JPH0273657A - 半径流ヒートシンクおよびこれを用いた半導体冷却装置 - Google Patents
半径流ヒートシンクおよびこれを用いた半導体冷却装置Info
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- JPH0273657A JPH0273657A JP63224655A JP22465588A JPH0273657A JP H0273657 A JPH0273657 A JP H0273657A JP 63224655 A JP63224655 A JP 63224655A JP 22465588 A JP22465588 A JP 22465588A JP H0273657 A JPH0273657 A JP H0273657A
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/20709—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for server racks or cabinets; for data centers, e.g. 19-inch computer racks
- H05K7/20763—Liquid cooling without phase change
- H05K7/20772—Liquid cooling without phase change within server blades for removing heat from heat source
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
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- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
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- H01L2924/153—Connection portion
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- H01L2924/15312—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a pin array, e.g. PGA
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
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〕
本発明は機器の冷却に係り、特に高発熱密度の半導体チ
ップ又はパッケージの冷却に好適であるヒートシンクお
よび半導体冷却装置に関する。
ップ又はパッケージの冷却に好適であるヒートシンクお
よび半導体冷却装置に関する。
多層配線基板上に多数搭載されたＬＳＩチップ上にそれ
ぞれヒートシンクを取り付け、これに冷却流体を直接流
す方法は１例えば特開昭６０−１３４４５１号において
開示されている。この従来技術においては、ヒートシン
クはＬＳＩの配列方向に平行に、かつ、ＬＳＩチップ面
に垂直に取り付けられた平板フィンから形成されており
、冷却流体もＬＳＩチップの配列方向にフィンに平行に
流れる。また、ＬＳＩチップ上に、チップ面に垂直な平
板フィンで構成されたヒートシンクを装着し。
ぞれヒートシンクを取り付け、これに冷却流体を直接流
す方法は１例えば特開昭６０−１３４４５１号において
開示されている。この従来技術においては、ヒートシン
クはＬＳＩの配列方向に平行に、かつ、ＬＳＩチップ面
に垂直に取り付けられた平板フィンから形成されており
、冷却流体もＬＳＩチップの配列方向にフィンに平行に
流れる。また、ＬＳＩチップ上に、チップ面に垂直な平
板フィンで構成されたヒートシンクを装着し。
これに冷却流体を流入、流出させるために楕円断面をも
つベローズ状の管を２本取り付けた構造がＵＳＰ４６８
６６０６に記載されている。
つベローズ状の管を２本取り付けた構造がＵＳＰ４６８
６６０６に記載されている。
これらの従来技術では、いずれも冷却流体は。
ＬＳＩチップ面に平行に流される。これに対し。
発熱素子上に放射状に平板フィンを取り付け、冷却流体
を中心部から半径方向に流す構造がυ５Ｐ４６８２６５
１に記載さ九でいる。
を中心部から半径方向に流す構造がυ５Ｐ４６８２６５
１に記載さ九でいる。
上記従来技術には次のような問題があった。特開昭６０
−１３４５１号において開示されている技術では冷却流
体を基板上に多数配列されているＬＳＩチップの配列方
向に流しているため、冷却流体の温度が順次上昇するた
め、後流に位置するチップの冷却効率が悪くなる。この
問題はＬＳＩの集積度がさらに上がり発熱密度がさらに
増してくると重大な問題となる。
−１３４５１号において開示されている技術では冷却流
体を基板上に多数配列されているＬＳＩチップの配列方
向に流しているため、冷却流体の温度が順次上昇するた
め、後流に位置するチップの冷却効率が悪くなる。この
問題はＬＳＩの集積度がさらに上がり発熱密度がさらに
増してくると重大な問題となる。
この問題をさけるために、ＵＳＰ４６８６６０６では個
々のＬＳＩチップにヒートシンクを取り付け、個々のヒ
ートシンクにそれぞれ個別に冷却流体の流入。
々のＬＳＩチップにヒートシンクを取り付け、個々のヒ
ートシンクにそれぞれ個別に冷却流体の流入。
流出用のベローズを設けている。この従来技術では、フ
ィンがＬＳＩチップ面に垂直に取り付けられた平行平板
形のものであるため、流体の流れを均一化するために、
楕円断面の扁平ベローズを用いている。楕円ベローズの
問題は、短軸方向には変形しやすいが長軸方向には容易
には変形しない点にある。この性質により長軸方向の熱
変形が吸収しにくくなり、ＬＳＩチップに過大な応力が
加わる可能性がある。この問題は、フィンが平行平板形
のフィンであり、冷却流体をヒートシンクの一方の端か
ら他方の端に向かってＬＳＩチップ面に平行に流すため
に生じる。
ィンがＬＳＩチップ面に垂直に取り付けられた平行平板
形のものであるため、流体の流れを均一化するために、
楕円断面の扁平ベローズを用いている。楕円ベローズの
問題は、短軸方向には変形しやすいが長軸方向には容易
には変形しない点にある。この性質により長軸方向の熱
変形が吸収しにくくなり、ＬＳＩチップに過大な応力が
加わる可能性がある。この問題は、フィンが平行平板形
のフィンであり、冷却流体をヒートシンクの一方の端か
ら他方の端に向かってＬＳＩチップ面に平行に流すため
に生じる。
他方、ＵＳＰ４６８２６５１に、発熱素子に放射状にフ
ィンを取り付け、冷却流体を放射状フィン群の中心部に
供給する方法が開示されている。一般に、平行平板フィ
ンの場合はフィン間の間隙をつめればつめるほどフィン
から冷却流体への熱伝達率が大きくなる。これに対し、
放射状フィンでは、半径方向に間隙が開いてくるために
微小な間隙を保つことが困難であり、熱伝達率に制限が
ある。また。
ィンを取り付け、冷却流体を放射状フィン群の中心部に
供給する方法が開示されている。一般に、平行平板フィ
ンの場合はフィン間の間隙をつめればつめるほどフィン
から冷却流体への熱伝達率が大きくなる。これに対し、
放射状フィンでは、半径方向に間隙が開いてくるために
微小な間隙を保つことが困難であり、熱伝達率に制限が
ある。また。
この従来技術ではフィンを発熱素子面に垂直に立ててい
るため、フィンを取り付は得る面積が発熱素子の面積に
限られるため、伝熱面積拡大の点でも制限が生じる。さ
らに、伝熱面積を拡大するためにフィンを薄くすれば、
フィン効率が低下することになり、結局、放熱性能をあ
る程度以上に上げることは困難である。
るため、フィンを取り付は得る面積が発熱素子の面積に
限られるため、伝熱面積拡大の点でも制限が生じる。さ
らに、伝熱面積を拡大するためにフィンを薄くすれば、
フィン効率が低下することになり、結局、放熱性能をあ
る程度以上に上げることは困難である。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決するため
のヒートシンク構造を提供することにある。即ち、冷却
流体をそれぞれ個別に流入、流出させることが容易であ
り、且つ、放熱性能の高いヒートシンク構造を提供する
ことにある。
のヒートシンク構造を提供することにある。即ち、冷却
流体をそれぞれ個別に流入、流出させることが容易であ
り、且つ、放熱性能の高いヒートシンク構造を提供する
ことにある。
上記目的は、中心部に貫通孔を有する板状のフィンを、
フィンに接合されたスペーサ部材を介して多数積層し、
冷却流体をこの貫通孔に軸方向に導入し、かつ、板状フ
ィンに沿って半径方向に流すことにより達成される。上
記スペーサ部材は放射状に設けるのが好適である。
フィンに接合されたスペーサ部材を介して多数積層し、
冷却流体をこの貫通孔に軸方向に導入し、かつ、板状フ
ィンに沿って半径方向に流すことにより達成される。上
記スペーサ部材は放射状に設けるのが好適である。
さらに、板状フィンの熱伝達率を向上するには、各板状
フィンに微小な貫通ピンを設けるが、上記板状フィンに
半径方向に曲率をもたせるのが効果的である。
フィンに微小な貫通ピンを設けるが、上記板状フィンに
半径方向に曲率をもたせるのが効果的である。
又、フィンの放射性能を落すことなく圧力損失を低減す
るには、板状フィン及びスペーサ部材の外寸法を底板か
ら隔たるに従って順次小さくするか、板状フィンに設け
られた貫通孔の直径を底板から隔たるに従って順次大き
くするのが良い。
るには、板状フィン及びスペーサ部材の外寸法を底板か
ら隔たるに従って順次小さくするか、板状フィンに設け
られた貫通孔の直径を底板から隔たるに従って順次大き
くするのが良い。
又、各板状フィン間の流量分配をコントロールして放熱
性能を向上するためには、スペーサ部材の厚みを底板か
ら隔たるに従って順次小さくするのが良い。
性能を向上するためには、スペーサ部材の厚みを底板か
ら隔たるに従って順次小さくするのが良い。
半導体冷却装置の放熱性能の向上は、上記ヒートシンク
を多層配線基板上に多数搭載する半導体チップ又はパッ
ケージの各々に装着し、それぞれ別個に冷却流体を供給
することにより達成できる。
を多層配線基板上に多数搭載する半導体チップ又はパッ
ケージの各々に装着し、それぞれ別個に冷却流体を供給
することにより達成できる。
又、ＬＳＩチップに過大な応力が加わらないようにする
目的は、ヒートシンクにベローズなどの柔軟性を有する
管を装着して冷却流体を供給するか上記ベローズの端面
をヒートシンクに押しつける構造とすることにより達成
できる。
目的は、ヒートシンクにベローズなどの柔軟性を有する
管を装着して冷却流体を供給するか上記ベローズの端面
をヒートシンクに押しつける構造とすることにより達成
できる。
板状フィンの中心部に設けられた貫通孔は、フィンを積
層することによりヒートシンクの中心部に一つの流路を
形成し、冷却流体をヒートシンクの中心軸にそって導入
するように作用する。
層することによりヒートシンクの中心部に一つの流路を
形成し、冷却流体をヒートシンクの中心軸にそって導入
するように作用する。
各フィンに接合されたスペーサ部材は次の二つの作用を
有する。第一は、ヒートシンクの放熱効率が最大になる
ように各フィン間の間隙を最適に保つように作用する。
有する。第一は、ヒートシンクの放熱効率が最大になる
ように各フィン間の間隙を最適に保つように作用する。
また、スペーサ部材は積層された各フィンに接合されて
いるため、ヒートシンク底面に伝えられた発熱素子から
の熱を、積層された各フィンに順次伝えるための熱伝導
経路を形成するように作用する。
いるため、ヒートシンク底面に伝えられた発熱素子から
の熱を、積層された各フィンに順次伝えるための熱伝導
経路を形成するように作用する。
積層された板状のフィンは、冷却流体が半径方向に軸対
称的に流れるための流路を形成するとともに、スペーサ
部材を介して伝わってきた熱を冷却流体に伝達するよう
に作用する。
称的に流れるための流路を形成するとともに、スペーサ
部材を介して伝わってきた熱を冷却流体に伝達するよう
に作用する。
各板状フィンに設けた微小な貫通ピンは、流れる流体に
擾乱を与え、熱伝達を促進するように作用する。又、板
状フィンに半径方向に曲率をもたせることにより、半径
方向流れに遠心力を与え、縦渦を発生させて、フィンと
冷却流体間の熱伝達を促進するように作用する。
擾乱を与え、熱伝達を促進するように作用する。又、板
状フィンに半径方向に曲率をもたせることにより、半径
方向流れに遠心力を与え、縦渦を発生させて、フィンと
冷却流体間の熱伝達を促進するように作用する。
板状フィン及びスペーサ部材の外寸法を底板から隔たる
に従って順次小さくするか、板状フィンに設けられた貫
通孔の直径を底板から隔たるに従って順次小さくしたこ
とにより、温度が低い部分では、放熱面積を適度に小さ
くしているので、放熱性能は落さず、流路長さを短かく
して、流路抵抗を小さくする働きがある。
に従って順次小さくするか、板状フィンに設けられた貫
通孔の直径を底板から隔たるに従って順次小さくしたこ
とにより、温度が低い部分では、放熱面積を適度に小さ
くしているので、放熱性能は落さず、流路長さを短かく
して、流路抵抗を小さくする働きがある。
スペーサ部材の厚みを底板から隔たるに従って順次小さ
くしたことにより、高温なフィン程冷却流体が多量に流
れる。
くしたことにより、高温なフィン程冷却流体が多量に流
れる。
多層配線基板上に多数搭載する半導体チップ又はパッケ
ージの各々にヒートシンクを装着し、それぞれ別個に冷
却流体を供給するため、各々のＬＳＩチップの温度が均
一化される。
ージの各々にヒートシンクを装着し、それぞれ別個に冷
却流体を供給するため、各々のＬＳＩチップの温度が均
一化される。
ヒートシンクに装着するベローズなどの柔軟性を有する
管は組立公差や熱変形を吸収する作用をする。又、上記
端面は組立性の向上となる。
管は組立公差や熱変形を吸収する作用をする。又、上記
端面は組立性の向上となる。
以下１本発明の一実施例を第１図〜第３図により説明す
る。第１図は本実施例の断面図、第２図は正面図、第３
図は立体図である。貫通孔１を有する板状フィン２を、
放射状に設けられたスペーサ部材３を介して多数積層す
ることによりヒートシンクを形成する６貫通孔１は、フ
ィンを多数積層することにより、冷却流体４をヒートシ
ンクの中心部に導くための軸方向流路５を形成する。ま
た、ヒートシンクの底板を形成するフィン８は貫通孔を
有せず、軸方向流路５は閉流路となるように形成される
。Ｍ層された板状フィン２は冷却流体６を半径方向に流
すための流路７を形成する。
る。第１図は本実施例の断面図、第２図は正面図、第３
図は立体図である。貫通孔１を有する板状フィン２を、
放射状に設けられたスペーサ部材３を介して多数積層す
ることによりヒートシンクを形成する６貫通孔１は、フ
ィンを多数積層することにより、冷却流体４をヒートシ
ンクの中心部に導くための軸方向流路５を形成する。ま
た、ヒートシンクの底板を形成するフィン８は貫通孔を
有せず、軸方向流路５は閉流路となるように形成される
。Ｍ層された板状フィン２は冷却流体６を半径方向に流
すための流路７を形成する。
本実施例では、第３図に示すように、スペーサ部材３を
一体形成したフィン９と板状フィン２を交互に積層する
ことによりヒートシンクを形成している。
一体形成したフィン９と板状フィン２を交互に積層する
ことによりヒートシンクを形成している。
次に本実施例の作用を説明する６軸方向流路５に導入さ
れた冷却流体４は、底板８により半径方向流れに変換さ
れ、多数の板状フィンで形成された微小な間隙７を半径
方向に流れる。本ヒートシンクは底板８を介して発熱素
子に取り付けられる。
れた冷却流体４は、底板８により半径方向流れに変換さ
れ、多数の板状フィンで形成された微小な間隙７を半径
方向に流れる。本ヒートシンクは底板８を介して発熱素
子に取り付けられる。
発熱素子からの熱は底板８を介してヒートシンクに伝え
られ、各々のフィンに接合されたスペーサ部材３により
順次各板状フィンに伝達され、板状フィンから、狭い間
ＶＸ７内を半径方向に流れる冷却流体６に伝えられる。
られ、各々のフィンに接合されたスペーサ部材３により
順次各板状フィンに伝達され、板状フィンから、狭い間
ＶＸ７内を半径方向に流れる冷却流体６に伝えられる。
フィン間の間隙はスペーサ部材３により、ヒートシンク
の放熱効率が最大となるように保たれる。
の放熱効率が最大となるように保たれる。
第４図、第５図に本発明の他の実施例を示す。
板状のフィン２に多数の微小な貫通ピン１０を設けたも
のである。これ以外の構成は第１〜３図の実施例と同一
であり、作用も同じである。本実施例によれば、冷却流
体の半径方向流れ６に貫通ピン１０による擾乱が与えら
れるためにフィンから冷却流体への熱伝達率が増し、ヒ
ートシンクの放熱性能が向上するという特有の効果があ
る。
のである。これ以外の構成は第１〜３図の実施例と同一
であり、作用も同じである。本実施例によれば、冷却流
体の半径方向流れ６に貫通ピン１０による擾乱が与えら
れるためにフィンから冷却流体への熱伝達率が増し、ヒ
ートシンクの放熱性能が向上するという特有の効果があ
る。
第６図に本発明のさらに他の実施例を示す。板状フィン
２及びスペーサ部材３の外寸法を底板８から隔たるに従
って順次小さくしたものである。
２及びスペーサ部材３の外寸法を底板８から隔たるに従
って順次小さくしたものである。
本実施例には次のような特有の効果がある０発熱素子か
ら底板８に伝えられた熱は、積層された各フィン２から
順次、半径方向に流れる冷却流体６に吸熱される。従っ
て、底板から隔たるほど、スペーサ部材３を軸方向に通
過する熱量及びフィン２から冷却流体に伝達される熱量
ともに少なくなる。よって、底板８から隔たった位置に
大面積のフィンを設けても放熱性能に寄与することなく
。
ら底板８に伝えられた熱は、積層された各フィン２から
順次、半径方向に流れる冷却流体６に吸熱される。従っ
て、底板から隔たるほど、スペーサ部材３を軸方向に通
過する熱量及びフィン２から冷却流体に伝達される熱量
ともに少なくなる。よって、底板８から隔たった位置に
大面積のフィンを設けても放熱性能に寄与することなく
。
いたずらに冷却流体を流すための圧力損失を太きくする
だけでヒートシンクの放熱効率は落ちる。
だけでヒートシンクの放熱効率は落ちる。
本実施例では、板状フィン２及びスペーサ部材３の面積
を底板８から隔たるに従って順次小さくしたから、放熱
性能を落とすことなく圧力損失を低減することができ、
ヒートシンクの放熱効率を向上させるという効果がある
。
を底板８から隔たるに従って順次小さくしたから、放熱
性能を落とすことなく圧力損失を低減することができ、
ヒートシンクの放熱効率を向上させるという効果がある
。
第７図に本発明のさらに他の実施例を示す、板状フィン
２に設けられた貫通孔１の直径を、底板８から隔たるに
従って順次大きくしていったものである。こうすること
により板状フィン２及びスペーサ部材３の面積は底板８
から隔たるに従って小さくなるから、この効果は第６図
の実施例と同様である０本実施例にはさらに次のような
特有の効果がある６貫通孔１の直径が、ヒートシンクに
導入された冷却流体の軸方向流れ４の方向に順次小さく
なるから、板状フィン２の円周部が軸方向流れ４中に順
次突出することになる。従って、軸方向流れ４がこの突
出部に順次衝突することになり、軸方向流れの有する軸
方向の運動量が順次。
２に設けられた貫通孔１の直径を、底板８から隔たるに
従って順次大きくしていったものである。こうすること
により板状フィン２及びスペーサ部材３の面積は底板８
から隔たるに従って小さくなるから、この効果は第６図
の実施例と同様である０本実施例にはさらに次のような
特有の効果がある６貫通孔１の直径が、ヒートシンクに
導入された冷却流体の軸方向流れ４の方向に順次小さく
なるから、板状フィン２の円周部が軸方向流れ４中に順
次突出することになる。従って、軸方向流れ４がこの突
出部に順次衝突することになり、軸方向流れの有する軸
方向の運動量が順次。
半径方向の運動量に変換される。よって、この突出量（
即ち貫通孔の直径）をコントロールすることにより積層
されたフィン間の半径方向流れの流量をコントロールす
ることができる。底板８に近い位置はど、即ち冷却流体
が吸熱すべき熱量が多い位置はど大流量が流れるように
突出量をコン１−ロールすればヒートシンクの放熱効率
が向上する。
即ち貫通孔の直径）をコントロールすることにより積層
されたフィン間の半径方向流れの流量をコントロールす
ることができる。底板８に近い位置はど、即ち冷却流体
が吸熱すべき熱量が多い位置はど大流量が流れるように
突出量をコン１−ロールすればヒートシンクの放熱効率
が向上する。
なお、スペーサ部材３のＮみを、底板８から隔たるに従
って順次薄くしていっても同様の効果がある。
って順次薄くしていっても同様の効果がある。
第８図に本発明のさらに他の実施例を示す。板状フィン
２に半径方向に曲率をもたせたものである。こうするこ
とにより、半径方向流れに遠心力が作用し、Ｇｏｒｔｒ
ｅｒの渦と呼ばれる縦渦が発生しフィンと冷却流体間の
熱伝達率が増し、ヒートシンクの放熱性能が向上する。
２に半径方向に曲率をもたせたものである。こうするこ
とにより、半径方向流れに遠心力が作用し、Ｇｏｒｔｒ
ｅｒの渦と呼ばれる縦渦が発生しフィンと冷却流体間の
熱伝達率が増し、ヒートシンクの放熱性能が向上する。
第１０図及び第１１図に本発明のさらに他の実施例を示
す、スペーサ部材３を第１１図に示すような環状の波板
で形成し、板状フィン２に接合することにより第１０図
の形のヒートシンクを形成する０本実施例によれば、ス
ペーサ部材をプレス加工等で形成できるからヒートシン
クの製造コストを低減する効果がある。
す、スペーサ部材３を第１１図に示すような環状の波板
で形成し、板状フィン２に接合することにより第１０図
の形のヒートシンクを形成する０本実施例によれば、ス
ペーサ部材をプレス加工等で形成できるからヒートシン
クの製造コストを低減する効果がある。
第１２図に本発明をＬＳＩチップの冷却に応用した一例
を示す、多数の入出力ピン１１を有するセラミクスの多
層配線基板１２上に、微小な半田バンブ１３によりＬＳ
Ｉチップ１４が多数搭載されている。各々のＬＳＩチッ
プ上には本発明の半径流ヒートシンク１５が、底板８を
介して例えば半田等により装着される。多層配線基板１
２のチップ搭載面は、ハウジング１６により密閉される
。
を示す、多数の入出力ピン１１を有するセラミクスの多
層配線基板１２上に、微小な半田バンブ１３によりＬＳ
Ｉチップ１４が多数搭載されている。各々のＬＳＩチッ
プ上には本発明の半径流ヒートシンク１５が、底板８を
介して例えば半田等により装着される。多層配線基板１
２のチップ搭載面は、ハウジング１６により密閉される
。
ハウジング１６には、個々のＬＳＩチップに対応する位
置に、冷却流体を供給するためのノズル１７が設けられ
る０個々のヒートシンク１５には。
置に、冷却流体を供給するためのノズル１７が設けられ
る０個々のヒートシンク１５には。
ノズル１７とわずかな間隙をもってはめ合わされるフラ
ンジ１８が取り付けられる。ハウジング１６は二重構造
になっており、上部に、冷却流体を各々のノズル１７に
分配するためのヘッダ部１９が設けられる。ヘッダ部１
９には冷却流体２ｏを供給するための入口部２１が設け
られる。
ンジ１８が取り付けられる。ハウジング１６は二重構造
になっており、上部に、冷却流体を各々のノズル１７に
分配するためのヘッダ部１９が設けられる。ヘッダ部１
９には冷却流体２ｏを供給するための入口部２１が設け
られる。
また、ハウジング１６には冷却流体の出口部２２が設け
られる。冷却流体としては１例えばフロリナート（スリ
ーＭ社販売）が好適である。
られる。冷却流体としては１例えばフロリナート（スリ
ーＭ社販売）が好適である。
次に本実施例の作用を説明する。ヘッダ部に供給された
冷却流体２０は、各々のノズル１７に分配され、このノ
ズルからＬＳＩチップ１４上に装着された個々のヒート
シンク１５にそれぞれ個別に供給される。ヒートシンク
にはノズル１７の外径とわずかな間隙をもってはめ合わ
されるアダプタ１８が設けられており、個々のヒートシ
ンクへの冷却流体の供給を確実にする。この間隙は、組
立公差、多層配線基板１２とハウジング１６の膨張率の
差による熱変形を吸収できる程度に設定される。個々の
ヒートシンクに供給された冷却流体はヒートシンク内を
半径方向に流れ、ＬＳＩチップ１４から発生した熱を吸
熱する０個々のヒートシンクから半径方向に流出した冷
却流体は、基板１２とハウジング１６で形成された密閉
空間内を流れ、ハウジングに設けられた出口部２２から
排出される１本実施例では、個々のヒートシンクにそれ
ぞれ個別に冷却流体を供給するので、冷却流体の温度上
昇の問題が無く、各々のＬＳＩチップの温度が均一化さ
れ、チップ間の温度ばらつきに起因する素子の誤動作が
無くなる。さらに５本発明の半径流積層ヒートシンクを
用いるためヒートシンクの放熱性能が高く、数１０Ｗ級
の超高密度発熱チップも冷却可能である。
冷却流体２０は、各々のノズル１７に分配され、このノ
ズルからＬＳＩチップ１４上に装着された個々のヒート
シンク１５にそれぞれ個別に供給される。ヒートシンク
にはノズル１７の外径とわずかな間隙をもってはめ合わ
されるアダプタ１８が設けられており、個々のヒートシ
ンクへの冷却流体の供給を確実にする。この間隙は、組
立公差、多層配線基板１２とハウジング１６の膨張率の
差による熱変形を吸収できる程度に設定される。個々の
ヒートシンクに供給された冷却流体はヒートシンク内を
半径方向に流れ、ＬＳＩチップ１４から発生した熱を吸
熱する０個々のヒートシンクから半径方向に流出した冷
却流体は、基板１２とハウジング１６で形成された密閉
空間内を流れ、ハウジングに設けられた出口部２２から
排出される１本実施例では、個々のヒートシンクにそれ
ぞれ個別に冷却流体を供給するので、冷却流体の温度上
昇の問題が無く、各々のＬＳＩチップの温度が均一化さ
れ、チップ間の温度ばらつきに起因する素子の誤動作が
無くなる。さらに５本発明の半径流積層ヒートシンクを
用いるためヒートシンクの放熱性能が高く、数１０Ｗ級
の超高密度発熱チップも冷却可能である。
第１３図に本発明のさらに他の応用例を示す。
個々のヒートシンク１５とハウジング１６間をベローズ
管２３でつないだものである。これにより、組立公差、
基板１２とハウジング１６間の膨張率の差による熱変形
をベローズにより吸収し、ＬＳＩチップ１４を搭載する
ための微小の半田バンプ１３に過大な応力をかけること
なく、より確実に冷却流体を個々のヒートシンクに供給
することが可能となる。
管２３でつないだものである。これにより、組立公差、
基板１２とハウジング１６間の膨張率の差による熱変形
をベローズにより吸収し、ＬＳＩチップ１４を搭載する
ための微小の半田バンプ１３に過大な応力をかけること
なく、より確実に冷却流体を個々のヒートシンクに供給
することが可能となる。
第１４図に本発明のさらに他の応用例を示す。
第１３図に示した構成において、ベローズ管２３の端部
にフランジ２４を設けるとともに、ヒートシンクの上面
に位置する板状フィン２５に０リング２６を設け、ベロ
ーズ２３のばね力により、フラング２４を０リング２５
に押し付けるようにした０本実施例によれば、ハウジン
グ１６を多層配線基板１２に取り付ける際の組立性が格
段に向上する。
にフランジ２４を設けるとともに、ヒートシンクの上面
に位置する板状フィン２５に０リング２６を設け、ベロ
ーズ２３のばね力により、フラング２４を０リング２５
に押し付けるようにした０本実施例によれば、ハウジン
グ１６を多層配線基板１２に取り付ける際の組立性が格
段に向上する。
第１５図に本発明のさらに他の応用例を示す。
第１２図に示した構成において１個々の本発明のヒート
シンク１５を端板２８を有するベローズ２７内に収め、
ベローズの端板２８を半田２９によりＬＳＩチップ１４
に接合したものである。なおこの例では、ベローズの端
板２８はＬＳＩチップに接合しであるが、接合せずに単
に接触するようにしてももちろんかまわない０本発明の
ヒートシンク内の流れは基本的に軸対称流であるので。
シンク１５を端板２８を有するベローズ２７内に収め、
ベローズの端板２８を半田２９によりＬＳＩチップ１４
に接合したものである。なおこの例では、ベローズの端
板２８はＬＳＩチップに接合しであるが、接合せずに単
に接触するようにしてももちろんかまわない０本発明の
ヒートシンク内の流れは基本的に軸対称流であるので。
ベローズ２７は柔軟性に優れた円形断面のベローズでよ
い、従って、ベローズの端板２８をＬＳＩチップ１４の
背面に接合したとしても、組立公差や、配線基板１２と
ハウジング１６間の膨張率の差による熱変形はベローズ
２７で充分吸収することができるため、半田バンプ１３
に過大な応力が加わることはない、ハウジング１６は三
重構造になっており、冷却流体を供給するための空間３
０゜冷却流体を排出するための空間３１及び、不活性気
体を封入するための空間３２を有する。本実施例によれ
ば、冷却流体がＬＳＩチップ１４に直接接融することが
ないため、水等より冷却能力が高い流体を用いることが
でき、放熱効果が増す。
い、従って、ベローズの端板２８をＬＳＩチップ１４の
背面に接合したとしても、組立公差や、配線基板１２と
ハウジング１６間の膨張率の差による熱変形はベローズ
２７で充分吸収することができるため、半田バンプ１３
に過大な応力が加わることはない、ハウジング１６は三
重構造になっており、冷却流体を供給するための空間３
０゜冷却流体を排出するための空間３１及び、不活性気
体を封入するための空間３２を有する。本実施例によれ
ば、冷却流体がＬＳＩチップ１４に直接接融することが
ないため、水等より冷却能力が高い流体を用いることが
でき、放熱効果が増す。
第１６図に本発明のさらに他の応用例を示す。
第１３図に示した構成において１本発明のヒートシンク
１５を端板２８を有するベローズ２７内に収め、ベロー
ズの端板２８を半田２９によりＬＳＩチップ１４の背面
に接合したものである。本発明のヒートシンク１５内の
流れは基本的に軸対称流であるために、冷却流体を供給
するためのベローズ２３と冷却流体を排出するためのベ
ローズ２７を同心状に配置することができる。従って、
ベローズ２３．ベローズ２７ともに柔軟性に優れた円形
断面ベローズを用いることができ、端板２８をＬＳＩチ
ップ１４の背面に接合したとしても、組立公差や、配線
基板１２とハウジング１６間の膨張率の差による熱変形
を充分吸収することが可能であり、半田バンプ１３に過
大な応力が加わることはない、第１５図の実施例に比べ
、本実施例では１個々のヒートシンク１５に対する冷却
流体の供給がより確実に行われるという効果がある。
１５を端板２８を有するベローズ２７内に収め、ベロー
ズの端板２８を半田２９によりＬＳＩチップ１４の背面
に接合したものである。本発明のヒートシンク１５内の
流れは基本的に軸対称流であるために、冷却流体を供給
するためのベローズ２３と冷却流体を排出するためのベ
ローズ２７を同心状に配置することができる。従って、
ベローズ２３．ベローズ２７ともに柔軟性に優れた円形
断面ベローズを用いることができ、端板２８をＬＳＩチ
ップ１４の背面に接合したとしても、組立公差や、配線
基板１２とハウジング１６間の膨張率の差による熱変形
を充分吸収することが可能であり、半田バンプ１３に過
大な応力が加わることはない、第１５図の実施例に比べ
、本実施例では１個々のヒートシンク１５に対する冷却
流体の供給がより確実に行われるという効果がある。
本発明によれば、ヒートシンク内の冷却流体の流れを中
心軸から半径方向に向かう軸対称流れとすることができ
るので、ヒートシンク内に大量の冷却流体を送り込んで
も偏流が生じにくく極めて高い放熱性能を得ることがで
きる。また、本発明によればフィンを軸方向に積層する
ので大きな伝熱面積を得ることができるとともに、スペ
ーサ部材に軸方向の熱伝導経路の役割をもたせているた
めにフィン効率も大きくとることができ、極めて高い放
熱性能を得ることができる。
心軸から半径方向に向かう軸対称流れとすることができ
るので、ヒートシンク内に大量の冷却流体を送り込んで
も偏流が生じにくく極めて高い放熱性能を得ることがで
きる。また、本発明によればフィンを軸方向に積層する
ので大きな伝熱面積を得ることができるとともに、スペ
ーサ部材に軸方向の熱伝導経路の役割をもたせているた
めにフィン効率も大きくとることができ、極めて高い放
熱性能を得ることができる。
さらに、各板状フィンに微小な貫通ピンを設けた実施例
では、冷却流体の半径方向流れに上記貫通ピンによる擾
乱が与えられるためさらに熱伝達率が向上する効果があ
る。又、板状フィン半径方向に曲率をもたせた実施例で
は、半径方向流れに遠心力が作用し、Ｇｏｒｔｒｅｒの
渦が発生しフィンと冷却流体間の熱伝達率が向上する効
果がある。板状フィン及びスペーサ部材の外寸法を底板
から隔たるに従って順次小さくした、実施例では、圧力
損失を小さくできるし、板状フィンに設けられた貫通孔
の直径を底板から隔たるに従って順次大きくした実施例
では、上記と同様に圧力が損失を小さくできる他、突出
部に軸方向流れが順次衝突するのでその運動量を半径方
向の運動量に変換する突出量をコントロールすることに
より各板状フィン間の流量をコントロールすることがで
き、高温の底板の流量を多くして放熱性能を向上できる
効果がある。さらに、本発明のヒートシンクを用いれば
、ヒートシンクへの冷却流体の供給を、比較的直径の小
さい管によりヒートシンクの中心軸に向かって垂直に行
うことができるため、多層配線基板上に多数搭載された
ＬＳＩチップ等に取り付けた場合の冷却流体の供給が容
易になる。さらに本発明によれば、ヒートシンクからの
冷却流体の流出も軸対称となるために、冷却流体の供給
、及び排出を同心の管で行うことができ、例えばベロー
ズ等の隔壁を介してＬＳＩチップに取り付ける場合でも
、柔軟性に優れた円形断面ベローズを用いることができ
、ＬＳＩチップに過大な応力を加えることなく取り付け
ることができる。したがって、水等の冷却能力は高いが
半導体材料との適合性の無い流体を冷却流体として用い
ることが容易である。
では、冷却流体の半径方向流れに上記貫通ピンによる擾
乱が与えられるためさらに熱伝達率が向上する効果があ
る。又、板状フィン半径方向に曲率をもたせた実施例で
は、半径方向流れに遠心力が作用し、Ｇｏｒｔｒｅｒの
渦が発生しフィンと冷却流体間の熱伝達率が向上する効
果がある。板状フィン及びスペーサ部材の外寸法を底板
から隔たるに従って順次小さくした、実施例では、圧力
損失を小さくできるし、板状フィンに設けられた貫通孔
の直径を底板から隔たるに従って順次大きくした実施例
では、上記と同様に圧力が損失を小さくできる他、突出
部に軸方向流れが順次衝突するのでその運動量を半径方
向の運動量に変換する突出量をコントロールすることに
より各板状フィン間の流量をコントロールすることがで
き、高温の底板の流量を多くして放熱性能を向上できる
効果がある。さらに、本発明のヒートシンクを用いれば
、ヒートシンクへの冷却流体の供給を、比較的直径の小
さい管によりヒートシンクの中心軸に向かって垂直に行
うことができるため、多層配線基板上に多数搭載された
ＬＳＩチップ等に取り付けた場合の冷却流体の供給が容
易になる。さらに本発明によれば、ヒートシンクからの
冷却流体の流出も軸対称となるために、冷却流体の供給
、及び排出を同心の管で行うことができ、例えばベロー
ズ等の隔壁を介してＬＳＩチップに取り付ける場合でも
、柔軟性に優れた円形断面ベローズを用いることができ
、ＬＳＩチップに過大な応力を加えることなく取り付け
ることができる。したがって、水等の冷却能力は高いが
半導体材料との適合性の無い流体を冷却流体として用い
ることが容易である。
第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は正面図、
第３図は立体図、第４図は本発明の他の実施例の断面図
、第５図は正面図、第６図は本発明のさらに他の実施例
の断面図、第７図はさらに他の実施例の断面図、第８図
はさらに他の実施例の断面図、第９図は原理を表す図、
第１０図および第１１図は本発明のさらに他の実施例を
表す図、第１２図は本発明を半導体装置に用いた一応用
例を示す図、第１３図はさらに他の応用例を表す図、第
１４図はさらに他の応用例を表す図、第１５図はさらに
他の応用例を表す図、第１６図はさらに他の応用例を表
す図である。 １・・・貫通孔、２・・・フィン、３・・・スペーサ部
材、４・冷却流体、５・・・軸方向流路、６・・・半径
方向流れ、７・・・間隙、８・・・底板、９・・・スペ
ーサ部材一体形成フィン、１０・・・貫通ピン、１１・
・・入出力ピン、１２・・・多層配線基板、１３・・・
半田バンプ、１４・・・ＬＳＩチップ、１５・・・半径
流ヒートシンク、１６・・・ハウジング、１７・・・ノ
ズル、１８・・・アダプタ。 １９・・・ヘッダ、２０・・・冷却流体、２１・・・入
口部、２２・・・出口部、２３・・・ベローズ１，２４
・・・フランジ、２５・・・板状フィン、２６・・・０
リング、２７・・・ベローズ、２８・・・端板、２９・
・・半田、３０・・・空間、図 第 ３ 図 ！ 葛２図 り ８慮核 ｑ スヘ・−”ν′音Ｔ才に一４不形１欠にン不 図 不 図 １θ す石（ヒ・ン 第 図 晃 図 遁 図 不 図 １１ 人出カ乙０ン ノア ノス゛ル１２
７，７４西乙船り氏、ｆＡ ｌＢ Ｔ７７
”１ハフシシフ” 出口卿 ｚ４ フラシシ ２タ 叔扶゛乃ン ｚ６ テ′ルア°。 へ゛ロース“
第３図は立体図、第４図は本発明の他の実施例の断面図
、第５図は正面図、第６図は本発明のさらに他の実施例
の断面図、第７図はさらに他の実施例の断面図、第８図
はさらに他の実施例の断面図、第９図は原理を表す図、
第１０図および第１１図は本発明のさらに他の実施例を
表す図、第１２図は本発明を半導体装置に用いた一応用
例を示す図、第１３図はさらに他の応用例を表す図、第
１４図はさらに他の応用例を表す図、第１５図はさらに
他の応用例を表す図、第１６図はさらに他の応用例を表
す図である。 １・・・貫通孔、２・・・フィン、３・・・スペーサ部
材、４・冷却流体、５・・・軸方向流路、６・・・半径
方向流れ、７・・・間隙、８・・・底板、９・・・スペ
ーサ部材一体形成フィン、１０・・・貫通ピン、１１・
・・入出力ピン、１２・・・多層配線基板、１３・・・
半田バンプ、１４・・・ＬＳＩチップ、１５・・・半径
流ヒートシンク、１６・・・ハウジング、１７・・・ノ
ズル、１８・・・アダプタ。 １９・・・ヘッダ、２０・・・冷却流体、２１・・・入
口部、２２・・・出口部、２３・・・ベローズ１，２４
・・・フランジ、２５・・・板状フィン、２６・・・０
リング、２７・・・ベローズ、２８・・・端板、２９・
・・半田、３０・・・空間、図 第 ３ 図 ！ 葛２図 り ８慮核 ｑ スヘ・−”ν′音Ｔ才に一４不形１欠にン不 図 不 図 １θ す石（ヒ・ン 第 図 晃 図 遁 図 不 図 １１ 人出カ乙０ン ノア ノス゛ル１２
７，７４西乙船り氏、ｆＡ ｌＢ Ｔ７７
”１ハフシシフ” 出口卿 ｚ４ フラシシ ２タ 叔扶゛乃ン ｚ６ テ′ルア°。 へ゛ロース“
Claims (18)
- １．多数のフィンをスペーサ部材を介して積層する構造
のヒートシンクにおいて、積層されたフィンの中心部に
軸方向の貫通孔を設け、冷却流体をこの軸方向貫通孔に
導入し、かつ、積層された各フィンに沿つて半径方向に
流すことを特徴とするヒートシンク。 - ２．スペーサ部材が各フィンに接合されていることを特
徴とする請求項１記載のヒートシンク。 - ３．スペーサ部材を放射状に設けたことを特徴とする請
求項２記載のヒートシンク。 - ４．積層された各フィンに多数の貫通ピンを設けたこと
を特徴とする請求項１記載のヒートシンク。 - ５．フィンの外寸法を底板から隔たるに従つて順次小さ
くしたことを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。 - ６．貫通孔の直径を底板から隔たるに従つて、順次大き
くしたことを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。 - ７．スペーサ部材の厚みを底板から隔たるに従つて順次
小さくしたことを特徴とする請求項１記載のヒートシン
ク。 - ８．上記フィンが半径方向に曲率を有することを特徴と
する請求項１記載のヒートシンク。 - ９．スペーサ部材を環状の波板で形成したことを特徴と
する請求項１記載のヒートシンク。 - １０．多層配線基板上に半導体チップ又はパッケージを
多数搭載する形式の半導体モジュールにおいて、個々の
半導体チップ又はパッケージに流体を軸方向から径方向
に流すヒートシンクを装着し、個々のヒートシンクにそ
れぞれ個別に冷却流体を供給することを特徴とする半導
体冷却装置。 - １１．請求項１０記載の半導体冷却装置において、個々
のヒートシンクに対応した位置にノズルを設けこのノズ
ルとわずかな間隙をもつてはめ合されたアダプタを介し
て冷却流体を個々のヒートシンクに供給することを特徴
とする半導体冷却装置。 - １２．請求項１０記載の半導体冷却装置において、個々
のヒートシンクに柔軟性を有する管を装着し、この管に
より冷却流体を供給することを特徴とする半導体冷却装
置。 - １３．柔軟性を有する管がベローズで形成されることを
特徴とする請求項１２記載の半導体冷却装置。 - １４．ベローズの端面を個々のヒートシンクに押し付け
ることを特徴とする請求項１３記載の半導体冷却装置。 - １５．多層配線基板上に多数の半導体チップ又はパッケ
ージを搭載し、個々のチップ又はパッケージに端面を有
するベローズ状の部材を装着する形式の冷却装置におい
て、上記ベローズ状部材の内部に流体を軸方向から径方
向に流すヒートシンクを設け、個々のヒートシンクにそ
れぞれ個別に冷却流体を供給することを特徴とする半導
体冷却装置。 - １６．請求項１５記載の半導体冷却装置において、ベロ
ーズ内に設けられた個々のヒートシンクに対応する位置
にノズルを設け、このノズルとわずかな間隙をもつては
め合されたアダプタを介して冷却流体を個々のヒートシ
ンクにそれぞれ個別に供給することを特徴とする半導体
冷却装置。 - １７．請求項１５記載の半導体冷却装置において、ベロ
ーズ内に設けられた個々のヒートシンクに柔軟性を有す
る管を装着し、この管により冷却流体を個々のヒートシ
ンクにそれぞれ個別に供給することを特徴とする半導体
冷却装置。 - １８．柔軟性を有する管がベローズであることを特徴と
する請求項１７記載の半導体冷却装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63224655A JPH0273657A (ja) | 1988-09-09 | 1988-09-09 | 半径流ヒートシンクおよびこれを用いた半導体冷却装置 |
| US07/771,777 US5365400A (en) | 1988-09-09 | 1991-10-04 | Heat sinks and semiconductor cooling device using the heat sinks |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63224655A JPH0273657A (ja) | 1988-09-09 | 1988-09-09 | 半径流ヒートシンクおよびこれを用いた半導体冷却装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0273657A true JPH0273657A (ja) | 1990-03-13 |
Family
ID=16817128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63224655A Pending JPH0273657A (ja) | 1988-09-09 | 1988-09-09 | 半径流ヒートシンクおよびこれを用いた半導体冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0273657A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0480750A2 (en) * | 1990-10-11 | 1992-04-15 | Nec Corporation | Liquid cooling system for LSI packages |
| US5293754A (en) * | 1991-07-19 | 1994-03-15 | Nec Corporation | Liquid coolant circulating system |
| US5654587A (en) * | 1993-07-15 | 1997-08-05 | Lsi Logic Corporation | Stackable heatsink structure for semiconductor devices |
| WO1997031236A1 (en) * | 1996-02-22 | 1997-08-28 | Lemont Aircraft Corporation | Active heat sink structure with flow augmenting rings and method for removing heat |
| US5773886A (en) * | 1993-07-15 | 1998-06-30 | Lsi Logic Corporation | System having stackable heat sink structures |
| EP0862210A2 (en) * | 1997-01-31 | 1998-09-02 | Thermalloy Incorporated | Heat dissipating assembly |
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