JP2500762B2 - 集積回路の冷却構造 - Google Patents

集積回路の冷却構造

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JP2500762B2 JP5158335A JP15833593A JP2500762B2 JP 2500762 B2 JP2500762 B2 JP 2500762B2 JP 5158335 A JP5158335 A JP 5158335A JP 15833593 A JP15833593 A JP 15833593A JP 2500762 B2 JP2500762 B2 JP 2500762B2
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  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は基板上に実装された集積
回路を冷却するための冷却構造に関し、特に液状冷媒を
循環することにより冷却を行う液冷式冷却構造に関す
る。
【従来の技術】基板上に実装される集積回路の個数は年
々増加し、実装密度も増大の一途をたどっいる。これに
伴い、集積回路の発生する多量の熱を、いかに効率よく
放熱するかが問題となっている。空冷式の冷却構造は、
古くから用いられていた冷却技術であるが、冷却効率が
悪く、また、騒音等の問題もある。このため、液体冷媒
を用いた液冷式の冷却構造が用いられるようになってき
た。液冷式冷却構造は、集積回路の熱を、熱伝導体を介
して冷媒へと導き、冷媒を循環させることにより排熱を
行う。このため、冷却効率を高めるためには、集積回路
と熱伝導体とを密着させる必要がある。しかしながら、
熱伝導体を、基板上の全ての集積回路に密着させること
は容易ではない。一般に、集積回路の実装高さが不揃い
であるためである。集積回路の実装高さの不揃いは、一
次の基板上に複数種の集積回路を実装することによって
必然的に発生する他、組立工程中の製造誤差によっても
生じる。したがって、各々の集積回路の実装高さに合わ
せて、熱伝導体の高さを調節可能とする機構が望まれて
いた。このような課題を解決する従来技術の一例とし
て、特開平60−16050号公報には、ベローズを用
いた技術が記載されている。同公報図1を参照すると、
冷却板1に設けられた液体冷媒室13の開口部の周囲に
はベローズ4の一端が固着されている。ベローズ4の他
端は伝熱板5により閉塞され、伝熱板5には可変形性の
伝熱体9が固着されている。一方、プリント板7上には
半導体素子11が実装され、半導体素子11上には伝熱
板10が固着されている。装置組立時には、プリント板
7上に冷却板1が圧接され、可変形性伝熱板9と伝熱板
10とが密着される。このとき、ベローズ4が圧接方向
に伸縮可能であるため、全ての半導体素子11に対して
密着性を確保することができる。半導体素子11から発
生した熱は、伝熱板10、可変形性伝熱板9、および伝
熱板5という伝熱経路を経て液体冷媒室13の冷媒に伝
導し、外部へ放熱される。
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術で
は、以下のような問題点があった。第1に、ベローズ4
の強度が不十分で、水漏れが生じかねないという問題が
あった。上述の従来技術のような噴出式の冷却構造にお
いて、ベローズ4は冷媒の噴出圧力に耐え得るだけの、
十分な強度を有する必要がある。ところが、この従来技
術では、ベローズ4の強度には限界があった。強度を強
くし過ぎると、ベローズ4の伸縮性が損なわれ、半導体
素子11との密着性が確保できなくなるためである。こ
のため上述の従来技術では、不十分な強度のベローズ4
を用いざるを得ず、このベローズ4が、冷媒の噴出圧に
坑しきれずに破損し、水漏れを生じるという危険性があ
った。第2に、半導体素子11のプリント板7との接合
部が障害をおこす危険性があった。この実施例では、ノ
ズル8から噴出される冷媒は伝熱板5に衝突し、伝熱板
10を下方へ付勢する。ところが、伝熱板5を保持して
いるベローズ4は上下方向に伸縮自在であるため、伝熱
板5に加わる噴出圧は、そのまま半導体素子11に加わ
る。このため、半導体素子11とプリント板7との間の
ハンダ接合部に、クリープ変形等の障害が生じ、接触不
良を起こす危険性があった。
【課題を解決するための手段】本願発明は、上述のよう
な従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、円筒
状の熱伝導体と、この熱伝導体と1つの開口部を閉鎖す
る平板と、前記熱伝導体を保持するための貫通口を有す
る保持部材とを有し、前記平板を集積回路に当接し、前
記熱伝導体の閉鎖されない開口部から前記熱伝導体内部
へ冷媒を噴出することにより前記集積回路の冷却を行う
集積回路の冷却構造において、前記熱伝導体の外側面に
は雄ネジが螺刻され、前記貫通口の内側面には雌ネジが
螺刻され、前記雄ネジを前記雌ネジに螺入することによ
り、前記熱伝導体を前記保持部材に保持し、前記熱伝導
体を回転することにより、前記熱伝導体の前記保持部材
からの突出長を変化させることを特徴とする。
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の第1の実施例を示す図である。図1
において、基板101上には複数の集積回路102が搭
載されている。複数の集積回路102は、形状の相違、
製造誤差、等の理由から、それぞれ異なった実装高さを
持つ。また、基板101上には、ボックス103も設置
される。ボックス103は、中央に設けられた凹部10
4に、集積回路102を収容するようにして固定されて
いる。ボックス103の、各集積回路102の直上にあ
たる部分には、円筒状の貫通口105が形成されてい
る。各貫通口105には円筒状の熱伝導体106が取り
付けられている。熱伝導体106の集積回路102側開
口部は、円盤状の平板107により閉塞されている。本
実施例では、熱伝導体106と平板107とは一体に形
成されている。熱伝導体106の下部は貫通口105か
ら突出している。この突出長は、調整機構により調節可
能であり、組立時には、平板107と集積回路102と
が密着するように、各集積回路102の高さに合わせて
調節されている。また、熱伝導体106と集積回路10
2との間隙にはコンパウンド108が介在し、熱伝導体
106と集積回路102との密着性をより確実にしてい
る。一方、ボックス103の上部には冷媒が流通する冷
媒流路109が設けられている。冷媒流路109の途
中、各熱伝導体106上に位置する部分には、流路形成
板112が設けられている。流路形成板112の流入口
110側には、ノズル113が設けられ、平板107に
向けて突設されている。流通形成板21の流出口111
側には排出口114が設けられ、熱伝導体106内の冷
媒を再び冷媒流路109内に誘導する。上述の構成のう
ち、ボックス103および熱伝導体106は、熱伝導性
の良い材料から製造される必要がある。例えば、アルミ
ニウム,銅,等が考えられる。また、本実施例におい
て、熱伝導体106は伸縮性を持つ必要がないので、い
くらでも強度の強いものを用いることが出来る。図2
は、図1の一部拡大図であり、貫通口105および熱伝
導体106の詳細な構造を示している。図2において、
熱伝導体106の外側面には雄ネジ201が螺刻されて
いる。一方、貫通口105の内側面には、雄ネジ201
に螺合する雌ネジ202が螺刻されている。熱伝導体1
06の取付は、雄ネジ201を雌ネジ202に螺入する
ことにより行う。ネジ機構により、熱伝導体106を回
転すれば、熱伝導体106は上下に移動する。これによ
り、熱伝導体106の突出長を、任意の長さに調節する
ことが出来る。また、貫通口105の内側面、雌ネジ2
02の下方には、円環状の溝203が刻設されている。
溝203には、冷媒漏れ防止のOリング115が嵌入さ
れている。次に、本実施例の動作について説明する。本
実施例を使用する場合、まず、各熱伝導体106の突出
長が調節される。すなわち、ボックス103搭載時に、
平板107が、集積回路102の上面と密着するように
調節が行われる。この調節は各熱伝導体106を所定の
方向に回転することにより容易に実行できる。次に、ボ
ックス103が基板101上に搭載される。このとき、
熱伝導体106の上下位置は調節済みであるため、各平
板107は対応する集積回路102の上面に密着され
る。また、平板107と集積回路102の上面との間隙
には、あらかじめ塗布されたコンパウンド108が介在
しているため、平板107と集積回路102との密着性
を、一層高めることができる。ボックス103搭載後、
流入口1から冷媒が流入される。冷媒流路109を流れ
る冷媒は、途中の流路形成板112により進路を防げら
れ、ノズル113内に導かれる。ノズル113に導かれ
た冷媒は、平板107に向けて噴出され、平板107に
衝突する。集積回路102から発生した熱は、コンパウ
ンド108,平板107を介して冷媒に吸収され、速や
かに除去される。平板107に衝突した冷媒は排出口1
14を通過して、再び冷媒流通路2に流入され、次の熱
伝導体106へと移送される。全ての熱伝導体106を
通過した冷媒は排出口111から排出される。冷却時、
熱伝導体106内は冷媒で充満され、その一部は雄ネジ
201と雌ネジ202の間隙に侵入する。しかし、溝2
03に嵌入したOリング115がこれを阻止するため、
冷媒が外部へ漏洩することはない。本実施例では、熱伝
導体106として、冷媒の噴出圧力に応じた任意の強度
のものを使用できる。このため、熱伝導体106が破損
して、冷媒が外部へ漏洩することはない。また本実施例
では、熱伝導体106は雄ネジ201および雌ネジ20
2により係止されており、装置運転中は、上下に移動し
ない。このため、冷媒の噴出圧力は熱伝導体106で完
全に吸収、阻止され、集積回路102に加わることはな
い。よって、集積回路102の接合部が、破損すること
もない。図3は本発明の第2の実施例を示す図である。
理解を容易にするため、図2と対応する構成要素には同
じ番号が付してある。本実施例の特徴は、Oリング11
5が熱伝導体106側に設けられている点にあり、その
他の構造に関しては第1の実施例と何等変わるところが
ない。図3において、熱伝導体106の外側面下部には
雄ネジ201が螺設され、雄ネジ201の上方には円環
状の凸部301が形成されている。凸部301の中央に
は円環状の溝302が刻設され、溝302内にはOリン
グ115が嵌入されている。一方、ブロック1の内側面
下部には雌ネジ202が形成され、雌ネジ202の上方
には円環状の凹部303が形成されている。組立時に
は、凸部301が凹部303に挿入されるとともに、雄
ネジ201が雌ネジ202に螺入される。本実施例の構
成でも、実施例1と同様、熱伝導体106の上下位置
は、熱伝導体106を回転することにより調節可能であ
る。また、冷媒の漏洩はOリング115により阻止され
る。本実施例では、熱伝導体106として、冷媒の噴出
圧力に応じた任意の強度のものを使用できる。このた
め、熱伝導体106が破損して、冷媒が外部へ漏洩する
ことはない。また本実施例では、熱伝導体106は雄ネ
ジ201および雌ネジ202により係止されており、装
置運転中は、上下に移動しない。このため、冷媒の噴出
圧力は熱伝導体106で完全に吸収,阻止され、集積回
路102に加わることはない。よって、集積回路102
の接合部が、破損することもない。図4は本願発明の第
3の実施例を示す図である。理解を容易にするため、図
2と対応する構成要素には同じ番号が付してある。本実
施例の特徴は、雄ネジ401および雌ネジ402にテー
パーが設けられている点にあり、それ以外の構成に関し
ては実施例1と何等変わるところがない。図4におい
て、雄ネジ401および雌ネジ402にはテーパーが設
けられている。すなわち、雄ネジ401および雌ネジ4
02は、冷媒流路109側から集積回路102側へ向か
って径が減少する漏斗状である。また、雄ネジ401の
終端より先、および雌ネジ402の終端より先は半径一
定の円筒状となっている。雄ネジ401および雌ネジ4
02に、テーパーが設けられている様子は、図4に示さ
れている。ただし、理解を容易にするため、テーパーの
付設角は極端に大きくとってある。図5は、図4の熱伝
導体106を単独で示した斜視図である。図5に示され
るように、雄ネジ401の側面には、上下方向に切欠部
501が設けられている。切欠部501を有することに
より、雄ネジ401は半径方向に弾性を有する。熱伝導
体106を貫通口105に装着するには、熱伝導体10
6の雄ネジ401が貫通口105の雌ネジ402に螺入
される。螺入された熱伝導体106は、雄ネジ401の
弾性によって、貫通口105と確実に密着する。本実施
例の構成でも、第1の実施例と同様、熱伝導体106の
上下位置は、熱伝導体106を回転することにより調節
可能である。また、冷媒の漏洩はOリング115により
阻止される。本実施例では、熱伝導体106は冷媒の噴
出圧力に応じて任意の強度を持たせることができるの
で、熱伝導体106が破損して冷媒が外部へ流出するこ
とはない。また、熱伝導体106は雄ネジ201および
雌ネジ202により係止され、上下方向には移動しな
い。このため、冷媒の噴出圧力が集積回路102に加わ
ることもなく、集積回路102の接合部等を破損するこ
ともない。さらに、本実施例では、雄ネジ401と雌ネ
ジ402とに、それぞれテーパーが設けられているの
で、雄ネジ401と雌402とが密着し、冷媒の漏洩が
確実に防止される。
【発明の効果】以上説明したように、本発明の集積回路
の冷却構造では、ネジ機構を利用することにより熱伝導
体の突出長を調節可能としたので、従来より強固な熱伝
導体を使用することが可能になった。これにより、熱伝
導体の破損による冷媒漏れを防止することができる。ま
た、ネジ機構により熱伝導体を係止しているので、冷媒
の噴出圧力が集積回路に加わることがない。したがっ
て、ハンダ接合部のクリープ変形等、集積回路の接合部
に障害が生じることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明の第1の実施例を示す図。
【図2】図1のうち、熱伝導体106を拡大した図。
【図3】本願発明の第2の実施例を示す図。
【図4】本願発明の第3の実施例を示す図。
【図5】図4の熱伝導体106の斜視図
【符号の説明】
101 基板 102 集積回路 103 ボックス 104 凹部 105 貫通口 106 熱伝導体 107 平板 108 コンパウンド 109 冷媒流路 110 流入口 111 流出口 112 流路形成板 113 ノズル 114 排出口 115 Oリング 116 ネジ 117 枠体 201 雄ネジ 202 雌ネジ 203 溝 301 凸部 302 溝 303 凹部 401 雄ネジ 402 雌ネジ 501 切欠部

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円筒状の熱伝導体と、 この熱伝導体を1つの開口部を閉鎖する平板と、 前記熱伝導体を保持するための貫通口を有する保持部材
    とを有し、 前記平板を集積回路に当接し、前記熱伝導体の閉鎖され
    ない開口部から前記熱伝導体内部へ冷媒を噴出すること
    により前記集積回路の冷却を行う集積回路の冷却構造に
    おいて、 前記熱伝導体の外側面には雄ネジが螺刻され、 前記貫通口の内側面には雌ネジが螺刻され、 前記雄ネジを前記雌ネジに螺入することにより、前記熱
    伝導体を前記保持部材に保持し、 前記熱伝導体を回転することにより、前記熱伝導体の前
    記保持部材からの突出長を変化させることを特徴とする
    集積回路の冷却構造。
  2. 【請求項2】 前記貫通口の内側面には円環状の溝が刻
    設され、 前記溝にOリングを嵌入することを特徴とする請求項1
    に記載の集積回路の冷却構造。
  3. 【請求項3】 前記貫通口に設けられた円環状の凹部
    と、 前記熱伝導体の外側面に、前記円環状の凹部と対応して
    設けられた円環状の凸部と、 この凸部に設けられた円環状の溝と、 この溝に嵌入されたOリングとを有することを特徴とす
    る請求項1に記載の集積回路の冷却構造。
  4. 【請求項4】 前記熱伝導体の前記雄ネジが形成された
    部分には勾配がつけられていることを特徴とする請求項
    1に記載の集積回路の冷却構造。
  5. 【請求項5】 前記熱伝導体の前記雄ネジが形成された
    部分には勾配がつけられていることを特徴とする請求項
    2に記載の集積回路の冷却構造。
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