JP2008235496A - Cooling board - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、基板などに設けられた微細な流路に冷媒を流すことにより発熱素子などの被冷却素子を冷却する冷却デバイスに関する。 The present invention relates to a cooling device that cools an element to be cooled such as a heating element by flowing a refrigerant through a fine flow path provided on a substrate or the like.
CPU、素子等の発熱量の増大、発熱密度の高まりによって、放熱効率に優れた高性能のヒートシンクが求められている。更に、使用される環境に対応できるように小型化が進められ、しかも低コストで製造することができるヒートシンクが求められている。従来、ヒートシンクの性能を向上させるためには、例えば、一方の面に発熱素子が熱的に接続される受熱プレートの他方の面に放熱フィンを接合して形成されたヒートシンクに対して、放熱フィン間を冷却風が通るようにヒートシンクの側面または上面に、遠心ファンを備えた電動ファンを取り付けて、ファンの回転によって放熱フィン間に強制的に冷却風を送り込んで、発熱素子から伝わった熱を大気中に放散していた。 Due to the increase in the heat generation amount and the heat generation density of CPUs, elements, etc., a high-performance heat sink excellent in heat dissipation efficiency is required. Furthermore, there is a need for a heat sink that can be made smaller and can be manufactured at low cost so as to be compatible with the environment in which it is used. Conventionally, in order to improve the performance of a heat sink, for example, the heat radiation fin is compared with the heat sink formed by joining the heat radiation fin to the other surface of the heat receiving plate where the heating element is thermally connected to one surface. An electric fan equipped with a centrifugal fan is attached to the side or top of the heat sink so that the cooling air can pass between them, and the cooling air is forcibly sent between the radiating fins by the rotation of the fan. It was released into the atmosphere.
更に、一方の端部が受熱プレートに熱的に接続され、他方の端部に放熱フィンが取り付けられるヒートパイプによって、発熱素子が熱的に接続される受熱プレートから離れた位置に熱を移動し、そこで放熱フィンに強制冷却用の電動ファンを取り付けて、ファンの回転によって放熱フィン間に強制的に冷却風を送り込んで、発熱素子から伝わった熱を大気中に放散していた。
上述した方法によっても、発熱素子が発生する熱の増加に対応して効果的に放熱することが難しくなってきている。
Furthermore, heat is transferred to a position away from the heat receiving plate to which the heating element is thermally connected by a heat pipe in which one end is thermally connected to the heat receiving plate and a heat radiating fin is attached to the other end. Therefore, an electric fan for forced cooling is attached to the radiating fin, and cooling air is forcibly sent between the radiating fins by the rotation of the fan to dissipate the heat transmitted from the heating element into the atmosphere.
Even with the above-described method, it has become difficult to effectively dissipate heat corresponding to the increase in heat generated by the heating element.
発熱量の増加に対応するために、流路を設けて、冷媒を循環させて放熱する方法が提案されている。特開2004−134742号公報には、発熱素子内部にマイクロチャンネル(微細流路)を設けて、流路内に冷媒を流して放熱する技術が開示されている。更に、特開2005−33162号公報には、実装基板の絶縁層などに流路をもうけて、流路内に冷媒を流して放熱する技術が開示されている。 In order to cope with an increase in the amount of generated heat, a method of dissipating heat by providing a flow path and circulating a refrigerant is proposed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-134742 discloses a technique in which a microchannel (fine flow path) is provided inside a heat generating element, and a refrigerant is allowed to flow through the flow path to radiate heat. Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-33162 discloses a technique for dissipating heat by providing a flow path in an insulating layer or the like of a mounting substrate and flowing a refrigerant in the flow path.
特開2004−134742号公報に開示された技術によると、発熱素子内にマイクロチャンネル(微細流路)が設けられているために、発熱素子内で電気信号をやりとりするための電気的な配線をするとともに、冷媒の流路を外部の放熱デバイスと接続する必要があるが、これらを満たすためには特殊な技術が必要とされ、容易ではなかった。また、特に発熱素子のサイズが小さい場合には、冷媒の流路と放熱デバイスの接続が困難であった。 According to the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-134742, since a microchannel (fine flow path) is provided in the heating element, electrical wiring for exchanging electrical signals in the heating element is provided. At the same time, it is necessary to connect the flow path of the refrigerant to an external heat dissipation device, but a special technique is required to satisfy these, and it has not been easy. In particular, when the size of the heat generating element is small, it is difficult to connect the refrigerant flow path and the heat dissipation device.
特開2005−33162号公報に開示された技術によると、基板内部にマイクロチャンネルが設けられており、発熱素子とマイクロチャンネルの間にはレジストの絶縁層が存在するために、発熱素子からの熱を効率よく発熱素子からマイクロチャンネルに伝達することが困難であった。更に、絶縁層に利用される材料は、一般的に熱伝達率の悪いエポキシやベークライトなどが利用されるために、発熱素子と冷却流路の良好な熱接触が困難であった。 According to the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-33162, a microchannel is provided in the substrate, and a resist insulating layer exists between the heat generating element and the microchannel. It was difficult to efficiently transmit the heat from the heating element to the microchannel. Furthermore, since the material used for the insulating layer is generally epoxy or bakelite having a low heat transfer coefficient, it is difficult to make good thermal contact between the heating element and the cooling channel.
従って、この発明の目的は、発熱素子の熱を効率的に冷媒が循環する流路に移動し、発熱量の増加に対応して発熱素子の熱を効率的に放熱することができる冷却基板を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a cooling substrate that can efficiently transfer the heat of the heating element to the flow path through which the refrigerant circulates and efficiently radiate the heat of the heating element in response to an increase in the amount of heat generation. It is to provide.
発明者は上述した従来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、発熱素子が熱的に接続される実装基板に冷媒が循環する冷却チャンネル層を設け、発熱素子と冷却チャンネル層との間を熱的に接続する熱伝導ピン(例えば電気信号を前記基板とやりとりするための発熱素子に取り付けられたピンを利用してもよい)を用いると、発熱素子の熱が熱伝導ピンによって冷却チャンネル層の冷媒に効率よく移動し、放熱フィン等によって放熱されることが判明した。 The inventor has conducted extensive research to solve the above-described conventional problems. As a result, a cooling channel layer through which the refrigerant circulates is provided on the mounting substrate to which the heat generating element is thermally connected, and a heat conduction pin (for example, an electric signal is transmitted to the substrate from the heat generating element and the cooling channel layer) Pin may be used to communicate with the heat generating element), the heat of the heat generating element is efficiently transferred to the cooling channel layer refrigerant by the heat conduction pin and is radiated by the heat radiating fin or the like. It has been found.
更に、上述した冷却チャンネル層を実装基板の中に複数重畳して設けることによって、発熱密度のより高い発熱素子の熱を効率的に移動・放熱することができることが判明した。更に、冷却チャンネル層の一部を実装基板の外側に突き出して、突き出た部分に放熱フィンを熱的に接続することによってより高いに熱を多量に放熱することができることが判明した。 Furthermore, it has been found that by providing a plurality of the cooling channel layers superimposed on the mounting substrate, it is possible to efficiently move and dissipate the heat of the heating element having a higher heat generation density. Furthermore, it has been found that a large amount of heat can be dissipated to a higher degree by protruding a part of the cooling channel layer to the outside of the mounting substrate and thermally connecting the radiation fins to the protruding part.
更に、熱伝導ピンが熱的に接続される冷却チャンネル層、他の冷却流路の部分に微細流路(マイクロチャンネル)を設けると、熱の移動がより効果的に行われることが判明した。
この発明は、上述した研究成果に基づいてなされたものである。
Furthermore, it has been found that heat transfer is performed more effectively by providing a cooling channel layer to which the heat conducting pins are thermally connected, and a fine channel (microchannel) in the other cooling channel.
The present invention has been made based on the research results described above.
この発明の冷却基板の第1の態様は、少なくとも1つの発熱素子が熱的に接続される実装基板と、冷媒循環手段を備え、前記実装基板に熱的に接続されて、冷媒が循環する冷却チャンネル層と、前記冷却チャンネル層に熱的に接続されて前記冷却チャンネル層に移動した熱を放散する放熱器とを備えた冷却基板である。 A first aspect of the cooling substrate according to the present invention includes a mounting substrate to which at least one heat generating element is thermally connected, and a coolant circulation means, and is thermally connected to the mounting substrate so that the coolant circulates. The cooling substrate includes a channel layer and a radiator that is thermally connected to the cooling channel layer and dissipates heat transferred to the cooling channel layer.
この発明の冷却基板の第2の態様は、前記発熱素子と前記冷却チャンネル層とを熱的に接続する熱伝導ピンを更に備えている冷却基板である。 A second aspect of the cooling substrate of the present invention is a cooling substrate further comprising a heat conduction pin that thermally connects the heat generating element and the cooling channel layer.
この発明の冷却基板の第3の態様は、前記冷却チャンネル層の全体が前記実装基板の内部に形成されている冷却基板である。 A third aspect of the cooling substrate of the present invention is a cooling substrate in which the entire cooling channel layer is formed inside the mounting substrate.
この発明の冷却基板の第4の態様は、前記冷却チャンネル層の主部が前記実装基板の内部に形成され、前記冷却チャンネル層の一部が前記実装基板の外部に形成され、前記放熱器が前記冷却チャンネル層の前記一部に熱的に接続されている冷却基板である。 According to a fourth aspect of the cooling substrate of the present invention, a main part of the cooling channel layer is formed inside the mounting substrate, a part of the cooling channel layer is formed outside the mounting substrate, and the radiator A cooling substrate thermally connected to the portion of the cooling channel layer;
この発明の冷却基板の第5の態様は、前記実装基板の厚さ方向に重畳して形成された少なくとも1つの別の冷却チャンネル層を備え、前記冷却チャンネル層と、前記別の冷却チャンネル層とが相互に連絡している冷却基板である。 According to a fifth aspect of the cooling substrate of the present invention, the cooling substrate includes at least one other cooling channel layer formed to overlap the thickness direction of the mounting substrate, and the cooling channel layer, the other cooling channel layer, Are cooling substrates in communication with each other.
この発明の冷却基板の第6の態様は、前記実装基板と前記冷却チャンネル層とが別体からなり、前記実装基板の一方の面に前記冷却チャンネル層が熱的に接続されている冷却基板である。 A sixth aspect of the cooling substrate of the present invention is a cooling substrate in which the mounting substrate and the cooling channel layer are formed separately, and the cooling channel layer is thermally connected to one surface of the mounting substrate. is there.
この発明の冷却基板の第7の態様は、その内部に冷却流路を有する受熱カバーを備え、前記受熱カバーの前記冷却流路と、前記冷却チャンネル層とが接続されている冷却基板である。 According to a seventh aspect of the cooling substrate of the present invention, the cooling substrate includes a heat receiving cover having a cooling flow path therein, and the cooling flow path of the heat receiving cover is connected to the cooling channel layer.
この発明の冷却基板の第8の態様は、前記受熱カバーの前記冷却流路と、前記冷却チャンネル層とがフレキシブル基板を使用した流路によって接続されている冷却基板である。 An eighth aspect of the cooling substrate of the present invention is a cooling substrate in which the cooling channel of the heat receiving cover and the cooling channel layer are connected by a channel using a flexible substrate.
この発明の冷却基板の第9の態様は、前記受熱カバーが前記発熱素子の上面に熱的に接続されている冷却基板である。 A ninth aspect of the cooling substrate of the present invention is a cooling substrate in which the heat receiving cover is thermally connected to the upper surface of the heat generating element.
この発明の冷却基板の第10の態様は、前記受熱カバーが前記発熱素子と、前記実装基板の間に熱的に接続されて配置されている冷却基板である。 A tenth aspect of the cooling substrate of the present invention is a cooling substrate in which the heat receiving cover is disposed in a thermally connected manner between the heat generating element and the mounting substrate.
この発明の冷却基板の第11の態様は、前記熱伝導ピンが電気信号を前記基板とやりとりするための前記発熱素子に取り付けられたピンを利用している冷却基板である。 An eleventh aspect of the cooling substrate of the present invention is a cooling substrate in which the heat conducting pins use pins attached to the heat generating element for exchanging electrical signals with the substrate.
この発明の冷却基板の第12の態様は、前記熱伝導ピンが熱的に接続される、前記冷却チャンネル層および前記冷却流路の部分に微細流路が設けられている冷却基板である。 A twelfth aspect of the cooling substrate according to the present invention is a cooling substrate in which fine flow paths are provided in the cooling channel layer and the cooling flow path, to which the heat conducting pins are thermally connected.
この発明の冷却基板の第13の態様は、前記冷却チャンネル層および/または前記冷却流路の熱源側の少なくとも一部に微細流路が設けられ、残りの部分は前記微細流路よりも大きな面積を有する流路が設けられている冷却基板である。 In a thirteenth aspect of the cooling substrate of the present invention, a fine channel is provided in at least a part of the cooling channel layer and / or the heat source side of the cooling channel, and the remaining part has a larger area than the fine channel. A cooling substrate provided with a flow path having
この発明の冷却基板によると、冷却チャンネル層に熱伝導性の良い金属を利用できるので、冷却チャンネル層に熱を移動して、冷却性能を向上させることができる。冷却チャンネル層、または、別の冷却流路の一部にマイクロチャンネルを設けるので、マイクロチャンネルと発熱素子の熱的な接続が容易になった。また、マイクロチャンネルを利用した冷却デバイスを容易に構成することができるようになった。 According to the cooling substrate of the present invention, a metal having good thermal conductivity can be used for the cooling channel layer, so that heat can be transferred to the cooling channel layer to improve the cooling performance. Since the microchannel is provided in a part of the cooling channel layer or another cooling channel, the thermal connection between the microchannel and the heating element is facilitated. In addition, a cooling device using a microchannel can be easily configured.
実装基板全体を冷却基板として利用できるので、発熱素子からの熱を効率よく放熱することができるようになった。実装基板の内部を利用した冷却方法のため、冷却水を循環させるポンプなどの機構のためのスペースを別途必要としないので、冷却部品の省スペース化が可能となった。 Since the entire mounting substrate can be used as a cooling substrate, the heat from the heating element can be efficiently radiated. Since the cooling method using the inside of the mounting board does not require a separate space for a mechanism such as a pump for circulating the cooling water, it is possible to save space for the cooling parts.
発熱素子にヒートシンクを実装させる場合でも、従来の基板に実装された発熱素子に利用するヒートシンクよりも、小型の冷却基板が利用できるようになった。 Even when a heat sink is mounted on a heating element, a smaller cooling substrate can be used than a heat sink used for a heating element mounted on a conventional substrate.
この発明の冷却基板を、図面を参照しながら説明する。
この発明の冷却基板の1つの態様は、少なくとも1つの発熱素子が熱的に接続される実装基板と、冷媒循環手段を備え、前記実装基板に熱的に接続されて、冷媒が循環する冷却チャンネル層と、前記発熱素子と前記冷却チャンネル層とを熱的に接続する熱伝導ピンと、前記冷却チャンネル層に熱的に接続されて前記冷却チャンネル層に移動した熱を放散する放熱器とを備えた冷却基板である。
The cooling substrate of the present invention will be described with reference to the drawings.
One aspect of the cooling substrate of the present invention includes a mounting substrate to which at least one heat generating element is thermally connected, and a coolant circulation means, and is a cooling channel in which the coolant circulates by being thermally connected to the mounting substrate. A heat conduction pin that thermally connects the heating element and the cooling channel layer, and a radiator that dissipates heat that is thermally connected to the cooling channel layer and moved to the cooling channel layer. It is a cooling substrate.
図1は、この発明の冷却基板の1つの態様を説明する摸式断面図である。図1に示すように、この発明の冷却基板1は、一方の面に発熱素子5が熱的に接続される実装基板2と、冷媒循環手段7を備え、実装基板に熱的に接続されて、冷媒が循環する冷却チャンネル層3と、発熱素子5と冷却チャンネル層3とを熱的に接続する熱伝導ピン4と、実装基板2に熱的に接続されて冷却チャンネル層3に移動した熱を放散する放熱器6とを備えている。この態様では、冷却チャンネル層の全体が実装基板の内部に形成されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating one embodiment of the cooling substrate of the present invention. As shown in FIG. 1, the
冷却基板1の発熱素子等を実装する実装基板2の内部には、純水などの冷媒を循環させるための冷却流路が設けられた冷却チャンネル層3が設置されている。冷却チャンネル層3は、例えば、実装基板2の所定の部位(発熱素子の配置によってきまる)を流れるように閉ループ状の通路が形成されて、実装基板の全体に熱を拡散する機能を備え、ポンプ等の冷媒循環手段7によってその中を冷媒が循環する。冷却チャンネル層3は、使用する冷媒に応じて銅、アルミニウムなどの熱伝導率の良い金属で形成されている。実装基板の一方の面には半導体素子等の発熱素子5が実装されている。
A
発熱素子5には電気信号を基板と伝達するためのピン9が取り付けられている。これらのピンのうちで電気信号用として使用されない例えばダミーのピン、または、グランド(電気的な接地)ピンを熱伝導ピン4として利用し、熱伝導ピンによって発熱素子5と冷却チャンネル層3とが(例えばソケットなどを通じて)熱的に接続されて、発熱素子からの熱を冷却チャンネル層に効率よく移動することができる。
A
なお、グランドピンが熱伝導ピンとして機能している場合には、冷却チャンネル層をグランド(接地)層と共用させることができる。
更に、冷却チャンネル層のうちで発熱素子と熱伝導ピンと熱的に接続され、これらの間で熱を授受する部分が、微細流路(マイクロチャンネル)となっている。微細流路は冷却チャンネル層を形成する閉ループ状の通路よりも断面積が小さい流路からなり、閉ループ状の通路と連絡されて循環経路を形成し、その中を流れる冷媒の流速を高めて熱交換の効率を向上している。
実装基板には、冷却チャンネル層内に冷媒を循環させるための冷媒循環手段7(この態様では、ポンプ)が実装基板上に取り付けられている。
When the ground pin functions as a heat conduction pin, the cooling channel layer can be shared with the ground (ground) layer.
Further, a portion of the cooling channel layer that is thermally connected to the heat generating element and the heat conducting pin and transfers heat between them is a fine channel (microchannel). The fine flow path is a flow path having a smaller cross-sectional area than the closed-loop path that forms the cooling channel layer, is connected to the closed-loop path to form a circulation path, and heat is increased by increasing the flow rate of the refrigerant flowing therethrough. The efficiency of exchange has been improved.
On the mounting board, a refrigerant circulating means 7 (in this embodiment, a pump) for circulating the refrigerant in the cooling channel layer is attached on the mounting board.
実装基板2の一部分には放熱フィン6が、冷却チャンネル層と熱的に接続するように取り付けられている。この際、上述した機能を果たす熱伝導ピンを放熱フィンと冷却チャンネル層の間に配置して、冷却チャンネル層の熱を効率的に放熱フィンに移動してもよい。
上述したように、実装基板の上面に搭載されたCPU等の発熱素子の熱が、発熱素子に取り付けられた電気信号の伝達用に設けられたピンのうちで、ダミーのピンを伝わって、実装基板の内部に設けられた冷却チャンネル層に伝わる。冷却チャンネル層は閉ループ状の通路が形成されて、冷媒循環手段によって、内部を水等の冷媒が循環する。冷却チャンネル層に伝わった熱は、冷却チャンネル層と熱的に接続して設けられた放熱フィンに伝わり、外部に放熱される。 As described above, the heat of a heating element such as a CPU mounted on the upper surface of the mounting board is transmitted through a dummy pin among the pins provided for transmission of electrical signals attached to the heating element, and mounted. It is transmitted to the cooling channel layer provided inside the substrate. The cooling channel layer is formed with a closed loop passage, and a coolant such as water is circulated in the interior by the coolant circulation means. The heat transferred to the cooling channel layer is transferred to the radiation fins provided in thermal connection with the cooling channel layer, and is radiated to the outside.
このように、実装基板に熱伝導ピン、冷却チャンネル層、放熱フィンを設けることによって、発熱素子からの熱を効率よく冷却チャンネル層に伝えることができ、発熱素子の熱を効果的に放熱することができる。更に、放熱フィンが取り付けられる位置に対応する冷却チャンネル層の部分に、マイクロチャンネルを設けることによって、より一層、冷却基板の冷却能力を向上することができる。 As described above, by providing the heat conductive pins, the cooling channel layer, and the heat radiation fins on the mounting board, the heat from the heating element can be efficiently transmitted to the cooling channel layer, and the heat of the heating element can be effectively radiated. Can do. Furthermore, the cooling capacity of the cooling substrate can be further improved by providing the microchannel in the portion of the cooling channel layer corresponding to the position where the radiation fin is attached.
また、スペースの関係上、実装基板に取り付けられた放熱フィンによる発熱素子の放熱が十分にできない場合には、発熱素子の上面に、従来のヒートシンクを熱的に接続させて、十分な冷却性能を得てもよい。この場合には、発熱素子の上面に取り付けられるヒートシンクは、小型でよいので、省スペース化が可能になる。 In addition, due to space limitations, if the heat dissipation of the heat generating element cannot be sufficiently performed by the heat dissipation fin attached to the mounting board, a conventional heat sink is thermally connected to the upper surface of the heat generating element to provide sufficient cooling performance. May be obtained. In this case, since the heat sink attached to the upper surface of the heating element may be small, space can be saved.
図2は、この発明の冷却基板の他の1つの態様を説明する摸式断面図である。図2に示すように、この態様では、図1に示した態様の冷媒循環手段が圧電素子に代わっている以外は同じ冷却基板である。この態様においても、冷却チャンネル層の全体が実装基板の内部に形成されている。即ち、実装基板の中に冷却チャンネル層が設けられ、冷媒循環手段も実装基板の中に設けられている。冷媒循環手段は、圧電素子を利用したポンプからなっている。この態様によると、冷却チャンネル層と冷媒循環手段7が一体化されて実装基板の内部に配置される。圧電素子7は圧電体(誘電体)を2枚の電極で挟んだ素子である。圧電素子7の電極に交流電流を流すと、圧電素子7が所定の周波数で振動する。この振動を利用して、ポンプとして機能し、冷却水等の冷媒を冷却チャンネル層内に循環することができる。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating another embodiment of the cooling substrate of the present invention. As shown in FIG. 2, in this aspect, the cooling substrate is the same cooling substrate except that the refrigerant circulating means of the aspect shown in FIG. 1 is replaced with a piezoelectric element. Also in this aspect, the entire cooling channel layer is formed inside the mounting substrate. That is, the cooling channel layer is provided in the mounting substrate, and the refrigerant circulation means is also provided in the mounting substrate. The refrigerant circulating means is composed of a pump using a piezoelectric element. According to this aspect, the cooling channel layer and the refrigerant circulation means 7 are integrated and disposed inside the mounting substrate. The
図1を参照して説明したように、実装基板の上面に搭載されたCPU等の発熱素子の熱が、発熱素子に取り付けられた電気信号の伝達用に設けられたピンのうちで、熱伝導性に優れた使用されないダミーのピン(金属ピンであればよい)を伝わって、実装基板の内部に設けられた冷却チャンネル層に伝わる。冷却チャンネル層は閉ループ状の通路が形成されて、冷媒循環手段としての圧電素子7によって、冷却チャンネル層の内部を水等の冷媒が循環する。冷却チャンネル層に伝わった熱は、冷却チャンネル層と熱的に接続して設けられた放熱フィンに伝わり、外部に放熱される。
As described with reference to FIG. 1, heat of a heat generating element such as a CPU mounted on the upper surface of the mounting substrate is heat conduction among pins provided for transmission of electrical signals attached to the heat generating element. It is transmitted through a dummy pin (which may be a metal pin) that is not used and excellent in performance to a cooling channel layer provided inside the mounting board. The cooling channel layer is formed with a closed loop-shaped passage, and a coolant such as water circulates inside the cooling channel layer by the
図3はこの発明の冷却基板の他の1つの態様を説明する摸式断面図である。この態様の冷却基板においては、冷却チャンネル層の主部(部品実装用エリア)が実装基板の内部に形成され、冷却チャンネル層の一部(放熱用エリア)が実装基板の外部に形成され、放熱器が冷却チャンネル層の上述した一部に熱的に接続されている。即ち、実装基板の長軸方向の長さよりも冷却チャンネル層の長手方向の長さの方が大きく、冷却チャンネル層の一部が実装基板外に突き出た状態に形成されている。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating another embodiment of the cooling substrate of the present invention. In the cooling substrate of this aspect, the main part (component mounting area) of the cooling channel layer is formed inside the mounting substrate, and a part of the cooling channel layer (heat dissipating area) is formed outside the mounting substrate. A vessel is thermally connected to the aforementioned portion of the cooling channel layer. That is, the length of the cooling channel layer in the longitudinal direction is longer than the length of the mounting substrate in the long axis direction, and a part of the cooling channel layer protrudes out of the mounting substrate.
図3に示すように、この態様の冷却基板1は、上面に発熱素子5が熱的に接続される実装基板2と、冷媒循環手段7を備え、実装基板に熱的に接続されて、冷媒が循環する冷却チャンネル層3と、発熱素子5と冷却チャンネル層3とを熱的に接続する熱伝導ピン4と、実装基板2から突き出た冷却チャンネル層3の部分(放熱用エリア)に熱的に接続されて、冷却チャンネル層3に移動した熱を放散する放熱器6とを備えている。
As shown in FIG. 3, the cooling
図3から明らかなように、発熱素子の下方には電気信号層8が形成され、発熱素子に取り付けられた電気信号用ピンが下方に延びて電気信号層8と接続して、電気信号の伝達を行う。電気信号用のピンのうちダミーのピン(熱伝導性に優れた金属製のピンであればよい)が熱伝導ピンとして利用され、実装基板の電気信号層の下方に形成された冷却チャンネル層(部品実装用エリア)に延びて熱的に接続している。 As is apparent from FIG. 3, an electric signal layer 8 is formed below the heat generating element, and an electric signal pin attached to the heat generating element extends downward to connect to the electric signal layer 8 to transmit the electric signal. I do. Of the electrical signal pins, a dummy pin (which may be a metal pin having excellent thermal conductivity) is used as a thermal conduction pin, and a cooling channel layer (below the electrical signal layer of the mounting substrate ( It extends to the component mounting area and is thermally connected.
この態様においても、圧電素子7がポンプとして利用され、冷却チャンネル層と一体化して実装基板の内部に設けられている。実装基板から外部に突き出した冷却チャンネル層の部分(放熱用エリア)には、放熱フィン6が熱的に接続されている。この態様では、実装基板から外部に突き出した冷却チャンネル層の部分(放熱用エリア)の上下両面に放熱フィン6が熱的に接続されている。冷却チャンネル層は、銅、アルミニウムなどの熱伝導率の良い金属で形成されているので、放熱フィンによって効果的に放熱される。
Also in this aspect, the
実装基板2の上面に搭載されたCPU等の発熱素子5の熱が、発熱素子に取り付けられた電気信号の伝達用に設けられたピンのうちで、熱伝導性に優れた使用されないダミーのピン4(金属ピンであればよい)を伝わって、実装基板2の内部に設けられた冷却チャンネル層3(部品実装用エリア)に伝わる。冷却チャンネル層は閉ループ状の通路が形成されて、冷媒循環手段としての圧電素子7によって、冷却チャンネル層の内部を水等の冷媒が循環する。冷却チャンネル層に伝わった熱は、実装基板から突き出した冷却チャンネル層の部分(放熱用エリア)と熱的に接続して設けられた放熱フィンに伝わり、外部に放熱される。
Of the pins provided for the transmission of electrical signals attached to the
図4は、この発明の冷却基板の他の1つの態様を説明する摸式断面図である。この態様では、冷却基板1は、実装基板2の厚さ方向に重畳して形成された少なくとも1つの別の冷却チャンネル層3Bを備え、冷却チャンネル層3Aと、別の冷却チャンネル層3Bとが相互に連絡している。この態様の冷却基板1は、複数の発熱素子5−1、5−2、5−3が熱的に接続される実装基板2と、冷媒循環手段7A、7Bを備え、実装基板2に熱的に接続されて、冷媒が循環する、実装基板2の厚さ方向に重畳して形成された冷却チャンネル層3A、と少なくとも1つの別の冷却チャンネル層3Bと、発熱素子5と冷却チャンネル層3とを熱的に接続する熱伝導ピン4と、冷却チャンネル層3に熱的に接続されて、冷却チャンネル層3に移動した熱を放散する放熱器6とを備えている。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining another aspect of the cooling substrate of the present invention. In this aspect, the cooling
図4に示すように、実装基板の上面には2つの発熱素子5−1、5−2が実装され、実装基板の下面には1つの発熱素子5−3が実装されている。実装基板内の中央部には、冷却チャンネル層3Aが設けられ、更に下方部には別の冷却チャンネル層3Bが設けられている。冷却チャンネル層3Aと別の冷却チャンネル層3Bとは相互に連絡して、冷媒が全体を循環する。
As shown in FIG. 4, two heating elements 5-1 and 5-2 are mounted on the upper surface of the mounting board, and one heating element 5-3 is mounted on the lower surface of the mounting board. A cooling
冷却チャンネル層3Aは、実装基板内に位置する部品実装用エリア3A−1と、実装基板の外部に突出した放熱用エリア3A−2とに区分されている。放熱用エリア3A−2では冷却チャンネル層が実装基板の外部に露出し、その上下面に放熱フィン6が熱伝導グリース等のサーマルインターフェース材を介して熱的に接続されて取り付けられている。部品実装用エリア3A−1の上方には発熱素子5−1が実装されて、熱伝導ピンが部品実装用エリア3A−1まで延伸している。冷却チャンネル層3Aの実装基板内に位置する端部には圧電素子を利用したポンプ7Aが冷却チャンネル層と一体化されて設けられている。
The cooling
実装基板の下方部に設けられた別の冷却チャンネル層3Bには、実装基板の上面に実装された発熱素子5−2に取り付けられた熱伝導ピン4が延伸して、熱的に接続し、実装基板の下面に実装された発熱素子5−3に取り付けられた熱伝導ピン4が延伸して、熱的に接続している。発熱素子5−1、5−2、5−3の電気信号ピンが実装基板内に設けられたそれぞれの電気信号層と電気的に接続している。冷却チャンネル層3Bの端部には圧電素子を利用したポンプ7Bが冷却チャンネル層3Bと一体化されて設けられている。
In another
実装基板2の上面に搭載されたCPU等の発熱素子5−1の熱が、発熱素子に取り付けられた熱伝導ピンを伝わって、実装基板2の内部に設けられた冷却チャンネル層3A−1(部品実装用エリア)に伝わる。実装基板の上面に搭載されたもう一つの発熱素子5−2および実装基板の下面に搭載された発熱素子5−3の熱が、それぞれの熱伝導ピンを伝わって、実装基板の内部下方に設けられた別の冷却チャンネル層3Bに伝わる。冷却チャンネル層および別の冷却チャンネル層は、それぞれ個別の閉ループ状の通路が形成され、一部で相互に連絡されて、冷媒循環手段としての圧電素子7A、7Bによって、冷却チャンネル層および別の冷却チャンネル層の内部を水等の冷媒が循環する。冷却チャンネル層に伝わった熱は、実装基板から突き出した冷却チャンネル層の部分(放熱用エリア)と熱的に接続して設けられた放熱フィンに伝わり、外部に放熱される。
The heat of the heat generating element 5-1 such as a CPU mounted on the upper surface of the mounting
この態様によると、複数の冷却チャンネル層が設けられているので、実装基板の両面に実装された発熱素子の熱をより一層効果的に放熱することができる。なお、冷却チャンネル層の一部を実装基板の外側に突き出しているが、複数の冷却チャンネル層の全体を実装基板の内部に設けてもよい。 According to this aspect, since the plurality of cooling channel layers are provided, the heat of the heating elements mounted on both surfaces of the mounting substrate can be radiated more effectively. Although a part of the cooling channel layer protrudes outside the mounting substrate, the plurality of cooling channel layers may be provided inside the mounting substrate.
図5は、この発明の冷却基板の他の1つの態様を説明する摸式断面図である。この態様の冷却基板では、その内部に冷却流路を有する受熱カバーを備え、受熱カバーの冷却流路と、冷却チャンネル層とが接続されている。即ち、冷却基板は、実装基板とは別に、その内部に冷媒が循環する冷却流路を有する受熱カバーを更に備えており、受熱カバーの冷却流路と実装基板内に設けられた冷却チャンネル層とが連絡されている。 FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating another embodiment of the cooling substrate of the present invention. The cooling substrate of this aspect includes a heat receiving cover having a cooling flow path therein, and the cooling flow path of the heat receiving cover and the cooling channel layer are connected. That is, the cooling substrate further includes a heat receiving cover having a cooling flow path in which the coolant circulates in addition to the mounting substrate, and the cooling flow path of the heat receiving cover and the cooling channel layer provided in the mounting substrate. Has been contacted.
図5に示すように、冷却基板1は、発熱素子5が熱的に接続される実装基板2と、冷媒循環手段7を備え、実装基板2に熱的に接続されて、冷媒が循環する冷却チャンネル層3と、発熱素子5の上面に熱的に接続されている内部に冷却流路12を有する受熱カバー10と、冷却チャンネル層3に熱的に接続されて冷却チャンネル層3に移動した熱を放散する放熱器とを備えている。冷却流路と冷却チャンネル層とは、例えばフレキシブル基板11によって相互に連絡されている。発熱素子5と冷却チャンネル層3とを熱的に接続する熱伝導ピンを更に備えていてもよい。
As shown in FIG. 5, the cooling
この態様では、上述したように内部に冷媒が循環する冷却流路を有する受熱カバーを発熱素子の上面に熱的に接続して、発熱素子を実装基板とは反対側の面から冷却できるようにしている。受熱カバーの冷却流路と実装基板の内部に設けられた冷却チャンネル層とは、フレキシブル基板等を応用した流路によって接続されている。冷却チャンネル層3の端部には圧電素子を利用したポンプ7が冷却チャンネル層3と一体化されて設けられている。ポンプによって、受熱カバーの冷却流路と実装基板の内部に設けられた冷却チャンネル層とを冷媒が循環する。
In this aspect, as described above, the heat receiving cover having the cooling flow path in which the refrigerant circulates is thermally connected to the upper surface of the heating element so that the heating element can be cooled from the surface opposite to the mounting substrate. ing. The cooling channel of the heat receiving cover and the cooling channel layer provided in the mounting substrate are connected by a channel applying a flexible substrate or the like. A
実装基板2の上面に搭載されたCPU等の発熱素子5の熱の主要な部分が、発熱素子の上面に取り付けられた受熱カバーに伝わる。受熱カバーに伝わった熱は、内部に設けられた冷却流路を流れる冷媒によって、実装基板2の内部に設けられた冷却チャンネル層3に伝わる。冷却流路および冷却チャンネル層は、全体として閉ループ状の通路を形成し、内部を水等の冷媒が循環する。冷却チャンネル層に伝わった熱は、冷却チャンネル層に熱的に接続して設けられた放熱フィンに伝わり、外部に放熱される。
A main part of heat of the
図6は、この発明の冷却基板の他の1つの態様を説明する摸式断面図である。この態様の冷却基板1では、実装基板2と冷却チャンネル層3とが別体からなっており、更に、その内部に冷却流路12を有する受熱カバー10を、発熱素子5と実装基板2の間に備え、受熱カバー10の冷却流路12と、冷却チャンネル層3とが接続されている。即ち、冷却基板1は、実装基板2とは別に、冷却チャンネル層を備え、更に、その内部に冷媒が循環する冷却流路を有する受熱カバーを発熱素子と実装基板の間に備えており、受熱カバーの冷却流路と実装基板の底部に接続された冷却チャンネル層とが連絡されている。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining another aspect of the cooling substrate of the present invention. In the
図6に示すように、冷却基板1は、発熱素子5が熱的に接続される実装基板2と、冷媒循環手段7を備え、実装基板2の底部に熱的に接続されて、冷媒が循環する冷却チャンネル層3と、発熱素子5と実装基板2の間に配置されて発熱素子と5熱的に接続されている内部に冷却流路12を有する受熱カバー10と、冷却チャンネル層3に熱的に接続されて冷却チャンネル層3に移動した熱を放散する放熱器6とを備えている。冷却流路12と冷却チャンネル層3とは、例えばフレキシブル基板11によって相互に連絡されている。
As shown in FIG. 6, the cooling
実装基板2の上面に搭載されたCPU等の発熱素子5の熱の主要な部分が、発熱素子5と実装基板2との間に設けられた受熱カバー10に伝わる。受熱カバー10に伝わった熱は、内部に設けられた冷却流路12を流れる冷媒によって、実装基板2の底部に接続された冷却チャンネル層3に伝わる。冷却流路12および冷却チャンネル層3は、全体として閉ループ状の通路を形成し、内部を水等の冷媒が循環する。冷却チャンネル層3に伝わった熱は、冷却チャンネル層3に熱的に接続して設けられた放熱フィン6に伝わり、外部に放熱される。
A main part of heat of the
上述したように、受熱カバー10の冷却流路12内にマイクロチャンネルを設けることによって、更に冷却性能を向上することができる。なお、上述したように、この態様においては、発熱素子5と冷却チャンネル層3とは熱伝導ピン4によって熱的に接続されていないが、熱伝導ピン4を用いて発熱素子5と冷却チャンネル層3とを熱的に接続してもよい。更に、図3または図4を参照して説明したように、冷却チャンネル層3を部品実装用エリア、放熱エリアを設けても良い。
As described above, the cooling performance can be further improved by providing the microchannel in the
図7は、この発明の冷却基板の他の1つの態様を説明する摸式断面図である。図7に示すように、冷却基板1は、実装基板2の中に設けられた冷却チャンネル層3を備えている。この態様では、冷却チャンネル層3は、熱源5側の部分に設けられた微細流路部13と、残りの部分の大きな面積を有する大面積流路部14からなっている。受熱カバーを設けたときは、冷却流路12が上述したと同様の微細流路部13と大面積流路部14を備えていてもよい。図7で示した特徴を、上述した他の態様に、適宜取り入れることができる。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining another aspect of the cooling substrate of the present invention. As shown in FIG. 7, the cooling
この発明によると、発熱素子の熱を効率的に冷媒が循環する流路に移動し、発熱量の増加に対応して発熱素子の熱を効率的に放熱することができる冷却基板を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a cooling substrate capable of efficiently transferring heat of a heat generating element to a flow path through which a refrigerant circulates and efficiently dissipating heat of the heat generating element in response to an increase in the amount of heat generated. Can do.
1 冷却基板
2 実装基板
3 冷却チャンネル層
4 熱伝導ピン
5 発熱素子
6 放熱フィン
7 冷媒循環手段
8 電気信号層
9 電気信号ピン
10 受熱カバー
11 フレキシブル基板
12 冷却流路
13 微細流路部
14 大面積流路部
DESCRIPTION OF
Claims (13)
冷媒循環手段を備え、前記実装基板に熱的に接続されて、冷媒が循環する冷却チャンネル層と、
前記冷却チャンネル層に熱的に接続されて前記冷却チャンネル層に移動した熱を放散する放熱器とを備えた冷却基板。 A mounting substrate to which at least one heating element is thermally connected;
A cooling channel layer that includes a refrigerant circulation means and is thermally connected to the mounting substrate and circulates the refrigerant;
A cooling substrate comprising: a heat radiator that is thermally connected to the cooling channel layer and dissipates heat transferred to the cooling channel layer.
The fine channel is provided in at least a part on the heat source side of the cooling channel layer and the cooling channel, and the remaining part is provided with a channel having a larger area than the fine channel. The cooling substrate according to any one of 11.
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