JP2010216676A - Cooling substrate - Google Patents

Cooling substrate Download PDF

Info

Publication number
JP2010216676A
JP2010216676A JP2009060807A JP2009060807A JP2010216676A JP 2010216676 A JP2010216676 A JP 2010216676A JP 2009060807 A JP2009060807 A JP 2009060807A JP 2009060807 A JP2009060807 A JP 2009060807A JP 2010216676 A JP2010216676 A JP 2010216676A
Authority
JP
Grant status
Application
Patent type
Prior art keywords
heat
refrigerant
flow passage
cooling
side
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
Application number
JP2009060807A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masashi Ikeda
Yuichi Kimura
Toshiaki Nakamura
敏明 中村
裕一 木村
匡▲視▼ 池田
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd:The
古河電気工業株式会社
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling substrate having a flow passage capable of reducing a pressure loss in the flow passage by relatively increasing the cross sectional area of the flow passage at a heat transport side, and suppressing the generation of dryout in a heat absorbing part by relatively reducing the cross sectional area of the flow passage at a return side, easily making a refrigerant in the flow passage flow in one direction and having an improved heat transport capacity.
SOLUTION: In the cooling substrate, at least the one heat absorbing part 30 and one heat release part 40 are provided in the substrate 10, and the heat absorbing part and heat release part communicate with each other to form a loop shape by the refrigerant flow passage 50. The refrigerant is circulated in the refrigerant flow passage and heat transport is performed by the evaporation-condensation latent heat of the refrigerant. The refrigerant flow passage comprises a heat transport side flow passage 60 for sending the vaporized refrigerant from the heat absorbing part to the heat release part and a return side flow passage 70 for sending the liquefied refrigerant from the heat release part to the heat absorbing part. The cross sectional area of the return side flow passage is set smaller than that of the heat transport side flow passage.
COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、基板の内部に設けられた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基板に関する。 This invention relates to cooling a substrate for cooling the cooled element, such as a heating element by passing a coolant flow path provided inside the substrate.

近年の電子機器においては、CPU、その他の素子等の発熱量が増加し、特に半導体プロセスの微細化によって発熱密度は高まる傾向にあるため、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。 In recent electronic devices, CPU, increased heating value of such other elements, in particular because of the tendency of the heat density is increased by miniaturization of semiconductor process, high-performance heat sink is required having excellent heat radiation efficiency . また、機器の小型化、低コスト化の要求に対応できるように、ヒートシンクも高性能であるばかりでなく、小型で低コストのものが必要になっている。 Further, miniaturization of the devices, to accommodate the requirements of cost reduction, the heat sink also not only a high performance, has become need the small, low cost.

従来より知られているヒートシンクとしては、金属製の受熱プレートの一方の面に発熱素子が熱的に接続され、他方の面に放熱フィンが形成されたものがある。 The heat sink is conventionally known, there is one one side to the heating element of the metal of the heat receiving plate is thermally connected, the heat radiation fins on the other surface are formed. 放熱フィンの側面または上面には遠心ファン等の電動ファンが取り付けられ、電動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むことによって、発熱素子から伝わった熱を大気中に放散していた。 The side or top surface of the heat radiating fins attached electric fan such as a centrifugal fan, by feeding the forced cooling air between the heat radiating fins by the rotation of the electric fan, the heat transferred from the heating elements are released into the atmosphere It was.

また、ヒートシンクの高性能化のために、ヒートパイプを用いたヒートシンクもある。 Further, there is for high performance of the heat sink, even heat sink using a heat pipe. ヒートパイプの一方の端部を受熱プレートに熱的に接続し、他方の端部に放熱フィンを取り付けて、受熱プレートから離れた位置に熱を移動し、電動ファンによって熱を大気中に放散するという方法である。 Thermally connecting the one end of the heat pipe to the heat receiving plates, mounted radiating fins at the other end, heat is moved away from the heat receiving plates, to dissipate into the atmosphere heat by electric fan it is a method that. これにより放熱部の熱密度を低下させることができ、ヒートシンクの放熱効率が向上する。 Thereby the heat density of the heat radiating portion can be lowered, thereby improving the heat radiation efficiency of the heat sink.
しかし、上述した方法によっても、近年特に発熱密度が高くなっている発熱素子が発生する熱を、効果的に放熱することは難しくなってきている。 However, even by the method described above, the heat heating elements is generated particularly heat density in recent years is high, effectively radiated to is becoming difficult.

発熱量および発熱密度の増加に対応するために、基板の内部に流路を設け、冷媒を循環させて放熱する方法が提案されている。 To accommodate the increase in heating value and heat generation density, the flow path within the substrate provided a method of heat dissipation by circulating refrigerant have been proposed. 特許文献1には、CPU等が接触する冷却装置の基体内部に流路を設けて、流路内に冷媒を流して放熱する技術が開示されている。 Patent Document 1, by providing a substrate inside the flow channel of a cooling device such as a CPU is in contact, a technique for radiating by passing a coolant is disclosed in the flow path. 特許文献2には、実装基板の絶縁層などにマイクロ流路を設けて、流路内に冷媒を流して放熱する技術が開示されている。 Patent Document 2 discloses a microchannel disposed on such a mounting substrate of the insulating layer, a technique for radiating by passing a coolant is disclosed in the flow path.

また、特許文献3および特許文献4には、吸熱部と放熱部を流路で接続する技術が開示されている。 Patent Document 3 and Patent Document 4, a technique for connecting the heat radiating portion and the heat absorbing portion flow path in is disclosed.

特開2004−134742号公報 JP 2004-134742 JP 特開2005−33162号公報 JP 2005-33162 JP 特開2005−229033号公報 JP 2005-229033 JP 特開2005−300038号公報 JP 2005-300038 JP

しかし、放熱性能を高めるために、吸熱部と放熱部との間で冷媒が蒸発・凝縮しながら循環し、潜熱によって熱輸送する方法を実際に行おうとすると、以下のような課題がある。 However, in order to enhance the heat radiation performance, and circulated with evaporation and condensation refrigerant between the heat dissipating unit heat absorbing portion, and you actually Gyoo how to heat transport by the latent heat, has the following problems.

吸熱部から放熱部への冷媒輸送流路においては、吸熱部で冷媒が蒸発して二相流となる場合には、圧力損失が大きくなり冷媒が流れにくくなることがある。 In transporting refrigerant flow path from the heat absorbing part to the heat radiating portion, when the refrigerant becomes two-phase flow was evaporated at the heat absorbing portion, the pressure loss is less likely refrigerant flow increases. 放熱部から吸熱部への冷媒輸送流路においては、放熱部において凝縮しきれなかった蒸気を含む冷媒が再び吸熱部に供給されて、いわゆる局所ドライアウトを発生しやすい状況になることがある。 In transporting refrigerant flow path to the heat absorbing portion from the heat radiating portion, the refrigerant containing not completely condensed vapors is fed back to the heat absorbing section in the heat radiating portion, it may become easier situation generates a so-called local dryout.

さらに、機器の小型化に応えて冷却基板を小型、薄型にすると、上記の課題はより顕著になり、冷媒の蒸発・凝縮による潜熱を利用した冷却は困難になる。 Furthermore, the response to downsizing of the equipment to the cooling substrate small, thin, aforementioned problem becomes more pronounced, cooling becomes difficult utilizing latent heat by evaporation and condensation of the refrigerant.

上記の課題を解決するための、本発明の冷却基板の構成は、以下のようなものである。 For solving the above problems, the cooling substrate of the present invention configuration is as follows. 請求項1に記載の発明は、基板内に少なくとも一つの吸熱部と、少なくとも一つの放熱部とを備え、前記吸熱部と前記放熱部が冷媒流路によってループ状に連通し、前記冷媒流路において冷媒が循環するとともに、前記冷媒の蒸発・凝縮潜熱によって熱輸送する冷却基板において、前記冷媒流路は、前記吸熱部から前記放熱部に向かって気化した前記冷媒を送る熱輸送側流路と、前記放熱部から前記吸熱部に向かって液化した前記冷媒を送る還流側流路とからなり、前記還流側流路の断面積が、前記熱輸送側流路の断面積よりも小さいことを特徴とする、冷却基板である。 Invention of claim 1, and at least one heat absorption part in the substrate, and at least one heat radiating portion, the heat radiating portion and the heat absorbing portion is communicated in a loop by the refrigerant passage, the refrigerant passage together with the refrigerant is circulated in, the cooling substrate for heat transport by evaporation and condensation latent heat of the refrigerant, the refrigerant flow path and the heat transport side channel sending the refrigerant vaporized toward the heat radiating portion from the heat absorbing portion , characterized in that it consists of a reflux side channel sending the refrigerant that has liquefied towards the heat absorbing portion from the heat radiating portion, the cross-sectional area of ​​the return-side flow path, smaller than the cross-sectional area of ​​the heat transfer side channel to a cooled substrate.

吸熱部から放熱部へ向かう熱輸送側流路においては、冷媒流路の断面積を大きくすることで、熱輸送側流路において、冷媒が一部蒸発せずに気相液相の2相流になっていても、流路中の圧力損失を低減させることができる。 In the heat transport side flow path extending from the heat absorbing part to the heat radiating portion, by increasing the cross-sectional area of ​​the coolant channel, the heat transport side channel, two-phase flow of the gas phase fluid phase without evaporation refrigerant part be made, it is possible to reduce the pressure loss in the channel. また、蒸気は圧力損失の低いほうに優先的に流れるので、冷媒の流れが一方向になりやすい。 Further, since the steam flows preferentially to the lower of the pressure loss, the flow of the refrigerant is likely to be one direction. これにより吸熱部で発生した蒸気が放熱部に効率良く移動できるので、熱輸送能力が向上する。 Thus since the steam generated in the heat absorbing portion can be efficiently moved to the heat radiation unit, thereby improving the heat transport capability.

さらに、放熱部から吸熱部へ向かう還流側で冷媒流路の断面積を小さくすることで、圧力損失が相対的に高くなる。 Furthermore, by reducing the cross-sectional area of ​​the coolant channel at reflux side from the heat radiating portion toward the heat absorbing unit, the pressure loss becomes relatively high. このため、放熱部で凝縮しきれなかった蒸気が、液相とともに還流側流路に流れ込みにくくなる。 Thus, steam which has not condensed in the heat radiating portion is less likely to flow into the reflux side channel along with the liquid phase. これにより、凝縮しきれなかった蒸気が吸熱部に供給されるのを防止し、吸熱部でのドライアウトの発生を低減できる。 Thus, the steam that has not condensed is prevented from being supplied to the heat absorbing portion, it is possible to reduce the occurrence of dry-out in the heat absorbing portion.

また、吸熱部で大きな熱入力があっても、蒸気が還流側流路に逆流して液相の冷媒を飛散させることがなくなり、冷媒の流れが一方向になりやすい。 Moreover, even if there is a large heat input in the heat absorbing portion, prevents the steam to scatter the refrigerant backflow to liquid phase reflux side channel, the flow of the refrigerant is likely to be in one direction. これにより放熱部で凝縮した液相が吸熱部に効率よく移動できるので、熱輸送能力が向上する。 Since thereby condensed liquid phase at the heat radiating portion can be moved efficiently heat absorbing portion, is improved heat transport capacity.

また、請求項2に記載の発明は、前記冷却基板において、前記還流側流路の断面積と前記熱輸送側流路の断面積の比が、0.0002〜0.77の範囲内であることを特徴とする、請求項1に記載の冷却基板である。 Further, an invention according to claim 2, wherein the cooling substrate, the ratio of the cross-sectional area of ​​the heat transfer side flow passage sectional area of ​​the return-side flow path, is within the range of 0.0002 to 0.77 characterized in that a cooling substrate according to claim 1.

この構成による効果は以下のようなものである。 Effect of the arrangement is as follows. 還流側流路の断面積と熱輸送側流路の断面積の比が0.0002〜0.77の範囲内であると、より効果的に、吸熱部で発生した冷媒の蒸気が還流側流路に逆流せずに熱輸送側流路に優先的に流れるとともに、放熱部で凝縮した冷媒の液相が還流側流路で十分に輸送される。 When the ratio of the cross-sectional area of ​​the cross-sectional area and the heat transport side flow path of the return-side flow path is in the range of from 0.0002 to 0.77, more effectively, the vapor refrigerant reflux side flow generated by the heat absorbing portion with flows preferentially to the heat transport side channel without flowing back to the road, the liquid phase of the refrigerant condensed in the heat radiating portion is sufficiently transported at reflux side channel.

還流側流路の断面積と熱輸送側流路の断面積の比が0.0002以下であると、還流側流路の断面積が小さくなりすぎて、凝縮した冷媒の液相が還流するさいの抵抗が大きくなる。 When the ratio of the cross-sectional area of ​​the cross-sectional area and the heat transport side flow path of the return-side flow path is 0.0002 or less, too small cross-sectional area of ​​the return-side flow path, the liquid phase of the condensed refrigerant flows back again resistance becomes large. また、還流側流路の断面積と熱輸送側流路の断面積の比が0.77を超えると、吸熱部で発生した冷媒の蒸気が還流側流路に逆流することがある。 Further, the ratio of the cross-sectional area of ​​the cross-sectional area and the heat transport side flow path of the return-side flow channel is more than 0.77, there is the vapor of the refrigerant generated in the heat absorbing unit from flowing back to the reflux side channel.

また、請求項3に記載の発明は、前記冷却基板において、前記還流側流路には、液化した前記冷媒が前記吸熱部から前記放熱部に向かって逆流することを防止する逆止構造を備えたことを特徴とする、請求項1または2に記載の冷却基板である。 The invention according to claim 3, in the cooling substrate, the reflux side channel has a non-return structure liquefied the refrigerant is prevented from flowing back toward the heat radiating portion from the heat absorbing portion characterized in that the, is a cooling substrate according to claim 1 or 2.

この構成による効果は以下のようなものである。 Effect of the arrangement is as follows. 逆止弁のような逆止装置を備えることにより、冷媒が流路を逆流することを完全に防止することができる。 By providing a non-return device such as a check valve, it is possible to completely prevent the refrigerant from flowing back to the passage. これにより、冷媒の流れが完全に一方向になり、特に吸熱量が高い場合にも、還流側流路で蒸気流が圧力損失に打ち勝って逆流することを防止できるので、吸熱量が高い場合にも熱輸送能力がより安定する。 Thus, the flow of the refrigerant is completely in one direction, particularly in the case endotherm is high, because the vapor stream at the reflux side passage can be prevented from flowing back by overcoming the pressure loss, when the heat absorption amount is high also heat transport capability is more stable.

また、請求項4に記載の発明は、前記冷却基板において、前記還流側流路には、毛細管力を発生する毛細管構造を備えたことを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の冷却基板である。 The invention according to claim 4, in the cooling substrate, the reflux side channel is characterized by having a capillary structure for generating capillary forces, any one of claims 1 to 3 a cooling substrate according to.

この構成による効果は以下のようなものである。 Effect of the arrangement is as follows. 還流側流路に毛細管構造を備えたことにより、凝縮した液相の冷媒の流れが促進され、液相が吸熱部に効率よく移動できるので、熱輸送能力がさらに向上する。 By having the capillary structure reflux side passage is facilitated flow of refrigerant condensed liquid phase, liquid phase so can move efficiently heat absorbing unit, the heat transport capability is further improved. 毛細管構造としては、多孔質体やメッシュの積層体が好ましく、冷媒の液相に対して優れた毛細管力を発揮するとともに、製造が容易で安価である。 The capillary structure preferably porous or mesh laminate is, while excellent capillary force to the refrigerant in the liquid phase, it is easy and inexpensive to manufacture.

また、請求項5に記載の発明は、前記冷却基板において、前記還流側流路には、動力を利用して、液化した前記冷媒を強制的に前記放熱部から前記吸熱部に向かって送る、冷媒輸送機構を備えたことを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の冷却基板である。 Further, an invention according to claim 5, in the cooling substrate, the reflux side channel utilizes power, sends the liquefied said refrigerant from forcibly the heat radiating portion toward the heat absorbing portion, characterized by comprising a refrigerant transporting mechanism, a cooling substrate according to any one of claims 1 to 4.

この構成による効果は以下のようなものである。 Effect of the arrangement is as follows. 還流側流路に冷媒輸送機構を備えたことにより、強制的に液相の冷媒を輸送することができ、冷媒の循環量を増加させることができるので、熱輸送能力がさらに向上する。 By including a refrigerant transporting mechanism reflux side channel forcibly can transport the liquid-phase refrigerant, it is possible to increase the circulation amount of refrigerant, the heat transport capability is further improved. 冷媒輸送機構としては、圧電ポンプが好ましく、小型で消費電力が小さく、基板内に埋め込むことが可能である。 The refrigerant transporting mechanism, a piezoelectric pump is preferably small in power consumption is small, it is possible to embed in the substrate. また圧電ポンプを還流側流路に埋め込むことで、流路を基板外に取り出して別途ポンプを設置したり、流路に継ぎ目を形成したりすることがなく、冷却基板を小型にでき、信頼性も向上する。 Also by embedding the piezoelectric pump reflux side channel, or installing a separate pump is taken out passage to the outside of the substrate, without or forming a seam in the flow path, can the cooling substrate in a small, reliable It is also improved.

本発明によれば、流路を備えた冷却基板において、熱輸送側の流路の断面積を相対的に大きくすることで流路中の圧力損失を低減し、かつ、還流側の流路の断面積を相対的に小さくすることで吸熱部でのドライアウトの発生を抑制することができるため、流路中の冷媒の流れが一方向になりやすく、熱輸送能力が向上した冷却基板を得ることができる。 According to the present invention, in the cooling substrate having a flow path, to reduce the pressure loss in the flow path by relatively large cross-sectional area of ​​the heat transport side of the channel, and the reflux side flow path of it is possible to suppress the occurrence of dry-out in the heat absorbing portion by the cross-sectional area relatively small, the flow of the refrigerant in the channel tends to be one-way, obtain a cooling substrate heat transport capability is improved be able to.

本発明の第1の実施形態である冷却基板を示す斜視図である。 It is a perspective view showing a first embodiment in the form cooling substrate of the present invention. 本発明の第1の実施形態である冷却基板を示す三面図である。 It is an orthographic view illustrating a first embodiment in the form cooling substrate of the present invention. 図2におけるA−A断面図である。 It is an A-A sectional view in FIG. 図2におけるB−B断面図である。 It is a B-B sectional view in FIG. 図2におけるC−C断面図である。 It is a C-C sectional view of FIG. 図2におけるD−D断面図である。 It is a D-D sectional view in FIG. 図2におけるE−E断面図である。 It is E-E in cross section in FIG. 本発明の第1の実施形態である冷却基板に用いられる、パターンが形成された第1の銅板の上面図である。 Used for the first cooling the substrate that is an embodiment of the present invention, a top view of a first copper plate on which a pattern is formed. 本発明の第1の実施形態である冷却基板に用いられる、パターンが形成された第2の銅板の上面図である。 Used for the first cooling the substrate that is an embodiment of the present invention, a top view of a second copper plate on which a pattern is formed. 本発明の第1の実施形態である冷却基板を実装した状態の一例を示す側面図である。 An example of a first state of mounting the cooling substrate which is an embodiment of the present invention is a side view showing. 本発明の第1の実施形態である冷却基板を実装した状態の別の例を示す側面図である。 Another example of a first state of mounting the cooling substrate which is an embodiment of the present invention is a side view showing. 本発明の第1の実施形態である冷却基板の熱抵抗を測定したグラフである。 A first graph the thermal resistance of the cooling substrate was measured according to an embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態である冷却基板の還流側流路を示す部分断面図である。 It is a partial sectional view showing a refluxing side flow path of the cooling substrate which is a second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態である冷却基板の還流側流路を示す部分拡大図である。 The third refluxed side flow path of the cooling substrate which is an embodiment of the present invention is a partially enlarged view showing. 本発明の第4の実施形態である冷却基板の還流側流路を示す部分断面図である。 Is a fourth partial cross-sectional view showing the reflux side flow path of the cooling substrate which is an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態である冷却基板における、熱入力と熱抵抗との関係を示すグラフである。 The cooling substrate which is an embodiment of the present invention, is a graph showing the relationship between heat input and heat resistance. 本発明の実施形態である冷却基板における、熱入力と冷却水流量との関係を示すグラフである。 The cooling substrate which is an embodiment of the present invention, is a graph showing the relationship between the heat input and cooling water flow rate. 本発明の第5の実施形態である冷却基板を示す斜視図である。 It is a perspective view showing a fifth cooling substrate which is the embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings.
図1、図2は、本発明の第1の実施形態である冷却基板10の概略図である。 1, FIG. 2 is a schematic view of a cooling substrate 10 is a first embodiment of the present invention. 図1は斜視図、図2は三面図であり、図2(a)は平面図、図2(b)は正面図、図2(c)は側面図である。 Figure 1 is a perspective view, FIG. 2 is a three views, FIG. 2 (a) is a plan view, FIG. 2 (b) is a front view, FIG. 2 (c) is a side view.
冷却基板10は、銅製の板状で、外形が100mm×200mm×1mmである。 Cooling the substrate 10 is a copper plate, outer is 100mm × 200mm × 1mm. 外観上は略平板であるが、内部には破線で示すような空間20を備えている。 Appearance is substantially flat, but the interior is provided with a space 20 as shown by a broken line. また、図3は、図2中のA−A断面、すなわち冷却基板10を厚さ方向に切断した断面図である。 Further, FIG. 3, A-A cross section in FIG. 2, that is, a cross-sectional view of the cooled substrate 10 in the thickness direction.

空間20は、基板内で密閉された薄い空洞であり、吸熱部30、放熱部40、冷媒流路50からなる。 Space 20 is a thin cavity is sealed with the substrate, the heat absorbing unit 30, the heat radiating portion 40, consisting of the coolant flow path 50. 冷媒流路50は、前記吸熱部30から前記放熱部40に向かって気化した冷媒を送る熱輸送側流路60と、前記放熱部40から前記吸熱部30に向かって液化した前記冷媒を送る還流側流路70とからなる。 Refrigerant flow path 50 is refluxed to send the heat transport side passage 60 to send the refrigerant vaporized toward the heat radiating portion 40 from the heat absorbing unit 30, the refrigerant liquefied towards the heat absorbing portion 30 from the heat radiating portion 40 consisting side channels 70.. 吸熱部30、熱輸送側流路60、放熱部40、還流側流路70は、前記の順にループ状に配置され、内部に純水からなる冷媒(図示せず)が封入され、図3に太い矢印で示す方向に、ループ状に循環できるようになっている。 Heat absorber 30, heat transport side passage 60, the heat radiating portion 40, the reflux side flow path 70, are arranged in a loop in this order of the refrigerant composed of pure water therein (not shown) is sealed, in FIG. 3 in the direction indicated by the bold arrow, and to be able to circulate in a loop. 冷媒は、常温で液相が空間20の一部を占めるような分量が封入されている。 Refrigerant quantity as the liquid phase at room temperature occupies part of the space 20 is sealed. 空間20の残りは、冷媒の気相で占められている。 The rest of the space 20 is occupied in the gas phase of the refrigerant. また、空気等の、使用温度範囲で不凝縮性のガスは脱気されている。 Further, such as air, non-condensable gases in the temperature range has been degassed.

図3に太い矢印で示す方向は冷媒の移動方向であり、これを各部位における流路方向と定義する。 Direction indicated by the thick arrows in FIG. 3 is a moving direction of the refrigerant, which is defined as the flow path direction at each site. また、前記冷却基板10が形成する面内で前記流路方向に略直交する方向を、各部位における幅方向と定義する。 Further, a direction substantially perpendicular to the flow path direction at the cooling substrate 10 is formed in a plane, defined as the width direction at each site.

図3に示すように、吸熱部30と放熱部40を比較すると、放熱部40は吸熱部30に比べ、流路方向、幅方向ともに長く、断面積が広くなっている。 As shown in FIG. 3, when comparing the heat absorber 30 and the heat radiating portion 40, the heat radiating portion 40 is compared with heat absorption unit 30, the flow path direction, longer in both width direction, the cross-sectional area is larger. また、熱輸送側流路60と還流側流路70を比較すると、還流側流路70は熱輸送側流路60に比べ、流路方向には長く、幅方向には狭くなっている。 Furthermore, when comparing the heat transport side passage 60 and the reflux side passage 70, the reflux side channel 70 is compared with the heat transport side passage 60, long in the channel direction, and narrower in the width direction. なお、図3では、後述する微細流路32、42は省略して描かれている。 In FIG. 3, described later micro-channel 32, 42 are omitted from the illustration.

図2におけるB−B断面、すなわち吸熱部30の幅方向での断面の部分拡大図を、図4に示す。 Section B-B in FIG. 2, i.e. an enlarged view of a portion of the cross section in the width direction of the heat absorber 30, shown in FIG. 吸熱部30は、図3中で下半分が流路方向に沿って並列した複数の溝31、31・・・からなる微細流路32からなり、図4中で上半分が幅方向に連通した連通流路33からなる、複合流路34を形成している。 Heat absorber 30, the lower half in FIG. 3 is a micro-channel 32 comprising a plurality of grooves 31, 31 ... in parallel along the flow path direction, the upper half in FIG. 4 in communication with the width direction consisting communication passage 33, to form a composite channel 34. 言い換えると、吸熱部30の下半分は、流路方向に沿って並列した複数の壁35、35・・・によって仕切られている。 In other words, the bottom half of the heat absorbing section 30 are partitioned by a plurality of walls 35, 35 ... in parallel along the flow path direction.

図2におけるC−C断面、すなわち放熱部40の幅方向での断面の部分拡大図を、図5に示す。 Section C-C in FIG. 2, i.e. an enlarged view of a portion of the cross section in the width direction of the heat radiating portion 40, shown in FIG. 放熱部40も、吸熱部30と同様に、図4中で下半分が流路方向に沿って並列した複数の溝41、41・・・からなる微細流路42からなり、図5中で上半分が幅方向に連通した連通流路43からなる、複合流路44を形成している。 Heat radiating portion 40, like the heat absorber 30, made of fine flow path 42 in which the lower half in FIG. 4 comprising a plurality of grooves 41, 41 ... in parallel along the flow path direction, the upper in Figure 5 half consists communication passage 43 that communicates with the width direction to form a composite channel 44. 言い換えると、放熱部40の下半分は、流路方向に沿って並列した複数の壁45、45・・・によって仕切られている。 In other words, the lower half of the heat radiating portion 40 is partitioned by a plurality of walls 45, 45 ... in parallel along the flow path direction.

また、図4および図5は部分拡大図なので、吸熱部30と放熱部40の幅方向の広がりを示していないが、放熱部40は吸熱部30よりも幅が広くなっている。 Further, FIGS. 4 and 5 so partially enlarged view does not show the width direction of the extent of the heat absorber 30 and the heat radiating portion 40, the heat radiating portion 40 in width than the heat absorbing portion 30 is wider. 吸熱部30、放熱部40とも、高さは略同一である。 Heat absorbing unit 30, both the heat radiating portion 40, the height is substantially the same.

図2におけるD−D断面、すなわち熱輸送側流路60の幅方向での断面の部分拡大図を、図6に示す。 Section D-D in FIG. 2, i.e. an enlarged view of a portion of the cross section in the width direction of the heat transport side passage 60, shown in FIG. 熱輸送側流路60は、単純な平板状の空間からなっている。 Heat transport side passage 60 is comprised of a simple plate-shaped space. また、図2におけるE−E断面、すなわち還流側流路70の幅方向での断面の部分拡大図を、図7に示す。 Moreover, E-E cross section in FIG. 2, i.e. an enlarged view of a portion of the cross section in the width direction of the return-side flow path 70, shown in FIG. 還流側流路70も、熱輸送側流路60と同様に、単純な平板状の空間であるが、熱輸送側流路60よりも幅が狭くなっている。 Reflux-side channel 70, like the heat transport side passage 60, is a simple flat space, width than the heat transport side passage 60 is narrowed. 熱輸送側流路60、還流側流路70とも、高さは略同一であり、これらは吸熱部30、放熱部40の高さとも略同一になっている。 Heat transport side passage 60, both the reflux side flow path 70, the height is approximately the same, they are heat absorber 30, are substantially the same with the height of the heat radiating portion 40. 本図において例えば、還流側流路70の幅は2mm、熱輸送側流路60の幅は10mmとなり流路比は0.2となっている。 For example, in the figure, the width of the return-side flow path 70 is 2 mm, the width of the heat-transporting-side passage 60 is 10mm next channel ratio has a 0.2.

ここで、熱輸送側流路60と還流側流路70における流路の幅の比について説明する。 Here will be described the ratio of the width of the flow path in the heat-transporting-side passage 60 and the reflux side channel 70. 流路の幅の比(断面積の比)の最大値は、冷媒流路50において蒸気が閉塞する条件として、下記で表すことができる。 The maximum value of the ratio of the width of the channel (ratio of the cross-sectional area), as a condition of steam closes the refrigerant passage 50, it can be represented by the following.

このとき、a 1は熱輸送側流路60の幅、a は還流側流路70の幅、P1は放熱部40における飽和蒸気圧の、P2は吸熱部30における飽和蒸気圧、κは水蒸気の比熱比である。 At this time, a 1 is the width of the heat transport side passage 60, a c is the width of the return-side flow path 70, P1 is the saturated vapor pressure at the heat radiating portion 40, P2 is the saturated vapor pressure at heat absorber 30, kappa water vapor which is the specific heat ratio. ここで、放熱部40の温度を40℃、吸熱部30の温度を70℃、とすると、それぞれ飽和蒸気圧は、6.2kPa、27.2kPaとなるため、流路の幅の比(a /a )の最大値は、0.77となる。 Here, temperature 40 ° C. of the heat radiating portion 40, the temperature 70 ° C. The heat absorbing portion 30, and when each saturated vapor pressure, 6.2KPa, since the 27.2KPa, the ratio of the width of the channel (a c / maximum of a 1) becomes 0.77.

また、流路の幅の比の最小値は、冷媒流路50において、質量流量が変化しないとすると、冷媒の気相と液相体積比となる。 The minimum value of the ratio of the width of the flow path in the refrigerant flow passage 50, when the mass flow rate does not change, the gas phase and the liquid phase volume ratio of the refrigerant. 吸熱部30(温度70℃)での冷媒の気相および液相、それぞれの密度は、0.11g/l、985g/lであるので、流路の幅の比の最小値は、0.0002程度となる。 Vapor and liquid phase of the refrigerant in the heat absorbing section 30 (temperature 70 ° C.), each of density, 0.11 g / l, because it is 985 g / l, the minimum value of the ratio of the width of the channel, 0.0002 the degree.
以上から、熱輸送側流路60と還流側流路70における流路の幅の比は、0.0002〜0.77の範囲であることが好ましい。 From the above, the ratio of the width of the flow path in the heat-transporting-side passage 60 and the reflux side flow path 70 is preferably in the range of 0.0002 to 0.77.

次に、本発明の実施形態となる冷却基板10の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the cooling substrate 10 serving as an embodiment of the present invention.
外形が100mm×200mmで厚さが0.5mmの銅板を2枚用意した。 Outer shape were prepared two sheets of 0.5mm copper plate thickness using a 100 mm × 200 mm. 一方を第1の銅板11(第1の板材)とし、他方を第2の銅板12(第2の板材)とする。 One is a first copper plate 11 (first plate), the other as the second copper plate 12 (second plate member). 第1の銅板11は、図1で下側に配置される板材であり、第2の銅板12は、図1で上側に配置される板材である。 The first copper plate 11 is a plate member which is disposed on the lower side in FIG. 1, the second copper plate 12 is a plate member which is disposed on the upper side in FIG. 1.

第1の銅板11には、エッチングにより、図8に示すようなパターンの第1の凹部21を、エッチングにより形成した。 The first copper plate 11 by etching, the first recess 21 of the pattern shown in FIG. 8, were formed by etching. 第1の凹部21の深さは、0.15mmである。 The depth of the first recess 21 is 0.15 mm. 第1の凹部21は、吸熱部30、放熱部40、冷媒流路50、熱輸送側流路60、還流側流路70の、それぞれ下部に相当する。 The first recess 21, heat absorber 30, the heat radiating portion 40, the refrigerant flow passage 50, the heat transport side passage 60, the reflux side flow path 70, respectively corresponding to lower.

また、第1の凹部21の、吸熱部30、放熱部40に相当する部分には、それぞれ複数の壁35、45を備えている。 Further, the first recess 21, the heat absorbing unit 30, the portion corresponding to the heat radiating portion 40 each include a plurality of walls 35, 45. 壁35、45の頂部の高さは、平面部11aと同一である。 The height of the top of the walls 35 and 45 is identical to the planar portion 11a. なお、図8では、壁35、45は適宜省略して描かれている。 In FIG. 8, the walls 35 and 45 are omitted from the illustration as appropriate.

第2の銅板12には、エッチングにより、図9に示すようなパターンの第2の凹部22を、エッチングにより形成した。 The second copper plate 12 by etching, the second recess 22 of the pattern as shown in FIG. 9 was formed by etching. 第2の凹部22の深さは、0.15mmである。 The depth of the second recess 22 is 0.15 mm. 第2の凹部22は、吸熱部30、放熱部40、冷媒流路50、熱輸送側流路60、還流側流路70の、それぞれ上部に相当する。 Second recess 22, heat absorber 30, the heat radiating portion 40, the refrigerant flow passage 50, the heat transport side passage 60, the reflux side flow path 70, respectively correspond to the upper. また、第2の銅板12には、還流側流路70に相当する部分に、貫通孔12bが開けられている。 The second copper plate 12, the portion corresponding to the reflux side channel 70, through holes 12b are opened.

また、第1の凹部21と第2の凹部22は、第1の銅板11と第2の銅板12を向かい合わせに重ねたときに、平面上で同一の形状、位置に一致するように形成されている。 Further, a first recess 21 a second recess 22, when superimposed on opposite the first copper plate 11 and the second copper plate 12, the same shape on a plane, are formed so as to match the position ing.

第1の銅板11と、第2の銅板12の、各凹部21、22の周囲部分となる平面部11a、12aに、銀ロウ材をメッキした。 A first copper plate 11, the second copper plate 12, the planar portion 11a which is a peripheral portion of each recess 21 and 22, in 12a, plated with silver brazing material.
次に、第1の銅板11と、第2の銅板12を、各平面部11a、12aが向かい合い、第1の凹部21と第2の凹部22が重なり合うように重ね合わせた。 Next, the first copper plate 11, the second copper plate 12, the flat portions 11a, 12a are face each, superimposed to the first recess 21 a second recess 22 overlap. 次にこれを真空中で加熱プレスし、銀ロウ材を溶融させることによって、第1の銅板11と、第2の銅板12を一体化させ、冷却基板10を得た。 It was then heat-pressed in a vacuum, by melting the silver brazing member, a first copper plate 11, are integrated second copper plate 12 to obtain a cooled substrate 10. これにより、第1の凹部21と第2の凹部22が合わさって、冷却基板10の内部に空間20を形成した。 Thus, together with the first recess 21 a second recess 22 to form a space 20 inside the cooling substrate 10.

以上の工程により、図4、図5に示すような吸熱部30、放熱部40の複合流路34、44が形成できる。 Through the above steps, FIG. 4, the heat absorbing unit 30 as shown in FIG. 5, the composite channel 34, 44 of the heat radiating portion 40 can be formed. 各凹部21、22の深さの比を変えることにより、複合流路34、44における溝31、41の高さの割合Pを変えたものを製造することができる。 By varying the ratio of the depth of the recesses 21 and 22 can be produced that changing the ratio P of the height of the grooves 31 and 41 in the composite channel 34, 44. また、複合流路34、44の全体の高さは、第1の凹部21と第2の凹部22の深さの合計で決まる。 Further, the overall height of the composite channel 34, 44 is determined by a first recess 21 total depth of the second recess 22.

なお、本発明の冷却基板10において、還流側流路70の途中に、逆止弁71や毛細管構造72や圧電ポンプ75を設ける場合には、以下のように行う。 Incidentally, in the cooling substrate 10 of the present invention, in the middle of the reflux side flow path 70, in the case of providing the check valve 71 and the capillary structure 72 and the piezoelectric pump 75 is performed as follows. 第1の銅板11と第2の銅板12の少なくともいずれか一方に、還流側流路70の一部に図示しない部材設置孔をあけておく。 In at least one of the first copper plate 11 and the second copper plate 12, previously drilled member installation hole (not shown) to a portion of the reflux side flow path 70. すると、ロウ付け完了時に、還流側流路70は、当該部材設置孔の部分で外部に露出している。 Then, at the time of brazing completed, the reflux side flow path 70, are exposed to the outside portion of the member installation hole. ここに逆止弁71や毛細管構造72や圧電ポンプ75を埋め込み、接着等で塞ぐことによって部材を設置することができる。 Here embedding the check valve 71 and the capillary structure 72 and the piezoelectric pump 75 can be installed to members by plugging an adhesive or the like.

次に、貫通孔12bを通じて、空間20内を真空脱気するとともに、空間内の容積の30%を占める量の純水を注入し、脱気された状態のまま貫通孔12bを塞いで、空間20を密閉した。 Then, through through-hole 12b, while vacuum degassing space 20, by injecting pure water in an amount which accounts for 30% of the volume of the space, closing the left through-hole 12b of the degassed state space It was sealed 20. 以上のような工程により、本発明の冷却基板10を製造することができる。 By the above processes, it is possible to manufacture the cooling substrate 10 of the present invention.

以下に、本発明の第1の実施の形態における、冷却の作用について説明する。 Hereinafter, in the first embodiment of the present invention, a description of the operation of the cooling. 図10に示すように、冷却基板10の吸熱部30の外面36に、CPU等の被冷却素子90を配置し、熱的に接触させる。 As shown in FIG. 10, the outer surface 36 of the heat absorbing part 30 of the cooling substrate 10, placing the cooled device 90 such as a CPU, it is in thermal contact. 被冷却素子90は、CPUに限らず、レーザダイオード、パワートランジスタ等、ジュール熱によって発熱して冷却が必要となる素子であれば、適用できる。 The cooling element 90 is not limited to the CPU, laser diode, a power transistor or the like, as long as elements are required heating to cooling by Joule heat, can be applied.
なお、被冷却素子90は、通常の絶縁基板210上に形成された回路220に、ハンダ230によって表面実装されている。 Incidentally, the cooling element 90, the circuit 220 formed on a normal insulating substrate 210 is surface mounted by soldering 230.

被冷却素子90を吸熱部30の外面36に配置する方法は、図10のように、素子のパッケージ91を吸熱部30の外面36に熱伝導グリス240等を介して密着させて熱的接触させても良いし、図11のように、冷却基板10の上に絶縁皮膜250を介して回路220を形成し、被冷却素子90を回路220に表面実装しても良い。 How to place the cooling element 90 on the outer surface 36 of the heat absorbing unit 30 in close contact via a heat-conductive grease 240 or the like is thermally contacted to the package 91 of the element to the outer surface 36 of the heat absorbing section 30 as shown in FIG. 10 also it may be, as shown in FIG. 11, through the insulating film 250 to form a circuit 220 on the cooling substrate 10, may be surface mounted to be cooled device 90 in circuit 220. この場合、被冷却素子90は、電極92を通じて冷却基板10に熱的に接触しているが、パッケージ91と絶縁皮膜250の間に熱伝導グリス240等を注入して熱的接触させても良い。 In this case, the cooling element 90 is in thermal contact with the cooling substrate 10 through the electrode 92, may be injected heat-conductive grease 240 or the like is thermal contact between the package 91 and the insulating film 250 .

被冷却素子90で発生した熱は、吸熱部30の外面36を通じて吸熱部30に伝わる。 Heat generated in the cooling element 90 is transmitted to the heat absorbing section 30 through the outer surface 36 of the heat absorbing unit 30. 吸熱部30では、熱によって冷媒が蒸発し、液相から気相となる。 The heat absorbing unit 30, the refrigerant is evaporated by heat, the vapor phase from the liquid phase. このときに、吸熱部30で、冷媒が蒸発潜熱によって外部から熱を奪う。 In this case, an endothermic section 30, the refrigerant draws heat from the outside by the latent heat of vaporization. 冷媒は、気相となって急激に体積が膨張するので、熱輸送側流路60を通過して放熱部40に広がる。 Refrigerant, since rapid volume becomes vapor phase expands, spreads the heat radiating portion 40 passes through the heat transport side passage 60.

放熱部40に広がった気相の冷媒は、放熱部40で凝縮潜熱を放出して液相に戻る。 The gas-phase refrigerant that has spread to the heat radiating portion 40 is returned to the liquid phase by releasing latent heat of condensation in the heat radiating portion 40. ここで、吸熱部30に入熱される熱量と、放熱部40で放熱される熱量は同等であるが、吸熱部30よりも放熱部40のほうが面積が広いことから、熱密度は吸熱部30でよりも放熱部40で小さくなり、放熱部40の外面46から、後述するフィン100等の別の放熱手段によって大気等に放熱することができる。 Here, the amount of heat heat input to the heat absorbing section 30, but the amount of heat radiated by the radiation portion 40 are equal, since the more of the heat radiating portion 40 is an area larger than the heat absorbing unit 30, the heat density in the heat absorber 30 decreased in the heat radiation portion 40 than from the outer surface 46 of the heat radiating portion 40 can be dissipated to the atmosphere or the like by other radiation means, such as fins 100, which will be described later.

液相となった冷媒は、還流側流路70に入り、吸熱部30に戻る。 The refrigerant in a liquid phase enters the reflux side flow path 70, back to the heat absorber 30. 吸熱部に戻った冷媒の液相は、前記と同様に蒸発することで被冷却素子90から熱を奪う。 Liquid phase of the refrigerant returned to the heat absorbing part, it draws heat from the cooling element 90 by evaporation as described above. 以上のサイクルを繰り返して、冷却基板10は被冷却素子90を冷却することができる。 Repeat the above cycle, the cooling substrate 10 can be cooled to be cooling element 90.

次に、吸熱部30および放熱部40の複合流路34、44の作用について説明する。 Next, the operation of the composite channel 34, 44 of the heat absorber 30 and the heat radiating portion 40. 外形が同一の冷却基板10を複数種類作製した。 Outline were prepared a plurality of types of the same cooling substrate 10. 吸熱部30、放熱部40、熱輸送側流路60、還流側流路70とも、それぞれ底面積、幅、流路高さは同一である。 Heat absorber 30, the heat radiating portion 40, the heat transport side passage 60, both the reflux side channel 70, respectively bottom area, width, channel height is the same. ここで、吸熱部30および放熱部40の複合流路34、44の全体の高さは0.3mmに固定し、微細流路31、41の幅は0.2mmから0.5mmの間で変化させた。 Here, the overall height of the composite channel 34, 44 of the heat absorber 30 and the heat radiating portion 40 was fixed to 0.3 mm, the width of the micro channel 31, 41 varies from 0.2mm to 0.5mm It was.

ここで、連通流路33、43の高さの、複合流路34、44の全体高さに対する割合Pを、0から1の間で変化させ、吸熱部の外面36と放熱部の外面46との間の熱抵抗R(K/W)を測定した。 Here, the height of the communication passage 33 and 43, the ratio P to the total height of the composite channel 34,44, varied between 0 and 1, with the outer surface 36 of the heat absorption part and the outer surface 46 of the heat radiating portion thermal resistance R (K / W) between the measured. 熱抵抗Rは、吸熱部30の外面36と放熱部40の外面46の温度差ΔT(K)を被冷却素子90の発熱量W(W)で割ったものであり、R=ΔT/Wで表せる。 Thermal resistance R is divided by the temperature difference [Delta] T (K) the heating value W of the cooling element 90 of the outer surface 46 of the heat radiating portion 40 and the outer surface 36 of the heat absorbing section 30 (W), with R = [Delta] T / W It can be expressed.

熱抵抗の測定結果を図12に示す。 The measurement results of the thermal resistance shown in FIG. 12. 図12からわかるように、微細流路32、42の溝31、41の幅の影響は見られなかった。 As can be seen from Figure 12, the influence of the width of the grooves 31 and 41 of the micro channel 32, 42 was not observed. 一方、連通流路33、43の高さの割合Pで比較すると、Pが0(すなわち、全体が微細流路で連通部がない)の場合よりもPが1(すなわち、全体が連通流路で溝がない)の場合のほうが熱抵抗Rが大きくなった。 On the other hand, when compared with the height of the proportion P of the communication passages 33 and 43, P is 0 (i.e., entirely no communicating portion with fine channel) P than the one (i.e., whole communication passage more in the case of in no groove) the thermal resistance R is large. これは、微細流路によって吸熱部30、放熱部40で伝熱面積が増加し、かつ冷媒から吸熱部30または放熱部40の流路壁への伝熱距離を低減したことで、吸熱部30または放熱部40における熱伝達率が向上したからである。 This is because the heat absorber 30, heat transfer area is increased by the heat radiating portion 40, and a reduced heat transfer distance to the flow path wall of the heat absorbing section 30 or the heat radiating portion 40 from the refrigerant by the microchannel heat absorber 30 or heat transfer coefficient at the heat radiating portion 40 is because improved.

さらに、Pが0.3から0.6の間で熱抵抗Rが小さくなり、0.4付近で最小値になっている。 Furthermore, P is the thermal resistance R decreases between 0.3 and 0.6, has a minimum at around 0.4. これは、Pが小さいと熱伝達率が向上するが、一方で圧力損失が上昇し、冷媒が流れにくくなるからである。 Although this improves the P is small, the heat transfer coefficient, on the one hand increases the pressure loss, because the refrigerant hardly flows. 連通流路33、43によって圧力損失が低下し、冷媒の流量を増加することができるが、全体が連通流路33、43からなる(P=1)と、熱伝達率が低下するために熱抵抗Rは上昇する。 Pressure loss is reduced by communication passages 33 and 43, it is possible to increase the flow rate of the refrigerant, heat to consist entirely of communication channel 33 and 43 and (P = 1), the heat transfer rate decreases resistance R is increased.

冷却基板10の熱輸送量は、これらの2つの因子が組み合わさっており、これによって熱抵抗Rが決まるので、Pがある範囲でRが最小になる。 Heat transfer rate of the cooling substrate 10 is combined these two factors, since thereby the thermal resistance R is determined, R is minimized to the extent that there is a P. Pが0.3から0.6の範囲内であると、Rが小さくなって好ましい。 If P is within the range of 0.3 to 0.6, preferable R is reduced.

本発明の第2の実施形態となる冷却基板10においては、図13(a)に部分拡大図で示すように、還流側流路70の途中に、冷媒が吸熱部30から放熱部40に向かって逆流することを防止する逆止弁71を設けた。 In the cooling substrate 10 as a second embodiment of the present invention, as shown by the partial enlarged view in FIG. 13 (a), in the middle of the reflux side flow path 70, the refrigerant toward the heat radiating portion 40 from the heat absorbing section 30 the check valve 71 to prevent backflow Te provided. 逆止弁71は、還流側流路の一方の壁面から流路方向に向かって斜めに突出した薄膜状の銅箔であり、基端部71aが壁面に固定され、先端部71bがフリー(可動)になっている。 The check valve 71 is a thin-film copper foil projecting obliquely toward the one wall surface of the reflux side flow path to the flow path direction, the base end portion 71a is fixed to the wall, the distal end portion 71b is free (movable )It has become. なお、図13は、還流側流路70を冷却基板に垂直かつ流路方向に平行な面で切った断面図である。 Incidentally, FIG. 13 is a sectional view taken along a plane parallel to the vertical and flow path direction to reflux-side passage 70 to the cooling substrate.

還流側流路70において、冷媒の流れが放熱部40から吸熱部30に向かう方向(順方向)であると、図13(b)のように、逆止弁71は冷媒の流れを妨害しないようにたわむ。 At reflux side flow path 70, the flow of the refrigerant is in a direction towards the heat absorbing section 30 from the heat radiation part 40 (the forward direction), as shown in FIG. 13 (b), the check valve 71 is not to interfere with the flow of the refrigerant deflect. 冷媒の流れが吸熱部30から放熱部40に向かう方向(逆方向)であると、図13(c)のように、逆止弁71は還流側流路70を塞いで冷媒の逆流を防止する。 When the flow of the refrigerant is in a direction (reverse direction) toward the heat radiating portion 40 from the heat absorption unit 30, as shown in FIG. 13 (c), the check valve 71 prevents backflow of the refrigerant closes the reflux side flow passage 70 .
逆止弁71の逆止作用と、吸熱部30における冷媒の蒸発による圧力上昇により、冷媒を一方向にのみ輸送するポンプとして働く。 And check the action of the check valve 71, the pressure rise due to the evaporation of the refrigerant in the heat absorption unit 30, it acts as a pump for transporting the coolant in one direction only.

本発明の第3の実施形態となる冷却基板10においては、図14(a)に部分拡大図で示すように、還流側流路70の途中に、銅の多孔質体73からなる毛細管構造72を設けた。 In the third cooling substrate 10 as a third embodiment of the present invention, as shown by the partial enlarged view in FIG. 14 (a), in the middle of the reflux side flow path 70, the capillary structure 72 made of copper porous body 73 the provided. 毛細管構造72によって、液相の流れが促進され、液相が吸熱部に効率よく移動できる。 The capillary structure 72 is facilitated flow of a liquid phase, the liquid phase can be moved efficiently heat absorbing portion. また、気相に対しては抵抗となることから、液相が優先的に還流側流路70を通過することができる。 Further, since as the resistance against the gas phase can be liquid phase passes preferentially reflux side channel 70. そのため、冷媒を一方向にのみ輸送するポンプとして働く。 Therefore, it acts as a pump for transporting a coolant in one direction only. なお、図14は、還流側流路70を冷却基板に垂直かつ流路方向に平行な面で切った断面図である。 Incidentally, FIG. 14 is a sectional view taken along a plane parallel to the vertical and flow path direction to reflux-side passage 70 to the cooling substrate.

銅の多孔質体73は、図14(b)に示すように、銅の粉末を連通気孔を残すように緩く焼結させたものである。 The porous body 73 of copper, as shown in FIG. 14 (b), is obtained by a powder of copper is loosely sintered to leave the interconnected porosity. また、毛細管構造72は、図14(c)に示すような銅メッシュの積層体74でも良い。 Furthermore, the capillary structure 72 may be a laminate 74 of the copper mesh as shown in FIG. 14 (c).

本発明の第4の実施形態となる冷却基板10においては、図15に部分拡大図で示すように、還流側流路70の途中に、圧電ポンプ75が埋め込まれている。 In a fourth cooling substrate 10 serving as an embodiment of the present invention, as shown by the partial enlarged view in FIG. 15, in the middle of the reflux-side passage 70, the piezoelectric pump 75 is embedded. 圧電ポンプ75によって、冷媒の輸送を外力によって補助するので、第1から第3の実施形態に比べ、冷媒の輸送量を増加し、熱輸送量を向上させることができる。 By the piezoelectric pump 75, since the auxiliary by an external force to transport the refrigerant, from the first comparison with the third embodiment, to increase the transportation volume of the refrigerant, thereby improving the heat transfer rate. なお、図15は、還流側流路70を冷却基板に垂直かつ流路方向に平行な面で切った断面図である。 Incidentally, FIG. 15 is a sectional view taken along a plane parallel to the vertical and flow path direction to reflux-side passage 70 to the cooling substrate.

Pが0.5の冷却基板とPが0の冷却基板を作製し、同じ圧電ポンプ75を利用し、熱入力量を変化させながら熱抵抗Rを測定した結果を、図16に示す。 P is the cooling board and P of 0.5 to produce a cooled substrate 0, using the same piezoelectric pump 75, a result of measuring the thermal resistance R while changing the heat input quantity, shown in Figure 16. 熱入力が0Wから240Wの間で、すべての場合において、P=0.5のほうがP=0よりも小さい熱抵抗を示した。 Between the heat input is 240W from 0 W, in all cases, more of P = 0.5 showed a smaller thermal resistance than P = 0. また、そのときの冷媒の輸送量を測定すると、図17に示すように、圧電ポンプ75の出力が同じ場合でも、P=0.5のほうがP=0よりも冷媒輸送量が大きく、これが熱抵抗の違いとなって現れている。 Also, when measuring the transport volume of the refrigerant at this time, as shown in FIG. 17, even when the output of the piezoelectric pump 75 is the same, large refrigerant transport volume than the P = 0 towards the P = 0.5, which is heat It has appeared as a difference of resistance.

本発明の第5の実施形態となる冷却基板10においては、図18に示すように、放熱部40の外面46に、銅の丸棒からなる伝熱柱101が複数本接合され、伝熱柱101にアルミの板からなるフィンプレート102が複数枚差し込まれて、積層フィン100を形成している。 In the fifth cooling substrate 10 serving as an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 18, the outer surface 46 of the heat radiating portion 40, heat transfer columns 101 made of a round bar of copper is more than the junction, heat transfer columns fin plate 102 made of aluminum plate 101 has been inserted plurality, to form a laminated fin 100.

これにより、放熱部40から伝熱柱101を経由してフィンプレート102に熱が伝導し、フィンプレート102によって、大気中に放熱することができ、放熱能力をさらに向上させることができる。 Thus, heat is conducted to the fin plate 102 through the heat transfer columns 101 from the heat radiating portion 40, the fin plate 102, can be dissipated to the atmosphere, it is possible to further improve the heat dissipation capability. また、図示しないファンによってフィンプレート102間に送風すると、さらに放熱量が増大し、放熱能力がさらに向上する。 Further, when the unillustrated fan blows air between the fin plate 102, further heat dissipation is increased, the heat dissipation capability is further improved.

また、伝熱柱101を銅の丸棒ではなく、ヒートパイプで構成しても良い。 Further, the heat transfer columns 101 instead of the round bar copper may be constituted by a heat pipe. ヒートパイプを用いることにより、銅の丸棒よりもさらに熱伝導が良くなり、放熱能力をさらに向上させることができる。 By using a heat pipe, the better the further thermal conductivity than round bar of copper can further improve the heat dissipation capability.

また、伝熱柱101を上端が閉じて下端が開いたパイプで形成し、下端が放熱部の空間と連通するように構成しても良い。 Also forms a pipe lower end is open and closed upper end of the heat transfer columns 101, the lower end may be configured to communicate with the space of the heat radiating portion. これにより、冷媒が伝熱柱101の内部まで循環するので、放熱部40の面積を増加させたことになり、また伝熱柱101の熱抵抗が小さくなるので、放熱能力をさらに向上させることができる。 Thus, the refrigerant is circulated to the inside of the heat transfer columns 101, will be increased area of ​​the heat radiating portion 40, and because the thermal resistance of the heat transfer columns 101 decreases, making it possible to further improve the heat dissipation capability it can.

本発明の冷却基板10に用いる板材11、12は、銅でなくても良い。 Plate 11, 12 used for cooling the substrate 10 of the present invention may not be copper. アルミ等の他の金属、合金、あるいはシリコン、セラミック等であっても良く、熱伝導に優れ、微細加工と接合が可能な材料を用いるのが好ましい。 Other metals, alloys or silicon, such as aluminum, may be a ceramic or the like, excellent in thermal conductivity, it is preferable to use a material capable joined with microfabrication.

また、板材11、12の面上に凹部21、22を形成する方法は、エッチングに限らず、切削、サンドブラスト、鍛造、転写等の方法が適用できる。 The method of forming the recesses 21, 22 on the surface of the plate material 11, 12 is not limited to etching, cutting, sandblasting, forging, can be applied a method of transfer or the like. あるいは、逆に凹部以外の部分をメッキ、スパッタ等によって盛り上げて、残った部分を凹部としても良い。 Alternatively, plating portions other than the recesses Conversely, raised by sputtering or the like, the remaining portion may be concave.

接合は、ロウ付けに限らず、拡散接合、溶接等の方法が適用できるし、カシメなどの機械的な接合を併用しても良い。 Bonding is not limited to brazing, diffusion bonding, to a method such as welding can be applied, it may be used in combination mechanical bonding such as crimping. ロウ付けの場合でも、メッキでロウを形成する以外にも、ペースト状のロウを塗布したり、箔状のロウを板材の間に挟んだりすることも可能である。 Even in the case of brazing, in addition to forming a row by plating, or applying a paste-like brazing, it is possible to pinch foil-like brazing between the plate material.

貫通孔12bは、第1の銅板側に開けておいても良い。 Through holes 12b may be open to the first copper plate side. 貫通孔12bは、ロウ付け後に開けても良い。 The through-hole 12b may be opened after the brazing. また、第2の銅板12の表面ではなく、側面に開けても良い。 Also, rather than the surface of the second copper plate 12 may be opened to the side. 貫通孔12bの外側に、図示しないパイプを形成しておいても良い。 On the outside of the through hole 12b, it may be formed a pipe (not shown). これにより、脱気、注水、密閉の加工が容易になる。 Thus, degassing, water injection, the processing of the sealing is facilitated.

冷媒は、純水以外にも、潜熱が大きく、使用する温度と圧力の範囲内で蒸発と凝縮が可能で、かつ冷却基板を形成する板材と化学反応を起こさない物質であれば良い。 Refrigerant, in addition to pure water, the latent heat is large, it may evaporation and condensation within the temperature and pressure used, and may be a substance which does not cause a plate and chemical reactions that form the cooling substrate. このような冷媒には、フロン、代替フロン、炭化水素、アルコール、エーテル等の物質が適用できる。 Such refrigerants, chlorofluorocarbon, HCFC may hydrocarbons, alcohols, substances such as ether application.

10 冷却基板11 第1の銅板11a、12a 平面部12 第2の銅版12b 貫通孔20 空間21 第1の凹部22 第2の凹部30 吸熱部31、41 溝32、42 微細流路33、43 連通流路34、44 複合流路35、45 壁36、46 外面40 放熱部50 冷媒流路60 熱輸送側流路70 還流側流路71 逆止弁71a 基端部71b 先端部72 毛細管構造73 多孔質体74 積層体75 圧電ポンプ90 被冷却素子100 積層フィン101 伝熱柱102 フィンプレート 10 cooling the substrate 11 first copper plate 11a, 12a flat portion 12 and the second copper plate 12b through hole 20 space 21 first recess 22 a second recess 30 heat absorbing portion 31 and 41 grooves 32 and 42 micro-channel 33, 43 communicating flow path 34, 44 the composite channel 35, 45 walls 36, 46 the outer surface 40 radiating unit 50 refrigerant passage 60 heat transport side flow path 70 reflux side channel 71 a check valve 71a proximal end 71b distal portion 72 capillary structure 73 porous Shitsutai 74 laminate 75 piezoelectric pump 90 the cooling element 100 stacked fins 101 the heat transfer columns 102 fin plates

Claims (5)

  1. 基板内に少なくとも一つの吸熱部と、少なくとも一つの放熱部とを備え、 Comprising at least one heat absorbing portion, and at least one heat radiating portion in the substrate,
    前記吸熱部と前記放熱部が冷媒流路によってループ状に連通し、 The heat radiating portion and the heat absorbing portion is communicated in a loop by the refrigerant passage,
    前記冷媒流路において冷媒が循環するとともに、前記冷媒の蒸発・凝縮潜熱によって熱輸送する冷却基板において、 Together with the refrigerant circulates in the refrigerant passage, the cooling substrate for heat transport by evaporation and condensation latent heat of the refrigerant,
    前記冷媒流路は、前記吸熱部から前記放熱部に向かって気化した前記冷媒を送る熱輸送側流路と、前記放熱部から前記吸熱部に向かって液化した前記冷媒を送る還流側流路とからなり、 The coolant channel, the heat transport side channel sending the refrigerant vaporized toward the heat radiating portion from the heat absorbing portion, and a reflux-side flow path for sending the refrigerant that has liquefied towards the heat absorbing portion from the heat radiating portion It consists of,
    前記還流側流路の断面積が、前記熱輸送側流路の断面積よりも小さいことを特徴とする、冷却基板。 The cross-sectional area of ​​the return-side flow channel may be smaller than the cross-sectional area of ​​the heat transfer side flow passage, cooling the substrate.
  2. 前記還流側流路の断面積と前記熱輸送側流路の断面積の比が、0.0002〜0.77の範囲内であることを特徴とする、 The ratio of the cross-sectional area of ​​the heat transfer side flow passage sectional area of ​​the return-side flow path, characterized in that it is in the range of 0.0002 to 0.77,
    請求項1に記載の冷却基板。 Cooling the substrate according to claim 1.
  3. 前記還流側流路には、液化した前記冷媒が前記吸熱部から前記放熱部に向かって逆流することを防止する逆止構造を備えたことを特徴とする、 The reflux side flow path, characterized in that liquefied the refrigerant is provided with a non-return structure for preventing the backflow toward the heat radiating portion from the heat absorbing portion,
    請求項1または2に記載の冷却基板。 Cooling the substrate according to claim 1 or 2.
  4. 前記還流側流路には、毛細管力を発生する毛細管構造を備えたことを特徴とする、 The reflux side channel is characterized by having a capillary structure for generating capillary forces,
    請求項1から3のいずれか一項に記載の冷却基板。 Cooling the substrate according to any one of claims 1 to 3.
  5. 前記還流側流路には、動力を利用して、液化した前記冷媒を強制的に前記放熱部から前記吸熱部に向かって送る、冷媒輸送機構を備えたことを特徴とする、 The reflux side channel utilizes power, sends towards the liquefied said refrigerant from forcibly the heat radiating portion to the heat absorbing portion, characterized by comprising a refrigerant transporting mechanism,
    請求項1から4のいずれか一項に記載の冷却基板。 Cooling the substrate according to any one of claims 1 to 4.
JP2009060807A 2009-03-13 2009-03-13 Cooling substrate Pending JP2010216676A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009060807A JP2010216676A (en) 2009-03-13 2009-03-13 Cooling substrate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009060807A JP2010216676A (en) 2009-03-13 2009-03-13 Cooling substrate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010216676A true true JP2010216676A (en) 2010-09-30

Family

ID=42975716

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009060807A Pending JP2010216676A (en) 2009-03-13 2009-03-13 Cooling substrate

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010216676A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013005622A1 (en) * 2011-07-07 2013-01-10 日本電気株式会社 Cooling device and method for manufacturing same
JP2013069740A (en) * 2011-09-21 2013-04-18 Nec Corp Flat plate type cooling device and usage of the same
JP2014142143A (en) * 2013-01-24 2014-08-07 Ntec Co Ltd Heat pipe
JP2015200465A (en) * 2014-04-09 2015-11-12 富士通株式会社 Heat pipe built-in frame plate and electronic apparatus
JP2016203455A (en) * 2015-04-20 2016-12-08 株式会社日本製鋼所 Cover of heating cylinder

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0599580A (en) * 1991-10-11 1993-04-20 Toshiba Corp Looped heat pipe
JPH1137678A (en) * 1997-07-22 1999-02-12 Showa Alum Corp Heat pipe type radiator
JP2004134742A (en) * 2002-08-16 2004-04-30 Nec Corp Cooling device for electronic apparatus
JP2004353902A (en) * 2003-05-27 2004-12-16 Sony Corp Cooling system
JP2005033162A (en) * 2003-07-04 2005-02-03 Sentelic Corp Micro heat dissipation device and method of manufacturing same
JP2005123317A (en) * 2003-10-15 2005-05-12 Ceramission Kk Cooling and radiating device of electronic component
JP2005229033A (en) * 2004-02-16 2005-08-25 Hitachi Ltd Liquid-cooled system and electronic apparatus having the same
JP2005300038A (en) * 2004-04-13 2005-10-27 Sony Corp Heat transport device, process for manufacturing the heat transport device and electronic device

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0599580A (en) * 1991-10-11 1993-04-20 Toshiba Corp Looped heat pipe
JPH1137678A (en) * 1997-07-22 1999-02-12 Showa Alum Corp Heat pipe type radiator
JP2004134742A (en) * 2002-08-16 2004-04-30 Nec Corp Cooling device for electronic apparatus
JP2004353902A (en) * 2003-05-27 2004-12-16 Sony Corp Cooling system
JP2005033162A (en) * 2003-07-04 2005-02-03 Sentelic Corp Micro heat dissipation device and method of manufacturing same
JP2005123317A (en) * 2003-10-15 2005-05-12 Ceramission Kk Cooling and radiating device of electronic component
JP2005229033A (en) * 2004-02-16 2005-08-25 Hitachi Ltd Liquid-cooled system and electronic apparatus having the same
JP2005300038A (en) * 2004-04-13 2005-10-27 Sony Corp Heat transport device, process for manufacturing the heat transport device and electronic device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013005622A1 (en) * 2011-07-07 2013-01-10 日本電気株式会社 Cooling device and method for manufacturing same
JP2013069740A (en) * 2011-09-21 2013-04-18 Nec Corp Flat plate type cooling device and usage of the same
JP2014142143A (en) * 2013-01-24 2014-08-07 Ntec Co Ltd Heat pipe
JP2015200465A (en) * 2014-04-09 2015-11-12 富士通株式会社 Heat pipe built-in frame plate and electronic apparatus
JP2016203455A (en) * 2015-04-20 2016-12-08 株式会社日本製鋼所 Cover of heating cylinder

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6990816B1 (en) Hybrid capillary cooling apparatus
US6615912B2 (en) Porous vapor valve for improved loop thermosiphon performance
Yovanovich et al. Spreading resistance of isoflux rectangles and strips on compound flux channels
US7019971B2 (en) Thermal management systems for micro-components
US20050230085A1 (en) Capillary condenser/evaporator
US6631077B2 (en) Heat spreader with oscillating flow
US20050098300A1 (en) Heat sink with heat pipes and method for manufacturing the same
US20090101308A1 (en) Micro-channel pulsating heat pump
US6863117B2 (en) Capillary evaporator
US20060042825A1 (en) Cooling of substrate using interposer channels
US7013956B2 (en) Heat pipe evaporator with porous valve
US6785134B2 (en) Embedded liquid pump and microchannel cooling system
US20050141195A1 (en) Folded fin microchannel heat exchanger
US20020135980A1 (en) High heat flux electronic cooling apparatus, devices and systems incorporating same
US6490160B2 (en) Vapor chamber with integrated pin array
US7002247B2 (en) Thermal interposer for thermal management of semiconductor devices
US7304842B2 (en) Apparatuses and methods for cooling electronic devices in computer systems
US20060181848A1 (en) Heat sink and heat sink assembly
US20120087088A1 (en) Microscale heat transfer systems
US20050280128A1 (en) Thermal interposer for thermal management of semiconductor devices
US20050173098A1 (en) Three dimensional vapor chamber
US20050011633A1 (en) Tower heat sink with sintered grooved wick
US20070230128A1 (en) Cooling apparatus with surface enhancement boiling heat transfer
US7395851B2 (en) Heat dissipation device
US20070258213A1 (en) Apparatuses for dissipating heat from semiconductor devices

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20111201

A977 Report on retrieval

Effective date: 20121225

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130507