JPH0358499A - ヒートシンクおよび冷却装置 - Google Patents

ヒートシンクおよび冷却装置

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JPH0358499A
JPH0358499A JP19251089A JP19251089A JPH0358499A JP H0358499 A JPH0358499 A JP H0358499A JP 19251089 A JP19251089 A JP 19251089A JP 19251089 A JP19251089 A JP 19251089A JP H0358499 A JPH0358499 A JP H0358499A
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JP
Japan
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heat sink
envelope
heat
cooling
housing
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JP19251089A
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English (en)
Inventor
Tomiya Sasaki
富也 佐々木
Katsumi Kuno
勝美 久野
Masaru Ishizuka
勝 石塚
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、電子機器の筐体や基板、その他発熱体の冷
却用いられるヒートシンクおよび冷却装置に関する。
(従来の技術) 第10図に従来よく利用される冷却方法を示す。従来は
、電子機器筐体103内に収納され基板100に搭載さ
れているICチップ101の冷却にはファン102など
による強制空冷が主に用いられていた。また最近では、
ICチップ1. 0 1の発熱密度の増大のため、この
ような単純な強制空伶では冷却出来ず、ICチップ1.
 0 1の表面積の拡大を図るべき放熱フィン1 0 
4をICヂップ11に泊接接着接合し、冷却する方法が
提案されている。しかし、この方法では、最近のICの
高密度丈装化が急速に進展し、この放熱量が指数関数的
{こ増すため困難になってきた。放熱瓜に比例してフィ
ンの面積を拡大すればよいが、スペース、信頼性、コス
ト、重量などの制限から.NCチップ]01の温度上昇
が作動安全範囲を越えるよう1こ な っ プこ 。
これら理由から、第11図に示すような絶縁性の袋10
5に流体106を封入してなる液体ヒートシンク107
を基板100筺体103の間にサンドイッチ状に挿入し
、流体の対流でICチップ101の冷却を行おうとする
動きがある。この方法は、一般にパソコンレベルで用い
られている強制冷却による風量と比較すると、大きな冷
却効果が得られている(日経マイクロデババス、液体ヒ
ートシンク、1989−6月号Pl42)。しかしこの
方法では自然対流時の冷却に大きな効果は期待できるも
のの、ファンを用いた強制対流と共有して行う場合は、
冷却空気の通路108をヒートシンク107がふさぐ形
になり、強制冷却の効果が半減する。さらに、最近の動
向を考えると、機器の小型化に伴ない液体ヒートシンク
107の放熱面である筐体103の壁面の表面積も小さ
くなりつつあり、冷却が厳しくなることが十分考えられ
る。
しかも、パソコンレベルにならまだしも、ワークステー
ション以上の発熱を考えると、筐体壁面への冷却では、
筐体103の放熱而積自体が足りず、壁面の温度が高く
なる事は必至である。そのため、強制対流と共用という
ことを考えていかなければならない。また、第11−図
の冷却方法では基板100と基板100の間、すなわち
両面から加熱される場合には使用できない。
(発明が解決しようとする3題) このように従来の液体ヒートシンクを用いた場合には、
強制冷却方法と組合わせて冷却効果を上げるこεができ
ず、特に小型で発熱量の多い機器では、ヒートシンクの
放熱面となる筐体壁面の表面積自体が不足して筐体壁面
が高温となってしまう。さらに基板と基仮の間は冷却す
ることができないという問題点があった。
本発明は以上の問題点を解決するために成されたもので
、小型で高発熱量の機器も満足できる冷却が行なえ、ま
た基板同士の間も冷却できるようなヒートシンクおよび
冷却装置を提供することを目的としている。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 請求項1のヒートシンクにあっては、冷却流体を外囲器
内に封入したヒートシンクにおいて、前記外囲器の少な
くとも一部に凸部を形戊したことを特徴としている。
請求項5のヒートシンクにあっては、筐体内に収納され
発熱体を配置した基板同士の間、あるいは前記基板と前
記筐体壁との間に挟まれて前記発熱体の冷却を行なうた
めに冷却流体を外囲器内に封入して成るヒートシンクで
あって、 前記外囲器の前記基板あるいは前記筐体壁と接触する表
面以外の少なくとも一部にフィン状の凸部を設けたこと
を特徴としている。
請求項8記載のヒートシンクにあっては、筐体内に収納
され発熱体を配置した基板同士の間あるいは前記基板と
前記筐体壁との間に挟まれて前記発熱体の冷却を行なう
ために冷却流体を外囲器に封入して或るヒートシンクで
あって、前記外囲器の少なくとも一部に前記発熱体に接
触させるための凸部および冷却風の通路となる凹部を形
威したことを特徴としている。
請求項16記載の冷却装置にあっては、筐体内に収納さ
れた基板に配置された発熱体を冷却するためのヒートシ
ンクと、このヒートシンク内に冷却流体を循環させるた
めの循環手段と、この循環手段と前記ヒートシンクを閉
ループに接続するための接続手段とから成ることを特徴
としている。
請求項17の冷却装置にあっては、筐体内に収納された
基板に配置された発熱体を冷却するために少なくとも前
記発熱体にその一部を接触させた外囲器と、この外囲器
内に任意量封入される冷媒とから構成されるヒートシン
クと、前記外囲器内に接続手段を介して連結される熱交
換器とから成ることを特徴としている。
請求項19の冷却装置にあっては、筐体内に収納された
基仮に配置された発熱体を冷却するために密閉状に形成
された外囲器の前記発熱体の近傍に微小穴の設けられた
ヒートシンクと、前記ヒートシンク内に冷却流体を供給
する供給手段と、から成ることを特徴としている。
(作  用) 請求項1および請求項5記載のヒートシンクにあっては
、凸部をフィンとして放熱作用を持たせるために放熱効
果が向上し、筐体壁温度上昇の抑制、およびファンと組
合せて用いることによるさらなる放熱効果の向上が期待
できる。
請求項1および請求項5記載のヒートシンクにあっては
、凸部を発熱体に接触させ、他の凹部をファンの冷却風
の通路として用いるため、ファンと組合せて用いる時に
それぞれの冷却効果を最大限に発゜揮させることができ
る。
請求項1記載のヒートシンクにあっては、外囲器内部に
凸部を形成すればフィンとして作用し、一層冷却効果が
増す。
請求項16記載の冷却装置によれば、ヒートシンクの内
部に冷却流体を循環させるように構成したため、冷却効
果が向上する。さらに途中に熱交換器を設ければ冷却効
果のさらなる向上が望める。
請求項17記載の冷却装置によれば、ヒートシンク内に
半分程度の冷媒を封入し、この冷媒の沸騰、凝縮により
冷却が行なえ、内部にフィンを形成すれば、さらに大き
な熱交換が行なえる。
請求項19記載の冷却装置によれば、ヒートシンクの微
小穴から吹き出す流体により衝突噴流熱伝達となり熱伝
達率が大きくなる。
(実施例) 以下この発明の実施例を説明する。第1図は第1の発明
ヒートシンクの一実施例に係わる電子機器の概略図であ
る。第2図は第1図のA部を拡大しこの発明に係るヒー
トシンクを説明するための断面図である。絶縁性のフィ
ルム6を袋状にし流体7を封入してなる液体ヒートシン
ク4を、筐体1と基板2の間または、基板2と基板2の
間にサンドイッチ状に挟み込んで基板2に搭載されてい
るICチップ3を冷却する。この液体ヒートシンク4に
おいて、ICチップ3と接触する側の外囲器としての絶
縁フィルム6に凹凸部6a,6bを設け、冷却空気が流
れるための流路5を凹部6aを利用して形成するように
している。なお、凸部6bはICチップ3に接触して熱
交換を行なう。
第2図を使って熱の流れを説明すると、ICチップ3か
ら発熱した熱は、絶縁フィルム6の凸部6bを通って液
体7へと伝えられる。この液体7は、熱で対流を起し、
冷たい部分(横方向や筺体1と接触している部分)と熱
交換をおこなう。これにより、常に冷たい液7がICチ
ップ3と接触している部分に運ばれるようになる。そし
て対流で運ばれた熱は、次に筐体1へと伝導され、大気
中に放熱させられる。さらに冷却空気が流れている、流
路5にも熱伝達され、ファン8によって外気へ放出され
る。基板2と基板2の間の熱の移動は、両サイドの基板
2から液体7に伝導され、対流で移動し、冷却空気が流
れている流路5へと熱伝達される。
この様な構成にすると、液体ヒートシンク4で得られる
放熱効果の向上はもとより、冷却空気が通る流路5絶縁
フィルム6の凹部6aによって形威されているため、フ
ァン8を用いた電子機器、特にワークステーションなど
の発熱量の大きい電子機器の冷却も強制空冷と共用して
より大きな放熱効果を得ることができるようになる。さ
らに放熱面が筐体壁だけでなく絶縁フィルム6の凹部6
aの近傍から空冷で行なえるため基板2の間にも使用で
きるようになる。また、ICチップ3表面積だけでなく
、絶縁フィルム6の凹凸によって絶縁フィルム自体の表
面積が広がるため、実効放熱面積が増え放熱の向上につ
ながる。さらには、筐体1壁面のみの放熱に頼っていな
いため、筐体1壁面の温度が高くなることもない。
第3図に第1の発明のヒートシンクの他の実施例を示す
。液体ヒートシンク4をICチップ3大の大きさに形成
し、ICチップ3と筐体1接触面以外に、フィン状の凹
凸部9を設ける。こうすることにより、冷却空気が通る
流路5の放熱面積が大きくなることや、発熱するICチ
ップ3のみの局所冷却ができ、他のICチップ3を液体
7で逆に加熱することもな<、(従来のヒートシンクは
発熱しないICチップを逆に加熱することがあった。)
軽量化することができる。
以下第2の発明の冷却装置の一実施例を説明する。第4
図はこの簗2の発明の丈施例に係わる電子機器の概略図
である。絶縁性でフレキシブルな材料で袋状に作製され
たヒートシンク14を電子機器筺体11と基板12の間
もしくは、基板12と基板12の間にサンドイッチ状に
挟み込み、このヒートシンク14を並列もしくは直列に
接続ホース15にて接続する。ヒートシンク14内に水
もしくはフレオンなど冷却液17を循環ボンブ20で流
すようにする。ヒートシンク14と循環ポンプ20の間
には、冷却流体17の冷却に用いるための熱交換器19
を設け、この熱交換器19はファン18で冷却される。
このように構成すると、ヒートシンク14は、基板12
に搭載されているICチップ13面に接触すると同時に
反対面に位置する基板12(この面にはICチップ13
が搭載されている場合もある)にも接触する。接触は自
重あるいはヒートシンク14の内圧によって行われる。
ヒートシンク14は冷却液17で満たされている。冷却
液17は、ヒートシンク14から出ている接続ホース1
5を通って熱交換器19へと移動可能である。
この循環には、循環ポンブ20が用いられる。そして冷
却岐17は、この循環ボンプ20にて再度ヒートシンク
14へと戻される。このようにICチップ13からの発
熱は、ヒートシンク14と接触している面から熱伝導さ
れ熱交換器19に運ばれ、この熱交換器19から筐体1
1外へ運ばれる。
そして冷たくなった冷却液17は循環してきて、またI
Cチップ13の熱を奪う。この様な伝熱形態でICチッ
プ13の冷却を行うものである。さらに、拡大図示して
あるように、ヒートシンク14の内面に凹凸状のファン
14aを設けると、より冷却効率が上がる。
以上によって、袋状に形成したヒートシンク14が基板
12に搭載されているICチ・ソブ13やその他構成部
品にフレキシブルに接触し、この中を流されている冷却
岐17によって熱が吸収され、大きな放熱効果を得るこ
とができるようになる。このためワークステーションな
どの発熱量の大きい電子機器の冷却も簡単な装置で大き
な冷却効果を得ることができる。
この冷却装置によれば筐体11の壁面を放熱面として利
用しないため小型で壁面表面積の小さなものにも使用で
き、大きな冷却効果が得られる。
そして筺体11の壁面の温度上昇はまったく生じない。
さらに熱交換器19で冷却液17を強制冷却するので冷
却効果は非常に大きい。
基本的にこの第2の発明は基板12同士の間を冷却でき
、強制空冷と組合せて用いる必要はないが、第1の発明
のヒートシンク4を用いて強制空冷と組合せて実施して
もよい。
第6図に第2図の発明の他の実施例を示す。箱状に作製
されたヒートシンク24を電子機器筐体21と基板22
の間もしくは、基板22と基板22の間にサンドイッチ
状に挟み込み、このヒートシンク24と熱交換器2つと
を並列もしくは直列に接続ホース25で密閉するように
接続し、この空間内に水もしくはフレオンなど作動流体
27を適量封入してなる冷却装置を電子機器筐体21の
貼は、作動流体27の沸騰と共に出される。この蒸気に
変わった作動流体27は、熱交換器2つへと移動し、外
部へ放熱される、この際作動流体27は、熱を放出する
と共に、凝縮し、重力で発熱部に戻ってくるものである
このため、第4図で示したような循環器ポンブ20が必
要なくなるふんだけ、信頼性、コスト、重量などが改善
される。ここで第7図の拡大図で示したようにヒートシ
ンク24内部のファン状の凹凸24aを設ければ沸騰が
起こりやすくなり、より大きな熱の交換ができるように
なる。
第8図、第9図に第2の発明のさらに他の実施内に搭載
する。この様にすると、ICチップ23例を示す。絶縁
性でフレキシブルな材料で袋状に作製されたヒートシン
ク34に0.1m+s〜1.0mm程度の小さな穴34
aを設け、電子機器筺体31と基仮32の間もしくは、
基板32と基仮32の間にこれをサンドイッチ状に挟み
込み、このヒートシンク34の一ケ所に並列にもしくは
直列に接続された接続ホース35から冷却空気37を送
り込むためのボンブ40を組み込むようにする。
この様な構成にすると、冷却空気37がヒートシンク3
4に設けた小さな穴34aから、ICチップ33に向か
って吹き出し、衝突噴流熱伝達となり、熱伝達率が大き
くなる。上記実施例のように液体を用いないため装置の
信頼性がより向上する。
以上の実施例において、発熱体はICチップ等として説
明を行なってきたが、この発熱体に対してヒートシンク
が絶縁性を必要としない場合には、外囲器は絶縁性フィ
ルムである必要はなく、また、発熱体と筐体壁あるいは
基板とのギャップ等が予め設定されている場合には、外
囲器はフレキシブルである必要もなく、予め設計寸法に
合わせて外囲器の形状を作成して装着すればよい。
なお、本発明は上記実施例に限定されることなくその要
旨を逸脱しない範囲で種々変形して用いることができる
[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、小型で高発熱量の
機器も冷却を十分行なうことができ、また基板と基板の
間も冷却できるヒートシンクおよび冷却装置を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明のヒートシンクを組込んだ電子機器の
概略図、第2図は、第1図における要部拡大図、第3図
は、本発明のヒートシンクの他の実施例を示す要部拡大
図、第4図は、本発明の冷却装置を組込んだ電子機器の
概略図、第5図は、第4図における要部拡大図、第6図
は、本発明の他の実施例に係る冷却装置を組込んだ電子
機器の概略図、第7図は、第6図における要部拡大図、
第8図は、本発明のさらに他の実施例に係る冷却装置を
組込んだ電子機器の概略図、第9図は、第8図における
要部拡大図、第10図は、従来の冷却装置を組込んだ電
子機器の概略図、第11図は、従来ヒートシンクによる
冷却原理図である。 1・・・電子機器筐体、2・・・基板、3・・・ICチ
ップ、4・・・ヒートシンク、5・・・流路、6・・・
絶縁フィルム、6a・・・凹部、6b・・・凸部、7・
・・冷却液、8・・・フ7ン、9・・・ファン状凹凸部
、1】・・・電子機器筐体、12・・・・基板、13・
・・ICチップ。14・・・ヒートシンク、15・・・
接続ホース、17・・・冷却液、19・・・熱交換器、
20・・・循環ポンプ、21・・・電子機器筐体、22
・・・基板、23・・・ICチップ、24・・・ヒート
シンク、25・・・接続ホース、27・・・作動流体、
2つ・・・熱交換器、30・・・循環ボンブ、31・・
・電子機器筐体、32・・・基板、33・・・ICチッ
プ、34・・・ヒートシンク、34a・・・穴、35・
・・接続ホース、37・・・冷却空気、4o・・・循環
ボンブ。

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)冷却流体を外囲器内に封入したヒートシンクにお
    いて、 前記外囲器の少なくとも一部に凸部を形成したことを特
    徴とするヒートシンク。
  2. (2)前記外囲器は絶縁性のフレキシブルシートから成
    ることを特徴とする請求項1記載のヒートシンク。
  3. (3)前記凸部を発熱体に接触させて発熱体の冷却を行
    なうことを特徴とする請求項1記載のヒートシンク。
  4. (4)前記凸部はフィン状に形成されて成り、この凸部
    を放熱部として用いることを特徴とする請求項1記載の
    ヒートシンク。
  5. (5)筺体内に収納され発熱体を配置した基板同士の間
    、あるいは前記基板と前記筐体壁との間に挟まれて前記
    発熱体の冷却を行なうために冷却流体を外囲器内に封入
    して成るヒートシンクであって、 前記外囲器の前記基板あるいは前記筐体壁と接触する表
    面以外の少なくとも一部にフィン状の凸部を設けたこと
    を特徴とするヒートシンク。
  6. (6)請求項5記載のヒートシンクのフィン状の凸部に
    前記筐体内に設けた送風手段により冷却風を送るように
    構成したことを特徴とする冷却装置。
  7. (7)前記ヒートシンクは前記発熱体1つあるいは複数
    の発熱体をグループとして1グループに1つづつ対応し
    て配置されることを特徴とする請求項5記載のヒートシ
    ンク。
  8. (8)筺体内に収納され発熱体を配置した基板同士の間
    あるいは前記基板と前記筐体壁との間に挟まれて前記発
    熱体の冷却を行なうために冷却流体を外囲器に封入して
    成るヒートシンクであって、前記外囲器の少なくとも一
    部に前記発熱体に接触させるための凸部および冷却風の
    通路となる凹部を形成したことを特徴とするヒートシン
    ク。
  9. (9)前記外囲器は、絶縁性を有していることを特徴と
    する請求項5あるいは請求項8記載のヒートシンク。
  10. (10)前記外囲器は、フレキシブルであることを特徴
    とする請求項5あるいは請求項8記載のヒートシンク。
  11. (11)前記ヒートシンクの前記外囲器内部に複数の微
    小凸部を設けたことを特徴とする請求項1あるいは請求
    項5あるいは請求項8記載のヒートシンク。
  12. (12)筺体内に収納された基板に配置された発熱体を
    冷却するために、冷却流体を封入する外囲器の少なくと
    も一部に凸部を形成してなるヒートシンクを具備し、 前記凸部を前記発熱体に接触させ、前記外囲器の平面状
    部分を前記筺体壁あるいは前記基板に接触させることを
    特徴とする冷却装置。
  13. (13)筺体内に収納された基板に配置された発熱体を
    冷却するために、冷却流体を封入する外囲器の少なくと
    も一部にフィン状の凸部を形成してなるヒートシンクを
    具備し、 前記外囲器の一方の平面状部分を前記発熱体に接触させ
    、他方の平面状部分を前記筐体壁あるいは前記基板に接
    触させると共に、前記凸部を放熱部とすることを特徴と
    する冷却装置。
  14. (14)筐体内に収納された基板に配置された発熱体を
    冷却するために、冷却流体を封入する外囲器の表面の少
    なくとも一部を凹凸状に形成してなるヒートシンクと、 前記筐体内に冷却風を送風するための送風手段とを具備
    し、 前記ヒートシンクの凸部を前記発熱体に接触させ、前記
    凹部を前記冷却風の通路とすることを特徴とする冷却装
    置。
  15. (15)前記フィン状の凸部に冷却風を送風する送風手
    段を設けたことを特徴とする請求項13記載の冷却装置
  16. (16)筐体内に収納された基板に配置された発熱体を
    冷却するためのヒートシンクと、 このヒートシンク内に冷却流体を循環させるための循環
    手段と、 この循環手段と前記ヒートシンクを閉ループに接続する
    ための接続手段と、 から成ることを特徴とする冷却装置。
  17. (17)筺体内に収納された基板に配置された発熱体を
    冷却するために少なくとも前記発熱体にその一部を接触
    させた外囲器と、この外囲器内に任意量封入される冷媒
    とから構成されるヒートシンクと、 前記外囲器に接続手段を介して連結される熱交換器と、 からなることを特徴とする冷却装置。
  18. (18)前記接続手段の途中に熱交換器を設けたことを
    特徴とする請求項16記載の冷却装置。
  19. (19)筺体内に収納された基板に配置された発熱体を
    冷却するために密閉状に形成された外囲器の前記発熱体
    の近傍に微小穴の設けられたヒートシンクと、 前記ヒートシンク内に冷却流体を供給する供給手段と、
    から成ることを特徴とする冷却装置。
  20. (20)前記ヒートシンクは、前記基板同士の間あるい
    は前記基板と前記筐体壁の間に挟まれて配置されている
    ことを特徴とする請求項12,請求項13,請求項14
    ,請求項16,請求項17,あるいは請求項19のいず
    れかに記載の冷却装置。
  21. (21)前記ヒートシンクの前記外囲器内部に複数の微
    小凸部を設けたことを特徴とする請求項12,請求項1
    3,請求項14,請求項16,請求項17,請求項19
    のいずれかに記載の冷却装置。
  22. (22)前記ヒートシンクの前記外囲器は絶縁性を有し
    ていることを特徴とする請求項12,請求項13,請求
    項14,請求項16,請求項17,請求項19のいずれ
    かに記載の冷却装置。
  23. (23)前記ヒートシンクの前記外囲器はフレキシブル
    であることを特徴とする請求項12,請求項13,請求
    項14,請求項16,請求項17,請求項19のいずれ
    かに記載の冷却装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010196926A (ja) * 2009-02-24 2010-09-09 Daikin Ind Ltd 空気調和機の電装装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010196926A (ja) * 2009-02-24 2010-09-09 Daikin Ind Ltd 空気調和機の電装装置

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