JPH07115156A - 集積回路の冷却構造 - Google Patents

集積回路の冷却構造

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JPH07115156A
JPH07115156A JP5261062A JP26106293A JPH07115156A JP H07115156 A JPH07115156 A JP H07115156A JP 5261062 A JP5261062 A JP 5261062A JP 26106293 A JP26106293 A JP 26106293A JP H07115156 A JPH07115156 A JP H07115156A
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JP
Japan
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integrated circuit
heat sink
heat
cooling structure
refrigerant
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JP5261062A
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Minoru Yoshikawa
実 吉川
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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
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73253Bump and layer connectors

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】集積回路の噴流伝導冷却において、ヒートシン
ク内部を循環する冷媒の熱伝達係数を向上させ、流れ抵
抗を低減させる。 【構成】本発明の冷却構造は冷媒の流線に沿うように、
ノズル5の真下部に位置するヒートシンク3の底部に突
起4と、ヒートシンクの底部と側壁との間にできるコー
ナー部にカット7と、ヒートシンクの側壁と冷媒出口6
を有する上壁との間にできるコーナー部にカット8を設
置することによって、その部分での死水域をなくすこと
ができる。このため冷媒の流動がスムーズに行え、冷却
性能が向上し、さらに圧力損失が減少する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は集積回路等発熱素子のた
めの液冷媒体を用いた冷却構造に関し、特に集積回路等
発熱素子の上に設置した熱伝導性の良い材料からなるヒ
ートシンクにノズルから冷媒を噴出することにより、集
積回路等発熱素子を間接的に冷却する噴流伝導冷却構造
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の噴流伝導冷却の一例は、特開平2
−206152号公報を参照できる。この公報には、基
板上に実装された集積回路冷却用ヘッドにおいて、底面
の伝熱板1の外周部上方に伝熱板1との間に円環渦発生
空間4を形成する渦発生壁5が形成されている。この構
造からノズル2からの噴流は壁5によりその方向を切り
換えさせられ、円渦発生空間に円環渦を発生できる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この従来の冷却構造
は、冷媒が噴出されるヒートシンクの底部が手段で形成
され内側底部と壁5とが直角に形成されている。このた
め、ヒートシンク底部のノズルの真下部と、および底部
と側壁の間にできるコーナー部において、冷媒がよどむ
死水域が生じてしまう。死水域では冷媒の流動が滞るた
め、その局所部分で熱伝達係数が低下して冷却効率が減
少する。また冷媒の渦を発生させるため、円渦発生空間
に圧力損失の増大が起こる。このため、ついには冷却装
置全体の冷却効率が減少し、ポンプ等の冷媒循環装置が
大型化するという問題が生じる。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の冷却構造
は、発熱しうる集積回路に実装されたヒートシンクの内
部にノズルから冷媒を噴出させ噴流を伝導させることに
よって集積回路の熱を奪う冷却構造において、該ノズル
の下部に位置する前記ヒートシンクの内部底部に突起
と、前記ヒートシンクの内側底部と側壁との間のコーナ
ー部に切欠き面と、前記ヒートシンクの側壁と冷媒出口
部を有する上壁との間のコーナー部に切欠き面とを備え
たことを特徴とする。
【0005】本発明の第2の冷却構造は、第1の冷却構
造におけるノズルの下部に位置するヒートシンクの内側
底部に突起を設ける代わりに、斜面を設けたことを特徴
とする。
【0006】本発明の第3の冷却構造は、第1の冷却構
造において、ノズルの下部に位置するヒートシンクの内
側底部に設けられた突起である第1の要素と、ヒートシ
ンクの内側底部と側壁との間のコーナー部に設けられた
切欠き面である第2の要素と、ヒートシンクの側壁と冷
媒出力部を有する上壁との間にコーナー部に設けられた
切欠き面である第3の要素とのうち1つの要素を備える
か、2つの要素を備えることを特徴とする。
【0007】本発明の第4の冷却構造は、第3の冷却構
造におけるノズルの下部に位置するヒートシンクの内側
底部に突起を設ける代わりに斜面を設けたことを特徴と
する。
【0008】
【実施例】次に本発明の一実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図1および図2を参照すると、
本発明の第1の実施例は、発熱しうる集積回路1の放熱
面をペースト状のコンパウンド2を介して熱的に密着し
た円筒形内面を持つヒートシンク3の構造に特徴を有す
る。コンパウンド2には、例えばシリコーンオイルに金
属酸化物などの熱伝導性の良いフィラーを混入したもの
が適している。ヒートシンク3の材料は、熱伝導性の良
い、例えば銅などの金属材料からなる。このヒートシン
ク3の内部は、ノズルから冷媒を噴出させることによっ
て集積回路チップ1の熱を奪う噴流伝導冷却構造を有す
る。
【0009】ノズル5から噴出された冷媒は、まっすぐ
ヒートシンク内側底部のノズル真下部に衝突し、次にヒ
ートシンク内側底部に沿って半径方向に向きを変える。
そして今度はヒートシンクの側壁に沿って冷媒出口へと
向かい流出する。冷媒の運動は連続関数で表示すること
ができ、冷媒(流体)の流れ方向を示したものが流線で
ある。冷媒は厳密には直角に向きを変えて流れることは
できないため、ある曲線を描くことになる。この流線の
曲線と直角の固体壁との間にできる領域が死水域と呼ば
れ、そこでは冷媒の流動がないため流れの抵抗が大き
く、また熱輸送が滞り、熱伝達係数が減少し冷却効率が
低下する。
【0010】死水域をなくすためには、ヒートシンクの
固体壁を冷媒の流線に沿うように形成すればよい。この
ため、本発明の第1の実施例の特徴は、ノズル5の真下
部に位置するヒートシンク3の内側底部に設けられた突
起4と、ヒートシンク3の内側底部と側壁5との間にで
きるコーナー部に設けたカットすなわち、切欠き面7
と、ヒートシンク3の側壁と冷媒出口6を有する上壁と
の間にできるコーナー部に設けたカットすなわち、切欠
き面8とを有することにある。このような特徴を備えた
第1の実施例における内部構造を、冷媒の流線の形状に
近似させることができる。数値解析を行って、本実施例
と従来のヒートシンクを比較した結果、本実施例のヒー
トシンクでは熱抵抗が約2〜3割減少した。
【0011】また同時に、固体壁を冷媒の流線に沿って
形成すれば、冷媒に対する抵抗が少なくなるため、冷媒
に最も効率良く流れる場を提供することにもなる。した
がって冷媒の流動に無駄がないため、冷媒の圧力損失が
減少する。このためポンプ等の冷媒循環装置の小型化が
実現できる。なお図中に示してあるように、冷媒出口6
はなるべくヒートシンクの上壁の中心近くに設置した方
が断面形状が回転対称に近付くため、冷媒の流動がより
スムーズとなる。本実施例を用いて実験評価をした結
果、従来のヒートシンクに比べ、圧力損失は約半分に抑
えられるのを確認した。
【0012】ここでヒートシンクの底部突起4や切欠き
面7、冷媒出口部のコーナー部に設けられた切欠き面8
の形状・寸法は集積回路チップ1の発熱量やノズル5か
らの冷媒の流量、ヒートシンク3とノズル5の形状・寸
法等を考慮して決定する決定が必要ある。
【0013】図3を参照すると、本発明の第2の実施例
は、第1の実施例にノズル5の真下部に位置するヒート
シンク3の内側底部に突起4を設ける代わりに、該ヒー
トシンク3の内側底部を斜面9で形成することを特徴と
する。第2の実施例の他の構成要素は第1の実施例の構
成要素と同じである。
【0014】本発明の第2の実施例では、ヒートシンク
3の内側底部を斜面9で形成することによりヒートシン
ク3の加工の簡略化ができ、さらに冷却効率および圧力
損失は第1の実施例と同程度の効果が得られる。
【0015】図4を参照すると、本発明の第3の実施例
は、第1の実施例の特徴のうちノズル5の真下部に位置
するヒートシンク3の内側底部に突起4を設けた特徴の
みを備え、他のコーナー部にはカットすなわち、切欠き
面を備えていない。
【0016】図5を参照すると、本発明の第4の実施例
は、第3の実施例にノズル5の真下部に位置するヒート
シンク3の内側底部に突起4を設ける代わりに、該ヒー
トシンク3の内側底部を斜面9で形成することを特徴と
する。第2の実施例の他の構成要素は、第1の実施例の
構成要素と同じである。
【0017】図6を参照すると、本発明の第5の実施例
は、第1の実施例の特徴のうちヒートシンク3の内側底
部と側壁5との間にできるコーナー部にカットすなわ
ち、切欠き面を設けた特徴のみを備え、内側底部の突起
4および他のコーナー部にカットすなわち、切欠き面を
設けていない。
【0018】図7を参照すると、本発明の第6の実施例
は、第1の実施例の特徴のうち、ヒートシンク3の側壁
と冷媒出口部6を有する上壁との間にできるコーナー部
にカットすなわち切欠き面8を設けた特徴のみを備え、
他のコーナー部の切欠き面および内側底部の突起を備え
ていない。
【0019】図8を参照すると、本発明の第7の実施例
は、第1の実施例の特徴のうち、ノズル5の真下部に位
置するヒートシンク3の内側底部に突起4を設けるとと
もに、ヒートシンク3の内側底部と側壁との間にできる
コーナー部にカットすなわち、切欠き面7を設ける特徴
がある。しかし、第6の実施例は、ヒートシンク3の側
壁と冷媒出口6を有する上壁との間にできるコーナー部
のカットすぬわち、切欠き面は備えていない。
【0020】図9を参照すると、本発明の第8の実施例
は、第7の実施例にノズル5の真下部に位置するヒート
シンク3の内側底部に突起4を設ける代わりに、該ヒー
トシンク3の底部を斜面9で形成することを特徴とす
る。この第8の実施例の他の構成要素は、第7の実施例
の対応する要素と同じである。
【0021】図10を参照すると、本発明の第9の実施
例は、第1の実施例の特徴のうちヒートシンク3の内側
底部と側壁との間にできるコーナー部にカットすなわ
ち、切欠き面7を設けるとともに、ヒートシンク3の側
壁と冷媒出口部6を有する上壁との間にできるコーナー
部にカットすなわち、切欠き面8を設けた特徴のみを備
え、内側底部に突起を備えていない。
【0022】図11を参照すると、本発明の第10の実
施例は、第1の実施例の特徴のうちノズル5の真下部に
位置するヒートシンク3の内側底部に突起4を設けると
ともに、ヒートシンク3の側壁と冷媒出口部6を有する
上壁との間にできるコーナー部にカットすなわち、切欠
き面8を設けた特徴のみを備え、ヒートシンク3の内側
底部と側壁との間にできるコーナー部にカットすなわ
ち、切欠き面は備えていない。
【0023】図12を参照すると、本発明の第11の実
施例は、第10の実施例にノズル5の真下部に位置する
ヒートシンク3の底部に突起4を設ける代わりに、該ヒ
ートシンク3の底部を斜面9で形成することを特徴とす
る。この第11の実施例の他の構成要素は第10の実施
例の構成要素と同じである。これら第3から第11の実
施例は、要求される冷却性能や圧力損失の程度によっ
て、必ずしも第1の実施例のように冷媒の流線に沿うよ
うにヒートシンクの固体壁を全て加工する必要がない場
合、適宜選択することによって加工の簡略化を図ること
ができる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は冷媒が循
環するヒートシンク内部に冷媒の流線に沿って平板に突
起やコーナーに切欠き面を設置することによって、ヒー
トシンクの内部にできる冷媒の死水域をなくすことがで
きる。死水域をなくした部分での熱伝達係数の増大と圧
力損失の減少をはかることができる。このため冷媒の流
動が効率良く行え、冷却性能が向上する。また同時に圧
力損失も低く抑えることができるため、ポンプ等の冷媒
循環装置の小型化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の第1の実施例を示す図
【図2】図2は本発明の第1の実施例を示す図
【図3】図3は本発明の第2の実施例を示す図
【図4】図4は本発明の第3の実施例を示す図
【図5】図5は本発明の第4の実施例を示す図
【図6】図6は本発明の第5の実施例を示す図
【図7】図7は本発明の第6の実施例を示す図
【図8】図8は本発明の第7の実施例を示す図
【図9】図9は本発明の第8の実施例を示す図
【図10】図10は本発明の第9の実施例を示す図
【図11】図11は本発明の第10の実施例を示す図
【図12】図12は本発明の第11の実施例を示す図
【符号の説明】
1 集積回路 2 コンパウンド 3 ヒートシンク 4 突起 5 ノズル 6 冷媒出口 7,8 切欠き面 9 斜面

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発熱しうる集積回路に実装されたヒート
    シンクの内部にノズルから冷媒を噴出させ、噴流を伝導
    させることにより集積回路の熱を奪う集積回路の冷却構
    造において、 該ノズルの下部に位置する前記ヒートシンクの内側底部
    に突起と、 前記ヒートシンクの内部底部と側壁との間のコーナー部
    に切欠き面と、 前記ヒートシンクの側壁と冷媒出口部を有する上壁との
    間のコーナー部に切欠き面とを備えたことを特徴とする
    集積回路の冷却構造。
  2. 【請求項2】 発熱しうる集積回路に実装されたヒート
    シンクの内部にノズルから冷媒を噴出させ噴流を伝導さ
    せることにより、集積回路の熱を奪う集積回路の冷却構
    造において、 該ノズルの下部に位置する前記ヒートシンクの内側底部
    に突起を備えたことを特徴とする集積回路の冷却構造。
  3. 【請求項3】 前記ノズルの下部に位置するヒートシン
    クの内側底部に斜面を設けたことを特徴とする請求項1
    および2記載の集積回路の冷却構造。
  4. 【請求項4】 発熱しうる集積回路に実装されたヒート
    シンクの内部にノズルから冷媒を噴出させ噴流を伝導さ
    せることにより、集積回路の熱を奪う集積回路の冷却構
    造において、 前記ヒートシンクの内側底部と側壁との間のコーナー部
    に、切欠き面を備えたことを特徴とする集積回路の冷却
    構造。
  5. 【請求項5】 発熱しうる集積回路に実装されたヒート
    シンクの内部にノズルから冷媒を噴出させ噴流を伝導さ
    せることにより、集積回路の熱を奪う集積回路の冷却構
    造において、 前記ヒートシンクの側壁と冷媒出口部を有する上壁との
    間のコーナー部に切欠き面とを備えたことを特徴とする
    集積回路の冷却構造。
  6. 【請求項6】 発熱しうる集積回路に実装されたヒート
    シンクの内部にノズルから冷媒を噴出させ噴流を伝導さ
    せることにより、集積回路の熱を奪う集積回路の冷却構
    造において、 前記ヒートシンクの内側底部と側壁との間のコーナー部
    に切欠き面と、 前記ヒートシンクの側壁と冷媒出口部を有する上壁との
    間のコーナー部に切欠き面とを備えたことを特徴とする
    集積回路の冷却構造。
  7. 【請求項7】 発熱しうる集積回路に実装されたヒート
    シンクの内部にノズルから冷媒を噴出させ噴流を伝導さ
    せることにより、集積回路の熱を奪う集積回路の冷却構
    造において、 該ノズルの下部に位置する前記ヒートシンクの内側底部
    に突起と、 前記ヒートシンクの内側底部と側壁との間のコーナー部
    に切欠き面とを備えたことを特徴とする集積回路の冷却
    構造。
  8. 【請求項8】 発熱しうる集積回路に実装されたヒート
    シンクの内部にノズルから冷媒を噴出させ噴流を伝導さ
    せることにより、集積回路の熱を奪う集積回路の冷却構
    造において、 該ノズルの下部に位置する前記ヒートシンクの内側底部
    に突起と、 前記ヒートシンクの側壁と冷媒出口部を有する上壁との
    間のコーナー部に切欠き面とを備えたことを特徴とする
    集積回路の冷却構造。
  9. 【請求項9】 前記ノズルの下部に位置するヒートシン
    クの内部底部に斜面を設けたことを特徴とする請求項7
    および8記載の集積回路の冷却構造。
JP5261062A 1993-10-19 1993-10-19 集積回路の冷却構造 Pending JPH07115156A (ja)

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