FI117914B - A method for cooling a semiconductor component and a cooling apparatus - Google Patents
A method for cooling a semiconductor component and a cooling apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- FI117914B FI117914B FI20045434A FI20045434A FI117914B FI 117914 B FI117914 B FI 117914B FI 20045434 A FI20045434 A FI 20045434A FI 20045434 A FI20045434 A FI 20045434A FI 117914 B FI117914 B FI 117914B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- cooling
- semiconductor component
- cooling element
- thermal power
- cold storage
- Prior art date
Links
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
117914117914
Menetelmä puolijohdekomponentin jäähdyttämiseksi sekä jäähdytyslaitteistoA method for cooling a semiconductor component and a cooling apparatus
Keksinnön ala Tämä keksintö liittyy puolijohdekomponentin jäähdyttämiseen tilan-5 teissä, joissa puolijohdekomponentin tuottama lämpöteho on niin suuri, että lämpötehon siirtämisellä ympäröivään ilmaan ei enää saavuteta riittävää jäähdytystä. Keksintö liittyy erityisesti epätasaisen kuormituksen aiheuttaman tilapäisen lämpötehon kasvun hallitsemiseen tehopuolijohteessa.FIELD OF THE INVENTION This invention relates to cooling a semiconductor component in space-5 where the thermal power produced by the semiconductor component is so high that sufficient cooling is no longer achieved by transferring the thermal power to the surrounding air. The invention relates in particular to controlling the temporary increase in thermal power caused by uneven loading in a power semiconductor.
Tekniikan tason kuvaus 10 Ennestään tunnetaan ratkaisuja, joissa puolijohdekomponenttiin on kiinnitetty jäähdytyselementti, jolla puolijohdekomponentin tuottama lämpöteho saadaan siirretyksi ympäröivään ilmaan. Jäähdytyselementin yhteydessä käytetään usein puhallinta, jolla jäähdytyselementtiä ympäröivä ilma saadaan virtaamaan, jolloin jäähdytyksestä tulee tehokkaampaa.DESCRIPTION OF THE PRIOR ART Solutions whereby a cooling element is attached to the semiconductor component to transfer the thermal power produced by the semiconductor component to the ambient air. A fan is often used in conjunction with the heatsink to cause the air around the heatsink to flow, thereby making the heatsink more efficient.
15 Tällainen ilmajäähdytykseen perustuva ratkaisu toimii hyvin edellyt täen, että puolijohdekomponentin tuottama lämpöteho pysyy riittävän alhaise na. Kaikissa tapauksissa ilmajäähdytys ei kuitenkaan ole riittävä ratkaisu, eli edes puhaltimen säätäminen entistä voimakkaamman ilmavirtauksen saavut-II" tamiseksi ei kaikissa tilanteissa ole riittävä ratkaisu riittävän jäähdytyksen ai- : ·* 20 kaansaamiseksi.15 Such an air-cooled solution works well provided that the thermal power produced by the semiconductor component remains sufficiently low. However, in all cases, air cooling is not a sufficient solution, i.e. even adjusting the fan to achieve a higher airflow is not always sufficient to provide sufficient cooling.
··* “•j Eräs toinen tunnettu ratkaisu puolijohdekomponentin jäähdyttämi- : seksi on nestejäähdytys. Tällöin jäähdytysnestettä kierrätetään puolijohde- komponenttiin kiinnitetyn jäähdytyselementin läpi siten, että jäähdytyselemen- * · · tin ja puolijohdekomponentin lämpötila saadaan pysymään riittävän alhaalla.·· * “• j Another known solution for cooling a semiconductor component is liquid cooling. The coolant is then circulated through the heat sink mounted on the semiconductor component so that the temperature of the heat sink and the semiconductor component are kept sufficiently low.
25 Nestejäähdytys on ilmajäähdytykseen verrattuna monikertaisesti tehokkaampi jäähdytysratkaisu. Nestejäähdytyksen heikkoutena on kuitenkin sen suuret ; :**·. kustannukset ilmajäähdytykseen verrattuna. Jatkuvatoiminen jäähdytysneste- • m m ·. kierto edellyttää lauhduttimen asentamista sopivaan paikkaan, mikä edellyttää •*···' putkistojen vetämistä sekä luotettavien pumppujen käyttöä. Laitteisto ja asen-30 nuskustannukset nousevat täten usein huomattavaksi. Lisäksi pumput vaativat säännöllistä huoltoa, jotta niillä voitaisiin taata riittävä luotettavuus.25 Liquid cooling is many times more efficient than air cooling. However, the weakness of liquid cooling is its great; : ** ·. costs compared to air cooling. Continuous coolant • m m ·. rotation requires the installation of a condenser in a suitable location, which requires • * ··· 'piping and the use of reliable pumps. Thus, the hardware and installation costs are often considerable. In addition, the pumps require regular maintenance to ensure adequate reliability.
.**·. Ennestään tunnetaan lisäksi US-julkaisusta 2004/0011503 A1 rat- tn kaisu, jossa lämpöä johdetaan lämpövarastoon, joka olotilamuutoksen ansios- < 2 117914 ta kykenee vastaanottamaan lämpökuormaa. Tässä ratkaisussa lämpövarasto osallistuu kuitenkin jatkuvasti ainakin jossakin määrin jäähdytykseen, eikä sillä siten saavuteta kaikissa tilanteissa riittävän nopeaa ja tehokasta jäähdytystä kun tarve tällaiseen ilmenee.. ** ·. Further, prior art is known from US publication 2004/0011503 A1 in which heat is conducted to a heat storage which, due to a change in state, is capable of receiving a heat load. However, in this solution, the heat storage is continuously involved, at least to some extent, in the cooling, and thus does not achieve sufficiently fast and efficient cooling in all situations when there is a need for such.
5 Tilanteissa, joissa puolijohdekomponentin tuottama lämpöteho vaih- telee siten, että se suurimman osan ajasta on suuruusluokaltaan sellaista, että ilmajäähdytyksellä voidaan taata riittävä jäähdytys, mutta hetkelliset kuormitushuiput ylittävät ilmajäähdytyksen jäähdytyskapasiteetin, ovat käytännössä osoittautuneet ongelmallisiksi. Kustannussyystä olisi nimittäin toivottavaa, että 10 hetkellisten kuormitushuippujen vuoksi käyttöön ei tarvitsisi ottaa käyttöön kallista nestejäähdytystä, jonka kapasiteetista merkittävä osa on suurimman osan ajasta käyttämättä.In situations where the thermal power produced by the semiconductor component varies such that it is of the order of magnitude most of the time that air cooling can provide sufficient cooling but the instantaneous load peaks exceed the air cooling cooling capacity, in practice it has proved to be problematic. For cost reasons, it would be desirable that, due to 10 instantaneous load peaks, it would not be necessary to introduce expensive liquid cooling, which has a significant part of its unused capacity most of the time.
Keksinnön yhteenveto Tämän keksinnön tarkoitus on ratkaista edellä selostettu ongelma ja 15 tarjota käyttöön ratkaisu, joka mahdollistaa ilmajäähdytyksen hyödyntämisen puolijohdekomponentin jäähdyttämisessä myös sellaisissa käyttökohteissa, joissa ilmajäähdytyksen jäähdytyskapasiteetti on ajoittain riittämätön. Tämä saavutetaan oheisen itsenäisen patenttivaatimuksen 1 mukaisella menetelmäl- lä ja oheisen itsenäisen patenttivaatimuksen 2 mukaisella jäähdytyslaitteistolla.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to solve the problem described above and to provide a solution which allows utilization of air cooling in the cooling of a semiconductor component also in applications where the cooling capacity of the air cooling is occasionally insufficient. This is achieved by the method of the appended independent claim 1 and the cooling apparatus according to the appended independent claim 2.
··]·, 20 Esillä olevassa keksinnössä hyödynnetään kylmävaraston jäähdy- • · ’ ^ tyskapasiteettia puolijohdekomponentin yhteyteen järjestetyn jäähdytysele- mentin jäähdyttämiseen tilanteissa, joissa puolijohdekomponentin tuottama • · t lämpöteho on liian suuri ilmajäähdytyksen kannalta. Täten jäähdytyselement- ····’ tiin voidaan tuoda tarvittaessa nopeasti kylmää, jotta jäähdytyselementin läm- • * * 25 pötila sekä sen mukana puolijohdekomponentin lämpötila ei pääsisi nousemaan liian korkeaksi. Kun kylmävarastoa ei enää tarvita riittävän jäähdytyksen takaamiseksi, voidaan siitä pidemmän ajan kuluessa poistaa siihen kertynyt lämpö. Kylmällä tarkoitetaan tässä yhteydessä lämpötilaa, joka on alhaisempi . kuin jäähdytettävän kohteen lämpötila. Kylmävarastolla tarkoitetaan vuoros- !..* 30 taan kohdetta, jossa on jäähdytettävää kohdetta alhaisemmassa lämpötilassa • · *···* olevaa fluidia tai materiaalia.The present invention utilizes the cooling capacity of a cold store for cooling a cooling element arranged in connection with a semiconductor component in situations where the thermal power produced by the semiconductor component is too high for air cooling. Thus, when necessary, cold can be brought to the heatsink to prevent the heater temperature and the semiconductor component temperature to rise too high. When the cold store is no longer needed to provide sufficient cooling, the heat accumulated in it can be removed from it over a longer period of time. By cold, here is meant a lower temperature. than the temperature of the object to be cooled. Cold store refers to an item containing a fluid or material at a lower temperature • · * ··· * in a cooled location.
:T: Koska kylmävarastoa käytetään ilmajäähdytyksen rinnalla lisäjääh- :***; dytyksen aikaansaamiseksi tarvittaessa, tulee keksinnön mukaisesta jäähdy- • « · tyslaitteistosta huomattavasti yksinkertaisempi ja halvempi kuin, jos käytössä 3 117914: T: Because cold storage is used in addition to air cooling: ***; to provide cooling when needed, the cooling equipment according to the invention becomes considerably simpler and less expensive than if used 3 117914
Olisi nestejäähdytys pääasiallisena jäähdytysratkaisuna. Kylmävaraston käyttöä tarvitaankin ensisijaisesti kuormitushuippujen aikana, vaikkakin on mahdollista, että kylmävarastoa hyödynnetään myös tasaisen kuormituksen aikana tuomaan lisäjäähdytystä.Liquid cooling would be the main cooling solution. The use of cold storage is therefore primarily needed during peak loads, although it is possible that the cold storage may also be utilized during steady loading to provide additional cooling.
5 Keksinnön mukaisen jäähdytyslaitteiston edulliset suoritusmuodot ilmenevät oheisista epäitsenäisistä patenttivaatimuksista 3 - 6.Preferred embodiments of the refrigeration apparatus according to the invention are apparent from the appended dependent claims 3 to 6.
Kuvioiden lyhyt kuvausBrief description of the figures
Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkinomaisesti lähemmin viittaamalla oheisiin kuvioihin, joista: 10 kuvio 1 esittää vuokaaviota keksinnön mukaisen menetelmän en simmäisestä edullisesta suoritusmuodosta, kuvio 2 havainnollistaa keksinnön mukaisen jäähdytyslaitteiston ensimmäistä edullista suoritusmuotoa, kuvio 3 havainnollistaa keksinnön mukaisen jäähdytyslaitteiston 15 toista edullista suoritusmuotoa, kuvio 4 havainnollistaa keksinnön mukaisen jäähdytyslaitteiston kolmatta edullista suoritusmuotoa, ja kuvio 5 havainnollistaa keksinnön mukaisen jäähdytyslaitteiston nel-jättä edullista suoritusmuotoa.Figure 1 illustrates a first preferred embodiment of a refrigeration apparatus according to the invention, Figure 2 illustrates a preferred embodiment of a refrigeration apparatus according to the invention. a third preferred embodiment of a cooling apparatus, and Figure 5 illustrates a fourth preferred embodiment of a cooling apparatus according to the invention.
• · · · • * · : V 20 Joidenkin suoritusmuotojen kuvaus ·*·: Kuvio 1 esittää vuokaaviota keksinnön mukaisen menetelmän en- • · i simmäisestä edullisesta suoritusmuodosta. Kuvion 1 mukaista menetelmää * ...*· voidaan hyödyntää esimerkiksi taajuusmuuttajan tehopuolijohdekomponentin • · · jäähdyttämiseen suhteellisen lyhytaikaisten kuormitushuippujen hallitsemisek- 25 si. Esimerkiksi syklisesti toistuvien kuormitushuippujen yhteydessä, jossa syk- ·*·., Iin kesto voi olla muutamia minuutteja ja kuormitushuipun kesto muutamia se- ;··*. kunteja, voi esiintyä tarvetta hetkelliseen tehokkaaseen jäähdytykseen, jotta • · · • # puolijohdekomponentin lämpötila ei pääse nousemaan liian korkeaksi tai liian ····- nopeasti kuormitushuipun aikana. Liian korkea lämpötila tai liian nopea lämpö- 30 tilan muutos saattaa vaurioittaa puolijohdekomponenttia. On kuitenkin huomat- :*·*: tava, että kuvion 1 mukaista menetelmää voidaan hyödyntää myös tasaisen • .··*. kuormituksen aikana tuomaan lisäjäähdytystä puolijohdekomponentille silloin ··· kun se on tarpeen.Description of Some Embodiments Figure 1 shows a flow chart of a first preferred embodiment of the method of the invention. The method * ... * · of Figure 1 can be utilized, for example, to cool the drive power semiconductor component · · · to control relatively short-term load peaks. For example, in the case of cyclically repetitive load peaks, where the pulse rate may be a few minutes and the load peak duration a few seconds; ·· *. municipalities, there may be a need for instantaneous effective cooling to prevent the • · · • # semiconductor component temperature from rising too high or too ···· - during peak load times. Too high a temperature or too fast a change in temperature can damage the semiconductor component. However, it should be noted that: * · *: The method of Figure 1 can also be applied to a. to provide additional cooling to the semiconductor component during loading, ··· when needed.
4 1179144, 117914
Lohkossa A johdetaan puolijohdekomponentin tuottama lämpöteho jäähdytyselementin kautta ympäröivään ilmaan. Tämä voidaan toteuttaa esimerkiksi suhteellisen halvalla alumiinista valmistetulla jäähdytyselementillä, joka on kiinnitetty puolijohdekomponenttiin. Tarvittaessa jäähdytyselementtiä * 5 ympäröivä ilma voidaan saattaa virtaamaan puhaltimen avulla.In block A, the thermal power produced by the semiconductor component is supplied through the cooling element to the ambient air. This can be accomplished, for example, by a relatively inexpensive aluminum heat sink mounted on a semiconductor component. If necessary, the air around the heat sink * 5 can be forced by the fan.
Lohkoissa B ja C seurataan puolijohdekomponentin toimintaa sen selvittämiseksi tarvitaanko lisäjäähdytystä. Tämä voi tapahtua esimerkiksi siten, että seurataan puolijohdekomponentin lämpötilaa tai siten, että seurataan puolijohdekomponentin toimintatilaa.In blocks B and C, the operation of the semiconductor component is monitored to determine whether additional cooling is required. This can be done, for example, by monitoring the temperature of the semiconductor component or by monitoring the operating state of the semiconductor component.
10 Puolijohdekomponentin ja/tai jäähdytyselementin lämpötilaa voi daan seurata siihen kiinnitetyn lämpötila-anturin välityksellä. Vaihtoehtoisesti voidaan hyödyntää esimeriksi joissakin tekniikan tason mukaisissa taajuus-muuttajissa käytössä olevaa tekniikkaa, jossa laskennallisesti tiettyjen parametrien sekä mittausarvojen avulla voidaan estimoida puolijohdekomponentin 15 lämpötilaa. Kun puolijohdekomponentin lämpötila tai lämpötilan muutosnopeus saavuttaa ennalta määrätyn rajan todetaan lohkossa C, että lisäjäähdytys on tarpeen.10 The temperature of the semiconductor component and / or the cooling element can be monitored by means of a temperature sensor attached thereto. Alternatively, one can utilize, for example, the technique used in some prior art frequency converters, whereby by calculation certain parameters and measured values can be used to estimate the temperature of the semiconductor component 15. When the temperature of the semiconductor component or the temperature change rate reaches a predetermined limit, it is found in block C that additional cooling is required.
Mikäli seuranta perustuu puolijohdekomponentin toimintatilan seuraamiseen, voidaan esimerkiksi määrättyjen toimintatilojen, kuten kiihdytys tai ^•|* 20 jarrutus, detektoinnin yhteydessä todeta, että lisäjäähdytys on tarpeen. Tällöin • V; toimintatilan detektointi voidaan toteuttaa ohjelmallisesti, eli esimerkiksi puoli- i t johdekomponentti itsessään on ohjelmoitu seuraamaan toimintatilaansa sekä :*!·*, osoittamaan ne ajankohdat, jolloin lisäjäähdytys on tarpeen.If the monitoring is based on monitoring the state of the semiconductor component, for example, when detecting certain operating conditions, such as acceleration or braking, additional cooling is required. Then • V; operating mode detection can be implemented programmatically, i.e., for example, the half conductor component itself is programmed to monitor its operating state and: *! · *, to indicate those times when additional cooling is required.
* · · **V Lohkossa D aloitetaan puolijohdekomponentin jäähdytyselementin "" 25 jäähdyttäminen kylmävarastoa hyödyntämällä. Tämä voidaan toteuttaa esi- * · *·*·* merkiksi tavalla, joka on selostettu jonkin kuvion 2 - 5 yhteydessä. Tällöin jääh- dytyselementtiin tuodaan nopeasti kylmää, jotta puolijohdekomponentin lämpö- i : *** tila voidaan hallita lämpötehon kasvusta huolimatta.* · · ** V In block D, cooling of the semiconductor component cooling element "" 25 is started using the cold store. This may be implemented as a precursor * · * · * · * in the manner described with reference to any one of Figures 2 to 5. In this case, the cold element is rapidly supplied with cold so that the temperature of the semiconductor component can be controlled despite the increase in thermal power.
«1« :..r Lohkoissa E ja F seurataan jälleen puolijohdekomponentin toimintaa * 30 vastaavasti kuin kuvioiden B ja C yhteydessä. Kun lisäjäähdytystä ei enää tar- .···. vita lopetetaan puolijohdekomponentin jäähdytyselementin jäähdyttäminen • · ’** kylmävarastoa hyödyntämällä.«1«: .. r In blocks E and F, the operation of the semiconductor component * 30 is again monitored as in Figures B and C. When additional cooling is no longer needed ···. Vita stops cooling the semiconductor component heat sink • · '**.
v : Edellä ja kuviossa 1 on esimerkinomaisesti esitetty, että jäähdyttä- • · · :...ί minen kylmävarastoa hyödyntämällä päättyy vasta kun seuranta osoittaa sen 35 tarpeettomaksi. Vaihtoehtoisesti jäähdyttäminen kylmävarastoa hyödyntämällä 117914 ; ^ " · ' if* 1 5 ' . .v: Above and in Figure 1, it is exemplified that cooling by utilization of a cold store will only cease when monitoring proves to be unnecessary. Alternatively, cold storage cooling 117914; ^ "· 'If * 1 5'..
voidaan aina suorittaa vakiomittaisen aikajakson verran kerrallaan, jonka jälkeen se lopetetaan. Jos tämän jälkeen seurannassa havaitaan, että Jisäjääh-dytystä kylmävarastoa käyttämällä vieläkin tarvitaan, niin se voidaan toistaa uuden vakiomittaisen aikajakson aikana, niin monta kertaa kun se on tarpeel-5 lista.can always be executed for a standard length of time at a time, after which it is terminated. If, after this, the monitoring finds that refrigeration using the cold storage is still needed, it can be repeated over a new standard length of time, as many times as it is needed.
Kuvio 2 havainnollistaa keksinnön mukaisen jäähdytyslaitteiston ensimmäistä edullista suoritusmuotoa. Kuvion 2 laitteistolla jäähdytetään puolijohdekomponenttia 1, joka voi olla esimerkiksi taajuusmuuttajan tehopuolijoh-dekomponentti.Figure 2 illustrates a first preferred embodiment of a cooling apparatus according to the invention. The apparatus of Figure 2 cools the semiconductor component 1, which may be, for example, a power semiconductor component of the drive.
10 Puolijohdekomponentin 1 yhteyteen on järjestetty esimerkiksi alu miinista valmistettu jäähdytyselementti 2, jonka jäähdytysripojen kautta puolijohdekomponentin 1 tuottama lämpöteho saadaan normaalikäytön aikana johdettua jäähdytyselementtiä ympäröivään ilmaan. Tämän ilmajäähdytyksen tehostamiseksi kuuluu jäähdytyslaitteistoon puhallin 3, jolla jäähdytyselementtiä 15 2 ympäröivä ilma voidaan saattaa virtaamaan.For example, a semiconductor component 1 is provided with, for example, an aluminum cooling element 2 through which the thermal power produced by the semiconductor component 1 is supplied to the air surrounding the cooling element during normal operation. To enhance this air cooling, the cooling apparatus includes a fan 3 by means of which the air surrounding the cooling element 15 2 can be made to flow.
Jotta puolijohdekomponentin 1 lämpötila ei nousisi liian korkeaksi tai lämpötilan muutosnopeus ei olisi liian suuri, kuuluu kuvion 2 jäähdytyslaitteistoon käyttölaitteisto, jonka avulla jäähdytyselementtiä 2 voidaan tilapäisesti jäähdyttää kylmävarastoa hyödyntämällä. Kuvion 2 suoritusmuodossa käyttö- ··* 20 laitteistoon kuuluu jäähdytyselementin 2 ja puolijohdekomponentin 1 väliin jär- ·«· jestettyyn erilliseen osaan muodostettu virtauskanava 4 sekä pumppu 6. Näi-den avulla voidaan säiliöstä 5 muodostuvasta kylmävarastosta siirtää kylmää ·*’.*, fluidia kanavan 4 läpi siten, että jäähdytyselementti 2 sekä puolijohdekom- ** V ponentille 1 saadaan järjestettyä lisäjäähdytys. Vaihtoehtona kuviossa 2 esite- 25 tylle ratkaisulle voidaan virtauskanava 3 sisällyttää itse jäähdytyselementtiin 2, • · **··' jolloin jäähdytyselementin ja puolijohdekomponentin välissä ei virtauskanavan järjestämiseksi tarvita erillistä osaa.In order to prevent the temperature of the semiconductor component 1 from becoming too high or the rate of change of temperature too high, the cooling apparatus of Figure 2 includes an operating apparatus for temporarily cooling the cooling element 2 by utilizing a cold store. In the embodiment of Fig. 2, the drive system 20 comprises a flow passage 4 formed in a separate part arranged between the cooling element 2 and the semiconductor component 1, and a pump 6. These allow the cold storage of the reservoir 5 to transfer cold fluid. through channel 4 such that additional cooling is provided to the cooling element 2 and the semiconductor component V to component 1. As an alternative to the solution shown in Fig. 2, the flow channel 3 may be included in the cooling element 2 itself, whereby a separate part is not required between the cooling element and the semiconductor component to provide the flow channel.
: *·· Käyttölaitteistoon kuuluu edelleen ohjain käyttölaitteiston toiminnan • * m •ohjaamiseksi. Kyseinen ohjain voidaan toteuttaa piiriratkaisuilla, tietokoneoh-30 jelmalla tai näiden yhdistelmällä. Eräs vaihtoehto on se, että ohjain muodostuu t · tietokoneohjelmasta, jota puolijohdekomponentti 1 tai siihen liittyvä ohjausjär- * · jestelmä (ei esitetty) suorittaa. Tällöin siis puolijohdekomponentti 1 ohjaa kuvi- • * · : ossa 2 esitettyä pumppua 6 sekä puhallinta 3. Ohjaus voi perustua lämpötilaani antureihin, lämpötilan estimointiin tai toimintatilan seuraamiseen, kuten on ku- 35 vion 1 lohkojen B ja C yhteydessä selostettu.: * ·· The drive unit still includes a controller to control the drive unit operation. Such a controller may be implemented by circuit solutions, a computer program, or a combination thereof. An alternative is that the controller consists of a computer program executed by a semiconductor component 1 or a related control system (not shown). Thus, the semiconductor component 1 controls the pump 6 and fan 3 shown in FIG. 2, which may be based on my temperature sensors, temperature estimation, or status monitoring, as described with respect to blocks B and C in FIG.
117914 6117914 6
Pumpun 6 sijasta käytössä voi olla jokin toisentyyppinen ratkaisu, jolla fluidi saadaan siirrettyä kanavan 4 läpi. Fluidi voi muodostua mistä tahansa jäähdytykseen sopivasta aineesta, esimerkiksi vedestä.Instead of pump 6, there may be some other type of solution for transferring fluid through channel 4. The fluid may consist of any suitable cooling agent, for example water.
Kuviossa 2 on esimerkinomaisesti esitetty, että kylmävarasto, eli 5 säiliö 5, sijaitsee sen laitteistokaapin 7 ulkopuolella, johon puolijohdekomponentti 1 on järjestetty. Useimmissa tilanteissa riittävä jäähdytysteho saadaan aikaan kun kylmävarasto sijaitse huoneenlämpötilassa, jolloin siihen esimerkiksi lyhytaikaisen kuormitushuipun aikana kulkeutunut lämpökuorma saadaan suhteellisen pitkän aikajakson aikana johdettua laitteistokaapin 7 ulkopuoli-10 seen huoneilmaan. 'Fig. 2 shows, by way of example, that the cold store, i.e. the container 5, is located outside the hardware cabinet 7 in which the semiconductor component 1 is arranged. In most situations, sufficient cooling capacity is achieved when the cold store is at room temperature, whereby a heat load transported to it during, for example, a short-term load peak can be conducted over a relatively long period of time to the outside 10 of the cabinet 7. '
Koska kylmävarastoa käytetään lisäjäähdytyksenä lämpökuormitusten tasaamiseksi silloin kun ilmajäähdytys ei ole riittävää, ei kuviossa 6 esitetylle pumpulle tule kovinkaan paljon käyttötunteja eikä sen tarvitse olla erityisen tehokas. Vastaavasti kylmävarastoon 5 kulkeutuva lämpökuormitus on suhteel-15 lisen pieni esimerkiksi perinteiseen nestejäähdytykseen verrattuna. Näin ollen näiden laitteiden laitteistokustannukset sekä käyttökustannukset ovat merkittävästi alhaisempia kuin perinteisen nestejäähdytyksen yhteydessä.Because the cold store is used as auxiliary cooling to balance heat loads when air cooling is not sufficient, the pump shown in Fig. 6 does not have very many operating hours and does not need to be particularly efficient. Similarly, the heat load to the cold store 5 is relatively small compared to, for example, conventional liquid cooling. As a result, the equipment costs and operating costs of these devices are significantly lower than with conventional liquid cooling.
Kuvio 3 havainnollistaa keksinnön mukaisen jäähdytyslaitteiston toista edullista suoritusmuotoa. Kuvion 3 suoritusmuoto vastaa hyvin pitkälle ··. 20 kuvion 2 suoritusmuotoa, minkä vuoksi sitä seuraavassa selostetaan ensisijai- ·«·· sesti tuomalla esille näiden suoritusmuotojen välisiä eroja.Figure 3 illustrates another preferred embodiment of the cooling apparatus according to the invention. The embodiment of Figure 3 corresponds very far to ··. 20, therefore, the following will be explained primarily by highlighting the differences between these embodiments.
* .·, Kuvion 3 suoritusmuodossa kylmävarasto muodostuu säiliön sijaista lauhduttimesta 15 jonka yhteyteen on järjestetty kompressori. Näiden avulla • · · ** Y fluidia kiehutetaan jäähdytyselementin 2 yhteyteen järjestetyssä kanavassa 4.In the embodiment of Fig. 3, the cold store consists of a condenser 15 in place of a tank, in connection with which a compressor is arranged. By means of these, · · · ** Y fluid is boiled in the conduit 4 arranged in connection with the cooling element 2.
*·” 25 Tässä suoritusmuodossa on näin ollen käytössä vastaavanlainen jäähdytysrat- ♦ · *···* kaisu kuin esimerkiksi jääkaapeissa.* · ”25 In this embodiment, therefore, a cooling solution similar to that of, for example, refrigerators is used.
- ΐ!- ΐ!
Fluidin kierrättämisen tehostamiseksi käyttölaitteistoon voi sisältyä : *·· pumppu. Vaihtoehtoisesti kyseessä voi olla termosifoniperiaatteella toimiva :.Y ratkaisu, jossa fluidi kiertää painovoiman avulla ilman pumppua.To enhance fluid recycling, the drive system may include: * ·· Pump. Alternatively, it may be a thermosiphon: .Y solution in which the fluid is circulated by gravity without a pump.
30 Kuvio 4 havainnollistaa keksinnön mukaisen jäähdytyslaitteiston • « ..... kolmatta edullista suoritusmuotoa. Kuvion 4 suoritusmuoto vastaa hyvin pitkäl- • Φ T le kuvion 2 suoritusmuotoa, minkä vuoksi sitä seuraavassa selostetaan ensisi- • •4 y ' v : jaisesti tuomalla esille näiden suoritusmuotojen välisiä eroja.Figure 4 illustrates a third preferred embodiment of a cooling apparatus according to the invention. The embodiment of Fig. 4 is very much in accordance with the embodiment of Fig. 2, therefore, the following will be described first and foremost by highlighting the differences between these embodiments.
:[[[: Kuvion 4 suoritusmuoto on mekaaninen vaihtoehto, jossa käyttölait- 35 teistoon kuuluu lämmönlevitysosa 24 sekä hydraulisylinteri 25. Lämmönlevi- 7 117914 tysosa 24 voi olla esimerkiksi Heat Pipe tai termosifonitekniikalla kevennetty kuparinen levy tai putki, jolla voidaan johtaa kylmää kylmävarastosta jäähdy-tyselementille 2 ja puolijohdekomponentille 1. Kylmävarasto muodostuu liikutettavasta kappaleesta 25 jota hydraulisylinteri 26 liikuttaa siten, että se jääh-5 dytyksen ajaksi tulee kosketukseen lämmönlevitysosan 24 kanssa, ja muuten sijaitsee kuvion 4 osoittamalla tavalla välimatkan päässä lämmönlevitysosasta 24.: [[[: The embodiment of Figure 4 is a mechanical alternative in which the actuator 35 includes a heat dissipating member 24 and a hydraulic cylinder 25. The heat dissipating member 24 may be, for example, a Heat Pipe or a copper plate or tube lightened by thermosiphon technology for the cooling element 2 and for the semiconductor component 1. The cold store consists of a movable body 25 which is actuated by the hydraulic cylinder 26 so that it is in contact with the heat distribution section 24 during cooling, and otherwise located at a distance from the heat distribution section 24.
Kylmävarasto 25 voi tässä suoritusmuodossa muodostua esimeriksi vesisäiliöstä, kiinteää materiaalia olevasta kappaleesta tai säiliöstä, joka on 10 täytetty sellaisella materiaalilla, joka läpikäy faasimuutoksen jäähdytyksen aikana siten, että siihen saadaan sitoutumaan lämpökuormitusta. Pääasia on se, että kylmävarasto 25 kykenee tehokkaasti jäähdyttämään lämmönlevitysosaa 24 kun se tulee sen kanssa kosketukseen, ja myöhemmin kun se on erillään lämmönlevitysosasta, haihduttamaan lämpöä pidemmän aikajakson aikana. .In this embodiment, the cold store 25 may consist of, for example, a water tank, a solid material body, or a tank 10 filled with a material that undergoes a phase change during cooling so as to be bound by a thermal load. The main point is that the cold store 25 is capable of effectively cooling the heat dissipating member 24 when it comes into contact with it, and later, when it is separated from the heat dissipating member, to dissipate the heat over a longer period of time. .
15 Kuvio 5 havainnollistaa keksinnön mukaisen jäähdytyslaitteiston neljättä edullista suoritusmuotoa. Kuvion 5 suoritusmuoto vastaa hyvin pitkälle kuvion 4 suoritusmuotoa, minkä vuoksi sitä seuraavassa selostetaan ensisijaisesti tuomalla esille näiden suoritusmuotojen välisiä eroja.Figure 5 illustrates a fourth preferred embodiment of a cooling apparatus according to the invention. The embodiment of Fig. 5 is very similar to the embodiment of Fig. 4, therefore, it will be described below primarily by highlighting the differences between these embodiments.
Kuvion 5 suoritusmuodossa kylmävarasto 35 on liitetty lämmönlevi- ··· 20 tysosaan 24 termosähköisen jäähdyttimen 36 (Thermo Electric Cooler) välityk- • · » · sellä. Kyseinen termosähköinen jäähdytin voi olla esimerkiksi Peltier-elementti, • · joka sähkösyötön ollessa päällä siirtää lämpöä kylmästä kuumempaan osaan.In the embodiment of Fig. 5, the cold store 35 is connected to the heat dissipating member 24 by means of a thermoelectric cooler 36 (Thermo Electric Cooler). Such a thermoelectric cooler may be, for example, a Peltier element, which, when the power supply is on, transfers heat from the cold to the hotter part.
·*[·. Kun sähkönsyöttö on katkaistu lämpö siirtyy normaalisti kuumasta kylmään.· * [·. When the power supply is switched off, the heat is normally transferred from hot to cold.
• * · “*.* Kuvion 5 suoritusmuodossa on esimerkinomaisesti oletettu, että • · · 25 kylmävarasto muodostuu toisesta jäähdytyselementistä 35, jonka kautta läm- • · pöä saadaan siirtymään ympäröivään ilmaan. Kuitenkin käytettävä kylmävarasto voi tässä suoritusmuodossa olla jotakin muuta tyyppiä, kuten vesisäiliö, i **· kiinteää materiaalia oleva kappale tai säiliö, joka on täytetty sellaisella materi- • 4 · aalilla, joka läpikäy faasimuutoksen jäähdytyksen aikana.In the embodiment of Fig. 5, it is assumed, by way of example, that the cold store 25 consists of a second cooling element 35 through which heat can be transferred to the ambient air. However, the cold store used in this embodiment may be of another type, such as a water tank, a solid body of material, or a container filled with material that undergoes a phase change during cooling.
30 On ymmärrettävä, että edellä oleva selitys ja siihen liittyvät kuviot on .···. ainoastaan tarkoitettu havainnollistamaan esillä olevaa keksintöä. Alan ämmät- • · *” timiehelle tulevat olemaan ilmeisiä erilaiset keksinnön variaatiot ja muunnelmat • ·« v : ilman että poiketaan keksinnön suojapiiristä.30 It is to be understood that the above description and the accompanying figures are. only intended to illustrate the present invention. Various variations and modifications of the invention will be apparent to those skilled in the art, without departing from the scope of the invention.
* 4 · • · • · ···* 4 · • · • · ···
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20045434A FI117914B (en) | 2004-11-11 | 2004-11-11 | A method for cooling a semiconductor component and a cooling apparatus |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20045434A FI117914B (en) | 2004-11-11 | 2004-11-11 | A method for cooling a semiconductor component and a cooling apparatus |
| FI20045434 | 2004-11-11 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI20045434A0 FI20045434A0 (en) | 2004-11-11 |
| FI20045434A FI20045434A (en) | 2006-05-12 |
| FI117914B true FI117914B (en) | 2007-04-13 |
Family
ID=33515317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI20045434A FI117914B (en) | 2004-11-11 | 2004-11-11 | A method for cooling a semiconductor component and a cooling apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FI (1) | FI117914B (en) |
-
2004
- 2004-11-11 FI FI20045434A patent/FI117914B/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI20045434A (en) | 2006-05-12 |
| FI20045434A0 (en) | 2004-11-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3047219B1 (en) | Enhanced heat transport systems for cooling chambers and surfaces | |
| US8468837B2 (en) | High efficiency thermoelectric cooling system and method of operation | |
| US6826922B2 (en) | Cooling system | |
| US6938433B2 (en) | Cooling system with evaporators distributed in series | |
| EP1850354B1 (en) | Circulation cooling system for cryogenic cable | |
| KR102067140B1 (en) | Electronic compressor | |
| CA2475151A1 (en) | Cooling system with evaporators distributed in parallel | |
| JP2017537295A (en) | Hybrid heat transfer system | |
| US8342742B2 (en) | Thermal calibrating system | |
| JP2006503220A (en) | Screw pump | |
| FI117914B (en) | A method for cooling a semiconductor component and a cooling apparatus | |
| US20180348831A1 (en) | System and method for power electronics with a high and low temperature zone cooling system | |
| US6862895B2 (en) | Semiconductor cooling device and method of controlling same | |
| US12000658B2 (en) | Heat transport system and transportation machine | |
| US7512162B2 (en) | Dynamic thermal management of laser devices | |
| RU2352009C2 (en) | Circulation system for cooling of cryogenic cable | |
| JP4046060B2 (en) | Cryogenic cooling system for cryogenic cables | |
| JP2005315453A (en) | Water heater | |
| CN118623674A (en) | Antigravity pulsating heat pipe heat transfer system and heat transfer method thereof |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Ref document number: 117914 Country of ref document: FI |
|
| MM | Patent lapsed |