JPH06112384A - 集積回路用冷却装置 - Google Patents
集積回路用冷却装置Info
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- JPH06112384A JPH06112384A JP4031634A JP3163492A JPH06112384A JP H06112384 A JPH06112384 A JP H06112384A JP 4031634 A JP4031634 A JP 4031634A JP 3163492 A JP3163492 A JP 3163492A JP H06112384 A JPH06112384 A JP H06112384A
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- Japan
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- fixed piston
- integrated circuit
- housing
- refrigerant
- piston
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- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
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- H10W40/70—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control
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- Y10S165/908—Fluid jets
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 集積回路を有効に冷却すると共に、冷却用の
冷媒のもれを有効に排除し得る集積回路用冷却装置を提
供すること。 【構成】 有底部外面が配線基板2上に搭載された集積
回路1に当接される有底円筒状の固定ピストン3と、こ
の固定ピストン3を収容し保持するハウジング8と、固
定ピストン3内に液体冷媒を噴射するノズル13とを設
け、固定ピストン3内に噴射された冷媒を外部へ排出す
る冷媒流路16をハウジング8に固定装備したこと。
冷媒のもれを有効に排除し得る集積回路用冷却装置を提
供すること。 【構成】 有底部外面が配線基板2上に搭載された集積
回路1に当接される有底円筒状の固定ピストン3と、こ
の固定ピストン3を収容し保持するハウジング8と、固
定ピストン3内に液体冷媒を噴射するノズル13とを設
け、固定ピストン3内に噴射された冷媒を外部へ排出す
る冷媒流路16をハウジング8に固定装備したこと。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、集積回路用冷却装置に
関し、とくに情報処理装置などの電子機器を構成する集
積回路の近傍に冷媒を循環させて当該集積回路を冷却す
る集積回路用冷却装置に関する。
関し、とくに情報処理装置などの電子機器を構成する集
積回路の近傍に冷媒を循環させて当該集積回路を冷却す
る集積回路用冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来この種の冷却構造としては、例えば
図8に示す例(S.Oktay,H.C.Kammerer “A
Conduction-Cooled Module for High Performance
LSIDevise ”IBM J.RES.DEVELO
P Vol.26 No.1 Jan.1982による)のよ
うに、集積回路801にばね805によりピストン80
4を押し付けて熱を奪い、その熱をヘリウムガス810
を充填した空間を通してハット806,介在層807を
経て冷却板808へ伝え、冷媒809へ放熱する方法が
ある。また、図9に示すように、チップ901で発生し
た熱を伝熱基板903,可変形成伝熱体904,伝熱板
905へと順次伝え、ノズル906から液体冷媒を噴出
させて伝熱板905を冷却する、という手法のものもあ
る。
図8に示す例(S.Oktay,H.C.Kammerer “A
Conduction-Cooled Module for High Performance
LSIDevise ”IBM J.RES.DEVELO
P Vol.26 No.1 Jan.1982による)のよ
うに、集積回路801にばね805によりピストン80
4を押し付けて熱を奪い、その熱をヘリウムガス810
を充填した空間を通してハット806,介在層807を
経て冷却板808へ伝え、冷媒809へ放熱する方法が
ある。また、図9に示すように、チップ901で発生し
た熱を伝熱基板903,可変形成伝熱体904,伝熱板
905へと順次伝え、ノズル906から液体冷媒を噴出
させて伝熱板905を冷却する、という手法のものもあ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の冷却構
造のうち、図8の例では冷却板内の冷媒流路は、強制対
流による熱伝達を目的として形成されている。このた
め、得られる熱伝達係数は0.1〜0.5〔W/cm2
℃〕程度であって集積回路の高集積化が進み消費電力が
増大すると、冷却能力が不足する。
造のうち、図8の例では冷却板内の冷媒流路は、強制対
流による熱伝達を目的として形成されている。このた
め、得られる熱伝達係数は0.1〜0.5〔W/cm2
℃〕程度であって集積回路の高集積化が進み消費電力が
増大すると、冷却能力が不足する。
【0004】一方、図9に示した従来例においては、薄
肉のベローズに使用しているため液体冷媒により腐食が
発生して穴があき、冷媒が漏出する恐れがあるという不
都合があった。
肉のベローズに使用しているため液体冷媒により腐食が
発生して穴があき、冷媒が漏出する恐れがあるという不
都合があった。
【0005】
【発明の目的】本発明では、かかる従来例の有する不都
合を改善し、とくに、集積回路を有効に冷却すると共
に、冷却用の冷媒のもれを有効に排除し得る集積回路用
冷却装置を提供することを、その目的とする。
合を改善し、とくに、集積回路を有効に冷却すると共
に、冷却用の冷媒のもれを有効に排除し得る集積回路用
冷却装置を提供することを、その目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明では、有底部外面
が配線基板上に搭載された集積回路に当接される有底円
筒状の固定ピストンと、この固定ピストンを収容し保持
するハウジングと、固定ピストン内に液体冷媒を噴射す
るノズルとを設けている。そして、固定ピストン内に噴
射された冷媒を外部へ排出する冷媒流路をハウジングに
固定装備する、という構成を採っている。これによって
前術した目的を達成しようとするものである。
が配線基板上に搭載された集積回路に当接される有底円
筒状の固定ピストンと、この固定ピストンを収容し保持
するハウジングと、固定ピストン内に液体冷媒を噴射す
るノズルとを設けている。そして、固定ピストン内に噴
射された冷媒を外部へ排出する冷媒流路をハウジングに
固定装備する、という構成を採っている。これによって
前術した目的を達成しようとするものである。
【0007】
【発明の実施例】次に、本発明の一実施例を添付図面を
参照して説明する。図1に、本発明の第1実施例を示
す。この図1において、符号1は集積回路を示し、符合
2は集積回路1を複数個搭載し給電及び信号の接続を行
うための配線基板を示す。符号3は固定ピストンで片側
が閉じられた円筒形をしており銅などの熱伝導率が高く
耐食性にすぐれた金属で作られる。この固定ピストン3
は図2に示すように、円筒の開口部側の側面に耳状の突
起部4を有し、すり割り5とネジ穴6が設けられてお
り、ネジ7が挿入されている。符号8は固定ピストン3
を収容するハウジングであり、各々の集積回路1の位置
に対応して穴9が設けられ、それぞれの穴に固定ピスト
ン3が挿入されるようになっている。また、固定ピスト
ン8の突起部に対応する部分には溝状の切欠きがある。
穴9の内壁にはOリング溝が設けられてOリング11が
取り付けられている。符号12は第1のカバーで、ノズ
ル13が各々のピストン3に対応して取り付けられ、ま
た冷媒出口14が設けられている。符号15は第2のカ
バーで溝状の冷媒流路16が設けられている。液体冷媒
は冷媒流路16からノズル13に流れ込みピストン3の
閉じられた端の内壁に垂直に衝突し、冷媒出口14を経
て冷媒流路16へ流れ、隣接するピストンに対応するノ
ズルへと流れる。このとき、ピストン3とハウジング8
との間にはOリング11が取り付けられているので、液
体冷媒はOリング11によりシールされ、集積回路1や
配線基板2に接触することがない。図3に示すようにピ
ストン3の突起部4に設けられたすり割り5はネジ穴6
にネジ7を入れて締付けることにより広げられるので、
突起部4がハウジング8の溝状の切欠きに押し付けられ
摩擦力によりピストン3がハウジング8に固定される
(図3〜図6参照)。この機構により、集積回路1にて
発生した熱は、ピストン3に伝わり、ピストン3の内壁
に衝突する液体冷媒に伝わって排熱される。実験によれ
ばピストン3と液体冷媒との熱伝達係数は104 〔W/
m2 ・ K〕以上が可能である。ここで、図1に示した実
施例では集積回路1と固定ピストン3とを直接接触させ
る構造としたが、シリコーンオイル等に金属酸化物等熱
伝導性のフィラーを混合したペースト状の熱伝導性コン
パウンドを集積回路1とピストン3との間に充填する方
法も考えられる。
参照して説明する。図1に、本発明の第1実施例を示
す。この図1において、符号1は集積回路を示し、符合
2は集積回路1を複数個搭載し給電及び信号の接続を行
うための配線基板を示す。符号3は固定ピストンで片側
が閉じられた円筒形をしており銅などの熱伝導率が高く
耐食性にすぐれた金属で作られる。この固定ピストン3
は図2に示すように、円筒の開口部側の側面に耳状の突
起部4を有し、すり割り5とネジ穴6が設けられてお
り、ネジ7が挿入されている。符号8は固定ピストン3
を収容するハウジングであり、各々の集積回路1の位置
に対応して穴9が設けられ、それぞれの穴に固定ピスト
ン3が挿入されるようになっている。また、固定ピスト
ン8の突起部に対応する部分には溝状の切欠きがある。
穴9の内壁にはOリング溝が設けられてOリング11が
取り付けられている。符号12は第1のカバーで、ノズ
ル13が各々のピストン3に対応して取り付けられ、ま
た冷媒出口14が設けられている。符号15は第2のカ
バーで溝状の冷媒流路16が設けられている。液体冷媒
は冷媒流路16からノズル13に流れ込みピストン3の
閉じられた端の内壁に垂直に衝突し、冷媒出口14を経
て冷媒流路16へ流れ、隣接するピストンに対応するノ
ズルへと流れる。このとき、ピストン3とハウジング8
との間にはOリング11が取り付けられているので、液
体冷媒はOリング11によりシールされ、集積回路1や
配線基板2に接触することがない。図3に示すようにピ
ストン3の突起部4に設けられたすり割り5はネジ穴6
にネジ7を入れて締付けることにより広げられるので、
突起部4がハウジング8の溝状の切欠きに押し付けられ
摩擦力によりピストン3がハウジング8に固定される
(図3〜図6参照)。この機構により、集積回路1にて
発生した熱は、ピストン3に伝わり、ピストン3の内壁
に衝突する液体冷媒に伝わって排熱される。実験によれ
ばピストン3と液体冷媒との熱伝達係数は104 〔W/
m2 ・ K〕以上が可能である。ここで、図1に示した実
施例では集積回路1と固定ピストン3とを直接接触させ
る構造としたが、シリコーンオイル等に金属酸化物等熱
伝導性のフィラーを混合したペースト状の熱伝導性コン
パウンドを集積回路1とピストン3との間に充填する方
法も考えられる。
【0008】図7は本発明の第2の実施例を示す図であ
る。この第2実施例は、図1に示す第1実施例において
固定ピストン3の内部に、ノズル13を先端を囲むよう
に円筒フィン17を設けたものである。円筒フィン17
はピストン3と同じ材質で作られ、ピストン3にろう付
けされる。円筒フィン17には小孔18が多数あいてお
り、液体冷媒はこれら小孔18を通って円筒フィン17
の内側から外側へと流れる。円筒フィン17を設けるこ
とにより伝熱面積が増大する。
る。この第2実施例は、図1に示す第1実施例において
固定ピストン3の内部に、ノズル13を先端を囲むよう
に円筒フィン17を設けたものである。円筒フィン17
はピストン3と同じ材質で作られ、ピストン3にろう付
けされる。円筒フィン17には小孔18が多数あいてお
り、液体冷媒はこれら小孔18を通って円筒フィン17
の内側から外側へと流れる。円筒フィン17を設けるこ
とにより伝熱面積が増大する。
【0009】図8は本発明の第3の実施例を示す図であ
る。この第3実施例は、図1に示す第1実施例において
固定ピストン3の内部に、内部の空間を上下に仕切るよ
うに円盤フィン19を設けたものである。円盤フィン1
9も図7の例と同様,固定ピストン3と同一の材質で作
られ、固定ピストン3にろう付けされる。円盤フィン1
9には小孔20が多数あけられており、液体冷媒はこの
小孔20を通って流れる。円盤フィン19を設けること
により、伝熱面積が増大するとともに、ノズル13から
噴出した液体冷媒がピストン3内部の円盤フィン19に
より仕切られた区画内で渦を巻くことにより、熱伝達係
数が大きくなる。
る。この第3実施例は、図1に示す第1実施例において
固定ピストン3の内部に、内部の空間を上下に仕切るよ
うに円盤フィン19を設けたものである。円盤フィン1
9も図7の例と同様,固定ピストン3と同一の材質で作
られ、固定ピストン3にろう付けされる。円盤フィン1
9には小孔20が多数あけられており、液体冷媒はこの
小孔20を通って流れる。円盤フィン19を設けること
により、伝熱面積が増大するとともに、ノズル13から
噴出した液体冷媒がピストン3内部の円盤フィン19に
より仕切られた区画内で渦を巻くことにより、熱伝達係
数が大きくなる。
【0010】図9は本発明の第4の実施例を示す断面図
である。この第4実施例は前述した図7に示す第2の実
施例においてピストン3は、図10に示すようなドーナ
ツ状の薄板ばね21を介してハウジング8に支持され
る。液体冷媒をシールするために固定ピストン3,ハウ
ジング8にそれぞれOリング溝22,23を設け、Oリ
ング24,25をはめ込んでいる。薄板ばね21は、ピ
ストン3にフランジ26とネジ27により固定される。
ハウジング8へは、フランジ28とネジ29により固定
される。液体冷媒の流れる経路および熱の伝わる経路
は、図1に示した実施例と同様であり、高熱伝達係数を
実現できる。なお、本実施例では集積回路1と固定ピス
トン3との間にサーマルコンパウンド30を充填した。
である。この第4実施例は前述した図7に示す第2の実
施例においてピストン3は、図10に示すようなドーナ
ツ状の薄板ばね21を介してハウジング8に支持され
る。液体冷媒をシールするために固定ピストン3,ハウ
ジング8にそれぞれOリング溝22,23を設け、Oリ
ング24,25をはめ込んでいる。薄板ばね21は、ピ
ストン3にフランジ26とネジ27により固定される。
ハウジング8へは、フランジ28とネジ29により固定
される。液体冷媒の流れる経路および熱の伝わる経路
は、図1に示した実施例と同様であり、高熱伝達係数を
実現できる。なお、本実施例では集積回路1と固定ピス
トン3との間にサーマルコンパウンド30を充填した。
【0011】そして、集積回路1の高さのばらつきに対
し、固定ピストン3が、第1の実施例ではピストン3を
固定する位置を調整することにより、又第2の実施例で
は薄板ばね21の弾性により、円滑に追従する。これに
より熱の伝わる経路に熱伝導率の小さい空気が存在しな
い。このことと、液体冷媒とピストン3との間の熱伝達
係数が大きいこととにより、集積回路1と液体冷媒との
間の熱抵抗を小さくすることができる。また、固定ピス
トン3自体に可とう性をもたせる必要がないため肉厚を
厚くとることができるので液体冷媒による腐食のため穴
があく危険がない。
し、固定ピストン3が、第1の実施例ではピストン3を
固定する位置を調整することにより、又第2の実施例で
は薄板ばね21の弾性により、円滑に追従する。これに
より熱の伝わる経路に熱伝導率の小さい空気が存在しな
い。このことと、液体冷媒とピストン3との間の熱伝達
係数が大きいこととにより、集積回路1と液体冷媒との
間の熱抵抗を小さくすることができる。また、固定ピス
トン3自体に可とう性をもたせる必要がないため肉厚を
厚くとることができるので液体冷媒による腐食のため穴
があく危険がない。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
片端の閉じられた円筒形のピストンを配線基板上に搭載
した集積回路に対向させて載置し、ピストンの閉じられ
た底面の内側にノズルから噴出させた液体冷媒を衝突さ
せるようにしたので、集積回路で発生した熱を効率よく
液体冷媒に逃がすことができ、また、固定ピストンの肉
厚を厚くすることにより液体冷媒による腐食に対して耐
性の高い冷却構造を実現できるという従来にない優れた
集積回路用冷却装置を提供することができる。
片端の閉じられた円筒形のピストンを配線基板上に搭載
した集積回路に対向させて載置し、ピストンの閉じられ
た底面の内側にノズルから噴出させた液体冷媒を衝突さ
せるようにしたので、集積回路で発生した熱を効率よく
液体冷媒に逃がすことができ、また、固定ピストンの肉
厚を厚くすることにより液体冷媒による腐食に対して耐
性の高い冷却構造を実現できるという従来にない優れた
集積回路用冷却装置を提供することができる。
【図1】本発明の第1の実施例を示す断面図である。
【図2】図1に示した実施例内の固定ピストンの斜視図
である。
である。
【図3ないし図6】図1における固定ピストンのハウジ
ングへの固定方法を示す説明図である。
ングへの固定方法を示す説明図である。
【図7】本発明の第2を示す実施例の断面図である。
【図8】本発明の第3の実施例を示す断面図である。
【図9】本発明の第4の実施例を示す断面図である。
【図10】図6内における薄板ばねを示す一部切り欠い
た斜視図である。
た斜視図である。
【図11ないし図12】各々従来例を示す断面図であ
る。
る。
1…集積回路 2…配線基板 3…固定ピストン 4…突起部 5…すり割り 8…ハウジング 11,24,25…Oリング 12…第1のカバー 13…ノズル 14…冷媒出口 15…第2のカバー 16…冷媒流路 17…円筒フィン 18…小孔 19…円盤フィン 20…小孔
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年10月13日
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図10】
【図12】
【図9】
【図11】
Claims (3)
- 【請求項1】 有底部外面が配線基板上に搭載された集
積回路に当接される有底円筒状の固定ピストンと、この
固定ピストンを収容し保持するハウジングと、前記固定
ピストン内に液体冷媒を噴射するノズルとを設け、前記
固定ピストン内に噴射された冷媒を外部へ排出する冷媒
流路を前記ハウジングに固定装備したことを特徴とした
集積回路用冷却装置。 - 【請求項2】 有底部外面が配線基板上に搭載された集
積回路に当接される有底円筒状の固定ピストンと、この
固定ピストンを収容し保持するハウジングと、前記固定
ピストン内に冷媒を噴射するノズルとを設け、前記固定
ピストン内に噴射された冷媒を外部へ排出する冷媒流路
を前記ハウジングに固定装備し、前記固定ピストンの内
底部に、前記ノズルの先端部を囲むようにて円筒状の円
筒フィンを装着し、この円筒フィンに複数の小孔を設け
たことを特徴とする集積回路用冷却装置。 - 【請求項3】 有底部外面が配線基板上に搭載された集
積回路に当接される有底円筒状の固定ピストンと、この
固定ピストンを収容し保持するハウジングと、前記固定
ピストン内に冷媒を噴射するノズルとを設け、前記固定
ピストン内に噴射された冷媒を外部へ排出する冷媒流路
を前記ハウジングに固定装備し、前記固定ピストンの内
底部に向けて前記ノズルの先端部を突設すると共に、当
該ノズルの先端部を支持した状態で前記固定ピストン内
をその底部にほぼ平行に仕切る円盤フィンを装備し、こ
の円盤フィンに複数の小孔を設けたことを特徴とする集
積回路用冷却装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4031634A JP2792304B2 (ja) | 1992-01-22 | 1992-01-22 | 集積回路用冷却装置 |
| EP93100936A EP0552787B1 (en) | 1992-01-22 | 1993-01-21 | Cooling structure for integrated circuits |
| DE69316038T DE69316038T2 (de) | 1992-01-22 | 1993-01-21 | Kühlungsstruktur für integrierte Schaltungen |
| CA002087742A CA2087742C (en) | 1992-01-22 | 1993-01-21 | Cooling structure for integrated circuits |
| US08/007,739 US5390076A (en) | 1992-01-22 | 1993-01-22 | Cooling structure for integrated circuits |
| US08/348,488 US5463528A (en) | 1992-01-22 | 1994-12-02 | Cooling structure for integrated circuits |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4031634A JP2792304B2 (ja) | 1992-01-22 | 1992-01-22 | 集積回路用冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06112384A true JPH06112384A (ja) | 1994-04-22 |
| JP2792304B2 JP2792304B2 (ja) | 1998-09-03 |
Family
ID=12336645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4031634A Expired - Fee Related JP2792304B2 (ja) | 1992-01-22 | 1992-01-22 | 集積回路用冷却装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5390076A (ja) |
| EP (1) | EP0552787B1 (ja) |
| JP (1) | JP2792304B2 (ja) |
| CA (1) | CA2087742C (ja) |
| DE (1) | DE69316038T2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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