KR20120123215A

KR20120123215A - 냉각 장치

Info

Publication number: KR20120123215A
Application number: KR1020120040424A
Authority: KR
Inventors: 신스케 니시; 쇼고 모리
Original assignee: 가부시키가이샤 도요다 지도숏키
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2012-11-08
Also published as: DE102012206360A1; US20120267074A1; JP2012227338A; CN102751250B; JP5287922B2; KR101317092B1; DE102012206360B4; CN102751250A; US8899307B2

Abstract

냉각 장치는, 베이스, 베이스에 접합되는 제 1 및 제 2 발열 부품, 베이스에 형성된 제 1 및 제 2 통로 및 베이스에 배치된 칸막이 벽을 포함한다. 액체 냉매는 제 1 및 제 2 발열 부품을 냉각하기 위해 제 1 및 제 2 통로를 통해 유동한다. 제 1 및 제 2 통로는 베이스에서 칸막이 벽을 통해 상하로 적층된다. 칸막이 벽은, 제 1 통로의 액체 냉매가 제 2 통로 내로 유동하도록 개방되는 제 1 영역, 및 제 1 통로의 액체 냉매가 제 1 통로의 하류 단부를 향해서 유동하도록 제 1 영역의 측면에 배치되는 제 2 영역을 포함한다. 제 1 영역은, 제 1 영역의 개구 면적이 제 1 통로의 개구 면적보다 더 크도록 형성된다.

Description

냉각 장치{COOLING DEVICE}

본 발명은, 베이스 (base) 전체를 유동하는 액체 냉매를 사용함으로써 베이스에 접속된 발열 부품을 냉각하는 냉각 장치에 관한 것이다.

일본국 특허 출원 공보 제 2006-287108 호는, 전자 부품 등의 발열 부품을 냉각하기 위해 냉각 장치의 내부에 적층된 냉매 통로를 갖는 적층형의 냉각 장치를 개시하고 있다. 상기 문헌에 개시된 적층형의 냉각 장치에서는, 냉각될 부품이 임의의 2 개의 인접한 통로 사이에 배치된다.

이러한 적층형의 냉각 장치에서 냉각 효율을 개선하기 위해서, 액체 냉매는 교대의 (alternate) 방향으로 돌아가는 통로에 유동된다. 냉매 효율을 달성하기 위해서, 연통로가 임의의 2 개의 인접한 통로 사이에 연통을 제공하기 위해 냉각 장치에 형성될 수도 있다. 그러나, 이러한 연통로를 갖는 냉각 장치에서, 제 1 통로의 하류 단부에 도달하지 않고 제 2 통로 내로 연통로를 통해 유동하는 액체 냉매의 증가량에 기인하여 적층형 냉각 장치의 냉각 성능이 저하될 수도 있다는 우려가 있다.

본 발명은, 냉각 성능의 저하를 억제하는 적층된 통로를 갖는 냉각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 냉각 장치는, 베이스, 제 1 및 제 2 발열 부품, 제 1 및 제 2 통로 및 칸막이 벽을 포함한다. 제 1 및 제 2 발열 부품은 베이스에 접속된다. 제 1 및 제 2 통로는 베이스에 형성되며, 액체 냉매는 제 1 및 제 2 발열 부품을 각각 냉각하기 위해 제 1 및 제 2 통로를 유동한다. 칸막이 벽은 베이스에 배치되며, 제 1 및 제 2 통로는 베이스에서 칸막이 벽을 통해 상하로 적층된다. 칸막이 벽은, 제 1 통로의 액체 냉매가 제 2 통로 내로 유동하도록 개방되는 제 1 영역, 및 제 1 통로의 액체 냉매가 제 1 통로의 하류 단부를 향해서 유동하도록 제 1 영역의 측면에 배치되는 제 2 영역을 포함한다. 제 1 영역은, 제 1 영역의 개구 면적이 제 1 통로에서의 액체 냉매의 유동 방향에 직교하는 방향으로 제 1 통로의 개구 면적보다 더 크도록 형성된다.

본 발명의 다른 양태 및 이점은, 본 발명의 원리를 예시로서 기술하는 첨부 도면을 참조하여 하기 명세서로부터 명확해질 것이다.

본 발명은, 그의 목적과 이점을 첨부 도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시형태의 하기 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 것이다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 제 1 실시형태의 냉각 장치를 구비한 반도체 장치의 길이 방향 단면도이다.
도 2 는 도 1 의 A1 - A1 선을 따라 취한 단면도이다.
도 3 은 도 1 의 A2 - A2 선을 따라 취한 단면도이다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 제 2 실시형태에 따른 냉각 장치의 길이 방향 단면도이다.
도 5 는 본 발명의 바람직한 제 3 실시형태에 따른 냉각 장치의 단면도이다.
도 6 은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 냉각 장치의 상면 단면도이다.
도 7 은 본 발명의 또다른 실시형태에 따른 냉각 장치의 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 제 1 실시형태를 도 1 내지 도 3 을 참조하여 섬에 따라 설명한다. 먼저, 도 1 을 참조하면, 반도체 장치 (10) 는, 베이스 (12) 를 갖는 냉각 장치 (11), 반도체 소자 (13), 금속 회로판 (14) 및 히트 스프레더 (15) 를 포함한다. 냉각 장치 (11) 는, 냉매 통로가 적층된 적층형 냉각 장치이다. 반도체 소자 (13) 는 제 1 발열 부품 (전자 부품) 으로서 기능하고, 히트 스프레더 (15) 는 제 2 발열 부품으로서 기능한다. 반도체 장치 (10) 는, 냉각 장치 (11) 의 베이스 (12) 에, 반도체 소자 (13) 를 실장한 금속 회로판 (14) 과 히트 스프레더 (15) 를 접합함으로써 형성된다. 금속 회로판 (14) 은, 배선층 및 접합층으로서 기능한다. 금속 회로판 (14) 은 금속판 (17, 18) 과 절연 기판 (16) 을 갖는다. 금속 회로판 (14) 은, 절연 기판 (16) 의 표리 양면에 금속 판 (17, 18) 을 접합함으로써 형성된다. 각각의 반도체 소자 (13) 는, 절연 게이트 양극성 트랜지스터 (Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) 또는 다이오드제이다.

이하, 바람직한 제 1 실시형태의 냉각 장치 (11) 의 구조를 자세히 설명한다. 베이스 (12) 의 내부 공간은, 칸막이 판 (20) 에 의해 상하로 (one above the other) 배치된 2 개의 공간, 즉, 상부 공간 (S1) 및 하부 공간 (S2) 으로 분할된다. 본 발명의 바람직한 제 1 실시형태에 따르면, 상부 공간 (S1) 은 액체 냉매가 유동하는 제 1 통로 (21) 로서 베이스 (12) 에 형성되고, 그리고 하부 공간 (S2) 은 액체 냉매가 유동하는 제 2 통로 (22) 로서 베이스 (12) 에 형성된다. 제 1 통로와 제 2 통로 (21, 22) 는 베이스 (12) 에 배치된 칸막이 판 (20) 을 통해 베이스 (12) 에 상하로 적층된다. 바람직한 제 1 실시형태에서, 제 1 통로 (21) 는 제 2 통로 (22) 위에 적층된다.

제 1 통로 (21) 에 액체 냉매를 도입하는 공급구 (21A) 가 냉각 장치 (11) 의 베이스 (12) 에 형성된다. 제 2 통로 (22) 의 액체 냉매가 배출되는 배출구 (22A) 가 베이스 (12) 에 형성된다. 제 1 튜브 (23) 는 그의 일단부에서 공급구 (21A) 에 접속되고, 그의 타단부에서 액체 냉매 공급원 (도시 생략) 에 접속되고, 제 2 튜브 (24) 는 그의 일단부에서 배출구 (22A) 에 접속되고, 그의 타단부에서 방열기 (도시 생략) 에 접속된다.

냉각 장치 (11) 의 베이스는, 서로 마주하는 단부 벽 (11A, 11B) 을 갖는다. 제 1 통로와 제 2 통로 (21, 22) 간의 연통을 위해 단부 벽 (11B) 에 인접한 위치에서 칸막이 판 (20) 을 통해 개구 (25) 가 형성된다. 그럼으로써, 냉각 장치 (11) 는 액체 냉매를 공급구 (21A) 를 통해 제 1 통로 (21) 에 도입하여 제 1 통로 (21), 개구 (25) 및 제 2 통로 (22) 를 통해 액체 냉매를 유동시키고, 배출구 (22A) 를 통해 냉각 장치 (11) 외부로 액체 냉매를 방출하기 위한 유동 통로를 갖는다.

도 2 를 참조하면, 복수 개의 제 1 이너 핀 (26), 또는 본 실시형태에서는 3 개의 제 1 이너 핀 (26) 은, 제 1 통로 (21) 에 배치되어 제 1 통로 (21) 의 폭 방향으로 미리 정해진 간격으로 이격되고 제 1 통로 (21) 의 폭에 직교하는 액체 냉매의 유동 방향으로 각각 신장한다. 제 1 이너 핀 (26) 은, 공급구 (21A) 로부터 개구 (25) 로의 액체 냉매의 유동을 허용하면서 제 1 통로 (21) 에서의 열 교환에 의해 액체 냉매를 냉각시키기 위해 사용된다. 도 3 을 참조하면, 복수의 제 2 이너 핀 (27) 이, 제 2 통로 (22) 에 배치되어 제 2 통로 (22) 의 폭 방향으로 미리 정해진 간격으로 이격되고 제 2 통로 (22) 의 폭에 직교하는 액체 냉매의 유동 방향으로 각각 신장한다. 제 2 이너 핀 (27) 은, 개구 (25) 로부터 배출구 (22A) 로의 액체 냉매의 유동을 허용하면서 제 2 통로 (22) 에서의 열 교환에 의해 액체 냉매를 냉각하기 위해 사용된다.

냉각 장치 (11) 의 베이스 (12) 는, 각각 발열 부품의 실장면을 갖는 상부판 (11C) 과 저부판 (11D) 을 갖는다. 제 1 이너 핀 (26) 은 칸막이 판 (20) 과 상부판 (11C) 에 접합되며, 제 1 통로 (21) 가 제 1 이너 핀 (26), 칸막이 판 (20) 및 상부판 (11C) 에 의해 형성된다. 제 2 이너 핀 (27) 은 칸막이 판 (20) 과 저부판 (11D) 에 접합되며, 제 2 통로 (21) 가 제 2 이너 핀 (27), 칸막이 판 (20) 및 저부판 (11D) 에 의해 형성된다. 그럼으로써, 제 1 및 제 2 이너 핀 (26, 27) 은 베이스 (12) 의 일부를 형성한다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 제 1 이너 핀 (26) 각각은, 베이스 (12) 의 상부면으로부터 볼 때, 파형 형상으로 형성되어 있다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 제 2 이너 핀 (27) 각각은 베이스 (12) 의 상부로부터 볼 때, 직선 형상으로 형성된다. 제 1 및 제 2 이너 핀 (26, 27) 사이의 형상의 차이는, 제 1 및 제 2 통로 (21, 22) 사이의 냉각 성능에 차이를 유발한다. 구체적으로 말하면, 제 1 및 제 2 이너 핀 (26, 27) 이 동일한 길이, 높이 및 두께를 가질 경우, 파형 형상을 갖는 제 1 이너 핀 (26) 의 표면적은 직선 형상을 가져, 제 1 이너 핀 (26) 보다 작은 제 2 이너 핀 (27) 의 표면적보다는 크다. 따라서, 제 1 및 제 2 이너 핀 (26, 27) 이 각각 제 1 및 제 2 통로 (21, 22) 에서 동일한 갯수로 배치되는 경우, 냉매 통로를 통해 유동하는 액체 냉매와 접촉되는 제 1 이너 핀 (26) 의 총 표면적은, 제 2 이너 핀 (27) 의 총표면적보다 크다. 제 1 이너 핀 (26) 이 파형 형상을 가지고, 그에 따라 만곡면을 갖기 때문에, 만곡면 사이 공간으로의 액체 냉매가 교반된다. 그럼으로써, 바람직한 제 1 실시형태에 따르면, 제 1 이너 핀 (26) 이 배치되는 제 1 통로 (21) 는 제 2 이너 핀 (27) 이 배치되는 제 2 통로 (22) 보다 더 높은 냉각 성능을 갖는다.

냉각 성능이 상이한 제 1 및 제 2 통로 (21, 22) 를 갖는 냉각 장치 (11) 에서는, 제 1 및 제 2 통로 (21, 22) 에 의해 냉각될 부품은, 이 부품에 의한 발열량에 따라 제 1 및 제 2 통로 (21, 22) 에 대해 선택되어, 냉각 장치 (11) 에서의 부품의 효과적인 냉각을 일으킨다. 바꿔 말하면, 발열량이 상이한 부품이 냉각 장치 (11) 에 접합되는 경우, 냉각 장치 (11) 의 제조 비용의 증가는 제 1 및 제 2 통로 (21, 22) 에 대해 상이한 형상의 제 1 및 제 2 이너 핀 (26, 27) 을 사용함으로써 억제될 수도 있다. 예컨대, 전자 부품보다 발열량이 적은 히트 스프레더 (15) 를 냉각시키기 위해 단순한 구조의 제 2 통로 (22) 를 사용하면, 냉각 장치 (11) 는 제 1 통로 (21) 와 같이 복잡한 구조를 모든 냉매 통로가 갖는 경우에 비해 적은 비용으로 제조될 수도 있다. 바람직한 제 1 실시형태의 냉각 장치 (11) 에서, 제 1 통로 (21) 는 반도체 소자 (13) 와 같은 비교적 발열량이 큰 부품을 냉각하기 위해서 사용되지만, 제 2 통로 (22) 는 히트 스프레더 (15) 와 같은 비교적 발열량이 적은 부품을 냉각하기 위해 사용된다.

이하, 칸막이 판 (20) 을 통해 형성된 개구 (25) 에 대해 상세하게 설명한다. 개구 (25) 는, 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 베이스 (12) 의 상부로부터 볼 때 평면이 사다리꼴 형상으로 형성된다. 개구 (25) 는, 사다리꼴 형상으로 형성되어, 그의 큰 베이스가 냉각 장치 (11) 의 베이스 (12) 의 단부 벽 (11B) 에 근접 위치된다. 바꿔 말하면, 개구 (25) 는, 도 2 에 도시된 바와 같이 제 1 통로 (21) 의 액체 냉매의 유동 방향에 대해 제 1 통로 (21) 의 하류 단부를 향해 폭이 넓어지도록 형성된다. 사다리꼴 형상의 개구 (25) 를 갖는 제 1 통로 (21) 에서, 액체 냉매 유동 영역 (28) 이 개구 (25) 의 양측에 제공된다. 개구 (25) 는 제 1 및 제 2 통로 (21, 22) 사이의 유체 연통을 제공하는 연통 공간 (제 1 영역) 으로서 기능한다. 액체 냉매 유동 영역 (28) 은, 제 1 및 제 2 통로 (21, 22) 사이에 유체 연통이 제공되지 않는 비연통 공간 (제 2 영역) 으로서 기능한다.

개구 (25) 는 제 1 통로 (21) 의 하류 단부를 향해 폭이 넓어지는 반면, 액체 냉매 유동 영역 (28) 은 제 1 통로 (21) 의 동일 하류 단부를 향해 폭이 좁아진다. 그럼으로써, 개구 (25) 의 개구 폭은 비교적 좁게 형성되어, 제 1 통로 (21) 를 통해 유동하여 개구 (25) 에 도달하는 액체 냉매가 제 1 통로 (21) 의 하류 단부로 쉽게 유동한다. 개구 (25) 의 개구 면적은, 제 1 통로 (21) 에서 액체 냉매의 유동 방향에 직교하는 방향으로 제 1 통로 (21) 의 개구 또는 단면적 보다 더 크도록 형성된다. 그럼으로써, 제 1 통로 (21) 에 유동되는 액체 냉매는 제 1 통로 (21) 에 체류되는 일 없이 매끄럽게 개구 (25) 를 통해 제 2 통로 (22) 내로 이동한다.

사다리꼴 형상을 갖는 개구 (25) 는, 제 1 통로 (21) 에 있는 액체 냉매를 제 2 통로 (22) 로 유동시키는 제 1 영역으로서 기능한다. 액체 냉매 유동 영역 (28) 은, 제 1 통로 (21) 의 하류 단부를 향해 액체 냉매를 유동시키는 제 2 영역으로서 기능한다.

이하, 도 1 에 도시된 반도체 장치 (10) 용의 바람직한 제 1 실시형태의 냉각 장치 (11) 의 작동을 설명한다. 반도체 장치 (10) 가 구동되는 경우, 발열 부품에 의해 발생된 열이 냉각 장치 (11) 에 전달된다. 공급구 (21A) 를 통해 제 1 통로 (21) 에 도입되는 액체 냉매는, 개구 (25) 를 향해 제 1 통로 (21) 의 하류로 유동한다. 제 1 이너 핀 (26) 과 접촉 유동하는 액체 냉매는, 열교환에 의해 냉각되며 이후 개구 (25) 를 통해 제 2 통로 (22) 로 유동된다. 개구 (25) 에 도달하는 액체 냉매의 일부는, 제 2 통로 (22) 로 즉시 유동되지 않고 개구 (25) 의 양측에 위치된 액체 냉매 유동 영역 (28) 을 지나 더 하류로 유동한다. 즉, 액체 냉매는, 제 1 통로 (21) 의 하류 단부에 도달한 후에 제 2 통로 (22) 로 개구 (25) 를 통해서 유동하는 것 뿐만 아니라, 개구 (25) 를 통해 제 2 통로 (22) 로 즉시 유동한다. 본 발명의 바람직한 제 1 실시형태의 냉각 장치 (11) 에서, 액체 냉매는 전체 냉매 통로 (베이스 (12) 의 내부 전체) 에서 유동하며, 그럼으로써 냉각 장치 (11) 의 냉각 성능의 감소를 억제한다.

이후, 개구 (25) 를 통해 제 2 통로 (22) 로 유동한 액체 냉매는, 제 1 통로 (21) 에서의 액체 냉매 유동 방향과 반대 방향으로 제 2 통로 (22) 를 통해 유동한다. 액체 냉매는, 제 2 통로 (22) 에서의 제 2 이너 핀 (27) 과 접촉 유동함으로써, 열교환에 의해 냉각되고, 배출구 (22A) 를 통해 냉각 장치 (11) 외부로 배출된다.

본 발명의 바람직한 제 1 실시형태에 따르면, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.

(1) 개구 (25) 의 양측에 형성된 액체 냉매 유동 영역 (28) 은, 액체 냉매를, 개구 (25) 를 지나 제 1 통로 (21) 의 하류 단부를 향해 유동하게 한다. 그럼으로써, 액체 냉매가 전체 제 1 통로 (21) 또는 베이스 (12) 의 전체 내부로 유동함으로써, 냉각 장치 (11) 의 냉각 성능의 감소를 효과적으로 억제한다. 부품이 냉각 장치 (11) 상에 조밀하게 실장되거나 단부 벽 (11B) 에 근접한 위치에서 실장되는 경우라도, 전체 냉매 통로에서 유동하는 액체 냉매는 냉각 장치 (11) 의 냉각 성능을 감소시키지 않고 부품을 효과적으로 냉각한다.

(2) 개구 (25) 를 사다리꼴 형상으로 형성하면, 넓은 액체 냉매 유동 영역 (28) 이 개구 (15) 의 양측에 제공될 수도 있다. 따라서, 액체 냉매가 제 1 통로 (21) 의 하류 단부를 향해 쉽게 유동할 수 있어, 이에 의해 냉각 장치 (11) 의 냉각 성능의 감소를 억제한다. 제 1 통로 (21) 의 하류 단부를 향해 폭이 넓어지는 개구 (25) 는, 제 1 통로 (21) 로부터 제 2 통로 (22) 로 유동하는 액체 냉매의 유동 폭을 확대시킨다. 냉각 장치 (11) 를 유동하는 액체 냉매의 유동은 냉각 장치 (11) 에서의 분류로 일정하게 나뉘어진다.

(3) 제 2 통로 (22) 에 의해 냉각될 부품으로서의 히트 스프레더 (15) 는, 제 1 통로 (21) 에 의해 냉각될 부품으로서의 반도체 소자 (13) 와 같은 전자 부품 보다 발열량이 적다. 그럼으로써, 제 2 통로 (22) 의 냉각 성능이 제 1 통로 (21) 의 냉각 성능보다 저하되어 제 2 통로 (22) 의 구조가 단순화될 수도 있고, 그럼으로써 냉각 장치 (11) 의 비용 증가를 억제한다.

(4) 제조 프로세스에서, 냉매 통로의 냉각 성능은, 냉각될 부품에 따라서 냉매 통로에 배치된 이너 핀의 구조를 변경하는 것만으로도 쉽게 변화될 수도 있다. 그럼으로써, 냉각될 부품에 따라서 제 1 및 제 2 통로 (21, 22) 의 냉각 성능이 쉽게 변화될 수 있다. 냉각 장치 (11) 의 베이스 (12) 에 대한 액체 냉매 접촉 면적은, 제 1 및 제 2 통로 (21, 22) 의 냉각 성능을 저하시키기 위해 감소될 수도 있고, 제 1 및 제 2 통로 (21, 22) 의 냉각 성능을 향상시키기 위해서 증가될 수도 있다. 부품의 발열이 비교적 적다면, 냉각 장치 (11) 는 냉각 장치 (11) 의 제조 비용을 감소시키기 위해서 냉각을 위해 단순한 구조를 갖는 냉각 통로를 포함할 수도 있다.

(5) 직선 형상을 가지며 제 2 통로 (22) 에 배치된 제 2 이너 핀 (27) 은, 파형 형상을 가지며 제 1 통로 (21) 에 배치된 제 1 이너 핀 (26) 에 비해 형상이 단순하다. 제 2 통로 (22) 로 유동하는 액체 냉매는, 제 1 통로 (21) 로 유동하는 액체 냉매보다 적은 저항을 받는다. 따라서, 제 2 통로 (2) 에서의 압력 손실이 제 1 통로 (21) 에서의 압력 손실보다 낮다. 바꿔 말하면, 높은 냉각 성능을 필요로 하지 않는 냉매 통로는, 냉매 통로에서의 압력 손실이 감소될 수도 있을 정도의 단순 구조로 만들어질 수도 있다.

(6) 제 1 및 제 2 통로 (21, 22) 는 파이프, 호스, 및 커넥터와 같은 별도의 부품을 사용하지 않고 개구 (25) 를 통해 서로 연통하여, 냉각 장치 (11) 의 구조가 단순화되고, 이에 따라 냉각 장치 (11) 의 제조 비용의 증가가 억제된다.

(7) 본 실시형태의 냉각 장치에서, 액체 냉매는, 먼저, 비교적 발열량이 높은 부품을 냉각하기 위해 사용되는 제 1 통로 (21) 를 유동한다. 이러한 부품은 열교환에 의해 아직 가열되지 않은 액체 냉매에 의해 냉각되며, 발열량이 적은 부품은 열교환에 의해 가열된 액체 냉매에 의해 냉각된다. 그럼으로써, 냉각 장치 (11) 에서 냉각이 효율적으로 실행된다.

이하, 본 발명의 바람직한 제 2 실시형태를 도 4 를 참조하여 설명한다. 이하, 바람직한 제 2 실시형태의 설명에서, 바람직한 제 1 실시형태의 부재 또는 부품과 동일하거나 유사한 부재 또는 부품을 동일한 도면 부호로 나타내며, 그의 설명은 생략한다.

본 발명의 바람직한 제 2 실시형태에 따르면, 칸막이 판 (20) 은 제 1 통로 (21) 및 제 2 통로 (22) 의 적층 방향으로 제 1 통로 (21) 와 제 2 통로 (22) 사이의 연통을 위해 그를 통해 형성된 3 개의 개구 (30A, 30B, 30C) 를 갖는다. 개구 (30A 내지 30C) 는 제 1 통로 (21) 에서 액체 냉매의 유동 방향으로 미리 정해진 간격으로 이격된 칸막이 판 (20) 에 형성된다. 도 4 에서 보는 바와 같이, 개구 (30A 내지 30C) 는 개구 면적이 서로 상이하다. 개구 (30A 내지 30C) 중에서, 개구 (30A) 는 최소 개구 면적을 가지며, 개구 (30C) 는 최대 개구 면적을 갖는다. 바꿔 말하면, 개구 (30A 내지 30C) 는 제 1 통로 (21) 의 하류 단부를 향해서 개구 면적의 상승 순서로 정렬된다. 각각의 개구 (30A 내지 30C) 의 개구 면적은 제 1 통로 (21) 에서 액체 냉매의 유동 방향에 직교하는 제 1 통로 (21) 의 개구 또는 단면적보다 작다. 개구 (30A 내지 30C) 의 이러한 개구 면적의 합은, 제 1 통로 (21) 에 있어서의 액체 냉매의 유동 방향에 직교하는 방향으로의 제 1 통로 (21) 의 개구 또는 단면적 보다 크다. 그럼으로써, 액체 냉매가 제 1 통로 (21) 에 유입하면, 액체 냉매가 제 1 통로 (21) 에 체류되지 않고, 개구 (30A 내지 30C) 를 통해 제 1 통로 (21) 에 체류되는 일 없이 제 2 통로 (22) 로 매끄럽게 이동한다.

개구 (30A 내지 30C) 의 양측에 위치되는 액체 냉매 유동 영역 (37) 은, 액체 냉매를 개구 (30A 내지 30C) 를 지나 유동하게 하는 냉매 유동 영역에 해당한다. 개구 (30A, 30B, 30C) 는, 제 1 통로 (21) 에서 액체 냉매의 유동 방향에 대해 하류에서 봤을 때 이 순서로 칸막이 판 (20) 을 통해 형성된다. 바꿔 말하면, 개구 (30A) 는 제 1 통로 (21) 의 상류 단부 또는 공급구 (21A) 에 가장 근접 위치되며, 개구 (30C) 는 제 1 통로 (21) 의 하류 단부에 가장 근접하게 위치된다. 복수 개의 개구 (30A 내지 30C) 는 제 1 통로 (21) 의 액체 냉매가 제 2 통로 (22) 로 유동하는 제 1 영역으로서 기능한다. 각각의 개구 (30A 내지 30C) 의 양측에 형성된 액체 냉매 유동 영역 (37) 은, 액체 냉매가 제 1 통로 (21) 의 하류 단부를 향해 유동하는 제 2 영역으로서 기능한다.

본 발명의 바람직한 제 2 실시형태에 따르면, 제 1 통로 (21) 로 도입되는 액체 냉매는, 제 1 통로 (21) 의 단부 벽 (11A) 을 향해 또는 하류로 유동하며, 액체 냉매의 일부는 제 2 통로 내로 개구 (30A, 30B, 30C) 의 순서로 개구를 연속 통과한다. 개구 (30A, 30B, 30C) 각각의 개구 면적이 제 1 통로 (21) 의 개구 또는 단면적 보다 작기 때문에, 모든 액체 냉매는 제 1 통로 (21) 의 하류 단부에 도달하지 않고는 제 2 통로 (22) 내로 직접 유동하지 않는다. 개구 (30A 내지 30C) 는 액체 냉매의 일부가 제 1 통로 (21) 의 하류 단부로 유동하게 하는 액체 냉매 유동 영역 (37) 과 같은 제 2 영역으로서 작용한다. 액체 냉매 유동 영역 (37) 과 개구 (30A 내지 30C) 둘레를 유동하는 액체 냉매가 유동하여 제 1 통로 (21) 의 하류 단부에 도달한다.

바람직한 제 2 실시형태는, 바람직한 제 1 실시형태의 효과 (1) 내지 (7) 에 추가하여 하기의 효과를 제공한다.

(8) 복수 개의 개구 (30A 내지 30C) 의 제공은, 제 1 통로 (21) 에서의 액체 냉매가 제 2 통로 (22) 로 연속 유동하게 한다. 그럼으로써, 냉각 장치 (11) 내부를 유동하는 액체 냉매의 유동이 냉각 장치 (11) 에서 브랜치로 일정하게 분할된다. 개구 (30A) 를 제 1 통로 (21) 의 상류 단부에 인접한 최소 개구 면적에 배치하고, 개구 (30C) 를 제 1 통로 (21) 의 하류 단부에 인접한 최대 개구 면적에 배치하면, 액체 냉매는 개구 (30A, 30B) 를 통해 제 2 통로 (22) 로 전체가 유동하지는 않고, 액체 냉매의 일부가 개구 (30C) 에 도달한다. 즉, 액체 냉매는, 3 개의 상이한 개구 (30A 내지 30C) 를 통해 제 1 통로 (21) 로부터 제 2 통로 (22) 까지 유동한다.

(9) 각각의 개구 면적이 제 1 통로 (21) 의 개구 또는 단면적보다 작아지도록 개구 (30A 내지 30C) 를 형성하면, 액체 냉매의 일부가 제 1 통로 (21) 의 하류 단부로 유동하게 되며, 이에 의해 냉각 장치 (11) 의 냉각 성능의 감소가 억제된다.

(10) 복수 개의 개구 (30A 내지 30C) 가 그의 내부에 형성된 냉각 장치에 따른 바람직한 제 2 실시형태에서, 개구 (30A 내지 30C) 바로 아래를 유동하는 액체 냉매의 속도가 증가된다. 따라서, 제 2 통로 (22) 에 의해 냉각될 부품 바로 위 또는 대응 위치에 개구 (30A 내지 30C) 를 형성하면, 냉각 장치 (11) 의 냉각 성능이 개선될 수도 있다.

(11) 개구 면적이 제 1 통로 (21) 의 개구 또는 단면적보다 작게 개구 (30A 내지 30C) 가 형성되고, 냉각 장치 (11) 에 복수 개의 개구 (30A 내지 30C) 를 제공하면, 제 1 통로 (21) 에서 액체 냉매가 체류하는 것이 억제될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 제 3 실시형태를 도 5 를 참조하여 설명한다. 본 발명의 바람직한 제 3 실시형태에 따르면, 개구 (31) 는 제 1 및 제 2 통로 (21, 22) 의 적층 방향으로 제 1 및 제 2 통로 (21, 22) 를 연통하기 위해서 칸막이 판 (20) 에 형성된다. 개구 (31) 는 평면에서 봤을 때 정사각형 또는 직사각형 형상으로 형성된다.

개구 (31) 의 폭의 중심 (Y2) 이 제 1 통로 (21) 의 액체 냉매의 유동 방향을 따라 봤을 때 제 1 통로 (21) 의 축 또는 제 1 통로 (21) 의 폭의 중심 (Y1) 으로부터 벗어나도록, 개구 (31) 가 위치된다. 개구 (31) 는 제 1 통로 (21) 의 폭의 중심 (Y1) 에 대해, 또는 제 1 통로 (21) 에서의 중심 (Y1) 의 단지 일측상에서만 비대칭 위치에 배치된다. 개구 (31) 로부터 중심 (Y) 의 양측의 칸막이 판 (20) 위에 있는 영역은, 액체 냉매의 일부가 제 1 통로 (21) 의 하류 단부로 유동하게 하는 액체 냉매 유동 영역 (32) 으로서 작용한다. 개구 (31) 는, 제 1 및 제 2 통로 (21, 22) 사이의 연통 영역이며, 액체 냉매 유동 영역 (32) 은, 제 1 및 제 2 통로 (21, 22) 사이의 비연통 영역으로서 작용한다. 개구 (31) 의 개구 면적은, 제 1 통로 (21) 에서의 액체 냉매의 유동 방향에 직교하는 방향으로 취한 제 1 통로 (21) 의 개구 또는 단면적보다 크다.

개구 (31) 가 상기 벗어난 위치에 배치되는 본 발명의 바람직한 제 3 실시형태에 따르면, 액체 냉매가 제 1 통로 (21) 의 하류 단부에 쉽게 유동한다. 개구 (31) 는, 제 1 통로 (21) 를 유동하는 액체 냉매가 제 2 통로 (22) 내로 유동하게 하는 제 1 영역으로서 기능한다. 액체 냉매 유동 영역 (32) 은, 액체 냉매가 제 1 통로 (21) 의 하류 단부로 유동하게 하는 제 2 영역으로서 기능한다. 개구 (31) 는, 제 1 통로 (21) 를 유동하는 액체 냉매에 의해 냉각될 부품으로서의 반도체 소자 (13) 바로 아래에 배치된다.

본 발명의 바람직한 제 3 실시형태에 따르면, 제 1 통로 (21) 내로 도입된 액체 냉매는, 냉각 장치 (11) 의 단부 벽 (11B) 또는 제 1 통로 (21) 의 하류 단부를 향해 유동한다. 액체 냉매의 일부는 개구 (31) 를 통해 제 2 통로 (22) 내로 유동하는 반면, 액체 냉매의 나머지는 액체 냉매 유동 영역 (32) 을 통해 한층 더욱 하류로 유동한다. 즉, 액체 냉매의 일부는 개구 (31) 를 통해 제 2 통로 (22) 내로 직접 유동하는 반면, 액체 냉매의 나머지는 제 1 통로 (21) 의 하류 단부로 유동하고, 이후 개구 (31) 를 통해 제 2 통로 (22) 내로 유동한다.

제 3 실시형태는, 바람직한 제 1 실시형태의 효과 (3) 내지 (7) 뿐만 아니라 하기의 효과를 제공한다.

(12) 개구 (31) 의 양측에 형성된 액체 냉매 유동 영역 (28) 은, 제 1 통로 (21) 의 액체 냉매의 일부가 제 1 통로 (21) 의 하류 단부를 향해 유동하게 한다. 그럼으로써, 액체 냉매는 제 1 통로 (21) 의 전체 내부 공간으로 유동하며, 이에 의해 냉각 장치 (11) 의 냉각 성능의 감소를 억제한다.

(13) 개구 (31) 를 냉각될 부품의 바로 아래에 제공하면, 액체 냉매의 유동 속도가 증가하며 이에 의해 냉각 장치 (11) 의 냉각 성능의 감소를 억제한다.

전술한 실시형태는 하기에 예시된 바와 같이 다양한 방식으로 변경될 수도 있다.

본 발명의 바람직한 제 1 내지 제 3 실시형태에 따르면, 반도체 소자 (13) 는 금속 회로판 (14) 을 통해 냉각 장치 (11) 의 베이스 (12) 에 실장된다. 대안으로, 반도체 소자 (13) 는 냉각 장치 (11) 의 베이스 (12) 에 직접 실장될 수도 있다.

본 발명의 바람직한 제 1 내지 제 3 실시형태에 따르면, 제 1 및 제 2 통로 (21, 22) 는, 제 1 통로 (21) 의 개구 또는 단면적이 제 2 통로 (22) 의 개구 또는 단면적보다 작아서, 제 1 통로 (21) 의 냉각 성능이 제 2 통로 (22) 의 냉각 성능보다 높아지도록 변형될 수도 있다. 이러한 변형은, 액체 냉매가 제 2 통로 (22) 를 유동하는 속도보다 높은 속도로 액체 냉매가 제 1 통로 (21) 를 유동하게 하며, 이에 따라서 제 1 통로 (21) 의 냉각 성능이 제 2 통로 (22) 의 냉각 성능보다 높아진다.

본 발명의 바람직한 제 1 내지 제 3 실시형태에서의 이너 핀은, 핀이 제 1 통로에만 제공되어, 제 1 통로 (21) 의 냉각 성능이 제 2 통로 (22) 의 냉각 성능보다 높아지도록 변형될 수도 있다.

본 발명의 바람직한 제 1 내지 제 3 실시형태에 따르면, 이너 핀은 상이한 형상, 예컨대 핀 (pin) 형상 핀을 갖도록 변형될 수도 있다.

바람직한 제 1 실시형태에서, 도 6 에 도시된 바와 같이 평면에서 봤을 때 직사각형 형상을 갖도록 개구 (33) 가 변형될 수도 있다. 이와 같은 경우, 개구 (33) 의 양측의 영역은 액체 냉매 유동 영역 (38) 에 대응한다.

바람직한 제 1 실시형태의 제 1 이너 핀 (26) 은, 도 7 에 도시된 바와 같이 직선 형상 이너 핀 (35) 으로 대체될 수도 있고, 개구 (34) 는 직사각형 형상으로 형성될 수도 있다. 게다가, 이너 핀 (35) 은, 개구 (34) 가 2 개의 외부 이너 핀 (35) 에 의해 양측면을 접하여, 액체 냉매의 일부가 제 1 통로 (21) 의 하류 단부에 도달하도록 형성될 수도 있다. 제 1 통로 (21) 에서, 측방향 사이드 영역 (36) 을 통해 유동하는 액체 냉매의 일부는, 이너 핀 (35) 을 따라 제 1 통로 (21) 의 하류 단부에 도달한다. 그럼으로써, 제 1 통로 (21) 의 측방향 사이드 영역 (36) 은 본 발명의 액체 냉매 유동 영역으로서 작용한다.

바람직한 제 1 실시형태의 개구 (25) 는, 개구 (25) 가 제 1 통로 (21) 의 하류 단부를 향해 폭이 넓어지게 형성되도록 변경될 수도 있다.

대안으로, 바람직한 제 1 실시형태의 개구 (25) 는, 제 1 통로 (21) 의 액체 냉매 유동 방향을 따라 이러한 별도의 개구가 복수 개 배치되도록 변형될 수도 있고, 이 개구 각각은 제 1 통로 (21) 의 하류 단부를 향해 폭이 넓어진다. 이러한 경우, 액체 냉매 유동 영역 (28) 은 임의의 2 개의 인접한 개구 (25) 사이에 형성될 수도 있다.

바람직한 제 2 실시형태의 개구 (30A 내지 30C) 는, 제 1 통로 (21) 의 하류 단부를 향해서 증가하는 이격된 간격으로 배치될 수도 있다. 이 경우, 개구 (30A 내지 30C) 는 동일하거나 상이한 개구 면적을 가질 수도 있다. 게다가, 형성될 개구의 수는 2 또는 3 초과일 수도 있다.

바람직한 제 2 실시형태의 개구 (30A 내지 30C) 는, 바람직한 제 1 실시형태에서와 같이 사다리꼴 형상을 갖도록 변형될 수도 있다.

바람직한 제 3 실시형태의 개구 (31) 는 복수 개의 개구로 변형될 수도 있다. 대안으로, 개구 (31) 는 직사각형, 사다리꼴 또는 삼각형 형상으로 변형될 수도 있다.

Claims

베이스;
상기 베이스에 접속되는 제 1 발열 부품;
상기 베이스에 접속되는 제 2 발열 부품;
상기 베이스에 형성되며, 상기 제 1 발열 부품을 냉각하기 위해 액체 냉매가 유동하는 제 1 통로;
상기 베이스에 형성되며, 상기 제 2 발열 부품을 냉각하기 위해 액체 냉매가 유동하는 제 2 통로;
상기 베이스에 형성되며, 제 1 통로 및 제 2 통로가 상기 베이스에서 상하로 (one above the other) 적층되는 칸막이 벽을 포함하며, 상기 칸막이 벽은,
제 1 통로의 액체 냉매가 제 2 통로 내로 유동하도록 개방되는 제 1 영역; 및
제 1 통로의 액체 냉매가 제 1 통로의 하류 단부를 향해서 유동하도록 제 1 영역의 측면에 배치되는 제 2 영역을 포함하고,
상기 제 1 영역은, 제 1 영역의 개구 면적이 제 1 통로에서의 액체 냉매의 유동 방향에 직교하는 방향으로 제 1 통로의 개구 면적보다 더 크도록 형성되는, 냉각 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 통로와 제 2 통로는, 상기 베이스에 대해 상이한 액체 냉매 접촉 면적을 갖는, 냉각 장치.
제 2 항에 있어서,
파형상을 갖는 제 1 이너 핀이 상기 제 1 냉매 통로에 배치되고, 직선 형상을 갖는 제 2 이너 핀이 상기 제 2 냉매 통로에 배치되는, 냉각 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 영역은, 상기 제 1 통로에서의 액체 냉매의 유동 방향에 대해 제 1 통로의 하류 단부를 향해 폭이 넓어지는 사다리꼴 형상을 갖는 개구인, 냉각 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 영역은, 상기 제 1 통로의 하류 단부를 향해 개구 면적의 상승 순서로 정렬된 복수 개의 개구인, 냉각 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 각각의 개구 개구 면적은 제 1 통로의 개구 면적보다 작은, 냉각 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 영역은 직사각형 형상을 갖는 개구이며, 개구의 폭의 중심이 제 1 통로에서의 액체 냉매의 유동 방향을 따라 봤을 때 제 1 통로의 폭의 중심으로부터 벗어나도록 배치되는, 냉각 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 영역은, 상기 제 1 발열 부품 바로 아래에 배치되고, 그리고/또는 상기 제 2 발열 부품 바로 위에 배치되는, 냉각 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 통로의 개구 면적은 상기 제 2 통로의 개구 면적보다 작은, 냉각 장치.