JPH0334231B2 - - Google Patents
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- JPH0334231B2 JPH0334231B2 JP60259284A JP25928485A JPH0334231B2 JP H0334231 B2 JPH0334231 B2 JP H0334231B2 JP 60259284 A JP60259284 A JP 60259284A JP 25928485 A JP25928485 A JP 25928485A JP H0334231 B2 JPH0334231 B2 JP H0334231B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat transfer
- integrated circuit
- nozzle
- flexible elastic
- cooling
- 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.)
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Classifications
-
- 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
- H10W40/475—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids by flowing liquids, e.g. forced water cooling using jet impingement
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、基板に装着した集積回路素子を液冷
する冷却装置に関する。
する冷却装置に関する。
集積回路素子は動作中発熱があり、一方、集積
回路素子の温度は許容範囲内に収める必要がある
為、その熱を放散する技術は重要なものとなつて
いる。これらの技術は主に空冷と液冷の2つの基
本的手段に分けられるが特に発熱の著しいものは
液冷方式が採用されることが多い。第4図はそれ
の液冷装置の一例を示し、10は基板(プリント
基板)、12は該基板10に取付けられた集積回
路素子(パツケージに収められた又はチツプが露
出した状態の集積回路)である。20は冷却体
で、本体は薄型矩形箱状体であり、内部は仕切壁
により区切られて上下に2分されている。20a
は該本体の上板、20bは同下板、20cは仕切
壁である。下板20bにはベローズ、ダイヤフラ
ムなどの可撓性弾性構造体(以下ベローズとい
う)22a,22b,……が取付けられ、これら
のベローズの中央には仕切壁20cより垂下する
短円筒24a,24b,……が設けられる。
回路素子の温度は許容範囲内に収める必要がある
為、その熱を放散する技術は重要なものとなつて
いる。これらの技術は主に空冷と液冷の2つの基
本的手段に分けられるが特に発熱の著しいものは
液冷方式が採用されることが多い。第4図はそれ
の液冷装置の一例を示し、10は基板(プリント
基板)、12は該基板10に取付けられた集積回
路素子(パツケージに収められた又はチツプが露
出した状態の集積回路)である。20は冷却体
で、本体は薄型矩形箱状体であり、内部は仕切壁
により区切られて上下に2分されている。20a
は該本体の上板、20bは同下板、20cは仕切
壁である。下板20bにはベローズ、ダイヤフラ
ムなどの可撓性弾性構造体(以下ベローズとい
う)22a,22b,……が取付けられ、これら
のベローズの中央には仕切壁20cより垂下する
短円筒24a,24b,……が設けられる。
基板10上に多数の集積回路素子12がマトリ
クス状に配設されているとしてこの冷却体20は
多数のベローズ22a,22b,……を各集積回
路素子に対応させて、従つてマトリクス状に並べ
て配設しており、装着した状態では図示ように各
ベローズの伝熱板26が各々の直下の集積回路素
子12を押圧する。本体部の上板20aと仕切壁
20cとの間の空間には冷媒液(水又はフレオン
(商標)等)が供給され、この冷媒液は各ベロー
ズの所で短円筒24a,24b,……を通つて降
下し、ベローズの伝熱面28に当つて該伝熱板2
6従つて集積回路素子12を冷却し、然るのち仕
切壁20cと下板20bとの間の空間を通つて排
出口へ流れる。
クス状に配設されているとしてこの冷却体20は
多数のベローズ22a,22b,……を各集積回
路素子に対応させて、従つてマトリクス状に並べ
て配設しており、装着した状態では図示ように各
ベローズの伝熱板26が各々の直下の集積回路素
子12を押圧する。本体部の上板20aと仕切壁
20cとの間の空間には冷媒液(水又はフレオン
(商標)等)が供給され、この冷媒液は各ベロー
ズの所で短円筒24a,24b,……を通つて降
下し、ベローズの伝熱面28に当つて該伝熱板2
6従つて集積回路素子12を冷却し、然るのち仕
切壁20cと下板20bとの間の空間を通つて排
出口へ流れる。
このような冷却装置で冷却能力を高めるには、
冷媒液の温度を下げる、熱抵抗を下げる、等の手
段がある。伝熱面と冷媒間の熱抵抗Rは伝熱面積
をA、全面平均熱伝達率をとして、R=1/
(A・)の関係があるから、これを下げるには
A及びを大にすればよい。伝熱面を凹凸にする
ことは通常伝達面積Aの増大を狙つたものである
が、単純に面を凹凸にすると冷媒の死水域(流れ
が淀む領域)が発生し、その部分で局所の熱伝達
率hひいては全面平均熱伝達率が悪くなつて、
冷却能力は期待したほど向上しない。
冷媒液の温度を下げる、熱抵抗を下げる、等の手
段がある。伝熱面と冷媒間の熱抵抗Rは伝熱面積
をA、全面平均熱伝達率をとして、R=1/
(A・)の関係があるから、これを下げるには
A及びを大にすればよい。伝熱面を凹凸にする
ことは通常伝達面積Aの増大を狙つたものである
が、単純に面を凹凸にすると冷媒の死水域(流れ
が淀む領域)が発生し、その部分で局所の熱伝達
率hひいては全面平均熱伝達率が悪くなつて、
冷却能力は期待したほど向上しない。
第5図aは伝熱面に多数の平行な角棒状突出部
を形成した例を示す。30は該伝熱板、32は突
出部である。34はノズルで、断面は矩形であ
り、その長辺は角棒状突出部32と平行である。
このノズル34から矢印で示すように冷媒を流出
させ、冷却板30の突出部32がある面へ当て
る。このようにすると第5図bで示すように、伝
熱面を流れる冷媒が乱されて伝熱面に沿う流れが
剥離し、渦を発生する。この渦は局所熱伝達率h
の増大に効果がある。層流から剥離して渦形成に
向つた流れは再付着点RLで冷却板30に接する
が、局所熱伝達率hはこの部分で特に向上する。
第5図cの曲線Aは冷却面に突出部34を付さな
い状態での局所熱伝達率hの分布を示し、それは
ノズル直下の岐点Oでは大きいが、それから離れ
るにつれて減少する傾向がある。曲線Bは突出部
32を形成した場合で、この場合は図示のように
ノズル直下Oから離れても局所熱伝達率hは中々
低下せず、従つて、適当な領域を選べば、その領
域における平均熱伝達率は効果的に向上するこ
とになる。なおこの熱伝達率の向上効果及び曲線
Bの形状はノズルから伝熱面までの距離H、突出
部32の幅W、高さe、ピツチPにより変る。
を形成した例を示す。30は該伝熱板、32は突
出部である。34はノズルで、断面は矩形であ
り、その長辺は角棒状突出部32と平行である。
このノズル34から矢印で示すように冷媒を流出
させ、冷却板30の突出部32がある面へ当て
る。このようにすると第5図bで示すように、伝
熱面を流れる冷媒が乱されて伝熱面に沿う流れが
剥離し、渦を発生する。この渦は局所熱伝達率h
の増大に効果がある。層流から剥離して渦形成に
向つた流れは再付着点RLで冷却板30に接する
が、局所熱伝達率hはこの部分で特に向上する。
第5図cの曲線Aは冷却面に突出部34を付さな
い状態での局所熱伝達率hの分布を示し、それは
ノズル直下の岐点Oでは大きいが、それから離れ
るにつれて減少する傾向がある。曲線Bは突出部
32を形成した場合で、この場合は図示のように
ノズル直下Oから離れても局所熱伝達率hは中々
低下せず、従つて、適当な領域を選べば、その領
域における平均熱伝達率は効果的に向上するこ
とになる。なおこの熱伝達率の向上効果及び曲線
Bの形状はノズルから伝熱面までの距離H、突出
部32の幅W、高さe、ピツチPにより変る。
本発明はかゝる効果を岐点から遠ざかつた部分
の面積割合が大きな同心円形状に利用して、効果
的に集積回路素子を冷却することができる装置を
提供しようとするものである。
の面積割合が大きな同心円形状に利用して、効果
的に集積回路素子を冷却することができる装置を
提供しようとするものである。
本発明は、基板状の集積回路素子に伝熱板を当
接、或いは熱的に接合するベローズやダイヤフラ
ムなどの可撓性弾性構造体を備え、該可撓性弾性
構造体内中央部にノズルを有して、該ノズルより
冷媒を可撓性弾性構造体の伝熱面の中央に向けて
流出させ、該可撓性弾性構造体の伝熱板及び集積
回路素子を冷却する装置において、該可撓性弾性
構造体の伝熱のノズル側に、ノズル軸心に中心を
合わせた同心円状の複数の環状突出部を設けたこ
とを特徴とするものである。
接、或いは熱的に接合するベローズやダイヤフラ
ムなどの可撓性弾性構造体を備え、該可撓性弾性
構造体内中央部にノズルを有して、該ノズルより
冷媒を可撓性弾性構造体の伝熱面の中央に向けて
流出させ、該可撓性弾性構造体の伝熱板及び集積
回路素子を冷却する装置において、該可撓性弾性
構造体の伝熱のノズル側に、ノズル軸心に中心を
合わせた同心円状の複数の環状突出部を設けたこ
とを特徴とするものである。
可撓性弾性構造体の伝熱面に同心円状の突出部
を設けると、冷媒の渦が発生、保持され、可撓性
弾性構造体の伝熱板ひいては、集積回路素子の冷
却能力を高めることができる。
を設けると、冷媒の渦が発生、保持され、可撓性
弾性構造体の伝熱板ひいては、集積回路素子の冷
却能力を高めることができる。
第1図に本発明の実施例を示す。この図で第4
図と同じ部分には同じ符号を付して示す。36は
第4図の突出部32と同様な突出部であるが、第
1図cに示すように同心円状の円環状をなす。断
面は第1図bに示すように矩形である。26はベ
ローズ22の伝熱板であり、円板状である。仕切
壁20cから垂下する短円筒24はその中心を底
板26及び突出部36の中心に合わせてあり、従
つてノズルとなる該短円筒24より流出する冷媒
は伝熱板26の中心部に当り、然るのち伝熱板表
面に沿つて放射状に拡がり、第2図aに示すよう
に突出部36の間で渦を発生する。同心円状の突
出部36を設けると底板26の表面積が増加し、
これによる冷却能力の向上があるが、局所熱伝達
率hも特に岐点から離れた部分(同心円状である
から特にこの部分の面積割合は大きい)で向上す
るので、ひいては全面平均熱伝達率の向上も大
きく、冷却能力は該表面積増加によるもの以上に
向上する。
図と同じ部分には同じ符号を付して示す。36は
第4図の突出部32と同様な突出部であるが、第
1図cに示すように同心円状の円環状をなす。断
面は第1図bに示すように矩形である。26はベ
ローズ22の伝熱板であり、円板状である。仕切
壁20cから垂下する短円筒24はその中心を底
板26及び突出部36の中心に合わせてあり、従
つてノズルとなる該短円筒24より流出する冷媒
は伝熱板26の中心部に当り、然るのち伝熱板表
面に沿つて放射状に拡がり、第2図aに示すよう
に突出部36の間で渦を発生する。同心円状の突
出部36を設けると底板26の表面積が増加し、
これによる冷却能力の向上があるが、局所熱伝達
率hも特に岐点から離れた部分(同心円状である
から特にこの部分の面積割合は大きい)で向上す
るので、ひいては全面平均熱伝達率の向上も大
きく、冷却能力は該表面積増加によるもの以上に
向上する。
突出部36は渦を発生するものなので、平板上
に断面矩形の円環を置いた形状でなく、更に渦が
発生しそれが、保持され易い形状にしてもよい。
第2図bはその一例で、突出部36間の突出部側
壁及び底板36に断面半円状の溝38を設けてい
る。ノズル径D突出部の幅W高さe、ピツチPの
関係をW/D=0.1、e/W=1、P/e=5と
した第2図aのものAとw、pはaと等しくした
まま、溝を半円形とした第2図bのものBを製作
し、冷媒と伝熱面間の熱抵抗Rを凹凸のない場合
と同一条件で比較したところ第3図の結果を得
た。曲線A,Bは上記A,Bについての特性、C
は凹凸のないものについての特性である。流量に
よつては、突出部によつてその熱抵抗Rは半分以
下に低下することがわかる。なお横軸は冷媒の流
量Qである。又、この結果はH/D≦6〜8のポ
テンシヤルコア内で得られたものである。
に断面矩形の円環を置いた形状でなく、更に渦が
発生しそれが、保持され易い形状にしてもよい。
第2図bはその一例で、突出部36間の突出部側
壁及び底板36に断面半円状の溝38を設けてい
る。ノズル径D突出部の幅W高さe、ピツチPの
関係をW/D=0.1、e/W=1、P/e=5と
した第2図aのものAとw、pはaと等しくした
まま、溝を半円形とした第2図bのものBを製作
し、冷媒と伝熱面間の熱抵抗Rを凹凸のない場合
と同一条件で比較したところ第3図の結果を得
た。曲線A,Bは上記A,Bについての特性、C
は凹凸のないものについての特性である。流量に
よつては、突出部によつてその熱抵抗Rは半分以
下に低下することがわかる。なお横軸は冷媒の流
量Qである。又、この結果はH/D≦6〜8のポ
テンシヤルコア内で得られたものである。
この同心円状突出部付き冷却面の各部の寸法の
最適値はノズルのサイズによつても変る。ノズル
(短円筒)24の直径をD、伝熱面からの高さを
H、該ノズルからの冷媒を流速をuとして、たと
えばH/D<6〜8(ポテンシアルコア)、レイノ
ズル数Red=uD/ν=1000〜数万の場合(ただ
しνは動粘性係数)、第2図aのタイプAでは
e/Dは1/20〜1/3、P/e=3〜10、W/
e=1程度が好ましい。また第2図bのタイプB
ではP/D=0.2〜2、W/D=1/20〜1/3
程度とするのが好ましい。
最適値はノズルのサイズによつても変る。ノズル
(短円筒)24の直径をD、伝熱面からの高さを
H、該ノズルからの冷媒を流速をuとして、たと
えばH/D<6〜8(ポテンシアルコア)、レイノ
ズル数Red=uD/ν=1000〜数万の場合(ただ
しνは動粘性係数)、第2図aのタイプAでは
e/Dは1/20〜1/3、P/e=3〜10、W/
e=1程度が好ましい。また第2図bのタイプB
ではP/D=0.2〜2、W/D=1/20〜1/3
程度とするのが好ましい。
同心円状の突出部は、各々完全な円環状でなく
て、一部に切欠部があり、該切欠部は隣接する各
突出部では位置がずれている如き形状のものでも
よい。また図面では冷却体20は基板10及び集
積回路素子12の上に置かれるが、これらを上下
を逆にしてもよい。
て、一部に切欠部があり、該切欠部は隣接する各
突出部では位置がずれている如き形状のものでも
よい。また図面では冷却体20は基板10及び集
積回路素子12の上に置かれるが、これらを上下
を逆にしてもよい。
以上説明したように本発明によれば、可撓性弾
性構造体の底板の伝熱面に同心円状の突出部を設
けるという簡単な手段で、冷媒を供給される可撓
性弾性構造体を備える集積回路素子の冷却装置の
冷却能力、特に該可撓性弾性構造体の底板のノズ
ル直下から離れた部分(同心円であるから特にこ
の部分の面積割合は大きい)における局所熱伝達
率ひいては伝熱面全体の平均熱伝達率を高めるこ
とができ、甚だ有効である。特に、高集積度を有
する大寸法の集積回路素子においては、その効果
は絶大である。
性構造体の底板の伝熱面に同心円状の突出部を設
けるという簡単な手段で、冷媒を供給される可撓
性弾性構造体を備える集積回路素子の冷却装置の
冷却能力、特に該可撓性弾性構造体の底板のノズ
ル直下から離れた部分(同心円であるから特にこ
の部分の面積割合は大きい)における局所熱伝達
率ひいては伝熱面全体の平均熱伝達率を高めるこ
とができ、甚だ有効である。特に、高集積度を有
する大寸法の集積回路素子においては、その効果
は絶大である。
第1図は本発明の実施例を示す説明図、第2図
は突出部の2例を示す説明図、第3図は熱抵抗の
特性図、第4図は従来例を示す説明図、第5図は
突出部効果の説明図である。 図面で10は基板、12は集積回路素子、22
はベローズ、24はノズル、36は環状突出部で
ある。
は突出部の2例を示す説明図、第3図は熱抵抗の
特性図、第4図は従来例を示す説明図、第5図は
突出部効果の説明図である。 図面で10は基板、12は集積回路素子、22
はベローズ、24はノズル、36は環状突出部で
ある。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 基板上の集積回路素子に伝熱板を当接或いは
熱的に接合する可撓性弾性構造体を備え、該可撓
性弾性構造体内中央部にノズルを有して、該ノズ
ルより冷媒を可撓性弾性構造体の伝熱面の中央に
向けて流出させ、該可撓性弾性構造体伝熱板及び
集積回路素子を冷却する装置において、 該可撓性弾性構造体の伝熱面のノズル側に、ノ
ズル軸心に中心を合わせた同心円状の複数の環状
突出部を設けたことを特徴とする集積回路素子の
冷却装置。 2 同心円状の複数の環状突出部の間は、断面が
半円状の溝にされてなることを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の集積回路素子の冷却装置。
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60259284A JPS62119947A (ja) | 1985-11-19 | 1985-11-19 | 集積回路素子の冷却装置 |
| US06/914,942 US4879632A (en) | 1985-10-04 | 1986-10-03 | Cooling system for an electronic circuit device |
| DE3650719T DE3650719T2 (de) | 1985-11-19 | 1986-10-03 | Kühlmodule für Vorrichtungen mit elektronischem Schaltkreis |
| DE3650687T DE3650687T2 (de) | 1985-10-04 | 1986-10-03 | Kühlmodule für Vorrichtungen mit elektronischem Schaltkreis |
| EP92100518A EP0483108B1 (en) | 1985-10-04 | 1986-10-03 | Cooling modules for electronic circuit components |
| EP92100517A EP0484320B1 (en) | 1985-11-19 | 1986-10-03 | Cooling modules for electronic circuit devices |
| EP86307669A EP0217676B1 (en) | 1985-10-04 | 1986-10-03 | Cooling system for electronic circuit device |
| DE86307669T DE3688962T2 (de) | 1985-10-04 | 1986-10-03 | Kühlsystem für eine elektronische Schaltungsanordnung. |
| US07/079,877 US4783721A (en) | 1985-10-04 | 1987-07-30 | Cooling system for an electronic circuit device |
| US07/079,876 US4920574A (en) | 1985-10-04 | 1987-07-30 | Cooling system for an electronic circuit device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60259284A JPS62119947A (ja) | 1985-11-19 | 1985-11-19 | 集積回路素子の冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62119947A JPS62119947A (ja) | 1987-06-01 |
| JPH0334231B2 true JPH0334231B2 (ja) | 1991-05-21 |
Family
ID=17331946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60259284A Granted JPS62119947A (ja) | 1985-10-04 | 1985-11-19 | 集積回路素子の冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62119947A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5365400A (en) * | 1988-09-09 | 1994-11-15 | Hitachi, Ltd. | Heat sinks and semiconductor cooling device using the heat sinks |
| JP2995590B2 (ja) * | 1991-06-26 | 1999-12-27 | 株式会社日立製作所 | 半導体冷却装置 |
| US20030155434A1 (en) | 2002-02-01 | 2003-08-21 | Rini Daniel P. | Spray nozzle apparatus and method of use |
| US7654100B2 (en) | 2001-04-26 | 2010-02-02 | Rini Technologies, Inc. | Method and apparatus for high heat flux heat transfer |
| US6993926B2 (en) | 2001-04-26 | 2006-02-07 | Rini Technologies, Inc. | Method and apparatus for high heat flux heat transfer |
| AU2003216085A1 (en) * | 2002-01-22 | 2003-09-02 | Rini Technologies, Inc. | Method and apparatus for high heat flux heat transfer |
-
1985
- 1985-11-19 JP JP60259284A patent/JPS62119947A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62119947A (ja) | 1987-06-01 |
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