JPH05109953A - 集積回路の冷却構造 - Google Patents

集積回路の冷却構造

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JPH05109953A
JPH05109953A JP3270605A JP27060591A JPH05109953A JP H05109953 A JPH05109953 A JP H05109953A JP 3270605 A JP3270605 A JP 3270605A JP 27060591 A JP27060591 A JP 27060591A JP H05109953 A JPH05109953 A JP H05109953A
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JP
Japan
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plate
integrated circuit
heat radiating
vertical
heat
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JP3270605A
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English (en)
Inventor
Toshifumi Sano
俊史 佐野
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means 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
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16151Disposition 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
    • H01L2224/16221Disposition 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
    • H01L2224/16225Disposition 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 the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/151Die mounting substrate
    • H01L2924/153Connection portion
    • H01L2924/1531Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
    • H01L2924/15312Connection 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】 (修正有) 【目的】 配線基板と集積回路との接続の信頼性を高
め、かつ集積回路の冷却能力を向上させる。 【構成】 配線基板1に搭載され、集積回路3を実装し
たLSIケース4の放熱面に接合された放熱板5と、放
熱板5上に、側方及び上方へ開放され、放熱板5上を複
数の区画に分割するように立設した垂直放熱板6と、各
区画の放熱板5と垂直放熱板6との接合部に向けて冷却
媒体を噴出するようにそれぞれ設けられたノズル7とを
備えることにより、放熱面積を増加し、かつ液体冷媒の
噴流の数と衝突の領域を増加すると共に、噴流を放熱板
に対して斜めに衝突させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、集積回路の冷却構造に
関し、特に液体冷媒を用いた液体冷却システムでの集積
回路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9
に示す例(S.Oktay,H.C.Kammerer
“A Conduction−Cooled Modu
lefor High−Performance LS
I Devices” IBM J.RES.DEVE
LOP.Vol.26 No.1 Jan.1982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て実用化されてい
る。
【0003】図7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10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及び可変形性伝熱板34を経て伝熱板35へ伝
え、この伝熱板35をノズル36より液体冷媒を噴出さ
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により可変形状伝熱体
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9のものでは、ばねを用いてピストンを集
積回路に接触させているため、集積回路に常時押圧力が
加わった状態となり、集積回路と配線基板との接続部分
の信頼性に悪影響を及ぼすおそれがある。
【0007】又、集積回路を配線基板に搭載した時に生
じる高さや傾きのばらつきに追従させるため、集積回路
とのピストンの接触面を球面とし、かつピストンとハッ
トとの間に隙間を設けているが、これは有効伝熱面積を
減少させ、冷却能力の低下をもたらす不具合がある。
【0008】一方、図10のものでは、液体冷媒の噴流
を伝熱板に衝突させているため、集積回路に押圧力が加
わった状態となり、集積回路と配線基板との接続部分の
信頼性に悪影響を及ぼすおそれがある。
【0009】又、冷却能力を高めるために液体冷媒の流
速を下げると、ベローズが破れて液体冷媒が流出するお
それがあり、冷却能力に限度があった。
【0010】そこで、本発明は、配線基板と集積回路と
の接続の信頼性を高め、かつ冷却能力を向上させ得る集
積回路の冷却構造の提供を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の集積回路
の冷却構造は、配線基板に搭載され、集積回路を実装し
たLSIケースの放熱面に接合された放熱板と、放熱板
上に、側方及び上方へ開放され、放熱板上を複数の区画
に分割するように立設した垂直放熱板と、各区画の放熱
板と垂直放熱板との接合部に向けて液体冷媒を噴出する
ようにそれぞれ設けられたノズルとを備えている。
【0012】第2の集積回路の冷却構造は、配線基板に
搭載され、集積回路を実装したLSIケースの放熱面に
接合された放熱板と、放熱板上に、側方及び上方に開放
され、放熱板上をその中央から放射状に複数の区画に分
割するように立設した垂直放熱板と、各区画の放熱板と
垂直放熱板との接合部の垂直放熱板の交差部に向けて液
体冷媒を噴出するようにそれぞれ設けられたノズルとを
備えている。
【0013】第3の集積回路の冷却構造は、配線基板に
搭載され、集積回路を実装したLSIケースの放熱面に
接合された放熱板と、放熱板上に、側方及び上方へ開放
され、放熱板上をその中央から放射状に複数の区画に分
割するように立設した垂直放熱板と、垂直放熱板の上端
部に各区画の上方を閉鎖するように放熱板と平行に設け
た天板と、各区画の放熱板と天板との中間において垂直
放熱板の交差部に向けて放熱板と平行に液体冷媒を噴出
するようにそれぞれ設けられたノズルとを備えている。
【0014】
【作用】上記第1の手段においては、放熱面積が増加
し、かつ液体冷媒の噴流の数と衝突の領域が増加すると
共に、液体冷媒の噴流が放熱板に対して斜めに衝突し、
噴流によって放熱板に加えられる押圧力が垂直噴流の場
合よりも軽減される。
【0015】第2の手段においては、第1の手段と同様
に放熱面積が増加し、かつ液体冷媒の噴流の数と衝突の
領域が増加すると共に、液体冷媒の噴流によって生ずる
水平方向の力が打ち消し合い、放熱板に水平方向の力が
作用せず、かつ、垂直方向の力も同様に垂直噴流の場合
よりも軽減される。
【0016】又、第3の手段においては、更に放熱面積
が増加し、かつ液体冷媒の噴流の数と衝突の領域が増加
すると共に、液体冷媒の噴流によって生ずる水平方向及
び垂直方向の力がそれぞれ打ち消し合い、放熱板に力が
全く作用しない。
【0017】
【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。
【0018】図1,図2及び図3は本発明の第1実施例
の集積回路の冷却構造の正面断面図、要部の横断面図及
び要部の斜視図である。
【0019】配線基板1にI/Oバンプ2のはんだ付け
によって搭載され、集積回路3を実装したLSIケース
4の放熱面である上面には、方形の放熱板5が良熱伝導
性のロウ材等によって接合されている。放熱板5上に
は、相対向する側方及び上方へ開放され、放熱板上を4
つの方形の区画に分割するように垂直放熱板6が、良熱
伝導性のロウ材等により接合して立設されている。そし
て、各区画には、それぞれの放熱板5と相対向して開放
された側方の中間に存する垂直放熱板6との接合部に向
けて約45°の角度をなして液体冷媒を均等に噴出する
ノズル7が、垂直放熱板6の上方に配設した冷媒供給菅
8から分岐して設けられている。
【0020】図1において9は配線基板1のI/Oピン
である。
【0021】上記構成の集積回路の冷却構造において
は、集積回路3で発生した熱は、LSIケース4から放
熱板5及び垂直放熱板6へと伝えられる。
【0022】そして、各ノズル7から液体冷媒が図1に
おいて矢印で示すように噴出されて放熱板5と垂直放熱
板6との接合部に衝突すると共に、放熱板5及び垂直放
熱板6の板面に沿って水平方向及び上方へ流出すること
により、放熱板5と垂直放熱板6の熱が液体冷媒へ放熱
されて両板が冷却される。
【0023】従って、垂直放熱板6の分だけ放熱面積が
増加し、かつ液体冷媒の噴流の数と衝突の領域が増加す
るので、冷却能力を向上させることができる。
【0024】又、液体冷媒の噴流が放熱板5に対して約
45°の角度で衝突するので、垂直に衝突する場合より
も放熱板5に対する押圧力が軽減され、かつ水平方向の
分力が打ち消し合うこととなり、配線基板と集積回路と
の接続の信頼性を高めることができる。
【0025】図4,図5は本発明の第2実施例の集積回
路の冷却構造の正面断面図、要部の横断面図である。
【0026】この実施例の集積回路の冷却構造は、放熱
板5上に、側方及び上方へ開放され、放熱板5上をその
中央から放射状に4つの方形の区画に分割するように十
字形の垂直放熱板10を、良熱伝導性のロウ材等により
接合して立設してある。そして、各区画には、それぞれ
の放熱板5と垂直放熱板10との接合部の垂直放熱板1
0の交差部に向けて所要の角度をなして液体冷媒を均等
に噴出するノズル11が、垂直放熱板10の上方に配設
した冷媒供給菅12から分岐して設けられている。
【0027】他の構成及び作用効果は、図1のものとほ
ぼ同様であるので、同一の構成部材等には同一の符号を
付してその説明を省略する。
【0028】図6,図7及び図8は本発明の第3実施例
の集積回路の冷却構造の正断面図、要部の横断面図及び
要部の斜視図である。
【0029】この実施例の集積回路の冷却構造は、垂直
放熱板10の上端部に、各区画の上方を閉鎖するよう
に、方形の天板13を良熱伝導性のロウ材等により放熱
板5と平行に接合して設けてある。そして、各区画に
は、それぞれの放熱板5と天板13との中間において、
かつ隣り合う垂直放熱板10と約45°の角度をなして
垂直放熱板10の交差部に向けて放熱板5と平行に液体
冷媒を均等に噴出するノズル14が、天板13の上方に
配設した冷媒供給菅15から分岐して設けられている。
【0030】上記構成の集積回路の冷却構造において
は、液体冷媒の噴流によって生ずる水平方向及び垂直方
向の力がそれぞれに打ち消し合い、放熱板5には、力が
全く作用しないので、配線基板と集積回路との接続の信
頼性を格段に高めることができると共に、噴流の速度と
量を更に増加させることが可能となり、冷却能力を飛躍
的に向上させることができる。
【0031】他の構成及び作用効果は、図4のものとほ
ぼ同様であるので、同一の構成部材等には同一の符号を
付してその説明を省略する。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように本発明の第1の集積
回路の冷却構造によれば、放熱面積が増加し、かつ液体
冷媒の噴流の数と衝突の領域が増加するので、従来に比
して冷却能力を向上させることができる。
【0033】又、液体冷媒の噴流が放熱板に対して斜め
に衝突し、噴流によって放熱板に加えられる押圧力が従
来の垂直噴流の場合よりも軽減されるので、配線基板と
集積回路との接続の信頼性を高めることができる。
【0034】第2の集積回路の冷却構造によれば、第1
のものと同様の効果の他、液体冷媒によって生ずる水平
方向の力が打ち消し合って、放熱板には水平方向の力が
作用しないので、配線基板と集積回路との接続の信頼性
を一層高めることができる。
【0035】更に、第3の集積回路の冷却構造によれ
ば、第2のものと同様の効果の他、液体冷媒によって生
ずる水平方向及び垂直方向の力がそれぞれ打ち消し合
い、放熱板には力が全く作用しないので、配線基板と集
積回路との接続の信頼性を格段に高めることができると
共に、液体媒体の噴流の速度と量を更に増加させること
が可能となり、冷却能力を飛躍的に向上させることがで
きる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の集積回路の冷却構造の
正面断面図である。
【図2】図1におけるII−II線に沿った断面図である。
【図3】本発明の第1実施例の集積回路の冷却構造の要
部の斜視図である。
【図4】本発明の第2実施例の集積回路の冷却構造の正
面断面図である。
【図5】図5におけるV−V線に沿った断面図である。
【図6】本発明の第3実施例の集積回路の冷却構造の正
面断面図である。
【図7】図6におけるVII−VII線に沿った断面図であ
る。
【図8】本発明の第3実施例の集積回路の冷却構造の要
部の斜視図である。
【図9】従来の集積回路の冷却構造の断面図である。
【図10】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 3 集積回路 4 LSIケース 5 放熱板 6 垂直放熱板 7 ノズル 10 垂直放熱板 11 ノズル 13 天板 14 ノズル

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】配線基板に搭載され、集積回路を実装した
    LSIケースの放熱面に接合された放熱板と、放熱板上
    に、側方及び上方へ開放され、放熱板上を複数の区画に
    分割するように立設した垂直放熱板と、各区画の放熱板
    と垂直放熱板との接合部に向けて液体冷媒を噴出するよ
    うにそれぞれ設けられたノズルとを備えることを特徴と
    する集積回路の冷却構造。
  2. 【請求項2】配線基板に搭載され、集積回路を実装した
    LSIケースの放熱面に接合された放熱板と、放熱板上
    に、側方及び上方へ開放され、放熱板上をその中央から
    放射状に複数の区画に分割するように立設した垂直放熱
    板と、各区画の放熱板と垂直放熱板との接合部の垂直放
    熱板の交差部に向けて液体冷媒を噴出するようにそれぞ
    れ設けられたノズルとを備えることを特徴とする集積回
    路の冷却構造。
  3. 【請求項3】配線基板に搭載され、集積回路を実装した
    LSIケースの放熱面に接合された放熱板と、放熱板上
    に、側方及び上方へ開放され、放熱板上をその中央から
    放射状に複数の区画に分割するように立設した垂直放熱
    板と、垂直放熱板の上端部に各区画の上方を閉鎖するよ
    うに放熱板と平行に設けた天板と、各区画の放熱板と天
    板との中間において垂直放熱板の交差部に向けて放熱板
    と平行に液体冷媒を噴出するようにそれぞれ設けられた
    ノズルとを備えることを特徴とする集積回路の冷却構
    造。
JP3270605A 1991-10-18 1991-10-18 集積回路の冷却構造 Pending JPH05109953A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6519151B2 (en) 2001-06-27 2003-02-11 International Business Machines Corporation Conic-sectioned plate and jet nozzle assembly for use in cooling an electronic module, and methods of fabrication thereof
US8274860B2 (en) 2007-04-28 2012-09-25 Pulsar Process Measurement Ltd. Distance measurement apparatus and related methods

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