JP2008042132A - Cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷却装置に関し、例えばメモリテスタやLSIテスタのピンエレクトロニクスなどの発熱量が多い素子、あるいは温度制御の必要な電子回路の高効率放熱効果の向上をはかった冷却装置に関する。 The present invention relates to a cooling device, and more particularly, to a cooling device that improves the high-efficiency heat dissipation effect of an element that generates a large amount of heat, such as pin electronics of a memory tester or LSI tester, or an electronic circuit that requires temperature control.
LSIモジュールの動作速度の高速化が進行すると共にLSIモジュールの集積度の高密度化もますます進行している。そのため、発熱素子である個々の高密度LSIモジュールの発生する熱量は増大する一方である。この様な事情から、高密度LSIモジュール実装半導体装置のより効率的な冷却装置が求められている。 As the operating speed of LSI modules is increasing, the integration density of LSI modules is also increasing. Therefore, the amount of heat generated by each high-density LSI module, which is a heating element, is increasing. Under such circumstances, there is a need for a more efficient cooling device for high-density LSI module mounted semiconductor devices.
LSIモジュール実装半導体装置は、一般に、プリント基板の一方の面に必要とされる多数のLSIモジュールを実装し、他方の面に形成される端子ピンを介して外部接続されるものである。このLSIモジュール実装半導体装置を冷却するには、強制空冷により半導体装置全体を冷却するか、或いは半導体装置全体を冷却媒体中に浸漬する液冷により冷却している。 An LSI module mounting semiconductor device generally has a large number of LSI modules mounted on one surface of a printed circuit board and is externally connected via terminal pins formed on the other surface. In order to cool the LSI module mounted semiconductor device, the entire semiconductor device is cooled by forced air cooling, or is cooled by liquid cooling in which the entire semiconductor device is immersed in a cooling medium.
図3は半導体冷却装置の従来例を示す平面図(a)、(a)図のb−b’断面図(b)、(a)図のc−c’断面図(c)である。
これらの図において、1はプリント基板、2はシールドケース、3は格子状に配置された高密度LSI装置であり、プリント基板1を挟んで両面に固定されている。4はOリングで、基板表面に形成された金ランド11に押し当てられて封止部27を形成している。
FIG. 3 is a plan view (a), a bb ′ sectional view (b) of FIG. 3 (a), and a cc ′ sectional view (c) of FIG.
In these drawings, 1 is a printed circuit board, 2 is a shield case, and 3 is a high-density LSI device arranged in a lattice shape, and is fixed on both sides with the printed circuit board 1 in between. Reference numeral 4 denotes an O-ring which is pressed against a gold land 11 formed on the substrate surface to form a sealing
5は基板の周縁端部に設けられた複数のコネクタである。プリント基板1の両側にはシールドケース2が設けられ、プリント基板1との間に発熱素子3を包囲収容する流通収容部25を形成している。即ち、シールドケースケース2を構成する底壁21および互に対向する1組の側壁22および側壁23は、底壁21および対向する一方の側壁22からプリント基板1および他方の側壁23に向けて、交互に、プリント基板1および対向する側壁には到達しない隔壁24を延伸形成している。
これによりプリント基板1とシールドケースケース2との間には発熱素子3を包囲収容する流通収容部25が形成され、ここは矢印に示される方向に冷却媒体7が流通する経路となる。6aは流通収容部25に冷却媒体7を流入させる流入口であり、6bは冷却媒体7を流出させる流出口である。
As a result, a distribution accommodating portion 25 is formed between the printed circuit board 1 and the
上述の構成において、図中、右端下の流入口6aから流入した冷却媒体は隔壁24に沿って流れ、側壁22にあたって反転する。そして、更に隔壁24に沿って流れ、側壁23にあたって反転し、矢印で示す方向に蛇行を繰り返しながら図中、左端下の流出口6bから流出する。なお、プリント基板1の表面と隔壁24の間には隙間があって流通収容部25を流れる冷却媒体7の全てが矢印の方向に流れるわけではないが、大部分の冷却媒体が矢印方向に流れる。
In the configuration described above, in the drawing, the cooling medium flowing in from the
上述の構成によれば、流通収容部25内に取り付けられた発熱部である発熱素子3およびその表面に取り付けられた冷却部材32は、シールドケース2内に適切に温度制御された冷却媒体7を流入口6aを介して外部の冷凍機から必要な圧力により圧入することにより冷却される。流入口6aから流通収容部25内に圧入された冷却媒体7は矢印に示されるように流れ発熱素子3から熱を奪い去り、流出口6bから外部に排出される。
According to the above-described configuration, the heat generating
なお、半導体冷却装置の先行技術としては下記の特許文献に示されたものがある。 In addition, there exist some which were shown by the following patent documents as a prior art of a semiconductor cooling device.
ところで上記従来技術においては、流入口6aから流入した冷却媒体7の大部分が、隔壁24の間を矢印方向に蛇行しながら流出口6bへ向かう。そのため、下記のような問題があった。
1) 冷媒流路が1本であるため、流入した冷媒は徐々に加熱されていき、発熱素子(IC,LSIなど)3の温度が同一基板上で異なってしまう。
By the way, in the said prior art, most of the cooling media 7 which flowed in from the
1) Since there is only one refrigerant flow path, the flowing refrigerant is gradually heated, and the temperature of the heating elements (IC, LSI, etc.) 3 differs on the same substrate.
2) そのため、最初の方で冷却される発熱素子が負荷により加熱された場合とそうではない場合、後に来る発熱素子の温度の差が大きくなる。
3) メモリテスタでは、動作により温度が高くなるのは、PE(ピン・エレクトロニクス)に実装されるドライバ、コンパレータであり、次にPEにあるタイミング発生器であるが、後者はテスタの確度を出す為には発熱の除去と共に温度制御が必要なものがある。
2) Therefore, when the heating element to be cooled in the first stage is heated by the load and when it is not, the difference in temperature between the heating elements that come later becomes large.
3) In the memory tester, it is the driver and comparator mounted on the PE (pin electronics) that cause the temperature to increase due to the operation, and then the timing generator in the PE, but the latter gives the accuracy of the tester. For this purpose, there are those that require temperature control as well as removal of heat generation.
4) 最近のCMOSを基本としたICは動作時と非動作時の電力消費の差が10倍以上あり、このような構造では適した特性が得られない。
5)プリント基板1とシールドケース2の封止部が基板表面に形成された金属箔(金ランド)にパッキンで接している為、基板の表面状態により冷媒の漏れが著しい。
4) Recent CMOS-based ICs have a difference in power consumption between operating and non-operating of 10 times or more, and such a structure cannot provide suitable characteristics.
5) Since the sealing part of the printed circuit board 1 and the
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、流入側と流出側の冷却媒体の温度差を小さくするとともに、シールドケースとプリント基板からの冷却媒体の漏れを少なくした冷却装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a cooling device that reduces the temperature difference between the cooling medium on the inflow side and the outflow side and reduces the leakage of the cooling medium from the shield case and the printed circuit board. The purpose is to do.
上記課題を解決するために、本発明に係る冷却装置は、請求項1においては、
プリント基板に取り付けられた複数の発熱素子と、該発熱素子を覆って設けられた冷却ジャケットと、該冷却ジャケットに冷却媒体を流入させる流路からなり、前記冷却媒体は前記プリント基板の一辺に沿って設けられた前記冷却ジャケットの分配流路に導入され、前記プリント基板の他辺に沿って設けられた前記冷却ジャケットの集合流路を介して流出するように構成したことを特徴とする。
In order to solve the above problems, a cooling device according to the present invention is as follows.
A plurality of heating elements attached to the printed circuit board; a cooling jacket provided to cover the heating elements; and a flow path for allowing a cooling medium to flow into the cooling jacket, the cooling medium extending along one side of the printed circuit board The cooling jacket is provided in the distribution flow path of the cooling jacket, and flows out through the collective flow path of the cooling jacket provided along the other side of the printed circuit board.
請求項2においては請求項1に記載の冷却装置において、
前記分配流路には所定の距離を隔てて複数の流入口が形成され、、前記集合流路には所定の距離を隔てて複数の流出口が形成されていることを特徴とする。
In
A plurality of inflow ports are formed in the distribution channel at a predetermined distance, and a plurality of outflow ports are formed in the collecting channel at a predetermined distance.
請求項3においては請求項1又は2に記載の冷却装置において、
前記分配流路と集合流路を結んで複数の冷却媒体流路が形成され、該冷却媒体流路には所定の距離を隔てて複数の噴出孔が形成されていることを特徴とする。
In
A plurality of cooling medium flow paths are formed by connecting the distribution flow paths and the collecting flow paths, and a plurality of ejection holes are formed at a predetermined distance in the cooling medium flow paths.
請求項4においては請求項1乃至3のいずれかに記載の冷却装置において、
前記冷却媒体は前記発熱素子の表面に対して上面から吹き付けるようにしたことを特徴とする。
In claim 4, in the cooling device according to any one of claims 1 to 3,
The cooling medium is sprayed from the upper surface to the surface of the heat generating element.
請求項5においては請求項1乃至4のいずれかに記載の冷却装置において、
前記冷却ジャケットの周端部と前記プリント基板の表面の接触部は、プリント基板上に液密に固定された平滑面を有する金属板と、前記冷却ジャケットの周端部に取り付けた弾性体のパッキングを介して封止したことを特徴とする。
In
The contact portion between the peripheral edge of the cooling jacket and the surface of the printed circuit board is a metal plate having a smooth surface that is liquid-tightly fixed on the printed circuit board, and packing of an elastic body attached to the peripheral edge of the cooling jacket. It is characterized by sealing through.
請求項6においては請求項1乃至5のいずれかに記載の冷却装置において、
前記冷却媒体を所定の温度と圧力に調整したことを特徴とする。
In claim 6, in the cooling device according to any one of claims 1 to 5,
The cooling medium is adjusted to a predetermined temperature and pressure.
請求項7においては請求項1乃至6のいずれかに記載の冷却装置において、
前記冷却ジャケットは前記プリント基板の両面に設けたことを特徴とする。
In claim 7, in the cooling device according to any one of claims 1 to 6,
The cooling jacket is provided on both sides of the printed circuit board.
上記説明したように、本発明に係る冷却装置の請求項1乃至3によれば、プリント基板に取り付けられた複数の発熱素子と、発熱素子を覆って設けられた冷却ジャケットと、冷却ジャケットに冷却媒体を流入させる流路を設け、冷却媒体はプリント基板の一辺に沿って設けられた冷却ジャケットの分配流路に導入し、プリント基板の他辺に沿って設けられた冷却ジャケットの集合流路を介して流出するようにした。 As described above, according to the first to third aspects of the cooling device according to the present invention, the plurality of heating elements attached to the printed circuit board, the cooling jacket provided to cover the heating elements, and the cooling jacket are cooled. A flow path for inflowing the medium is provided, and the cooling medium is introduced into the distribution flow path of the cooling jacket provided along one side of the printed board, and the collective flow path of the cooling jacket provided along the other side of the printed board is provided. To spill through.
そして、分配流路には所定の距離を隔てて複数の流入口を形成し、集合流路には所定の距離を隔てて複数の流出口を形成し、分配流路と集合流路を結んで複数の冷却媒体流路を形成し、冷却媒体流路には所定の距離を隔てて複数の噴出孔を形成し、冷却媒体は前記発熱素子の表面に対して上面から吹き付けるようにした。
その結果、吹き付けられる冷媒の温度をほぼ同一とすることができ、発熱素子の温度差を小さくすることができた。
A plurality of inlets are formed at a predetermined distance in the distribution channel, a plurality of outlets are formed at a predetermined distance in the collecting channel, and the distribution channel and the collecting channel are connected. A plurality of cooling medium flow paths are formed, and a plurality of ejection holes are formed at a predetermined distance in the cooling medium flow paths, and the cooling medium is sprayed from the upper surface to the surface of the heating element.
As a result, the temperature of the sprayed refrigerant can be made substantially the same, and the temperature difference between the heating elements can be reduced.
冷却ジャケットの周端部と前記プリント基板の表面の接触部は、プリント基板上に液密に固定された平滑面を有する金属板と、前記冷却ジャケットの周端部に取り付けた弾性体のパッキングを介して封止し、冷却媒体を所定の温度と圧力に調整したので、冷却ジャケットの終端部とプリント基板との密着性が高まり冷却媒体の漏れを少なくすることができた。 The contact portion between the peripheral edge of the cooling jacket and the surface of the printed circuit board includes a metal plate having a smooth surface that is liquid-tightly fixed on the printed circuit board and an elastic packing attached to the peripheral edge of the cooling jacket. Since the cooling medium was adjusted to a predetermined temperature and pressure, the adhesion between the end portion of the cooling jacket and the printed circuit board was increased, and the leakage of the cooling medium could be reduced.
さらに、冷却ジャケットをプリント基板の両面に設けたので、効率のよい冷却を行うことができた。 Furthermore, since cooling jackets are provided on both sides of the printed circuit board, efficient cooling can be performed.
図1は本発明の冷却装置の実施形態の一例を示す構成図である。
図1において、30は矩形状に形成されたプリント基板で、このプリント基板30の両面には発熱素子(IC,LSIなど)31が格子状に搭載されている。32は冷却ジャケットで、発熱素子31を含むプリント基板30の表面及び裏面のほぼ全体を覆って液密に固定されている。
FIG. 1 is a block diagram showing an example of an embodiment of a cooling device of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 30 denotes a printed circuit board formed in a rectangular shape, and heating elements (IC, LSI, etc.) 31 are mounted on both sides of the printed circuit board 30 in a grid pattern.
冷却ジャケット32の内側上方にはプリント基板30の表面には達しない仕切り32bを有するとともに、後述する結合流路を構成する流路部材32aが設けられ、プリント基板30との間に発熱素子収容部33が形成されている。34はコネクタで、冷却ジャケット外に配置され発熱素子30に対して電気信号の授受を行うものである。
A partition 32 b that does not reach the surface of the printed circuit board 30 is provided above the inside of the
35は冷却ジャケット内の一辺に沿って形成された分配流路、36は分配流路35に対向して冷却ジャケット内の他の辺に沿って形成された集合流路である。これら分配流路および集合流路の一端は閉塞されており、分配流路35の他端には冷却媒体7の流入口35aが設けられ、集合流路36の他端には冷却媒体7の流出口35bが設けられている。
Reference numeral 35 denotes a distribution channel formed along one side in the cooling jacket, and 36 denotes a collective channel formed along the other side in the cooling jacket so as to face the distribution channel 35. One end of the distribution flow path and the collective flow path is closed, the other end of the distribution flow path 35 is provided with an inlet 35a of the cooling medium 7, and the other end of the collective flow path 36 is flowed of the cooling medium 7. An
37は分配流路35と集合流路36を接続して形成された複数の結合流路で、図示の例では3箇所に設けられ分配流路および集合流路に対してほぼ直角に、かつ、等分に配置されている。
38aは分配流路35から結合流路37へ冷却媒体を流入させるための流入口であり、38bは発熱素子が配置された発熱素子収容部33から集合流路36へ冷却媒体を流出させるための流出口である。
37 is a plurality of combined flow paths formed by connecting the distribution flow path 35 and the collective flow path 36, and is provided at three positions in the illustrated example, substantially perpendicular to the distribution flow path and the collective flow path, and It is arranged equally.
38a is an inlet for allowing the cooling medium to flow from the distribution flow path 35 to the coupling flow path 37, and 38b is for flowing the cooling medium from the heat generating element accommodating portion 33 in which the heat generating elements are arranged to the collective flow path 36. It is an outlet.
39は結合流路37にほぼ等分に形成された複数の噴出孔で、それぞれの噴出孔39はプリント基板に固定された発熱素子30のほぼ中心上に配置されている。 Reference numeral 39 denotes a plurality of ejection holes formed approximately equally in the coupling flow path 37, and each ejection hole 39 is disposed substantially at the center of the heating element 30 fixed to the printed circuit board.
図2はプリント基板30と冷却ジャケット32の固定状態を示す図である。図において40は金属板であり、冷却ジャケット32の周端部に沿って形成されている。この金属板の少なくとも一方の面は研磨などにより平滑に加工されており、他方の面は接着剤41により液密に固定されている。42はOリングなどの弾性パッキングで、冷却ジャケット32の周端部に所定の規格に法って形成された溝43中に配置されている。
このような構成により冷却ジャケットとプリント基板は締付け部材(図示省略)により圧力が加えられて液密に固定されている。
FIG. 2 is a diagram showing a fixed state of the printed circuit board 30 and the cooling
With such a configuration, the cooling jacket and the printed circuit board are fixed in a liquid-tight manner by applying pressure by a fastening member (not shown).
図1に戻り、冷却媒体の流入口35aから所定の温度と圧力(例えば2kgf/cm2)に調整されて冷却媒体流入路35aから流入した冷却媒体(例えばフロリナート 3M社 商品名)7は、分配流路35に充満する。そして、この分配流路に設けられた3箇所の流入口38aを介して結合流路37にそれぞれ流入する。
Returning to FIG. 1, the cooling medium (for example, Florinert 3M product name) 7 that is adjusted to a predetermined temperature and pressure (for example, 2 kgf / cm 2 ) from the cooling medium inlet 35 a and flows into the cooling medium inflow path 35 a is distributed. The flow path 35 is filled. And it flows in into the joint channel 37 through the three
結合流路37に流入した冷却媒体7は噴出孔39から発熱素子収容部33に流入し、噴出孔39の下方に固定された発熱素子31の上方に噴出して発熱素子31を冷却する。
次に発熱素子収容部33に充満した冷却媒体は結合流路37の両側に配置された4箇所の流出口38bを経て集合流路36に流出する。集合流路36に流出した冷却媒体7は冷却媒体流出路35bを介して冷却ジャケット外に流出する。
The cooling medium 7 that has flowed into the coupling flow path 37 flows into the heating element housing portion 33 from the ejection holes 39, and is ejected above the heating elements 31 fixed below the ejection holes 39 to cool the heating elements 31.
Next, the cooling medium filled in the heat generating element accommodating portion 33 flows out to the collective flow path 36 through the four outlets 38 b arranged on both sides of the coupling flow path 37. The cooling medium 7 that has flowed out to the collective flow path 36 flows out of the cooling jacket via the cooling
上記の構成によれば、分配流路35に充満した冷却媒体7がほぼ同時に流入口38aを介して結合流路37に流入し、ほぼ同時に発熱素子31に噴射され、発熱素子収容部33に充満した冷却媒体7がほぼ同時に集合流路に流出する。
According to the above configuration, the cooling medium 7 filled in the distribution flow path 35 flows into the coupling flow path 37 almost simultaneously through the
従って、それぞれの発熱素子31は常にほぼ同じ圧力と温度の冷却媒体に冷却され配置場所による冷却温度の違いが発生することがない。
また、冷却ジャケットとプリント基板は滑らかな金属板を介して固定したので、冷却媒体が漏れ出すこともない。
Therefore, each heating element 31 is always cooled by a cooling medium having substantially the same pressure and temperature, so that a difference in cooling temperature does not occur depending on the arrangement location.
Moreover, since the cooling jacket and the printed circuit board are fixed via a smooth metal plate, the cooling medium does not leak out.
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。本実施例では結合流路を3本設けた例について説明したがこの実施例に限ることなく増減可能である。また、発熱素子の数も本実施例に限るものではない。更にプリント基板の形状や冷却ジャケットの形状、噴出孔の形状や圧力の一定を図るなど適宜変更可能である。従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。 The above description merely shows a specific preferred embodiment for the purpose of explanation and illustration of the present invention. In the present embodiment, an example in which three coupling channels are provided has been described. However, the present invention is not limited to this embodiment and can be increased or decreased. Further, the number of heating elements is not limited to the present embodiment. Furthermore, the shape of the printed circuit board, the shape of the cooling jacket, the shape of the ejection holes, and the pressure can be appropriately changed. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes many changes and modifications without departing from the essence thereof.
1,30 プリント基板
2 シールドケース
3 高密度LSI装置
4,41 Oリング
5,34 コネクタ
6a,38a 流入口
6b,38b 流出口
7 冷却媒体
11 金ランド
21 底壁
22,23 側壁
25 流通収容部
27 封止部
31 発熱素子
32 冷却ジャケット
33 発熱素子収容部
35 分配流路
35a 冷却媒体流入口
35b 冷却媒体流出口
36 集合流路
37 結合流路
39 噴出口
40 金属板
41 接着剤
42 弾性パッキング(Oリング)
43 溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,30 Printed
43 Groove
Claims (7)
The cooling device according to claim 1, wherein the cooling jacket is provided on both surfaces of the printed circuit board.
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