JPH031561A - 端部入出流液体熱交換器 - Google Patents

端部入出流液体熱交換器

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JPH031561A
JPH031561A JP1181648A JP18164889A JPH031561A JP H031561 A JPH031561 A JP H031561A JP 1181648 A JP1181648 A JP 1181648A JP 18164889 A JP18164889 A JP 18164889A JP H031561 A JPH031561 A JP H031561A
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JP
Japan
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fins
liquid
cavity
heat exchanger
inlet
Prior art date
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Pending
Application number
JP1181648A
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English (en)
Inventor
Richard D Nelson
リチャード　ダグラス　ネルソン
Omkarnath R Gupta
オムカルナス　ラムナス　ギュプタ
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Microelectronics and Computer Technology Corp
Original Assignee
Microelectronics and Computer Technology Corp
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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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
    • H10W40/40—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids
    • H10W40/47—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids by flowing liquids, e.g. forced water cooling

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  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は端部入出流液体熱交換器に関する。
従来の技術 電子チップのような電子素子を冷却するのに、液体冷却
熱交換器を使用することは公知である。
課題を解決するための手段 この発明は、離間したほぼ平行な複数個の冷却フィンを
もつ熱交換器において、液体冷却熱交換器を改蕾して高
性能を付与するものである。
この発明ではフィン間の液体チャンネルと整列している
液体流入口および液体流出口を用いて冷却効率を高め、
熱交換器の中心部を優先的に冷却する一方で、熱交換器
内の冷却液体の圧力降下をできるだけ小さくしている。
この発明によると、電子素子用の端部入出流液体熱交換
器は、底部と第１．第２端部とを有し、内部に空洞を形
成した本体を備えている。
離間したほぼ平行な複数個のフィンが空洞内に配置され
て底部に接続している。各フィンは本体の第１．第２端
部にそれぞれ隣接する第１端。
第２端を有する。本体の第１端部の中心に液体流入口を
設け、本体の第２端部の中心に液体流出口を設けて、各
フィンの第１端から第２端へとフィン間へ冷却液体を流
して、底部の中心部でのフィン間の流量を増大している
。中心部で液体速度が増大する結果、より多くの熱が中
心部の冷却フィンへ伝導されて、通常最も高温化してい
る熱交換器の中心部に対する優先冷却が行なえる。
また、この発明によると、フィン間の領域を除き流入口
から流出口にかけて本体内の液体横断面積をほぼ同じに
して圧力損失をできるだけ小さくする。
また、この発明によると、流入口と空洞との間および流
出口と空洞との間に、湾曲傾斜遷移部を設けて急激な液
体方向変化、急激な液体横断面変化をなくしている。遷
移部は、熱交換器の中心部を通る液体流の増量化も促進
する。
また、この発明によると、各フィンの第１゜第２端を底
部へ向けて下方かつ外方へ傾斜させ、フィン端での圧力
損失をできるだけ小さくして、底部の中心部での熱交換
領域をできるだけ大きくしている。
さらに、この発明によると、フィンの幅、高さ、フィン
間の間隔を調節して、熱交換器の底部の領域の温度を制
御する。すなわち、空洞の中心部におけるフィンの表面
積を空洞の縁におけるフィンの表面積よりも大きくして
中心部での熱伝導を増大させる。フィン間間隔が小さい
フィンを中心部に追加するか、小さい幅のフィンを設け
て中心部でのフィンの数や、フィン表面積を増やしたり
、フィンの高さを増したりすれば、中心部での表面積を
増大できる。フィン間の間隔を小さくすれば熱伝導の率
も増大する。
さらに、この発明によると、空洞の横断面形状を三角形
にすることができる。
実施例 以下、実施例によりこの発明の詳細な説明する。
第１図〜第３図において、この発明の端部入出流液体熱
交換器１０は、底部１４と、第１端部１６と、第２端部
１８とを具備する本体１２を有している。底部１４は、
チップ２０のような電子素子上に図示のように載置され
、一方、該電子素子は適宜な電気接続部材２２によって
基板２４へ接続される。上記熱交換器１０はチップ２０
を冷却する働きをする。
空洞２６が形成された本体１２は、底部１４に接続し相
互にほぼ平行な離間フィン３０ａ、　３０ｂ、　３０ｃ
、　３０ｄ、　３０ｅ、　３０ｆ、　３０ｇ、　３０ｈ
を備えている。便宜上、フィンの数を図示のようにした
が適宜の数のフィンを使用できる。
フィンの厚さやフィン間の間隔は変えることができ、例
えば、厚さは０．０２５４ｍｍ（０，００１０インチ）
または０．０５０８ｍｍ（０，００２０インチ）であり
、フィン間の間隔も０．０２５４ｍｍ（０，００１０イ
ンチ）または０、０５０８ｍｍ（０，００２０インチ）
である。
本体１２の第１端部１６の中心に液体流入口３２が形成
され、本体１２の第２端部１８の中心に液体流出口３４
が形成されていて、フィン間に水などの冷却液を流す。
各フィンは第１端３１と第２端３３とを有し、第１端３
１は本体１２の第１端部１６に隣接し第２端３３は本体
１２の第２端部１８に隣接する。
したがって、流入口３２からの流体は、各フィンの第１
端３１から第２端３２へと、該両端３１．３２間のチャ
ンネルを介して、流出口３４の側へ流れる。
通常、チップ２０中の熱源分布が名目上−様で、かつ該
チップの冷却化が名目上−様であっても、熱交換器１０
はその中心部で温度が最も高くなる。
しかし、この発明の上記構成によると該中心部を優先的
に冷却できるので、高い冷却度が得られるだけでなく、
高温化する恐れがある領域を格別によく冷却できる。こ
の効果は、管状の流入口３２および流出口３４中での最
高流速が流入口３２、流出口３４の軸中心に沿うことに
因る６したがって、外側フィン３０ａ、　３０ｂ、　３
０ｇ、　３０ｈ、の周りよりも、中心フィン３（Ｌｃ、
　３０ｄ、　３０ｅ、　３０ｆの周りの方が流れる液体
が多い。中心部で液体速度が増大する結果、より多くの
熱が中心部のフィンへ伝導されて、熱交換器１０の中心
部に対する優先冷却が行なえる。したがって、−様な冷
却方法だと高温化してしまうチップ２０の中心部に対し
て、冷却を促進できる。優先冷却によると、チップ２０
の表面上の多数点間の温度差も低減できる。
さらに、熱交換器の流入口３２と空洞２６との間に湾曲
傾斜遷移部４０、流出口３４と空洞２６との間に湾曲傾
斜遷移部４２を設けて速度変化をできるだけ小さくし、
圧力損失をできるだけ小さくしている。上記遷移部４０
．４２はまた空洞２６の中心部における液体流量を縁３
８よりも増して、上記中心部に対する所望の優先冷却を
助成する。
遷移部４０．４２を設けたことに−よって、急激な液体
方向変化、急激な液体横断面変化が回避される。すなわ
ち、湾曲部分４４は流入口３２と空洞２６との間に湾曲
入口を与え、湾曲部分４６は空洞ｚ６と流出口３４との
間に湾曲出口を与え、また、各遷移部４０．４２の傾斜
辺部分４８は第３図に示すようにフィン部に組み合わさ
れて、熱交換器の中心部における液体流量を縁３８より
も増している。
また、空洞２６を除き流入口３２から流出口３４にかけ
て本体内の液体横断面積をほぼ同じとして速度変化をで
きるだけ小さくし、圧力損失をできるだけ小さくしてい
る。すなわち、流入口３２の横断面積、遷移部４０の横
断面積、遷移部４２の横断面積、流出部３４の横断面積
はほぼ等しい。
しかし、空洞２６中のフィン間のスペースの横断面積は
、他の各部の横断面積の好ましくは約半分にして熱伝導
の率を高める。
なお、各フィンの端３１．３３は好ましくは面とりして
底部へ向けて下方かつ外方へ傾斜させる。
これによって、入口フィン、出口フィンでの圧力損失が
極めて小さくなり、圧力降下の少ない動作を実現できる
。さらに、上記傾斜端３１ｊ３を設けたことによって、
広いフィン面積が必要とされる中心領域におけるフィン
面積を広いフィン面積を必要としない第１端３１．第２
端３３でのフィン面積よりも大きくできるので、チップ
２０の面上の温度差を比較的小さくできる。また、傾斜
端３１．３２を選択することによって、遷移部４０、４
２の横断面積を調節できる。
全てのフィンの厚さを同じにし、同間隔で離間させても
よいが、フィンの幅やフィン間のチャンネル間隔を変え
て、縁のフィンよりも中心部のフィンの表面積を大きく
すれば、中心部での冷却をさらに促進できる。中心部に
１個以上のフィンを小間隔で追加し、例えば０．５０８
ｍｍ（０，０２０インチ）の間隔の４個のフィンに対し
て０．２５４ｍｍ（０，０１０インチ）の間隔の５個の
フィンを形成すれば冷却効果が上がる。この例では表面
積が２５％増大し、局地的な熱伝導の率が約８０％増大
し、全体として熱伝導の率は２．２５倍に増大する。
第３図かられかるように、フィン３０ａ〜３０ｈは全て
同じ厚さであるが中心部のフィン３０Ｃ１３０ｄ、３０
ｅ、３０ｆ間の離間間隔が小さく、本体１２の縁でのフ
ィン３０ａ、３０ｂ、３０ｇ、３０ｈに比べて本体１２
の中心部のフィンの全表面積のが大きい。
したがって中心部の熱伝導の率が増大し、特に中心部で
の液体流速の増大と相俟って、中心部での局地的熱伝導
を増大させる。
第４図はフィンの他の実施例を示し、この実施例では中
心フィン５０ｃ、５０ｄ、５０ｅ、５０ｆは縁のフィン
５０ａ、５０ｂ、５０ｇ、５０ｈよりも近接離間してい
ることに加えて厚さが薄く、これによって中心部のフィ
ン表面積をさらに増し局地的熱伝導の率をさらに増大し
ている。
第５図、第６図はさらに他の実施例を示し、第１図〜第
３図中の部材と同等の部材は、添字［ａ」を付した同一
符号で示しである。フィン６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６
０ｄ、６０ｅ、６０ｆを収容する空洞２６ａは横断面形
状が三角形であるので、空洞２６ａの中心部を流れる液
体流は、速度が増大するだけでなく、縁３８ａの近くを
流れる液体よりも体積がかなり大きい。中心に近い程フ
ィンの高さを大きくしてフィンの表面積を大きくできる
ので、熱交換器１０ａの中心部での冷却効率をさらに高
めることができる。第６図に示すように、フィン６０ａ
〜６０ｆは厚さ、間隔共に同じであるが、必要により厚
さ、間隔を変えて底部１４ａの領域の温度を調節するこ
とができる。
上記したこの発明によると、大きさが１　ｃｕｔの１０
０ワツトのチップを冷却して８５℃以下の温度に保つこ
とが可能である。さらにこの発明によると、チップ上の
温度差を１５６〜２０℃の範囲に保つことが可能である
。この発明では低い熱抵抗を達成するために、優先的な
中心部での液体速度を高めることによって、高い熱伝導
を得ること、フィン間の数を多くしたり種々の幅、高さ
のフィン間の間隔を小さくしたりして中心部のフィン面
積を大きくすること、中心部への優先的流れを促進する
液体流の状態を得ることなどを行なっているが、これら
全てによってチップ上での温度差の低減も達成できる。
さらにこの発明では熱交換器内での圧力降下を小さくす
るために、液体の流路に沿っての速度変化をできるだけ
小さくし、液体流の方向を変える壁面を湾曲させ、かつ
、全圧力降下を低減する再生技術を用いている。
したがって、この発明は既述の諸口的かつ他の本来の利
点を達成するものである。この発明の上記の実施例は説
明のために用いたものであり、その構造及び諸部品の配
置の詳細にわたる数多くの変形が、この発明の特許請求
の範囲内で当業者によって実施できる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の熱交換器の一実施例を示す縦断正面
図、第２図は第１図の線２−２に沿う横断面図、第３図
は第１図の線３−３に沿う横断面図、第４図はフィンの
他の実施例を示す横断面図、第５図はこの発明の熱交換
器の他の実施例を示す縦断正面図、第６図は第５図の線
６−６に沿う横断面図である。 １０、１０ａ・・・端部入出流液体熱交換器１２．１２
ａ−−−本　　体　　　　１４．１４ａ・＝底　部１６
，１６ａ−−−第１端部　　　　１８，１８ａ・−第２
端部２６、２６ａ・・・空　　洞 ３０ａ　〜３０ｈ、　５０　ａ　〜５０ｈ、　６０ａ　
〜６０ｆ　−フィン３１・・・第１端　　　　　　　３
３・・・第２端３２、３２ａ・・・液体流入口 ３４、３４ａ・・・液体流出口

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. １．電子素子用の端部入出流液体熱交換器であって、底
    部と第１，第２端部とを有し内部に空洞を形成した本体
    と、空洞内で離間配置されて底部に接続し、かつ本体の
    第１、第２端部にそれぞれ隣接する第１端、第２端を有
    するほぼ平行な複数個のフィンと、中心部でのフィン間
    の流量が多くなるように、各フィンの第１端から第２端
    へとフィン間へ冷却液体を流すために、本体の第１端部
    の中心に設けた液体流入口および本体の第２端部の中心
    に設けた液体流出口とを備えている端部入出流液体熱交
    換器。
  2. ２．請求項１において、空洞内の領域を除き流入口から
    流出口にかけて本体内の液体横断面積をほぼ同じにして
    、圧力損失をできるだけ小さくした端部入出流液体熱交
    換器。
  3. ３．請求項２において、空洞内の横断面積は本体内の他
    の横断面の約半分となっている端部入出流液体熱交換器
    。
  4. ４．請求項１において、流入口と空洞との間および流出
    口と空洞との間に、湾曲傾斜遷移部を設けて、急激な液
    体方向変化、急激な液体横断面変化をなくした端部入出
    流液体熱交換器。
  5. ５．請求項１において、各フィンの第１，第２端を底部
    へ向けて下方かつ外方へ傾斜させて圧力降下を小さくし
    た端部入出流液体熱交換器。
  6. ６．請求項１において、空洞の中心部におけるフィンの
    表面積を縁におけるフィンの表面積よりも大きくして、
    熱伝導を増大した端部入出流液体熱交換器。
  7. ７．請求項６において、中心部のフィンの数を増やし、
    該フィン間の間隔を小さくして、中心部でのフィン表面
    積を増やした端部入出流液体熱交換器。
  8. ８．請求項１において、空洞の中心部のフィンを空洞の
    縁のフィンよりも近接配置して、空洞の中心部での熱伝
    導率を高めた端部入出流液体熱交換器。
  9. ９．請求項１において、空洞の横断面形状が三角形であ
    る端部入出流液体熱交換器。
  10. １０．電子素子用の端部入出流液体熱交換器であって、
    底部と第１，第２端部とを有し内部に空洞を形成した本
    体と、空洞内で離間配置されて底部に接続し、かつ本体
    の第１，第２端部にそれぞれ接続する第１，第２端を有
    し、前記底部上に載置された電子素子を冷却するほぼ平
    行な複数個のフィンと、空洞内のフィン間の流量が多く
    なるように、各フィンの第１端から第２端へとフィン間
    へ冷却液体を流すために、本体の第１端部の中心に設け
    た液体流入口および本体の第２端部の中心に設けた液体
    流出口とを備え、本体の流入口と空洞との間および流出
    口と空洞との間に湾曲傾斜遷移部を設けて急激な液体方
    向変化、急激な液体横断面変化をなくし、空洞内の領域
    を除いて、流入口から流出口にかけて本体内の液体横断
    面積をほぼ同じにして圧力損失をできるだけ小さくし、
    空洞内の横断面積は他の横断面の約半分である端部入出
    流液体熱交換器。
JP1181648A 1988-07-14 1989-07-13 端部入出流液体熱交換器 Pending JPH031561A (ja)

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US07/220,758 US4884630A (en) 1988-07-14 1988-07-14 End fed liquid heat exchanger for an electronic component
US220758 1988-07-14

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JPH031561A true JPH031561A (ja) 1991-01-08

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ID=22824840

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