(57)【要約】      （修正有）【課題】流入側と流出側の冷却媒体の温度差を小さくするとともに、シールドケースとプリント基板からの冷却媒体の漏れを少なくした冷却装置を提供する。【解決手段】プリント基板３０に取り付けられた複数の発熱素子３１と、該発熱素子を覆って設けられた冷却ジャケット３２と、該冷却ジャケットに冷却媒体７を流入させる流路からなり、前記冷却媒体は前記プリント基板の一辺に沿って設けられた前記冷却ジャケットの分配流路３５に導入され、前記プリント基板の他辺に沿って設けられた前記冷却ジャケットの集合流路３６を介して流出するように構成した。【選択図】      図１
2008042132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板に取り付けられた複数の発熱素子と、該発熱素子を覆って設けられた冷却ジャケットと、該冷却ジャケットに冷却媒体を流入させる流路からなり、前記冷却媒体は前記プリント基板の一辺に沿って設けられた前記冷却ジャケットの分配流路に導入され、前記プリント基板の他辺に沿って設けられた前記冷却ジャケットの集合流路を介して流出するように構成したことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記分配流路には所定の距離を隔てて複数の流入口が形成され、、前記集合流路には所定の距離を隔てて複数の流出口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記分配流路と集合流路を結んで複数の冷却媒体流路が形成され、該冷却媒体流路には所定の距離を隔てて複数の噴出孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記冷却媒体は前記発熱素子の表面に対して上面から吹き付けるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項５】
前記冷却ジャケットの周端部と前記プリント基板の表面の接触部は、プリント基板上に液密に固定された平滑面を有する金属板と、前記冷却ジャケットの周端部に取り付けた弾性体のパッキングを介して封止したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項６】
前記冷却媒体を所定の温度と圧力に調整したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項７】
前記冷却ジャケットは前記プリント基板の両面に設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置に関し、例えばメモリテスタやＬＳＩテスタのピンエレクトロニクスなどの発熱量が多い素子、あるいは温度制御の必要な電子回路の高効率放熱効果の向上をはかった冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩモジュールの動作速度の高速化が進行すると共にＬＳＩモジュールの集積度の高密度化もますます進行している。そのため、発熱素子である個々の高密度ＬＳＩモジュールの発生する熱量は増大する一方である。この様な事情から、高密度ＬＳＩモジュール実装半導体装置のより効率的な冷却装置が求められている。
【０００３】
ＬＳＩモジュール実装半導体装置は、一般に、プリント基板の一方の面に必要とされる多数のＬＳＩモジュールを実装し、他方の面に形成される端子ピンを介して外部接続されるものである。このＬＳＩモジュール実装半導体装置を冷却するには、強制空冷により半導体装置全体を冷却するか、或いは半導体装置全体を冷却媒体中に浸漬する液冷により冷却している。
【０００４】
図３は半導体冷却装置の従来例を示す平面図（ａ）、（ａ）図のｂ−ｂ’断面図（ｂ）、（ａ）図のｃ−ｃ’断面図（ｃ）である。
これらの図において、１はプリント基板、２はシールドケース、３は格子状に配置された高密度ＬＳＩ装置であり、プリント基板１を挟んで両面に固定されている。４はＯリングで、基板表面に形成された金ランド１１に押し当てられて封止部２７を形成している。
【０００５】
５は基板の周縁端部に設けられた複数のコネクタである。プリント基板１の両側にはシールドケース２が設けられ、プリント基板１との間に発熱素子３を包囲収容する流通収容部２５を形成している。即ち、シールドケースケース２を構成する底壁２１および互に対向する１組の側壁２２および側壁２３は、底壁２１および対向する一方の側壁２２からプリント基板１および他方の側壁２３に向けて、交互に、プリント基板１および対向する側壁には到達しない隔壁２４を延伸形成している。
【０００６】
これによりプリント基板１とシールドケースケース２との間には発熱素子３を包囲収容する流通収容部２５が形成され、ここは矢印に示される方向に冷却媒体７が流通する経路となる。６ａは流通収容部２５に冷却媒体７を流入させる流入口であり、６ｂは冷却媒体７を流出させる流出口である。
【０００７】
上述の構成において、図中、右端下の流入口６ａから流入した冷却媒体は隔壁２４に沿って流れ、側壁２２にあたって反転する。そして、更に隔壁２４に沿って流れ、側壁２３にあたって反転し、矢印で示す方向に蛇行を繰り返しながら図中、左端下の流出口６ｂから流出する。なお、プリント基板１の表面と隔壁２４の間には隙間があって流通収容部２５を流れる冷却媒体７の全てが矢印の方向に流れるわけではないが、大部分の冷却媒体が矢印方向に流れる。
【０００８】
上述の構成によれば、流通収容部２５内に取り付けられた発熱部である発熱素子３およびその表面に取り付けられた冷却部材３２は、シールドケース２内に適切に温度制御された冷却媒体７を流入口６ａを介して外部の冷凍機から必要な圧力により圧入することにより冷却される。流入口６ａから流通収容部２５内に圧入された冷却媒体７は矢印に示されるように流れ発熱素子３から熱を奪い去り、流出口６ｂから外部に排出される。
【０００９】
なお、半導体冷却装置の先行技術としては下記の特許文献に示されたものがある。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−５１１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで上記従来技術においては、流入口６ａから流入した冷却媒体７の大部分が、隔壁２４の間を矢印方向に蛇行しながら流出口６ｂへ向かう。そのため、下記のような問題があった。
１）  冷媒流路が１本であるため、流入した冷媒は徐々に加熱されていき、発熱素子（ＩＣ，ＬＳＩなど）３の温度が同一基板上で異なってしまう。
【００１２】
２）  そのため、最初の方で冷却される発熱素子が負荷により加熱された場合とそうではない場合、後に来る発熱素子の温度の差が大きくなる。
３）  メモリテスタでは、動作により温度が高くなるのは、ＰＥ（ピン・エレクトロニクス）に実装されるドライバ、コンパレータであり、次にＰＥにあるタイミング発生器であるが、後者はテスタの確度を出す為には発熱の除去と共に温度制御が必要なものがある。
【００１３】
４）  最近のＣＭＯＳを基本としたＩＣは動作時と非動作時の電力消費の差が１０倍以上あり、このような構造では適した特性が得られない。
５）プリント基板１とシールドケース２の封止部が基板表面に形成された金属箔（金ランド）にパッキンで接している為、基板の表面状態により冷媒の漏れが著しい。
【００１４】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、流入側と流出側の冷却媒体の温度差を小さくするとともに、シールドケースとプリント基板からの冷却媒体の漏れを少なくした冷却装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明に係る冷却装置は、請求項１においては、
プリント基板に取り付けられた複数の発熱素子と、該発熱素子を覆って設けられた冷却ジャケットと、該冷却ジャケットに冷却媒体を流入させる流路からなり、前記冷却媒体は前記プリント基板の一辺に沿って設けられた前記冷却ジャケットの分配流路に導入され、前記プリント基板の他辺に沿って設けられた前記冷却ジャケットの集合流路を介して流出するように構成したことを特徴とする。
【００１６】
請求項２においては請求項１に記載の冷却装置において、
前記分配流路には所定の距離を隔てて複数の流入口が形成され、、前記集合流路には所定の距離を隔てて複数の流出口が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項３においては請求項１又は２に記載の冷却装置において、
前記分配流路と集合流路を結んで複数の冷却媒体流路が形成され、該冷却媒体流路には所定の距離を隔てて複数の噴出孔が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項４においては請求項１乃至３のいずれかに記載の冷却装置において、
前記冷却媒体は前記発熱素子の表面に対して上面から吹き付けるようにしたことを特徴とする。
【００１９】
請求項５においては請求項１乃至４のいずれかに記載の冷却装置において、
前記冷却ジャケットの周端部と前記プリント基板の表面の接触部は、プリント基板上に液密に固定された平滑面を有する金属板と、前記冷却ジャケットの周端部に取り付けた弾性体のパッキングを介して封止したことを特徴とする。
【００２０】
請求項６においては請求項１乃至５のいずれかに記載の冷却装置において、
前記冷却媒体を所定の温度と圧力に調整したことを特徴とする。
【００２１】
請求項７においては請求項１乃至６のいずれかに記載の冷却装置において、
前記冷却ジャケットは前記プリント基板の両面に設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
上記説明したように、本発明に係る冷却装置の請求項１乃至３によれば、プリント基板に取り付けられた複数の発熱素子と、発熱素子を覆って設けられた冷却ジャケットと、冷却ジャケットに冷却媒体を流入させる流路を設け、冷却媒体はプリント基板の一辺に沿って設けられた冷却ジャケットの分配流路に導入し、プリント基板の他辺に沿って設けられた冷却ジャケットの集合流路を介して流出するようにした。
【００２３】
そして、分配流路には所定の距離を隔てて複数の流入口を形成し、集合流路には所定の距離を隔てて複数の流出口を形成し、分配流路と集合流路を結んで複数の冷却媒体流路を形成し、冷却媒体流路には所定の距離を隔てて複数の噴出孔を形成し、冷却媒体は前記発熱素子の表面に対して上面から吹き付けるようにした。
その結果、吹き付けられる冷媒の温度をほぼ同一とすることができ、発熱素子の温度差を小さくすることができた。
【００２４】
冷却ジャケットの周端部と前記プリント基板の表面の接触部は、プリント基板上に液密に固定された平滑面を有する金属板と、前記冷却ジャケットの周端部に取り付けた弾性体のパッキングを介して封止し、冷却媒体を所定の温度と圧力に調整したので、冷却ジャケットの終端部とプリント基板との密着性が高まり冷却媒体の漏れを少なくすることができた。
【００２５】
さらに、冷却ジャケットをプリント基板の両面に設けたので、効率のよい冷却を行うことができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１は本発明の冷却装置の実施形態の一例を示す構成図である。
図１において、３０は矩形状に形成されたプリント基板で、このプリント基板３０の両面には発熱素子（ＩＣ，ＬＳＩなど）３１が格子状に搭載されている。３２は冷却ジャケットで、発熱素子３１を含むプリント基板３０の表面及び裏面のほぼ全体を覆って液密に固定されている。
【００２７】
冷却ジャケット３２の内側上方にはプリント基板３０の表面には達しない仕切り３２ｂを有するとともに、後述する結合流路を構成する流路部材３２ａが設けられ、プリント基板３０との間に発熱素子収容部３３が形成されている。３４はコネクタで、冷却ジャケット外に配置され発熱素子３０に対して電気信号の授受を行うものである。
【００２８】
３５は冷却ジャケット内の一辺に沿って形成された分配流路、３６は分配流路３５に対向して冷却ジャケット内の他の辺に沿って形成された集合流路である。これら分配流路および集合流路の一端は閉塞されており、分配流路３５の他端には冷却媒体７の流入口３５ａが設けられ、集合流路３６の他端には冷却媒体７の流出口３５ｂが設けられている。
【００２９】
３７は分配流路３５と集合流路３６を接続して形成された複数の結合流路で、図示の例では３箇所に設けられ分配流路および集合流路に対してほぼ直角に、かつ、等分に配置されている。
３８ａは分配流路３５から結合流路３７へ冷却媒体を流入させるための流入口であり、３８ｂは発熱素子が配置された発熱素子収容部３３から集合流路３６へ冷却媒体を流出させるための流出口である。
【００３０】
３９は結合流路３７にほぼ等分に形成された複数の噴出孔で、それぞれの噴出孔３９はプリント基板に固定された発熱素子３０のほぼ中心上に配置されている。
【００３１】
図２はプリント基板３０と冷却ジャケット３２の固定状態を示す図である。図において４０は金属板であり、冷却ジャケット３２の周端部に沿って形成されている。この金属板の少なくとも一方の面は研磨などにより平滑に加工されており、他方の面は接着剤４１により液密に固定されている。４２はＯリングなどの弾性パッキングで、冷却ジャケット３２の周端部に所定の規格に法って形成された溝４３中に配置されている。
このような構成により冷却ジャケットとプリント基板は締付け部材（図示省略）により圧力が加えられて液密に固定されている。
【００３２】
図１に戻り、冷却媒体の流入口３５ａから所定の温度と圧力（例えば２ｋｇｆ／ｃｍ２）に調整されて冷却媒体流入路３５ａから流入した冷却媒体（例えばフロリナート  ３Ｍ社  商品名）７は、分配流路３５に充満する。そして、この分配流路に設けられた３箇所の流入口３８ａを介して結合流路３７にそれぞれ流入する。
【００３３】
結合流路３７に流入した冷却媒体７は噴出孔３９から発熱素子収容部３３に流入し、噴出孔３９の下方に固定された発熱素子３１の上方に噴出して発熱素子３１を冷却する。
次に発熱素子収容部３３に充満した冷却媒体は結合流路３７の両側に配置された４箇所の流出口３８ｂを経て集合流路３６に流出する。集合流路３６に流出した冷却媒体７は冷却媒体流出路３５ｂを介して冷却ジャケット外に流出する。
【００３４】
上記の構成によれば、分配流路３５に充満した冷却媒体７がほぼ同時に流入口３８ａを介して結合流路３７に流入し、ほぼ同時に発熱素子３１に噴射され、発熱素子収容部３３に充満した冷却媒体７がほぼ同時に集合流路に流出する。
【００３５】
従って、それぞれの発熱素子３１は常にほぼ同じ圧力と温度の冷却媒体に冷却され配置場所による冷却温度の違いが発生することがない。
また、冷却ジャケットとプリント基板は滑らかな金属板を介して固定したので、冷却媒体が漏れ出すこともない。
【００３６】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。本実施例では結合流路を３本設けた例について説明したがこの実施例に限ることなく増減可能である。また、発熱素子の数も本実施例に限るものではない。更にプリント基板の形状や冷却ジャケットの形状、噴出孔の形状や圧力の一定を図るなど適宜変更可能である。従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る冷却装置の一実施例を示す平面図（ａ）および（ａ）図のＸ−Ｘ断面構成図である。
【図２】本発明の冷却ジャケットとプリント基板の接合部を示す説明図である。
【図３】従来例の冷却装置の一例を示す平面図（ａ）、（ａ）図のｂ−ｂ’断面図（ｂ）、（ａ）図のｃ−ｃ’断面図（ｃ）である。
【符号の説明】
【００３８】
１，３０      プリント基板
２            シールドケース
３            高密度ＬＳＩ装置
４，４１      Ｏリング
５，３４      コネクタ
６ａ，３８ａ  流入口
６ｂ，３８ｂ  流出口
７            冷却媒体
１１          金ランド
２１          底壁
２２，２３    側壁
２５          流通収容部
２７          封止部
３１          発熱素子
３２          冷却ジャケット
３３          発熱素子収容部
３５          分配流路
３５ａ        冷却媒体流入口
３５ｂ        冷却媒体流出口
３６          集合流路
３７          結合流路
３９          噴出口
４０          金属板
４１          接着剤
４２          弾性パッキング（Ｏリング）
４３          溝
【図１】
2008042132.tif 000003
【図２】
2008042132.tif 000004
【図３】
2008042132.tif 000005