JPH06224577A - 集積回路の冷却給電機構 - Google Patents

集積回路の冷却給電機構

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JPH06224577A
JPH06224577A JP5031294A JP3129493A JPH06224577A JP H06224577 A JPH06224577 A JP H06224577A JP 5031294 A JP5031294 A JP 5031294A JP 3129493 A JP3129493 A JP 3129493A JP H06224577 A JPH06224577 A JP H06224577A
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Hiroyuki Chikugi
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/851Dispositions of multiple connectors or interconnections
    • H10W72/874On different surfaces
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00Package configurations
    • H10W90/701Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
    • H10W90/721Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bump connectors
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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】 【目的】 集積回路の高集積化によって消費電力が増大
したときの冷却能力及び給電能力をともに向上させる。 【構成】 基板枠3と各集積回路4-1〜4-4と給電バス
7とOリング8とヘッダ部9aとによって囲まれる空間
は密封状態に維持されている。各集積回路4-1〜4-4上
の冷却部5-1〜5-4各々の底部には液体冷媒入口12か
ら流入した液体冷媒がざぐり溝14を介してノズル10
-1〜10-4から噴射される。冷却部5-1〜5-4各々には
周囲側壁に穴があいており、液体冷媒はその穴から集積
回路4-1〜4-4各々の周囲へと流出する。集積回路4-1
〜4-3の周囲空間に蓄積された液体冷媒は液体冷媒出口
17から排出される。給電バス7は各集積回路4-1〜4
-4に電源を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は集積回路の冷却給電機構
に関し、特に情報処理装置などの電子機器を構成する集
積回路素子の近傍に水などの液体冷媒を循環させ、集積
回路素子で発生した熱を液体冷媒に伝播させて冷却する
冷却構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の冷却構造においては、図
3に示すように、配線基板20上の集積回路21にバネ
24によりピストン23が押付けられている。集積回路
21で発生した熱をピストン23が奪うと、その熱がヘ
リウムガス29を充満した空間を通してハット25およ
び介在層26に伝達され、介在層26から冷却板27に
伝達されて冷媒28内に放熱されるようになっている。
上記の冷却方法は「AConduction−Cool
ed Module for High−Perfor
mance LSI Devices」(S.Okta
y,H.C.Kammerer,IBM Journa
l of Reseach and Developm
ent.Vol.26 No.1 Jan.1982)
に詳述されている。
【0003】この図3に示す冷却構造では、バネ24に
よって付勢されたピストン23を集積回路21に当接さ
せて冷却しているので、集積回路21に常時力が加わっ
た状態となり、集積回路21と配線基板20との接続部
分の信頼性に悪影響を及ぼす恐れがある。
【0004】また、集積回路21を配線基板20に取付
けたときに生じる高さや傾きのばらつきに追従させるた
めに、ピストン23の集積回路21との接触面を球面と
し、ハット25とピストン23との間に隙間を設けてい
るが、これにより有効伝熱面積が減少し、冷却能力の低
下をもたらしてしまう。
【0005】さらに、冷却板27内の冷媒28の流路は
強制対流による熱伝達を目的として形成されており、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21の高集積化が進むにつれて消費電力が増大
すると、冷却能力が不足することがある。
【0006】一方、図4に示すように、プリント基板3
0上のチップ31で発生した熱が、伝熱基板32と可変
形性伝熱体33と伝熱板34とに夫々伝達され、ベロー
ズ36内でこの伝熱板34にノズル35から液体冷媒を
噴出させて冷却を行う構造もある。この場合、このノズ
ル35から噴射された液体冷媒はベローズ36からクー
リングヘッダ37内の流路に排出される。上記の冷却方
法については特開昭60−160150号公報に掲載さ
れている。
【0007】この図4に示す冷却構造では、ノズル35
から噴出された液体冷媒によりチップ31の冷却を行っ
ているので、ノズル35から噴出された液体冷媒とチッ
プ31との間に伝熱基板32と可変形性伝熱体33と伝
熱板34とが介在するために、高い熱伝達率が得られ
ず、冷却能力が不足することがある。
【0008】また、薄肉のベローズ36を用いているた
め、腐食が発生してベローズ36に穴があき、ノズル3
5から噴出される液体冷媒がベローズ36から漏出する
ことが考えられる。さらに、ノズル35から噴出される
液体冷媒の衝突噴流を利用した冷却構造であるため、常
時内圧が加わった状態となり、薄肉のベローズ36の機
能に悪影響を及ぼす恐れがある。
【0009】上述した冷却構造の問題点を解決するため
に、特開平1−164053号公報に開示された技術や
特開平2−237200号公報に開示された技術が提案
されている。
【0010】特開平1−164053号公報に開示され
た技術では配線基板のI/O(入出力)ピン側と配線基
板上の集積回路側との両方から夫々冷却を行うようにし
ている。また、特開平2−237200号公報に開示さ
れた技術では集積回路に直接、不活性液体を噴流衝突さ
せて冷却を行うようにしている。
【0011】上記のような冷却構造を採用した場合、例
えば図3に示すような冷却構造を採用した場合、集積回
路21への給電は配線基板20の下面に設けられたI/
Oピン22を介して行われている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の冷却構
造では、配線基板のI/Oピン側と配線基板上の集積回
路側との両方から夫々冷却を行うようにしたり、あるい
は集積回路に直接、不活性液体を噴流衝突させて冷却を
行うようにすることで、集積回路の高集積化によって消
費電力が増大したときの冷却能力の不足に対処してい
る。
【0013】しかしながら、いずれの冷却構造を採った
場合でも、集積回路への給電が配線基板の下面に設けら
れたI/Oピンを介して行われているので、1本当りの
給電能力に限度のあるI/Oピンでは集積回路の高集積
化による消費電力の増大に対処することができず、給電
能力が不足するという問題がある。
【0014】そこで、本発明の目的は上記のような問題
点を解消し、集積回路の高集積化によって消費電力が増
大したときの冷却能力及び給電能力をともに向上させる
ことができる集積回路の冷却給電機構の提供にある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明による集積回路の
冷却給電機構は、底面側に入出力端子を有する配線基板
と、前記配線基板を保持する基板枠部材と、前記配線基
板の上面側に搭載された複数の集積回路と、前記配線基
板の上面に密着固定され、前記複数の集積回路各々の間
を仕切る導電部材と、前記複数の集積回路各々の上面と
前記導電部材の上面とを底面とする空間を構成するヘッ
ダ部材と、前記複数の集積回路各々の側面と前記導電部
材の側面との間に設けられ、前記空間を密封状態に維持
する弾性部材と、前記集積回路の上面に底面が固着さ
れ、前記集積回路を冷却するための液体冷媒を前記空間
に排出する排出孔を周囲壁面に有する複数の冷却部材
と、前記冷却部材の底面に前記液体冷媒を噴射する複数
のノズルと、前記ヘッダ部材内に設けられ、前記複数の
ノズルに前記液体冷媒を分配する流路とを備え、前記導
電部材から前記集積回路各々に電源を供給するようにし
ている。
【0016】
【実施例】次に、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。
【0017】図1は本発明の一実施例を一方向から見た
縦断面図であり、図2は本発明の一実施例を一方向に直
交する他方向から見た縦断面図である。これらの図にお
いて、配線基板1は下面にI/Oピン2を有し、基板枠
3によって保持されている。また、配線基板1上には複
数の集積回路4-1〜4-4と導電部材(例えば銅板など)
からなる給電バス7とが搭載されており、集積回路4-1
〜4-4各々の間は給電バス7によって仕切られている。
【0018】集積回路4-1〜4-4各々の側面と給電バス
7の側面とはOリング8を介して密着しており、基板枠
3は冷却容器9のヘッダ部9aに密着固定されている。
よって、基板枠3と集積回路4-1〜4-4各々の上面と給
電バス7の上面とOリング8とヘッダ部9aとによって
囲まれる空間は密封状態に維持されている。
【0019】集積回路4-1〜4-4各々には半田6-1〜6
-4によって円筒状の冷却部5-1〜5-4が固着されてい
る。冷却部5-1〜5-4の周囲側壁には夫々複数個の穴が
あけられており、冷却部5-1〜5-4の上面にはノズル1
0-1〜10-4が冷却部5-1〜5-4各々の底部に液体冷媒
を噴射するように設けられている。これらノズル10-1
〜10-4は冷却部5-1〜5-4各々に対応してヘッダ部9
aに取付けられている。
【0020】また、ヘッダ部9aには液体冷媒を流入す
る液体冷媒入口12と、ノズル10-1〜10-4各々に液
体冷媒を分配するための入口側ヘッダ13及びざぐり溝
14と、冷媒排出口15と、集積回路4-1〜4-4各々を
冷却した液体冷媒を集めるための出口側ヘッダ16と、
この液体冷媒を外部に排出するための液体冷媒出口17
とが設けられている。
【0021】つまり、液体冷媒入口12から流入した液
体冷媒は入口側ヘッダ13からざぐり溝14を通って各
ノズル10-1〜10-4から冷却部5-1〜5-4の底部に噴
射され、冷却部5-1〜5-4の周囲側壁の穴から流出して
集積回路4-1〜4-4の周囲の空間に蓄積される。
【0022】集積回路4-1〜4-4の周囲の空間に蓄積さ
れた液体冷媒は冷媒排出口15を通って出口側ヘッダ1
6に集められ、液体冷媒出口17から外部に排出され
る。尚、液体冷媒の流れは図中矢印で示してある。
【0023】一方、給電バス7は配線基板1上に密着固
定され、配線基板1上の配線パターン(図示せず)を介
して各集積回路4-1〜4-4に電源を供給している。ま
た、給電バス7には基板枠3に設けられたコネクタ(図
示せず)などを介して外部から電源が供給されるように
なっている。尚、配線基板1上に各集積回路4-1〜4-4
がマトリックス状に配置されている場合、給電バス7は
格子状に設置される。
【0024】給電バス7が格子状に設置される場合、互
いに交差する給電バス7の間に絶縁性を有する弾性体1
8を設け、この弾性体18によって横方向の給電バス7
aと縦方向の給電バス7bとの間を絶縁している。
【0025】各集積回路4-1〜4-4で発生した熱は半田
6-1〜6-4を通過して冷却部5-1〜5-4に伝達される。
冷却部5-1〜5-4各々の平板と円筒部内側面とにはノズ
ル10-1〜10-4から噴射される液体冷媒が衝突してお
り、ここで、熱伝達が行われる。
【0026】さらに冷却部5-1〜5-4に衝突した液体冷
媒は冷却部5-1〜5-4の周囲側壁の穴を通過し、冷却部
5-1〜5-4の外に排出される。ここでも熱伝達が行われ
る。この場合、冷却部5-1〜5-4の外に排出された液体
冷媒が蓄積される空間は、基板枠3と集積回路4-1〜4
-4各々と給電バス7とOリング8と冷却容器9と弾性体
18とによって密封状態に維持されているので、液漏れ
のない高い信頼性が得られる。
【0027】また、集積回路4-1〜4-4を配線基板1に
取付けた際に生じる高さや傾きのばらつきに対しても、
冷却容器9が集積回路4-1〜4-4に直接接触していない
ので、これらの高さや傾きのばらつきを吸収することが
でき、集積回路4-1〜4-4と配線基板1との接続部に悪
影響を及ぼすことはない。
【0028】さらに、各集積回路4-1〜4-4への電源の
供給によって給電バス7で発生した熱も、冷却部5-1〜
5-4の周囲側壁の穴から流出して集積回路4-1〜4-4各
々の周囲の空間に蓄積される液体冷媒によって冷却され
ることになる。
【0029】この場合、液体冷媒としては絶縁性冷媒
[例えばフッ素系(フッ化炭素など)の絶縁性冷媒]を
使用しなければならない。この絶縁性冷媒の使用によっ
て、液体冷媒が集積回路4-1〜4-4の外周面や給電バス
7の外周面に直接接触しても大丈夫なので、集積回路4
-1〜4-4や給電バス7で発生した熱を液体冷媒によって
直接冷却することができる。
【0030】給電バス7を配線基板1の集積回路4-1〜
4-4の搭載面と同一面上に固定することで、給電バス7
から各集積回路4-1〜4-4に容易に電源を供給できるの
で、配線基板1の電源用のI/Oピン2を他の信号に使
用することができる。よって、配線基板1のI/Oピン
2の本数や実装密度を変更することなく、信号用のI/
Oピン2の本数を増やすことができる。
【0031】また、給電バス7の断面積をI/Oピン2
の断面積よりも大とすることが容易なので、各集積回路
4-1〜4-4に大容量の電源を容易に供給することができ
る。よって、集積回路4-1〜4-4の高集積化による消費
電力の増大に容易に対処することができ、集積回路4-1
〜4-4に対する冷却能力や給電能力を向上させることが
できる。
【0032】さらに、給電バス7を格子状に設置したと
きに、横方向の給電バス7aと縦方向の給電バス7bと
の間を弾性体18で絶縁することで、横方向の給電バス
7a及び縦方向の給電バス7bによって電圧値の異なる
電源を集積回路4-1〜4-4に供給することが可能とな
る。
【0033】このように、基板枠3と集積回路4-1〜4
-4各々の上面と給電バス7の上面とヘッダ部9aとによ
って囲まれる空間を密封状態に維持し、ざぐり溝14を
介して直結されたノズル10-1〜10-4から集積回路4
-1〜4-4上に取付けられた冷却部5-1〜5-4各々の底面
に液体冷媒を噴射するとともに、給電バス7,7a,7
bから集積回路4-1〜4-4各々に電源を供給することに
よって、集積回路4-1〜4-4の高集積化によって消費電
力が増大したときの冷却能力及び給電能力をともに向上
させることができる。
【0034】尚、本発明の一実施例においては冷却部5
-1〜5-4を円筒状としているが、中空の直方体状でもよ
く、これに限定されない。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、複
数の集積回路各々の上面と複数の集積回路各々の間を仕
切る導電部材の上面とヘッダ部材と弾性部材とによって
構成される空間を密封状態に維持し、該空間内に集積回
路冷却用の液体冷媒を排出する排出孔を周囲壁面に有す
る複数の冷却部材各々の底面に、流路を介して分配され
る液体冷媒を複数のノズルから噴射し、導電部材から集
積回路各々に電源を供給することによって、集積回路の
高集積化によって消費電力が増大したときの冷却能力及
び給電能力をともに向上させることができるという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を一方向から見た縦断面図で
ある。
【図2】本発明の一実施例を一方向に直交する他方向か
ら見た縦断面図である。
【図3】従来例を示す縦断面図である。
【図4】従来例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 配線基板 2 I/Oピン 3 基板枠 4-1〜4-4 集積回路 5-1〜5-4 冷却部 7,7a,7b 給電バス 8 Oリング 9 冷却容器 10-1〜10-4 ノズル 14 ざぐり溝 18 絶縁性を有する弾性体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 底面側に入出力端子を有する配線基板
    と、前記配線基板を保持する基板枠部材と、前記配線基
    板の上面側に搭載された複数の集積回路と、前記配線基
    板の上面に密着固定され、前記複数の集積回路各々の間
    を仕切る導電部材と、前記複数の集積回路各々の上面と
    前記導電部材の上面とを底面とする空間を構成するヘッ
    ダ部材と、前記複数の集積回路各々の側面と前記導電部
    材の側面との間に設けられ、前記空間を密封状態に維持
    する弾性部材と、前記集積回路の上面に底面が固着さ
    れ、前記集積回路を冷却するための液体冷媒を前記空間
    に排出する排出孔を周囲壁面に有する複数の冷却部材
    と、前記冷却部材の底面に前記液体冷媒を噴射する複数
    のノズルと、前記ヘッダ部材内に設けられ、前記複数の
    ノズルに前記液体冷媒を分配する流路とを含み、前記導
    電部材から前記集積回路各々に電源を供給するようにし
    たことを特徴とする集積回路の冷却給電機構。
  2. 【請求項2】 互いに交差する前記導電部材間を絶縁す
    る絶縁弾性部材を含むことを特徴とする請求項1記載の
    集積回路の冷却給電機構。
JP5031294A 1993-01-27 1993-01-27 集積回路の冷却給電機構 Expired - Lifetime JPH07101783B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110010567A (zh) * 2018-12-31 2019-07-12 杭州臻镭微波技术有限公司 一种大功率系统级射频模块的液冷散热互联结构及其制作方法
KR20250124714A (ko) * 2024-02-13 2025-08-20 주식회사 현대케피코 소자 직접 냉각식 전력변환장치

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