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JPH0515307B2 - - Google Patents
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JPH0515307B2 - - Google Patents

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JPH0515307B2
JPH0515307B2 JP61188112A JP18811286A JPH0515307B2 JP H0515307 B2 JPH0515307 B2 JP H0515307B2 JP 61188112 A JP61188112 A JP 61188112A JP 18811286 A JP18811286 A JP 18811286A JP H0515307 B2 JPH0515307 B2 JP H0515307B2
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JP
Japan
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semiconductor element
cooling
fin
cooling plate
refrigerant
Prior art date
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JP61188112A
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Izumi Ono
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Fujitsu Ltd
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 冷媒が循環される循環路を形成するフインを半
導体素子に固着することにより、冷媒による冷却
効率の向上を図るようにすると共に、該フインの
外周に磁気シールを設けることにより、冷却プレ
ートとの挿脱が容易に行われるように形成したも
のである。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] The cooling efficiency of the refrigerant is improved by fixing fins that form a circulation path through which a refrigerant circulates to a semiconductor element, and a magnetic seal is attached to the outer periphery of the fins. By providing this, it is formed so that it can be easily inserted into and removed from the cooling plate.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明はプリント基板に実装されたLSI素子な
どの半導体素子を冷媒の循環によつて冷却する冷
却構造に係り、特に、該半導体素子に固着された
フインに該冷媒の循環路を形成し、該冷媒による
冷却効率の向上が図れるように形成した半導体素
子の冷却構造に関する。
The present invention relates to a cooling structure that cools a semiconductor element such as an LSI element mounted on a printed circuit board by circulating a coolant, and in particular, the present invention relates to a cooling structure that cools a semiconductor element such as an LSI element mounted on a printed circuit board by circulating a coolant. The present invention relates to a cooling structure for semiconductor elements formed so as to improve cooling efficiency using a refrigerant.

電子機器に広く用いられているLSI素子などの
半導体素子は、近年、高密度実装化、高速化が推
進されるようになり、これ等の半導体素子が多数
実装されて構成された電子装置では安定した稼働
を得るために、それぞれの半導体素子を強制的に
冷却する冷却装置が使用されている。
Semiconductor devices such as LSI devices, which are widely used in electronic devices, have recently become more densely packaged and faster, and electronic devices configured with a large number of these semiconductor devices are unstable. In order to achieve high performance, a cooling device is used to forcibly cool each semiconductor element.

このような冷却装置としては冷却効率が良く、
しかも、経済的で信頼性の高いことが重要であ
り、一般的に冷媒が循環される冷却プレートによ
る第3図に示す冷却装置が知られている。
Cooling efficiency is high for this kind of cooling device,
Moreover, it is important to be economical and highly reliable, and a cooling device shown in FIG. 3 using a cooling plate in which a refrigerant is generally circulated is known.

第3図は冷却装置の概要を示す斜視図である。 FIG. 3 is a perspective view showing an outline of the cooling device.

第3図に示すように、複数の半導体素子2が実
装されたプリント基板1に対して、冷却プレート
3が矢印Cのように重ねられて、冷却プレート3
の一方の冷却面が半導体素子2の表面に密着され
るように設けられている。
As shown in FIG. 3, the cooling plate 3 is stacked on the printed circuit board 1 on which a plurality of semiconductor elements 2 are mounted, as shown by the arrow C.
is provided so that one cooling surface of the semiconductor element 2 is in close contact with the surface of the semiconductor element 2.

そこで、冷媒が冷却プレート3の一方の口10
より矢印Aのように供給され、他方の口10から
矢印Bのように排出されることで循環される。
Therefore, the refrigerant flows through one opening 10 of the cooling plate 3.
It is circulated by being supplied from the other port 10 as shown by arrow A and discharged from the other port 10 as shown by arrow B.

この循環によつて、それぞれの半導体素子2の
発熱が冷却されるように形成されている。
Through this circulation, the heat generated by each semiconductor element 2 is cooled down.

したがつて、このような冷却構造では、より冷
却効率の向上を図るために、半導体素子2と冷却
プレートとの間における熱伝導性が良好であるこ
とが望まれている。
Therefore, in such a cooling structure, it is desired that the thermal conductivity between the semiconductor element 2 and the cooling plate be good in order to further improve the cooling efficiency.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来は第4図の従来の側面断面図に示すように
構成されていた。
Conventionally, the structure was as shown in the conventional side cross-sectional view of FIG.

第4図に示すように、冷却プレート3には弾性
材よりなるベローズ13の一端にフランジ12を
固着し、他端に伝熱板14を固着することで形成
された伝熱素子15がOリング17を介して係止
され、伝熱板14が良熱伝導率の材質によつて形
成されたサーマルシート16を介して半導体素子
2の表面2Aに矢印P方向の圧力によつて密着さ
れるように構成されていた。
As shown in FIG. 4, a heat transfer element 15 formed by fixing a flange 12 to one end of a bellows 13 made of an elastic material and a heat transfer plate 14 to the other end is attached to the cooling plate 3 using an O-ring. 17 so that the heat transfer plate 14 is brought into close contact with the surface 2A of the semiconductor element 2 by pressure in the direction of the arrow P through the thermal sheet 16 formed of a material with good thermal conductivity. It was composed of

また、冷却プレート3の流通路3Aにはノズル
11が設けられ、冷媒4が矢印F1よりノズル1
1によつて矢印F2のようにベローズ13の内部
13Aに送出され、内部13Aより矢印F3のよ
うに排出されることで循環されるように形成され
ている。
Further, a nozzle 11 is provided in the flow path 3A of the cooling plate 3, and the refrigerant 4 is directed from the arrow F1 to the nozzle 1.
1 into the interior 13A of the bellows 13 as shown by the arrow F2, and is circulated by being discharged from the interior 13A as shown by the arrow F3.

このような構成では、半導体素子2の障害など
によつてプリント基板1を冷却プレート3より取
り外す場合はサーマルシート16が伝熱板14と
半導体素子2の表面2Aとによつて挟持されてい
るため、そのサーマルシート16の挟持部を切離
することで取り外しが行われるように配慮されて
いる。
In such a configuration, when the printed circuit board 1 is removed from the cooling plate 3 due to a failure of the semiconductor element 2, the thermal sheet 16 is sandwiched between the heat transfer plate 14 and the surface 2A of the semiconductor element 2. , the thermal sheet 16 is designed to be removed by cutting off the sandwiching portion thereof.

そこで、プリント基板1に実装された半導体素
子2の発熱は表面2Aに密着されたサーマルシー
ト16と伝熱板14とを介して循環される冷媒4
に熱移送されることで冷却が行われる。
Therefore, the heat generated by the semiconductor element 2 mounted on the printed circuit board 1 is absorbed by the coolant 4 that is circulated through the thermal sheet 16 and the heat transfer plate 14 that are in close contact with the surface 2A.
Cooling is achieved by transferring heat to.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

したがつて、このような構成では、サーマルシ
ート16は軟質の良熱伝導材によつて形成され、
ベローズ13のバネ力によつて表面2Aと伝熱板
14との密着性を良くし、効率の良い熱移送が行
われるように形成されている。
Therefore, in such a configuration, the thermal sheet 16 is formed of a soft material with good thermal conductivity,
The spring force of the bellows 13 improves the adhesion between the surface 2A and the heat transfer plate 14, so that efficient heat transfer is performed.

しかし、実際には、サーマルシート16とのそ
れぞれの接触面によつて熱移送効率が低下し、冷
却効率が悪くなる問題を有していた。
However, in reality, there has been a problem in that the heat transfer efficiency is reduced due to each contact surface with the thermal sheet 16, resulting in poor cooling efficiency.

また、サーマルシート16の代わりにペースト
状の伝熱材を塗布することも考えられているが、
このようなペーストを塗布することでは塗布した
膜厚に「バラツキ」が生じ、均一な冷却効率を得
ることができない問題を有していた。
It has also been considered to apply a paste-like heat transfer material instead of the thermal sheet 16;
When such a paste is applied, there is a problem in that the thickness of the applied film varies, making it impossible to obtain uniform cooling efficiency.

〔問題点を解決するための手段〕 第1図は本発明の原理断面図である。[Means for solving problems] FIG. 1 is a sectional view of the principle of the present invention.

第1図に示すように、半導体素子2のそれぞれ
には冷媒4を循環する循環路5Aを形成するフイ
ン5が配設され、更に、該フイン5が冷却プレー
ト3より挿脱可能な如く該フイン5の外周部5B
が磁性流体6Aを有する磁気シール6によつて遮
蔽されるようにしたものである。
As shown in FIG. 1, each of the semiconductor elements 2 is provided with a fin 5 forming a circulation path 5A for circulating a coolant 4, and the fin 5 is arranged so that the fin 5 can be inserted into and removed from the cooling plate 3. 5 outer peripheral part 5B
is shielded by a magnetic seal 6 having a magnetic fluid 6A.

このように構成することによつて前述の問題点
は解決される。
With this configuration, the above-mentioned problems are solved.

〔作用〕[Effect]

即ち、半導体素子に固着されたフインに冷媒の
循環される循環路を形成し、冷却プレートにより
循環路に冷媒を流通させることにより、直接半導
体素子の冷却を行うようにしたものである。
That is, a circulation path through which a coolant circulates is formed in the fins fixed to the semiconductor element, and the semiconductor element is directly cooled by circulating the coolant through the circulation path using a cooling plate.

また、冷却プレートとフインとの接合部を磁気
シールによつて遮蔽し、互いが挿脱できるように
形成したものである。
Further, the joint between the cooling plate and the fins is shielded by a magnetic seal so that they can be inserted into and removed from each other.

したがつて、従来のように接触面を介して熱移
送が行われることがなく、冷却は冷媒がフインの
循環路に直接流れ込むことで行われるため、熱伝
導率が向上され、冷却効率の向上が図れる。
Therefore, unlike conventional methods, heat transfer is not performed through contact surfaces, and cooling is performed by the refrigerant flowing directly into the fin circulation path, improving thermal conductivity and improving cooling efficiency. can be achieved.

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明を第2図を参考に詳細に説明する。
第2図は本発明による一実施例の側面断面図であ
る。全図を通じて、同一符号は同一対象物を示
す。
The present invention will be explained in detail below with reference to FIG.
FIG. 2 is a side sectional view of an embodiment according to the present invention. The same reference numerals indicate the same objects throughout the figures.

第2図に示すように、冷却プレート3にはOリ
ング18を介してマグネツト7と、N電極8A
と、S電極8Bとより成る磁気シール6が係止さ
れている。
As shown in FIG. 2, a magnet 7 and an N electrode 8A are connected to the cooling plate 3 via an O-ring 18.
A magnetic seal 6 consisting of a and an S electrode 8B is locked.

また、プリント基板1に実装された半導体素子
2の表面には冷媒の循環路5Aが内部に設けられ
たフイン5を熔接や接着または半田付けによつて
固着し、フイン5の外周部5BがN電極8Aと、
S電極8Bとのそれぞれに保持された磁性流体6
Aによつて遮蔽されるように構成したものであ
る。
Further, the fins 5 having the refrigerant circulation path 5A inside are fixed to the surface of the semiconductor element 2 mounted on the printed circuit board 1 by welding, adhesion, or soldering, and the outer peripheral part 5B of the fin 5 is fixed to the surface of the semiconductor element 2 mounted on the printed circuit board 1. electrode 8A,
The magnetic fluid 6 held in each of the S electrode 8B
It is constructed so that it is shielded by A.

この場合磁性流体6Aが密着するフイン5の外
周部5Bにはステンレスなどの軟磁性材より成る
リング9を設け通常はN電極8AよりS電極8B
に点線で示すように形成された磁界によつて磁性
流体6Aの保持が行われ、プリント基板1と冷却
プレート3との切離によるフイン5の挿脱時には
磁性流体6Aがリング9側に付着されないように
配慮されている。
In this case, a ring 9 made of a soft magnetic material such as stainless steel is provided on the outer periphery 5B of the fin 5 where the magnetic fluid 6A comes into close contact with the S electrode 8B.
The magnetic fluid 6A is held by the magnetic field formed as shown by the dotted line in , and the magnetic fluid 6A is not attached to the ring 9 side when the fin 5 is inserted or removed by separating the printed circuit board 1 and the cooling plate 3. This is taken into consideration.

そこで、冷却プレート3の流通路3Aを矢印F
1に流通された冷媒はノズル11より矢印F2の
ように循環路5Aに流出され、循環路5Aより矢
印F3のように冷媒が磁気シール6の磁気流体6
Aの遮断によつて漏れることがないよう流通され
る。
Therefore, the flow path 3A of the cooling plate 3 is indicated by the arrow F.
1 flows out from the nozzle 11 into the circulation path 5A as shown by the arrow F2, and from the circulation path 5A the refrigerant flows into the magnetic fluid 6 of the magnetic seal 6 as shown by the arrow F3.
By blocking A, it is distributed without leakage.

このように冷媒の流通は、順次、次の循環路5
Aに流通されることで循環されるように形成され
ている。
In this way, the refrigerant flows sequentially to the next circulation path 5.
It is designed to be circulated by being distributed to A.

したがつて、このように構成すると、フイン5
に冷媒を直接流通させることができ、しかも、半
導体素子2の表面とフイン5との当接部のE部が
固着されているため、熱伝導率が高くなり、冷却
効率を向上させることができる。
Therefore, with this configuration, the fin 5
Since the refrigerant can be directly passed through the semiconductor element 2 and the contact portion E between the surface of the semiconductor element 2 and the fin 5 is fixed, the thermal conductivity is high and the cooling efficiency can be improved. .

また、半導体素子2の障害などによつてプリン
ト基板1を冷却プレート3より取り外す場合は、
流通路3Aおよび循環路5Aより冷媒を抜き取り
フイン5を磁気シール6より挿脱することでプリ
ント基板1の挿脱を容易に行うことができる。
In addition, when removing the printed circuit board 1 from the cooling plate 3 due to a failure of the semiconductor element 2, etc.,
By extracting the refrigerant from the flow path 3A and the circulation path 5A and inserting and removing the fins 5 from the magnetic seal 6, the printed circuit board 1 can be easily inserted and removed.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、プリン
ト基板の挿脱を行うことができように構成し、し
かも、冷媒の流通をフインに直に行うことができ
る。
As described above, according to the present invention, the structure is such that a printed circuit board can be inserted and removed, and the refrigerant can be directly circulated through the fins.

したがつて、冷媒による熱交換効率の向上によ
り、従来に比べ冷却効率の向上を図ることがで
き、実用的効果は大である。
Therefore, by improving the heat exchange efficiency using the refrigerant, it is possible to improve the cooling efficiency compared to the conventional method, and the practical effect is great.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の原理断面図、第2図は本発明
による一実施例の側面断面図、第3図は冷却装置
の斜視図、第4図は従来の側面断面図を示す。 図において、1はプリント基板、2は半導体素
子、3は冷却プレート、4は冷媒、5はフイン、
6は磁気シール、5Aは循環路、5Bは外周部、
6Aは磁性流体を示す。
FIG. 1 is a sectional view of the principle of the present invention, FIG. 2 is a side sectional view of an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a perspective view of a cooling device, and FIG. 4 is a conventional side sectional view. In the figure, 1 is a printed circuit board, 2 is a semiconductor element, 3 is a cooling plate, 4 is a coolant, 5 is a fin,
6 is a magnetic seal, 5A is a circulation path, 5B is an outer peripheral part,
6A indicates a magnetic fluid.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 冷媒4を流通する冷却プレート3と、プリン
ト基板1に実装された半導体素子2と、該半導体
素子2に固着されるフイン5とを備え、該冷媒4
が該冷却プレート3から該フイン5の循環路5A
に循環されることで該半導体素子2の発熱が冷却
される半導体素子の冷却構造であつて、 前記冷媒4の循環が行われる前記冷却プレート
3と、前記フイン5の開口との接合部が磁性流体
6Aによつて遮蔽されるよう該磁性流体6Aが該
フイン5の外周部5Bに形成される磁気シール6
を該冷却プレート3に設けることを特徴とする半
導体素子の冷却構造。
[Scope of Claims] 1. A cooling plate 3 through which a refrigerant 4 flows, a semiconductor element 2 mounted on a printed circuit board 1, and a fin 5 fixed to the semiconductor element 2.
is the circulation path 5A from the cooling plate 3 to the fin 5.
This is a cooling structure for a semiconductor element in which the heat generated by the semiconductor element 2 is cooled by circulating the coolant 4, and the joint between the cooling plate 3 through which the coolant 4 is circulated and the opening of the fin 5 is magnetic. A magnetic seal 6 in which the magnetic fluid 6A is formed on the outer peripheral portion 5B of the fin 5 so as to be shielded by the fluid 6A.
A cooling structure for a semiconductor device, characterized in that the cooling plate 3 is provided with:
JP18811286A 1986-08-11 1986-08-11 Cooling structure of semiconductor device Granted JPS6344748A (en)

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JPS6344748A JPS6344748A (en) 1988-02-25
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