KR20130031571A - Cooling device for electronic components - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 일 실시예는 냉각장치에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 전자부품을 냉각시키기 위한 냉각장치에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a cooling device, and more particularly, to a cooling device for cooling an electronic component.
전자제품은 동작 과정에서 전력을 소모하는데, 소모되는 전력의 일부는 열로 방출되므로, 전자제품의 특정 부분의 온도는 높아질 수 있다. 따라서 전자제품을 정상적으로 사용하기 위해 전자제품의 발열 부분은 주어진 온도 이하로 유지된다. 이를 위해 전자제품은 발열 부분의 온도를 낮추기 위한 냉각 시스템이나 장치를 구비할 수 있다.Electronics consume power during operation, and part of the power consumed is released as heat, so that the temperature of certain parts of the electronics can be high. Thus, in order to use electronics normally, the heat generating portion of the electronics is kept below a given temperature. To this end, the electronic product may be provided with a cooling system or a device for lowering the temperature of the heating portion.
예를 들면, 전자제품의 발열부분이 파워 모듈인 경우, 파워 모듈 기판의 후면에 액체를 분사하여 냉각할 수 있다. 그리고 전자제품의 발열부분이 CPU인 경우, CPU에 히트싱크를 부착하고, 여기에 액체 냉매를 분사하여 냉각할 수 있다.For example, when the heat generating portion of the electronic product is a power module, the liquid may be cooled by spraying a liquid on the rear surface of the power module substrate. When the heat generating portion of the electronic product is a CPU, a heat sink may be attached to the CPU, and the liquid refrigerant may be injected and cooled therein.
본 발명의 일 실시예는 냉각 효율을 높일 수 있는 전자 부품 냉각장치를 제공한다.One embodiment of the present invention provides an electronic component cooling apparatus that can increase the cooling efficiency.
본 발명의 일 실시예에 의한 전자 부품 냉각장치는 상부면에 발열부품이 장착되는 기판과, 상기 기판의 밑면에 구비되고, 복수의 방열 핀을 갖는 히트싱크와, 상기 히트싱크와 접촉되고 상기 복수의 핀을 둘러싸되, 상기 핀과 이격되며, 배출구를 갖는 제1 측벽과, 상기 제1 측벽과 상기 복수의 핀을 덮고 상기 핀과 이격되며 관통홀을 갖는 제1 덮개과, 상기 제1 덮개 아래에 접촉되고, 상기 제1 덮개의 일부를 둘러싸는 제2 측벽과, 상기 제2 측벽을 덮는 제2 덮개를 포함하고, 상기 제2 측벽과 상기 제2 덮개 중 어느 하나에 유입구가 존재하고, 상기 제1 덮개의 관통홀은 상기 발열 부품과 대응하는 위치에 구비된다.An electronic component cooling apparatus according to an embodiment of the present invention includes a substrate on which a heating component is mounted on an upper surface, a heat sink provided on a bottom surface of the substrate, and having a plurality of heat dissipation fins, and in contact with the heat sink. A first sidewall spaced from the pin and spaced apart from the pin, the first sidewall having the outlet, a first cover covering the first sidewall and the plurality of pins and spaced apart from the pin and having a through hole; And a second sidewall contacting and surrounding a portion of the first lid, and a second lid covering the second sidewall, wherein an inlet is present in any one of the second sidewall and the second lid, 1 The through hole of the cover is provided at a position corresponding to the heat generating part.
이러한 냉각장치에서 상기 복수의 핀은 상기 발열부품에 대응하는 영역 둘레에 구비될 수 있다.In the cooling device, the plurality of fins may be provided around an area corresponding to the heat generating part.
상기 복수의 핀의 길이는 같거나 서로 다를 수 있다.The plurality of pins may have the same length or different lengths.
상기 기판은 DBC(Direct Bonding Copper) 기판일 수 있다.The substrate may be a direct bonding copper (DBC) substrate.
상기 제1 덮개에 형성된 관통홀의 중심을 지나는 선과 이 선으로부터 최단거리에 있는 핀 사이의 거리(R)는 상기 관통홀의 직경(d)의 0.8~1.4배일 수 있다.The distance R between the line passing through the center of the through hole formed in the first cover and the pin at the shortest distance from the line may be 0.8 to 1.4 times the diameter d of the through hole.
상기 제1 덮개에 상기 발열부품과 일대 일로 대응하는 복수의 관통홀이 존재하고, 상기 제1 및 제2 덮개 사이에는 상기 제1 및 제2 덮개와 상기 제2 측벽으로 만들어지는 내부 공간을 이분하는 격벽이 존재하며, 상기 격벽은 상기 복수의 관통홀 사이에 위치할 수 있다.The first cover has a plurality of through-holes corresponding to the heating element in a one-to-one relationship, and divides an internal space formed by the first and second covers and the second sidewall between the first and second covers. A partition wall exists, and the partition wall may be positioned between the plurality of through holes.
본 발명의 다른 실시예에 의한 전자 부품 냉각장치는 상부면에 발열부품이 장착되는 기판과, 기판의 밑면에 접촉되고 복수의 핀을 갖는 히트싱크와, 상기 복수의 핀을 감싸는 제1 공간을 형성하는 제1 측벽 및 제1 덮개와, 상기 제1 공간 아래에 상기 제1 공간과 연결되는 제2 공간을 형성하는 제2 측벽 및 제2 덮개를 포함하고, 상기 제1 측벽에 배출구를 구비하고, 상기 제2 측벽 및 상기 제2 덮개 중 하나에 유입구를 갖는다.An electronic component cooling apparatus according to another embodiment of the present invention includes a substrate on which a heating component is mounted, a heat sink having a plurality of fins in contact with a bottom surface of the substrate, and a first space surrounding the plurality of fins. A first side wall and a first cover, a second side wall and a second cover forming a second space connected to the first space under the first space, and having a discharge port at the first side wall, One of the second sidewall and the second cover has an inlet.
이러한 냉각장치에서, 상기 제1 및 제2 공간은 복수의 관통홀로 연결될 수 있다.In such a cooling device, the first and second spaces may be connected to a plurality of through holes.
상기 복수의 관통홀은 상기 발열부품과 일대 일로 대응할 수 있다.The plurality of through holes may correspond one-to-one with the heat generating part.
상기 복수의 핀은 길이가 같거나 다를 수 있다.The plurality of pins may have the same length or different lengths.
상기 제2 공간은 상기 발열부품 수와 동일하게 분할될 수 있다.The second space may be divided equally to the number of the heating parts.
본 발명의 일 실시예에 의한 전자 부품 냉각장치에서 액체 냉매가 분사되는 노즐(또는 오리피스)의 중심과 이에 인접한 방열 핀 사이의 거리(R)는 상기 노즐의 직경(d)의 0.8~1.4배(R/d= 0.8~1.4)로써, 최대의 냉각 효율을 얻을 수 있다.In the electronic component cooling apparatus according to an embodiment of the present invention, the distance R between the center of the nozzle (or orifice) in which the liquid refrigerant is injected and the heat dissipation fin adjacent thereto is 0.8 to 1.4 times the diameter d of the nozzle ( R / d = 0.8 to 1.4), the maximum cooling efficiency can be obtained.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전자 부품 냉각장치의 단면도이다.
도 2는 도 1에서 액체 냉매가 유입되는 제2 공간(150)이 두 부분으로 분할된 경우를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시한 전자 부품 냉각장치에서 기판(100)의 구성에 대한 일 예를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 1의 제1 영역(A1)에 대한 평면도이다.1 is a cross-sectional view of an electronic component cooling apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a case in which the
3 is a cross-sectional view illustrating an example of a configuration of the
4 is a plan view of the first area A1 of FIG. 1.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 전자 부품 냉각장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.Hereinafter, an electronic component cooling apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of layers or regions illustrated in the drawings are exaggerated for clarity.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 전자 부품 냉각장치는 기판(110)과 히트 싱크(120)와 히트 싱크 수용공간(140)과 액체 냉매 수용공간(150)을 포함한다. 기판(110)과 히트싱크(120)는 페이스트(paste) 또는 솔더(solder)로 본딩되거나 소결방식으로 본딩될 수 있다. 기판(110)의 상부면에 발열부품(100)이 장착될 수 있다. 발열부품(100)은, 예를 들면 반도체 칩, CPU 또는 파워 모듈일 수 있다. 기판(120)의 밑면에 히트 싱크(120)가 부착되어 있다. 히트싱크(120)는 밑면에 아래를 향하는 복수의 핀(130)을 구비한다. 그러나 발열부품(100) 아래에 대응하는 영역에는 핀(130)이 존재하지 않는다. 곧, 히트싱크(120)의 밑면에서 발열부품(100)에 대응하는 영역은 핀이 없는 평평한 영역이다. 복수의 핀(130)은 발열부품(100)으로 전달되는 열을 방출하는 방열 핀일 수 있다. 복수의 핀(130)의 길이는 동일하지만, 부분적으로 혹은 영역에 따라 서로 다를 수 있다. 히트싱크(120) 아래에 복수의 핀(130)을 둘러싸는 제1 측벽(70)이 존재한다. 제1 측벽(70)은 복수의 핀(130)과 이격되어 있다. 제1 측벽(70)에 제1 및 제2 관통홀(70h1, 70h2)이 형성되어 있다. 제1 및 제2 관통홀(70h1, 70h2)은 복수의 핀(130)을 사이에 두고 마주하도록 배치되어 있지만, 그렇지 않을 수도 있다. 제1 및 제2 관통홀(70h1, 70h2)은 복수의 핀(130)에 접촉된 액체 냉매가 배출되는 배출구이다. 제1 측벽(70)으로 둘러싸인 복수의 핀(130)은 제1 덮개(75)로 덮여 있다. 제1 덮개(75)는 복수의 핀(130)과 이격되어 있다. 제1 덮개(130)는 제1 측벽(70)과 밀봉 접촉되어 있다. 제1 측벽(70)과 제1 덮개(75)로 인해 히트 싱크(120) 아래에 복수의 핀(130)을 수용하는 제1 공간(140)이 형성된다. 제1 공간(140)에 유입된 액체 냉매는 복수의 핀(130)으로부터 열을 흡수하고 제1 및 제2 관통홀(70h1, 70h2)을 통해 배출된다. 제1 덮개(75)에는 제3 및 제4 관통홀(75h1, 75h2)이 형성되어 있다. 제3 및 제4 관통홀(75h1, 75h2)은 노즐 혹은 오리피스(orifice)로 표현할 수도 있다. 제3 및 제4 관통홀(75h1, 75h2)을 통해서 액체 냉매가 제1 공간(140)에 유입된다. 제3 및 제4 관통홀(75h1, 75h2)은 각각 발열부품(100)과 일대 일로 대응되는 위치에 형성된다. 따라서 제3 및 제4 관통홀(75h1, 75h2)은 각각 발열부품(100) 아래의 복수의 핀(130)이 존재하지 않는, 히트싱크(120)의 평평한 부분의 중심과 마주한다. 이에 따라 제1 공간(140)에 유입되는 액체 냉매는 점선 화살표로 나타낸 바와 같이 발열 부품(100) 아래의 히트 싱크(120)의 평평한 영역에 분사(접촉)되고 그 주변으로 흐르면서 핀(130)과 접촉된 후, 제1 및 제2 관통홀(70h1, 70h2)을 통해 제1 공간(140) 밖으로 배출된다.Referring to FIG. 1, an electronic component cooling apparatus according to an embodiment of the present invention includes a
제1 공간(140)에서 제3 및 제4 관통홀(75h1, 75h2)의 중심을 지나는 가상선(L1, L2)과 핀(130) 중에서 제3 및 제4 관통홀(75h1, 75h2)에 최인접한 핀 사이의 거리(R)는 다음 수학식 1을 만족한다.The virtual lines L1 and L2 passing through the centers of the third and fourth through holes 75h1 and 75h2 in the
[수학식 1][Equation 1]
R ≥ 0.8×dR ≥ 0.8 × d
수학식 1에서 d는 제3 및 제4 관통홀(75h1, 75h2)의 직경이다.In
도 1의 냉각장치에 대한 누셀트(Nusselt) 수의 측정실험에서 거리(R)가 수학식 1의 조건을 만족할 때, 예를 들면, 거리(R)/직경(d)의 비가 0.8~1.4 정도일 때, 누셀트 수는 다른 범위에서보다 크게 나왔다.When the distance R satisfies the condition of
이러한 결과로부터 제3 및 제4 관통홀(75h1, 75h2)과 핀(130) 사이의 관계가 수학식 1을 만족할 때가 그렇지 않을 때보다 액체 냉매와 핀(130)을 포함하는 히트 싱트(120) 사이에 열 전달효율이 높다는 것을 알 수 있다. 결국, 도 1의 냉각 장치의 냉각 효율은 더욱 높아진다.From this result, the relationship between the third and fourth through holes 75h1 and 75h2 and the
계속해서, 제1 덮개(75) 밑면에 제1 덮개(75)에 수직한 제2 측벽(80)이 존재한다. 제1 덮개(75)와 제2 측벽(80)은 밀봉 접촉된다. 제2 측벽(80)은 제1 측벽(70) 아래에 위치한다. 제2 측벽(80)은 제1 덮개(75)의 소정 영역을 둘러싸는데, 제1 측벽(75)으로 둘러싸인 영역에 대응된다. 제2 측벽(80)은 제2 덮개(60)로 덮여 있다. 제2 덮개(60)과 제2 측벽(80)은 밀봉 접촉된다. 제2 덮개(60)에 제5 관통홀(60h1)이 형성되어 있다. 제5 관통홀(60h1)은 제3 및 제4 관통홀(75h1, 75h2) 사이에 위치할 수 있다. 제5 관통홀(60h1)을 통해 액체 냉매가 유입된다. 제2 측벽(80)과 제2 덮개(60)로 인해 제1 덮개(75) 아래에 주어진 부피의 제2 공간(150)이 형성된다. 제5 관통홀(60h1)을 통해 유입되는 액체 냉매는 제2 공간(150)에 채워지고, 제3 및 제4 관통홀(75h1, 75h2)을 통해 제1 공간(140)으로 흐른다. 제5 관통홀(60h1)을 통해 유입되는 액체 냉매의 유입량과 유입압은 외부에 설치된 유량 제어기(미도시)에 의해 제어될 수 있다.Subsequently, there is a
한편, 제2 덮개(60)에 관통홀(60h1)을 구비하는 대신, 제2 측벽(80)에 서로 마주하는 제6 및 제 7 관통홀(80h1, 80h2)을 구비할 수도 있다.Instead of providing the through holes 60h1 in the
다른 한편으로, 도 2에 도시한 바와 같이, 도 1의 제2 공간(150)은 제3 및 제4 공간(170, 180)으로 분할될 수 있다. 제3 및 제4 공간(170, 180) 사이에 밀폐 격벽(50)이 존재한다. 격벽(50)은 제3 및 제4 관통홀(75h1, 75h2) 사이에 위치할 수 있다. 제3 및 제4 공간(170, 180)은 각각 발열 부품(100)과 일대 일로 대응한다. 제3 및 제4 공간(170, 180)에 유입되는 액체 냉매는 각각 제2 측벽(80)에 형성된 제6 및 제7 관통홀(80h1, 80h2)을 통해 유입된다. 제6 및 제7 관통홀(80h1, 80h2)은 각각 별개의 유량 제어기에 연결될 수 있다. 도 2에서 제6 및 제7 관통홀(80h1, 80h2)은 제2 측벽(80)이 아니라 제2 덮개(60)에 형성될 수도 있다. 제2 공간(150)은 발열부품(100)의 수와 동일한 수로 분할될 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 2, the
도 1 및 도 2에서 기판(110)의 상부면과 밑면은 상대적인 표현이다. 따라서 도 1 및 도 2에서 냉각장치를 보는 방향에 따라 기판(110)의 상부면은 밑면이 될 수 있고, 밑면은 상부면으로 표현될 수 있다.1 and 2, the top and bottom surfaces of the
도 1 및 도 2의 냉각장치에서 기판(110)은, 예를 들면 도 3에 도시한 바와 같은 DBC 기판일 수 있다. 도 3을 참조하면, 기판(110)은 순차적으로 적층된 제1 구리층(110a), 절연층(110b) 및 제2 구리층(110c)을 포함할 수 있다. 절연층(110b)은, 예를 들면 알루미늄 질화물(예, AlN) 또는 알루미늄 산화물(예, Al2O3)일 수 있다. In the cooling apparatus of FIGS. 1 and 2, the
도 4는 도 1의 냉각 장치의 제1 영역(A1)에 대한 평면도이다.4 is a plan view of the first region A1 of the cooling device of FIG. 1.
도 4를 참조하면, 제1 덮개(75)에서 제3 관통홀(75h1) 둘레에 핀(130)이 분포되어 있다. 핀(130)은 제3 관통홀(75h1)을 중심으로 대칭적으로 분포할 수 있다. 그러나 비 대칭적으로 분포할 수도 있다. 도 4에서 점선원은 거리(R)를 표시하기 위해 편의 상 기입한 것이다.Referring to FIG. 4, the
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.While many details are set forth in the foregoing description, they should be construed as illustrative of preferred embodiments, rather than to limit the scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but should be determined by the technical spirit described in the claims.
50:격벽 70, 80:제1 및 제2 측벽
70h1, 70h2, 75h1, 75h2, 60h1, 80h1, 80h2:제1 내지 제7 관통홀
75, 60:제1 및 제2 덮개 100:발열 부품
110:기판 120:히트싱크
130:복수의 핀
140, 150, 170, 180:제1 내지 제4 공간
R:노즐과 이에 인접한 핀 사이의 거리
d:노즐의 직경 L1,L2:노즐의 중심을 지나는 가상선50:
70h1, 70h2, 75h1, 75h2, 60h1, 80h1, 80h2: first through seventh through holes
75 and 60: first and second covers 100: heat generating parts
110: substrate 120: heat sink
130: multiple pins
140, 150, 170, 180: first to fourth spaces
R: Distance between nozzle and adjacent pin
d: Nozzle diameter L1, L2: Virtual line passing through the center of the nozzle
Claims (12)
상기 기판의 밑면에 구비되고, 복수의 방열 핀을 갖는 히트 싱크;
상기 히트싱크와 접촉되고 상기 복수의 핀을 둘러싸되, 상기 핀과 이격되며, 배출구를 갖는 제1 측벽;
상기 제1 측벽과 상기 복수의 핀을 덮고, 상기 핀과 이격되며 관통홀을 갖는 제1 덮개;
상기 제1 덮개 아래에 접촉되고, 상기 제1 덮개의 일부를 둘러싸는 제2 측벽; 및
상기 제2 측벽을 덮는 제2 덮개;를 포함하고,
상기 제2 측벽과 상기 제2 덮개 중 어느 하나에 유입구가 존재하고,
상기 제1 덮개의 관통홀은 상기 발열 부품과 대응하는 위치에 구비된 전자 부품 냉각장치.A substrate on which heat generating parts are mounted;
A heat sink provided on a bottom surface of the substrate and having a plurality of heat dissipation fins;
A first sidewall in contact with the heat sink and surrounding the plurality of fins, the first sidewalls being spaced apart from the fins and having an outlet;
A first cover covering the first sidewall and the plurality of fins and spaced apart from the fins and having a through hole;
A second sidewall contacting the first cover and surrounding a portion of the first cover; And
A second cover covering the second sidewall;
An inlet is present in any one of the second sidewall and the second lid,
The through hole of the first cover is an electronic component cooling device provided in a position corresponding to the heat generating component.
상기 복수의 핀은 상기 발열부품에 대응하는 영역 둘레에 구비된 전자 부품 냉각장치.The method of claim 1,
And the plurality of fins are disposed around an area corresponding to the heat generating part.
상기 복수의 핀의 길이는 같거나 서로 다른 전자 부품 냉각장치.The method of claim 1,
Cooling device of the electronic component of the same or different length of the plurality of fins.
상기 기판은 DBC(Direct Bonding Copper) 기판인 전자 부품 냉각장치.The method of claim 1,
The substrate is an electronic component cooling device is a DBC (Direct Bonding Copper) substrate.
상기 제1 덮개에 형성된 관통홀의 중심을 지나는 선과 이 선으로부터 최단거리에 있는 핀 사이의 거리(R)는 상기 관통홀의 직경(d)의 0.8~1.4배인 전자 부품 냉각장치.The method of claim 2,
And a distance (R) between a line passing through the center of the through hole formed in the first cover and a pin at the shortest distance from the line is 0.8 to 1.4 times the diameter (d) of the through hole.
상기 제1 덮개에 상기 발열부품과 일대 일로 대응하는 복수의 관통홀이 존재하고, 상기 제1 및 제2 덮개 사이에는 상기 제1 및 제2 덮개와 상기 제2 측벽으로 만들어지는 내부 공간을 이분하는 격벽이 존재하며, 상기 격벽은 상기 복수의 관통홀 사이에 위치하는 전자 부품 냉각장치.The method of claim 1,
The first cover has a plurality of through-holes corresponding to the heating element in a one-to-one relationship, and divides an internal space formed by the first and second covers and the second sidewall between the first and second covers. A partition wall exists, and the partition wall is positioned between the plurality of through holes.
기판의 밑면에 접촉되고 복수의 핀을 갖는 히트싱크;
상기 복수의 핀을 감싸는 제1 공간을 형성하는 제1 측벽 및 제1 덮개;
상기 제1 공간 아래에 상기 제1 공간과 연결되는 제2 공간을 형성하는 제2 측벽 및 제2 덮개;를 포함하고,
상기 제1 측벽에 배출구를 구비하고,
상기 제2 측벽 및 상기 제2 덮개 중 하나에 유입구를 갖는 전자 부품 냉각장치.A substrate on which heat generating parts are mounted;
A heat sink in contact with the bottom surface of the substrate and having a plurality of fins;
A first sidewall and a first cover forming a first space surrounding the plurality of pins;
And a second sidewall and a second cover forming a second space connected to the first space below the first space.
An outlet on the first sidewall,
And an inlet in one of said second sidewall and said second cover.
상기 제1 및 제2 공간은 복수의 관통홀로 연결된 전자 부품 냉각장치.The method of claim 7, wherein
The electronic component cooling apparatus of which the first and second spaces are connected by a plurality of through holes.
상기 복수의 관통홀 각각의 중심을 지나는 선과 이 선으로부터 최단거리에 있는 핀 사이의 거리(R)는 상기 관통홀의 직경(d)의 0.8~1.4배인 전자 부품 냉각장치.The method of claim 8,
And a distance (R) between a line passing through the center of each of the plurality of through holes and a pin at the shortest distance from the line is 0.8 to 1.4 times the diameter (d) of the through hole.
상기 복수의 관통홀은 상기 발열부품과 일대 일로 대응하는 전자 부품 냉각장치.The method of claim 8,
And the plurality of through holes correspond one-to-one with the heat generating parts.
상기 복수의 핀은 길이가 같거나 다른 전자 부품 냉각장치.The method of claim 7, wherein
And the plurality of fins have the same length or different lengths.
상기 제2 공간은 상기 발열부품 수와 동일하게 분할된 전자 부품 냉각장치.The method of claim 7, wherein
And the second space is divided equally to the number of heat generating parts.
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