JPH0414248A - Independent cooling chamber of multichip unit - Google Patents

Independent cooling chamber of multichip unit

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JPH0414248A
JPH0414248A JP11496490A JP11496490A JPH0414248A JP H0414248 A JPH0414248 A JP H0414248A JP 11496490 A JP11496490 A JP 11496490A JP 11496490 A JP11496490 A JP 11496490A JP H0414248 A JPH0414248 A JP H0414248A
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JP
Japan
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chip
coolant
housing
chamber
cooling
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JP11496490A
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L Griffith James
ジェイムズ エル グリフィス
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE: To cool a chip on a multi-chip unit with a surface, except for the chip to be cooled being minimized by comprising a heat extracting housing, a first chamber, an attaching means wherein the housing is attached to the multi-chip unit for positioning a semiconductor chip on it, and the first coolant which contacts the semiconductor chip in the first chamber. CONSTITUTION: An independent chamber 10 encloses a housing 24, and the housing 24 is fixed to a circuit board 22, on which semiconductor chips 14A-H are attached. A seal 26 for sealing the interface between the housing 24 and the circuit board 22 is provided, and with it, the first liquid-tight chamber 40 is provided in the housing 24. The semiconductor chips 14A-H provided on the circuit board 22 are assigned in the first chamber 40 determined by the housing 24. The first coolant, fluid or gas, is introduced in the first chamber 40. During operation of the semiconductor chips 14A-H, heat is transferred from the surface of semiconductor chips 14A-H to the first coolant.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の装置は、マルチ素子装置の素子を冷却するため
の新規な、改良されたシステム及びこのような素子を冷
却するための新規な、改良された方法に関し、そして特
に、マルチチップユニットを冷却するための新規な、改
良された独立冷却チャンバ及びマルチチップユニットに
おける単導体チップを冷却する方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The apparatus of the present invention relates to a new and improved system for cooling elements of a multi-element device and a new and improved method for cooling such elements, and In particular, it relates to a new and improved independent cooling chamber for cooling multi-chip units and a method for cooling single conductor chips in multi-chip units.

最新の高性能集積回路のチップは、大規模な半導体トラ
ンジスタやスイッチを有するばかりでなく、退去におい
て経験した以上に高速で動作するものである。時には、
このようなチップは毎秒数百ガロ「Oから1へ」或いは
「1からOへ」の変化を生じなければならない。短い時
間に意味のあるより多くの仕事をすることによって、各
半導体チップは多くの動作電力を必要とする。動作電力
が高ければ高い程、高い熱が発生し、そしてもし発生す
る熱が放熱されないと、半導体チップは駄目になるであ
ろう。従って、冷却はコンピュータ回路を設計するとき
には、考慮すき重要な点てある。充分な冷却をしなけれ
ば、コンピユータの動作速度を表すクロック周波数は減
少されねばならない。これは高速コンピュータの設計者
のtざす目的とは逆である。
Modern high-performance integrated circuit chips not only have large semiconductor transistors and switches, but also operate at higher speeds than we have experienced in the past. in some cases,
Such a chip must produce hundreds of galos per second. By doing meaningfully more work in a shorter amount of time, each semiconductor chip requires more operating power. The higher the operating power, the higher the heat generated, and if the generated heat is not dissipated, the semiconductor chip will fail. Therefore, cooling is an important consideration when designing computer circuits. Without adequate cooling, the clock frequency representing the operating speed of the computer must be reduced. This is the opposite of the goal of designers of high speed computers.

半導体やマイクロチップを用いる場合において考慮すべ
きことは、複雑で高密度なコンピュータ環境においてそ
れらが相互にうまく動作しあうようにすることである。
A consideration when using semiconductors and microchips is to make them work well with each other in complex and dense computer environments.

このようなことが達成されると、システムの速度は個々
のチップ速度に非常に近づく。もしこれらの速度が得ら
れないと、高性能チップの利点が得られないし、全く開
発されないであろう。マイクロチップの充分な、或いは
高い性能を得るためには、相互に関連のある信号は局部
の或いは離れた目的地に最小の時間−位相エラーで到達
しなけれなならない。時間−位相エラーは電子信号が導
体を移動するのに要する時間の関数である。導体が長く
なればなる程、信号が目的地に達する時間は長くなる。
Once this is accomplished, the system speed approaches the individual chip speed very closely. If these speeds were not available, the benefits of high-performance chips would not be realized and would not be developed at all. To obtain sufficient or high performance of a microchip, interrelated signals must reach local or remote destinations with minimal time-phase error. Time-phase error is a function of the time it takes for an electronic signal to travel through a conductor. The longer the conductor, the longer it will take for the signal to reach its destination.

従って、幾つかの受信回路の各々が共通の送信回路から
かなり異なった距離にあると、回路のそれぞれの動作タ
イミングが影響を受ける。
Therefore, if each of several receiving circuits is at a significantly different distance from a common transmitting circuit, the timing of the operation of each of the circuits will be affected.

チップ間の距離を減少する一つの方法は、チップを接近
することである。しかしながら、チップを接近すること
の設計上の欠点は、同じマルチチップユニッ) (MC
U)上に多くのチップをバックすることは相互接続リン
クを減少するけれども、このような込み入った環境にお
いて動作するチップは、適当な冷却装置がないと、チッ
プを駄目にしてしまう急速な過熱状態になる。適当な冷
却は少なくとも急速に発熱するチップから熱を除去する
のに必要である。
One way to reduce the distance between chips is to move the chips closer together. However, the design drawback of bringing the chips close together is that they are part of the same multi-chip unit) (MC
U) Although backing more chips on top reduces interconnect links, chips operating in such a crowded environment can quickly overheat, which can ruin the chip without adequate cooling. become. Adequate cooling is necessary at least to remove heat from the rapidly heating chip.

試みられる冷却の一つの形態は、チップから熱を除去す
るために特定の半導体チップに接して熱除去装置を設け
て、それらを動作温度に保つことである。入力/出力の
電気導体がまた半導体チップに接触しているので、各々
のチップに接して熱除去装置を設けることはこれらチッ
プのすぐ近くにある領域を非常に込み入ったものにする
。込み入ったチップの環境においては、熱が更に急速に
出て、熱を放散するのが困難になる。
One form of cooling that has been attempted is to provide heat removal devices next to certain semiconductor chips to remove heat from the chips and keep them at operating temperatures. Since the input/output electrical conductors also contact the semiconductor chips, providing a heat removal device next to each chip makes the area in the immediate vicinity of these chips very congested. In a crowded chip environment, heat is generated more rapidly and is difficult to dissipate.

加熱されたチップを出るときの熱の方向を参照している
底側冷却と頂部冷却とが他の形式の冷却である。底側冷
却の例はモリブデン底板へ半導体チップを溶接した構造
である。底板とそれに関連する綬つかの導体層は、マル
チブレーンもしくは高密度の信号キャリアを形成してい
る。底板はそれに取り付けられたチップから熱を逃がす
ことにより冷却作用を果たしている。この冷却はチップ
の底を板に直接接続することを必要としている。
Other types of cooling are bottom cooling and top cooling, which refer to the direction of heat as it exits the heated chip. An example of bottom cooling is a structure in which a semiconductor chip is welded to a molybdenum bottom plate. The bottom plate and its associated conductor layers form a multi-brane or high-density signal carrier. The bottom plate provides cooling by conducting heat away from the chips attached to it. This cooling requires connecting the bottom of the chip directly to the plate.

このように接触させるには高密度信号キャリヤとすべて
の関連導体層はチップと板との間で接触するよう内部に
入り込めるようになっている、もしくは開かれていなけ
ればならない。これらの侵入部は設計上問題となる。チ
ップが占めるスペースは内部に入り込めるようになって
いる幾つかの層において導体によって占められることは
できないからである。結果として、異なる板と層との間
の導体はこれらの侵入部を迂回するよう配置しなければ
ならず、導体の長さを増し、チップの性能を低下させる
To make such a contact, the high-density signal carrier and all associated conductor layers must be recessed or open for contact between the chip and the plate. These intrusions pose a design problem. This is because the space occupied by the chip cannot be occupied by conductors in the several layers that are allowed to penetrate inside. As a result, conductors between different plates and layers must be placed around these intrusions, increasing conductor length and reducing chip performance.

底側冷却の代わりに頂部冷却を使用してもよい。Top cooling may be used instead of bottom cooling.

頂部冷却では導電材料(機械的なもしくは液体)を一つ
もしくはそれ以上の加熱されたチップ面の頂部に直接接
触させ、それによりチップの熱を運び去る。頂部冷却の
利点は、マルチチップユニットの導電層にスペースを造
りだし、必要とされる導体の長さを最適なものとてきる
ことである。
Top cooling involves placing a conductive material (mechanical or liquid) in direct contact with the top of one or more heated chip surfaces, thereby carrying heat away from the chip. The advantage of top cooling is that it creates space in the conductive layers of the multichip unit and optimizes the required conductor length.

頂部の機械的冷却装置は、望ましくない熱を吸収してそ
れを機械的な熱導体の冷端に向かって運ぶためチップと
機械的に接触している熱導体を使用している。導体の冷
端は、望ましくない熱を吸収する別の熱吸収体と通常接
触している。
Top mechanical cooling uses a thermal conductor in mechanical contact with the chip to absorb unwanted heat and transport it toward the cold end of the mechanical thermal conductor. The cold end of the conductor is usually in contact with another heat absorber that absorbs unwanted heat.

流体を加熱された面と接触して流す液体頂部冷却装置も
ある。熱は流体に伝えられ、流体は膨張する。この膨張
により流体の密度は低下し、厚Xなった液体はこの場合
半導体チップである熱源から上昇する。液体を使用する
頂部冷却の一形式は、大きい、中心で共有し合う冷却チ
ャンバを使用している。この冷却装置を使用するときは
、大きい共通の冷却チャンバ内に幾枚かの回路ボードを
配置する。この装置内で回路ボードは各マルチチップユ
ニットパッケージボードの両側を冷却材へ露出して冷却
液に浸けられている。
There are also liquid top cooling devices that flow a fluid in contact with a heated surface. Heat is transferred to the fluid and the fluid expands. This expansion reduces the density of the fluid, and the now thick liquid rises from the heat source, which in this case is a semiconductor chip. One form of top cooling using liquid uses a large, centrally shared cooling chamber. When using this cooling system, several circuit boards are placed in a large common cooling chamber. In this apparatus, the circuit boards are immersed in a cooling fluid with both sides of each multi-chip unit package board exposed to the cooling fluid.

集中型の液体冷却装置は費用と時間のかかる保守を必要
とする。個々のボードを保守もしくはサービスするには
全装置を停止し、技術者が冷却チャンバからサービスの
ためボードを取り出さなければならない。このサービス
では技術者が冷却材を扱わなければならない。冷却材は
しばしば高価であり、そしであるものは有毒であってサ
ービス中に零さないように特別に注意しなければならな
い。この冷却装置を現場で試験することは非常に困難で
ある。チップを試験している間チップを冷却しなければ
ならないからである。冷却装置を不動作状態にしておき
個々のチップやボードを試験するには現場の保守員には
簡単に人手できない特殊な装備を必要とする。この特殊
装備の必要性が、この非常に重要な俯いての仕事で技術
者の特別な訓練を必要とするためサービスの価格を高め
る。
Centralized liquid cooling systems require expensive and time-consuming maintenance. To maintain or service an individual board, the entire equipment must be shut down and a technician must remove the board from the cooling chamber for service. This service requires technicians to handle coolant. Coolants are often expensive and some are toxic and special care must be taken to avoid spilling during service. It is very difficult to test this cooling device in the field. This is because the chip must be cooled while it is being tested. Testing individual chips or boards while the cooling system is inactive requires special equipment that is not easily available to field maintenance personnel. This need for specialized equipment increases the price of the service as it requires special training of technicians in this all-important top job.

各マルチチップユニットの一部である独立した冷却材チ
ャンバを設けるのが好ましい。そのような装置の方が製
造および保守の点で便利であり、冷却材が少なくて済み
、結果として、必要な冷却材の全容量のコストを軽減す
ることができる。
Preferably, there is a separate coolant chamber that is part of each multi-chip unit. Such equipment is more convenient to manufacture and maintain, requires less coolant, and as a result reduces the cost of the total amount of coolant required.

本発明の目的は、マルチチップユニットから熱を抽出す
るための新規な改良された装置を提供することである。
It is an object of the present invention to provide a new and improved device for extracting heat from a multi-chip unit.

本発明の別の目的は、半導体チップまたはマイクロチッ
プを冷却するための新規な改良された方法を提供するこ
とである。
Another object of the invention is to provide a new and improved method for cooling semiconductor chips or microchips.

本発明のさらに別の目的は、マルチチップユニットの半
導体チップから熱を抽出するための、マルチチップユニ
ット用の、新規な改良されたボータプルな独立した冷却
チャンバを提供することである。
Yet another object of the present invention is to provide a new and improved dual independent cooling chamber for a multi-chip unit for extracting heat from the semiconductor chips of the multi-chip unit.

本発明のさらに別の目的は、マルチチップユニットおよ
びそのマルチチップユニットに含まれる半導体チップを
独立して冷却する新規な改良された方法を提供すること
である。
Yet another object of the present invention is to provide a new and improved method for independently cooling a multichip unit and the semiconductor chips contained therein.

簡単に言えば、本発明は、半導体チップを冷却するた給
の、マルチチップユニット用の、新規な改良された独立
した冷却材チャンバ、及びマルチチップユニット内の半
導体チップを冷却する新規な改良された方法に向けられ
ている。本発明の独立したチャンバは、ハウジングを包
含し、そのハウジングは、半導体チップを取りつけるた
めの回路板に固着されている。そのハウジングと回路板
との間の界面を密封するためにシールが設けられており
、それにより、ハウジング内に第1の液密チャンバが設
けられる。
Briefly, the present invention provides a new and improved independent coolant chamber for a multi-chip unit for cooling semiconductor chips, and a new and improved independent coolant chamber for cooling semiconductor chips in a multi-chip unit. It is aimed at methods that The independent chamber of the present invention includes a housing that is secured to a circuit board for mounting a semiconductor chip. A seal is provided to seal the interface between the housing and the circuit board, thereby providing a first fluid-tight chamber within the housing.

回路板に設けられた半導体チップは、ハウジングにより
定められる第1チヤンバ内に配置されている。流体また
は気体のいずれかである、第1冷却材が、第1チヤンバ
内へ導入される。半導体チップの動作中、熱は、半導体
チップの表面から第1冷却材へと伝達される。望ましく
は、ハウジング上には、第1チヤンバと熱伝達関係にあ
るように、第2の半導体チップが設けられてもよい。第
2のチャンバには、第2の冷却材が設けられ、第1の冷
却材の熱は、第2の冷却材に伝達される。
A semiconductor chip mounted on the circuit board is disposed within a first chamber defined by the housing. A first coolant, either a fluid or a gas, is introduced into the first chamber. During operation of the semiconductor chip, heat is transferred from the surface of the semiconductor chip to the first coolant. Preferably, a second semiconductor chip may be provided on the housing and in thermal communication with the first chamber. A second coolant is provided in the second chamber, and heat of the first coolant is transferred to the second coolant.

本発明の原理によれば、各マルチチップユニットに別個
の冷却チャンバが設けられてもよい。このような独立し
た冷却チャンバを設けることにより、保守および組立が
容易なポータプルユニットが提供され、それにより、装
置全体のコストが大幅に軽減される。本発明の独立した
冷却チャンバの大きな冷却効果により、マルチチップユ
ニットのチップ密度を従来よりも大きくすることができ
る。また、この高いチップ密度により、コンビエータの
設計者は、内部接続線が短くなるという利点を利用でき
、また、送信チップ回路と受信チップ回路との間の時間
位相関係を改善できる。
In accordance with the principles of the present invention, each multi-chip unit may be provided with a separate cooling chamber. Providing such a separate cooling chamber provides a portable unit that is easy to maintain and assemble, thereby significantly reducing the cost of the overall device. Due to the large cooling effect of the independent cooling chamber of the present invention, the chip density of the multi-chip unit can be made higher than before. This high chip density also allows combiator designers to take advantage of shorter interconnect lines and improve the time phase relationship between the transmit and receive chip circuits.

本発明の他の目的および利点は、図面を参照しながら、
以下の説明を読むことにより明らかになるであろう。
Other objects and advantages of the invention, with reference to the drawings:
It will become clear after reading the description below.

本発明は、種々の修正および変形が可能であるが、その
特定の実施例を図面に例示するとともに、以下詳細に説
明する。しかしながら、本発明を以下に開示する特定の
実施例に限定することを意図するものではなく、それど
ころか、本発明は、特許請求の範囲に含まれる修正、変
形および均等物をすべて包含するものである、ことは理
解されたい。
While the invention is susceptible to various modifications and variations, specific embodiments thereof are illustrated in the drawings and will be described in detail below. However, it is not intended that the invention be limited to the particular embodiments disclosed below; on the contrary, the invention is intended to cover all modifications, variations, and equivalents falling within the scope of the claims. , I want you to understand that.

コンピュータおよび類似の電子装置のためのマルチチッ
プまたは半導体チップは、通常、回路板またはマルチチ
ップユニットに取りつけられている。このマルチチップ
ユニットは、周囲環境および熱からチップを保護するよ
う作用し、また、マルチチップユニット内の他のチップ
とコンピュータまたは類似の電子装置内の他のマルチチ
ップユニットとの間の電力および信号の相互接続のため
のチップの要求に答えることができる。コンビ二一夕の
設計を含めて、電子装置の開発は、半導体チップの動作
速度を高めて、チップが実行する仕事の量を増大させる
方向に向かっている。動作速度が高くなればなるほど、
動作電力は大きくなるが、その結果、動作熱レベルは高
くなる。これらの高い動作熱レベルにより、設計上の問
題が起きる。チップの動作速度を高めるため、設計者は
、マルチチップユニットまたは回路板のチップ密度を大
きくした。しかしながら、大きなチップ密度と高い動作
熱レベルとが組み合わされると、チップの過加熱が起こ
り、その結果、故障が起き、最後には破壊が起きる。
Multichip or semiconductor chips for computers and similar electronic devices are typically mounted on circuit boards or multichip units. This multi-chip unit acts to protect the chips from the ambient environment and heat, and also provides power and signal transmission between other chips within the multi-chip unit and other multi-chip units within a computer or similar electronic device. can meet the requirements of chips for interconnection. Developments in electronic devices, including the design of electronic devices, are moving toward increasing the operating speed of semiconductor chips and increasing the amount of work that the chips can perform. The higher the operating speed, the
Operating power is greater, but as a result, operating heat levels are higher. These high operating heat levels create design problems. To increase the operating speed of chips, designers have increased the chip density of multichip units or circuit boards. However, the combination of large chip densities and high operating heat levels results in overheating of the chips, resulting in failure and eventual destruction.

過加熱の問題の解決方法は、チップをある方法で冷却す
ることである。マルチチップユニットに取りつけられた
チップを冷却することは、チップが密集しているため、
および、冷却装置は内部チップの導体部分の障害となっ
てはならないという要請のた於、困難である。加えて、
冷却装置の費用および保守を最小にする必要もある。こ
れらの理由で、冷却装置は、内蔵された、最小の冷却材
で済むものであって、かつ、冷却装置全体を停止させず
にチップのテストを実行できるものであることが好まし
い。例えば、単一のマルチチップユニットにチップだけ
があるというような、特定のグループのチップを冷却で
きる独立した冷却装置であれば、これらの設計上のパラ
メータを充たすことができる。独立した冷却装置を設け
ることにより、コンピュータまたは他の電子装置の各マ
ルチチップユニットは、冷却され、保守管理され、テス
トされ、さらに他のマルチチップユニットと個別に交換
される。
A solution to the overheating problem is to cool the chip in some way. Cooling the chips installed in a multi-chip unit is difficult because the chips are crowded together.
Also, the cooling device is difficult because it is required not to interfere with the conductor portion of the internal chip. In addition,
There is also a need to minimize cooling equipment costs and maintenance. For these reasons, it is preferred that the cooling system be built-in, that requires minimal coolant, and that allows chip testing to be performed without shutting down the entire cooling system. For example, independent cooling devices that can cool specific groups of chips, such as only the chips in a single multichip unit, can meet these design parameters. By providing an independent cooling system, each multichip unit of a computer or other electronic device can be cooled, maintained, tested, and even individually replaced with other multichip units.

マルチチップユニットの独立した冷却装置は、第1図お
よび第2図に、参照番号10で示されている。この冷却
装置10は、それが、マルチチップユニット12の一部
であり、そのマルチチップユニット12に取りつけられ
た、それらの半導体チップ又はマルチチップ14AS 
14BS 14C。
The independent cooling system of the multi-chip unit is designated by the reference numeral 10 in FIGS. 1 and 2. This cooling device 10 is a part of a multi-chip unit 12, and includes semiconductor chips or multi-chips 14AS attached to the multi-chip unit 12.
14BS 14C.

14D、14E、14F、14Gおよび14Mだけを冷
却するため、特別に意図されたものであるという意味で
、独立している。
It is independent in the sense that it is specifically designed to cool only 14D, 14E, 14F, 14G and 14M.

マルチチップユニット12は、ベース板16、電源面1
8、信号面20、及び、高密度信号キャリア22を含む
、冷却材を通さない、高い密度の多面回路板である。高
密度信号キャリア22は、高性能チップ14A、14B
、14C,14D、14E、14F、14Gおよび14
Hを支持しており、これらのチップは、テープ自動接着
技術または類似の技術によりキャリア22に固着されて
いる。
The multi-chip unit 12 includes a base plate 16, a power supply surface 1
8, a coolant-impermeable, high-density, multi-sided circuit board that includes a signal plane 20 and a high-density signal carrier 22. The high-density signal carrier 22 includes high-performance chips 14A and 14B.
, 14C, 14D, 14E, 14F, 14G and 14
These chips are affixed to the carrier 22 by tape self-adhesion techniques or similar techniques.

独立した冷却装置の目的は、冷却されるチップ以外の表
面を最小にしつつマルチチップユニット12上のチップ
14A−Hを冷却することである。
The purpose of the independent cooling system is to cool the chips 14A-H on the multi-chip unit 12 while minimizing the surface area other than the chips being cooled.

これによって、冷却装置10がチップ14 A=Hを支
持するキャリア22のその部分をこえて拡がらないよう
にする必要が生じる。また、冷却装置10は、チップ1
4 A−Hのテスト、修理あるいは取り替えができるよ
うにポータプルにする必要がある。これらの必要性は、
外周近傍の信号キャリア22の上部表面に形成されたシ
ールトラック26に正確に一致するようにマルチチップ
ユニット12に取りつけられたハウジング24によって
満たすことができる。シールトラック26は、ハウジン
グ24の下縁28と信号キャリア22の上面との間の界
面を密封するシールを備えている。
This creates a need to prevent cooling device 10 from extending beyond that portion of carrier 22 that supports chip 14 A=H. The cooling device 10 also includes a chip 1
4 A-H needs to be portable so that it can be tested, repaired or replaced. These needs are
It can be filled by a housing 24 mounted on the multi-chip unit 12 in exact alignment with a sealing track 26 formed on the upper surface of the signal carrier 22 near its outer periphery. Seal track 26 includes a seal that seals the interface between the lower edge 28 of housing 24 and the top surface of signal carrier 22.

ハウジング24の下縁28はハウジング24の4つの壁
30.31.32および34の下端で形成される。
The lower edge 28 of the housing 24 is formed by the lower ends of the four walls 30, 31, 32 and 34 of the housing 24.

その4つの壁30.31.32および34に加え、ハウ
ジング24は下方に突出するフィン38を有する頂部3
6を備えている。壁30.31.32および34および
頂部36はチャンバ40を形成し、該チャンバ40はハ
ウジング24が、その下82Bがシールトラック26に
密封状態で係合するようにマルチチップユニット12に
取りつけられた場合には、液密状態あるいは気密状態と
なる。ハウジング24はファスナー42でマルチチップ
ユニット12に強固に、取りつけられる。
In addition to its four walls 30, 31, 32 and 34, the housing 24 has a top 3 with downwardly projecting fins 38.
It is equipped with 6. Walls 30, 31, 32 and 34 and top 36 form a chamber 40 that is mounted to multichip unit 12 such that housing 24 sealingly engages sealing track 26 at its bottom 82B. In some cases, it becomes liquid-tight or air-tight. Housing 24 is securely attached to multichip unit 12 with fasteners 42.

ファスナー42はマルチチップユニット12に形成され
たネジ付穴44に固定され、以下にのべる方法で独立冷
却装置10に取り付けられる。
Fasteners 42 are secured to threaded holes 44 formed in multi-chip unit 12 and attached to independent cooling device 10 in the manner described below.

独立冷却装置10に必要なことは、マルチチップユニッ
ト12の外部のフラットケーブル46とマルチチップユ
ニット12内でチップ14A−Hを相互に接続する内部
導通路48との干渉をさけることである。内部導通路4
8はチップ14A−Hから下方あるいは内方にのびマル
チチップユニット12内部の信号平面20にいたる。信
号平面からは、導通路48がシールトラック26の下を
フラットケーブル46に延びており、そこを介して、デ
ータをマルチチップユニット12の内部、または外部の
他の目的の場所に到達させることができる。マルチチッ
プユニット12内の他のチップへのデータは他の内部導
体50による。導体48の通路はシールトラック26の
下を通っておりハウジング24は導体48と干渉しない
。導体50は内部にあるので、独立冷却装置10によっ
てこれらの導体は干渉しない。
A requirement for independent cooling system 10 is to avoid interference between flat cables 46 external to multichip unit 12 and internal conductive paths 48 interconnecting chips 14A-H within multichip unit 12. Internal conduction path 4
8 extend downwardly or inwardly from chips 14A-H to signal plane 20 inside multichip unit 12. From the signal plane, a conductive path 48 extends under the seal track 26 to a flat cable 46 through which data can reach other destinations within the multichip unit 12 or outside. can. Data to other chips within multi-chip unit 12 is via other internal conductors 50. The passage of conductor 48 passes under seal track 26 so that housing 24 does not interfere with conductor 48. Since the conductors 50 are internal, the independent cooling device 10 does not interfere with these conductors.

チップ14A−Hの冷却はチャンバ40内の冷却材によ
って行われる。冷却材は、たとえば空気のようなもので
もよいが、好ましい実施例では、フルオロカーボンであ
る。チップ14A−Hは、好ましい実施例では、各チッ
プ14A−Hの裏面にろう付けされた銅シート51であ
る各チップ14A−H上の拡張表面によって冷却される
。各銅シー)51はチャンバ40内の冷却材に延びるフ
ィン51Aを備えている。熱はチップ14A−Hから銅
シート51に、−銅シート51からフィン51Aに伝達
される。冷却は次に、断続的に行われる。断続冷却では
、冷却材はチャンバ40の運転温度が大気温である場合
には、液状態である。
Cooling of chips 14A-H is provided by coolant within chamber 40. The coolant may be, for example, air, but in a preferred embodiment is a fluorocarbon. Chips 14A-H are cooled by an extended surface on each chip 14A-H, which in the preferred embodiment is a copper sheet 51 brazed to the backside of each chip 14A-H. Each copper sheath 51 is provided with fins 51A that extend into the coolant within the chamber 40. Heat is transferred from the chips 14A-H to the copper sheet 51 and from the copper sheet 51 to the fins 51A. Cooling then occurs intermittently. In intermittent cooling, the coolant is in a liquid state when the operating temperature of chamber 40 is ambient temperature.

冷却材の温度が上昇するにつれて、チップの運転温度が
上昇することによって、冷却材は、温度が転移温度を越
えたとき、液状態からガス状態に変化する。たとえば、
チップ14A−Hの温度が第2図に示すように、運転中
に上昇してチップ14Gおよびチップ14H上のフィン
51Aの近傍の冷却材が温まり、フィン51A、チップ
14Gおよびチップ14Hの表面に触れた液の微小粒子
がガスに変わる。この液からガスへの状態変化は冷却材
の比熱を増大させ、冷却材をより効率的な熱吸収体にす
る。この状態変化のあいだ冷却材が熱吸収を行うにした
がって、チップ14GおよびHは冷却される。
As the temperature of the coolant increases, the operating temperature of the chip increases, causing the coolant to change from a liquid state to a gas state when the temperature exceeds the transition temperature. for example,
As shown in FIG. 2, the temperature of the chips 14A-H increases during operation, and the coolant near the fins 51A on the chips 14G and 14H warms up, touching the surfaces of the fins 51A, the chips 14G, and the chips 14H. The tiny particles in the liquid turn into gas. This liquid-to-gas state change increases the specific heat of the coolant, making it a more efficient heat absorber. During this state change, chips 14G and H are cooled as the coolant absorbs heat.

相変化中に、気泡52がフィン51Aとチップ14G、
14Hにて作られる。これらの気泡52は、冷却材より
軽いので、室40の上部に移動し、フィン38に当たる
まで上昇する。フィン38に当たり、気泡52の熱はフ
ィン38に伝達され、冷却材が液相に戻る。
During the phase change, the bubble 52 connects the fin 51A and the tip 14G,
Made in 14H. Since these bubbles 52 are lighter than the coolant, they move to the top of the chamber 40 and rise until they hit the fins 38. Upon hitting the fins 38, the heat of the bubbles 52 is transferred to the fins 38 and the coolant returns to the liquid phase.

フィン38からの熱を消散させるため、熱交換器54が
ハウジング24の上面に取り付けられている。この熱交
換器54は、ハウジング24に取り付けられた別個のユ
ニットでも良いし、又ハウジング24と一体の構成物で
も良い。この実施例において、熱交換器54は、ダクト
に類似した形状であり、側面56.58、上面60及び
底面62を有し、さらに開口端部64を形成している。
A heat exchanger 54 is mounted on the top surface of the housing 24 to dissipate heat from the fins 38. The heat exchanger 54 may be a separate unit attached to the housing 24 or may be an integral component of the housing 24. In this embodiment, the heat exchanger 54 is shaped similar to a duct and has side surfaces 56 , 58 , a top surface 60 and a bottom surface 62 , and further defines an open end 64 .

これらの側面56.58、上面60及び底面62により
形成されたダクトは、冷却材の流れのための冷却材源に
直通している。ここで冷却材は、水、空気などの冷却材
であり、熱交換器54に通じている。熱交換器54を通
って流れる冷却材は、フィン38及び上面36を冷却し
、室40内の冷却材からの熱の消散を助長している。
The ducts formed by these side surfaces 56, 58, top surface 60 and bottom surface 62 lead directly to a coolant source for coolant flow. Here, the coolant is a coolant such as water or air, and communicates with the heat exchanger 54. Coolant flowing through heat exchanger 54 cools fins 38 and top surface 36 and aids in dissipating heat from the coolant within chamber 40 .

熱交換器54は、ハウジング24より少し大きくオーバ
ハングしている。熱交換器54の上面60及び底面62
の各コーナ部には穴66が開けられ、この穴66には締
め具42が通されている。
The heat exchanger 54 overhangs the housing 24 slightly. Top surface 60 and bottom surface 62 of heat exchanger 54
A hole 66 is drilled in each corner of the hole 66, and the fastener 42 is passed through the hole 66.

マルチチップ・ユニット12内の穴44にファスナー4
2を通すことにより、ハウジング24と熱交換器54が
マルチチップユニット12に一体的に取り付けられ、ハ
ウジング24の下方縁の接触面がシール溝26に対して
シールされ冷却材の漏れを防止している。
Fastener 4 in hole 44 in multi-chip unit 12
2, the housing 24 and the heat exchanger 54 are integrally attached to the multi-chip unit 12, and the contact surface of the lower edge of the housing 24 is sealed against the seal groove 26 to prevent coolant leakage. There is.

本発明によれば、冷却装置10は、独立したものである
ため、チップ14 A−Hをマルチチップユニット12
上に密に取りつけることができ、そのためマルチチップ
ユニット12に最高の性能を発揮させるための短い相互
接続リードを用いることができる。マルチチップユニッ
ト12が取り付けられたコンピュータ若しくは電子機器
のための全体冷却装置に常時に接続されることはないと
いう意味において、上記の冷却装置10は独立している
、すなわち持ち運び可能である。このため、この冷却装
置10は、他の冷却装置に影響を与えることなく、休止
、分解及びチップ14A−Hの試験、取り換えを行うこ
とができる。独立した冷却装置10をマルチチップユニ
ット12に取り付ける持ち運び可能な手段を設けたので
、技能者はマルチチップユニット12を試験したり修理
する際毒性の冷却材を可能な限り取り扱う必要がなく、
そのため安全な作業環境となる。
According to the present invention, since the cooling device 10 is independent, the chips 14 A-H are connected to the multi-chip unit 12.
short interconnect leads can be used to provide the best performance for the multi-chip unit 12. The cooling device 10 described above is independent, ie portable, in the sense that the multi-chip unit 12 is not constantly connected to the overall cooling device for the attached computer or electronic equipment. Therefore, this cooling device 10 can be shut down, disassembled, and the chips 14A-H can be tested and replaced without affecting other cooling devices. Providing a portable means of attaching a separate cooling system 10 to the multichip unit 12 minimizes the need for technicians to handle toxic coolant when testing or repairing the multichip unit 12.
This creates a safe working environment.

前述の説明は、単に、本発明の原理を例示するだけのも
のである。当業者には種々な変形態様が容易に想到しう
るのであり、したがって、本発明は、ここに説明した構
成および動作そのもに限定されるのでなく、本特許請求
の範囲内に入る適当なすべての変形態様を含むものであ
る。
The foregoing description is merely illustrative of the principles of the invention. Various modifications will readily occur to those skilled in the art, and therefore, the present invention is not limited to the precise construction and operation described herein, but is intended to include all suitable modifications that fall within the scope of the claims. This includes variations of .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の原理に従って構成された独立した冷
却チャンバおよびマルチチップユニットの分解斜視図、
第2図は、本発明の独立した冷却チャンバおよびマルチ
チップユニットの部分破断側面図である。 10・・・・・・独立冷却装置、 12・・・・・・マルチチップユニット、14A−H・
・・・・・チップ、22・・・・・・キャリア、24・
・・・・・ハウジング、26・・・・・・シールトラッ
ク、28・・・・・・下縁、30.31.32.34・
・・・・・壁、36・・・・・・頂e、38・・・・・
・フィン、40・・・・・・チャンバ 42・・・・・
・ファスナー44・・・・・・ネジ付穴、46・・・・
・・フラットケーブル、48・・・・・・内部導通路、
50・・・・・・内部導体、51・・・・・・銅ンート
、51A・・・・・・フィン、52・・・・・・気泡、
54・・・・・・熱交換器。 手 続 補 正 書 (方式) %式% ■、事件の表示 平成2年特許願第1 +496,11号 3、補正をする者 事件との関係 出 願人 4、代 理 人 5、補正命令の日付 平成2年7月31日
FIG. 1 is an exploded perspective view of a separate cooling chamber and multichip unit constructed in accordance with the principles of the present invention;
FIG. 2 is a partially cutaway side view of the independent cooling chamber and multi-chip unit of the present invention. 10...Independent cooling device, 12...Multi-chip unit, 14A-H・
... Chip, 22 ... Carrier, 24.
... Housing, 26 ... Seal track, 28 ... Lower edge, 30.31.32.34.
...Wall, 36...Top e, 38...
・Fin, 40...Chamber 42...
- Fastener 44...Threaded hole, 46...
...Flat cable, 48...Internal conduction path,
50...Inner conductor, 51...Copper nut, 51A...Fin, 52...Bubble,
54...Heat exchanger. Procedural amendment (method) % formula % ■, Indication of case 1990 Patent Application No. 1 +496,11 No. 3, Person making the amendment Relationship to the case Applicant 4, Agent 5, Date of amendment order 1990 July 31st

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)マルチチップユニットにおける半導体チップのた
めの独立熱抽出装置であって、 マルチチップユニットの少なくとも1つの半導体チップ
のための熱抽出ハウジングと、 該熱抽出ハウジングにおける第1のチャンバと、 前記マルチチップユニットに前記熱抽出ハウジングを取
り付けそのハウジングの少なくとも一部分に前記少なく
とも1つの半導体チップを位置決めするための取付け手
段と、 前記第1のチャンバにおいて熱抽出のために少なくとも
1つの半導体チップと接触する第1の冷却材とを備える
ことを特徴とする独立熱抽出装置。
(1) An independent heat extraction device for semiconductor chips in a multi-chip unit, comprising: a heat extraction housing for at least one semiconductor chip of the multi-chip unit; a first chamber in the heat extraction housing; mounting means for mounting the heat extraction housing on a chip unit and positioning the at least one semiconductor chip in at least a portion of the housing; 1. An independent heat extraction device comprising: 1 coolant.
(2)前記第1の冷却材は、フルオロカーボンである請
求項(1)記載の独立熱抽出装置。
(2) The independent heat extraction device according to claim 1, wherein the first coolant is a fluorocarbon.
(3)前記第1の冷却材は、空気である請求項(1)記
載の独立熱抽出装置。
(3) The independent heat extraction device according to claim 1, wherein the first coolant is air.
(4)前記熱抽出ハウジングに熱交換器を備える請求項
(1)記載の独立熱抽出装置。
(4) The independent heat extraction device according to claim (1), wherein the heat extraction housing includes a heat exchanger.
(5)前記熱交換器は、前記熱抽出ハウジングにおいて
前記第1のチャンバと熱伝導関係にある第2のチャンバ
を含み、該第2のチャンバ内に第2の冷却材を含む請求
項(4)記載の独立熱抽出装置。
(5) The heat exchanger includes a second chamber in thermally conductive relationship with the first chamber in the heat extraction housing, and includes a second coolant within the second chamber. ) Independent heat extraction device as described.
(6)前記熱抽出ハウジングを前記マルチチップユニッ
トに取り付ける際にその熱抽出ハウジングとそのマルチ
チップユニットとの間の界面を密封するためのシール手
段を備える請求項(1)記載の独立熱抽出装置。
(6) The independent heat extraction device according to claim 1, further comprising sealing means for sealing an interface between the heat extraction housing and the multi-chip unit when the heat extraction housing is attached to the multi-chip unit. .
(7)前記取付け手段は、前記少なくとも1つの半導体
チップと実質的に同じ形状の開口を前記第1のチャンバ
に含む請求項(1)記載の独立熱抽出装置。
7. The independent heat extraction device of claim 1, wherein said attachment means includes an opening in said first chamber having substantially the same shape as said at least one semiconductor chip.
(8)少なくとも1つの半導体チップを含むマルチチッ
プユニットと、 前記少なくとも1つの半導体チップを冷却するための独
立冷却チャンバであって、前記少なくとも1つの半導体
チップを少なくともカバーするような形状とされていて
第1の冷却材を含む第1のチャンバを有するハウジング
を含む独立冷却チャンバと、 前記ハウジングを前記マルチチップユニットに取り付け
る際に前記独立冷却チャンバの前記ハウジングと前記マ
ルチチップユニットとの間の界面を密封するためのシー
ル手段とを備えることを特徴とする組合せ体。
(8) a multi-chip unit including at least one semiconductor chip; and an independent cooling chamber for cooling the at least one semiconductor chip, the independent cooling chamber being shaped to at least cover the at least one semiconductor chip; an independent cooling chamber including a housing having a first chamber containing a first coolant; and an interface between the housing of the independent cooling chamber and the multi-chip unit when the housing is attached to the multi-chip unit. and sealing means for sealing.
(9)前記第1の冷却材は、フルオロカーボンである請
求項(8)記載の組合せ体。
(9) The combination according to claim (8), wherein the first coolant is fluorocarbon.
(10)前記第1の冷却材は、空気である請求項(8)
記載の組合せ体。
(10) Claim (8) wherein the first coolant is air.
Combinations listed.
(11)前記前記第1のチャンバから熱を消散させるた
めの熱交換器を備え、該熱交換器は、第2の冷却材を含
む第2のチャンバを含む請求項(9)記載の組合せ体。
11. The combination of claim 9, further comprising a heat exchanger for dissipating heat from the first chamber, the heat exchanger including a second chamber containing a second coolant. .
(12)前記第2の冷却材は、フルオロカーボンである
請求項(11)記載の組合せ体。
(12) The combination according to claim (11), wherein the second coolant is fluorocarbon.
(13)前記第2の冷却材は、空気である請求項(11
9)記載の組合せ体。
(13) Claim (11) wherein the second coolant is air.
9) Combination as described.
(14)前記シール手段は、前記マルチチップユニット
に取り付けられ前記少なくとも1つの半導体チップを取
り囲むシール素子を含む請求項(8)記載の組合せ体。
(14) The combination according to claim (8), wherein the sealing means includes a sealing element attached to the multi-chip unit and surrounding the at least one semiconductor chip.
(15)前記少なくとも1つの半導体チップに拡張表面
を備えており、該拡張表面は、少なくとも部分的に前記
独立冷却チャンバ内にある請求項(8)記載の組合せ体
15. The combination of claim 8, wherein the at least one semiconductor chip includes an extended surface at least partially within the independent cooling chamber.
(16)マルチチップユニットにおける半導体チップを
冷却するための方法において、 マルチチップユニットの少なくとも1つの半導体チップ
の上に開端ハウジングを配置し、該開端ハウジングを前
記マルチチップユニットに固定して前記少なくとも1つ
の半導体チップを入れた第1のチャンバを定め、 該第1のチャンバ内に前記少なくとも1つの半導体チッ
プと接触するように第1の冷却材を導入させることを特
徴とする方法。
(16) A method for cooling semiconductor chips in a multi-chip unit, comprising: disposing an open-end housing over at least one semiconductor chip of the multi-chip unit; fixing the open-end housing to the multi-chip unit; A method comprising: defining a first chamber containing one semiconductor chip; and introducing a first coolant into the first chamber into contact with the at least one semiconductor chip.
(17)前記第1の冷却材から第2の冷却材へと熱を交
換させる段階を含む請求項(15)記載の方法。
17. The method of claim 15, including the step of exchanging heat from the first coolant to a second coolant.
(18)前記第1のチャンバと前記マルチ素子装置との
間の界面を密封する段階を含む請求項(16)記載の方
法。
18. The method of claim 16, including the step of sealing an interface between the first chamber and the multi-element device.
(19)マルチチップユニットの選択されたチップを冷
却するための方法において、 前記選択されたチップをマルチチップユニットの他のチ
ップから隔離し、 該隔離された選択されたチップを第1の冷却材に対して
曝すことを特徴とする方法。
(19) A method for cooling a selected chip of a multi-chip unit, comprising: isolating the selected chip from other chips of the multi-chip unit; and cooling the isolated selected chip with a first coolant. A method characterized by exposing to.
(20)前記選択されたチップを隔離する段階は、ハウ
ジングを前記マルチチップユニットに固定してそのハウ
ジング内に前記選択されたチップを収容することを含む
請求項(19)記載の方法。
20. The method of claim 19, wherein isolating the selected chip includes securing a housing to the multi-chip unit to accommodate the selected chip within the housing.
(21)前記第1の冷却材から第2の冷却材へ熱を伝導
させる段階を含む請求項(19)記載の方法。
21. The method of claim 19, further comprising the step of conducting heat from the first coolant to a second coolant.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5372189A (en) * 1992-06-19 1994-12-13 Sanyo Electric Co., Ltd. Air conditioner

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57141945A (en) * 1981-02-25 1982-09-02 Fujitsu Ltd Cooling module

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