JP2008060175A - Electronic equipment and cooling method thereof - Google Patents

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Tomonao Takamatsu
伴直 高松
Hideo Aoki
秀夫 青木
Kazunari Ishimaru
一成 石丸
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means for supplying a refrigerant from the outside, to provide electronic equipment having high cooling performance utilizing evaporation latent heat, and to provide a cooling method of the electronic equipment. <P>SOLUTION: In the cooling method, an electrical heating element, such as a semiconductor chip 1, and a water storage region 22 having a water absorption material or a hygroscopic material 23 are changed into vapor 27 by thermally connecting at least one portion of the water storage region to the electrical heating element and evaporating moisture, and the periphery is cooled by the latent heat. The electronic equipment has the electrical heating element in a casing, and the water storage region having a water absorption material or a hygroscopic material. A ventilation duct 25 for discharging vapor to the outside is provided in the casing. The upper and lower portions of the moisture absorption material or the hygroscopic material 23 are sandwiched by a moisture-permeable sheet 24 that permeates gas but does not liquid. The vapor that has absorbed heat with excessive evaporation latent heat can be discharged as it is, thus realizing the electronic equipment having high cooling performance. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、携帯電話などの電子機器を冷却する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for cooling an electronic device such as a mobile phone.

半導体チップ(半導体素子)は、温度が上昇すると暴走するため、安全に動作する規定の温度以下に制御される。とくに高発熱性の半導体チップにおいては、ヒートスプレッダー、ヒートシンクヒートパイプ、ファン等を電子機器に搭載させることにより放熱をしている。
また、一部の製品においては水冷の冷却技術も使用されている。また、ヒートパイプは、内部冷媒の蒸発潜熱で吸熱し、ウィックの毛管力で液を再び蒸発部に供給している。高い熱輸送能力はあるが、冷却を行っているわけではなく、凝縮部では放熱フィン等が必要となる。蒸発潜熱で熱を吸熱した蒸気をそのまま排気すれば、放熱フィンを使うことなく、高い冷却性能を実現できる。しかしながら冷媒を供給し続ける手段がないので、そのような冷却は電子機器では実現されていないのが現状である。
Since the semiconductor chip (semiconductor element) runs away when the temperature rises, the semiconductor chip (semiconductor element) is controlled below a specified temperature at which it operates safely. Particularly in a highly exothermic semiconductor chip, heat is dissipated by mounting a heat spreader, heat sink heat pipe, fan, etc. on an electronic device.
Some products also use water cooling technology. The heat pipe absorbs heat by the latent heat of evaporation of the internal refrigerant, and supplies the liquid again to the evaporation section by the capillary force of the wick. Although it has a high heat transport capability, it is not cooled, and a heat radiating fin or the like is required in the condensing part. If the steam that has absorbed heat by the latent heat of vaporization is exhausted as it is, high cooling performance can be realized without using heat radiation fins. However, since there is no means for continuing to supply the refrigerant, such cooling is not realized in electronic devices.

特許文献1は、小型で高い冷却能力を有する素子冷却装置及び高い冷却能力を有する発熱素子が開示されている。素子冷却装置は、発熱素子に固定される吸湿剤保持体に吸湿剤を保持して形成される。吸湿剤は、発熱素子の発熱量が少なく、温度が低いときには、吸湿効果により周囲の水分を吸収、保持する。保持された水分は、発熱素子の発熱量が多くなって温度が上昇すると蒸発し(乾燥状態)、蒸発する時の気化熱により発熱素子の温度上昇を抑える。乾燥状態にある素子冷却装置は、発熱素子の発熱量が再び低下すると周囲の水分を吸収して保湿状態となり、発熱素子の温度上昇に備える。
特開2004−319713号公報
Patent Document 1 discloses a small element cooling device having a high cooling capacity and a heating element having a high cooling capacity. The element cooling device is formed by holding a hygroscopic agent on a hygroscopic agent holding body fixed to the heat generating element. The hygroscopic agent absorbs and retains surrounding moisture due to the hygroscopic effect when the heat generation amount of the heat generating element is small and the temperature is low. The retained moisture evaporates (dry state) when the heating value of the heating element increases and the temperature rises, and suppresses the temperature rise of the heating element due to the heat of vaporization when it evaporates. The element cooling device in the dry state absorbs the surrounding water when the amount of heat generated by the heat generating element decreases again, and becomes moisturized to prepare for the temperature rise of the heat generating element.
JP 2004-319713 A

本発明は、冷媒を外部から供給する手段を提供し、これにより蒸発潜熱を利用した高い冷却性能を有する電子機器及び電子機器の冷却方法を提供する。   The present invention provides means for supplying a refrigerant from the outside, thereby providing an electronic device having high cooling performance utilizing latent heat of vaporization and a method for cooling the electronic device.

本発明の電子機器の冷却方法の一態様は、発熱体と、吸湿材もしくは吸水材を有する貯水領域とを備え、前記貯水領域の少なくとも一部を前記発熱体に熱的に接続させて、蒸発潜熱により冷却を行い、前記吸湿材の少なくとも一部は、気体を透過し液体は通さない膜からなる透湿シートで被覆されており、前記発熱体に熱的に接続させる前記貯水領域の少なくとも一部は、前記貯水領域の水分を毛細管力で前記発熱体上へ移動させることを特徴としている。
また、本発明の電子機器の一態様は、電子機器を収納する筐体と、前記電子機器に収納された発熱体と、前記電子機器に収納された吸湿材もしくは吸水材を有する貯水領域とを備え、前記貯水領域の少なくとも一部は前記発熱体に熱的に接続され、蒸発潜熱により前記発熱体の冷却を行い、前記吸湿材もしくは吸水材の少なくとも一部は、気体を透過し液体は通さない膜からなる透湿シートで被覆されており、前記発熱体に熱的に接続させる前記貯水領域の少なくとも一部は、前記貯水領域の水分を毛細管力で前記発熱体上へ移動させることを特徴としている。
One aspect of the electronic device cooling method of the present invention includes a heating element and a water storage region having a moisture absorbing material or a water absorbing material, and at least a part of the water storage region is thermally connected to the heating element to evaporate. Cooling is performed by latent heat, and at least a part of the hygroscopic material is covered with a moisture permeable sheet made of a film that transmits gas and does not allow liquid to pass through, and at least one of the water storage regions that are thermally connected to the heating element. The section is characterized in that the water in the water storage region is moved onto the heating element by capillary force.
According to another aspect of the electronic device of the present invention, a housing that stores the electronic device, a heating element that is stored in the electronic device, and a water storage region that includes a hygroscopic material or a water absorbing material that is stored in the electronic device. At least a part of the water storage region is thermally connected to the heating element, and cools the heating element by latent heat of vaporization, and at least a part of the moisture absorbing material or the water absorbing material transmits gas and allows liquid to pass through. At least a part of the water storage region that is covered with a moisture permeable sheet made of a non-membrane and thermally connected to the heating element moves moisture of the water storage region onto the heating element by capillary force. It is said.

本発明は、蒸発潜熱で熱を吸熱した蒸気をそのまま排気するので、高い冷却性能を有する電子機器を実現することができる。   According to the present invention, since the steam having absorbed heat by the latent heat of vaporization is exhausted as it is, an electronic device having high cooling performance can be realized.

以下、実施例を参照して発明の実施の形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to examples.

まず、図1及び図2を参照して実施例1を説明する。
図1及び図2は、この実施例の電子機器の冷却方法を説明する電子機器主要部の断面図である。
この実施例では、発熱体、例えば、半導体チップが収納された筐体の内部に吸湿性もしくは吸水性を有する物質(以下、吸湿材もしくは吸水材という)を有する貯水領域を配し、大気中、人の息、汗、注水、燃料電池の排水等により得られる外部からの水分を回収し、半導体チップ等の発熱体(発熱源)上に直接あるいはウィックによる毛細管力などを用いて水分を供給し、蒸発潜熱により冷却を行う。
First, Embodiment 1 will be described with reference to FIGS.
1 and 2 are cross-sectional views of main parts of an electronic device for explaining a method for cooling the electronic device of this embodiment.
In this embodiment, a heating element, for example, a water storage region having a hygroscopic or water-absorbing substance (hereinafter referred to as a hygroscopic material or a water absorbing material) is arranged inside a housing in which a semiconductor chip is housed, Collects moisture from the outside obtained by human breath, sweat, water injection, fuel cell drainage, etc., and supplies the moisture directly to the heating element (heating source) such as a semiconductor chip or using capillary force by wick. Cooling by latent heat of evaporation.

吸水材は、吸水し、吸水した水分(液体)を保持する材料である。吸湿材は、吸湿し、湿気(気体)を保持する材料である。吸水材としては、高吸水性樹脂がある。これは自身の体積の数百から千倍の保水量を有している。吸水材には、例えば、紙、スポンジ、布などの繊維などがあるが、これらの保水量は、自身の体積の数倍から数10倍である。本発明の特徴は貯水領域に存在する水分の蒸発潜熱を利用するものであるから、ここで用いる吸湿材は、大気中の湿気を吸湿後に液化する(いわゆる潮解性)ことが必要である。そのような潮解性のある吸湿材としては、塩化カリウム、塩化マグネシウムが知られている。その他に吸湿材として、シリカゲル、石灰、合成ゼオライト、イオン交換樹脂が知られているが、潮解性はない。高吸水性樹脂は、水を吸水して膨潤し、水全体をゲル化させる性質を持つ高分子であり、澱粉系、カルボキシメチルセルローズ系、ポリアクリル酸系、ポバール系等がある。また、温度によって保水量が変化するN−イソプロピルアクリルアミドも高吸水性樹脂である。   The water absorbing material is a material that absorbs water and holds the absorbed water (liquid). The hygroscopic material is a material that absorbs moisture and retains moisture (gas). As the water absorbing material, there is a highly water absorbent resin. It has a water retention of several hundred to a thousand times its own volume. Examples of the water-absorbing material include fibers such as paper, sponge, and cloth. The water retention amount is several to several tens of times its own volume. Since the feature of the present invention utilizes the latent heat of vaporization of the water present in the water storage region, the moisture absorbent used here needs to liquefy the moisture in the atmosphere after absorbing moisture (so-called deliquescence). As such a deliquescent hygroscopic material, potassium chloride and magnesium chloride are known. In addition, silica gel, lime, synthetic zeolite, and ion exchange resin are known as hygroscopic materials, but there is no deliquescence. The highly water-absorbent resin is a polymer that has the property of absorbing water to swell and gelling the entire water, and includes starch, carboxymethyl cellulose, polyacrylic acid, and poval. N-isopropylacrylamide whose water retention amount varies with temperature is also a superabsorbent resin.

なお,吸湿率については、JIS規格値で、相対湿度20%に於ける吸湿度が8.0%、相対湿度50%に於ける吸湿度が22.0%、相対湿度90%に於ける吸湿度が30%という規格がある。シリカゲルA型は、10%、24%、34%である。塩化カルシウムは、シリカゲルの3〜5倍の性能がある。本発明では、吸湿材が相対湿度20%に於ける吸湿度を8.0%以上、吸水材の保水量が自身の体積に対して数倍以上であることが好ましい。   The moisture absorption rate is a JIS standard value, the moisture absorption at a relative humidity of 20% is 8.0%, the moisture absorption at a relative humidity of 50% is 22.0%, and the moisture absorption at a relative humidity of 90%. There is a standard that the degree is 30%. Silica gel type A is 10%, 24% and 34%. Calcium chloride has 3-5 times the performance of silica gel. In the present invention, it is preferable that the moisture absorbing material has a moisture absorption of 8.0% or more at a relative humidity of 20%, and the water retention amount of the water absorbing material is several times or more of its own volume.

図1に示すように、携帯電話などの電子機器の筐体(図示しない)内に発熱体である半導体チップ1が収納されている。貯水領域2は、半導体チップ1の上に搭載されている。貯水領域2は、吸湿材もしくは吸水材3と、この吸湿材もしくは吸水材3を上下から挟み、気体は透過し液体は通さない膜(以下、透湿シートという)4とから構成されている。つまり、透湿シート4は、液漏れしない構造になっている。
このような貯水領域2内部の吸湿材もしくは吸水材3は、透湿シート4等を介して、外部空気と接し常時水分を吸収している(図1(a))。貯水領域2は、発熱体である半導体チップ1上に透湿シート4を介して熱的に接続されている。そして、発熱体である半導体チップ1上に供給される水分は、半導体チップ1により熱せられ、蒸発することにより、蒸発潜熱で熱を奪って半導体チップ1を冷却する。
As shown in FIG. 1, a semiconductor chip 1 as a heating element is housed in a housing (not shown) of an electronic device such as a mobile phone. The water storage area 2 is mounted on the semiconductor chip 1. The water storage region 2 is composed of a hygroscopic material or water absorbing material 3 and a membrane 4 (hereinafter referred to as a moisture permeable sheet) 4 which sandwiches the hygroscopic material or water absorbing material 3 from above and below and does not allow liquid to pass through. That is, the moisture-permeable sheet 4 has a structure that does not leak.
The moisture absorbing material 3 or the water absorbing material 3 inside the water storage region 2 is in contact with external air through the moisture permeable sheet 4 and the like and constantly absorbs moisture (FIG. 1 (a)). The water storage region 2 is thermally connected to the semiconductor chip 1 that is a heating element via a moisture permeable sheet 4. Then, the moisture supplied onto the semiconductor chip 1 that is a heating element is heated by the semiconductor chip 1 and evaporated, thereby depriving the semiconductor chip 1 of heat by the latent heat of vaporization.

この実施例では、蒸発潜熱による高い冷却性能を利用できるため、放熱フィンを利用するよりも冷却システムを薄型にできる。また、この実施例によりファンの風量を減らすこともでき、低騒音や消費電力効果も期待できる。
図2は、この実施例の他の例である。この例では、半導体チップと吸湿材もしくは吸水材との間に、透湿シートに代えて液体を通さない金属層を介在させたことに特徴がある。図1と同様に、携帯電話などの電子機器の筐体(図示しない)内に発熱体である半導体チップ1が収納され、貯水領域2は、半導体チップ1の上に搭載されている。貯水領域2は、吸湿材もしくは吸水材3と、この吸湿材もしくは吸水材3収納する金属ケース5と、金属ケース5内部の吸湿材もしくは吸水材3の表面を覆う気体は透過し液体は通さない透湿シート4とから構成されている。
In this embodiment, since the high cooling performance due to the latent heat of vaporization can be used, the cooling system can be made thinner than that using the radiation fins. Further, this embodiment can reduce the air volume of the fan, and low noise and power consumption effects can be expected.
FIG. 2 shows another example of this embodiment. This example is characterized in that a metal layer that does not allow liquid to pass is interposed between the semiconductor chip and the moisture absorbing material or the water absorbing material instead of the moisture permeable sheet. As in FIG. 1, a semiconductor chip 1 that is a heating element is housed in a housing (not shown) of an electronic device such as a mobile phone, and a water storage region 2 is mounted on the semiconductor chip 1. The water storage area 2 has a moisture absorbing material or water absorbing material 3, a metal case 5 that houses the moisture absorbing material or water absorbing material 3, and gas that covers the surface of the moisture absorbing material or water absorbing material 3 inside the metal case 5 is permeated and liquid does not pass therethrough. The moisture permeable sheet 4 is comprised.

このような貯水領域2内部の吸湿材もしくは吸水材3は、透湿シート4等を介して、外部空気と接し常時水分を吸収している(図2(a))。貯水領域2は、半導体チップ1上に金属ケース5を介して熱的に接続されている。そして、半導体チップ1上に供給される水分は、半導体チップ1により熱せられ、蒸発することにより、蒸発潜熱により周囲から熱を奪って半導体チップ1を冷却する(図2(b))。金属ケース5は、十分に液漏れを防止することができる。
以上、この実施例では、蒸発潜熱で熱を吸熱した蒸気をそのまま排気するので、高い冷却性能を有する電子機器を実現することができる。
Such a hygroscopic material or water absorbent 3 in the water storage region 2 is in contact with external air through the moisture permeable sheet 4 and the like, and constantly absorbs moisture (FIG. 2A). The water storage region 2 is thermally connected to the semiconductor chip 1 via a metal case 5. Then, the moisture supplied onto the semiconductor chip 1 is heated by the semiconductor chip 1 and evaporates, thereby cooling the semiconductor chip 1 by removing heat from the surroundings by latent heat of vaporization (FIG. 2B). The metal case 5 can sufficiently prevent liquid leakage.
As described above, in this embodiment, since the steam that has absorbed heat by the latent heat of vaporization is exhausted as it is, an electronic device having high cooling performance can be realized.

次に、図3を参照して、実施例2を説明する。
図3は、この実施例の電子機器の冷却方法を説明する電子機器主要部の断面図である。この実施例は、ダクトを有し、貯水領域が発熱体に近接され、その一部が該発熱体上に載置されていることに特徴がある。
この実施例では、発熱体、例えば、半導体チップが収納された筐体の内部に吸湿材もしくは吸水材を有する貯水領域を配し、外部からの水分を回収し、半導体チップ等の発熱体上に蒸発潜熱により冷却を行う。
Next, Example 2 will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part of the electronic device for explaining the cooling method of the electronic device of this embodiment. This embodiment is characterized in that it has a duct, the water storage area is close to the heating element, and a part thereof is placed on the heating element.
In this embodiment, a heat storage element, for example, a water storage region having a moisture absorbing material or a water absorbing material is arranged inside a housing in which a semiconductor chip is stored, and moisture from the outside is collected, and the heat generating element such as a semiconductor chip is placed on the heating element. Cooling by latent heat of vaporization.

図3(a)に示すように、携帯電話などの電子機器の筐体(図示しない)内に発熱体である半導体チップ21が収納されている。貯水領域22は、半導体チップ21に近接して配置され、一部は半導体チップ21上に載置されている。貯水領域22は、吸湿材もしくは吸水材23と、この吸湿材もしくは吸水材23を被覆する、気体は透過し液体は通さない透湿シート24とから構成されている。そして、貯水領域22は、筐体内に配置された通風ダクト25に接している。
このような貯水領域22内部の吸湿材もしくは吸水材23は、透湿シート24を介して、外部空気と接し、常時吸湿26して水分を溜めている。貯水領域22は、半導体チップ21上に透湿シート24を介して熱的に接続されている。半導体チップ21上に供給される水分は、半導体チップ21の発熱により蒸発して蒸気となり、蒸発潜熱により周囲から熱を奪って半導体チップ21を冷却する。半導体チップ21を冷却した蒸気は、通風ダクト25から外部へ排出される。吸湿材もしくは吸水材23に供給される水分は、大気から以外に、息、汗、燃料電池から回収された水などを利用することができる。
As shown in FIG. 3A, a semiconductor chip 21 as a heating element is housed in a housing (not shown) of an electronic device such as a mobile phone. The water storage region 22 is disposed in the vicinity of the semiconductor chip 21, and a part thereof is placed on the semiconductor chip 21. The water storage region 22 includes a moisture absorbent material or a water absorbent material 23 and a moisture permeable sheet 24 that covers the moisture absorbent material or the water absorbent material 23 and allows gas to pass therethrough and liquid not to pass therethrough. And the water storage area | region 22 is in contact with the ventilation duct 25 arrange | positioned in a housing | casing.
The moisture absorbing material or the water absorbing material 23 in the water storage region 22 is in contact with the external air through the moisture permeable sheet 24 and constantly absorbs moisture 26 to accumulate moisture. The water storage region 22 is thermally connected to the semiconductor chip 21 via a moisture permeable sheet 24. The moisture supplied onto the semiconductor chip 21 evaporates due to the heat generated by the semiconductor chip 21 to become vapor, and cools the semiconductor chip 21 by removing heat from the surroundings by latent heat of evaporation. The steam that has cooled the semiconductor chip 21 is discharged from the ventilation duct 25 to the outside. As the moisture supplied to the moisture absorbent material or the water absorbent material 23, breath, sweat, water collected from the fuel cell, and the like can be used in addition to the atmosphere.

図3(b)は、この実施例の他の例であり、図3(a)の電子機器とは貯水領域にウイックを用いる点で構成が異なる。図示のように、携帯電話などの電子機器の筐体(図示しない)内に発熱体である半導体チップ21が収納されている。貯水領域22は、半導体チップ21に近接して配置されている。
貯水領域22は、吸湿材もしくは吸水材23と、この吸湿材もしくは吸水材23を被覆する、気体は透過し液体は通さない透湿シート24と、半導体チップ21上に形成され、吸湿材もしくは吸水材23とはつながっている毛細管力を有するウイック28とから構成されている。ウイック28は、毛管力によって吸湿材もしくは吸水材23に保水された水を半導体チップ21上に導く。そして、貯水領域22は、筐体内に配置された通風ダクト25に接している。
半導体チップ21上に透湿シート24を介して熱的に接続されている。半導体チップ21上にウイック28により供給される水分は、半導体チップ21の発熱により蒸発して蒸気となり、蒸発潜熱により周囲から熱を奪って半導体チップ21を冷却する。吸湿材もしくは吸水材23に供給される水分は、大気から得る以外に、息、汗、燃料電池から回収された水などを利用することができる。
FIG. 3B is another example of this embodiment, and the configuration differs from the electronic device of FIG. 3A in that a wick is used in the water storage area. As shown in the figure, a semiconductor chip 21 as a heating element is housed in a housing (not shown) of an electronic device such as a mobile phone. The water storage area 22 is disposed in the vicinity of the semiconductor chip 21.
The water storage region 22 is formed on the moisture absorbing material or the water absorbing material 23, the moisture permeable sheet 24 that covers the moisture absorbing material or the water absorbing material 23, allows gas to pass therethrough and does not allow liquid to pass therethrough, and the semiconductor chip 21. The material 23 is composed of a wick 28 having a capillary force connected to the material 23. The wick 28 guides the water retained in the moisture absorbing material or the water absorbing material 23 onto the semiconductor chip 21 by capillary force. And the water storage area | region 22 is in contact with the ventilation duct 25 arrange | positioned in a housing | casing.
It is thermally connected to the semiconductor chip 21 via a moisture permeable sheet 24. The moisture supplied onto the semiconductor chip 21 by the wick 28 evaporates due to the heat generated by the semiconductor chip 21 to become vapor, and cools the semiconductor chip 21 by removing heat from the surroundings by latent heat of evaporation. The moisture supplied to the hygroscopic material or the water absorbing material 23 can be breath, sweat, water collected from the fuel cell, or the like, in addition to being obtained from the atmosphere.

この実施例では、蒸発潜熱による高い冷却性能を利用できるため、放熱フィンを利用するよりも冷却システムを薄型にできる。また、ファンの風量を減らすこともでき、低騒音や消費電力効果も期待できる。このように、蒸発潜熱で熱を吸熱した蒸気をそのまま排気するので、高い冷却性能を有する電子機器を実現することができる。   In this embodiment, since the high cooling performance due to the latent heat of vaporization can be used, the cooling system can be made thinner than that using the radiation fins. In addition, the fan air volume can be reduced, and low noise and power consumption effects can be expected. In this way, since the steam that has absorbed heat by the latent heat of vaporization is exhausted as it is, an electronic device having high cooling performance can be realized.

次に、図4を参照して、実施例3を説明する。
図4は、この実施例の電子機器の冷却方法を説明する電子機器主要部の断面図である。この実施例は、ファンを取り付けたダクトを有し、貯水領域が発熱体に近接され、その一部が該発熱体上に載置されていることに特徴がある。
この実施例では、発熱体、例えば、半導体チップが収納された筐体の内部に吸湿材もしくは吸水材を有する貯水領域を配し、外部からの水分を回収し、半導体チップ等の発熱体上に蒸発潜熱により冷却を行う。
Next, Example 3 will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the main part of the electronic device for explaining the cooling method of the electronic device of this embodiment. This embodiment is characterized by having a duct to which a fan is attached, the water storage area being close to the heating element, and a part of which is placed on the heating element.
In this embodiment, a heat storage element, for example, a water storage region having a moisture absorbing material or a water absorbing material is arranged inside a housing in which a semiconductor chip is stored, and moisture from the outside is collected, and the heat generating element such as a semiconductor chip is placed on the heating element. Cooling by latent heat of vaporization.

図4(a)に示すように、携帯電話などの電子機器の筐体(図示しない)内に発熱体である半導体チップ31が収納されている。貯水領域32は、半導体チップ31に近接して配置され、一部は半導体チップ31上に載置されている。貯水領域32は、吸湿材もしくは吸水材33と、この吸湿材もしくは吸水材33を被覆する、気体は透過し液体は通さない透湿シート34とから構成されている。そして、貯水領域32は、筐体内に配置された通風ダクト35に接している。通風ダクト35の一方の端にはファン39が取付けられている。
このような貯水領域32内部の吸湿材もしくは吸水材33は、透湿シート34を介して、外部空気と接し、常時吸湿36して水分を溜めている。貯水領域32は、半導体チップ31上に透湿シート34を介して熱的に接続されている。半導体チップ31上に供給される水分は、半導体チップ31の発熱により蒸発して蒸気となり、蒸発潜熱により周囲から熱を奪って半導体チップ31を冷却する。半導体チップを冷却した蒸気は、通風ダクト35から外部へ排出される。通風ダクト35にはファン39が取付けられているので、蒸気の外部への排出を促進することができ、冷却効果を高める。吸湿材もしくは吸水材33に供給される水分は、大気から以外に、息、汗、燃料電池から回収された水などを利用することができる。
As shown in FIG. 4A, a semiconductor chip 31 as a heating element is housed in a housing (not shown) of an electronic device such as a mobile phone. The water storage area 32 is disposed close to the semiconductor chip 31, and a part thereof is placed on the semiconductor chip 31. The water storage area 32 is composed of a hygroscopic material or water absorbing material 33 and a moisture permeable sheet 34 that covers the hygroscopic material or water absorbing material 33 and that allows gas to pass therethrough and liquids not to pass therethrough. And the water storage area | region 32 is in contact with the ventilation duct 35 arrange | positioned in a housing | casing. A fan 39 is attached to one end of the ventilation duct 35.
The moisture absorbing material 33 or the water absorbing material 33 in the water storage region 32 is in contact with the external air through the moisture permeable sheet 34, and constantly absorbs moisture 36 to accumulate moisture. The water storage region 32 is thermally connected to the semiconductor chip 31 via a moisture permeable sheet 34. The moisture supplied onto the semiconductor chip 31 evaporates due to the heat generated by the semiconductor chip 31 and becomes vapor, and cools the semiconductor chip 31 by removing heat from the surroundings by latent heat of evaporation. The steam that has cooled the semiconductor chip is discharged from the ventilation duct 35 to the outside. Since the fan 39 is attached to the ventilation duct 35, discharge | emission of the vapor | steam outside can be accelerated | stimulated and a cooling effect is improved. The moisture supplied to the hygroscopic material or the water absorbing material 33 can use breath, sweat, water collected from the fuel cell, etc. in addition to the air.

図4(b)は、この実施例の他の例であり、図3(a)の電子機器とは貯水領域にウイックを用いる点で構成が異なる。携帯電話などの電子機器の筐体(図示しない)内に発熱体である半導体チップ31が収納されている。貯水領域32は、半導体チップ31に近接して配置されている。
貯水領域32は、吸湿材もしくは吸水材33と、この吸湿材もしくは吸水材33を被覆する、気体は透過し液体は通さない透湿シート34と、半導体チップ31上に形成され、吸湿材もしくは吸水材33とはつながっている毛細管力を有するウイック38とから構成されている。ウイック38は、毛管力によって吸湿材もしくは吸水材33に保水された水を半導体チップ31上に導く。そして、貯水領域32は、筐体内に配置され、ファン39が取付けられた通風ダクト35に接している。
半導体チップ31上に透湿シート34を介して熱的に接続されている。半導体チップ31上にウイック38により供給される水分は、半導体チップ31の発熱により蒸発して蒸気となり、蒸発潜熱により周囲から熱を奪って半導体チップ31を冷却する。吸湿材もしくは吸水材33に供給される水分は、大気から得る以外に、息、汗、燃料電池から回収された水などを利用することができる。
FIG. 4B is another example of this embodiment, and the configuration is different from the electronic device of FIG. 3A in that a wick is used in the water storage area. A semiconductor chip 31 as a heating element is housed in a housing (not shown) of an electronic device such as a mobile phone. The water storage area 32 is disposed in the vicinity of the semiconductor chip 31.
The water storage region 32 is formed on the semiconductor chip 31 and the moisture absorbing material or water absorbing material 33, the moisture absorbing material 33, the moisture absorbing material 33 that covers the moisture absorbing material or the water absorbing material 33, and the moisture permeable sheet 34 that allows gas to pass therethrough but does not allow liquid to pass through. The material 33 is composed of a wick 38 having a capillary force connected thereto. The wick 38 guides the water retained in the moisture absorbing material or the water absorbing material 33 onto the semiconductor chip 31 by capillary force. And the water storage area | region 32 is arrange | positioned in a housing | casing, and is in contact with the ventilation duct 35 to which the fan 39 was attached.
It is thermally connected to the semiconductor chip 31 via a moisture permeable sheet 34. The moisture supplied by the wick 38 onto the semiconductor chip 31 evaporates as a result of the heat generated by the semiconductor chip 31 and becomes vapor, and the semiconductor chip 31 is cooled by removing heat from the surroundings due to latent heat of evaporation. The moisture supplied to the hygroscopic material or the water absorbing material 33 can be breath, sweat, water collected from the fuel cell, or the like, in addition to being obtained from the atmosphere.

この実施例では、蒸発潜熱による高い冷却性能を利用できるため、放熱フィンを利用するよりも冷却システムを薄型にできる。また、通風ダクト35にはファン39が取付けられているので、蒸気の外部への排出を促進することができ、冷却効果を高める。このように、蒸発潜熱で熱を吸熱した蒸気をそのまま排気するので、高い冷却性能を有する電子機器を実現することができる。   In this embodiment, since the high cooling performance due to the latent heat of vaporization can be used, the cooling system can be made thinner than that using the radiation fins. Moreover, since the fan 39 is attached to the ventilation duct 35, discharge | emission of a vapor | steam outside can be accelerated | stimulated and a cooling effect is improved. In this way, since the steam that has absorbed heat by the latent heat of vaporization is exhausted as it is, an electronic device having high cooling performance can be realized.

次に、図5を参照して、実施例4を説明する。
図5は、この実施例の電子機器である携帯電話の断面図である。
この実施例では、発熱体、例えば、半導体チップが収納された筐体の内部に吸湿材もしくは吸水材を有する貯水領域を配し、外部からの水分を回収し、半導体チップ等の発熱体上に蒸発潜熱により冷却を行う。
Next, Example 4 will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a mobile phone which is an electronic apparatus of this embodiment.
In this embodiment, a heat storage element, for example, a water storage region having a moisture absorbing material or a water absorbing material is arranged inside a housing in which a semiconductor chip is stored, and moisture from the outside is collected, and the heat generating element such as a semiconductor chip is placed on the heating element. Cooling by latent heat of vaporization.

携帯電話の筐体40内部には、マイク49、半導体チップ41、貯水領域42及び空気を通しファン47を有する通風ダクト45が形成配置されている。貯水領域42は、半導体チップ41に近接した吸湿材もしくは吸水材43、マイク49に近接した吸湿材もしくは吸水材44及び半導体チップ41上に形成され、吸湿材もしくは吸水材43、44の水分を半導体チップ41に供給するウイック48を有している。また、筐体40の吸湿材もしくは吸水材43に近接する位置には開口部46が形成されている。吸湿材もしくは吸水材43は、透湿シート(図示しない)を介して開口部46において露出している。そして、注水や汗などを通して外部から内部に水分を吸収している。このように、貯水領域42内部の吸湿材もしくは吸水材43、44は、常時水分を溜めている。貯水領域42は、半導体チップ41上に熱的に接続されている。半導体チップ41上に供給される水分は、半導体チップ41の発熱により蒸発して蒸気となり、蒸発潜熱により周囲から熱を奪って半導体チップ41を冷却する。   A ventilation duct 45 having a microphone 49, a semiconductor chip 41, a water storage area 42, and a fan 47 through which air is passed is formed and arranged in the housing 40 of the mobile phone. The water storage area 42 is formed on the hygroscopic material or water absorbing material 43 close to the semiconductor chip 41, the hygroscopic material or water absorbing material 44 close to the microphone 49, and the semiconductor chip 41. A wick 48 to be supplied to the chip 41 is provided. In addition, an opening 46 is formed at a position of the housing 40 close to the moisture absorbing material or the water absorbing material 43. The moisture absorbing material or the water absorbing material 43 is exposed at the opening 46 via a moisture permeable sheet (not shown). Then, moisture is absorbed from the outside through water injection or sweat. Thus, the moisture absorbing material or the water absorbing materials 43 and 44 inside the water storage region 42 always accumulates moisture. The water storage area 42 is thermally connected to the semiconductor chip 41. Moisture supplied onto the semiconductor chip 41 evaporates due to heat generated by the semiconductor chip 41 to become vapor, and cools the semiconductor chip 41 by removing heat from the surroundings by latent heat of evaporation.

半導体チップを冷却した蒸気は、通風ダクト45から外部へ排出される。通風ダクト45にはファン47が取付けられているので、蒸気の外部への排出を促進することができ、冷却効果を高める。吸湿材もしくは吸水材43、44に供給される水分は、大気から得る以外に、会話時などの息、ユーザーの掌などの汗、燃料電池から回収された水などを利用することができる。
内部の貯水領域への水分供給手段として、一つには、ユーザーの掌の汗から水分を回収する。これは同時にその接触面をさらさらした状態にするため、持ち心地がよくなるという効果がある。また、一つには、マイク近傍に吸湿材を配し、会話中にユーザーが吐く息から水分を回収することができる。人の息には大量の水分が含まれているため、効率的に水分の回収が可能である。
The vapor | steam which cooled the semiconductor chip is discharged | emitted from the ventilation duct 45 outside. Since the fan 47 is attached to the ventilation duct 45, discharge | emission of a vapor | steam outside can be accelerated | stimulated and a cooling effect is improved. The moisture supplied to the hygroscopic material or the water absorbing materials 43 and 44 can be obtained from the atmosphere, breathing during conversation, sweat from the palm of the user, water collected from the fuel cell, and the like.
One of the means for supplying water to the internal water storage area is to collect water from the sweat of the palm of the user. This also has the effect of improving the comfort because it makes the contact surface dry. For example, a hygroscopic material can be provided near the microphone to collect moisture from the breath exhaled by the user during the conversation. Since a person's breath contains a large amount of water, the water can be efficiently recovered.

また、図示はしていないが、貯水領域への冷媒供給方法として、燃料電池発電を行う電子機器においては、発電により生成された水を利用してもよい。さらには、ユーザーが直接、水を供給できるように注液孔を設けてもよい。その際は内部貯水領域の水分量をなんらかの方法でユーザーに知らせる機能を持たせた方がよい。なお、これらの手法で水を直接供給した場合には必ずしも吸湿材や吸水材を必要とはしない。また、電子機器の筐体内には外気を通過させる通風ダクトを設けたり、前記通風ダクトにファンを設けたりする実施例も可能である。
また、発熱体として半導体チップを挙げたが、半導体チップ以外の発熱体に対しても応用が可能である。半導体チップ以外の発熱体とは、例えば、ハードディスクドライブ(HDD)やハードディスクドライブのモータ、電源回路、電池、発電機、燃料電池等である。
In addition, although not shown, as a refrigerant supply method to the water storage region, water generated by power generation may be used in an electronic device that performs fuel cell power generation. Furthermore, a liquid injection hole may be provided so that the user can supply water directly. In that case, it is better to have a function to inform the user of the amount of water in the internal water storage area by some method. In addition, when water is directly supplied by these methods, a moisture absorbing material or a water absorbing material is not necessarily required. In addition, an embodiment in which a ventilation duct that allows outside air to pass therethrough is provided in the casing of the electronic device or a fan is provided in the ventilation duct is also possible.
Moreover, although the semiconductor chip was mentioned as a heat generating body, it is applicable also to heat generating bodies other than a semiconductor chip. Examples of the heating element other than the semiconductor chip include a hard disk drive (HDD), a hard disk drive motor, a power supply circuit, a battery, a generator, and a fuel cell.

本発明の一実施例である実施例1の電子機器の冷却方法を説明する電子機器主要部の断面図。Sectional drawing of the principal part of an electronic device explaining the cooling method of the electronic device of Example 1 which is one Example of this invention. 本発明の一実施例である実施例1の電子機器の冷却方法を説明する電子機器主要部の断面図。Sectional drawing of the principal part of an electronic device explaining the cooling method of the electronic device of Example 1 which is one Example of this invention. 本発明の一実施例である実施例2の電子機器の冷却方法を説明する電子機器主要部の断面図。Sectional drawing of the electronic device principal part explaining the cooling method of the electronic device of Example 2 which is one Example of this invention. 本発明の一実施例である実施例3の電子機器の冷却方法を説明する電子機器主要部の断面図。Sectional drawing of the electronic device principal part explaining the cooling method of the electronic device of Example 3 which is one Example of this invention. 本発明の一実施例である実施例4の携帯電話の冷却方法を説明する形態電話主要部の断面図。Sectional drawing of the form telephone main part explaining the cooling method of the mobile telephone of Example 4 which is one Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、21、31、41・・・半導体チップ
2、22、32、42・・・貯水領域
3、23、33、43、44・・・吸湿材もしくは吸水材
4、24、34・・・透湿シート 5・・・金属ケース
6、26、36・・・吸湿 7、27、37・・・蒸気
25、35、45・・・通風ダクト
28、38、48・・・ウイック 39、47・・・ファン
40・・・筐体 46・・・開口部 49・・・マイク
1, 21, 31, 41 ... Semiconductor chip 2, 22, 32, 42 ... Water storage area 3, 23, 33, 43, 44 ... Hygroscopic material or water absorbing material 4, 24, 34 ... Transparent Wet sheet 5 ... Metal case 6, 26, 36 ... Moisture absorption 7, 27, 37 ... Steam 25, 35, 45 ... Ventilation duct 28, 38, 48 ... Wick 39, 47 ...・ Fan 40 ... Case 46 ... Opening 49 ... Microphone

Claims (4)

発熱体と、
吸湿材もしくは吸水材を有する貯水領域とを備え、
前記貯水領域の少なくとも一部を前記発熱体に熱的に接続させて、蒸発潜熱により冷却を行い、前記吸湿材の少なくとも一部は、気体を透過し液体は通さない膜からなる透湿シートで被覆されており、前記発熱体に熱的に接続させる前記貯水領域の少なくとも一部は、前記貯水領域の水分を毛細管力で前記発熱体上へ移動させることを特徴とする電子機器の冷却方法。
A heating element;
A water storage region having a moisture absorbing material or a water absorbing material,
At least a part of the water storage area is thermally connected to the heating element and cooled by latent heat of vaporization, and at least a part of the hygroscopic material is a moisture permeable sheet made of a film that transmits gas and does not allow liquid to pass through. A method for cooling an electronic device, wherein at least a part of the water storage region that is covered and thermally connected to the heat generating member moves moisture of the water storage region onto the heat generating member by capillary force.
前記透湿シートは、前記筐体の表面に部分的に露出していることを特徴とする請求項1に記載の電子機器の冷却方法。   The method for cooling an electronic device according to claim 1, wherein the moisture permeable sheet is partially exposed on a surface of the housing. 電子機器を収納する筐体と、
前記電子機器に収納された発熱体と、
前記電子機器に収納された吸湿材もしくは吸水材を有する貯水領域とを備え、
前記貯水領域の少なくとも一部は前記発熱体に熱的に接続され、蒸発潜熱により前記発熱体の冷却を行い、前記吸湿材もしくは吸水材の少なくとも一部は、気体を透過し液体は通さない膜からなる透湿シートで被覆されており、前記発熱体に熱的に接続させる前記貯水領域の少なくとも一部は、前記貯水領域の水分を毛細管力で前記発熱体上へ移動させることを特徴とする電子機器。
A housing for storing electronic devices;
A heating element housed in the electronic device;
A water storage region having a moisture absorbing material or a water absorbing material housed in the electronic device,
At least a part of the water storage region is thermally connected to the heating element and cools the heating element by latent heat of vaporization, and at least a part of the moisture absorbing material or the water absorbing material is a film that transmits gas and does not allow liquid to pass through. At least a part of the water storage region that is thermally connected to the heating element moves moisture of the water storage region onto the heating element by capillary force. Electronics.
前記透湿シートは、前記筐体の表面に部分的に露出していることを特徴とする請求項3に記載の電子機器。
The electronic device according to claim 3, wherein the moisture permeable sheet is partially exposed on a surface of the housing.
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