JP2003318341A - 半導体素子の冷却装置 - Google Patents

半導体素子の冷却装置

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雅夫 中野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のファンとヒートシンクの空冷式の冷却
装置では半導体素子７０Ｗ程度の発熱を冷却する装置を
構成することが可能であるが、１５０Ｗ以上の高発熱半
導体素子の冷却になると装置が非常に大型になりサーバ
等の枠体に入りきれなくなってしまう課題があった。 【解決手段】 本発明は、高発熱体である半導体素子を
冷却するための冷却板、コンデンサーおよび冷媒ポンプ
を繋いでなる冷媒循環式の冷却装置とし前記コンデンサ
ーをファンでもって冷却し、扁平管コンデンサーおよび
銅板の冷却板を用いたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高発熱の半導体素
子の冷却装置に関し冷媒の蒸発、凝縮の相変化を用いて
効率よく小型で取り扱いが容易な冷却装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータ等の半導体素子において演
算スピードを上げるために半導体素子の発熱量も増大
し、ファンとヒートシンクの空冷の冷却装置では限界に
達して来ている。大型コンピュータでは特開平５−１３
６３０５に記載されている様に半導体素子を液冷媒に浸
漬させて冷却させるために特殊なセラミック製多層配線
基板やハウジングで密閉する必要があり冷却装置が複雑
になり一般的な冷却には適していなかった。また小型の
冷却装置では特開平６−１２０３８２に記載されている
ように冷媒の相変化を利用して冷却するヒートパイプ式
の冷却装置もあるが、高発熱の半導体素子の冷却には装
置が大きくなったり冷却能力が足りなかったりする恐れ
があった。また、小発熱の冷却にはファンとヒートシン
クを組み合わせた冷却装置が一般的であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のファンとヒート
シンクによる空冷式の冷却装置では、半導体素子７０Ｗ
程度の発熱を冷却する装置を構成することが可能である
が、１５０Ｗ以上の高発熱半導体素子の冷却になると装
置が非常に大型になりサーバ等の枠体に入りきれなくな
ってしまう課題があった。また、特開平５−１３６３０
５に記載されているような液冷媒に浸漬させる方式では
半導体素子を収納する容器の密閉性等の課題や装置が複
雑で大型になり収納性や取り扱い性に課題があった。
【０００４】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、高発熱の半導体素子の冷却を小型の装置で
効率よくおこなえる冷却装置を提供することを目的とす
るものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、高発熱体であ
る半導体素子を冷却するための冷却板、コンデンサーお
よび冷媒ポンプを繋いでなる冷媒循環式の冷却装置と
し、前記コンデンサーをファンでもって冷却し、扁平管
コンデンサーおよび銅板の冷却板を用いたことを特徴と
する。
【０００６】また、本発明は扁平管コンデンサーの熱交
換率を上げるため、扁平管を２列にしてファンから遠い
列から冷媒が入り、ファンから近い列より出るように構
成したことを特徴とする。
【０００７】また、本発明は扁平管コンデンサーの冷媒
の入口を高い位置に設け、出口を低い位置に設け液冷媒
が効率よく流出するように構成したことを特徴とする。
【０００８】また、本発明は複数個の半導体素子を冷却
するための冷却板を直列で繋いで構成したことを特徴と
する。
【０００９】また、本発明は冷却板に孔を複数個あけ
て、銅管でそれぞれの孔を順番に接続し、その中に冷媒
を通してなるように構成したことを特徴とする。
【００１０】また、本発明は冷却板の中を扁平中空にし
て、その中に冷媒を通してなるように構成したことを特
徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】請求項1に記載の発明は高発熱体
である半導体素子を冷却するための冷却板、コンデンサ
ーおよび冷媒ポンプを繋いでなる冷媒循環式の冷却装置
とし前記コンデンサーをファンでもって冷却し、扁平管
コンデンサーおよび銅板の冷却板を用いた構成のもので
ある。この構成によればコンデンサーで凝縮した冷媒が
冷媒ポンプでもって冷却板に送られ冷却板に取りつけら
れた半導体素子の熱を奪い液冷媒から蒸気冷媒の相変化
を起こしコンデンサーに送られる。また、コンデンサー
に取り付けられたファンでもって蒸気冷媒の熱を奪い液
冷媒に変化する。
【００１２】請求項2に記載の発明は扁平管コンデンサ
ーを２列にして、ファンから遠い列に冷却板からの冷媒
が入り、ファンから近い列より出るようにした構成であ
る。この構成によれば冷媒とファンにより送風された空
気との温度をそれぞれの扁平管コンデンサーの列で確保
できることができる。
【００１３】請求項3に記載の発明は扁平管コンデンサ
ーの冷媒の入口を高い位置に設け、出口を低い位置に設
けた構成である。そしてこの構成によれば各パスに均等
に液冷媒および蒸気冷媒が流れ、液冷媒が出口より流出
することができる。
【００１４】請求項4に記載の発明は複数の半導体素子
を冷却するための冷却板を直列で繋いでなる構成であ
る。そしてこの構成によれば繋がれた順番に半導体素子
を冷却して行くため、それぞれの半導体素子の発熱量が
異なっていても充分にそれぞれの半導体素子を冷却する
ことができる。
【００１５】請求項5に記載の発明は冷却板に孔を複数
個あけ銅管でそれぞれの孔を順番に接続し、その中に冷
媒を通してなる構成である。
【００１６】請求項6に記載の発明は冷却板の中を扁平
中空にして、その中に冷媒を通してなる構成である。
【００１７】
【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。 （実施例1）図1は本発明の実施例を示す冷凍サイクル図
である。図1において高発熱体である半導体素子を冷却
するための銅板の冷却板１、扁平管コンデンサー２、冷
媒ポンプ3を繋いで冷却装置を構成している。またコン
デンサー2はファン4でもって冷却される構成になってお
り、冷凍サイクル内には冷媒が封入されている。冷媒の
流れはまずコンデンサー2より出てきた液冷媒は冷媒ポ
ンプ3でもって冷却板1に送られ、高発熱の半導体素子の
熱を奪い冷却板1の中で液冷媒から蒸気冷媒に相変化を
起こす。次に蒸気冷媒はコンデンサーに送られ、ファン
でもって冷却され蒸気冷媒から液冷媒に相変化を起こ
す。そしてこの実施例によれば高発熱の半導体素子の冷
却を冷媒の相変化により行なうため効率の良い冷却が得
られる。また扁平管コンデンサー2および銅板の冷却板1
を使用しているために効率の良い熱交換および熱伝達が
得られ小型の冷却装置を構成することが可能となる利点
がある。コンデンサー2は２列の扁平管コンデンサーで
構成され冷媒管の入口はファンから遠い位置の列に設置
され出口はファンから近い位置の列から出る構成になっ
ているためファン4から送られる空気の温度とコンデン
サーの温度差をそれぞれの扁平コンデンサーの列で有効
に稼ぐことが出来、高性能の熱交換が可能となる。ま
た、冷却板は直列に繋がれており熱伝導の高い銅板で形
成されているため半導体素子の発熱量が異なっていても
充分冷却でき半導体素子の異常温度上昇を押さえること
が出来る効果がある。図2は扁平管コンデンサー詳細図
である。冷媒の吸入管5は入口ヘッダー6の上部に接続さ
れ冷媒の出口管は出口ヘッダー8の下部に接続されてい
る。入口ヘッダー6の上部より流入した蒸気冷媒と液冷
媒の２相冷媒は均等に各扁平管7の中を流れ出口ヘッダ
ー8の下部より液冷媒のみが流れ出る構成となってい
る。上記実施例により冷媒を均等に流し、扁平管コンデ
ンサーを有効に利用ができ、出口からは液冷媒のみが流
れる構成になっているため冷媒ポンプにガスを噛み込ん
で流量が減少することを回避でき安定した冷却が可能と
なる。図３は冷却板の詳細図である。冷却板は銅板10に
複数の孔をあけ銅の冷媒配管11、15をろう付けし、銅の
U字管12、13、14をそれぞれ銅板10の孔にろう付けして
構成されている。上記構成により孔をあけた冷却板に配
管をろう付けするだけで簡単に作成することが可能であ
る。
【００１８】図4は冷却板の詳細断面図と平面図であ
る。冷却板10の中に中空を構成し冷媒管11、15ろう付け
した構成になっている。上記構成により冷媒と冷却板と
の接触面積を大きくとることが出来効率の良い冷却が可
能となる。
【００１９】
【発明の効果】上記実施例より明らかなように、請求項
1に記載の発明は発熱体である半導体素子を冷却するた
めの冷却板、コンデンサー、および冷媒ポンプを繋いで
なる冷媒循環式の冷却装置を構成し前記コンデンサーを
ファンでもって冷却し、前記コンデンサーに扁平管およ
び冷却板に銅板を用いたもので、この構成によれば高発
熱の半導体素子の冷却を冷媒の相変化により効率の良い
冷却が可能である。また、効率の良い扁平管コンデンサ
ー、および熱伝導の良い銅板を冷却板として使用してい
るため、高効率の小型の冷却装置を構成することが可能
となる効果がある。
【００２０】また、請求項2に記載の発明は扁平管コン
デンサーを２列にして、ファンの遠い列に銅板からの冷
媒が入り、ファンの近い列より出るようにしたものでフ
ァンから送風される空気とコンデンサーの各列の温度差
を有効に稼ぐことが可能となり高効率の熱交換ができる
効果がある。
【００２１】また、請求項3に記載の発明は扁平管コン
デンサーの冷媒の入口を高い位置に設け、出口を低い位
置に設けたもので、冷媒を均等に流し扁平管コンデンサ
ーを有効に利用でき出口からは液冷媒のみが流れる構成
になっているため冷媒ポンプにガスを噛み込んで流量が
減少することを回避でき安定した冷却を得られる効果が
ある。
【００２２】また、請求項4に記載の発明は複数の半導
体素子を冷却するための冷却板を直列で繋いでいるもの
で、それぞれの半導体素子の発熱量が異なっていても充
分冷却でき半導体素子の異常温度上昇を押さえることが
出来る効果がある。
【００２３】また、請求項5に記載の発明は冷却板に孔
を複数個あけ銅管でそれぞれの孔を順番に接続し、その
中に冷媒を通してなるもので、孔をあけた冷却板に配管
をろう付けするだけで簡単に作成することが可能であ
る。
【００２４】また、請求項6に記載の発明は冷却板の中
を扁平中空にして、その中に冷媒を通すもので、冷媒と
冷却板との接触面積を大きくとることが出来、効率の良
い冷却を得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す冷凍サイクル図
【図２】本発明の実施例を示す扁平管コンデンサーの詳
細図
【図３】本発明の実施例を示す冷却板の詳細図
【図４】本発明の他の実施例を示す冷却板の詳細図断面
図と平面図
【符号の説明】
１ 冷却板 ２ コンデンサー ３ 冷媒ポンプ ４ ファン ５ 冷媒の吸入管 ６ 入口ヘッダー ７ 扁平管 ８ 出口ヘッダー ９ 冷媒の吐出管 １０ 銅板 １１，１５ 冷媒配管 １２，２３，１４ U字管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福嶋 雅文 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA08 BA24 BB01 BB53 BB56

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】発熱体である半導体素子を冷却するための
    冷却板、コンデンサー、および冷媒ポンプを繋いでなる
    冷媒循環式の冷却装置を構成し前記コンデンサーをファ
    ンでもって冷却し、前記コンデンサーに扁平管および冷
    却板に銅板を用いた半導体素子の冷却装置。
  2. 【請求項２】扁平管コンデンサーを２列にして、ファン
    から遠い列に冷却板からの冷媒が入り、ファンから近い
    列より出るようにした請求項1の半導体素子の冷却装
    置。
  3. 【請求項３】扁平管コンデンサーの冷媒の入口を高い位
    置に設け、出口を低い位置に設けた請求項1の半導体素
    子の冷却装置。
  4. 【請求項４】複数の半導体素子を冷却するための冷却板
    を直列で繋いでなる請求項1の半導体素子の冷却装置。
  5. 【請求項５】冷却板に孔を複数個あけ銅管でそれぞれの
    孔を順番に接続し、その中に冷媒を通してなることを特
    徴とする請求項1の半導体素子の冷却装置。
  6. 【請求項６】冷却板の中を扁平中空にして、その中に冷
    媒を通すことを特徴とする請求項1の半導体素子の冷却
    装置。
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