JP2006147704A - Cooling device of semiconductor element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高発熱の半導体素子を冷媒を用いて効率良く冷却する冷却装置に関する。 The present invention relates to a cooling device that efficiently cools a highly heat-generating semiconductor element using a refrigerant.
図5は、ノートパソコン等に使用されCPU等の発熱体を冷却する従来の冷却装置に設けられた冷却板20を示しており、内部にキャビティ22aが形成された筐体22と、筐体22の上面に取り付けられ筐体22の開口部を封止する蓋体24とを備え、筐体22の対向する二つの側面には冷媒吸入管26と冷媒吐出管28とが接続されている。冷却板20は発熱体の上面に伝熱パッドを介して取り付けられる(例えば、特許文献1参照。)。
FIG. 5 shows a
上述した特許文献1に記載の冷却板20にあっては、その内部に単純な形状のキャビティを形成しただけの構成で、高発熱密度の半導体素子を冷却するには冷却性能的に限界に近づいてきており、まだまだ改善の余地があった。
In the
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、高発熱密度の半導体素子を効率良く冷却できる冷却装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a cooling device capable of efficiently cooling a semiconductor element having a high heat generation density.
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項1に記載の発明は、半導体素子を冷却するための冷却板と、熱交換器と、冷媒ポンプとを冷媒配管により接続して冷媒循環式の冷媒サイクルを構成するとともに、前記冷却板の内部に冷媒が通過するキャビティを形成し、該キャビティの周囲壁のうち、前記半導体素子が接触している壁部を薄肉化したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
また、請求項2に記載の発明は、冷媒流れに直交する方向の前記キャビティの断面積を略一定に形成したことを特徴とする。
The invention according to
さらに、請求項3に記載の発明は、前記キャビティの周囲壁のうち、少なくとも前記半導体素子の取付面側の壁面を前記半導体素子に向かって凸状に形成したことを特徴とする。
Further, the invention described in
また、請求項4に記載の発明は、前記キャビティの周囲壁のうち、対向する二つの壁面を平坦で互いに平行に形成するとともに、該二つの壁面の一方に近接する前記冷却板の外面に凹部を形成し、該凹部に前記半導体素子を収容したことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, two opposing wall surfaces of the peripheral walls of the cavity are formed flat and parallel to each other, and a recess is formed on the outer surface of the cooling plate adjacent to one of the two wall surfaces. And the semiconductor element is accommodated in the recess.
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
冷却板の内部に形成されたキャビティの周囲壁のうち、半導体素子が接触している壁部を薄肉化したので、発熱体である半導体素子の冷却性能が向上するとともに、冷却板の強度低下を抑えることができる。
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
Among the peripheral walls of the cavity formed inside the cooling plate, the wall part where the semiconductor element is in contact is thinned, so that the cooling performance of the semiconductor element as a heating element is improved and the strength of the cooling plate is reduced. Can be suppressed.
また、冷媒流れに直交する方向のキャビティの断面積を略一定に形成するようにしたので、冷媒の速度を略一定に維持して蒸発面で発生した泡状冷媒を速やかに取り去ることができ、より効率的に半導体素子を冷却することができる。 In addition, since the cross-sectional area of the cavity in the direction orthogonal to the refrigerant flow is formed to be substantially constant, it is possible to quickly remove the bubble-like refrigerant generated on the evaporation surface while maintaining the refrigerant speed substantially constant, The semiconductor element can be cooled more efficiently.
以下、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。
実施の形態1.
図1は、本発明にかかる半導体素子の冷却装置の冷凍サイクル図を示している。
図1に示されるように、本発明にかかる冷却装置は、高発熱体である半導体素子(図2参照)を冷却するための冷却板1と、コンデンサとしての熱交換器2と、冷媒ポンプ3とを備えており、冷却板1、コンデンサ2及び冷媒ポンプ3を冷媒配管5,6で接続して冷媒循環式の冷凍サイクルを構成している。また、コンデンサ2は、隣接配置されたファン4により冷却され、冷凍サイクル内には冷媒が封入されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a refrigeration cycle diagram of a semiconductor device cooling apparatus according to the present invention.
As shown in FIG. 1, a cooling device according to the present invention includes a
上記構成において、コンデンサ2より出てきた液冷媒は、冷媒ポンプ3により吸入管5を通って冷却板1に送られて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。蒸気冷媒は、次に吐出管6を通ってコンデンサ2に送られ、ファン4により冷却されることで蒸気冷媒から液冷媒に相変化を起こす。
In the above configuration, the liquid refrigerant coming out of the
図2は、本発明の実施の形態1における冷却板1内の詳細図である。
図2に示されるように、冷却板1は直方体の形状を呈し、その内部にはキャビティ1aが形成されており、高発熱の半導体素子7は、冷却板1の底面に接触した状態で取り付けられる。キャビティ1aは、冷却板1の上面に略平行な上壁1bと、上壁1bに略直交する四つの側壁1cと、底壁とを備えており、底壁は、各側壁1cから冷却板1の底面に向かって傾斜した傾斜壁部1dと、傾斜壁部1dの下縁につながり冷却板1の底面に略平行な中央壁部1eとを有し、中央壁部1eは半導体素子7の対向面と略同一の形状を呈している。
FIG. 2 is a detailed view of the inside of the
As shown in FIG. 2, the
また、側壁1cは冷却板1の上面及び底面間の略中央に位置していることから、冷却板1の底面とキャビティ1aの底壁の中央壁部1eとの間には薄肉部8が形成されている。
Moreover, since the side wall 1c is located at the approximate center between the upper surface and the bottom surface of the
本実施の形態においては、キャビティ1aの底壁を半導体素子取付面に向かって凸状に形成して半導体素子7に対向する冷却板1の底部を薄肉化したことで、冷媒が半導体素子7の近傍を通過して半導体素子7を冷却するので、冷却性能を向上させることができる。
In the present embodiment, the bottom wall of the cavity 1 a is formed convex toward the semiconductor element mounting surface, and the bottom of the
実施の形態2.
図3は、本発明の実施の形態2にかかる半導体素子の冷却装置における冷却板1内の詳細図である。
FIG. 3 is a detailed view of the inside of the
本実施の形態における冷却板1は、キャビティ1aの上壁が底壁1d,1eと同一形状を呈し、互いに平行に形成した点において、上述した実施の形態1と相違している。
The
すなわち、図3に示されるように、キャビティ1aの上壁も、傾斜壁部1fと中央壁部1gとにより構成されており、上下の傾斜壁部1d,1f及び上下の中央壁部1e,1gはそれぞれ互いに平行に形成され、冷却板1内における冷媒流れに直交する方向のキャビティ1aの断面積が略一定となるように設定している。
That is, as shown in FIG. 3, the upper wall of the cavity 1a is also composed of the inclined wall portion 1f and the central wall portion 1g, and the upper and lower
この構成によれば、蒸発面で気化した冷媒を速やかに下流へ流すことができ、冷却性能を向上させることができる。 According to this configuration, the refrigerant evaporated on the evaporation surface can be quickly flowed downstream, and the cooling performance can be improved.
実施の形態3.
図4は、本発明の実施の形態3にかかる半導体素子の冷却装置における冷却板1内の詳細図である。
FIG. 4 is a detailed view of the inside of the
本実施の形態においては、キャビティ1aの上壁1b及び底壁1hを平坦で互いに平行に形成して、冷却板1内における冷媒流れに直交する方向のキャビティ1aの断面積が略一定となるように設定するとともに、冷却板1の底面に半導体素子7と略同一形状の凹部9を形成し、この凹部9に半導体素子7を収容している。凹部9の半導体素子取付面とキャビティ1aの底壁1hとの間には薄肉部8が形成されている
In the present embodiment, the
この構成によれば、冷却板1の強度を確保しながら半導体素子7から冷却板内部の蒸発面までの距離を短縮できて冷却性能を向上させることができる。
According to this configuration, it is possible to shorten the distance from the
本発明にかかる半導体素子の冷却装置は、高発熱密度の半導体素子を効率よく冷却することができるので、サーバーのCPU、パワー系デバイス素子等の冷却装置として有用である。 The semiconductor element cooling apparatus according to the present invention can efficiently cool a semiconductor element having a high heat generation density, and thus is useful as a cooling apparatus for server CPUs, power system device elements, and the like.
1 冷却板、 1a キャビティ、 1b 上壁、 1c 側壁、 1d 傾斜壁部、
1e 中央壁部、 1f 傾斜壁部、 1g 中央壁部、 1h 底壁、
2 コンデンサ、 3 冷媒ポンプ、 4 ファン、 5 吸入管、 6 吐出管、
7 半導体素子、 8 薄肉部、 9 凹部。
1 cold plate, 1a cavity, 1b upper wall, 1c side wall, 1d inclined wall,
1e central wall, 1f inclined wall, 1g central wall, 1h bottom wall,
2 condenser, 3 refrigerant pump, 4 fan, 5 suction pipe, 6 discharge pipe,
7 Semiconductor element, 8 Thin part, 9 Concave part.
Claims (4)
Of the peripheral walls of the cavity, two opposing wall surfaces are formed flat and parallel to each other, a recess is formed on the outer surface of the cooling plate adjacent to one of the two wall surfaces, and the semiconductor element is formed in the recess. The semiconductor device cooling device according to claim 1, wherein the semiconductor device cooling device is housed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004333300A JP2006147704A (en) | 2004-11-17 | 2004-11-17 | Cooling device of semiconductor element |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009088127A (en) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Panasonic Corp | Cooling apparatus |
JP2012026721A (en) * | 2011-10-11 | 2012-02-09 | Panasonic Corp | Cooling device |
US9074825B2 (en) | 2007-09-28 | 2015-07-07 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Heatsink apparatus and electronic device having the same |
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2004
- 2004-11-17 JP JP2004333300A patent/JP2006147704A/en active Pending
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