JP2006012874A - Cooling device of semiconductor element - Google Patents
Cooling device of semiconductor element Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006012874A JP2006012874A JP2004183277A JP2004183277A JP2006012874A JP 2006012874 A JP2006012874 A JP 2006012874A JP 2004183277 A JP2004183277 A JP 2004183277A JP 2004183277 A JP2004183277 A JP 2004183277A JP 2006012874 A JP2006012874 A JP 2006012874A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- cooling
- heat exchanger
- heat pipe
- semiconductor element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、電子装置において高発熱となる半導体素子の冷却装置に関し、特に複数の半導体素子に繋いだ複数のヒートパイプと、冷媒を用いた冷却回路とを連結した、効率が高くて取り扱いが容易な半導体素子の冷却装置に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a cooling device for a semiconductor element that generates high heat in an electronic device, and in particular, a plurality of heat pipes connected to a plurality of semiconductor elements and a cooling circuit using a refrigerant are connected with high efficiency and easy to handle. The present invention relates to a semiconductor device cooling apparatus.
従来、この種の放熱装置としては空冷式のものがある(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as this type of heat dissipation device, there is an air-cooling type (see, for example, Patent Document 1).
図7は、従来のサーバの断面図である。図7において、PCサーバ101は、筐体108内にフレッシュエアを導入するための吸気口109、排気口110と、排気口110の近傍に設けられた冷却ファン111と、冷却ファン111によって筐体108内に導入されるフレッシュエアを、エアの流れの上流側の領域、つまり上流域にある基板104上の発熱部品102と、下流側の領域、つまり下流域にある発熱部品103とに分散して供給できるように、偏風部112を有するダクトケース113とを具備する。これにより、上流域にある発熱部品102は、吸気口109の下段から吸気されたフレッシュエアによって冷却され、一方、下流域にある発熱部品103は、吸気口109の上段から吸気された、発熱部品102に触れていないフレッシュエアによって冷却される。同図のように、発熱量の小さい半導体の素子の冷却ではファン冷却器でも十分冷却されていた。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional server. In FIG. 7, the
また、発熱部品の熱をヒートパイプにより伝達して外部に放出するものがある(例えば、特許文献2参照)。 In addition, there is one that transmits heat of a heat generating component through a heat pipe and releases it to the outside (see, for example, Patent Document 2).
図8は、従来のコンピュータの一部破断した斜視図である。図8において、コンピュータ201は筐体206内部の熱を電源204の吹き出し部209から外部に放出するように送風する電源ファンを備え、中央演算処理装置202などの発熱部品の熱を、電源ファンの下流に設けられたヒートシンク212までヒートパイプ205により伝達して放出し、電源ファンからの風によりコンピュータ201の外部に放出する。
従来のように、ヒートシンクとファンの組み合わせや、その上にヒートパイプを利用した構成では、冷却を空冷式に依存する以上は高発熱の半導体素子の冷却に対して冷却能力的に限界に近づいて来ていた。 As in the past, the combination of a heat sink and a fan, and a configuration using a heat pipe on top of it, approaching the limit in terms of cooling capacity for cooling a semiconductor element with high heat generation, as long as it depends on the air cooling system for cooling. was already arrived.
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、複数のヒートパイプと冷媒循環式の冷却回路を組み合わせて効率良く放熱でき、取り扱いが容易な冷却装置を提供することを目的とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a cooling device that can efficiently dissipate heat and can be easily handled by combining a plurality of heat pipes and a refrigerant circulation cooling circuit. It is.
この課題を解決するために、請求項1にかかる発明の半導体素子の冷却装置は、基板に設けられ、発熱体である複数の半導体素子と、前記半導体素子を冷却するためにそれぞれに設けられた冷却板と、前記冷却板とピートパイプで繋がれた熱交換器とを備え、前記熱交換器と、ファンにより冷却される放熱器と、ポンプとを配管で接続して内部に冷媒が循環する冷却回路を構成したもので、この構成によりそれぞれの半導体素子の熱を効率良く放熱でき、またそれぞれのヒートパイプが独立しているため取り扱いが容易であり、故障
しても他の半導体素子に影響を与えない信頼性の高い冷却装置が得られる。
In order to solve this problem, a semiconductor device cooling device according to a first aspect of the present invention is provided on a substrate, and is provided to each of a plurality of semiconductor devices which are heating elements and to cool the semiconductor devices. A cooling plate and a heat exchanger connected to the cooling plate by a peat pipe are provided, and the heat exchanger, a radiator cooled by a fan, and a pump are connected by piping to circulate the refrigerant inside. Constructs a cooling circuit, which can efficiently dissipate the heat of each semiconductor element, and because each heat pipe is independent, it is easy to handle, and even if it fails, it affects other semiconductor elements A highly reliable cooling device that does not give the heat resistance is obtained.
また、請求項2の発明は、冷却板を銅材で構成し、前記冷却板にヒートパイプの形状に相当する穴を設け、ヒートパイプを前記穴にグリースといっしょに挿入したもので、それぞれのヒートパイプは冷却板からの取り外しが容易になるとともに、接合部の熱伝導性を向上できる。
In the invention of
また、請求項3の発明は、熱交換器に、冷媒を流す内部空間と、ヒートパイプの形状に相当する穴とを個別に設け、前記ヒートパイプを前記穴にグリースと共に挿入したもので、それぞれのヒートパイプは熱交換器からの取り外しが容易になるとともに、接合部の熱伝導性を向上できる。
In the invention of
また、請求項4の発明は、冷却板にヒートパイプの形状に相当する穴を設け、ヒートパイプを圧入勘合したもので、さらに伝熱性能を向上することができる。
In the invention of
また、請求項5の発明は、熱交換器の内部空間にヒートパイプを挿入し、前記ヒートパイプを前記熱交換器に気密的に固定したもので、それぞれのヒートパイプ4が直接冷媒と熱交換するために効率が良い。
In the invention of
また、請求項6の発明は、熱交換器の内部空間内に挿入されたヒートパイプにフィンを形成したもので、伝熱面積が増えることにより熱交換効率がさらに向上する。
In the invention of
また、請求項7の発明は、熱交換器の内部空間に、連通穴を設けた仕切り板を設けて複数の仕切り空間を形成し、前記仕切り空間にヒートパイプをそれぞれ挿入して気密的に固定したもので、熱交換器の強度が強くなり、コストの廉価な材料からの製造が可能となる。
According to the invention of
また、請求項8の発明は、冷却回路に使用される冷媒が、熱交換器の内部空間で2相状態となるもので、熱交換器内の温度を均一に保つことができるため、多くの半導体素子をほぼ同じ温度に冷却することが可能となる。
In the invention of
また、請求項9の発明は、放熱器とポンプと熱交換器とをその順番で接続し、前記放熱器と前記ポンプとは前記熱交換器よりも下に配設し、前記放熱器は上部に冷媒の入口を設けて下部に出口を設けたもので、冷媒の蒸気が発生した場合のガス噛みによるポンプ性能の低下を避けることができ、信頼性の高い構成を得ることができる。
The invention of
以上のように、本発明の半導体素子の冷却装置は、発熱体である複数の半導体素子を冷却するために設けたそれぞれのヒートパイプと、熱交換器、放熱器およびポンプを繋ぎ冷媒が循環する冷却回路とを熱的に連結したもので、この構成によりそれぞれの半導体素子の熱を効率良く放熱でき、またそれぞれのヒートパイプが独立しているため取り扱いが容易であり、故障しても他の半導体素子に影響を与えない信頼性の高い冷却装置が得られる。 As described above, the semiconductor element cooling apparatus according to the present invention connects each heat pipe provided to cool a plurality of semiconductor elements, which are heating elements, with a heat exchanger, a radiator, and a pump to circulate the refrigerant. This is a thermal connection with the cooling circuit. With this configuration, the heat of each semiconductor element can be efficiently dissipated, and each heat pipe is independent, so it is easy to handle. A highly reliable cooling device that does not affect the semiconductor element can be obtained.
また、請求項10の発明は、熱交換器の冷媒の出口は下部に設けたもので、液冷媒が流れるようにして循環効率の低下を防ぐことができる。
In the invention of
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における半導体の冷却装置の模式図で、複数の基板(サーバ)が枠体に収められた状態を示す。図1において、複数の半導体素子1がサーバ枠体内の6台の基板2に設置されている。高発熱体である半導体素子1を冷却するための冷却板3がそれぞれの半導体素子1の上に熱的に密着して設置されている。それぞれの冷却板3にはヒートパイプ4が接合されており、それぞれのヒートパイプ4の他端は熱交換器5の内部空間9に挿入されて熱交換器5に気密的にろう付け接合されている。熱交換器5は、ファン6で冷却される放熱器7とポンプ8とともに配管で接続されて冷却回路を構成し、冷却回路内には冷媒が封入されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of a semiconductor cooling device according to
かかる構成によれば、サーバ枠体内に設置されたそれぞれの高発熱半導体素子1の熱が冷却板3に伝わり、冷却板3に接合されたヒートパイプ4により熱交換器5に集められる。熱交換器5に集められた熱は熱交換器内の冷媒と熱交換を行い、ポンプ8により放熱器7に送られ、ファン6により放熱することができる。なお、ポンプ8は放熱器7の後に配設することにより、冷媒が凝縮されてガス噛みのない効率がよい運転ができる。
According to this configuration, the heat of each highly heat-generating
また、この構成によればそれぞれの高発熱な半導体素子の冷却はそれぞれのヒートパイプで独立して行われるため、取り扱いが容易であり、1つのヒートパイプが故障しても他の半導体素子の冷却に影響を及ぼさないため、信頼性の高いシステムを得ることができる。 Also, according to this configuration, each high heat-generating semiconductor element is cooled independently by each heat pipe, so that it is easy to handle and even if one heat pipe fails, the other semiconductor elements can be cooled. Therefore, a highly reliable system can be obtained.
図2は本発明の実施の形態1における冷却板3とヒートパイプの接合断面図である。図2において、冷却板3は熱伝導率の良い銅材で構成されており、ヒートパイプ形状に相当する穴があけられ、その穴にヒートパイプ4がグリースと共に挿入されて密接に接合されている。この構成によれば、それぞれのヒートパイプは取り外しが容易であり、冷却装置のサーバ枠体への設置、取り外しが容易にできる。また、接合部にはグリースが介在しているため熱伝導の良い構成となっている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of joining of the
接合部にグリースを用いているが、さらに伝熱性能を向上するために圧入勘合を行っても良い。 Although grease is used for the joint, press fitting may be performed to further improve the heat transfer performance.
図3(a)は本発明の実施の形態1における熱交換器の断面図で、図3(b)は同じく熱交換器の平面図である。図3において、熱交換器5に内部空間9と複数のヒートパイプ4との接合穴が構成されている。その接合穴にヒートパイプ4がグリースと共に挿入されて密接している。この構成によればそれぞれのヒートパイプは熱交換器5からの取り外しが容易となり、冷却装置のサーバ枠体への設置、取り外しが容易にできる。また、接合部にはグリースが介在しているため熱伝導の良い構成となっている。
Fig.3 (a) is sectional drawing of the heat exchanger in
冷却回路内を循環する冷媒には、水などの液体であれば特に限定するものではないが、HFC冷媒、アンモニアやプロパン等の自然冷媒を使用して、ヒートパイプ4との熱交換時に冷媒が2相状態になるように構成すれば、冷媒の潜熱による熱交換となって熱交換器5内の温度を均一に保つことができるため、多くの半導体素子をほぼ同じ温度に冷却することが可能となる。この場合には、ヒートパイプ4が常に液冷媒に接触するように構成することが望ましい。また、熱交換器5の冷媒の出口は、循環効率が低下しないために液冷媒が流れるように下部の設けることが望ましい。
The refrigerant circulating in the cooling circuit is not particularly limited as long as it is a liquid such as water, but a natural refrigerant such as HFC refrigerant or ammonia or propane is used, and the refrigerant is used during heat exchange with the
図4は、本発明の実施の形態1における半導体素子の冷却装置の設置模式図である。図4において、基板2や冷却板3、および熱交換器5の設置されている枠体の下方に、放熱器7およびポンプ8が設置されている枠体が設置されている。また、熱交換器5からの出口配管は、放熱器7の上部の配管に繋がり、放熱器7の下部に出口配管が設置されてポン
プ8に繋がっている。
FIG. 4 is an installation schematic diagram of the cooling device for the semiconductor element in the first embodiment of the present invention. In FIG. 4, a frame body in which the
この構成によれば、冷却回路内に冷媒の蒸気が発生した場合、熱交換器5の内部空間9内に蒸気が溜まり、下方の放熱器7およびポンプ8には液冷媒が流れる。また、停止時にもポンプに冷媒が溜まるため、ガス噛みによるポンプ性能の低下を避けることができ、信頼性の高い構成を得ることができる。
According to this structure, when the vapor | steam of a refrigerant | coolant generate | occur | produces in a cooling circuit, a vapor | steam accumulates in the
(実施の形態2)
図5は本発明の実施の形態2における熱交換器の断面図である。図5において、熱交換器5の内部空間9に複数のヒートパイプ4が挿入され、気密的にろう付け固定されている。また、挿入されたそれぞれのヒートパイプの先端に複数のフィン10が形成されている。この構成によれば、それぞれのヒートパイプ4が直接冷媒と熱交換するために効率が良いとともに、ヒートパイプ4に取り付けられたフィンにより、より効率の良い熱交換ができる。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a cross-sectional view of a heat exchanger according to
(実施の形態3)
図6は本発明の実施の形態3における熱交換器の断面図である。図6において、熱交換器5の内部空間9に連通穴11を設けた仕切り板10を複数個設置し、それぞれの仕切り空間にヒートパイプを差し込み熱交換器5にろう付け固定した構成となっている。この構成によれば仕切り板で区切られている為、熱交換器の強度が強くなり、コストの廉価なパイプからの構成が可能となる。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a cross-sectional view of a heat exchanger according to
1 半導体素子
2 基板
3 冷却板
4 ヒートパイプ
5 熱交換器
6 ファン
7 放熱器
8 ポンプ
9 内部空間
10 フィン
11 連通穴
DESCRIPTION OF
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004183277A JP2006012874A (en) | 2004-06-22 | 2004-06-22 | Cooling device of semiconductor element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004183277A JP2006012874A (en) | 2004-06-22 | 2004-06-22 | Cooling device of semiconductor element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006012874A true JP2006012874A (en) | 2006-01-12 |
Family
ID=35779789
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004183277A Pending JP2006012874A (en) | 2004-06-22 | 2004-06-22 | Cooling device of semiconductor element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006012874A (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007273774A (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Fuji Electric Systems Co Ltd | Capacitor cooling structure and power converter |
KR100823989B1 (en) | 2007-05-04 | 2008-04-22 | 빛샘전자주식회사 | Cooling apparatus and train drived electric power including the same |
US7529089B2 (en) * | 2007-03-16 | 2009-05-05 | Cooler Master Co., Ltd | Heat-dissipating device connected in series to water-cooling circulation system |
JPWO2012059975A1 (en) * | 2010-11-01 | 2014-05-12 | 富士通株式会社 | Loop heat pipe and electronic device using the same |
CN104930889A (en) * | 2014-03-19 | 2015-09-23 | 海尔集团公司 | Heat exchanger and semi-conductor wine cabinet |
CN107664454A (en) * | 2016-07-29 | 2018-02-06 | 双鸿科技股份有限公司 | The electronic installation of this loop hot-pipe of loop hot-pipe and application |
WO2018066206A1 (en) * | 2016-10-06 | 2018-04-12 | 株式会社デンソー | Machine temperature control device |
JP2021092995A (en) * | 2019-12-11 | 2021-06-17 | 富士通株式会社 | Base station and apparatus cooling method |
US12144149B2 (en) | 2020-01-15 | 2024-11-12 | Kmw Inc. | Cooling apparatus for electronic element |
-
2004
- 2004-06-22 JP JP2004183277A patent/JP2006012874A/en active Pending
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007273774A (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Fuji Electric Systems Co Ltd | Capacitor cooling structure and power converter |
US7529089B2 (en) * | 2007-03-16 | 2009-05-05 | Cooler Master Co., Ltd | Heat-dissipating device connected in series to water-cooling circulation system |
KR100823989B1 (en) | 2007-05-04 | 2008-04-22 | 빛샘전자주식회사 | Cooling apparatus and train drived electric power including the same |
JPWO2012059975A1 (en) * | 2010-11-01 | 2014-05-12 | 富士通株式会社 | Loop heat pipe and electronic device using the same |
JP5556897B2 (en) * | 2010-11-01 | 2014-07-23 | 富士通株式会社 | Loop heat pipe and electronic device using the same |
US9696096B2 (en) | 2010-11-01 | 2017-07-04 | Fujitsu Limited | Loop heat pipe and electronic equipment using the same |
CN104930889A (en) * | 2014-03-19 | 2015-09-23 | 海尔集团公司 | Heat exchanger and semi-conductor wine cabinet |
CN104930889B (en) * | 2014-03-19 | 2017-01-25 | 海尔集团公司 | Heat exchanger and semi-conductor wine cabinet |
CN107664454A (en) * | 2016-07-29 | 2018-02-06 | 双鸿科技股份有限公司 | The electronic installation of this loop hot-pipe of loop hot-pipe and application |
WO2018066206A1 (en) * | 2016-10-06 | 2018-04-12 | 株式会社デンソー | Machine temperature control device |
JPWO2018066206A1 (en) * | 2016-10-06 | 2019-03-07 | 株式会社デンソー | Equipment temperature controller |
CN109716051A (en) * | 2016-10-06 | 2019-05-03 | 株式会社电装 | Device temperature regulating device |
CN109716051B (en) * | 2016-10-06 | 2020-06-12 | 株式会社电装 | Equipment temperature adjusting device |
DE112017005113B4 (en) | 2016-10-06 | 2021-07-08 | Denso Corporation | Machine temperature control device |
JP2021092995A (en) * | 2019-12-11 | 2021-06-17 | 富士通株式会社 | Base station and apparatus cooling method |
JP7306250B2 (en) | 2019-12-11 | 2023-07-11 | 富士通株式会社 | Base station and device cooling method |
US12144149B2 (en) | 2020-01-15 | 2024-11-12 | Kmw Inc. | Cooling apparatus for electronic element |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7240722B2 (en) | Heat dissipation device | |
KR100817267B1 (en) | Cooling jacket | |
WO2017148050A1 (en) | Cooling device for data centre machine cabinet, machine cabinet, and cooling system | |
US7926553B2 (en) | Cooling system for electronic devices, in particular, computers | |
WO2013069226A1 (en) | Cooling device for cooling rack-type server, and data center provided with same | |
US20060021737A1 (en) | Liquid cooling device | |
JP2009527897A (en) | Cooling system | |
TW201724959A (en) | Thermoelectric cooling module and heat dissipation apparatus including the same | |
TW201251591A (en) | Computer case | |
JP2010122887A (en) | Server device | |
TW201334679A (en) | Heat dissipating module | |
JP2008060515A (en) | Cooling device for electronic control device | |
KR100939992B1 (en) | Cooling Apparatus, and Electric-Electronic Equipment with the Cooling Apparatus | |
JP2010067660A (en) | Electronic device and component for the same | |
US20130301214A1 (en) | Electronic unit having a housing in which heat generating components are disposed | |
JP2006012874A (en) | Cooling device of semiconductor element | |
US20110192572A1 (en) | Heat exchanger | |
CN215529706U (en) | Heat sink device | |
TWM609021U (en) | Liquid cooling heat dissipation device and liquid cooling heat dissipation system with the same | |
CN210402259U (en) | Forced convection cooling fin | |
US20130213602A1 (en) | Cooling system and method for cooling a heat generating unit | |
WO2024066705A1 (en) | Heat dissipation system and power apparatus | |
JP2007208154A (en) | Cooling device for electronic equipment | |
JP2008106958A (en) | Heat exchanger | |
CN211607189U (en) | Liquid cooling device with pumping structure |