JP2002026214A

JP2002026214A - 電子部品冷却装置

Info

Publication number: JP2002026214A
Application number: JP2000211547A
Authority: JP
Inventors: Masahira Tasaka; 誠均田坂
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2002-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ＬＳＩチップ等の発熱電子部品を効果的に冷
却でき、かつ従来より小型の電子部品冷却装置を提供す
る。【解決手段】電子部品の放熱面２上の温度境界層に臨
む通風孔１２と、通風孔１２に連通する圧力室１８と、
圧力室１８内の圧力を変動させる圧力変動手段１７とを
備える電子部品冷却装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品の冷却装
置に関する。代表的な適用例としては、情報処理用電子
機器の中央演算処理装置として用いられるマイクロプロ
セッサ用ＬＳＩが形成されたシリコンチップまたはＬＳ
Ｉパッケージの空冷冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロプロセッサ等の電子部品を構成
する大規模集積回路（ＬＳＩ）はシリコン基板等の上に
薄膜を積層あるいは除去して形成される。このＬＳＩは
熱に対して極めて弱く、約１３０〜１５０℃の温度で集
積回路を構成する多数の異種材料間の接合部が損なわ
れ、個々の回路素子が機能しなくなる。また、それ以下
の温度であっても、温度の上昇に伴いＬＳＩの機能の信
頼性は著しく低下する。このため従来から、ＬＳＩを許
容温度以下に保つため、様々な冷却方式が採用されてき
た。

【０００３】例えば、ＬＳＩが形成されたシリコンチッ
プ（以下、単に「チップ」と呼ぶ）を熱伝導率の比較的
大きい素材で作られたパッケージに収納し、このパッケ
ージの外表面と周囲の空気との熱伝達により熱交換を行
う自然空冷方式あるいは強制空冷方式は広く実用化され
ている。このパッケージに放熱フィンを有するヒートシ
ンクを搭載し放熱面積を増大させることにより放熱能力
を高める方法も広く用いられている。さらにこのヒート
シンクに軸流ファンを密着搭載し強制空冷する方法も用
いられている。

【０００４】また他の例として、文献（Tuckerman, D.
B. and Pease, R. F., "High-Performance Heat Sinkin
g for VLSI", IEEE Electron Device Letters, Vol. ED
L-2,No.5, 198 1, pp.126-129 ）には、ＬＳＩが形成さ
れたチップのＬＳＩと反対側の基板面に、幅５０μｍ×
深さ３００μｍの流路を１００μｍピッチで形成し、こ
の流路に冷却水を流すことによりＬＳＩを強制水冷する
方法が開示されている。

【０００５】しかし、これらの冷却方式では、次のよう
なことが問題となっている。（Ａ）ＬＳＩパッケージの場合、チップと冷却空気間に
パッケージ、接着剤等が介在することによる熱抵抗が生
じる。この熱抵抗は全熱抵抗（ＬＳＩと空気との間の熱
抵抗）の最大４０％程度に達する。

【０００６】（Ｂ）チップとパッケージとの間の熱膨張
率差に起因する熱応力を発生させることなく熱的に良好
な接続をする工夫が必要である。（Ｃ）パッケージの小型化に伴い、放熱面積が減少し、
パッケージ自体の冷却能力が減少する。特に、今後のチ
ップ実装形態として有力な小型のチップサイズパッケー
ジ（または、チップスケールパッケージ。ＣＳＰと略称
される。）、あるいはベアチップ実装において冷却能力
の減少が顕著になる。

【０００７】（Ｄ）パッケージまたはベアチップを空冷
する際、空気が冷却面と平行に流れる平行流冷却では、
冷却面の上流端下流端に向うにつれて冷却面上の空気温
度が上昇し、熱伝達低下の原因となる層（温度境界層）
が発達し冷却性能を悪化させる。この現象は、自然空冷
や冷却空気流速の遅い強制空冷の場合、特に顕著とな
る。

【０００８】（Ｅ）上記（Ｄ）の平行流冷却における冷
却性能悪化を防ぐため、空気を冷却面へ垂直に吹き付け
る噴流冷却方法では、専用のノズル、配管等が必要とな
り、大きなスペースが必要となる。

【０００９】（Ｆ）ヒートシンクを用いる方法あるいは
ヒートシンクをファンにより空冷する方法も、十分な性
能を持たせるためにヒートシンク単体あるいはヒートシ
ンクとファンを合わせた体積が大きくなりがちで、装置
の小型化を阻害する。

【００１０】（Ｇ）前記文献に開示されたように、微細
な冷却流路を設けてＬＳＩを強制水冷する方法は、ＬＳ
Ｉと流路とを完全に分離する必要があり、このためのシ
ール方式が複雑になることと、流路が微細なため圧力損
失が大きく、冷却水循環ポンプ、配管等の設備も大がか
りになる。

【００１１】このように、従来の冷却方法ではチップの
高性能化、実装パッケージの小型化に応じた冷却装置の
小型・高性能化に限界があり、電子機器の小型・高性能
化を阻害する要因になりつつある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、マイ
クロプロセッサ等のＬＳＩに代表される電子部品を効果
的に冷却でき、かつ従来より小型の電子部品冷却装置を
提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来品よ
り小型の電子部品冷却装置を開発すべく種々の実験検討
を行った結果、下記の知見を得た。

【００１４】（ａ）電子部品の放熱面を流体の自然対流
もしくは強制対流により冷却する際、伝熱の律速となる
のは放熱面の表面近傍に形成される温度境界層である。（ｂ）温度境界層内の流体を攪拌することにより、温度
境界層の厚さが薄くなり、放熱面と冷却流体との間の熱
伝達率が増大し、電子部品の温度を効果的に低下させる
ことができる。

【００１５】（ｃ）温度境界層内へ空気を間欠的に吹き
出しあるいは間欠的に吸い込むことにより、温度境界層
の流体を攪拌できる。（ｄ）温度境界層内へ空気を間欠的に吹き出しあるいは
間欠的に吸い込む装置としては、温度境界層へ空気を吹
き出しあるいは間欠的に吸い込む孔を有し、この孔が空
気圧力を変動させることのできる圧力室と通じるよう形
成されているのがよい。

【００１６】（ｅ）前記圧力室の圧力変動は、圧力室を
構成する少なくとも一つの壁面を弾性変形させることに
より実現可能である。（ｆ）前記圧力室の壁面を弾性変形させるための駆動力
としては、静電気力を用いることが有効である。

【００１７】（ｇ）発熱体からの熱の一部が前記圧力室
の壁等を伝導し冷却空気へ放散されるようにすることに
より、前記装置自体に伝熱面積（放熱面積）を増加させ
る拡大伝熱面としての機能を兼備させることができる。

【００１８】本発明は、これらの知見に基づきなされた
もので、その要旨は以下の（１）〜（４）にある。（１）電子部品に取り付けたときに電子部品の放熱面上
の温度境界層に臨む通風孔と、該通風孔に連通する圧力
室と、該圧力室の内部の圧力を変動させる圧力変動手段
とを備えることを特徴とする電子部品冷却装置。

【００１９】（２）前記圧力変動手段は、前記圧力室の
内部の少なくとも一の壁を構成する弾性変形板と、該弾
性変形板に変形を生じさせる駆動手段とからなることを
特徴とする上記（１）に記載の電子部品冷却装置。

【００２０】（３）前記駆動手段は、前記弾性変形板を
静電気力により変形させる電極からなることを特徴とす
る上記（２）項に記載の電子部品冷却装置。（４）前記電子部品冷却装置は、前記電子部品の放熱面
に固定され、電子部品冷却装置自体が拡大伝熱面をなす
ことを特徴とする上記（１）〜（３）項のいずれかに記
載の電子部品冷却装置。

【００２１】なお、以下においては、電子部品冷却装置
を単に冷却装置とも表す。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は、電子部品な
どの放熱面と平行に冷却空気が流入した場合の温度境界
層の形成を表す模式図である。同図に示すように、基板
３に取り付けられたチップ１（ベアチップ）からの熱Ｑ
により空気の層が昇温され、放熱面２の上流端から下流
へ向かって、温度境界層４の厚さが増加する。温度境界
層４の厚さは冷却空気の流速が小さいほど厚くなり、温
度境界層４が厚いほど放熱面２での熱伝達率が低下す
る。この熱伝達率の低下を防ぐため温度境界層の厚さを
低減することが有効である。温度境界層の厚さを低減す
るには、放熱面に可及的に近接した位置で温度境界層を
破壊あるいは攪拌するのがよい。

【００２３】図２は、本発明の冷却装置の原理を冷却装
置の一例に基づいて示す説明図であり、同図（ａ）は平
面図、同図（ｂ）は側面図である。同図（ａ）に示すよ
うに、冷却装置１１は、電子部品を構成するチップ１の
放熱面２上に一個あるいは複数個（図では複数個）が取
り付けられ、放熱面２の近傍に設けた通風孔１２から空
気を間欠的に吹き出し若しくは間欠的に吸い込むことに
より、温度境界層４が発達する前に温度境界層４を攪拌
・破壊し、放熱面２の熱伝達率の低下を抑制することが
できる。なお、前記通風孔１２は同図（ｂ）に示す位置
と反対の面（紙面の裏側の面）にも設けることにより、
さらに放熱面２の熱伝達率の低下を抑制することができ
る。図２においては、発熱体であるチップ１は、マザー
ボード、ドーターボード等の一般に「基板」と称される
基板３に取り付けられており、その表面は冷却空気中へ
露出されている。なお、この他に、発熱体であるチップ
がパッケージと呼ばれる封止体に封止され、このパッケ
ージを通して冷却空気中へ放熱する場合もある。

【００２４】図３は、本発明の冷却装置を被冷却体へ取
り付けた状態の例を示す斜視図である。同図において、
図２と同一要素は同一符号で示す。図３（ａ）は、チッ
プまたはパッケージ等の被冷却体２３の放熱面２上に、
冷却装置１１を取り付けた状態を示す図である。

【００２５】同図に示すように、通風孔１２から空気を
吹き出しあるいは吸い込むことにより、放熱面２上に形
成される温度境界層を攪拌・破壊し、放熱面２の熱伝達
率の低下を阻止することができる。冷却装置１１の動力
源として例えば電力を用いる場合には、放熱面２の内部
に形成した図示しない配線を通じて冷却装置１１へ電力
を供給することができる。また、冷却装置１１の制御回
路は、例えば、底板１３や冷却装置１１の内部に集積回
路として形成することができる。

【００２６】図３（ｂ）は、被冷却体２３の放熱面２上
に冷却装置１１を取り付けた別の態様を示す図である。
図３（ｂ）に示す冷却装置１１は、図３（ａ）に示す底
板１３よりも大きな底板１３を備え、被冷却体２３の放
熱面２上に取り付けられている。底板１３の材質を熱伝
導率の高いものとすることにより、底板１３が集熱板と
して機能し、底板の表面２１から放熱すると同時に、冷
却装置１１に熱を伝導し冷却装置１１自体に拡大伝熱面
（放熱体）としての機能を具備させることができる。

【００２７】図３（ｃ）は、被冷却体２３の放熱面２上
に高熱伝導板２２を介して冷却装置１１を取り付けた状
態を示す図である。図３（ｃ）に示す冷却装置１１は、
図３（ｂ）の冷却装置１１と同一構成であるが、底板１
３に高い熱伝導率を有する金属板やセラミックス板等の
高熱伝導板２２を接合し、被冷却体２３の放熱面２上に
取り付けられている。このような構成とすることによ
り、底板１３として熱伝導率の良好でない材質を適用す
る場合であっても、高熱伝導板２２が集熱板として機能
し、冷却装置１１自体に拡大伝熱面（放熱体）としての
機能を具備させることができる。

【００２８】図３（ｄ）は、一枚の高熱伝導板２２の上
に複数の冷却装置１１を形成し、前記高熱伝導板２２を
被冷却体２３の放熱面２上に取り付けた状態を示す図で
ある。

【００２９】図３（ｄ）に示すように、一枚の高熱伝導
板２２の上に複数の冷却装置１１を形成したものを、チ
ップまたはパッケージ等の被冷却体２３上に貼り付ける
構成とすることにより、冷却装置１１の被冷却体２３へ
の装着作業効率を高めることができる。

【００３０】図４は、本発明の冷却装置の一例である、
図３（ａ）に示す冷却装置１１の外観を示す拡大図であ
る。同図において、冷却装置１１は、放熱面２に接する
底板１３と、前記底板１３に対向する天板１４と、４枚
の側板（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ）とからなる
直方体形状である（但し、１５ｃは背面に当たるため図
示しない。１５ｃについては図５を参照。）。また、側
板１５ａと図示しない側板１５ｃの底板１３近傍には通
風孔１２が各々１個設けられており、前記通風孔１２か
ら空気を間欠的に吹き出しあるいは吸い込むようになし
てある。

【００３１】冷却ユニットの構成によっては、底板１３
あるいは天板１４あるいは側板１５の一部を他の部材等
に兼備させることにより省略できる場合もあるが、その
場合にも同様の機能を発揮させることができる。

【００３２】通風孔の位置としては、図４に示した側板
１５ａ、１５ｃに限定されるものではなく、温度境界層
の攪拌に寄与するならば、他の側板（１５ｂ、１５
ｄ）、天板１４あるいは底板１３であってもよい。さら
に、通風孔１２の孔数は、図４に示すように対向する１
組の側板に１個づつ設ける場合に限らず、一の側板等に
複数個設けてもよい。

【００３３】図５は、図４のＡ−Ａ断面図である。同図
において、チップ１は、厚さ０．３〜０．５ｍｍのシリ
コン基板３１、前記シリコン基板３１上に薄膜層として
形成したＬＳＩ層３２、前記ＬＳＩ層３２を保護する保
護層３３よりなる。前記ＬＳＩ層３２は、回路素子の高
集積化、スイッチングの高速化に応じて発熱密度、発熱
量が共に増加する性質をもった発熱体である。ＬＳＩ層
３２は前述したように熱に対して極めて弱い。保護層３
３はＬＳＩ層３２を外部から電気的に絶縁すると同時
に、損傷等から保護するものである。配電層３４は冷却
装置１１へ電力を供給するための配線パターンが形成さ
れた層であり、絶縁層３５は配電層３４と外部とを電気
的に絶縁すると同時に冷却装置１１の基礎構造をなして
いる。同図においては、絶縁層３５の表面が放熱面２に
相当する。

【００３４】図４および図５に示すように、冷却装置１
１の底板１３、天板１４、側板１５ａ及び側板１５ｃと
で囲まれた内部には、側板１５ａ及び側板１５ｃの内面
に夫々設けた電極１９、１９と、スペーサー１６、１
６、１６、１６と、前記スペーサー１６、１６、１６、
１６により前記電極１９、１９と隔離して中央部に設け
た圧力変動手段である弾性変形板１７と、前記電極１
９、１９と前記弾性変形板１７とスペーサー１６、１
６、１６、１６と側板１５ｂ及び側板１５ｄとで囲まれ
た圧力室１８、１８とを備える。また、側板１５ａ及び
側板１５ｃには、前記圧力室１８、１８と外気とを連通
する通風孔１２、１２を備える。そして、弾性変形板１
７を変形させることにより、圧力室内に圧力変動が生
じ、通風孔１２、１２を通じて空気を間欠的に吹き出し
若しくは間欠的に吸い込むことができる。

【００３５】弾性変形板１７に変形を生じさせる駆動手
段としては、側板１５ａ及び側板１５ｃの内面に設けた
電極１９、１９と弾性変形板１７との間に配電層３４か
ら電圧を印加することにより発生する静電気力（引力お
よび斥力）を用いることができる。電極１９、１９と弾
性変形板１７との間に印加する電圧の制御は、底板１３
もしくは側板１５ａ等の冷却装置１１内部、ＬＳＩ層３
２または図示しない冷却装置以外の部位に制御回路を組
み込むことにより行うことができる。

【００３６】弾性変形板１７に変形を生じさせる駆動手
段としては、静電気力以外に電磁気力も利用することが
できる。図４および図５において発熱体であるＬＳＩ層
３２から発生した熱の過半は、放熱面２において空気へ
の熱伝達により放散されるが、残りの一部は冷却装置１
１の底板１３へ伝導し、また他の一部はチップ３１を通
じて図示しないマザーボード等へ伝導する。冷却装置１
１の底板１３へ伝導した熱は、側板１５ａ、１５ｂ、１
５ｃ、１５ｄおよび天板１４へ伝導し、それらの表面か
ら空気中への熱伝達により放散されるため、冷却装置は
放熱フィンの機能を果たす。底板１３、側板１５ａ、１
５ｂ、１５ｃ、１５ｄおよび天板１４の熱伝導率が大き
い場合には、その効果が顕著になるので好ましい。

【００３７】通風孔１２の位置は、通風孔から吹き出さ
れる空気が放熱面２に発達する温度境界層へ届く範囲に
あるならどこでもよいが、好ましくは放熱面からの距離
が、自然対流冷却下または強制対流冷却下において、図
１に示すように冷却装置がない場合に発達する温度境界
層厚さと同程度かそれ以下とするのがよい。これは、本
発明の冷却装置の目的が温度境界層厚さの低減による熱
伝達の促進にあり、温度境界層の破壊にはその底層部の
攪拌が有効であるためである。

【００３８】冷却空気の供給が自然対流、強制対流の何
れの場合であっても、本発明の冷却装置は冷却効果を奏
するが、温度境界層の発達が大きい自然対流や、冷却空
気流速の遅い強制対流の場合において、特に顕著な効果
を奏する。

【００３９】通風孔から吹き出す空気速度は、通風孔の
直径ｄ（ｍ）を代表寸法とし、通風孔から吹き出される
空気平均速度を代表速度Ｕ（ｍ／ｓ）とし、これら代表
寸法と代表速度とから導出されるレイノルズ数Ｒｅ（Ｒ
ｅ＝ρＵｄ／η：但し、ρは冷却空気の密度、ηは冷却
空気の粘性率、長さの単位はｍ）が７０以上となるよう
設定すれば温度境界層の攪拌効果が高まるので好まし
い。

【００４０】次に、半導体製造プロセス技術を応用した
技術により、図４および図５に示す冷却装置１１を製作
するプロセスの一例の概略を説明する。側板１５ａとし
て、結晶面方位が（１００）である厚さ２００μｍの単
結晶Ｓｉ基板を用いる。

【００４１】先ず、単結晶Ｓｉ基板の片側の表面にスペ
ーサー１６、１６と接する部分以外に電極１９を形成す
る。電極としては、金／クロムの二層膜等を適用でき
る。次に、通風孔１２の部分以外にレジスト膜を形成
し、通風孔１２の部分の電極膜を除去する。この際、レ
ジスト膜の無い通風孔部分の直径、すなわち圧力室側の
通風孔の直径Ｄ（ｍｍ）は、単結晶Ｓｉのアルカリエッ
チング時に、その結晶面方位によりエッチング速度が異
なる、いわゆる異方性エッチングを利用して次のように
して決定する。

【００４２】（１００）面方位の単結晶Ｓｉ基板では、
アルカリエッチングにおいて最もエッチング速度が小さ
い（１１１）面は、基板表面に対し約５５°の角度をも
って交わっていることから、５５°の傾斜面に囲まれた
空間形状をアルカリエッチングにより容易に形成するこ
とができる。求める直径Ｄは、単結晶Ｓｉ基板の対抗す
る面の直径をｄ（ｍｍ）、単結晶Ｓｉ基板の厚さをｔ
（ｍｍ）とすると、Ｄ＝ｄ＋１．４ｔとして求めることができる。

【００４３】図４および図５に示す冷却装置において、
外気側の通風孔の直径ｄを０．４ｍｍとすると、圧力側
の通風孔の直径Ｄは０．６８ｍｍとなる。このようにし
て求めた直径分を露出した単結晶Ｓｉ基板表面を、エッ
チング液としてイソプロピルアルコールを含む水酸化カ
リウム水溶液を用いてエッチング処理を施すことによ
り、圧力室側０．６８ｍｍ、外気側０．４ｍｍの直径を
有するノズル状の通風孔を形成することができる。

【００４４】側板１５ｃも上述した方法により同様に形
成することができる。底板１３および天板１４も厚さ２
００μｍの単結晶Ｓｉ基板を所要の寸法に切断して用い
る。

【００４５】側板１５ｂ、側板１５ｄ、スペーサー１
６、１６、１６、１６は単結晶Ｓｉと線膨張率の近い厚
さ１００ミクロンのガラス基板を所要の寸法に切断し用
いる。弾性変形板１７には厚さ８０ミクロンの単結晶Ｓ
ｉ基板を所要の寸法に切断し用いる。

【００４６】上記手法により用意した、底板１３、天板
１４、側板１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、スペーサ
ー１６、１６、１６、１６および弾性変形板１７を製品
形状に組み合わせ、オーブン内で３１０℃に加熱しなが
ら、単結晶Ｓｉ基板を正側、ガラス基板を負側として８
００Ｖの直流電圧を１０分間印加することによりガラス
−Ｓｉ−ガラスの接合体が得られる。

【００４７】図３に示す冷却装置１１は、チップ（ベア
チップ）等の冷却対象２３に直接装着する構造を想定し
たものであるが、別に冷却装置専用の基板を用意し、そ
の上に冷却装置１１を装着し、一体物の基板付き冷却装
置とし、基板をチップに貼り付けるようにしてもよい。
また、一体物の基板付き冷却装置をチップに貼り付ける
以外に、ＬＳＩパッケージの表面や放熱フィン表面等の
放熱面上に貼り付けるようにしてもよい。

【００４８】図４に示す通風孔１２の断面形状として
は、円形以外に、矩形、楕円形等とすることができる。
また、通風孔１２中を流れる空気の流れと平行な中心軸
は、その通風孔１２が設けられた壁面に垂直でなくても
差し支えない。

【００４９】

【実施例】（実施例１）本発明に係る冷却装置を製作
し、ＬＳＩチップを模擬したシートヒータ表面に配置
し、自然対流冷却下で冷却性能を測定した。

【００５０】製作した冷却装置を構成する冷却装置単体
の図５に示す寸法は以下の通りである。Ｗ₀＝０．６８mm ｗ₁＝ｗ₇＝０．２mm ｗ₂＝ｗ₆＝０．０１mm ｗ₃＝ｗ₅＝０．０９mm ｗ₄＝０．０８mm Ｌ₀＝５．０mm Ｈ₀＝５．０mm ｈ₁＝ｈ₂＝ｈ₄＝ｈ₅＝０．２mm ｈ₃＝４．２mm ｈ₆＝４．６mm ｈ₇＝１．２mm 図６は、本発明の冷却装置の試験に用いたシートヒータ
上の冷却装置の配置を示す摸式図である。同図におい
て、シートヒータ２３上に、上記製作した冷却装置１１
が縦３行、横３列で配置されている。図６に示すシート
ヒータ２３および冷却装置１１の配列の寸法関係は以下
のとおりである。

【００５１】 W＝１２．０mm（シートヒータ幅） W₁＝W₄＝１．６６mm W₂＝W₃＝３．３２mm L＝２０．０mm（シートヒータ長さ） L₁＝L₂＝２．５mm シートヒータの発熱量は熱流束一定条件で０．４５Ｗと
した。

【００５２】図６に示すシートヒータは、被冷却面（本
発明の冷却装置を設置する面）である上面が水平となる
ように設置すると共に、冷却面と反対の下面には図示し
ない厚さ５ｍｍの断熱材を貼り付けた。

【００５３】図６に示す冷却装置１１を配置したシート
ヒータ２３を、断面寸法が５００ｍｍ×５００ｍｍの風
洞内中央部に水平に設置した。冷却装置１１の電極１
９、１９へ交互に電圧を印加し、弾性変形板１７が変形
周波数１０００Ｈｚ、最大変形振幅７０μｍで変形振動
するように制御したところ、各冷却装置の通風孔から間
欠的に空気の吹き出しおよび吸い込みが生じ、冷却装置
１１は放熱面２の表面近傍の空気を攪拌した。この結
果、冷却空気と放熱面２の温度差は平均４１℃となり、
上記温度差とヒータ表面積基準での熱伝達率は約４５．
７Ｗ／（℃・ｍ²）となった。

【００５４】一方、比較例として、上記のシートヒータ
に本発明の冷却装置１１を取り付けないで、その他は上
記と同一条件として風洞内中央部に設置したところ、冷
却空気と放熱面２との温度差は平均５５℃となり、上記
温度差とヒータ表面積基準での熱伝達率は約３４Ｗ／
（℃・ｍ²）となった。

【００５５】上記試験条件では、本発明の冷却装置を取
り付けることにより、冷却性能を１．３４倍に向上でき
た。（実施例２）本発明の冷却装置を製作し、半導体回路チ
ップを模擬したシートヒータ表面に配置し、強制対流冷
却下で冷却性能を測定した。

【００５６】図４および図５の寸法記号に示す冷却装置
単体の寸法は実施例１における各寸法と同一とした。シ
ートヒータ２３の被冷却面（本発明の冷却装置を設置す
る面）である上面が水平となるように設置すると共に、
冷却面と反対の下面には図示しない厚さ５ｍｍの断熱材
を貼り付けた。シートヒータ上の冷却装置および冷却装
置の配置の寸法関係は実施例１と同一とした。

【００５７】シートヒータ発熱量は熱流束一定条件で
２．０Ｗとした。上記の寸法の冷却装置を配置したシー
トヒータを、断面寸法が５００ｍｍ×５００ｍｍの風洞
内中央部に設置した。風洞内部には冷却装置より十分下
流に設けられたブロワの吸込みによりシートヒータの発
熱面と平行に流速２ｍ／ｓの冷却空気を流した。

【００５８】実施例１と同様に本発明の冷却装置を駆動
してシートヒータ表面近傍の空気を攪拌した。この結
果、冷却空気温度と放熱面２との温度差は平均約９８℃
となり、上記温度差とヒータ表面積基準での熱伝達率は
約８５．０Ｗ／（℃・ｍ²）となった。

【００５９】一方、比較例としては、上記シートヒータ
に本発明の冷却装置１１を取り付けないで、その他は上
記と同一条件として風洞内中央部に設置したところ、冷
却空気と放熱面２との温度差は平均１２５℃となり、上
記温度差とヒータ表面積基準での熱伝達率は約６７Ｗ／
（℃・ｍ²）となった。

【００６０】上記試験条件では、本発明の冷却装置を取
り付けることにより、冷却性能を１．２７倍に向上でき
た。

【００６１】

【発明の効果】本発明の冷却装置によれば、ＬＳＩチッ
プ等の発熱電子部品を効果的に冷却でき、かつ従来より
小型の電子部品の冷却装置を得ることができる。

【００６２】本発明をＬＳＩチップ等の電子部品の冷却
に適用すれば、電子機器を小型かつ高性能化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】放熱面と平行に冷却空気が流入した場合の温度
境界層の形成を表す模式図である。

【図２】本発明の冷却装置の原理を冷却装置の一例に基
づいて示す説明図であり、同図（ａ）は平面図、同図
（ｂ）は側面図である。

【図３】本発明の冷却装置を被冷却体へ取り付けた状態
の例を示す斜視図である。

【図４】図３（ａ）に示す冷却装置１１の外観を示す拡
大図である。

【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。

【図６】本発明の冷却装置の試験に用いたシートヒータ
上の冷却装置の配置を示す摸式図である。

【符号の説明】

１：チップ２：放熱面３：基板１１：冷却装置１２：通風孔１３：冷却装置底板１４：冷却装置天板１５：冷却装置側板１６：スペーサー１７：弾性変形板１８：圧力室１９：電極２１：底板の表面２２：高熱伝導板２３：被冷却体３１：シリコン基板３２：ＬＳＩ層３３：保護層３４：配電層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子部品に取り付けたときに電子部品の
放熱面上の温度境界層に臨む通風孔と、該通風孔に連通
する圧力室と、該圧力室の内部の圧力を変動させる圧力
変動手段とを備えることを特徴とする電子部品冷却装
置。
【請求項２】前記圧力変動手段は、前記圧力室の内部
の少なくとも一の壁を構成する弾性変形板と、該弾性変
形板に変形を生じさせる駆動手段とからなることを特徴
とする請求項１に記載の電子部品冷却装置。
【請求項３】前記駆動手段は、前記弾性変形板を静電
気力により変形させる電極からなることを特徴とする請
求項２に記載の電子部品冷却装置。
【請求項４】前記電子部品冷却装置は、前記電子部品
の放熱面に固定され、電子部品冷却装置自体が拡大伝熱
面をなすことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
載の電子部品冷却装置。