JP2852148B2 - 集積回路パッケージの冷却構造 - Google Patents

集積回路パッケージの冷却構造

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、情報処理装置等の電子
機器に使用する集積回路パッケージの冷却構造に関し、
特に配線基板に複数の集積回路をマトリックス状に配列
して搭載してなる集積回路パッケージの冷却構造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の冷却構造としては、図４
に示す例（Ｓ．Ｏｋｔａｙ， Ｈ．Ｃ．Ｋａｍｍｅｒｅ
ｒ “Ａ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ−ＣｏｏｌｅｄＭｏｄ
ｕｌｅ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ−Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ＬＳＩ Ｄｅｖｉｃｅｓ”ＩＢＭ Ｊ／ＲＥＳ． ＤＥ
ＶＥＬＯＰ． ｖｏｌ．２６ Ｎｏ．１ Ｊａｎ．１９
８２による）のように、配線基板２１に搭載された集積
回路２２に、ばね２３によりピストン２４を押し付けて
熱を奪い、その熱をヘリウムガス２５を充填した空間を
通してハット２６及び介在層２７を経て冷却板２８へ伝
え、冷却板２８内を流通する液体冷媒２９へ放熱する構
造をはじめとしていくつかのものが考えられ実用化され
ている。
【０００３】図４において３０は集積回路２２のＩ／Ｏ
ピンである。
【０００４】又、特開昭６０−１６０１５０号公報に
は、液体冷媒の衝突噴流を利用した冷却装置が記載され
ている。
【０００５】この冷却構造は、図６に示すように、配線
基板３１に搭載したチップ３２で発生した熱を伝熱基板
３３及び可変形性伝熱体３４を経て伝熱板３５へ伝え、
この伝熱板３５をノズル３６より液体冷媒を噴流させて
冷却するものであり、伝熱板３５は、クーリングヘッダ
３７に固着したベローズ３８により可変形性伝熱体３４
及び伝熱基板３３を介在してチップ３２に押し付けられ
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の冷却構
造のうち、図４のものでは、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
れる熱伝達率は、０．１〜０．５Ｗ／ｃｍ2 ℃程度であ
って集積回路の高集積化が進むと冷却能力が不足する問
題がある。
【０００７】又、図５のものでは、熱伝達率を高めるこ
とができるものの、薄肉のベローズを用いているため、
液体冷媒による腐食が発生してベローズに穴が空き、液
体冷媒を漏出するおそれがある。
【０００８】そこで、本発明は、冷却効率を高め、かつ
液体冷媒による腐食に対して高い耐性を有する集積回路
パッケージの冷却構造の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の集積回路パッケ
ージの冷却構造は、配線基板上にマトリックス状に配列
して搭載された複数の集積回路と、この複数の集積回路
の各々の上面に載置され、液体冷媒の衝突噴流により対
応する集積回路を冷却する複数の冷却器と、この複数の
冷却器の各々の下面に設けられ該冷却器の下面より大き
い冷却板と、前記複数の冷却器が挿入される複数の孔を
有するとともに前記複数の集積回路の上部に固定された
保持板と、それぞれが前記複数の冷却器の各々に巻き付
けられるとともに前記保持板と前記冷却板との間に挟ま
れ前記複数の冷却器の各々を対応する前記集積回路に押
し付ける複数のばねとを含む。
【００１０】本発明の他の集積回路パッケージの冷却構
造は、前記冷却器が、前記冷却板に立設した上端閉の円
筒形のハウジングと、ハウジングに挿着され液体冷媒を
上記冷却板に垂直に噴出するノズルと、ハウジングに固
着され液体冷媒を排出する排出管とを含む。
【００１１】本発明の他の集積回路パッケージの冷却構
造は、外部から供給される液体冷媒の導入口を有し、液
体冷媒を各冷却器列に分配流入させる供給側ヘッダと、
前記各冷却器列から流出する冷却媒体を収集し、外部へ
排出する排出口を有する排出側ヘッダと、前記供給側ヘ
ッダ及び排出側ヘッダと各冷却器列並びに各冷却器列内
の隣接する冷却器同士を接続する接続チューブとをさら
に含む。
【００１２】
【作用】上記手段においては、集積回路が液体冷媒の衝
突噴流を使用した冷却器によって冷却され、かつ冷却器
がばねによって集積回路に押し付けられる。
【００１３】又、供給側ヘッダ、排出側ヘッダ及び接続
チューブを備えることにより、冷媒流路の外部との接続
箇所が少なくなる。
【００１４】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【００１５】図１，図２は本発明の一実施例の集積回路
パッケージの冷却構造の断面図、平面図である。
【００１６】集積回路パッケージの一部を構成する配線
基板１上には、複数の集積回路２がマトリックス状に配
列して搭載されており、各集積回路２上には、液体冷媒
の衝突噴流を使用した冷却器３がそれぞれ載置されてい
る。冷却器３は、液体冷媒に対する耐蝕性を高めるた
め、耐蝕性に優れた金属により、肉厚を比較的厚くして
形成されており、集積回路２に接触する方形の冷却板４
と、冷却板４に立設した上端閉の円筒形のハウジング５
と、ハウジング５の天井部の中央に挿着され、液体冷媒
を冷却板４に垂直に噴出するノズル６と、ハウジング５
の天井部の周辺部に固着され、液体冷媒を排出する排出
管７とから構成されている。
【００１７】一方、配線基板１には、枠８が取り付けら
れており、この枠８には、各冷却器３の上端部をそれぞ
れ突出可能とする複数の孔９を有し、各冷却器３をそれ
ぞれの集積回路２に対して位置決め保持する保持板１０
が固着されている。そして、各冷却器３は、それぞれの
ハウジング５の外周に嵌装して冷却板４と保持板１０と
の間に弾装した複数のコイルばね１１により、それぞれ
の集積回路２に押し付けられている。
【００１８】保持板１０の両側縁には、外部から供給さ
れる液体冷媒の導入口１２を有し、液体冷媒を各冷却器
列に分配流入させる供給側ヘッダ１３と、各冷却器列か
ら流出する液体冷媒を収集し、外部へ液体冷媒を排出す
る排出口１４を有する排出側ヘッダ１５とが、各冷却器
３の配列方向（図２においては左右方向）と直角に延在
させて取り付けられている。そして、供給側ヘッダ１３
と各冷却器列の最初の冷却器３のノズル６との間、各冷
却器列の最後の冷却器３の排出管７と排出側ヘッダ１５
との間、及び各冷却器内の隣接する冷却器３同士の排出
管とノズル６との間は、接続チューブ１６によって接続
されている。
【００１９】上記構成の集積回路パッケージの冷却構造
においては、導入口１２から導入された液体冷媒は、供
給側ヘッダ１３により接続チューブ１６を通って各冷却
器列の最初の冷却器３へ分配流入される。液体冷媒は、
ノズル６から噴出されて冷却板４に衝突し、冷却板４か
ら熱を奪って排出管７から接続チューブ１６を通って隣
接する冷却器３に流入される。そして、各冷却器列の最
後の冷却器３から流出した液体冷媒は、接続チューブ１
６を通って排出側ヘッダ１５へ収集され、排出口１５か
ら外部へ排出する。
【００２０】一方、各集積回路２で発生した熱は、それ
ぞれの冷却器３の冷却板４へと伝わる。冷却板４には、
液体冷媒がノズル６から噴出され衝突しているので高伝
熱効率で冷却され、集積回路２で発生した熱は、液体冷
媒へと放出される。
【００２１】ここで、実験によれば、液体冷媒に水を使
用した場合、冷却板４と液体冷媒との熱伝達率は、１Ｗ
／ｃｍ2 ℃以上が達成可能であり、集積回路２から液体
冷媒までの熱抵抗を１℃／Ｗ以下のきわめて小さい値に
抑えることが実現可能である。
【００２２】又、冷却器３をコイルばね１１で集積回路
２に押し付ける構造としたことにより、冷却器自体に可
撓性を持たせる必要がないため、冷却器３を構成する冷
却板４、ハウジング５の肉厚を厚くとることが可能であ
り、液体冷媒による腐食に対して高い耐性をもたせるこ
とができる。
【００２３】更に、液体冷媒を供給側ヘッダ１３、排出
側ヘッダ１５により分配、収集する構造としたことによ
り、集積回路パッケージの取付け、取外しの際の冷媒流
路との接続箇所が少なくなって保守交換が容易にできる
という利点がある。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、集積回路
を液体冷媒の衝突噴流を使用し冷却器によって冷却さ
れ、かつ冷却器をばねにより集積回路に押し付ける構成
としたことにより、高い冷却効率を有する冷却構造を実
現でき、かつ従来のように冷却器自体に可撓性を持たせ
る必要がなく、冷却器の肉厚を比較的厚くでき、液体冷
媒の腐食に対して高い耐性を有するものとすることがで
きる。
【００２５】又、供給側ヘッダ、排出側ヘッダ及び接続
チューブを備えることにより、冷媒流路の外部との接続
箇所が少なくなるので、集積回路パッケージの保守交換
を容易にできるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の集積回路パッケージの冷却
構造の断面図である。
【図２】本発明の一実施例の集積回路パッケージの冷却
構造の平面図である。
【図３】本発明の一実施例の集積回路パッケージの冷却
構造の冷却器の一部を破断した斜視図である。
【図４】従来の集積回路の冷却構造の断面図である。
【図５】従来の他の集積回路の冷却構造の断面図であ
る。
【符号の説明】
１ 配線基板 ２ 集積回路 ３ 冷却器 ４ 冷却板 ５ ハウジング ６ ノズル ７ 排出管 ８ 枠 １０ 保持板 １１ コイルはね １２ 導入口 １３ 供給側ヘッダ １４ 排出口 １５ 排出側ヘッダ １６ 接続チューブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 23/46

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 配線基板上にマトリックス状に配列して
    搭載された複数の集積回路と、この複数の 集積回路の各々の上面に載置され、液体冷媒
    の衝突噴流により対応する集積回路を冷却する複数の冷
    却器と、この複数の冷却器の各々の下面に設けられ該冷却器の下
    面より大きい冷却板と、 前記複数の冷却器が挿入される複数の孔を有するととも
    に前記複数の集積回路の上部に固定された 保持板と、それぞれが前記複数の冷却器の各々に巻き付けられると
    ともに前記保持板と前記冷却板との間に挟まれ前記複数
    の 冷却器の各々を対応する前記集積回路に押し付ける複
    数のばねとを含むことを特徴とする集積回路パッケージ
    の冷却構造。
  2. 【請求項２】 前記冷却器が、前記冷却板に立設した上
    端閉の円筒形のハウジングと、ハウジングに挿着され液
    体冷媒を上記冷却板に垂直に噴出するノズルと、ハウジ
    ングに固着され液体冷媒を排出する排出管とを含むこと
    を特徴とする請求項１記載の集積回路パッケージの冷却
    構造。
  3. 【請求項３】 外部から供給される液体冷媒の導入口を
    有し、液体冷媒を各冷却器列に分配流入させる供給側ヘ
    ッダと、 前記各冷却器列から流出する冷却媒体を収集し、外部へ
    排出する排出口を有する排出側ヘッダと、 前記供給側ヘッダ及び排出側ヘッダと各冷却器列並びに
    各冷却器列内の隣接する冷却器同士を接続する接続チュ
    ーブとをさらに含むことを特徴とする請求項１または２
    記載の集積回路パッケージの冷却構造。
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