JP2004193389A - Cooling member and electronic component - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を内部に実装した電子機器を間接冷却する冷却部材および、冷却部材を備えた電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、複数の素子アンテナが配置されたアレイアンテナ装置の場合、各素子アンテナで受信された信号を増幅し所要の処理を行う各素子アンテナ対応のモジュールが高密度に複数実装される。モジュールは、小型高出力で高発熱の半導体素子やその性能が温度に依存する電子部品が高密度に実装されており、電子機器装置の性能を維持するためには、装置内に実装された全てのモジュールにおいて内装された電子部品を規定の温度範囲内に保持する必要がある。
【0003】
従来、このようなモジュールを実装したアレイアンテナ装置において、省スペースにて高密度に実装されたモジュールを冷却する方式として、内部を冷媒が流れる薄型の平板状ヒートシンクをモジュールに接触させて冷却を行う間接冷却方式が適用されている(例えば特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平8−264981号公報(第2頁、図5、図6)
【0005】
従来の電子機器装置の例としてアレイアンテナ装置の構造を図8に示す。図8(a)は従来の電子機器装置の斜視図、図8(b)は図8(a)のA−A断面図、図8(c)は図8(a)のB−B断面図である。図において、1はモジュール、2はモジュール1内部に実装された冷却を必要とする高出力増幅器、低雑音増幅器等の電子部品、30はモジュール1に接触するように配置され内部を冷媒が流れるヒートシンク、5が電子機器装置のシャーシである。
【0006】
従来の電子機器装置の冷却構造は上記のように構成され、シャーシ5内においてモジュール1の内部に実装された電子部品2から発生した熱は、モジュール1のヒートシンク30との接触面よりヒートシンク30に伝導され、ヒートシンク30内部を41に示す方向で流れる冷媒に伝達される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように構成された電子機器装置の間接冷却構造では、以下のような問題点がある。 図8のような冷却構造の場合、ヒートシンク30内の流れの下流側において冷媒4はその上流にてモジュール1で発生した熱を吸収しているため、冷媒温度は上流側より高くなり上流側と下流側で温度差を生じる。例えば アレイアンテナ装置のようにモジュール1内部にその性能に温度依存性がある電子部品が実装され、装置内に実装されたモジュール1の温度差が機器の性能劣化を招く場合、装置内に実装される多数のモジュール1の温度を均一化することが要求される。
【0008】
しかし、この冷媒4の温度差が上流側に配置されるモジュールと下流側に配置されるモジュールとの間に温度差を生じさせ、モジュール温度の均一化を妨げる要因となる。この解決策として、発熱量に対する冷媒流量を増大させ下流側における冷媒の温度上昇を極力抑える方策が考えられるが、冷媒流量を増大させるためには、装置への冷媒供給圧力を著しく上昇させる必要が有り、冷却装置の冷媒循環系への負荷の増大、装置内の冷媒配管系に対する耐冷媒圧力性要求値の上昇を伴うこととなった。
【0009】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、内部に実装された電子部品の温度の均一化を可能とする電子機器装置の間接冷却構造を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る冷却部材は、異なる位置に配設された複数の発熱性電子部品の夫々と熱的に間接的に接続され、冷媒の流れる内部流路を形成する内壁面を有した冷却部材であって、上記冷却部材の内壁面の熱伝達率を、冷媒の流れ方向に変化させたものである。
【0011】
また、この冷却部材は、少なくとも2つ以上の平板が対向配置されて内部流路の内壁面を構成するとともに、当該平板の流路と接する面に形成された複数の突起を有し、当該突起により流路の幅が縮小される複数の流路縮小部を構成し、当該流路縮小部の流路の幅を、冷媒の流れ方向に変化させても良い。
【0012】
また、この冷却部材は、内部流路を構成する管状の内壁面を有し、当該内壁面に形成された複数の突起を有するとともに、当該突起により流路の径が縮小される複数の流路縮小部を構成し、当該流路縮小部の流路の径を、冷媒の流れ方向に変化させても良い。
【0013】
また、この冷却部材は、内部流路を形成する内壁面に複数の突起を有し、上記冷媒の流れ方向で隣接する突起間のピッチを、冷媒の流れ方向に変化させても良い。
【0014】
また、この冷却部材は、互いに連結された複数の冷却管、および冷却管の連結部をシールするとともに冷却管の内部流路に突出したOリングを有し、Oリングのつぶし量を、冷媒の流れ方向に変化させても良い。
【0015】
さらに、この冷却部材は、内部流路に複数のフィンが突出するワイヤフィンを配置し、隣接するフィンのピッチが冷媒の流れ方向に変化させても良い。
【0016】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1(a)は、この本発明の実施の形態1において、例えばアレイアンテナ装置のように発熱する電子部品を内蔵したモジュールが規則正しく配列された電子機器装置の冷却構造を示す図である。
【0017】
図において、1は発熱する電子部品が内蔵されその性能を維持するために冷却が必要な電子ユニットとしてのモジュールであって、図では複数有るモジュール1の夫々を、モジュール1−1〜1−nとして図示している。3はモジュール1の冷却を行うために片面当たりn個のモジュール1に接触して配置され内部に冷媒の流路を備える冷却部材であるヒートシンク、41は冷媒の流れ方向を示す。ヒートシンク3は、ヒートシンクを構成する壁面3a側の接触面Sa、およびヒートシンクを構成する壁面3b側の接触面Sbを介在させて、モジュール1の夫々の外壁面と熱的に接触している。
【0018】
すなわち、モジュール1内部に設けられた複数の電子部品(例えば、図8に示す電子部品2)は、ヒートシンク3の両側に夫々配置され、ヒーシンク3に接触することによって間接的に冷却される。ヒートシンク3は、モジュール1から伝達された熱を、冷媒4を通じて廃熱する。また、ここでのヒートシンク内面と冷媒4との間の熱伝達率は、冷媒の流れ方向の位置によって変化するように、内部流路が構成されている(内部流路の詳細構造については図2の説明で後述する)。ヒートシンク3は、図8のヒートシンク30と同程度の大きさを有し、シャーシ5内で図8のヒートシンク30の配置と同様にして配置される。
【0019】
図1(b)〜(e)は、図1(a)の構成に関する本実施の形態による適用例の冷却特性を示す図であり、同図中には、比較のために従来技術の適用例の冷却特性を示している。従来技術の適用例としては、冷媒流路の断面が一定形状のものや、ヒートシンク内部に、一定形状のフィンを一定の間隔で規則的に配置したものを仮定している。なお、電子機器装置に実装される複数のモジュール1の発熱量は全て等しく、等間隔で配列された場合を仮定している。
【0020】
図において、横軸には図1(a)において流れ方向に配列されたモジュール1−1〜1−nの位置をとり、図1(b)では冷媒温度、図1(c)ではヒートシンク3に設定されたヒートシンク内面と冷媒との間の熱伝達率、図1(d)では流れ方向単位長さ当たりの冷媒の圧力損失、図1(e)ではモジュール1の温度の変化を示している。
【0021】
この実施の形態では、冷媒温度が流れの下流に行くに従い上昇する為、流れの最下流に位置するモジュールの温度を、許容温度Ta以下に冷却することを前提として、ヒートシンク3と冷媒との熱伝達率が設定されるように、冷媒の流量(流速)を与える。従来技術では、この最下流に位置するモジュールの冷却を考慮して熱伝達率haを設定し、この熱伝達率haがヒートシンク3の全ての流れ方向の位置で均一に適用されるように構成されている。このため、上流に位置するモジュールは冷媒温度に準じて低くなり、上流に位置するモジュールと下流に位置するモジュールとの間で温度差を生じていた。
【0022】
このような場合に、本発明では図1(c)に示すように冷媒温度の低い上流では熱伝達率を低く、冷媒温度の高い下流では従来の技術と同等に熱伝達率を高く設定する。これにより、下流に位置するモジュールでは従来の技術と同様に許容温度Ta以下で温度を保持しつつ、上流に位置するモジュールでは温度が上昇し、流れ方向での位置により発生していたモジュール温度差を冷媒の流量を増大させることなく低減できる。
【0023】
一方、近年、実装される電子部品の高出力化、モジュール内における電子部品の高密度実装化に伴い、モジュール1の発熱量が増大する傾向にあり、これに対応して冷却性能を向上させるため、ヒートシンク3内部に例えば図9に示すような冷却構造を適用することが検討されている。図9の構成例では、ヒートシンク3の流路に所定の間隔で突起31を用いた流路の急縮小部32を設け、流れを乱流化させ、ヒートシンク3と冷媒4との間の熱伝達率を向上させる効果を発生させている。
【0024】
しかし、電子機器装置の間接冷却を行うために、冷却部材をこのように構成すると、冷却性能が向上する反面、流れの乱流化により冷却板内の圧力損失の増大を招くことになる。特に、流れ方向での位置により発生していたモジュールの温度差を低減させるために、冷媒の流量を増加させた場合の圧力損失の増加が大きくなり、さらなる冷媒循環系の負荷の増大、冷却装置の大型化、エネルギー消費量増加を招くことにつながる。
【0025】
このため、本実施の形態では、図1(c)の特性を持つヒートシンクを備えることによって、冷媒の流量の増加を伴うことなく流れ方向での位置により発生していたモジュール温度差を低減することができる。また、一般的にヒートシンク3と冷媒4との熱伝達率を高めるためには圧力損失の上昇を伴う為、本実施の形態のように上流域に行くにしたがって熱伝達率が低くなるように設定する。これにより、図1(d)に示すように単位長さ当たりの圧力損失が低減され(特に上流側で低減され)、図9の流れ方向に同一の熱伝達率を有するヒートシンクに比較して圧力損失を低減することができる。
【0026】
図2は、実施の形態1によるヒートシンクの詳細構造を示す図で、図2(a)はヒートシンクの構成を示した斜視図、図2(b)は図2(a)のC−C断面図である。図中の点線はヒートシンク3の外壁面に接触するように配置したモジュール1−1、1−nの想像線を示している。図2の矢視Xは、図1(a)の紙面下方向を示している。
【0027】
図において、2つの壁面3a、3bは何れも平板で構成され、この2枚の平板は内部流路を構成するように、互いに対向して配置される。平板状の壁面3a、3bの内壁面には、複数の突起31が設けられる。壁面3aに設けられた突起31と壁面3bに設けられた突起31とが、内部流路の急縮小部32を構成する。流路の急縮小部32は、冷媒4とヒートシンク3内面との間の熱伝達率を向上させる。この実施の形態では、急縮小部32の流路の幅を冷媒の流れ方向41の位置により変えている。図では例として流れ方向にI、I I 、I I Iの3つの領域に分け、各領域における急縮小部32の流路幅をd1>d2>d3の関係となるように段階的に変えた例を示している。
【0028】
ヒートシンク3内の流路に突起31による急縮小部32を設けた場合、熱伝達率は急縮小部32の幅が小さいほど、ヒートシンク3内面と冷媒4との間の熱伝達率は向上し、圧力損失も上昇する。図2の例ではヒートシンク3の加工を簡単にするため、流れ方向に3つの領域I、I I、I I Iに分け、急縮小部32の流路幅を段階的に変化させており、熱伝達率、単位長さ当たりの圧力損失を領域により変化させている。
【0029】
例えば、図1(a)の例と同様に発熱量の等しいモジュール1を等間隔で配置し、図2のヒートシンク3を構成する壁面3a、3bの外壁面をモジュール1の外壁面に接触させている。このとき、流路急縮小部32の幅の小さい側が冷媒の下流側に位置するように設定して、ヒートシンク3とモジュール1を装着することにより、電子機器装置内に実装される電子部品(モジュール1)間の温度差、及びヒートシンク3全体の圧力損失を低減することができる。
【0030】
以上の説明では、発熱部品の発熱量が等しく、冷媒の流れ方向に等間隔で配置された場合に関して適用例を示したが、例えば異なる発熱量の電子部品もしくはモジュールが1枚の基板上に不規則に配置された場合においても、冷却する電子部品の直下のヒートシンクの熱伝達率をその発熱量と直下の冷媒の温度を考慮して設定することにより、電子機器装置内に実装される電子部品間の温度差及びヒートシンク全体の圧力損失を低減することができる。
【0031】
この実施の形態では、以上のように、冷媒の流れ方向に熱伝達率が変化するように構成されたヒートシンクを使用し、電子機器装置の間接冷却を行うことにより、従来のヒートシンクで使用していたスペースの範囲内で、流量増加を伴わずに電子機器装置内に実装される電子部品の温度差を低減することができると共に、ヒートシンク全体の圧力損失を低減することができる。
【0032】
また、平板状ヒートシンク内部に設けられた突起による流路縮小部の幅を、各電子部品の直下において電子部品の発熱量、冷媒の温度を考慮して設定することにより、従来のヒートシンクで使用していたスペースの範囲内で、比較的簡単な構造のヒートシンクを用いて、流量増加を伴わずに電子機器装置内に実装される電子部品の温度差を低減することができると共に、ヒートシンク全体の圧力損失を低減することができる。
【0033】
実施の形態2.
図3は、この発明の実施の形態2を示す図で、この実施の形態による冷却部材であるヒートシンク3の内部構造を示した斜視図である。図3の矢視Xは、図1(a)の紙面下方向を示している。ヒートシンク3は、図8のヒートシンク30と同程度の大きさを有し、シャーシ5内で図8のヒートシンク30の配置と同様にして配置される。
【0034】
この実施の形態では、管状ヒートシンク3内に設けた突起31により流路の急縮小部を設けて冷媒とヒートシンク内面との間の熱伝達率を向上させている。この際、急縮小部の流路の径を冷媒の流れ方向41の位置により変えている。図では例として流れ方向にI、I I、I I Iの3つの領域に分け、急縮小部の流路の径を段階的に変えた例を示している。
【0035】
ヒートシンク3内の流路に突起31による急縮小部を設けた場合、急縮小部の径が小さいほど、ヒートシンク3内面と冷媒との間の熱伝達率は向上し、圧力損失も上昇する。
【0036】
また、この実施の形態では、実施の形態1と同様に管状ヒートシンク3内部に設けられた突起31による流路縮小部の径を、各電子部品の直下において電子部品の発熱量、冷媒の温度を考慮して設定している。これによって、従来のヒートシンクで使用していたスペースの範囲内で、流量増加を伴わずに電子機器装置内に実装される電子部品の温度差を低減することができると共に、ヒートシンク全体の圧力損失を低減することができる。
【0037】
実施の形態3.
図4は、この発明の実施の形態4を示す図で、図4(a)はこの実施の形態による冷却部材であるヒートシンク3の内部構造を示した斜視図、図4(b)は図4(a)のD−D断面図である。図4の矢視Xは、図1(a)の紙面下方向を示している。
【0038】
この実施の形態では、図4に示すように平板状ヒートシンク3内に設けた突起31により流路の急縮小部32を設けて、冷媒4とヒートシンク3内面との間の熱伝達率を向上させている。急縮小部32の配置ピッチは冷媒の流れ方向41の位置により変えている。図では例として、流れ方向にI、I I、I I Iの3つの領域に分け、各領域における急縮小部32のピッチを、p1>p2>p3の関係となるように段階的に変えた例を示している。
【0039】
ヒートシンク3内の流路に突起31による急縮小部32を設けた場合、熱伝達率は急縮小部32の配置ピッチを変化させると、ヒートシンク3内面と冷媒4との間の熱伝達率と圧力損失も変化する。図4の例ではヒートシンク3の加工を簡単にするため、流れ方向41に3つの領域に分け、急縮小部32の配置ピッチを段階的に変化させており、熱伝達率、単位長さ当たりの圧力損失を領域により変化させている。
例えば、実施の形態1の例と同様に等間隔で配置された発熱量の等しいモジュールの冷却において図4に示すヒートシンク3を使用し、熱伝達率が高くなるように流路急縮小部32の配置ピッチを設定した側を、冷媒の流れの下流側に設定して装着することにより、電子機器装置内に実装される電子部品間の温度差及びヒートシンク全体の圧力損失を低減することができる。
【0040】
この実施の形態は以上のように構成され、電子機器装置の間接冷却を行うために、平板状ヒートシンク内部に突起を設け、この突起による流路縮小部の配置ピッチを、各電子部品の直下において電子部品の発熱量、冷媒の温度を考慮して設定する。これによって、従来のヒートシンクで使用していたスペースの範囲内で、流量増加を伴わずに、電子機器装置内に実装される電子部品の温度差を低減することができると共に、ヒートシンク全体の圧力損失を低減することができる。
【0041】
実施の形態4.
図5は、この発明の実施の形態4を示す図で、この実施の形態による冷却部材であるヒートシンク3の内部構造を示した斜視図である。図5の矢視Xは、図1(a)の紙面下方向を示している。ヒートシンク3は、図8のヒートシンク30と同程度の大きさを有し、シャーシ5内で図8のヒートシンク30の配置と同様にして配置される。
【0042】
この実施の形態では、管状ヒートシンク3内に設けた突起31により流路の急縮小部を設けて冷媒とヒートシンク3内面との間の熱伝達率を向上させている。この際、急縮小部の配置ピッチを冷媒の流れ方向41の位置により変えている。図では例として流れ方向にI、I I、I I Iの3つの領域に分け、急縮小部の配置ピッチを段階的に変えた例を示している。
【0043】
ヒートシンク3内の流路に突起31による急縮小部を設けた場合、急縮小部の配置ピッチを変化させると、ヒートシンク3内面と冷媒との間の熱伝達率と圧力損失も変化する。
例えば、図5のヒートシンクを実施の形態1の例と同様に等間隔で配置された発熱量の等しいモジュールの冷却において、熱伝達率が高くなるように流路急縮小部の配置ピッチを設定した側を冷媒の流れの下流側に設定して装着することにより、装置内に実装される電子部品間の温度差及びヒートシンク全体の圧力損失を低減することができる。
【0044】
この実施の形態では、流路縮小部の配置ピッチを、各電子部品の直下において電子部品の発熱量、冷媒の温度を考慮して設定している。これにより、従来のヒートシンクで使用したいたスペースの範囲内で、流量増加を伴わずに電子機器装置内に実装される電子部品の温度差を低減することができると共に、ヒートシンク全体の圧力損失を低減することができる。
【0045】
実施の形態5.
図6は、この発明の実施の形態5を示す図で、この実施の形態による冷却部材であるヒートシンク3の内部構造を示した断面図である。図6の矢視Xは、図1(a)の紙面下方向を示している。ヒートシンク3は、図8のヒートシンク30と同程度の大きさを有し、シャーシ5内で図8のヒートシンク30の配置と同様にして配置される。
【0046】
この実施の形態では、複数の管33を連結してヒートシンクを構成する。連結部に配置されたシール用のOリング34は、管内の内部流路に突出させることにより、流路の急縮小部32を設けている。この流路の急縮小部32は、冷媒とヒートシンク内面との間の熱伝達率を向上させる。この際、Oリング34のつぶし量を、冷媒の流れ方向41の位置により変えて、Oリング34が管33内へ突出する突出量を変化させている。
【0047】
図では例として、流れ方向にI、I I、I I Iの3つの領域に分け、Oリング34のつぶし量を管理するための、Oリング34が嵌合する(Oリング34を潰すための)隙間を、a1>a2>a3の関係とすることにより、急縮小部の流路径を段階的に変えた例を示している。
【0048】
Oリングによりヒートシンク内の流路に急縮小部を設けた場合、Oリングのつぶし量を大きくして急縮小部の径を小さくするほど、ヒートシンク内面と冷媒との間の熱伝達率は向上し、圧力損失も上昇する。
【0049】
この実施の形態では、Oリングのつぶし量を、各電子部品の直下において電子部品の発熱量、冷媒の温度を考慮して設定している。これにより、従来のヒートシンクで使用していたスペースの範囲内で、流量増加を伴わずに電子機器装置内に実装される電子部品の温度差を低減することができると共に、ヒートシンク全体の圧力損失を低減することができる。
【0050】
実施の形態6.
図7は、この発明の実施の形態6を示す図で、この実施の形態による冷却部材であるヒートシンク3の内部構造を示した斜視図である。図7の矢視Xは、図1(a)の紙面下方向を示している。ヒートシンク3は、図8のヒートシンク30と同程度の大きさを有し、シャーシ5内で図8のヒートシンク30の配置と同様にして配置される。
【0051】
この実施の形態では、図7に示すように平板状ヒートシンク3内面にアルミ等の熱伝導の良いワイヤ35を、ワイヤボンディング装置等で内壁面3a、3bに固着してフィンを構成し、冷媒とヒートシンク3内面との間の熱伝達率を向上させたものである。ワイヤ35を固着するピッチは、冷媒の流れ方向41の位置により変えている。図では例として流れ方向にI 、I I、 I I Iの3つの領域に分け、ワイヤ35を固着するピッチを段階的に変えた例を示している。
【0052】
ヒートシンク3内の流路にワイヤ35を固着してフィンを設けた場合、ワイヤ35を固着するピッチが小さいほど、ヒートシンク3内面と冷媒との間の熱伝達率は向上し、圧力損失も上昇する。図7の例ではヒートシンク3の製造を簡単にするため、流れ方向にI 、I I、 I I Iの3つの領域に分け、ワイヤ35を固着する流れ方向のピッチA及びは流れ方向に垂直なピッチBの両方を段階的に変化させており、熱伝達率、単位長さ当たりの圧力損失を領域により変化させている。
【0053】
例えば、図7のヒートシンク3を実施の形態1の例と同様に等間隔で配置された発熱量の等しいモジュールの冷却において、ワイヤ35を固着するピッチの小さい側を冷媒の下流側に設定して装着することにより、ヒートシンク3全体の圧力損失及び装置内に実装される電子部品間の温度差を低減することができる。
【0054】
また、ワイヤ35によるフィンの製造方法は、従来よりフィンの製造に多く採用されている鋳造や鍛造等の型によりフィンを製造する方法とは異なり、ワイヤボンディング装置等へのプログラム指示によりフィンの配置ピッチを設定して、フィンを壁面3a、3bに固着し製造する方法である。
【0055】
この実施の形態のように、冷却する電子部品に対応してフィンの配置ピッチを変化させる場合、従来のフィンの製造方法のように型の変更や種類の増加を伴わず、プログラムの変更により容易にフィンを製造することができる。
【0056】
この実施の形態は以上のように構成され、電子機器装置の間接冷却を行うために、平板状ヒートシンク内部に設けられたワイヤによるフィンを固着するピッチを、各電子部品の直下において電子部品の発熱量、冷媒の温度を考慮して設定している。これにより、従来のヒートシンクで使用したいたスペースの範囲内で、流量増加を伴わずに電子機器装置内に実装される電子部品の温度差を低減することができると共に、ヒートシンク全体の圧力損失を低減することができる。
【0057】
また、フィンを固着するピッチはワイヤボンディング装置等のプログラムにより容易に設定できるため、冷却する電子部品の配置に対応したフィンを備えるヒートシンクの製造が容易である。
【0058】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子機器の間接冷却構造において冷却部材の内面と冷媒との間の熱伝達率を、冷媒の流れ方向の位置により変化させることにより、冷媒流量の大きな増加を伴わずに電子機器内に実装される電子部品の温度差を低減することができると共に、ヒートシンク全体の圧力損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1を示す図である。
【図2】この発明の実施の形態1におけるヒートシンクの斜視図及び断面図である。
【図3】この発明の実施の形態2におけるヒートシンクの斜視図である。
【図4】この発明の実施の形態3におけるヒートシンクの斜視図及び断面図である。
【図5】この発明の実施の形態4におけるヒートシンクの斜視図である。
【図6】この発明の実施の形態5におけるヒートシンクの断面図である。
【図7】この発明の実施の形態6におけるヒートシンクの斜視図である。
【図8】従来の電子機器装置の冷却構造を示す斜視図及び断面図である。
【図9】電子機器装置の冷却構造のヒートシンクの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 モジュール
2 電子部品
3 ヒートシンク
4 冷媒
5 シャーシ
31 突起
32 急縮小部
33 管
34 Oリング
35 ワイヤ
41 流れ方向[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a cooling member for indirectly cooling an electronic device having an electronic component mounted therein, and an electronic device provided with the cooling member.
[0002]
[Prior art]
For example, in the case of an array antenna device in which a plurality of element antennas are arranged, a plurality of modules corresponding to each element antenna for amplifying a signal received by each element antenna and performing required processing are mounted at high density. Modules are compactly mounted with high-density semiconductor elements and high-heat-generating semiconductor elements and electronic components whose performance depends on temperature.To maintain the performance of electronic equipment, all the components mounted inside the equipment are required. It is necessary to keep the electronic components housed in the module in a specified temperature range.
[0003]
Conventionally, in an array antenna device mounted with such a module, as a method of cooling a module mounted at a high density in a small space, cooling is performed by contacting a thin flat heat sink through which a coolant flows inside the module. An indirect cooling system is applied (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-8-264981 (
[0005]
FIG. 8 shows a structure of an array antenna device as an example of a conventional electronic device. 8A is a perspective view of a conventional electronic device, FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 8A, and FIG. 8C is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. It is. In the figure,
[0006]
The cooling structure of the conventional electronic device is configured as described above, and the heat generated from the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The indirect cooling structure of the electronic apparatus configured as described above has the following problems. In the case of the cooling structure as shown in FIG. 8, since the
[0008]
However, the temperature difference between the
[0009]
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an indirect cooling structure of an electronic device that enables the temperature of an electronic component mounted therein to be uniform. .
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a cooling member according to the present invention is thermally indirectly connected to each of a plurality of heat-generating electronic components arranged at different positions to form an internal flow path for a coolant. A cooling member having an inner wall surface, wherein a heat transfer coefficient of an inner wall surface of the cooling member is changed in a flow direction of the refrigerant.
[0011]
The cooling member has at least two or more flat plates arranged to face each other to form an inner wall surface of the internal flow path, and has a plurality of projections formed on a surface of the flat plate that contacts the flow path. To form a plurality of flow passage reducing portions in which the width of the flow passage is reduced, and the width of the flow passage of the flow passage reducing portion may be changed in the flow direction of the refrigerant.
[0012]
The cooling member has a tubular inner wall surface forming an internal flow path, has a plurality of protrusions formed on the inner wall surface, and has a plurality of flow paths in which the diameter of the flow path is reduced by the protrusions. You may comprise a reduction part and may change the diameter of the flow path of the said flow path reduction part in the flow direction of a refrigerant | coolant.
[0013]
Further, the cooling member may have a plurality of protrusions on an inner wall surface forming an internal flow path, and may change a pitch between protrusions adjacent in the flow direction of the refrigerant in the flow direction of the refrigerant.
[0014]
Further, the cooling member has a plurality of cooling pipes connected to each other, and an O-ring that seals a connection portion of the cooling pipes and protrudes into the internal flow path of the cooling pipe, and reduces the amount of crushing of the O-ring by the refrigerant. It may be changed in the flow direction.
[0015]
Further, in this cooling member, a wire fin having a plurality of fins protruding may be arranged in the internal flow path, and the pitch between adjacent fins may be changed in the flow direction of the refrigerant.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1A is a diagram showing a cooling structure of an electronic device in which a module having built-in heat-generating electronic components, such as an array antenna device, is regularly arranged in the first embodiment of the present invention.
[0017]
In the figure,
[0018]
That is, a plurality of electronic components (for example, the
[0019]
FIGS. 1B to 1E are diagrams showing cooling characteristics of an application example according to the present embodiment with respect to the configuration of FIG. 1A. In FIG. This shows the cooling characteristics of. As an application example of the related art, it is assumed that the cross section of the coolant flow path is a fixed shape, or that the fins of a fixed shape are regularly arranged at regular intervals inside the heat sink. Note that it is assumed that the plurality of
[0020]
In the figure, the horizontal axis indicates the positions of the modules 1-1 to 1-n arranged in the flow direction in FIG. 1A, the temperature of the refrigerant in FIG. 1B, and the position of the
[0021]
In this embodiment, since the temperature of the refrigerant rises toward the downstream of the flow, the heat of the
[0022]
In such a case, according to the present invention, as shown in FIG. 1 (c), the heat transfer coefficient is set to be low at the upstream of the low refrigerant temperature, and to be high at the downstream of the high refrigerant temperature, as in the conventional technique. As a result, the temperature of the module located downstream is maintained at a temperature equal to or lower than the allowable temperature Ta in the same manner as in the related art, while the temperature of the module located upstream increases and the module temperature difference generated due to the position in the flow direction is increased. Can be reduced without increasing the flow rate of the refrigerant.
[0023]
On the other hand, in recent years, with the increase in output of electronic components to be mounted and the high-density mounting of electronic components in the module, the amount of heat generated by the
[0024]
However, if the cooling member is configured in this way for indirect cooling of the electronic apparatus, the cooling performance is improved, but the turbulence of the flow causes an increase in pressure loss in the cooling plate. In particular, when the flow rate of the refrigerant is increased to increase the pressure loss in order to reduce the temperature difference of the module caused by the position in the flow direction, the load of the refrigerant circulation system is further increased, and the cooling device is increased. This leads to an increase in size and energy consumption.
[0025]
For this reason, in the present embodiment, by providing the heat sink having the characteristics shown in FIG. 1C, it is possible to reduce the module temperature difference generated due to the position in the flow direction without increasing the flow rate of the refrigerant. Can be. In general, since the heat transfer coefficient between the
[0026]
2A and 2B are diagrams showing a detailed structure of the heat sink according to the first embodiment. FIG. 2A is a perspective view showing a configuration of the heat sink, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line CC of FIG. It is. The dotted lines in the figure indicate imaginary lines of the modules 1-1 and 1-n arranged so as to contact the outer wall surface of the
[0027]
In the figure, the two
[0028]
When the
[0029]
For example, similarly to the example of FIG. 1A, the
[0030]
In the above description, an application example has been described in which the heat-generating components have the same calorific value and are arranged at equal intervals in the flow direction of the refrigerant. However, for example, electronic components or modules having different calorific values do not fit on one substrate. Even in the case where the electronic components are arranged in a rule, the heat transfer coefficient of the heat sink immediately below the electronic component to be cooled is set in consideration of the heat generation amount and the temperature of the refrigerant immediately below the electronic component, so that the electronic component mounted in the electronic device device is set. The temperature difference between them and the pressure loss across the heat sink can be reduced.
[0031]
In this embodiment, as described above, the heat sink configured to change the heat transfer coefficient in the flow direction of the refrigerant is used, and the indirect cooling of the electronic device is performed, so that the heat sink is used in the conventional heat sink. Within the limited space, the temperature difference between the electronic components mounted in the electronic device can be reduced without increasing the flow rate, and the pressure loss of the entire heat sink can be reduced.
[0032]
Also, by setting the width of the flow path reduced portion formed by the projection provided inside the flat heat sink in consideration of the heat generation amount of the electronic component and the temperature of the refrigerant immediately below each electronic component, the conventional heat sink can be used. Within the limited space, a heat sink having a relatively simple structure can be used to reduce the temperature difference between electronic components mounted in the electronic device without increasing the flow rate, and the pressure of the entire heat sink can be reduced. Loss can be reduced.
[0033]
FIG. 3 is a
[0034]
In this embodiment, a rapid reduction portion of the flow path is provided by the
[0035]
In the case where a suddenly reduced portion formed by the
[0036]
Further, in this embodiment, similarly to the first embodiment, the diameter of the channel reducing portion formed by the
[0037]
FIG. 4 is a view showing a fourth embodiment of the present invention. FIG. 4 (a) is a perspective view showing an internal structure of a
[0038]
In this embodiment, as shown in FIG. 4, a
[0039]
In the case where the
For example, the
[0040]
This embodiment is configured as described above, and in order to perform indirect cooling of the electronic apparatus, a projection is provided inside the flat heat sink, and the arrangement pitch of the flow path reducing portion by this projection is set immediately below each electronic component. It is set in consideration of the heat value of the electronic component and the temperature of the refrigerant. As a result, the temperature difference between the electronic components mounted in the electronic device can be reduced without increasing the flow rate within the space used in the conventional heat sink, and the pressure loss of the entire heat sink can be reduced. Can be reduced.
[0041]
FIG. 5 is a
[0042]
In this embodiment, a rapid reduction portion of the flow path is provided by the
[0043]
In the case where a sudden reduction portion provided by the
For example, in the cooling of the heat sinks shown in FIG. 5 in the same manner as in the first embodiment, the cooling pitch of the modules having the same calorific value is set, and the arrangement pitch of the flow path sharply reducing portions is set so as to increase the heat transfer coefficient. By setting the side to the downstream side of the flow of the refrigerant and mounting it, it is possible to reduce the temperature difference between the electronic components mounted in the device and the pressure loss of the entire heat sink.
[0044]
In this embodiment, the arrangement pitch of the flow path reducing portions is set immediately below each electronic component in consideration of the calorific value of the electronic component and the temperature of the refrigerant. As a result, the temperature difference between the electronic components mounted in the electronic device can be reduced without increasing the flow rate within the space used in the conventional heat sink, and the pressure loss of the entire heat sink is reduced. can do.
[0045]
FIG. 6 shows a fifth embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view showing an internal structure of a
[0046]
In this embodiment, a plurality of
[0047]
In the drawing, as an example, a gap in which the O-
[0048]
When the O-ring is provided with a sharply reduced portion in the flow path in the heat sink, the heat transfer coefficient between the inner surface of the heat sink and the refrigerant improves as the crush amount of the O-ring is increased and the diameter of the rapidly reduced portion is reduced. , The pressure loss also increases.
[0049]
In this embodiment, the crush amount of the O-ring is set in consideration of the heat generation amount of the electronic component and the temperature of the refrigerant immediately below each electronic component. As a result, the temperature difference between the electronic components mounted in the electronic device can be reduced without increasing the flow rate within the space used for the conventional heat sink, and the pressure loss of the entire heat sink can be reduced. Can be reduced.
[0050]
Embodiment 6 FIG.
FIG. 7 is a view showing Embodiment 6 of the present invention, and is a perspective view showing an internal structure of a
[0051]
In this embodiment, as shown in FIG. 7, a fin is formed by fixing a heat conductive wire 35 such as aluminum to the inner wall surfaces 3a and 3b with a wire bonding device or the like on the inner surface of the
[0052]
When the fins are provided by fixing the wires 35 in the flow path in the
[0053]
For example, when cooling the
[0054]
In addition, the method of manufacturing the fins using the wire 35 is different from the method of manufacturing the fins using a mold such as casting or forging, which is conventionally often used in the manufacture of the fins. In this method, the pitch is set, and the fins are fixed to the wall surfaces 3a, 3b.
[0055]
When the fin arrangement pitch is changed corresponding to the electronic component to be cooled as in this embodiment, the program can be easily changed without changing the mold or increasing the number of types as in the conventional fin manufacturing method. Fins can be manufactured.
[0056]
This embodiment is configured as described above. In order to perform indirect cooling of the electronic device, the pitch at which the fins are fixed by the wires provided inside the flat heat sink is set to be directly below each electronic component. It is set in consideration of the amount and the temperature of the refrigerant. As a result, the temperature difference between the electronic components mounted in the electronic device can be reduced without increasing the flow rate within the space used in the conventional heat sink, and the pressure loss of the entire heat sink is reduced. can do.
[0057]
Further, since the pitch at which the fins are fixed can be easily set by a program such as a wire bonding apparatus, it is easy to manufacture a heat sink having fins corresponding to the arrangement of electronic components to be cooled.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the heat transfer coefficient between the inner surface of the cooling member and the refrigerant in the indirect cooling structure of the electronic device is changed according to the position in the flow direction of the refrigerant, so that the refrigerant flow rate is increased. The temperature difference between the electronic components mounted in the electronic device can be reduced without increasing, and the pressure loss of the entire heat sink can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view and a sectional view of a heat sink according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of a heat sink according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view and a sectional view of a heat sink according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view of a heat sink according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view of a heat sink according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view of a heat sink according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view and a sectional view showing a cooling structure of a conventional electronic device.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating an example of a heat sink having a cooling structure of the electronic apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (10)
上記冷却部材の内壁面の熱伝達率は、冷媒の流れ方向に変化することを特徴とする冷却部材。A cooling member having an inner wall surface that is indirectly thermally connected to each of the plurality of heat-generating electronic components disposed at different positions and forms an internal flow path through which a coolant flows,
A cooling member, wherein a heat transfer coefficient of an inner wall surface of the cooling member changes in a flow direction of a refrigerant.
当該流路縮小部の流路の幅は、冷媒の流れ方向に変化することを特徴とする請求項1記載の冷却部材。The cooling member has an inner wall surface of an internal flow path in which at least two or more flat plates are arranged to face each other, and has a plurality of projections formed on a surface of the flat plate in contact with the flow path. Forming a plurality of flow passage reduction portions in which the width of the road is reduced,
The cooling member according to claim 1, wherein the width of the flow path of the flow path reducing portion changes in a flow direction of the refrigerant.
当該流路縮小部の流路の幅は、冷媒の下流側の幅が上流側の幅よりも狭くなるように構成されたことを特徴とする請求項1記載の冷却部材。The cooling member has an inner wall surface of an internal flow path in which at least two or more flat plates are arranged to face each other, and has a plurality of projections formed on a surface of the flat plate in contact with the flow path. Forming a plurality of flow passage reduction portions in which the width of the road is reduced,
The cooling member according to claim 1, wherein the width of the flow path of the flow path reducing portion is configured such that the width of the downstream side of the refrigerant is smaller than the width of the upstream side.
当該流路縮小部の流路の径は、冷媒の流れ方向に変化することを特徴とする請求項1記載の冷却部材。The cooling member has a tubular inner wall surface that forms an internal flow path, has a plurality of protrusions formed on the inner wall surface, and has a plurality of flow path reducing portions in which the diameter of the flow path is reduced by the protrusions. Constitute
The cooling member according to claim 1, wherein the diameter of the flow path of the flow path reducing portion changes in the flow direction of the refrigerant.
当該流路縮小部の流路の径は、冷媒の下流側の径が上流側の径よりも狭くなるように構成されたことを特徴とする請求項1記載の冷却部材。The cooling member has a tubular inner wall surface that forms an internal flow path, has a plurality of protrusions formed on the inner wall surface, and has a plurality of flow path reducing portions in which the diameter of the flow path is reduced by the protrusions. Constitute
The cooling member according to claim 1, wherein a diameter of the flow path of the flow path reducing portion is configured such that a diameter of the refrigerant on the downstream side is smaller than a diameter of the refrigerant on the upstream side.
上記冷媒の流れ方向で隣接する突起間のピッチは、冷媒の流れ方向に変化することを特徴とする請求項1記載の冷却部材。The cooling member has a plurality of protrusions on an inner wall surface forming an internal flow path,
The cooling member according to claim 1, wherein a pitch between adjacent protrusions in the flow direction of the refrigerant changes in a flow direction of the refrigerant.
上記突起の配置されるピッチは、冷媒の下流側のピッチが上流側のピッチよりも狭くなるように構成されたことを特徴とする請求項1記載の冷却部材。The cooling member has a plurality of protrusions on an inner wall surface forming an internal flow path,
2. The cooling member according to claim 1, wherein the pitch at which the protrusions are arranged is such that a pitch on the downstream side of the refrigerant is smaller than a pitch on the upstream side.
上記Oリングのつぶし量は、冷媒の流れ方向に変化することを特徴とする請求項1記載の冷却部材。The cooling member has a plurality of cooling pipes connected to each other, and an O-ring that seals a connection portion of the cooling pipes and protrudes into an internal flow path of the cooling pipes,
2. The cooling member according to claim 1, wherein the amount of crushing of the O-ring changes in a flow direction of the refrigerant.
上記ワイヤフィンは、隣接するフィンのピッチが冷媒の流れ方向に変化することを特徴とする請求項1記載の冷却部材。The cooling member has a plurality of wire fins protruding in the internal flow path,
The cooling member according to claim 1, wherein the wire fins have pitches of adjacent fins changed in a flow direction of the coolant.
上記請求項1乃至9記載の何れか記載の冷却部材とを備え、
上記電子ユニットは、上記冷却部材の内部流路外側の壁面に当接されたことを特徴とする電子機器。One or more electronic units mounted with a plurality of electronic components,
A cooling member according to any one of claims 1 to 9,
The electronic device, wherein the electronic unit is in contact with a wall surface of the cooling member outside the internal flow path.
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