JP2006140252A - Semiconductor element cooling apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高発熱の半導体素子の冷却装置であり、冷媒を用いて効率よく冷却する冷却装置に関するものである。 The present invention relates to a cooling device for a highly heat-generating semiconductor element, and relates to a cooling device that efficiently cools using a refrigerant.
従来、この種の冷却装置の冷却板としては図5に記載されているようなものがあった(例えば、特許文献1参照)。図5は、従来の半導体素子の冷却装置の斜視部分断面図で、冷却板の部分断面を示している。 Conventionally, there has been a cooling plate of this type of cooling device as shown in FIG. 5 (see, for example, Patent Document 1). FIG. 5 is a perspective partial cross-sectional view of a conventional semiconductor device cooling apparatus, showing a partial cross-section of a cooling plate.
図5において、冷却板31の中は空洞32になっており、冷媒33が充填され、そこにヒートパイプ34が挿入され、ヒートパイプ33にはフィン35が形成されている。このような構成では、半導体素子の発熱量が増大して来た時に半導体素子36と接触している面で、液冷媒33と接触していない部分においてはバーンアウトしてしまい、半導体素子36Bが損傷してしまう可能性があった。
しかしながら、半導体素子の発熱量が近年ますます増加して来ているにもかかわらず、半導体を有する機器はあまり大型化等をせずに半導体素子との接触面がバーンアウトしない構成にする必要がある。 However, despite the fact that the amount of heat generated by semiconductor elements has been increasing in recent years, it is necessary for devices having semiconductors to be configured so that the contact surface with the semiconductor elements does not burn out without being too large. is there.
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、強制的に液冷媒を供給しバーンアウトを起こさないような構成を得ることを目的とするものである。 The present invention solves such a conventional problem, and an object of the present invention is to obtain a configuration that forcibly supplies liquid refrigerant and does not cause burnout.
この課題を解決するために本発明の冷却装置は、内部に空間を形成して冷媒を用いて発熱体である半導体素子を冷却するための冷却板と、前記冷却板に熱的に密接されたヒートシンクとを有し、前記空間の両端に冷媒ポンプに接続した吸入配管と吐出配管とをそれぞれ接続して閉回路を形成し、前記冷媒ポンプで前記閉回路内にある冷媒を強制的に循環するように構成したものである。この構成により液冷媒が強制的に半導体素子と接触している蒸発面に供給されるためバーンアウトを起こさず熱伝達に優れた冷却装置を得ることができる。 In order to solve this problem, a cooling device according to the present invention is thermally intimately connected to a cooling plate for forming a space inside and cooling a semiconductor element as a heating element using a refrigerant. A suction circuit connected to a refrigerant pump at both ends of the space to form a closed circuit, and the refrigerant pump forcibly circulates the refrigerant in the closed circuit. It is comprised as follows. With this configuration, since the liquid refrigerant is forcibly supplied to the evaporation surface in contact with the semiconductor element, it is possible to obtain a cooling device excellent in heat transfer without causing burnout.
本発明の冷却装置は、半導体素子の発熱量の増大に対応できる冷却が得られる。 The cooling device of the present invention can provide cooling that can cope with an increase in the amount of heat generated by the semiconductor element.
第1の発明は内部に空間を形成して冷媒を用いて発熱体である半導体素子を冷却するための冷却板と、前記冷却板に熱的に密接されたヒートシンクとを有し、前記空間の両端に冷媒ポンプに接続した吸入配管と吐出配管とをそれぞれ接続して閉回路を形成し、前記冷媒ポンプで前記閉回路内にある冷媒を強制的に循環するように構成したものであり、液冷媒を強制的に蒸発面に供給することができるため、半導体素子の発熱量が増大しても蒸発面がバーンアウトを起こさず、良好な熱伝達が得られる。 1st invention has a cooling plate for cooling the semiconductor element which is a heat generating body using a refrigerant | coolant, forming a space inside, and a heat sink thermally contacted with the cooling plate, The suction pipe and the discharge pipe connected to the refrigerant pump are connected to both ends to form a closed circuit, and the refrigerant in the closed circuit is forcibly circulated by the refrigerant pump. Since the refrigerant can be forcibly supplied to the evaporation surface, even if the amount of heat generated by the semiconductor element increases, the evaporation surface does not burn out, and good heat transfer is obtained.
第2の発明は、冷却板の空間を出入口とするループ配管を接合して閉回路の一部を構成し、前記ループ配管をヒートシンクの前記冷却板から離れた位置に熱的に密接させたもの
で、冷却板の熱をヒートシンクの温度差がある部分へも熱伝達を行うことが可能となリ、効率を向上させることができる。
According to a second aspect of the present invention, a loop pipe having a cooling plate space as an inlet / outlet is joined to form a part of a closed circuit, and the loop pipe is thermally in contact with a position away from the cooling plate of a heat sink. As a result, heat can be transferred from the heat of the cooling plate to the portion where the heat sink has a temperature difference, and the efficiency can be improved.
第3の発明は、ヒートシンクのフィン先端面に切り欠きを設け、前記切り欠きにループ配管を圧入するとともに、前記ヒートシンクを冷却板に固定した構成であり、ループ配管を通してヒートシンクのフィンに熱を伝えることができるとともに、ヒートシンクを冷却板に固定することも同時にでき、コスト的に安価な装置にすることが可能となる。 According to a third aspect of the present invention, a notch is provided in a tip surface of the fin of the heat sink, a loop pipe is press-fitted into the notch, and the heat sink is fixed to a cooling plate, and heat is transmitted to the fin of the heat sink through the loop pipe. In addition, it is possible to fix the heat sink to the cooling plate at the same time, and it is possible to make the device inexpensive.
第4の発明は、冷却板の空間の両端に接合された吸入配管と吐出配管の接続位置を、前記空間の下部とした構成であり、冷却板の空間の下部に溜まっている液冷媒を吸入でき、蒸気冷媒をかみこんで冷媒ポンプの性能が低下するのを回避することができる。 According to a fourth aspect of the present invention, the connection position of the suction pipe and the discharge pipe joined to both ends of the space of the cooling plate is the lower part of the space, and the liquid refrigerant accumulated in the lower part of the space of the cooling plate is sucked It is possible to avoid the deterioration of the performance of the refrigerant pump by biting the vapor refrigerant.
第5の発明は、閉回路内の冷媒量を総容積の20%以上60%以下に設定するものである。冷媒量が60%以下なので冷却板の空間の凝縮面を充分に確保でき、また、冷媒量が20%以上なので冷却板空間の下面がバーンアウトを起こさないように液冷媒を確保することができ高効率な冷却システムを得ることができる。 In the fifth invention, the refrigerant amount in the closed circuit is set to 20% or more and 60% or less of the total volume. Since the refrigerant amount is 60% or less, a sufficient condensing surface of the cooling plate space can be secured, and since the refrigerant amount is 20% or more, liquid refrigerant can be secured so that the lower surface of the cooling plate space does not burn out. A highly efficient cooling system can be obtained.
第6の発明は、冷媒凍ポンプに容積型のポンプを使用した構成にしているので、蒸気冷媒を多少かみこんでも冷媒を送出することことができる。 In the sixth aspect of the invention, since the displacement type refrigeration pump uses a positive displacement pump, the refrigerant can be sent out even if some amount of vapor refrigerant is included.
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。なお実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における半導体素子の冷却装置の模式図で、図2は図1の縦断面図である。図1,図2において、高発熱体である半導体素子7と半導体素子7を冷却するための冷却板1とヒートシンク3とを、それぞれの間にサーモグリースを塗布して熱的に密接させている。また、容積型冷媒ポンプ4を吸入配管5と吐出配管6とにより冷却板1の内部の空間2に繋いで閉回路を構成している。閉回路内には総容積の50%にあたる冷媒8が封入されており、液冷媒を主体的に吸入するように吸入配管5の吸入口は空間8の下部に設置されている。冷媒量は、閉回路内の総容積の60%以下で冷却板の空間の凝縮面を充分に確保でき、また、20%以上であれば冷却板空間の下面がバーンアウトを起こさないように液冷媒を確保することができ高効率な冷却システムを得ることができる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of a cooling device for a semiconductor element according to
以上のように、本実施の形態においては冷却板1の内部の空間2の両端を吸入配管5と吐出配管6を繋ぎその配管に容積型冷媒ポンプ4を設置しているため、強制的に液冷媒を蒸発面に供給でき、半導体素子7の発熱量が増大しても蒸発面がバーンアウトを起こさず熱伝達の良好な冷却装置を得ることができる。
As described above, in the present embodiment, the
(実施の形態2)
図3は本発明の実施の形態2における半導体素子の冷却装置の模式で、図4は図3の縦断面図である。図3,図4において、冷却板1の空間2を出入口とする2本のループ配管10が冷却板1の上部に設置されている。また、ループ配管10は、ヒートシンク3のフィン9の先端に設けた切り欠き11に圧入され、熱的に密接されている。また、それぞれのループ配管にはばね性を持たせて、ヒートシンク3を冷却板1の方に押さえるような力が働くように予め設置されている。この構成によればループ配管10の両端が冷却板1の空間2に開口しているので、空間2内の冷媒蒸気がループ配管10内を通ってヒートシンク3のより温度差があるフィン9と熱交換できるので効率のよい冷却が可能となる。また、それぞれのループ配管10はばね性を持っているので、ヒートシンク3を冷却板1に固
定する働きもあり、特に固定バンド等の別部材を使用しなくとも良いので安価な冷却装置を得ることができる。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a schematic diagram of a semiconductor element cooling apparatus according to
以上のように、本発明にかかわる半導体素子の冷却装置は、高発熱の半導体素子の効率が高い冷却が可能となるので、ユニックス系サーバの半導体素子、パワー系デバイス素子の冷却装置等の用途にも適用できる。 As described above, the semiconductor device cooling apparatus according to the present invention enables high-efficiency cooling of highly heat-generating semiconductor elements. Is also applicable.
1 冷却板
2 空間
3 ヒートシンク
4 冷媒ポンプ
5 吸入配管
6 吐出配管
7 半導体素子
8 液冷媒
9 フィン
10 ループ配管
11 切り欠き
DESCRIPTION OF
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004327427A JP2006140252A (en) | 2004-11-11 | 2004-11-11 | Semiconductor element cooling apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004327427A JP2006140252A (en) | 2004-11-11 | 2004-11-11 | Semiconductor element cooling apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2006140252A true JP2006140252A (en) | 2006-06-01 |
Family
ID=36620881
Family Applications (1)
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JP2004327427A Pending JP2006140252A (en) | 2004-11-11 | 2004-11-11 | Semiconductor element cooling apparatus |
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JP (1) | JP2006140252A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019186526A (en) * | 2018-03-30 | 2019-10-24 | 日本電産株式会社 | Cooling device |
JP2020109780A (en) * | 2018-12-28 | 2020-07-16 | 日本電産株式会社 | Cooling apparatus |
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2004
- 2004-11-11 JP JP2004327427A patent/JP2006140252A/en active Pending
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