JPH07142651A - Structure for cooling integrated circuit - Google Patents

Structure for cooling integrated circuit

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JPH07142651A
JPH07142651A JP2305292A JP2305292A JPH07142651A JP H07142651 A JPH07142651 A JP H07142651A JP 2305292 A JP2305292 A JP 2305292A JP 2305292 A JP2305292 A JP 2305292A JP H07142651 A JPH07142651 A JP H07142651A
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fin
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Abstract

PURPOSE:To prevent the transition of boiling on the surface of an integrated circuit to the film boiling in the immersion/jet cooling of the integrated circuit, and also to improve cooling efficiency. CONSTITUTION:By having the fins 4 of a heat sink formed in a cylindrical shape, the refrigerant jetted out from the secondary nozzle 6, which is connected by the primary nozzle 9 and a flexible hose 8, can be brought into contact with an excellent heat conductive flat plate 3 and the whole heat conductive surface through the intermediary of an integrated circuit chip 1 and solder or a heat conductive bonding agent 2. Also, as the refrigerant can be forcedly discharged from a plurality of small holes 5 on the side face of the fins 4 by providing an upper cover 7 on the cylindrical fins 4, the boiling bubblers generated in the small holes 5 can be removed when they are very small.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、液冷を用いた電気機器
等に使用される集積回路の冷却構造に関し、時に絶縁性
冷媒を用いてノズルから直接冷媒を噴出することによっ
て冷却を行う浸漬噴流冷却の構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cooling structure for an integrated circuit used in an electric device or the like using liquid cooling, and in some cases, an insulating refrigerant is used for cooling by directly ejecting the refrigerant from a nozzle. It relates to the structure of jet cooling.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の浸漬噴流冷却は、絶縁性液体に浸
した集積回路チップまたは、集積回路チップ放熱面に接
着したヒートシンク上にノズルからの冷媒を直接噴出さ
せるものであった。
2. Description of the Related Art In the conventional immersion jet cooling, a refrigerant is directly jetted from a nozzle onto an integrated circuit chip immersed in an insulating liquid or a heat sink bonded to a heat dissipation surface of the integrated circuit chip.

【0003】図5に、従来の集積回路の冷却構造に用い
られたヒートシンク21の形状を示す。従来のヒートシ
ンク21はピッチ一定のフイン10が集積回路チップ1
の面に垂直になるようにして半田又は熱伝導性接着剤2
により集積回路1に取り付けられていた。さらにヒート
シンク21のフイン10の表面は平滑面かあるいは多少
粗面に仕上げており従来の冷却構造の概要を図6に示
す。ヒートシンク21の上端部であるノズル側は開放し
た構造となっている。一次ノズル9から噴流された冷媒
はヒートシンク21の集積回路チップ1の面の中央部の
部分に垂直に衝突し、その後はねかえってヒートシンク
21上端部から流出する。
FIG. 5 shows the shape of a heat sink 21 used in a conventional integrated circuit cooling structure. In the conventional heat sink 21, the fins 10 having a constant pitch are integrated circuit chips 1
Solder or heat conductive adhesive 2 so that it is perpendicular to the surface of the
Attached to the integrated circuit 1. Further, the surface of the fin 10 of the heat sink 21 is finished to be smooth or slightly rough, and an outline of the conventional cooling structure is shown in FIG. The upper end of the heat sink 21, which is the nozzle side, is open. The coolant jetted from the primary nozzle 9 vertically collides with the central portion of the surface of the integrated circuit chip 1 of the heat sink 21, and thereafter returns and flows out from the upper end portion of the heat sink 21.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】この従来の集積回路の
冷却構造は、ノズルから噴流された冷媒は図6に示す矢
印の流れに沿って流れ、集積回路チップの中央部の部分
ではフイン表面に沸騰によって発生した気泡をを除去す
ることができる。このために集積回路チップの中央部に
おいては、冷却効率を高めることができるがチップ周辺
部はヒートシンクの中央部のフインが障害物となるため
冷媒の流れが妨たげられ冷却効率をあまり高めることが
できない。したがって集積回路チップの表面温度がチッ
プ中央部と周辺部で異なり冷却効果が少ないという問題
点が生じる。
In this conventional integrated circuit cooling structure, the refrigerant jetted from the nozzle flows along the flow of the arrow shown in FIG. 6, and the central portion of the integrated circuit chip has a fin surface. Bubbles generated by boiling can be removed. Therefore, in the central portion of the integrated circuit chip, the cooling efficiency can be improved, but in the peripheral portion of the chip, the fins in the central portion of the heat sink become an obstacle, so that the flow of the refrigerant is blocked and the cooling efficiency can be increased much. Can not. Therefore, there arises a problem that the surface temperature of the integrated circuit chip is different between the central part and the peripheral part of the chip and the cooling effect is small.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の集積回路の冷却
構造は、集積回路チップ上に熱伝導性の良い平板を固着
し、前記平板上に複数の小径の孔を開けた円筒型のフイ
ンを形成し、この円筒形のフインの上部に貫通したノズ
ルを有する蓋を取付けたことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION A cooling structure for an integrated circuit according to the present invention is a cylindrical fin in which a flat plate having good thermal conductivity is fixed on an integrated circuit chip and a plurality of small holes are formed on the flat plate. Is formed, and a lid having a nozzle penetrating therethrough is attached to the upper part of the cylindrical fin.

【0006】本発明の集積回路の冷却構造は、円筒型ヒ
ートシンクの上蓋に設けたノズルの内側に螺旋状の溝を
切ることもできる。
In the integrated circuit cooling structure of the present invention, a spiral groove can be formed inside the nozzle provided on the upper lid of the cylindrical heat sink.

【0007】本発明の集積回路の冷却構造は、円筒型ヒ
ートシンクの上蓋に設けたノズルの先端を集積回路チッ
プ上に固着した平板に対してある角度を持たせることも
できる。
The cooling structure for an integrated circuit according to the present invention may have a certain angle with respect to the flat plate having the tip of the nozzle provided on the upper lid of the cylindrical heat sink fixed to the integrated circuit chip.

【0008】本発明の集積回路の冷却構造は、蓋に設け
たノズルを柔軟なホースを介して冷媒を噴出するノズル
に接続することもできる。
In the cooling structure for an integrated circuit according to the present invention, the nozzle provided on the lid may be connected to the nozzle for ejecting the refrigerant through the flexible hose.

【0009】[0009]

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
The present invention will be described below with reference to the drawings.

【0010】図1は本発明の一実施例の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the present invention.

【0011】本実施例でのヒートシンク22は平板3,
円筒型フイン4,上蓋7および二次ノズル6で構成され
ている。フェイスダウンの集積回路チップ1はチップ放
熱面と半田または熱伝導性接着剤2を介して熱伝導性の
良い平板3が接着されている。また平板3には円筒型の
フイン4が設けられており、フイン4の側面には表裏貫
通した複数の小径の孔5が開けられている。さらにフイ
ン4の上端には貫通した二次ノズル6を有する上蓋7が
接着されている。また上蓋7に設けられている二次ノズ
ル6は柔軟なホース8を介して一次ノズル9に接続され
ている。
The heat sink 22 in this embodiment is a flat plate 3,
It is composed of a cylindrical fin 4, an upper lid 7 and a secondary nozzle 6. A face-down integrated circuit chip 1 has a flat plate 3 having good heat conductivity bonded to a chip heat radiation surface via solder or a heat conductive adhesive 2. Further, the flat plate 3 is provided with a cylindrical fin 4, and a plurality of small-diameter holes 5 penetrating through the front and back are formed on the side surface of the fin 4. Further, an upper lid 7 having a secondary nozzle 6 penetrating therethrough is adhered to the upper end of the fin 4. The secondary nozzle 6 provided on the upper lid 7 is connected to the primary nozzle 9 via a flexible hose 8.

【0012】図2は本実施例の断面図である。炭化フッ
素など絶縁性の冷媒は図中の矢印の方向に沿って進む。
一次ノズル9を通過した冷媒は弾力性の優れたゴム管な
どよりなる柔軟なホース8を通ってヒートシンク22の
上蓋7に付いている二次ノズル6からヒートシンク22
の円筒型フインの内部の熱伝導性の良い平板3に衝突す
る。平板3に衝突した冷媒は集積回路チップ1の熱を奪
い円筒型フイン4の側面に開けられた小径の孔5からヒ
ートシンク22の外部へと流出する。
FIG. 2 is a sectional view of this embodiment. Insulative refrigerant such as fluorocarbon proceeds in the direction of the arrow in the figure.
The refrigerant that has passed through the primary nozzle 9 passes through the flexible hose 8 made of a rubber tube or the like having excellent elasticity from the secondary nozzle 6 attached to the upper lid 7 of the heat sink 22 to the heat sink 22.
It collides with the flat plate 3 having good thermal conductivity inside the cylindrical fin. The refrigerant colliding with the flat plate 3 removes heat from the integrated circuit chip 1 and flows out of the heat sink 22 through the small-diameter hole 5 formed in the side surface of the cylindrical fin 4.

【0013】本実施例のヒートシンク22はフイン形状
を円筒型にすることによりフイン4の全伝熱面に冷媒を
接触させることができる。
The heat sink 22 of this embodiment has a cylindrical fin shape so that the refrigerant can be brought into contact with all the heat transfer surfaces of the fin 4.

【0014】また沸騰冷却においてはフインに接してい
る冷媒がフインから沸騰の気化熱をいかに効率良く奪う
かということが重要である。しかしフインの温度がある
温度以上になると、沸騰の形態は核沸騰から膜沸騰への
遷移する。膜沸騰域においてはフインと冷媒との間に蒸
気膜が存在するため、冷媒がフインから奪う気化熱は大
幅に減少してしまう。したがって、沸騰が膜沸騰に遷移
するのを防ぐためにフインの伝熱面から沸騰初期に生じ
た微小な気泡を速やかに除去する必要がある。これは安
定な気泡の発生点を多数与えることが重要となる。
Further, in boiling cooling, it is important that the refrigerant in contact with the fins efficiently removes the heat of vaporization of boiling from the fins. However, when the fin temperature rises above a certain temperature, the boiling mode changes from nucleate boiling to film boiling. In the film boiling region, since a vapor film exists between the fins and the refrigerant, the heat of vaporization taken by the refrigerant from the fins is greatly reduced. Therefore, in order to prevent the boiling from transitioning to the film boiling, it is necessary to quickly remove the minute bubbles generated in the initial boiling stage from the fin heat transfer surface. It is important to provide a large number of stable bubble generation points.

【0015】本実施例のヒートシンク22はフイン4の
表面に複数の小径の孔5を開けることによってそこに多
数の気泡の安定な発生点を与えることができる。
In the heat sink 22 of this embodiment, a plurality of small-diameter holes 5 are formed on the surface of the fin 4 so that a stable generation point of a large number of bubbles can be provided therein.

【0016】また、フイン4の上部に上蓋7を設けるこ
とによって冷媒が平板3に衝突した後、その冷媒をフイ
ンの上部から流出させることなく強制的にフイン4の側
面に開けられた孔5から流出させることができる。この
ため、小径の孔5に生じた気泡を一掃でき、気泡の成長
を抑制し膜沸騰に遷移するのを防ぐことができる。さら
に冷媒が小径の孔を強制的円に通ることによりヒートシ
ンク全体の伝熱面積を大きくとれる。
Further, by providing the upper lid 7 on the upper portion of the fin 4, after the refrigerant collides with the flat plate 3, the refrigerant is forcibly discharged from the upper portion of the fin through the hole 5 formed on the side surface of the fin 4. Can be drained. Therefore, the bubbles generated in the small-diameter holes 5 can be swept away, the growth of the bubbles can be suppressed, and the transition to film boiling can be prevented. Further, the heat transfer area of the entire heat sink can be increased by allowing the refrigerant to pass through the small-diameter hole through the forced circle.

【0017】また、本実施例のヒートシンクの上蓋7に
付いている二次ノズル6は柔軟なホース8を介して一次
ノズル9に接続されており、このため集積回路チップの
配列、大きさにかかわらず、二次ノズルを集積回路チッ
プ1の中央に設置することができる。また、これにより
冷却装置の取り立てにある程度の自由度を持たせること
ができるため集積回路チップの取り付け誤差の問題点を
解消し組み立て作業を簡易化できる。さらに柔軟なホー
ス8は集積回路チップ1の発熱による熱膨張によって生
じた応力の緩和の役割を併せ持つ。
Further, the secondary nozzle 6 attached to the upper lid 7 of the heat sink of this embodiment is connected to the primary nozzle 9 through the flexible hose 8, so that the arrangement and size of the integrated circuit chips are irrelevant. Instead, the secondary nozzle can be installed in the center of the integrated circuit chip 1. Further, this allows the cooling device to have a certain degree of freedom in its collection, so that the problem of mounting error of the integrated circuit chip can be solved and the assembling work can be simplified. Further, the flexible hose 8 also has a role of relieving stress generated by thermal expansion of the integrated circuit chip 1 due to heat generation.

【0018】図3は本発明の他の実施例の斜視図で、ヒ
ートシンク23の二次ノズル11の内部に螺旋状の溝を
切った構造を有している。一次ノズル9を通過した冷媒
は二次ノズル11の内部を通過する際に、旋回運動を与
えられ、螺旋状に旋回しながら集積回路放熱面に衝突す
る。したがってヒートシンクのフイン4に内部において
冷媒の衝突に旋回運動が加わるため熱輸送の効率を高め
ることができる。
FIG. 3 is a perspective view of another embodiment of the present invention, which has a structure in which a spiral groove is cut inside the secondary nozzle 11 of the heat sink 23. The refrigerant having passed through the primary nozzle 9 is given a swirling motion when passing through the inside of the secondary nozzle 11, and collides with the heat dissipation surface of the integrated circuit while spirally swirling. Therefore, a swirling motion is added to the fins 4 of the heat sink due to the collision of the refrigerant inside, so that the efficiency of heat transport can be improved.

【0019】図4は本発明のさらに他の実施例の断面図
である。図4の実施例では、ヒートシンク24の二次ノ
ズルを曲がり管二次ノズル14で構成してある。一次ノ
ズル9を通過した冷媒は曲がり管二次ノズル14から噴
出した後、円筒形フインの内面に沿って旋回しながら集
積回路放熱面に衝突する。このため図3に示した実施例
と同様に冷媒の熱輸送の効果を高めることができる。
FIG. 4 is a sectional view of still another embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 4, the secondary nozzle of the heat sink 24 is composed of the curved tube secondary nozzle 14. The refrigerant having passed through the primary nozzle 9 is ejected from the curved pipe secondary nozzle 14 and then collides with the heat dissipation surface of the integrated circuit while swirling along the inner surface of the cylindrical fin. Therefore, the effect of heat transport of the refrigerant can be enhanced as in the embodiment shown in FIG.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上説明したように本発明の集積回路の
冷却構造は、噴流による冷媒の流れがヒートシンクのフ
インに邪魔されることなく、さらに沸騰初期に生じた微
小な気泡を一掃することによって集積回路の冷却効率を
高め、さらに冷却装置の組み立ての簡易化、熱応力の緩
和にも効果がある。
As described above, in the cooling structure for an integrated circuit according to the present invention, the flow of the coolant due to the jet flow is not obstructed by the fins of the heat sink, and the fine bubbles generated in the initial boiling stage are swept away. It is effective in improving the cooling efficiency of the integrated circuit, simplifying the assembly of the cooling device, and relaxing the thermal stress.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す実施例の断面図である。2 is a cross-sectional view of the embodiment shown in FIG.

【図3】本発明の他の実施例の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of another embodiment of the present invention.

【図4】本発明のさらに他の実施例の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of still another embodiment of the present invention.

【図5】従来の集積回路の冷却構造に用いれられるヒー
トシンクの斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view of a heat sink used in a conventional integrated circuit cooling structure.

【図6】図5に示すヒートシンクを用いた従来の集積回
路の冷却構造の断面図である。
6 is a cross-sectional view of a conventional integrated circuit cooling structure using the heat sink shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 集積回路チップ 2 半田又は熱伝導性接着剤 3 熱伝導性の良い平板 4 円筒型フイン 5 小径の孔 6 二次ノズル 7 上蓋 8 柔軟なホース 9 一次ノズル 10 フイン 11 螺旋切り二次ノズル 12 曲がり管二次ノズル 21,22,23,24 ヒートシンク 1 Integrated Circuit Chip 2 Solder or Thermal Conductive Adhesive 3 Flat Plate with Good Thermal Conductivity 4 Cylindrical Fin 5 Small Diameter Hole 6 Secondary Nozzle 7 Upper Nozzle 8 Flexible Hose 9 Primary Nozzle 10 Fin 11 Spiral Cut Secondary Nozzle 12 Bending Tube secondary nozzle 21, 22, 23, 24 Heat sink

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─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年5月10日[Submission date] May 10, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Name of item to be amended] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【特許請求の範囲】[Claims]

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】発明の詳細な説明[Name of item to be amended] Detailed explanation of the invention

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【産業上の利用分野】本発明は、液冷を用いた電気機器
等に使用される集積回路の冷却構造に関し、特に絶縁性
冷媒を用いてノズルから直接冷媒を噴出することによっ
て冷却を行う浸漬噴流冷却の構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cooling structure for an integrated circuit used in an electric device or the like using liquid cooling, and in particular, a dipping method in which an insulating refrigerant is used to directly cool a nozzle to cool it It relates to the structure of jet cooling.

【従来の技術】従来の浸漬噴流冷却は、絶縁性液体に浸
した集積回路チップまたは、集積回路チップ放熱面に接
着したヒートシンク上にノズルからの冷媒を直接噴出さ
せるものであった。図5に、従来の集積回路の冷却構造
に用いられたヒートシンク21の形状を示す。従来のヒ
ートシンク21はピッチー定のフイン10が集積回路チ
ップ1の面に垂直になるようにして半田又は熱伝導性接
着剤2により集積回路1に取り付けられていた。さらに
ヒートシンク21のフイン10の表面は平滑面かあるい
は多少粗面に仕上げており従来の冷却構造の概要を図6
に示す。ヒートシンク21の上端部であるノズル側は開
放した構造となっている。一次ノズル9から噴流された
冷媒はヒートシンク21の集積回路チップ1の面の中央
部の部分に垂直に衝突し、その後はねかえってヒートシ
ンク21上端部から流出する。
2. Description of the Related Art In the conventional immersion jet cooling, a refrigerant is directly jetted from a nozzle onto an integrated circuit chip immersed in an insulating liquid or a heat sink bonded to a heat dissipation surface of the integrated circuit chip. FIG. 5 shows the shape of a heat sink 21 used in a conventional integrated circuit cooling structure. The conventional heat sink 21 is attached to the integrated circuit 1 by the solder or the heat conductive adhesive 2 so that the fins 10 having a constant pitch are perpendicular to the surface of the integrated circuit chip 1. Further, the surface of the fin 10 of the heat sink 21 is finished to be a smooth surface or a slightly rough surface, and the outline of the conventional cooling structure is shown in FIG.
Shown in. The upper end of the heat sink 21, which is the nozzle side, is open. The coolant jetted from the primary nozzle 9 vertically collides with the central portion of the surface of the integrated circuit chip 1 of the heat sink 21, and thereafter returns and flows out from the upper end portion of the heat sink 21.

【発明が解決しようとする課題】この従来の集積回路の
冷却構造は、ノズルから噴流された冷媒は図6に示す矢
印の流れに沿って流れ、集積回路チップの中央部の部分
ではフイン表面に沸騰によって発生した気泡を除去する
ことができる。このために集積回路チップの中央部にお
いては、冷却効率を高めることができるがチップ周辺部
はヒートシンクの中央部のフインが障害物となるため冷
媒の流れが妨たげられ冷却効率をあまり高めることがで
きない。したがって集積回路チップの表面温度がチップ
中央部と周辺部で異なり冷却効果が少ないという問題点
が生じる。
In this conventional integrated circuit cooling structure, the refrigerant jetted from the nozzle flows along the flow of the arrow shown in FIG. 6, and the central portion of the integrated circuit chip has a fin surface. Bubbles generated by boiling can be removed. Therefore, in the central portion of the integrated circuit chip, the cooling efficiency can be improved, but in the peripheral portion of the chip, the fins in the central portion of the heat sink become an obstacle, so that the flow of the refrigerant is blocked and the cooling efficiency can be increased much. Can not. Therefore, the surface temperature of the integrated circuit chip differs between the central part and the peripheral part of the chip, which causes a problem that the cooling effect is small.

【課題を解決するための手段】本発明の集積回路の冷却
構造は、集積回路チップ上に熱伝導性の良い平板を固着
し、前記平板上に複数の小径の孔を開けた円筒型のフイ
ンを形成し、この円筒形のフインの上部に貫通したノズ
ルを有する蓋を取付けたことを特徴とする。本発明の集
積回路の冷却構造は、円筒型ヒートシンクの上蓋に設け
たノズルの内側に螺旋状の溝を切ることもできる。本発
明の集積回路の冷却構造は、円筒型ヒートシンクの上蓋
に設けたノズルの先端を集積回路チップ上に固着した平
板に対してある角度を持たせることもできる。本発明の
集積回路の冷却構造は、蓋に設けたノズルを柔軟なホー
スを介して冷媒を噴出するノズルに接続することもでき
る。
SUMMARY OF THE INVENTION A cooling structure for an integrated circuit according to the present invention is a cylindrical fin in which a flat plate having good thermal conductivity is fixed on an integrated circuit chip and a plurality of small holes are formed on the flat plate. Is formed, and a lid having a nozzle penetrating therethrough is attached to the upper part of the cylindrical fin. In the integrated circuit cooling structure of the present invention, a spiral groove may be formed inside the nozzle provided on the upper lid of the cylindrical heat sink. The cooling structure for an integrated circuit according to the present invention may have a certain angle with respect to the flat plate having the tip of the nozzle provided on the upper lid of the cylindrical heat sink fixed to the integrated circuit chip. In the integrated circuit cooling structure of the present invention, the nozzle provided on the lid can be connected to the nozzle for ejecting the refrigerant through the flexible hose.

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の一実施例の斜視図である。本実施例
でのヒートシンク22は平板3,円筒型フイン4,上蓋
7および二次ノズル6で構成されている。フェイスダウ
ンの集積回路チップ1はチップ放熱面と半田または熱伝
導性接着剤2を介して熱伝導性の良い平板3が接着され
ている。また平板3には円筒型のフイン4が設けられて
おり、フイン4の側面には表裏貫通した複数の小径の孔
5が開けられている。さらにフイン4の上端には貫通し
た二次ノズル6を有する上蓋7が接着されている。また
上蓋7に設けられている二次ノズル6は柔軟なホース8
を介して一次ノズル9に接続されている。図2は本実施
例の断面図である。炭化フッ素など絶縁性の冷媒(例え
ば3M社製性のフロリナート)は図中の矢印の方向に沿
って進む。一次ノズル9を通過した冷媒は弾力性の優れ
たゴム管などよりなる柔軟なホース8を通ってヒートシ
ンク22の上蓋7に付いている二次ノズル6からヒート
シンク22の円筒型フインの内部の熱伝導性の良い平板
3に衝突する。平板3に衝突した冷媒は集積回路チップ
1の熱を奪い円筒型フイン4の側面に開けられた小径の
孔5からヒートシンク22の外部へと流出する。本実施
例のヒートシンク22はフイン形状を円筒型にすること
によりフイン4の全伝熱面に冷媒を接触させることがで
きる。また沸騰冷却においてはフインに接している冷媒
がフインから沸騰の気化熱をいかに効率良く奪うかとい
うことが重要である。しかしフインの温度がある温度以
上になると、沸騰の形態は核沸騰から膜沸騰への遷移す
る。膜沸騰域においてはフインと冷媒との間に蒸気膜が
存在するため、冷媒がフインから奪う気化熱は大幅に減
少してしまう。したがって、沸騰が膜沸騰に遷移するの
を防ぐためにフインの伝熱面から沸騰初期に生じた微小
な気泡を速やかに除去する必要がある。これは安定な気
泡の発生点を多数与えることが重要となる。本実施例の
ヒートシンク22はフイン4の表面に複数の小径の孔5
を開けることによってそこに多数の気泡の安定な発生点
を与えることができる。また、フイン4の上部に上蓋7
を設けることによって冷媒が平板3に衝突した後、その
冷媒をフインの上部から流出させることなく強制的にフ
イン4の側面に開けられた孔5から流出させることがで
きる。このため、小径の孔5に生じた気泡を一掃でき、
気泡の成長を抑制し膜沸騰に遷移するのを防ぐことがで
きる。さらに冷媒が小径の孔を強制的円に通ることによ
りヒートシンク全体の伝熱面積を大きくとれる。本実施
例のヒートシンク22を用いて実験評価した結果、冷媒
の流量が11/min〜21/minにおいて、集積回
路チップ1を冷却するための熱抵抗は、図6に示す従来
の浸漬噴流冷却方式に比べ、35〜40パーセント小さ
くできることを確認した。このため、消費電力が100
W以上という大出力の集積回路チップも冷却可能とな
る。また、本実施例のヒートシンクの上蓋7に付いてい
る二次ノズル6は柔軟なホース8を介して一次ノズル9
に接続されており、このため集積回路チップの配列、大
きさにかかわらず、二次ノズルを集積回路チップ1の中
央に設置することができる。また、これにより冷却装置
の取り立てにある程度の自由度を持たせることができる
ため集積回路チップの取り付け誤差の問題点を解消し組
み立て作業を簡易化できる。さらに柔軟なホース8は集
積回路チップ1の発熱による熱膨張によって生じた応力
の緩和の役割を併せ持つ。図3は本発明の他の実施例の
斜視図で、ヒートシンク23の二次ノズル11の内部に
螺旋状の溝を切った構造を有している。一次ノズル9を
通過した冷媒は二次ノズル11の内部を通過する際に、
旋回運動を与えられ、螺旋状に旋回しながら集積回路放
熱面に衝突する。したがってヒートシンクのフイン4に
内部において冷媒の衝突に旋回運動が加わるため熱輸送
の効率を高めることができる。このため図1に示した実
施例の場合よりもさらに冷却効率を高めることができ
る。図4は本発明のさらに他の実施例の断面図である。
図4の実施例では、ヒートシンク24の二次ノズルを曲
がり管二次ノズル14で構成してある。一次ノズル9を
通過した冷媒は曲がり管二次ノズル14から噴出した
後、円筒形フインの内面に沿って旋回しながら集積回路
放熱面に衡突する。このため図3に示した実施例と同様
に冷媒の熱輸送の効果を高めることができる。
The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the present invention. The heat sink 22 in this embodiment is composed of a flat plate 3, a cylindrical fin 4, an upper lid 7 and a secondary nozzle 6. A face-down integrated circuit chip 1 has a flat plate 3 having good heat conductivity bonded to a chip heat radiation surface via solder or a heat conductive adhesive 2. Further, the flat plate 3 is provided with a cylindrical fin 4, and a plurality of small-diameter holes 5 penetrating through the front and back are formed on the side surface of the fin 4. Further, an upper lid 7 having a secondary nozzle 6 penetrating therethrough is adhered to the upper end of the fin 4. The secondary nozzle 6 provided on the upper lid 7 is a flexible hose 8
It is connected to the primary nozzle 9 via. FIG. 2 is a sectional view of this embodiment. An insulating refrigerant such as fluorine carbide (for example, Fluorinert manufactured by 3M Co., Ltd.) proceeds in the direction of the arrow in the figure. The refrigerant that has passed through the primary nozzle 9 passes through the flexible hose 8 made of a rubber tube having excellent elasticity, and from the secondary nozzle 6 attached to the upper lid 7 of the heat sink 22 to the heat conduction inside the cylindrical fin of the heat sink 22. It collides with the flat plate 3 having good properties. The refrigerant colliding with the flat plate 3 removes heat from the integrated circuit chip 1 and flows out of the heat sink 22 through the small-diameter hole 5 formed in the side surface of the cylindrical fin 4. The heat sink 22 of the present embodiment has a fin shape in a cylindrical shape, so that the refrigerant can be brought into contact with all the heat transfer surfaces of the fins 4. In boiling cooling, it is important how the refrigerant in contact with the fins efficiently removes the heat of vaporization of boiling from the fins. However, when the fin temperature rises above a certain temperature, the boiling mode changes from nucleate boiling to film boiling. In the film boiling region, since a vapor film exists between the fins and the refrigerant, the heat of vaporization taken by the refrigerant from the fins is greatly reduced. Therefore, in order to prevent the boiling from transitioning to the film boiling, it is necessary to quickly remove the minute bubbles generated in the initial boiling stage from the fin heat transfer surface. It is important to provide a large number of stable bubble generation points. The heat sink 22 of this embodiment has a plurality of small-diameter holes 5 on the surface of the fin 4.
By opening the, a stable generation point of a large number of bubbles can be given thereto. In addition, an upper lid 7 is provided on the top of the fin 4.
By providing the above, after the refrigerant collides with the flat plate 3, the refrigerant can be forced to flow out from the hole 5 formed in the side surface of the fin 4 without flowing out from the upper portion of the fin. Therefore, the bubbles generated in the small-diameter holes 5 can be swept away,
The growth of bubbles can be suppressed and the transition to film boiling can be prevented. Further, the heat transfer area of the entire heat sink can be increased by allowing the refrigerant to pass through the small-diameter hole through the forced circle. As a result of experimental evaluation using the heat sink 22 of the present embodiment, the thermal resistance for cooling the integrated circuit chip 1 when the flow rate of the refrigerant is 11 / min to 21 / min shows that the conventional immersion jet cooling method shown in FIG. It was confirmed that the size can be reduced by 35 to 40% as compared with. Therefore, the power consumption is 100
It is also possible to cool an integrated circuit chip with a high output of W or more. In addition, the secondary nozzle 6 attached to the upper lid 7 of the heat sink of this embodiment is connected to the primary nozzle 9 via the flexible hose 8.
Therefore, the secondary nozzle can be installed in the center of the integrated circuit chip 1 regardless of the arrangement and size of the integrated circuit chips. Further, this allows the cooling device to have a certain degree of freedom in its collection, so that the problem of mounting error of the integrated circuit chip can be solved and the assembling work can be simplified. Further, the flexible hose 8 also has a role of relieving stress generated by thermal expansion of the integrated circuit chip 1 due to heat generation. FIG. 3 is a perspective view of another embodiment of the present invention, which has a structure in which a spiral groove is cut inside the secondary nozzle 11 of the heat sink 23. When the refrigerant that has passed through the primary nozzle 9 passes through the inside of the secondary nozzle 11,
It is given a swirling motion and collides with the heat dissipation surface of the integrated circuit while swirling spirally. Therefore, a swirling motion is added to the fins 4 of the heat sink due to the collision of the refrigerant inside, so that the efficiency of heat transport can be improved. Therefore, the cooling efficiency can be further increased as compared with the case of the embodiment shown in FIG. FIG. 4 is a sectional view of still another embodiment of the present invention.
In the embodiment of FIG. 4, the secondary nozzle of the heat sink 24 is composed of the curved tube secondary nozzle 14. The refrigerant having passed through the primary nozzle 9 is ejected from the curved tube secondary nozzle 14 and then collides with the heat dissipation surface of the integrated circuit while swirling along the inner surface of the cylindrical fin. Therefore, the effect of heat transport of the refrigerant can be enhanced as in the embodiment shown in FIG.

【発明の効果】以上説明したように本発明の集積回路の
冷却構造は、噴流による冷媒の流れがヒートシンクのフ
インに邪魔されることなく、さらに沸騰初期に生じた微
小な気泡を一掃することによって集積回路の冷却効率を
高め、さらに冷却装置の組み立ての簡易化、熱応力の緩
和にも効果がある。
As described above, in the cooling structure for an integrated circuit according to the present invention, the flow of the coolant due to the jet flow is not obstructed by the fins of the heat sink, and the fine bubbles generated in the initial boiling stage are swept away. It is effective in improving the cooling efficiency of the integrated circuit, simplifying the assembly of the cooling device, and relaxing the thermal stress.

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図面の簡単な説明[Name of item to be corrected] Brief description of the drawing

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す実施例の断面図である。2 is a cross-sectional view of the embodiment shown in FIG.

【図3】本発明の他の実施例の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of another embodiment of the present invention.

【図4】本発明のさらに他の実施例の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of still another embodiment of the present invention.

【図5】従来の集積回路の冷却構造に用いられるヒート
シンクの斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view of a heat sink used in a conventional integrated circuit cooling structure.

【図6】図5に示すヒートシンクを用いた従来の集積回
路の冷却構造の断面図である。
6 is a cross-sectional view of a conventional integrated circuit cooling structure using the heat sink shown in FIG.

【符号の説明】 1 集積回路チップ 2 半田又は熱伝導性接着剤 3 熱伝導性の良い平板 4 円筒型フイン 5 小径の孔 6 二次ノズル 7 上蓋 8 柔軟なホース 9 一次ノズル 10 フイン 11 螺旋切り二次ノズル 12 曲がり管二次ノズル 21,22,23,24 ヒートシンク[Explanation of Codes] 1 Integrated Circuit Chip 2 Solder or Thermally Conductive Adhesive 3 Flat Plate with Good Thermal Conductivity 4 Cylindrical Fin 5 Small Diameter Hole 6 Secondary Nozzle 7 Upper Lid 8 Flexible Hose 9 Primary Nozzle 10 Fin 11 Spiral Cutting Secondary nozzle 12 Bent tube secondary nozzle 21, 22, 23, 24 Heat sink

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 集積回路チップ上に熱伝導性の良い平板
を固着し、前記平板上に複数の小径の孔を開けた円筒型
のフインを形成し、この円筒形のフインの上部に貫通し
たノズルを有する蓋を取付けたことを特徴とする集積回
路の冷却構造。
1. A flat plate having good thermal conductivity is fixed on an integrated circuit chip, a cylindrical fin having a plurality of small holes is formed on the flat plate, and the fin is penetrated to the upper part of the cylindrical fin. A cooling structure for an integrated circuit, wherein a lid having a nozzle is attached.
【請求項2】 円筒型ヒートシンクの上蓋に設けたノズ
ルの内側に螺旋状の溝を切った請求項1記載の集積回路
の冷却構造。
2. The cooling structure for an integrated circuit according to claim 1, wherein a spiral groove is formed inside the nozzle provided on the upper lid of the cylindrical heat sink.
【請求項3】 円筒型ヒートシンクの上蓋に設けたノズ
ルの先端を集積回路チップ上に固着した平板に対してあ
る角度を持たせた請求項1記載の集積回路の冷却構造。
3. The cooling structure for an integrated circuit according to claim 1, wherein the tip of the nozzle provided on the upper lid of the cylindrical heat sink has a certain angle with respect to the flat plate fixed on the integrated circuit chip.
【請求項4】 蓋に設けたノズルを柔軟なホースを介し
て冷媒を噴出するノズルに接続した請求項1、2また3
記載の集積回路の冷却構造。
4. The nozzle provided on the lid is connected to a nozzle for ejecting a refrigerant through a flexible hose, 1, 2, or 3.
A cooling structure for an integrated circuit as described.
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EP93300671A EP0560478B1 (en) 1992-02-10 1993-01-29 Cooling structure for electronic circuit package
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014029285A (en) * 2012-07-31 2014-02-13 Fujitsu Semiconductor Ltd Temperature regulator, temperature adjustment method, manufacturing method of electronic apparatus, and temperature adjustment program
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JPH04206556A (en) * 1990-11-30 1992-07-28 Hitachi Ltd Cooling device for integrated circuit

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