (en) * 1996-04-10 1997-11-18 Motorola, Inc. Apparatus and method for spray-cooling an electronic module
US5731542A (en) * 1996-05-23 1998-03-24 Motorola, Inc. Apparatus and method for mounting an electronic component to a substrate and method for spray-cooling an electronic component mounted to a substrate
JPH1070219A (ja) * 1996-08-27 1998-03-10 Fujitsu Ltd 実装モジュールの冷却装置
WO1998013645A1 (de) * 1996-09-26 1998-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Hitzeschildkomponente mit kühlfluidrückführung und hitzeschildanordnung für eine heissgasführende komponente
US5907473A (en) * 1997-04-04 1999-05-25 Raytheon Company Environmentally isolated enclosure for electronic components
US5923086A (en) * 1997-05-14 1999-07-13 Intel Corporation Apparatus for cooling a semiconductor die
JP3653417B2 (ja) * 1999-06-09 2005-05-25 株式会社日立製作所 マルチチップモジュールの封止構造
US6201221B1 (en) * 1999-09-16 2001-03-13 Lucent Technologies, Inc. Method and apparatus for heat regulating electronics products
US6431260B1 (en) * 2000-12-21 2002-08-13 International Business Machines Corporation Cavity plate and jet nozzle assemblies for use in cooling an electronic module, and methods of fabrication thereof
JP4158347B2 (ja) * 2001-03-21 2008-10-01 日本電気株式会社 電子部品取付構造
US6434003B1 (en) * 2001-04-24 2002-08-13 York International Corporation Liquid-cooled power semiconductor device heatsink
US6519151B2 (en) 2001-06-27 2003-02-11 International Business Machines Corporation Conic-sectioned plate and jet nozzle assembly for use in cooling an electronic module, and methods of fabrication thereof
US7385821B1 (en) * 2001-12-06 2008-06-10 Apple Inc. Cooling method for ICS
US6867976B2 (en) * 2002-02-12 2005-03-15 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Pin retention for thermal transfer interfaces, and associated methods
US6778393B2 (en) * 2002-12-02 2004-08-17 International Business Machines Corporation Cooling device with multiple compliant elements
US7079876B2 (en) * 2003-12-23 2006-07-18 Isaac Levy Wireless telephone headset built into eyeglasses
US7325929B2 (en) * 2003-12-31 2008-02-05 Symbol Technologies, Inc. Method and apparatus for controllably modulating a laser in a laser projection display
US7549460B2 (en) * 2004-04-02 2009-06-23 Adaptivenergy, Llc Thermal transfer devices with fluid-porous thermally conductive core
US7212406B2 (en) * 2004-09-01 2007-05-01 Rockwell Automation Technologies, Inc. Cooling of electrical components with split-flow closed-end devices
US7228888B2 (en) * 2005-10-13 2007-06-12 International Business Machines Corporation Rotatable liquid reservoir for computer cooling
US7298618B2 (en) * 2005-10-25 2007-11-20 International Business Machines Corporation Cooling apparatuses and methods employing discrete cold plates compliantly coupled between a common manifold and electronics components of an assembly to be cooled
US7298617B2 (en) * 2005-10-25 2007-11-20 International Business Machines Corporation Cooling apparatus and method employing discrete cold plates disposed between a module enclosure and electronics components to be cooled
US8495890B2 (en) * 2007-01-22 2013-07-30 Johnson Controls Technology Company Cooling member
US8149579B2 (en) * 2008-03-28 2012-04-03 Johnson Controls Technology Company Cooling member
US7876561B2 (en) * 2007-01-22 2011-01-25 Johnson Controls Technology Company Cooling systems for variable speed drives and inductors
US7957166B2 (en) * 2007-10-30 2011-06-07 Johnson Controls Technology Company Variable speed drive
JP5165457B2 (ja) * 2008-05-21 2013-03-21 株式会社ジーシー 歯科用ドリル用着脱式ストッパ
US8081478B1 (en) * 2008-12-09 2011-12-20 Lockheed Martin Corporation Fluid cooled electronics module cover
EP2227078B1 (de) * 2009-03-04 2011-11-02 ebm-papst Mulfingen GmbH & Co. KG Klemmbauteil zum Andrücken von Leistungs-Bauelementen an einer Kühlfläche
CN101848624B (zh) * 2009-03-25 2013-07-03 富准精密工业(深圳)有限公司 液冷散热装置
JP5682951B2 (ja) * 2010-11-08 2015-03-11 Ｎｅｃプラットフォームズ株式会社 半導体パッケージの冷却装置
US20120325436A1 (en) 2011-06-27 2012-12-27 Shedd Timothy A High efficiency thermal management system
KR102063648B1 (ko) * 2012-12-03 2020-01-09 엘지이노텍 주식회사 냉각 장치
US9265176B2 (en) * 2013-03-08 2016-02-16 International Business Machines Corporation Multi-component electronic module with integral coolant-cooling
US9420728B2 (en) 2014-04-15 2016-08-16 International Business Machines Corporation Liquid-cooled heat sink configured to facilitate drainage
US20160360639A1 (en) * 2015-06-08 2016-12-08 Advantech Co., Ltd. Dynamic heat conduction system
CN108679509B (zh) * 2018-05-22 2020-11-10 浙江罗丹照明电器有限公司 一种减震散热灯座
US10976119B2 (en) * 2018-07-30 2021-04-13 The Boeing Company Heat transfer devices and methods of transfering heat

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4226281A (en) * 1979-06-11 1980-10-07 International Business Machines Corporation Thermal conduction module
JPS60160150A (ja) * 1984-01-26 1985-08-21 Fujitsu Ltd 集積回路の冷却装置
JPH079957B2 (ja) * 1986-03-06 1995-02-01 富士通株式会社 半導体素子冷却装置
JPS6344748A (ja) * 1986-08-11 1988-02-25 Fujitsu Ltd 半導体素子の冷却構造
US4942497A (en) * 1987-07-24 1990-07-17 Nec Corporation Cooling structure for heat generating electronic components mounted on a substrate
JP2786193B2 (ja) * 1987-10-26 1998-08-13 株式会社日立製作所 半導体冷却装置
WO1989009958A1 (en) * 1988-04-08 1989-10-19 Hitachi, Ltd. Semiconductor module, its cooling system and computer using the cooling system
EP0341950B1 (de) * 1988-05-09 1994-09-14 Nec Corporation Flache Kühlungsstruktur für integrierte Schaltung
US4882654A (en) * 1988-12-22 1989-11-21 Microelectronics And Computer Technology Corporation Method and apparatus for adjustably mounting a heat exchanger for an electronic component
JPH02206866A (ja) * 1989-02-06 1990-08-16 Minolta Camera Co Ltd マルチプロセッサシステムにおけるリセット信号発生装置
US4928207A (en) * 1989-06-15 1990-05-22 International Business Machines Corporation Circuit module with direct liquid cooling by a coolant flowing between a heat producing component and the face of a piston
JPH0344748A (ja) * 1989-07-12 1991-02-26 Nec Corp メモリデータ読出制御方式
US5166863A (en) * 1991-07-15 1992-11-24 Amdahl Corporation Liquid-cooled assembly of heat-generating devices and method for assembling and disassembling
EP0560478B1 (de) * 1992-02-10 1998-10-14 Nec Corporation Kühlvorrichtung für Bauteile mit elektronischen Schaltungen
JP2853481B2 (ja) * 1992-09-30 1999-02-03 日本電気株式会社 半導体素子の冷却構造
JP3001542U (ja) * 1994-02-28 1994-08-30 株式会社国元商会 コンクリート型枠用締付金具

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022126106A1 (de) 2022-10-10 2024-04-11 Erwin Quarder Systemtechnik Gmbh Kühleinrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
US5463528A (en) 1995-10-31
CA2087742A1 (en) 1993-07-23
JPH06112384A (ja) 1994-04-22
DE69316038D1 (de) 1998-02-12
JP2792304B2 (ja) 1998-09-03
US5390076A (en) 1995-02-14
EP0552787B1 (de) 1998-01-07
EP0552787A1 (de) 1993-07-28
CA2087742C (en) 1997-04-15

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