JPH0334231B2 - - Google Patents
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- JPH0334231B2 JPH0334231B2 JP25928485A JP25928485A JPH0334231B2 JP H0334231 B2 JPH0334231 B2 JP H0334231B2 JP 25928485 A JP25928485 A JP 25928485A JP 25928485 A JP25928485 A JP 25928485A JP H0334231 B2 JPH0334231 B2 JP H0334231B2
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- JP
- Japan
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- heat transfer
- integrated circuit
- nozzle
- flexible elastic
- cooling
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- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 26
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
- H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
- H01L23/4735—Jet impingement
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (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、基板に装着した集積回路素子を液冷
する冷却装置に関する。
する冷却装置に関する。
集積回路素子は動作中発熱があり、一方、集積
回路素子の温度は許容範囲内に収める必要がある
為、その熱を放散する技術は重要なものとなつて
いる。これらの技術は主に空冷と液冷の２つの基
本的手段に分けられるが特に発熱の著しいものは
液冷方式が採用されることが多い。第４図はそれ
の液冷装置の一例を示し、１０は基板（プリント
基板）、１２は該基板１０に取付けられた集積回
路素子（パツケージに収められた又はチツプが露
出した状態の集積回路）である。２０は冷却体
で、本体は薄型矩形箱状体であり、内部は仕切壁
により区切られて上下に２分されている。２０ａ
は該本体の上板、２０ｂは同下板、２０ｃは仕切
壁である。下板２０ｂにはベローズ、ダイヤフラ
ムなどの可撓性弾性構造体（以下ベローズとい
う）２２ａ，２２ｂ，……が取付けられ、これら
のベローズの中央には仕切壁２０ｃより垂下する
短円筒２４ａ，２４ｂ，……が設けられる。
回路素子の温度は許容範囲内に収める必要がある
為、その熱を放散する技術は重要なものとなつて
いる。これらの技術は主に空冷と液冷の２つの基
本的手段に分けられるが特に発熱の著しいものは
液冷方式が採用されることが多い。第４図はそれ
の液冷装置の一例を示し、１０は基板（プリント
基板）、１２は該基板１０に取付けられた集積回
路素子（パツケージに収められた又はチツプが露
出した状態の集積回路）である。２０は冷却体
で、本体は薄型矩形箱状体であり、内部は仕切壁
により区切られて上下に２分されている。２０ａ
は該本体の上板、２０ｂは同下板、２０ｃは仕切
壁である。下板２０ｂにはベローズ、ダイヤフラ
ムなどの可撓性弾性構造体（以下ベローズとい
う）２２ａ，２２ｂ，……が取付けられ、これら
のベローズの中央には仕切壁２０ｃより垂下する
短円筒２４ａ，２４ｂ，……が設けられる。
基板１０上に多数の集積回路素子１２がマトリ
クス状に配設されているとしてこの冷却体２０は
多数のベローズ２２ａ，２２ｂ，……を各集積回
路素子に対応させて、従つてマトリクス状に並べ
て配設しており、装着した状態では図示ように各
ベローズの伝熱板２６が各々の直下の集積回路素
子１２を押圧する。本体部の上板２０ａと仕切壁
２０ｃとの間の空間には冷媒液（水又はフレオン
（商標）等）が供給され、この冷媒液は各ベロー
ズの所で短円筒２４ａ，２４ｂ，……を通つて降
下し、ベローズの伝熱面２８に当つて該伝熱板２
６従つて集積回路素子１２を冷却し、然るのち仕
切壁２０ｃと下板２０ｂとの間の空間を通つて排
出口へ流れる。
クス状に配設されているとしてこの冷却体２０は
多数のベローズ２２ａ，２２ｂ，……を各集積回
路素子に対応させて、従つてマトリクス状に並べ
て配設しており、装着した状態では図示ように各
ベローズの伝熱板２６が各々の直下の集積回路素
子１２を押圧する。本体部の上板２０ａと仕切壁
２０ｃとの間の空間には冷媒液（水又はフレオン
（商標）等）が供給され、この冷媒液は各ベロー
ズの所で短円筒２４ａ，２４ｂ，……を通つて降
下し、ベローズの伝熱面２８に当つて該伝熱板２
６従つて集積回路素子１２を冷却し、然るのち仕
切壁２０ｃと下板２０ｂとの間の空間を通つて排
出口へ流れる。
このような冷却装置で冷却能力を高めるには、
冷媒液の温度を下げる、熱抵抗を下げる、等の手
段がある。伝熱面と冷媒間の熱抵抗Ｒは伝熱面積
をＡ、全面平均熱伝達率をとして、Ｒ＝１／
（Ａ・）の関係があるから、これを下げるには
Ａ及びを大にすればよい。伝熱面を凹凸にする
ことは通常伝達面積Ａの増大を狙つたものである
が、単純に面を凹凸にすると冷媒の死水域（流れ
が淀む領域）が発生し、その部分で局所の熱伝達
率ｈひいては全面平均熱伝達率が悪くなつて、
冷却能力は期待したほど向上しない。
冷媒液の温度を下げる、熱抵抗を下げる、等の手
段がある。伝熱面と冷媒間の熱抵抗Ｒは伝熱面積
をＡ、全面平均熱伝達率をとして、Ｒ＝１／
（Ａ・）の関係があるから、これを下げるには
Ａ及びを大にすればよい。伝熱面を凹凸にする
ことは通常伝達面積Ａの増大を狙つたものである
が、単純に面を凹凸にすると冷媒の死水域（流れ
が淀む領域）が発生し、その部分で局所の熱伝達
率ｈひいては全面平均熱伝達率が悪くなつて、
冷却能力は期待したほど向上しない。
第５図ａは伝熱面に多数の平行な角棒状突出部
を形成した例を示す。３０は該伝熱板、３２は突
出部である。３４はノズルで、断面は矩形であ
り、その長辺は角棒状突出部３２と平行である。
このノズル３４から矢印で示すように冷媒を流出
させ、冷却板３０の突出部３２がある面へ当て
る。このようにすると第５図ｂで示すように、伝
熱面を流れる冷媒が乱されて伝熱面に沿う流れが
剥離し、渦を発生する。この渦は局所熱伝達率ｈ
の増大に効果がある。層流から剥離して渦形成に
向つた流れは再付着点RLで冷却板３０に接する
が、局所熱伝達率ｈはこの部分で特に向上する。
第５図ｃの曲線Ａは冷却面に突出部３４を付さな
い状態での局所熱伝達率ｈの分布を示し、それは
ノズル直下の岐点Ｏでは大きいが、それから離れ
るにつれて減少する傾向がある。曲線Ｂは突出部
３２を形成した場合で、この場合は図示のように
ノズル直下Ｏから離れても局所熱伝達率ｈは中々
低下せず、従つて、適当な領域を選べば、その領
域における平均熱伝達率は効果的に向上するこ
とになる。なおこの熱伝達率の向上効果及び曲線
Ｂの形状はノズルから伝熱面までの距離Ｈ、突出
部３２の幅Ｗ、高さｅ、ピツチＰにより変る。
を形成した例を示す。３０は該伝熱板、３２は突
出部である。３４はノズルで、断面は矩形であ
り、その長辺は角棒状突出部３２と平行である。
このノズル３４から矢印で示すように冷媒を流出
させ、冷却板３０の突出部３２がある面へ当て
る。このようにすると第５図ｂで示すように、伝
熱面を流れる冷媒が乱されて伝熱面に沿う流れが
剥離し、渦を発生する。この渦は局所熱伝達率ｈ
の増大に効果がある。層流から剥離して渦形成に
向つた流れは再付着点RLで冷却板３０に接する
が、局所熱伝達率ｈはこの部分で特に向上する。
第５図ｃの曲線Ａは冷却面に突出部３４を付さな
い状態での局所熱伝達率ｈの分布を示し、それは
ノズル直下の岐点Ｏでは大きいが、それから離れ
るにつれて減少する傾向がある。曲線Ｂは突出部
３２を形成した場合で、この場合は図示のように
ノズル直下Ｏから離れても局所熱伝達率ｈは中々
低下せず、従つて、適当な領域を選べば、その領
域における平均熱伝達率は効果的に向上するこ
とになる。なおこの熱伝達率の向上効果及び曲線
Ｂの形状はノズルから伝熱面までの距離Ｈ、突出
部３２の幅Ｗ、高さｅ、ピツチＰにより変る。
本発明はかゝる効果を岐点から遠ざかつた部分
の面積割合が大きな同心円形状に利用して、効果
的に集積回路素子を冷却することができる装置を
提供しようとするものである。
の面積割合が大きな同心円形状に利用して、効果
的に集積回路素子を冷却することができる装置を
提供しようとするものである。
本発明は、基板状の集積回路素子に伝熱板を当
接、或いは熱的に接合するベローズやダイヤフラ
ムなどの可撓性弾性構造体を備え、該可撓性弾性
構造体内中央部にノズルを有して、該ノズルより
冷媒を可撓性弾性構造体の伝熱面の中央に向けて
流出させ、該可撓性弾性構造体の伝熱板及び集積
回路素子を冷却する装置において、該可撓性弾性
構造体の伝熱のノズル側に、ノズル軸心に中心を
合わせた同心円状の複数の環状突出部を設けたこ
とを特徴とするものである。
接、或いは熱的に接合するベローズやダイヤフラ
ムなどの可撓性弾性構造体を備え、該可撓性弾性
構造体内中央部にノズルを有して、該ノズルより
冷媒を可撓性弾性構造体の伝熱面の中央に向けて
流出させ、該可撓性弾性構造体の伝熱板及び集積
回路素子を冷却する装置において、該可撓性弾性
構造体の伝熱のノズル側に、ノズル軸心に中心を
合わせた同心円状の複数の環状突出部を設けたこ
とを特徴とするものである。
可撓性弾性構造体の伝熱面に同心円状の突出部
を設けると、冷媒の渦が発生、保持され、可撓性
弾性構造体の伝熱板ひいては、集積回路素子の冷
却能力を高めることができる。
を設けると、冷媒の渦が発生、保持され、可撓性
弾性構造体の伝熱板ひいては、集積回路素子の冷
却能力を高めることができる。
第１図に本発明の実施例を示す。この図で第４
図と同じ部分には同じ符号を付して示す。３６は
第４図の突出部３２と同様な突出部であるが、第
１図ｃに示すように同心円状の円環状をなす。断
面は第１図ｂに示すように矩形である。２６はベ
ローズ２２の伝熱板であり、円板状である。仕切
壁２０ｃから垂下する短円筒２４はその中心を底
板２６及び突出部３６の中心に合わせてあり、従
つてノズルとなる該短円筒２４より流出する冷媒
は伝熱板２６の中心部に当り、然るのち伝熱板表
面に沿つて放射状に拡がり、第２図ａに示すよう
に突出部３６の間で渦を発生する。同心円状の突
出部３６を設けると底板２６の表面積が増加し、
これによる冷却能力の向上があるが、局所熱伝達
率ｈも特に岐点から離れた部分（同心円状である
から特にこの部分の面積割合は大きい）で向上す
るので、ひいては全面平均熱伝達率の向上も大
きく、冷却能力は該表面積増加によるもの以上に
向上する。
図と同じ部分には同じ符号を付して示す。３６は
第４図の突出部３２と同様な突出部であるが、第
１図ｃに示すように同心円状の円環状をなす。断
面は第１図ｂに示すように矩形である。２６はベ
ローズ２２の伝熱板であり、円板状である。仕切
壁２０ｃから垂下する短円筒２４はその中心を底
板２６及び突出部３６の中心に合わせてあり、従
つてノズルとなる該短円筒２４より流出する冷媒
は伝熱板２６の中心部に当り、然るのち伝熱板表
面に沿つて放射状に拡がり、第２図ａに示すよう
に突出部３６の間で渦を発生する。同心円状の突
出部３６を設けると底板２６の表面積が増加し、
これによる冷却能力の向上があるが、局所熱伝達
率ｈも特に岐点から離れた部分（同心円状である
から特にこの部分の面積割合は大きい）で向上す
るので、ひいては全面平均熱伝達率の向上も大
きく、冷却能力は該表面積増加によるもの以上に
向上する。
突出部３６は渦を発生するものなので、平板上
に断面矩形の円環を置いた形状でなく、更に渦が
発生しそれが、保持され易い形状にしてもよい。
第２図ｂはその一例で、突出部３６間の突出部側
壁及び底板３６に断面半円状の溝３８を設けてい
る。ノズル径Ｄ突出部の幅Ｗ高さｅ、ピツチＰの
関係をＷ／Ｄ＝0.1、ｅ／Ｗ＝１、Ｐ／ｅ＝５と
した第２図ａのものＡとｗ、ｐはａと等しくした
まま、溝を半円形とした第２図ｂのものＢを製作
し、冷媒と伝熱面間の熱抵抗Ｒを凹凸のない場合
と同一条件で比較したところ第３図の結果を得
た。曲線Ａ，Ｂは上記Ａ，Ｂについての特性、Ｃ
は凹凸のないものについての特性である。流量に
よつては、突出部によつてその熱抵抗Ｒは半分以
下に低下することがわかる。なお横軸は冷媒の流
量Ｑである。又、この結果はＨ／Ｄ≦６〜８のポ
テンシヤルコア内で得られたものである。
に断面矩形の円環を置いた形状でなく、更に渦が
発生しそれが、保持され易い形状にしてもよい。
第２図ｂはその一例で、突出部３６間の突出部側
壁及び底板３６に断面半円状の溝３８を設けてい
る。ノズル径Ｄ突出部の幅Ｗ高さｅ、ピツチＰの
関係をＷ／Ｄ＝0.1、ｅ／Ｗ＝１、Ｐ／ｅ＝５と
した第２図ａのものＡとｗ、ｐはａと等しくした
まま、溝を半円形とした第２図ｂのものＢを製作
し、冷媒と伝熱面間の熱抵抗Ｒを凹凸のない場合
と同一条件で比較したところ第３図の結果を得
た。曲線Ａ，Ｂは上記Ａ，Ｂについての特性、Ｃ
は凹凸のないものについての特性である。流量に
よつては、突出部によつてその熱抵抗Ｒは半分以
下に低下することがわかる。なお横軸は冷媒の流
量Ｑである。又、この結果はＨ／Ｄ≦６〜８のポ
テンシヤルコア内で得られたものである。
この同心円状突出部付き冷却面の各部の寸法の
最適値はノズルのサイズによつても変る。ノズル
（短円筒）２４の直径をＤ、伝熱面からの高さを
Ｈ、該ノズルからの冷媒を流速をｕとして、たと
えばＨ／Ｄ＜６〜８（ポテンシアルコア）、レイノ
ズル数Red＝uD／ν＝1000〜数万の場合（ただ
しνは動粘性係数）、第２図ａのタイプＡでは
ｅ／Ｄは１／20〜１／３、Ｐ／ｅ＝３〜10、Ｗ／
ｅ＝１程度が好ましい。また第２図ｂのタイプＢ
ではＰ／Ｄ＝0.2〜２、Ｗ／Ｄ＝１／20〜１／３
程度とするのが好ましい。
最適値はノズルのサイズによつても変る。ノズル
（短円筒）２４の直径をＤ、伝熱面からの高さを
Ｈ、該ノズルからの冷媒を流速をｕとして、たと
えばＨ／Ｄ＜６〜８（ポテンシアルコア）、レイノ
ズル数Red＝uD／ν＝1000〜数万の場合（ただ
しνは動粘性係数）、第２図ａのタイプＡでは
ｅ／Ｄは１／20〜１／３、Ｐ／ｅ＝３〜10、Ｗ／
ｅ＝１程度が好ましい。また第２図ｂのタイプＢ
ではＰ／Ｄ＝0.2〜２、Ｗ／Ｄ＝１／20〜１／３
程度とするのが好ましい。
同心円状の突出部は、各々完全な円環状でなく
て、一部に切欠部があり、該切欠部は隣接する各
突出部では位置がずれている如き形状のものでも
よい。また図面では冷却体２０は基板１０及び集
積回路素子１２の上に置かれるが、これらを上下
を逆にしてもよい。
て、一部に切欠部があり、該切欠部は隣接する各
突出部では位置がずれている如き形状のものでも
よい。また図面では冷却体２０は基板１０及び集
積回路素子１２の上に置かれるが、これらを上下
を逆にしてもよい。
以上説明したように本発明によれば、可撓性弾
性構造体の底板の伝熱面に同心円状の突出部を設
けるという簡単な手段で、冷媒を供給される可撓
性弾性構造体を備える集積回路素子の冷却装置の
冷却能力、特に該可撓性弾性構造体の底板のノズ
ル直下から離れた部分（同心円であるから特にこ
の部分の面積割合は大きい）における局所熱伝達
率ひいては伝熱面全体の平均熱伝達率を高めるこ
とができ、甚だ有効である。特に、高集積度を有
する大寸法の集積回路素子においては、その効果
は絶大である。
性構造体の底板の伝熱面に同心円状の突出部を設
けるという簡単な手段で、冷媒を供給される可撓
性弾性構造体を備える集積回路素子の冷却装置の
冷却能力、特に該可撓性弾性構造体の底板のノズ
ル直下から離れた部分（同心円であるから特にこ
の部分の面積割合は大きい）における局所熱伝達
率ひいては伝熱面全体の平均熱伝達率を高めるこ
とができ、甚だ有効である。特に、高集積度を有
する大寸法の集積回路素子においては、その効果
は絶大である。
第１図は本発明の実施例を示す説明図、第２図
は突出部の２例を示す説明図、第３図は熱抵抗の
特性図、第４図は従来例を示す説明図、第５図は
突出部効果の説明図である。 図面で１０は基板、１２は集積回路素子、２２
はベローズ、２４はノズル、３６は環状突出部で
ある。
は突出部の２例を示す説明図、第３図は熱抵抗の
特性図、第４図は従来例を示す説明図、第５図は
突出部効果の説明図である。 図面で１０は基板、１２は集積回路素子、２２
はベローズ、２４はノズル、３６は環状突出部で
ある。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 基板上の集積回路素子に伝熱板を当接或いは
熱的に接合する可撓性弾性構造体を備え、該可撓
性弾性構造体内中央部にノズルを有して、該ノズ
ルより冷媒を可撓性弾性構造体の伝熱面の中央に
向けて流出させ、該可撓性弾性構造体伝熱板及び
集積回路素子を冷却する装置において、 該可撓性弾性構造体の伝熱面のノズル側に、ノ
ズル軸心に中心を合わせた同心円状の複数の環状
突出部を設けたことを特徴とする集積回路素子の
冷却装置。 ２ 同心円状の複数の環状突出部の間は、断面が
半円状の溝にされてなることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の集積回路素子の冷却装置。
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25928485A JPS62119947A (ja) | 1985-11-19 | 1985-11-19 | 集積回路素子の冷却装置 |
| EP86307669A EP0217676B1 (en) | 1985-10-04 | 1986-10-03 | Cooling system for electronic circuit device |
| US06/914,942 US4879632A (en) | 1985-10-04 | 1986-10-03 | Cooling system for an electronic circuit device |
| EP92100518A EP0483108B1 (en) | 1985-10-04 | 1986-10-03 | Cooling modules for electronic circuit components |
| EP92100517A EP0484320B1 (en) | 1985-11-19 | 1986-10-03 | Cooling modules for electronic circuit devices |
| DE86307669T DE3688962T2 (de) | 1985-10-04 | 1986-10-03 | Kühlsystem für eine elektronische Schaltungsanordnung. |
| DE19863650719 DE3650719T2 (de) | 1985-11-19 | 1986-10-03 | Kühlmodule für Vorrichtungen mit elektronischem Schaltkreis |
| DE19863650687 DE3650687T2 (de) | 1985-10-04 | 1986-10-03 | Kühlmodule für Vorrichtungen mit elektronischem Schaltkreis |
| US07/079,876 US4920574A (en) | 1985-10-04 | 1987-07-30 | Cooling system for an electronic circuit device |
| US07/079,877 US4783721A (en) | 1985-10-04 | 1987-07-30 | Cooling system for an electronic circuit device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25928485A JPS62119947A (ja) | 1985-11-19 | 1985-11-19 | 集積回路素子の冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62119947A JPS62119947A (ja) | 1987-06-01 |
| JPH0334231B2 true JPH0334231B2 (ja) | 1991-05-21 |
Family
ID=17331946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25928485A Granted JPS62119947A (ja) | 1985-10-04 | 1985-11-19 | 集積回路素子の冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62119947A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5365400A (en) * | 1988-09-09 | 1994-11-15 | Hitachi, Ltd. | Heat sinks and semiconductor cooling device using the heat sinks |
| JP2995590B2 (ja) * | 1991-06-26 | 1999-12-27 | 株式会社日立製作所 | 半導体冷却装置 |
| US20030155434A1 (en) | 2002-02-01 | 2003-08-21 | Rini Daniel P. | Spray nozzle apparatus and method of use |
| US6993926B2 (en) | 2001-04-26 | 2006-02-07 | Rini Technologies, Inc. | Method and apparatus for high heat flux heat transfer |
| US7654100B2 (en) | 2001-04-26 | 2010-02-02 | Rini Technologies, Inc. | Method and apparatus for high heat flux heat transfer |
| WO2003063241A2 (en) * | 2002-01-22 | 2003-07-31 | Rini Technologies, Inc. | Method and apparatus for high heat flux heat transfer |
-
1985
- 1985-11-19 JP JP25928485A patent/JPS62119947A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62119947A (ja) | 1987-06-01 |
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