JPH05335454A - 電子機器の冷却装置 - Google Patents
電子機器の冷却装置Info
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- JPH05335454A JPH05335454A JP2155293A JP2155293A JPH05335454A JP H05335454 A JPH05335454 A JP H05335454A JP 2155293 A JP2155293 A JP 2155293A JP 2155293 A JP2155293 A JP 2155293A JP H05335454 A JPH05335454 A JP H05335454A
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- cold plate
- semiconductor element
- cooling device
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-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
- H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】経済的な設計で表面発熱密度の大きな半導体素
子を効果的に冷却できるようにした電子機器の冷却装置
を提供する。 【構成】発熱部品である半導体素子５を伝熱的に面接触
させて複数の半導体素子を一括搭載したコールドプレー
ト１と、該コールドプレートに穿った冷媒液通路１ａを
経由して放熱器９，冷媒液循環ポンプ６，冷媒液液溜タ
ンク７との間で冷媒液としてのフロロカーボン液８を循
環させる冷媒液循環回路とから冷却装置を構成し、かつ
前記冷媒液通路はコールドプレートに搭載した半導体素
子の配列に合わせて各半導体素子との対向面域の下を通
るように設ける。
子を効果的に冷却できるようにした電子機器の冷却装置
を提供する。 【構成】発熱部品である半導体素子５を伝熱的に面接触
させて複数の半導体素子を一括搭載したコールドプレー
ト１と、該コールドプレートに穿った冷媒液通路１ａを
経由して放熱器９，冷媒液循環ポンプ６，冷媒液液溜タ
ンク７との間で冷媒液としてのフロロカーボン液８を循
環させる冷媒液循環回路とから冷却装置を構成し、かつ
前記冷媒液通路はコールドプレートに搭載した半導体素
子の配列に合わせて各半導体素子との対向面域の下を通
るように設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、大型電算機，パワー
用電子デバイスなどを対象に、発熱量の大きな半導体素
子（ＩＣ，ＬＳＩ，サイリスタ，ＩＧＢＴなど）を装備
した電子機器の冷却装置に関する。
用電子デバイスなどを対象に、発熱量の大きな半導体素
子（ＩＣ，ＬＳＩ，サイリスタ，ＩＧＢＴなど）を装備
した電子機器の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】昨今では、ＩＣやＬＳＩなどの半導体素
子はますます小形化，高集積密度化が進んでおり、チッ
プの単位体積当たりの発熱量，したがってチップの表面
発熱密度もますます増大する傾向にある。例えばＩＣや
ＬＳＩチップでの表面発熱密度は、以前では最高でも３
Ｗ／cm2 程度であったものが、最近では高集積密度化の
進展により１０Ｗ／cm2 を超えるまでに到っている。そ
こで、このような表面発熱密度の高い半導体素子を搭載
した電子機器に対して、半導体素子の温度（ジャンクシ
ョン温度）を許容温度以内に抑えるためには、電子機器
全体の小型化に相応した小形で冷却性能の高い冷却装置
が必要となる。
子はますます小形化，高集積密度化が進んでおり、チッ
プの単位体積当たりの発熱量，したがってチップの表面
発熱密度もますます増大する傾向にある。例えばＩＣや
ＬＳＩチップでの表面発熱密度は、以前では最高でも３
Ｗ／cm2 程度であったものが、最近では高集積密度化の
進展により１０Ｗ／cm2 を超えるまでに到っている。そ
こで、このような表面発熱密度の高い半導体素子を搭載
した電子機器に対して、半導体素子の温度（ジャンクシ
ョン温度）を許容温度以内に抑えるためには、電子機器
全体の小型化に相応した小形で冷却性能の高い冷却装置
が必要となる。
【０００３】一方、ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体素子の冷
却方式として、従来より自然対流による空冷，あるいは
強制空冷方式、半導体素子に組合わせたヒートシンクに
直接冷却水を流して除熱する水冷方式、さらに低沸点の
非導電性冷媒液の中に半導体素子を直接浸漬する沸騰冷
却方式，あるいはヒートパイプを採用した冷却方式な
ど、各種冷却方式が実用に供されている。
却方式として、従来より自然対流による空冷，あるいは
強制空冷方式、半導体素子に組合わせたヒートシンクに
直接冷却水を流して除熱する水冷方式、さらに低沸点の
非導電性冷媒液の中に半導体素子を直接浸漬する沸騰冷
却方式，あるいはヒートパイプを採用した冷却方式な
ど、各種冷却方式が実用に供されている。
【０００４】図７は前記冷却方式の一例として、冷媒液
を冷熱源として筐体内に組み込んだ電子機器を送風冷却
する強制空冷方式の冷却装置を示すものである。すなわ
ち、筐体１５の内部には半導体素子などを含む電子機器
１２とともに、冷媒液を貯溜する液溜タンク７、冷媒液
循環ポンプ６、冷媒液を冷熱源として筐体内部の空気を
冷媒液するファン１４付きの空冷熱交換器１３が併設さ
れており、さらに筐体１５の外にはファン１０と組合わ
せた放熱器９を設けて前記ポンプ６液溜タンク７，熱交
換器１３との間を送液配管１１により直列に接続して冷
媒液循環回路を構成している。
を冷熱源として筐体内に組み込んだ電子機器を送風冷却
する強制空冷方式の冷却装置を示すものである。すなわ
ち、筐体１５の内部には半導体素子などを含む電子機器
１２とともに、冷媒液を貯溜する液溜タンク７、冷媒液
循環ポンプ６、冷媒液を冷熱源として筐体内部の空気を
冷媒液するファン１４付きの空冷熱交換器１３が併設さ
れており、さらに筐体１５の外にはファン１０と組合わ
せた放熱器９を設けて前記ポンプ６液溜タンク７，熱交
換器１３との間を送液配管１１により直列に接続して冷
媒液循環回路を構成している。
【０００５】かかる冷却装置において、空冷熱交換器１
３と放熱器９との間で冷媒液８を循環送流することによ
り、空冷熱交換器１３で冷媒液８と筐体内部の空気とが
熱交換し、ここで冷却された空気がファン１４により電
子機器１２に送風されて電子機器１２に組み込まれた半
導体素子などを強制冷却する。
３と放熱器９との間で冷媒液８を循環送流することによ
り、空冷熱交換器１３で冷媒液８と筐体内部の空気とが
熱交換し、ここで冷却された空気がファン１４により電
子機器１２に送風されて電子機器１２に組み込まれた半
導体素子などを強制冷却する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、先記の
ように表面発熱密度が１０Ｗ／cm2 を超えるような高集
積密度の半導体素子を対象とした場合に、従来方式によ
る各種の冷却装置のままでは実用面での対応が困難であ
り、特に図７の冷却装置では半導体素子の発熱を周囲の
空気を介して空冷熱交換器に伝熱するため、前述のよう
に高度に集積化されたＩＣやＬＳＩ等のように表面発熱
密度大きい半導体素子をその許容温度以下に効率よく冷
却することが困難であり、電子機器本体に比べて冷却装
置が大型化するなどの問題が残る。
ように表面発熱密度が１０Ｗ／cm2 を超えるような高集
積密度の半導体素子を対象とした場合に、従来方式によ
る各種の冷却装置のままでは実用面での対応が困難であ
り、特に図７の冷却装置では半導体素子の発熱を周囲の
空気を介して空冷熱交換器に伝熱するため、前述のよう
に高度に集積化されたＩＣやＬＳＩ等のように表面発熱
密度大きい半導体素子をその許容温度以下に効率よく冷
却することが困難であり、電子機器本体に比べて冷却装
置が大型化するなどの問題が残る。
【０００７】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、その目的は前記課題を解決し、経済的な設計で
表面発熱密度の大きな半導体素子を効果的に冷却できる
ようにした電子機器の冷却装置を提供することにある。
であり、その目的は前記課題を解決し、経済的な設計で
表面発熱密度の大きな半導体素子を効果的に冷却できる
ようにした電子機器の冷却装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の冷却装置は、個々の半導体素子と伝熱的に
面接触させて複数の半導体素子を一括搭載したコールド
プレートと、該コールドプレートに穿った冷媒液通路を
経由して放熱器，冷媒液循環ポンプ，冷媒液液溜タンク
との間で冷媒液を循環させる冷媒液循環回路とからな
り、かつ前記冷媒液通路を、コールドプレートに搭載し
た半導体素子の配列に合わせて各半導体素子との対向面
域の下を通るように振り分けて構成するものとする。
に、本発明の冷却装置は、個々の半導体素子と伝熱的に
面接触させて複数の半導体素子を一括搭載したコールド
プレートと、該コールドプレートに穿った冷媒液通路を
経由して放熱器，冷媒液循環ポンプ，冷媒液液溜タンク
との間で冷媒液を循環させる冷媒液循環回路とからな
り、かつ前記冷媒液通路を、コールドプレートに搭載し
た半導体素子の配列に合わせて各半導体素子との対向面
域の下を通るように振り分けて構成するものとする。
【０００９】また、前記の冷却装置は、具体的に次記の
ように構成して実施することができる。 （１）冷媒液としてフロロカーボンを採用する。 （２）コールドプレートに搭載した各個の半導体素子と
対応する冷媒液通路を、複数の分流路に分けて半導体素
子との対向面域に配列するとともに、その分流路の一つ
を半導体素子の中心部に対向位置させる。
ように構成して実施することができる。 （１）冷媒液としてフロロカーボンを採用する。 （２）コールドプレートに搭載した各個の半導体素子と
対応する冷媒液通路を、複数の分流路に分けて半導体素
子との対向面域に配列するとともに、その分流路の一つ
を半導体素子の中心部に対向位置させる。
【００１０】（３）コールドプレートに設けた冷媒液通
路の内壁面に凹凸面を形成する。 （４）コールドプレートを半導体素子のパッケージを兼
ねた高熱伝導性のセラミック板で構成する。 （５）コールドプレートと並列もしくは直列に、冷媒液
循環回路を通流する冷媒液を冷熱源として筐体内に組み
込んだ他の電子デバイスを送風冷却する空冷式熱交換器
を接続する。
路の内壁面に凹凸面を形成する。 （４）コールドプレートを半導体素子のパッケージを兼
ねた高熱伝導性のセラミック板で構成する。 （５）コールドプレートと並列もしくは直列に、冷媒液
循環回路を通流する冷媒液を冷熱源として筐体内に組み
込んだ他の電子デバイスを送風冷却する空冷式熱交換器
を接続する。
【００１１】
【作用】上記の構成によれば、コールドプレートの内部
に設けた冷媒液通路を、コールドプレート上に搭載した
半導体素子の配列に合わせて各半導体素子との対向面域
の下を通るように形成したことにより、この冷媒液通路
と半導体素子との間の伝熱距離が最短距離となり、それ
だけ冷媒液通路を流れる冷媒液との間の伝熱抵抗が小さ
くなる。また、半導体素子での発熱分布はチップの中心
部が周辺部に比べて高くなることから、この熱分布に合
わせて前記の冷媒液通路を複数，例えば３本の分流路に
分け、さらにその分流路の一つを半導体素子の中心部に
対向位置させたことにより、コールドプレートと冷媒液
通路を流れる冷媒液と間の伝熱面積増加と併せて半導体
素子の発熱が効果的に冷媒液へ熱移動し、これにより高
い熱通過率が達成される。さらに、前記構成に加えて冷
媒液通路の内壁面に例えば雌ねじのような凹凸面を形成
することにより、冷媒液の乱流効果が加わって熱移動が
より一層高まる。
に設けた冷媒液通路を、コールドプレート上に搭載した
半導体素子の配列に合わせて各半導体素子との対向面域
の下を通るように形成したことにより、この冷媒液通路
と半導体素子との間の伝熱距離が最短距離となり、それ
だけ冷媒液通路を流れる冷媒液との間の伝熱抵抗が小さ
くなる。また、半導体素子での発熱分布はチップの中心
部が周辺部に比べて高くなることから、この熱分布に合
わせて前記の冷媒液通路を複数，例えば３本の分流路に
分け、さらにその分流路の一つを半導体素子の中心部に
対向位置させたことにより、コールドプレートと冷媒液
通路を流れる冷媒液と間の伝熱面積増加と併せて半導体
素子の発熱が効果的に冷媒液へ熱移動し、これにより高
い熱通過率が達成される。さらに、前記構成に加えて冷
媒液通路の内壁面に例えば雌ねじのような凹凸面を形成
することにより、冷媒液の乱流効果が加わって熱移動が
より一層高まる。
【００１２】一方、コールドプレートの材質として、窒
化アルミニウム，炭化珪素などの高熱伝導性セラミック
ス板を採用して半導体素子のパッケージを兼ねたコール
ドプレートを用い、このコールドプレートをベース板と
してその上に半導体素子のチップを直接マウントして半
導体素子のパッケージを構成することにより、チップと
コールドプレート間の伝熱抵抗がさらに低減して冷媒液
との間の熱通過率がより一層向上するほか、組立構造も
大幅に簡略化され、かつ冷媒液の種類を問わずコールド
プレートの腐蝕のおそれもない。
化アルミニウム，炭化珪素などの高熱伝導性セラミック
ス板を採用して半導体素子のパッケージを兼ねたコール
ドプレートを用い、このコールドプレートをベース板と
してその上に半導体素子のチップを直接マウントして半
導体素子のパッケージを構成することにより、チップと
コールドプレート間の伝熱抵抗がさらに低減して冷媒液
との間の熱通過率がより一層向上するほか、組立構造も
大幅に簡略化され、かつ冷媒液の種類を問わずコールド
プレートの腐蝕のおそれもない。
【００１３】また、半導体素子を搭載した前記のコール
ドプレートと並列もしくは直列に、循環冷媒液を冷熱源
として電子機器の筐体内部の空気を冷却する空冷式熱交
換器を接続することにより、ＬＳＩなどの半導体素子と
一緒に筐体内部に組み込んだバックボード（制御回路を
搭載したプリント配線板）などの発熱量が比較的小さい
電子デバイスを、同じ冷熱源を利用して同時に強制空冷
することができる。
ドプレートと並列もしくは直列に、循環冷媒液を冷熱源
として電子機器の筐体内部の空気を冷却する空冷式熱交
換器を接続することにより、ＬＳＩなどの半導体素子と
一緒に筐体内部に組み込んだバックボード（制御回路を
搭載したプリント配線板）などの発熱量が比較的小さい
電子デバイスを、同じ冷熱源を利用して同時に強制空冷
することができる。
【００１４】
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。まず、図１，図２は本発明の各実施例に対応する冷
却装置の系統図を示すものであり、図において、１はコ
ールドプレート、１ａはコールドプレート１の内部に穿
孔したトンネル状の冷媒液通路、２，３はコールドプレ
ート１に入口，出口側に接続管４を介して接続したヘッ
ダ、５はＬＳＩなどの発熱量の大きな半導体素子、６は
冷媒液循環ポンプ、７は冷媒液の液溜タンク、８は冷媒
液として採用したフロロカーボン液、９は空冷式熱交換
器としてなる放熱器、１０は放熱器の送風ファン、１１
は冷媒液循環回路の送液配管、１２は前記半導体素子５
とともに電子機器の筺体内に組み込まれたバックボード
などの比較的発熱量の少ない電子デバイス、１３は電子
機器の筐体内部に配備した空冷熱交換器、１４は空冷熱
交換器１３に付設した送風ファン、１５は電子機器の筐
体を表している。
る。まず、図１，図２は本発明の各実施例に対応する冷
却装置の系統図を示すものであり、図において、１はコ
ールドプレート、１ａはコールドプレート１の内部に穿
孔したトンネル状の冷媒液通路、２，３はコールドプレ
ート１に入口，出口側に接続管４を介して接続したヘッ
ダ、５はＬＳＩなどの発熱量の大きな半導体素子、６は
冷媒液循環ポンプ、７は冷媒液の液溜タンク、８は冷媒
液として採用したフロロカーボン液、９は空冷式熱交換
器としてなる放熱器、１０は放熱器の送風ファン、１１
は冷媒液循環回路の送液配管、１２は前記半導体素子５
とともに電子機器の筺体内に組み込まれたバックボード
などの比較的発熱量の少ない電子デバイス、１３は電子
機器の筐体内部に配備した空冷熱交換器、１４は空冷熱
交換器１３に付設した送風ファン、１５は電子機器の筐
体を表している。
【００１５】実施例１：図１において、コールドプレー
ト１は金属板で作られており、高集積密度化したＬＳＩ
などの発熱量の大きな半導体素子５は、コールドプレー
ト１の板面上に面接触させて搭載されており、かつ該コ
ールドプレート１は冷媒液循環ポンプ６，フロロカーボ
ン液８を貯留した液溜タンク７，放熱器８との間を送液
配管１１により相互接続して冷媒液循環回路を構成して
いる。なお、液溜タンク７はフロロカーボン液８の温度
変化による膨張，収縮を吸収するダンパー、およびポン
プへ６の吸い込み安定化の役目を果たす。また、フロロ
カーボン液８としては、例えばＣ5 Ｆ12（大気圧ての沸
点３０℃），Ｃ6 Ｆ14（沸点５６℃），Ｃ8 Ｆ16Ｏ（沸
点１０１℃）などが採用できる。
ト１は金属板で作られており、高集積密度化したＬＳＩ
などの発熱量の大きな半導体素子５は、コールドプレー
ト１の板面上に面接触させて搭載されており、かつ該コ
ールドプレート１は冷媒液循環ポンプ６，フロロカーボ
ン液８を貯留した液溜タンク７，放熱器８との間を送液
配管１１により相互接続して冷媒液循環回路を構成して
いる。なお、液溜タンク７はフロロカーボン液８の温度
変化による膨張，収縮を吸収するダンパー、およびポン
プへ６の吸い込み安定化の役目を果たす。また、フロロ
カーボン液８としては、例えばＣ5 Ｆ12（大気圧ての沸
点３０℃），Ｃ6 Ｆ14（沸点５６℃），Ｃ8 Ｆ16Ｏ（沸
点１０１℃）などが採用できる。
【００１６】ここで、コールドプレート１は伝熱性の高
い金属板で作られており、図３で示すように複数個の半
導体素子５が碁盤目状に配列してコールドプレート１の
片側面，ないしは両側面に搭載されている。また、コー
ルドプレート１の内部に穿孔した冷媒液通路１ａは、コ
ールドプレート上に搭載した半導体素子５の配列に合わ
せて各個の半導体素子５の下を通るように複数列に分散
して形成されており、各列の冷媒液通路１ａはヘッダー
２と３との間に並列に接続配管されている。
い金属板で作られており、図３で示すように複数個の半
導体素子５が碁盤目状に配列してコールドプレート１の
片側面，ないしは両側面に搭載されている。また、コー
ルドプレート１の内部に穿孔した冷媒液通路１ａは、コ
ールドプレート上に搭載した半導体素子５の配列に合わ
せて各個の半導体素子５の下を通るように複数列に分散
して形成されており、各列の冷媒液通路１ａはヘッダー
２と３との間に並列に接続配管されている。
【００１７】かかる構成で、電子機器の稼働時に冷媒液
循環ポンプ６，送風ファン１０を運転すると、冷媒液で
あるフロロカーボン液８がコールドプレート１と放熱器
９との間を循環送流する。そして、コールドプレート１
の冷媒液通路１ａを流れる過程で半導体素子５からコー
ルドプレート１に伝熱した熱を奪って放熱器９へ熱搬送
し、ここで系外に放熱して温度が下がった後に再びコー
ルドプレート１に還流するサイクルを繰り返す。しか
も、コールドプレート１の冷媒液通路１ａは、前記のよ
うにコールドプレート上に搭載した半導体素子５の配列
に沿ってその下を通るように形成されているので、半導
体素子５との間の伝熱距離，したがって伝熱抵抗が小さ
く、さらに冷媒液に低沸点のフロロカーボン液８を採用
して強制通流するようにしたので核沸騰の作用も加わ
り、これにより半導体素子５の発生熱は冷媒液通路１ａ
を流れるフロロカーボン液８へ効率よく熱移動して系外
に除熱される。
循環ポンプ６，送風ファン１０を運転すると、冷媒液で
あるフロロカーボン液８がコールドプレート１と放熱器
９との間を循環送流する。そして、コールドプレート１
の冷媒液通路１ａを流れる過程で半導体素子５からコー
ルドプレート１に伝熱した熱を奪って放熱器９へ熱搬送
し、ここで系外に放熱して温度が下がった後に再びコー
ルドプレート１に還流するサイクルを繰り返す。しか
も、コールドプレート１の冷媒液通路１ａは、前記のよ
うにコールドプレート上に搭載した半導体素子５の配列
に沿ってその下を通るように形成されているので、半導
体素子５との間の伝熱距離，したがって伝熱抵抗が小さ
く、さらに冷媒液に低沸点のフロロカーボン液８を採用
して強制通流するようにしたので核沸騰の作用も加わ
り、これにより半導体素子５の発生熱は冷媒液通路１ａ
を流れるフロロカーボン液８へ効率よく熱移動して系外
に除熱される。
【００１８】次に、前記した実施例１の応用実施例を図
４，図５，図６に示す。まず、図４の構成では、コール
ドプレート１に穿孔した冷媒液通路１ａの穴に沿って壁
面が凹凸面を呈するような凹凸溝１６が形成されておい
る。かかる構成により、コールドプレート１と冷媒液通
路１ａを流れる冷媒液との間の伝熱面積の増大ととも
に、冷媒液流の乱流効果も加わって伝熱性能が向上す
る。
４，図５，図６に示す。まず、図４の構成では、コール
ドプレート１に穿孔した冷媒液通路１ａの穴に沿って壁
面が凹凸面を呈するような凹凸溝１６が形成されておい
る。かかる構成により、コールドプレート１と冷媒液通
路１ａを流れる冷媒液との間の伝熱面積の増大ととも
に、冷媒液流の乱流効果も加わって伝熱性能が向上す
る。
【００１９】一方、図５の構成では、コールドプレート
１の両面に搭載した半導体素子５が加圧ばね１７，押え
板１８を介して締結ボルト１９によりコールドプレート
１の板面に押圧支持されている。また、コールドプレー
ト１の冷媒液通路１ａは、半導体素子５の各個片ごとに
半導体素子のパッケージに対向して左右，中央に並ぶ合
計３本に分流路１ｂ〜１ｄに分けて形成されており、こ
のうち中央に並ぶ分流路１ｃは半導体素子５の発熱分布
で表面発熱密度が最も高い素子の中心部と対向するよう
位置決めされている。かかる構成により、冷媒液通路の
伝熱面積（３本の分流路１ｂ〜１ｄの表面積の合計）が
増加することに加え、半導体素子５の発熱分布で表面発
熱密度が最も高い中心部から冷媒液通路までの伝熱距離
が最短距離となるので、これにより半導体素子５と分岐
通路１ｂ〜１ｄを流れる冷媒液との間の伝熱抵抗が小さ
くなって効果的な除熱が達成される。
１の両面に搭載した半導体素子５が加圧ばね１７，押え
板１８を介して締結ボルト１９によりコールドプレート
１の板面に押圧支持されている。また、コールドプレー
ト１の冷媒液通路１ａは、半導体素子５の各個片ごとに
半導体素子のパッケージに対向して左右，中央に並ぶ合
計３本に分流路１ｂ〜１ｄに分けて形成されており、こ
のうち中央に並ぶ分流路１ｃは半導体素子５の発熱分布
で表面発熱密度が最も高い素子の中心部と対向するよう
位置決めされている。かかる構成により、冷媒液通路の
伝熱面積（３本の分流路１ｂ〜１ｄの表面積の合計）が
増加することに加え、半導体素子５の発熱分布で表面発
熱密度が最も高い中心部から冷媒液通路までの伝熱距離
が最短距離となるので、これにより半導体素子５と分岐
通路１ｂ〜１ｄを流れる冷媒液との間の伝熱抵抗が小さ
くなって効果的な除熱が達成される。
【００２０】図６は、前記の実施例をさらに発展させた
応用実施例を示すものである。この実施例は、前記した
各実施例における金属製のコールドプレート１の代わり
に、高伝熱性のセラミックを素材としたセラミック製の
コールドプレート２０を採用し、かつこのコールドプレ
ート２０の上に半導体素子５のチップを直接マウントし
てパッケージを構成したものである。すなわち、コール
ドプレート２０の上面には銅ベース２１を介してＬＳＩ
などのベアチップ２２がマウントされており、さらにチ
ップ２２に外囲ケース２３を被せた上でケースの内部に
封止樹脂２４を充填して半導体素子５のパッケージを構
成している。なお、図中での符号２０ａ，２０ｂ〜２０
ｄはそれぞれ先記したコールドプレート１の冷媒液通路
１ａ，分流路１ｂ〜１ｄに対応する冷媒液の通路、２５
は外部導出端子を示す。
応用実施例を示すものである。この実施例は、前記した
各実施例における金属製のコールドプレート１の代わり
に、高伝熱性のセラミックを素材としたセラミック製の
コールドプレート２０を採用し、かつこのコールドプレ
ート２０の上に半導体素子５のチップを直接マウントし
てパッケージを構成したものである。すなわち、コール
ドプレート２０の上面には銅ベース２１を介してＬＳＩ
などのベアチップ２２がマウントされており、さらにチ
ップ２２に外囲ケース２３を被せた上でケースの内部に
封止樹脂２４を充填して半導体素子５のパッケージを構
成している。なお、図中での符号２０ａ，２０ｂ〜２０
ｄはそれぞれ先記したコールドプレート１の冷媒液通路
１ａ，分流路１ｂ〜１ｄに対応する冷媒液の通路、２５
は外部導出端子を示す。
【００２１】かかる構成によれば、セラミック製のコー
ルドプレート２０自身を放熱基板としてその上に半導体
素子５のチップ２２を直接マウントして半導体素子のパ
ッケージを構成したので、全体の組立構造がシンプルと
なるほか、コールドプレート２０と発熱体であるチップ
２２との間の伝熱抵抗がさらに小さくなるので、これに
より冷却性能が一段と向上する。しかもコールドプレー
ト２０はセラミック製であるので冷媒液の種類を問わず
腐蝕のおそれが全くない。
ルドプレート２０自身を放熱基板としてその上に半導体
素子５のチップ２２を直接マウントして半導体素子のパ
ッケージを構成したので、全体の組立構造がシンプルと
なるほか、コールドプレート２０と発熱体であるチップ
２２との間の伝熱抵抗がさらに小さくなるので、これに
より冷却性能が一段と向上する。しかもコールドプレー
ト２０はセラミック製であるので冷媒液の種類を問わず
腐蝕のおそれが全くない。
【００２２】実施例２：図２は本発明の請求項６に対応
する別な実施例を示すものである。この実施例において
は、電子機器の筐体１５の内部に先記実施例１で述べた
半導体素子冷却用のコールドプレート１と空冷熱交換器
１３が併設されており、かつ該空冷熱交換器１３は冷媒
液循環回路に対してコールドプレート１と並列（もしく
は直列）に接続されている。この空冷熱交換器１３は筐
体１５の内部に組み込まれた電子デバイス１２を冷却す
るために設置されたものであり、コールドプレート１と
同様ち冷媒液循環回路を通流するフロロカーボン液（冷
媒液）８を冷熱源として筐体１５の室内空気を空冷熱交
換器１３との熱交換により冷却し、ここで得た冷気をさ
らに送風ファン１４により室内に送風して電子デバイス
１２を冷却する。
する別な実施例を示すものである。この実施例において
は、電子機器の筐体１５の内部に先記実施例１で述べた
半導体素子冷却用のコールドプレート１と空冷熱交換器
１３が併設されており、かつ該空冷熱交換器１３は冷媒
液循環回路に対してコールドプレート１と並列（もしく
は直列）に接続されている。この空冷熱交換器１３は筐
体１５の内部に組み込まれた電子デバイス１２を冷却す
るために設置されたものであり、コールドプレート１と
同様ち冷媒液循環回路を通流するフロロカーボン液（冷
媒液）８を冷熱源として筐体１５の室内空気を空冷熱交
換器１３との熱交換により冷却し、ここで得た冷気をさ
らに送風ファン１４により室内に送風して電子デバイス
１２を冷却する。
【００２３】かかる構成によれば、半導体素子５の冷却
系に空冷熱交換器１３を僅かに追加装備するだけで、半
導体素子５と電子デバイス１２を同時に冷却することが
できる。
系に空冷熱交換器１３を僅かに追加装備するだけで、半
導体素子５と電子デバイス１２を同時に冷却することが
できる。
【００２４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の冷却装置に
よれば次記の効果を奏する。 （１）請求項１の構成によれば、コールドプレートの冷
媒液通路を、コールドプレートに搭載した半導体素子の
配列に合わせて各半導体素子の下を通るように振り分け
て形成した上で、各列の冷媒液通路に冷媒液を強制通流
するようにしたので、半導体素子と冷媒液との間の伝熱
抵抗を小さくして半導体素子の発熱を効率よく除熱で
き、これにより表面発熱密度の大きなＬＳＩなどの半導
体素子にも小形な冷媒液装置で実用的に十分対応でき
る。
よれば次記の効果を奏する。 （１）請求項１の構成によれば、コールドプレートの冷
媒液通路を、コールドプレートに搭載した半導体素子の
配列に合わせて各半導体素子の下を通るように振り分け
て形成した上で、各列の冷媒液通路に冷媒液を強制通流
するようにしたので、半導体素子と冷媒液との間の伝熱
抵抗を小さくして半導体素子の発熱を効率よく除熱で
き、これにより表面発熱密度の大きなＬＳＩなどの半導
体素子にも小形な冷媒液装置で実用的に十分対応でき
る。
【００２５】（２）また、低沸点のフロロカーボン液を
冷媒液としての冷媒液通路に強制通流するようにしたの
で、核沸騰冷却作用も加わって半導体素子と冷媒液との
間の熱通過率がより一層向上する。 （３）請求項３の構成によれば、コールドプレートに搭
載した各個の半導体素子と対応する冷媒液通路を、複数
の分流路に分けて半導体素子との対向面域に配列すると
ともに、その分流路の一つを半導体素子の発熱分布で最
も表面発熱密度の高い素子の中心部に対向位置させるよ
うにしたので、コールドプレートと冷媒液通路を流れる
冷媒液と間の伝熱面積増加と併せて半導体素子の発生熱
が効果的に冷媒液へ熱移動し、これにより高い熱通過率
が達成される。
冷媒液としての冷媒液通路に強制通流するようにしたの
で、核沸騰冷却作用も加わって半導体素子と冷媒液との
間の熱通過率がより一層向上する。 （３）請求項３の構成によれば、コールドプレートに搭
載した各個の半導体素子と対応する冷媒液通路を、複数
の分流路に分けて半導体素子との対向面域に配列すると
ともに、その分流路の一つを半導体素子の発熱分布で最
も表面発熱密度の高い素子の中心部に対向位置させるよ
うにしたので、コールドプレートと冷媒液通路を流れる
冷媒液と間の伝熱面積増加と併せて半導体素子の発生熱
が効果的に冷媒液へ熱移動し、これにより高い熱通過率
が達成される。
【００２６】（４）請求項４の構成によれば、コールド
プレートに設けた冷媒液通路の内壁面に凹凸面を形成し
たので、冷媒液の乱流効果が加わって半導体素子との間
の熱移動がより一層高まる。 （５）請求項５の構成によれば、コールドプレートを半
導体素子た高熱伝導性をセラミック板とし、かつ該コー
ルドプレートをベース板としてその上に半導体素子のチ
ップを直接マウントして半導体素子のパッケージを構成
したので、これによりチップとコールドプレート間の伝
熱抵抗がさらに低減して冷媒液との間の熱通過率がより
一層向上するほか、組立構造もシンプルとなり、かつ冷
媒液の種類を問わずコールドプレートの腐蝕のおそれも
ないなどの利点が得られる。
プレートに設けた冷媒液通路の内壁面に凹凸面を形成し
たので、冷媒液の乱流効果が加わって半導体素子との間
の熱移動がより一層高まる。 （５）請求項５の構成によれば、コールドプレートを半
導体素子た高熱伝導性をセラミック板とし、かつ該コー
ルドプレートをベース板としてその上に半導体素子のチ
ップを直接マウントして半導体素子のパッケージを構成
したので、これによりチップとコールドプレート間の伝
熱抵抗がさらに低減して冷媒液との間の熱通過率がより
一層向上するほか、組立構造もシンプルとなり、かつ冷
媒液の種類を問わずコールドプレートの腐蝕のおそれも
ないなどの利点が得られる。
【００２７】（６）請求項６の構成によれば、コールド
プレートと並列もしくは直列に、冷媒液循環回路を通流
する冷媒液を冷熱源として筐体内に組み込んだ他の電子
デバイスを送風冷却する空冷式熱交換器を接続したこと
により、ＬＳＩなどの半導体素子と一緒に筐体内部に組
み込んだバックボード（制御回路を搭載したプリント配
線板）などの発熱量が比較的小さい電子デバイスを、同
じ冷熱源を利用して同時に強制空冷することができる。
プレートと並列もしくは直列に、冷媒液循環回路を通流
する冷媒液を冷熱源として筐体内に組み込んだ他の電子
デバイスを送風冷却する空冷式熱交換器を接続したこと
により、ＬＳＩなどの半導体素子と一緒に筐体内部に組
み込んだバックボード（制御回路を搭載したプリント配
線板）などの発熱量が比較的小さい電子デバイスを、同
じ冷熱源を利用して同時に強制空冷することができる。
【図１】本発明の実施例１に対応する冷却装置の系統図
【図２】本発明の実施例２に対応する冷却装置の系統図
【図３】図１におけるコールドプレート，およびコール
ドプレートに搭載した半導体素子の配列を示す平面図
ドプレートに搭載した半導体素子の配列を示す平面図
【図４】本発明の応用実施例によるコールドプレートの
冷媒液通路の部分断面図
冷媒液通路の部分断面図
【図５】本発明の応用実施例による冷却装置の要部組立
構造の断面図
構造の断面図
【図６】図５と異なる本発明の応用実施例による冷却装
置の要部組立構造の断面図
置の要部組立構造の断面図
【図７】従来における電子機器の冷却装置の系統図
１ コールドプレート １ａ 冷媒液通路 １ｂ〜１ｄ 分流路 ５ 半導体素子 ６ 冷媒液循環ポンプ ７ 冷媒液液溜タンク ８ フロロカーボン液（冷媒液） ９ 放熱器 １１ 冷媒液循環回路の送液配管 １２ 電子デバイス １３ 空冷熱交換器 １５ 電子機器の筐体 １６ 凹凸溝 ２０ セラミック製コールドプレート ２０ａ 冷媒液通路 ２２ 半導体素子のチップ
Claims (6)
- 【請求項１】発熱部品である半導体素子を装備した電子
機器の冷却装置であって、個々の半導体素子と伝熱的に
面接触させて複数の半導体素子を一括搭載したコールド
プレートと、該コールドプレートに穿った冷媒液通路を
経由して放熱器，冷媒液循環ポンプ，冷媒液液溜タンク
との間で冷媒液を循環させる冷媒液循環回路とからな
り、かつ前記冷媒液通路を、コールドプレートに搭載し
た半導体素子の配列に合わせて各半導体素子との対向面
域の下を通るように振り分けて設けたことを特徴とする
電子機器の冷却装置。 - 【請求項２】請求項１記載の冷却装置において、冷媒液
がフロロカーボンであることを特徴とする電子機器の冷
却装置。 - 【請求項３】請求項１記載の冷却装置において、コール
ドプレートに搭載した各個の半導体素子と対応する冷媒
液通路を、複数の分流路に分けて半導体素子との対向面
域に配列するとともに、その分流路の一つを半導体素子
の中心部に対向位置させたことを特徴とする電子機器の
冷却装置。 - 【請求項４】請求項１，または３記載の冷却装置におい
て、冷媒液通路の壁面に凹凸面を形成したことを特徴と
する電子機器の冷却装置。 - 【請求項５】請求項１記載の冷却装置において、コール
ドプレートが半導体素子のパッケージを兼ねた高熱伝導
性のセラミック板であることを特徴とする電子機器の冷
却装置。 - 【請求項６】請求項１記載の冷却装置において、コール
ドプレートと並列もしくは直列に、冷媒液循環回路を通
流する冷媒液を冷熱源として筐体内に組み込んだ他の電
子デバイスを送風冷却する空冷式熱交換器を接続したこ
とを特徴とする電子機器の冷却装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2155293A JPH05335454A (ja) | 1992-04-03 | 1993-02-10 | 電子機器の冷却装置 |
| DE1993607372 DE69307372T2 (de) | 1992-04-03 | 1993-04-02 | Kühlanlage für elektronische Einheit |
| EP19930105521 EP0563993B1 (en) | 1992-04-03 | 1993-04-02 | Electronic unit cooling system |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8119292 | 1992-04-03 | ||
| JP4-81192 | 1992-04-03 | ||
| JP2155293A JPH05335454A (ja) | 1992-04-03 | 1993-02-10 | 電子機器の冷却装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05335454A true JPH05335454A (ja) | 1993-12-17 |
Family
ID=26358638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2155293A Pending JPH05335454A (ja) | 1992-04-03 | 1993-02-10 | 電子機器の冷却装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0563993B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05335454A (ja) |
| DE (1) | DE69307372T2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3331610A1 (de) * | 1982-09-06 | 1984-03-08 | Murata Manufacturing Co., Ltd., Nagaokakyo, Kyoto | Dielektrische keramische zusammensetzung |
| US6808014B2 (en) | 2002-07-15 | 2004-10-26 | Hitachi, Ltd | Cooling device of electronic apparatus |
| US6972954B2 (en) | 2000-12-20 | 2005-12-06 | Hitachi, Ltd. | Liquid cooling system and personal computer using the same |
| JP2006303290A (ja) * | 2005-04-22 | 2006-11-02 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
| US7242581B2 (en) | 2004-08-20 | 2007-07-10 | Hitachi, Ltd. | Liquid cooling system and an electronic apparatus applying the same therein |
| JP2009015266A (ja) * | 2007-07-09 | 2009-01-22 | Ricoh Co Ltd | 冷却装置および画像形成装置 |
| US9826661B2 (en) | 2014-06-28 | 2017-11-21 | Nidec Corporation | Heat module |
| KR20190100760A (ko) * | 2018-02-21 | 2019-08-29 | 오세윤 | 열전소자를 이용하는 급속 냉각 장치 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19506091B4 (de) * | 1995-02-22 | 2005-02-10 | Schulz-Harder, Jürgen, Dr.-Ing. | Kühlelement |
| US5983997A (en) * | 1996-10-17 | 1999-11-16 | Brazonics, Inc. | Cold plate having uniform pressure drop and uniform flow rate |
| DE19646195A1 (de) * | 1996-11-08 | 1998-05-14 | Austerlitz Electronic Gmbh | Modular aufgebauter stranggepreßter Flüssigkeitskühlkörper mit verbesserten und einstellbaren Kühleigenschaften |
| DE19647916C2 (de) * | 1996-11-20 | 1999-02-18 | Ilfa Industrieelektronik Und L | Leiterplattenanordnung |
| WO2000038488A1 (en) * | 1998-12-22 | 2000-06-29 | Otis Elevator Company | Liquid cooled elevator machine drive |
| DE19920186A1 (de) * | 1999-05-03 | 2000-12-07 | Zrinski Numeriertechnik Gmbh | Elektrisches oder elektronisches Gerät |
| DE10132874A1 (de) * | 2001-07-06 | 2003-01-23 | Zdenko Knezevic | Emissionsarme Kühlvorrichtung und Verfahren zum emissionsarmen Kühlen |
| US20120316711A1 (en) * | 2011-06-08 | 2012-12-13 | Coda Automotive, Inc. | Cooling system with anomaly detection |
| JP2014183072A (ja) * | 2013-03-18 | 2014-09-29 | Fujitsu Ltd | 電子機器及び受熱器 |
| DE102017208925A1 (de) | 2017-05-29 | 2018-11-29 | Zf Friedrichshafen Ag | Power Electronic Packaging |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5749852A (en) * | 1980-09-11 | 1982-03-24 | Kayagaki Irika Kogyo Kk | Cooling of supporting body by ceramic plate as cooling system in cataphoresis device |
| JPH0682941B2 (ja) * | 1987-10-22 | 1994-10-19 | 富士通株式会社 | 冷却液供給装置 |
-
1993
- 1993-02-10 JP JP2155293A patent/JPH05335454A/ja active Pending
- 1993-04-02 DE DE1993607372 patent/DE69307372T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-04-02 EP EP19930105521 patent/EP0563993B1/en not_active Expired - Lifetime
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| DE3331610A1 (de) * | 1982-09-06 | 1984-03-08 | Murata Manufacturing Co., Ltd., Nagaokakyo, Kyoto | Dielektrische keramische zusammensetzung |
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| KR20190100760A (ko) * | 2018-02-21 | 2019-08-29 | 오세윤 | 열전소자를 이용하는 급속 냉각 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69307372T2 (de) | 1997-05-15 |
| EP0563993A3 (en) | 1994-07-13 |
| EP0563993A2 (en) | 1993-10-06 |
| EP0563993B1 (en) | 1997-01-15 |
| DE69307372D1 (de) | 1997-02-27 |
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