JPH02206152A - 集積回路素子用冷却ヘッド - Google Patents
集積回路素子用冷却ヘッドInfo
- Publication number
- JPH02206152A JPH02206152A JP1025726A JP2572689A JPH02206152A JP H02206152 A JPH02206152 A JP H02206152A JP 1025726 A JP1025726 A JP 1025726A JP 2572689 A JP2572689 A JP 2572689A JP H02206152 A JPH02206152 A JP H02206152A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- swirl
- cooling
- nozzle
- integrated circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
- H10W40/70—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control
- H10W40/77—Auxiliary members characterised by their shape
- H10W40/772—Bellows
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
- H10W40/70—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control
- H10W40/77—Auxiliary members characterised by their shape
- H10W40/776—Arrangements for jet impingement, e.g. for spraying
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
基板上に実装された集積回路素子を冷却する冷却プレー
トに取り付けて使用される集積回路素子用冷却ヘッドに
関し、 伝熱板の略前面に渡って、均一でかつ高い冷却能力を有
する冷却ヘッドを提供することを目的とし、 底面に伝熱板を有して略有底筒状に形成される本体の中
央部にノズルを配置し、該ノズルから噴出される噴流を
伝熱板に衝突させて集積回路の冷却をする集積回路素子
用冷却ヘッドにおいて、上記伝熱板の外周部上方には、
伝熱板との間に円環渦発生空間を形成する渦発生壁を形
成して構成する。
トに取り付けて使用される集積回路素子用冷却ヘッドに
関し、 伝熱板の略前面に渡って、均一でかつ高い冷却能力を有
する冷却ヘッドを提供することを目的とし、 底面に伝熱板を有して略有底筒状に形成される本体の中
央部にノズルを配置し、該ノズルから噴出される噴流を
伝熱板に衝突させて集積回路の冷却をする集積回路素子
用冷却ヘッドにおいて、上記伝熱板の外周部上方には、
伝熱板との間に円環渦発生空間を形成する渦発生壁を形
成して構成する。
〔産業上の利用分野］
本発明は、基板上に実装された集積回路素子を冷却する
冷却プレートに取り付けて使用される集積回路素子用冷
却ヘッドに関するものである。
冷却プレートに取り付けて使用される集積回路素子用冷
却ヘッドに関するものである。
近年の集積回路素子の高密度化、高速化に伴なって素子
の発熱量も高くなってきており、素子の効率的な冷却に
対する要求が高まっている。
の発熱量も高くなってきており、素子の効率的な冷却に
対する要求が高まっている。
一般に、発熱量の高い集積回路素子が実装された基板の
冷却には、第５図に示すように４．給排水口６０を有し
、内部に冷媒循環径路を形成した冷却プレート６による
伝導冷却方式が多用されている。この冷却プレート６に
は、冷却ヘッド７が装着されていて、冷却ヘッド７の底
面部を集積回路素子３のヒートシンク部にサーマルコン
パウンド等の熱伝導性物質を介して接触させることによ
り集積回路３の冷却を行っている。
冷却には、第５図に示すように４．給排水口６０を有し
、内部に冷媒循環径路を形成した冷却プレート６による
伝導冷却方式が多用されている。この冷却プレート６に
は、冷却ヘッド７が装着されていて、冷却ヘッド７の底
面部を集積回路素子３のヒートシンク部にサーマルコン
パウンド等の熱伝導性物質を介して接触させることによ
り集積回路３の冷却を行っている。
そして、この冷却プレート６に装着される冷却ヘッド７
としては、従来、第６図に示すように、中央部に配置さ
れたノズル２からの噴流２０を冷却ヘッド７の底面を形
成する伝熱板１に衝突させるようにしたものが使用され
ていた。
としては、従来、第６図に示すように、中央部に配置さ
れたノズル２からの噴流２０を冷却ヘッド７の底面を形
成する伝熱板１に衝突させるようにしたものが使用され
ていた。
しかし、上述した従来例において、伝熱板１と冷媒との
熱伝達は、ノズル２からの噴流２０の衝突作用のみによ
るので、冷却効率が必ずしも高くはなく、さらに、横軸
に伝熱板１の中心からの距離を取って、縦軸に各々の位
置におけるヌッセルト数Ｎ ＋ｘを示した第７図より明
らかなように、伝熱板１の外周部においては、ヌッセル
ト数が低下しており、均一な冷却もなされていないとい
う欠点を有するものであった。
熱伝達は、ノズル２からの噴流２０の衝突作用のみによ
るので、冷却効率が必ずしも高くはなく、さらに、横軸
に伝熱板１の中心からの距離を取って、縦軸に各々の位
置におけるヌッセルト数Ｎ ＋ｘを示した第７図より明
らかなように、伝熱板１の外周部においては、ヌッセル
ト数が低下しており、均一な冷却もなされていないとい
う欠点を有するものであった。
尚、第７図において、ヌッセルト数が伝熱板の中心から
外周部に向かって一旦低下した後、再び上昇している理
由はノズルから噴射された冷媒がノズル付近で回りの冷
媒の流れの摩擦が発生するためである。従って、理論上
は波線で示すグラフとなる。
外周部に向かって一旦低下した後、再び上昇している理
由はノズルから噴射された冷媒がノズル付近で回りの冷
媒の流れの摩擦が発生するためである。従って、理論上
は波線で示すグラフとなる。
本発明は、以上の事情に対処してなされたものであって
、伝熱板１の略全面に渡って、均一でかつ高い冷却能力
を有する冷却ヘッド７を提供することを目的とする。
、伝熱板１の略全面に渡って、均一でかつ高い冷却能力
を有する冷却ヘッド７を提供することを目的とする。
本発明によれば上記目的は、
底面に伝熱板１を有して略有底筒状に形成される本体の
中央部にノズル２を配置し、このノズル２から噴出され
る噴流２０を伝熱壁に衝突させて集積回路の冷却をする
冷却ヘッド７において、上記伝熱板１の外周部上方には
、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を形成してなる冷却ヘッド７を提供することにより
達成される。
中央部にノズル２を配置し、このノズル２から噴出され
る噴流２０を伝熱壁に衝突させて集積回路の冷却をする
冷却ヘッド７において、上記伝熱板１の外周部上方には
、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を形成してなる冷却ヘッド７を提供することにより
達成される。
上記構成に基づき、本発明においてノズル２から噴出さ
れた噴流２０は、伝熱板１に衝突した後、上方に向う流
れを形成するが、渦発生壁５によりその方向が切換えさ
れる。この結果、伝熱板１の外周部上方に形成された円
環渦発生空間４内には、第１図に示すように、伝熱板１
中心部に向う円環渦７０が発生することとなり、伝熱板
１には、ノズル２からの噴流２０と円環渦７０の相互作
用により伝熱面上の境界層が全面にわたり、冷媒が澱ま
ないで流れるので活性化され高い伝熱効率を発揮するこ
とができる。
れた噴流２０は、伝熱板１に衝突した後、上方に向う流
れを形成するが、渦発生壁５によりその方向が切換えさ
れる。この結果、伝熱板１の外周部上方に形成された円
環渦発生空間４内には、第１図に示すように、伝熱板１
中心部に向う円環渦７０が発生することとなり、伝熱板
１には、ノズル２からの噴流２０と円環渦７０の相互作
用により伝熱面上の境界層が全面にわたり、冷媒が澱ま
ないで流れるので活性化され高い伝熱効率を発揮するこ
とができる。
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明
する。
する。
゛第１図は本発明による冷却ヘッド７を示すもので、上
端に冷却プレート６への取付用のフランジ７０を形成す
るとともに、下端に伝熱板１を有して略有底筒状に形成
されている。この素子の中央部には、ノズル２が配置さ
れており、伝熱板１に衝突する噴流２０を形成している
。
端に冷却プレート６への取付用のフランジ７０を形成す
るとともに、下端に伝熱板１を有して略有底筒状に形成
されている。この素子の中央部には、ノズル２が配置さ
れており、伝熱板１に衝突する噴流２０を形成している
。
この実施例による冷却ヘッド７の下部は、下方に行くに
従って拡開して略漏斗状の断面形状とされ、若干の立上
り壁７１を介して伝熱板１により下部開口が閉塞された
状態になっている。円環渦発生空間４は、渦発生壁５を
構成する斜面壁と伝熱板１の外周部との間に形成され、
ノズル２からの噴出された噴流２０が伝熱板１に衝突し
た後、渦発生壁５により流れを切り換えられ、円環渦発
生空間４内に円環渦４０が発生するようにされている。
従って拡開して略漏斗状の断面形状とされ、若干の立上
り壁７１を介して伝熱板１により下部開口が閉塞された
状態になっている。円環渦発生空間４は、渦発生壁５を
構成する斜面壁と伝熱板１の外周部との間に形成され、
ノズル２からの噴出された噴流２０が伝熱板１に衝突し
た後、渦発生壁５により流れを切り換えられ、円環渦発
生空間４内に円環渦４０が発生するようにされている。
第２図は、上述した実施例において、円環渦発住空間４
の寸法諸元を、 Ｈ：渦発生壁５の上端から伝熱板１までの距離、 Ｈｌ：立上り壁７１の高さ、 ｈ ：伝熱板１からノズル２先端までの距離、 Ｄ ＝伝熱板１の直径、 Ｄｌ：円環渦発生空間４の上端部の内径、ｄ ：ノズル
２の直径、 として、これらの比が、 イ） ｈ／Ｈ＝１．５ ｄ／Ｄ＝０．３８ Ｄ、 ／Ｄ＝０．６３ Ｈ／Ｄ−０，２５ Ｈｌ ／Ｈ＝０．３３ ０） ｈ／Ｈ＝２．０ ｄ ／Ｄ ＝０．３８ Ｄ、 ／Ｄ＝０．６３ Ｈ／Ｄ＝０．１３ Ｈ／Ｈ＝０．０ ハ）ｈ／Ｈ−ω ｄ／Ｄ＝０．３８ Ｄ、 ／Ｄ＝１．０ Ｈ／Ｄ＝０．０ Ｈ，／Ｈ＝０．０ とした場合の例について、素子の実際の使用状態と同一
の条件で冷媒（冷却水）を流して円環渦４０の発生状態
を試験した結果を示すものである。
の寸法諸元を、 Ｈ：渦発生壁５の上端から伝熱板１までの距離、 Ｈｌ：立上り壁７１の高さ、 ｈ ：伝熱板１からノズル２先端までの距離、 Ｄ ＝伝熱板１の直径、 Ｄｌ：円環渦発生空間４の上端部の内径、ｄ ：ノズル
２の直径、 として、これらの比が、 イ） ｈ／Ｈ＝１．５ ｄ／Ｄ＝０．３８ Ｄ、 ／Ｄ＝０．６３ Ｈ／Ｄ−０，２５ Ｈｌ ／Ｈ＝０．３３ ０） ｈ／Ｈ＝２．０ ｄ ／Ｄ ＝０．３８ Ｄ、 ／Ｄ＝０．６３ Ｈ／Ｄ＝０．１３ Ｈ／Ｈ＝０．０ ハ）ｈ／Ｈ−ω ｄ／Ｄ＝０．３８ Ｄ、 ／Ｄ＝１．０ Ｈ／Ｄ＝０．０ Ｈ，／Ｈ＝０．０ とした場合の例について、素子の実際の使用状態と同一
の条件で冷媒（冷却水）を流して円環渦４０の発生状態
を試験した結果を示すものである。
尚、第２図中（イ）〜（ハ）において、矢印は冷却水流
の流れを示すものであり、矢印が大きい程、冷媒（冷却
水）の速度が早く、又、殆ど点に近いような矢印は冷媒
（冷却水）の澱みきなる部分を示す。
の流れを示すものであり、矢印が大きい程、冷媒（冷却
水）の速度が早く、又、殆ど点に近いような矢印は冷媒
（冷却水）の澱みきなる部分を示す。
第２図（イ）〜（ハ）の各実験結果から明らかな様に、
（イ）においては、伝熱板１への衝突後、層流を形成し
て素子上端へ流出する噴流２０が、渦発生壁５の作用に
より円環渦発生空間４内において円環渦４０を形成する
ことが確認でき、しかも素子上端及び円環渦発生空間４
における矢印がはっきりと確認できる（大きい）ことか
ら伝熱板上部が効率よく冷却することができる。（なぜ
ならば、前述説明した様に矢印が大きければ冷却水の速
度が速いということは冷却水の流れが常に保たれること
になることから、冷却効率が優れているためである。） （ロ）においては、矢印から明らかな様に円環渦は発生
しておらず、且つ冷却素子の端部は矢印が点に変化して
いることがら該端部においては冷却水の澱みが発生して
おり、この端部では殆ど冷却は行われていない。
（イ）においては、伝熱板１への衝突後、層流を形成し
て素子上端へ流出する噴流２０が、渦発生壁５の作用に
より円環渦発生空間４内において円環渦４０を形成する
ことが確認でき、しかも素子上端及び円環渦発生空間４
における矢印がはっきりと確認できる（大きい）ことか
ら伝熱板上部が効率よく冷却することができる。（なぜ
ならば、前述説明した様に矢印が大きければ冷却水の速
度が速いということは冷却水の流れが常に保たれること
になることから、冷却効率が優れているためである。） （ロ）においては、矢印から明らかな様に円環渦は発生
しておらず、且つ冷却素子の端部は矢印が点に変化して
いることがら該端部においては冷却水の澱みが発生して
おり、この端部では殆ど冷却は行われていない。
従来構造に相当する（ハ）にいても（ロ）同様に円環渦
の発生は無く（尚、矢印から見ると円環渦が発生してい
るように見えるが、これは伝熱板１に衝突した後、素子
上端（ノズルの近傍）で澱んでいる冷却水がノズルから
の噴流に伴って循環するだけのものであり、その循環す
る冷却水による冷却能力については、殆ど冷却は行われ
ていない。）、冷却効率が悪い。又、ノズルからの冷却
水の噴出速度、あるいは、冷却プレート６内での冷却水
の水圧等が特殊な場合には、この範囲外の数値であって
も同等の効果を達成できることは勿論であり、さらに、
Ｈ，／Ｈ＝０のとき、すなわち、立上り壁７１が存在し
ない場合や、あるいは、Ｈ，／Ｈ＝１、すなわち、第３
図に示すように、渦発生壁５が傾斜状に形成されていな
いものであっても同様の効果を発揮することは勿論であ
る。
の発生は無く（尚、矢印から見ると円環渦が発生してい
るように見えるが、これは伝熱板１に衝突した後、素子
上端（ノズルの近傍）で澱んでいる冷却水がノズルから
の噴流に伴って循環するだけのものであり、その循環す
る冷却水による冷却能力については、殆ど冷却は行われ
ていない。）、冷却効率が悪い。又、ノズルからの冷却
水の噴出速度、あるいは、冷却プレート６内での冷却水
の水圧等が特殊な場合には、この範囲外の数値であって
も同等の効果を達成できることは勿論であり、さらに、
Ｈ，／Ｈ＝０のとき、すなわち、立上り壁７１が存在し
ない場合や、あるいは、Ｈ，／Ｈ＝１、すなわち、第３
図に示すように、渦発生壁５が傾斜状に形成されていな
いものであっても同様の効果を発揮することは勿論であ
る。
叉、第１図および第３図においては、冷却ヘッド７自体
を変形させて渦発生壁を形成した場合が示されているが
、第４図に示すように、冷却ヘッド７の内部に渦発生板
８を装着したものであってもよい。
を変形させて渦発生壁を形成した場合が示されているが
、第４図に示すように、冷却ヘッド７の内部に渦発生板
８を装着したものであってもよい。
以上の説明から明らかなように、本発明による冷却ヘッ
ドによれば、ノズルからの噴流は、渦発生壁によりその
方向を切り換えされ、円満発生空間に円環渦を発生させ
るので、伝熱面上の境界層を活性化させることができ、
伝熱板全面にわたって均一で、かつ高い熱伝導効果を発
揮させることができる。
ドによれば、ノズルからの噴流は、渦発生壁によりその
方向を切り換えされ、円満発生空間に円環渦を発生させ
るので、伝熱面上の境界層を活性化させることができ、
伝熱板全面にわたって均一で、かつ高い熱伝導効果を発
揮させることができる。
第Ｆ図は本発明の実施例を示す図、
第２図は本発明の試験結果を示す図、
第３図は本発明の他の実施例を示す図、第４図は本発明
のさらに他の実施例を示す図、第５図は冷却プレートを
示す図、 第６図は従来例を示す図、 第７図は従来例の熱伝導状態を示す図である。 図において、 １は伝熱板、 ２はノズル、 ２０は噴流、 ４は円環渦発生空間、 ５は渦発生壁、 ７０は円環渦である。 不発８Ｉの史１’−４亡の実施伊１将■口第４図
のさらに他の実施例を示す図、第５図は冷却プレートを
示す図、 第６図は従来例を示す図、 第７図は従来例の熱伝導状態を示す図である。 図において、 １は伝熱板、 ２はノズル、 ２０は噴流、 ４は円環渦発生空間、 ５は渦発生壁、 ７０は円環渦である。 不発８Ｉの史１’−４亡の実施伊１将■口第４図
Claims (1)
- 底面に伝熱板（１）を有して略有底筒状に形成される本
体の中央部にノズル（２）を配置し、該ノズル（２）か
ら噴出される噴流（２０）を伝熱板（１）に衝突させて
集積回路素子（３）の冷却をする集積回路素子用冷却ヘ
ッドにおいて、上記伝熱板（１）の外周部上方には、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）を形成してなる集積回路素子用冷却ヘッド
。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1025726A JPH02206152A (ja) | 1989-02-06 | 1989-02-06 | 集積回路素子用冷却ヘッド |
| CA002008738A CA2008738A1 (en) | 1989-02-06 | 1990-01-26 | Cooling head for integrated circuit |
| EP90300995A EP0382397A1 (en) | 1989-02-06 | 1990-01-31 | Cooling head for integrated circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1025726A JPH02206152A (ja) | 1989-02-06 | 1989-02-06 | 集積回路素子用冷却ヘッド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02206152A true JPH02206152A (ja) | 1990-08-15 |
Family
ID=12173805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1025726A Pending JPH02206152A (ja) | 1989-02-06 | 1989-02-06 | 集積回路素子用冷却ヘッド |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0382397A1 (ja) |
| JP (1) | JPH02206152A (ja) |
| CA (1) | CA2008738A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4327895A1 (de) * | 1993-08-19 | 1995-02-23 | Abb Management Ag | Stromrichtermodul |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61220359A (ja) * | 1985-03-26 | 1986-09-30 | Hitachi Ltd | 半導体モジユ−ル冷却構造体 |
| US4879632A (en) * | 1985-10-04 | 1989-11-07 | Fujitsu Limited | Cooling system for an electronic circuit device |
| US4750086A (en) * | 1985-12-11 | 1988-06-07 | Unisys Corporation | Apparatus for cooling integrated circuit chips with forced coolant jet |
-
1989
- 1989-02-06 JP JP1025726A patent/JPH02206152A/ja active Pending
-
1990
- 1990-01-26 CA CA002008738A patent/CA2008738A1/en not_active Abandoned
- 1990-01-31 EP EP90300995A patent/EP0382397A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2008738A1 (en) | 1990-08-06 |
| EP0382397A1 (en) | 1990-08-16 |
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