JPS63166253A - 電子部品用の冷却装置 - Google Patents
電子部品用の冷却装置Info
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- JPS63166253A JPS63166253A JP62321629A JP32162987A JPS63166253A JP S63166253 A JPS63166253 A JP S63166253A JP 62321629 A JP62321629 A JP 62321629A JP 32162987 A JP32162987 A JP 32162987A JP S63166253 A JPS63166253 A JP S63166253A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
- H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、熱を生ずる電子部品のための冷却装置に関し
、特に、循環熱交換用流体を有する密閉冷却装置に関す
るものである。
、特に、循環熱交換用流体を有する密閉冷却装置に関す
るものである。
支１逢１
電子装置の設計者は、電子部品集合体を小型化すること
、および、部品の最適な性能を保証するために集合体を
十分に冷却することを目標としている。電子部品集合体
はできる限り小型化することが望まれるが、熱を発生す
る複数の部品が近密に配置されていると、熱に敏感な部
品に悪影響を・及ぼず有害な熱集中を生ずる場合がある
。Ｓ中した熱を放散すること、即ち、電子部品を低温に
維持し高信頼性を維持することは困難であり、よって、
従来から複雑な放熱（冷却）装置が開発されている。
、および、部品の最適な性能を保証するために集合体を
十分に冷却することを目標としている。電子部品集合体
はできる限り小型化することが望まれるが、熱を発生す
る複数の部品が近密に配置されていると、熱に敏感な部
品に悪影響を・及ぼず有害な熱集中を生ずる場合がある
。Ｓ中した熱を放散すること、即ち、電子部品を低温に
維持し高信頼性を維持することは困難であり、よって、
従来から複雑な放熱（冷却）装置が開発されている。
従来の放熱構造体としては、例えば、米国特許第４，３
９８，２０８号明細書に開示されたものがある。
９８，２０８号明細書に開示されたものがある。
この特許明細書において、電子部品が装着された基板は
、熱交換ユニットに取り付けられ、熱交換ユニットは、
基板と熱交換関係で、全面に亘り液状冷却材を連続して
流すものである。
、熱交換ユニットに取り付けられ、熱交換ユニットは、
基板と熱交換関係で、全面に亘り液状冷却材を連続して
流すものである。
このような装置の欠点の１つは、液体を循環させるため
のポンプを必要とする点にある。また、相当に精巧な配
管システムが、前述の仕方で、ポンプから液体を循環さ
せるのに必要とされる。
のポンプを必要とする点にある。また、相当に精巧な配
管システムが、前述の仕方で、ポンプから液体を循環さ
せるのに必要とされる。
兄１ｆｆｉと１ヌ一
本発明の目的は、新規で且つ簡単な方法で前記問題点を
解決することにある。
解決することにある。
本発明によれば、１つ以上の熱を発生する電子部品を備
えた基板が、放熱構造体に直接的に取り付けられる。こ
の放熱構造体は、互いに隣合う蒸発器部分と凝縮器部分
とを備える密閉室を有し、所定の蒸発温度を有する冷却
流体の貯蔵部を内蔵している。蒸発器部分は、基板およ
びその上の電子部品と熱伝導関係にあり、他方、凝縮器
部分は吸熱器と熱伝導関係にあり、凝縮器部分と蒸発器
部分との間の温度差を維持するようになっている。
えた基板が、放熱構造体に直接的に取り付けられる。こ
の放熱構造体は、互いに隣合う蒸発器部分と凝縮器部分
とを備える密閉室を有し、所定の蒸発温度を有する冷却
流体の貯蔵部を内蔵している。蒸発器部分は、基板およ
びその上の電子部品と熱伝導関係にあり、他方、凝縮器
部分は吸熱器と熱伝導関係にあり、凝縮器部分と蒸発器
部分との間の温度差を維持するようになっている。
複数の溝が密閉室を囲む面に計画的に配列され、基板を
許容温度に維持すべく、密閉室の壁面全面に亘り熱交換
関係で、凝槽器部分と蒸発器部分との間の所定の経路を
毛管作用により冷却流体を移動させるようになっている
。
許容温度に維持すべく、密閉室の壁面全面に亘り熱交換
関係で、凝槽器部分と蒸発器部分との間の所定の経路を
毛管作用により冷却流体を移動させるようになっている
。
電子部品は基板に対して密封されるのが好適である。
密閉室は、第１の相対する壁面と、第２の相対する壁面
、および互いに間隔が置かれた端板により囲まれている
。第１の複数の連続する溝が、一方の対の壁面に画成さ
れている。第２の複数の連続する講が、他方の対の壁面
に画成されている。
、および互いに間隔が置かれた端板により囲まれている
。第１の複数の連続する溝が、一方の対の壁面に画成さ
れている。第２の複数の連続する講が、他方の対の壁面
に画成されている。
凝縮器部品からの液体は、蒸発器部分に流れ、電子部品
から取り出された熱によって蒸発され、これによって電
子部品と基板が冷却される。そして、蒸気がハウジング
の凝縮器部分に循環し、熱を吸熱器に取り出し、凝縮を
行い、再び溝の中に引き入れられ、以上のサイクルが繰
り返される。
から取り出された熱によって蒸発され、これによって電
子部品と基板が冷却される。そして、蒸気がハウジング
の凝縮器部分に循環し、熱を吸熱器に取り出し、凝縮を
行い、再び溝の中に引き入れられ、以上のサイクルが繰
り返される。
本発明の装置は構成が簡単である。また、電子部分が取
り付けられている放熱構造体の部分の温度が、冷却流体
についての蒸発温度まで上昇するのに十分なほど、電子
部分が発熱したならば、冷却流体の循環は自動的に始ま
る。
り付けられている放熱構造体の部分の温度が、冷却流体
についての蒸発温度まで上昇するのに十分なほど、電子
部分が発熱したならば、冷却流体の循環は自動的に始ま
る。
本発明によれば、密閉室の圧力は、冷却流体の蒸発温度
を低くするために、大気圧よりも減じることができる。
を低くするために、大気圧よりも減じることができる。
７ Ｊ ｆｐ実［
本発明の好適な実施態様において、放熱構造体１０には
、電子部品集合体１２が直接的に取り付けられている。
、電子部品集合体１２が直接的に取り付けられている。
この電子部品集合体１２は、例えば酸化ベリリウムから
形成された平らな基板１４を備えており、この基板１４
に、従来から知られた熱を発生する電子部品１６（１つ
のみ示す）が取り付けられている０本発明は熱を発する
全ての電子部品に使用できるものであるので、特定の電
子部品について同一化することは、本発明を理解するの
に本質的なことではない。
形成された平らな基板１４を備えており、この基板１４
に、従来から知られた熱を発生する電子部品１６（１つ
のみ示す）が取り付けられている０本発明は熱を発する
全ての電子部品に使用できるものであるので、特定の電
子部品について同一化することは、本発明を理解するの
に本質的なことではない。
放熱構造体１０は、互いに間隔が置かれた側板１８．２
０と、上板２２と、底板２４と、端板２６．２８とによ
り画成されたハウジング１７を備えている。これらの側
板等１８〜２８は、互いに共働して密閉室３０を形成す
る内面を有している。放熱構造体１０の側板等１８〜２
８は、熱伝導性を有する金属材料から形成され、一定の
厚さを有している。一実施例において、端板２６．２８
の外面間の長さが約２７＋＊ｍ（１，０６２５ｉｎ、）
である場合に、側板等１８〜２８は約１．６ｍｍ（０，
０６２５ｉｎ、）の厚さを有している。また、密閉室３
０の断面は高さが約３．２ｍｍ（０，１２５ｉｎ、）で
幅が約９．５ｍｍ（０，３７５ｉｎ、）である、尚、こ
れらの寸法は本発明を制限するものとして読むべきでは
ないことに注意されたい。
０と、上板２２と、底板２４と、端板２６．２８とによ
り画成されたハウジング１７を備えている。これらの側
板等１８〜２８は、互いに共働して密閉室３０を形成す
る内面を有している。放熱構造体１０の側板等１８〜２
８は、熱伝導性を有する金属材料から形成され、一定の
厚さを有している。一実施例において、端板２６．２８
の外面間の長さが約２７＋＊ｍ（１，０６２５ｉｎ、）
である場合に、側板等１８〜２８は約１．６ｍｍ（０，
０６２５ｉｎ、）の厚さを有している。また、密閉室３
０の断面は高さが約３．２ｍｍ（０，１２５ｉｎ、）で
幅が約９．５ｍｍ（０，３７５ｉｎ、）である、尚、こ
れらの寸法は本発明を制限するものとして読むべきでは
ないことに注意されたい。
基板１４は平らな下面３２を有しており、この下面３２
は、ハウジング１７の上板２２の平らな上面３４に相向
して置かれている。基板１４は、端板２６．２８のいず
れか一方の近傍で前記上面３４に取り付けられ、この端
板の選択により、密閉室３０のいずれの側が蒸発器部分
として機能するか、また、凝縮器部分として機能するか
が決定する。凝縮器部分３８からの熱、より詳細には端
板２８からの熱は、第１．３図に概略的に示されている
従来型の吸熱器３５に伝導し、該吸熱器３５から熱は、
凝縮器部分３８の温度を蒸発器部分３６の温度よりも低
く維持するよう放散される。第１図において、基板１４
は端板２６に隣接して取り付けられ、従って、端板２６
に隣接する密閉室３０の領域３６は蒸発器部分となって
いる。また、反対側の端板２８に隣接するハウジング１
７の領域３８は、凝縮器部分となる。
は、ハウジング１７の上板２２の平らな上面３４に相向
して置かれている。基板１４は、端板２６．２８のいず
れか一方の近傍で前記上面３４に取り付けられ、この端
板の選択により、密閉室３０のいずれの側が蒸発器部分
として機能するか、また、凝縮器部分として機能するか
が決定する。凝縮器部分３８からの熱、より詳細には端
板２８からの熱は、第１．３図に概略的に示されている
従来型の吸熱器３５に伝導し、該吸熱器３５から熱は、
凝縮器部分３８の温度を蒸発器部分３６の温度よりも低
く維持するよう放散される。第１図において、基板１４
は端板２６に隣接して取り付けられ、従って、端板２６
に隣接する密閉室３０の領域３６は蒸発器部分となって
いる。また、反対側の端板２８に隣接するハウジング１
７の領域３８は、凝縮器部分となる。
液相の冷却流体が密閉室３０内に供給されている。
冷却流体と作動圧力は、その流体の蒸発温度が、基板１
４上の特定の電子部品１６に有害であろう温度以下であ
って、凝縮器部分３８がさらされる温度以上となるよう
に、選択される。
４上の特定の電子部品１６に有害であろう温度以下であ
って、凝縮器部分３８がさらされる温度以上となるよう
に、選択される。
側板等１８〜２４の内面は複数の溝４０．４２を形成す
るように機械加工されている。第２図は、側板２０にお
ける溝４０と、上板２２における？１１４２とを示して
おり、これらの溝４０．４２は対応の板２０．２２の長
平方向に延びている。側板等１８〜２４の各々における
溝４０．４２は断面Ｕ字状であるのか好適である。好適
な実施例において、渭４０．４２ハ、ｔａｉＷが約０．
５１輪ｍ（０，０２ｉｎ、）で深さＤが約０．７６ａａ
ｍ（０，０３ｉｎ、）の一定の断面を有している（第２
図）、溝の好適な寸法は、冷却流体の密度に左右される
。冷却流体と溝４０．４２の形状は、溝における毛管現
象によって、比較的高い濃度の領域から比較的に低い濃
度の領域に連続して移動するように、選ばれるべきであ
る。
るように機械加工されている。第２図は、側板２０にお
ける溝４０と、上板２２における？１１４２とを示して
おり、これらの溝４０．４２は対応の板２０．２２の長
平方向に延びている。側板等１８〜２４の各々における
溝４０．４２は断面Ｕ字状であるのか好適である。好適
な実施例において、渭４０．４２ハ、ｔａｉＷが約０．
５１輪ｍ（０，０２ｉｎ、）で深さＤが約０．７６ａａ
ｍ（０，０３ｉｎ、）の一定の断面を有している（第２
図）、溝の好適な寸法は、冷却流体の密度に左右される
。冷却流体と溝４０．４２の形状は、溝における毛管現
象によって、比較的高い濃度の領域から比較的に低い濃
度の領域に連続して移動するように、選ばれるべきであ
る。
溝の数は主として設計上の問題である。溝間隔は側板等
１８．２０．２２．２４の全てについて均等であること
が望ましく、これによって、比較的に広い上板２２と底
板２４は側板１８．２０よりも多数の溝を有する。好ま
しくは、端板２６．２８には溝は設けられない。
１８．２０．２２．２４の全てについて均等であること
が望ましく、これによって、比較的に広い上板２２と底
板２４は側板１８．２０よりも多数の溝を有する。好ま
しくは、端板２６．２８には溝は設けられない。
第３図は密閉室３０内での冷却流体の経路を示している
。一般に、冷却流体は２つの閉ループ経路を流れる。第
１のループは密閉室３０の上部領域にて矢印４８．５０
で示されており、第２のループは密閉室３０の下部領域
にて矢印５２．５４で示されている。
。一般に、冷却流体は２つの閉ループ経路を流れる。第
１のループは密閉室３０の上部領域にて矢印４８．５０
で示されており、第２のループは密閉室３０の下部領域
にて矢印５２．５４で示されている。
次に、作動について説明する。ハウジング１７の蒸発器
部分３６にて電子部品１６により引き起こされた局所的
な温度の上昇は、冷却流体を蒸発させる。
部分３６にて電子部品１６により引き起こされた局所的
な温度の上昇は、冷却流体を蒸発させる。
蒸気圧の上昇に付随して、蒸気はハウジング１７の凝縮
器部分３８の方に移動する。凝縮器部分３８にて、熱は
端板２８を通って吸熱器３５に除去され、放熱される。
器部分３８の方に移動する。凝縮器部分３８にて、熱は
端板２８を通って吸熱器３５に除去され、放熱される。
凝縮器部分３８で冷却流体を凝縮するために十分な熱が
取り除かれる。
取り除かれる。
蒸発器部分３６と凝縮器部分３８において、液体と蒸気
との中間面で、メニスカスを形成する。蒸発器部分３６
と凝縮器部分３８とにおけるメニスカスの曲面半径の違
いにより、毛管現象によるポンプ圧力が発生し、凝縮器
部分３８から蒸発器部分３６に凝縮された冷却流体を流
す、このようにして、再循環の自己継続流れが確立され
る。即ち、液状の冷却流体が蒸発器部分３６で熱を奪い
、この結果として生じた蒸気が凝縮器部分３８の方に移
動し、ここで熱が除去されると共に蒸気は凝縮され、こ
のようにして液状に戻った冷却流体は、毛管現象によっ
て蒸発器部分３６の送られ、以上のサイクルが繰り返さ
れる。蒸発器部分３６セ冷却流体により吸収された気化
熱は、基板１４とその関連の電子部品１６を効果的に冷
却するのに十分なものである。
との中間面で、メニスカスを形成する。蒸発器部分３６
と凝縮器部分３８とにおけるメニスカスの曲面半径の違
いにより、毛管現象によるポンプ圧力が発生し、凝縮器
部分３８から蒸発器部分３６に凝縮された冷却流体を流
す、このようにして、再循環の自己継続流れが確立され
る。即ち、液状の冷却流体が蒸発器部分３６で熱を奪い
、この結果として生じた蒸気が凝縮器部分３８の方に移
動し、ここで熱が除去されると共に蒸気は凝縮され、こ
のようにして液状に戻った冷却流体は、毛管現象によっ
て蒸発器部分３６の送られ、以上のサイクルが繰り返さ
れる。蒸発器部分３６セ冷却流体により吸収された気化
熱は、基板１４とその関連の電子部品１６を効果的に冷
却するのに十分なものである。
また、密閉室３０内の圧力は、用いられる冷却流体によ
り左右され、蒸発が電子部品１６にとり安全な温度で確
実に生じるように、制御することができる０例えば、水
が冷却流体として用いられても良い、密閉室３０内の圧
力を大気圧以下に減じることにより、水は、電子部品１
６の効果的な冷却を得るのに十分なほど低温で蒸発する
であろう。
り左右され、蒸発が電子部品１６にとり安全な温度で確
実に生じるように、制御することができる０例えば、水
が冷却流体として用いられても良い、密閉室３０内の圧
力を大気圧以下に減じることにより、水は、電子部品１
６の効果的な冷却を得るのに十分なほど低温で蒸発する
であろう。
ケーシング６２が基板１４と電子部品１６を密封するよ
うにハウジング１７に接着されると好適である。
うにハウジング１７に接着されると好適である。
ケーシング６２は、上板６４と、回りを囲む側板６６と
を有しており、側板６６の下縁６８がハウジング１７の
上面３４に固着される。側板６６は、電子部品１６の外
部接続のための導電体７２を通すために、穴７０を有し
ている。従来一般のシール７４が穴７０内に導電体７２
を適所に保持すると共に、穴７０を封止する。
を有しており、側板６６の下縁６８がハウジング１７の
上面３４に固着される。側板６６は、電子部品１６の外
部接続のための導電体７２を通すために、穴７０を有し
ている。従来一般のシール７４が穴７０内に導電体７２
を適所に保持すると共に、穴７０を封止する。
本発明の冷却装置は、例えば、標準的な技術を用いて多
数の電界効果トランジスタが並列に結線されている電力
スイッチに用いられる。一般的に、電界効果トランジス
タは個々にパッケージされ金属板に取り付けられ、この
金属板が冷却される。
数の電界効果トランジスタが並列に結線されている電力
スイッチに用いられる。一般的に、電界効果トランジス
タは個々にパッケージされ金属板に取り付けられ、この
金属板が冷却される。
スペースの節約のために、小型゛のスイッチが、単一の
混成型パッケージ上にトランジスタを取り付けることに
よって、製造されることができる。しかしながら、従来
の冷却装置は十分な冷却を行えないのが一般的であった
。混成型パッケージを本発明の放熱構造体に一体化する
ことにより、放熱はｉ大となり、信頼性が向上する。
混成型パッケージ上にトランジスタを取り付けることに
よって、製造されることができる。しかしながら、従来
の冷却装置は十分な冷却を行えないのが一般的であった
。混成型パッケージを本発明の放熱構造体に一体化する
ことにより、放熱はｉ大となり、信頼性が向上する。
第１図は電子部品が取り付けられた放熱構造体から成る
本発明による冷却装置の斜視図、第２図は第１図の２−
２ｔｉに沿っての拡大断面部分図、第３図は第１図の冷
却装置の長手方向に沿っての部分断面図である０図中、 １０・・・放熱Ｉｌ構造体 、１２・・・電子部品集合
体１４・・・基板 １６・・・電子部品１７
・・・ハウジング ３０・・・密閉室３６・・・蒸
発器部分 ３８・・・凝縮器部分４０．４２ ＝・
・溝
本発明による冷却装置の斜視図、第２図は第１図の２−
２ｔｉに沿っての拡大断面部分図、第３図は第１図の冷
却装置の長手方向に沿っての部分断面図である０図中、 １０・・・放熱Ｉｌ構造体 、１２・・・電子部品集合
体１４・・・基板 １６・・・電子部品１７
・・・ハウジング ３０・・・密閉室３６・・・蒸
発器部分 ３８・・・凝縮器部分４０．４２ ＝・
・溝
Claims (10)
- １．基板と、 該基板に取り付けられた熱を発する電子部品と、密閉室
を画成する放熱構造体と、 該放熱構造体の一部分に熱交換関係で直接的に前記基板
を取り付ける手段と、 所定蒸発温度を有し、前記密閉室内に収容された液状の
冷却流体の貯蔵部と、 前記密閉室内の液状の前記冷却流体を、毛管現象によっ
て、冷却効果を与えるために前記基板が取り付けられた
前記放熱構造体の部分の方向に流し、且つ、前記部分が
前記所定蒸発温度となった際に蒸発させるための手段で
あって、蒸発された前記冷却流体を、前記放熱構造体の
前記部分から離れる方向に移動させて凝縮し、液状の冷
却流体の前記貯蔵部を再び満たすための手段と を具備している電子部品用の冷却装置。 - ２．前記密閉室内の圧力は、該密閉室内の前記冷却流体
の蒸発を促進するために、大気圧よりも低くなっている
特許請求の範囲第１項記載の電子部品用の冷却装置。 - ３．吸熱器と、前記放熱構造体および前記吸熱器の間の
熱交換関係を確立する手段とを具備する特許請求の範囲
第１項記載の電子部品用の冷却装置。 - ４．前記放熱構造体は蒸発器部分と凝縮器部分とを有し
、吸熱器が設けられ、前記蒸発器部分および前記凝縮器
部分の間の温度差を維持するために、前記凝縮器部分お
よび前記吸熱器の間の熱交換関係を確立する手段が設け
られている特許請求の範囲第１項記載の電子部品用の冷
却装置。 - ５．基板と、 該基板に取り付けられた熱を発する電子部品と、蒸発器
部分および凝縮器部分を有し、該蒸発器部分および該凝
縮器部分の間を連通する密閉室を画成する放熱構造体と
、 該放熱構造体の前記蒸発器部分と熱交換関係で前記基板
を取り付ける取付手段と、 所定蒸発温度を有し、前記密閉室内に収容された液状
の冷却流体の貯蔵部と、 前記蒸発器部分が前記所定蒸発温度となった際に該蒸
発器部分で蒸発された前記冷却流体を、前記凝縮器部分
に移動させて該凝縮器部分で凝縮させるための手段であ
って、該凝縮器部分で凝縮された前記冷却流体を、前記
蒸発器部分を冷却して前記基板を冷却するために、前記
蒸発器部分に移動させる手段と、 を具備している電子部品用の冷却装置。 - ６．吸熱器と、前記凝縮器部分および前記吸熱器の間の
熱交換関係を確立する手段とを具備する特許請求の範囲
第５項記載の電子部品用の冷却装置。 - ７．前記密閉室内の圧力は、該密閉室内の前記冷却流体
の蒸発を促進するために、大気圧よりも低くなつている
特許請求の範囲第５項記載の電子部品用の冷却装置。 - ８．冷却流体を移動させるための手段は、該冷却流体を
毛管現象により移動させる手段から成る特許請求の範囲
第５項記載の電子部品用の冷却装置。 - ９．前記放熱構造体は平らな外面を有し、前記基板は平
面を有し、前記取付手段は、前記放熱構造体の前記外面
に前記基板の前記平面を相向させて接触取着している特
許請求の範囲第５項記載の電子部品用の冷却装置。 - １０．前記取付手段は前記放熱構造体に直接的に前記基
板を取り付けており、前記基板および前記電子部品を密
封するための手段が設けられている特許請求の範囲第５
項記載の電子部品用の冷却装置。
Applications Claiming Priority (2)
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| US944758 | 1986-12-22 | ||
| US06/944,758 US4805691A (en) | 1986-12-22 | 1986-12-22 | Cooling technique for compact electronics inverter |
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