WO2010084717A1 - 冷却装置 - Google Patents

冷却装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2010084717A1
WO2010084717A1 PCT/JP2010/000182 JP2010000182W WO2010084717A1 WO 2010084717 A1 WO2010084717 A1 WO 2010084717A1 JP 2010000182 W JP2010000182 W JP 2010000182W WO 2010084717 A1 WO2010084717 A1 WO 2010084717A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cooling device
space
substrate
liquid
electronic component
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/000182
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
吉川実
坂本仁
橋口毅哉
Original Assignee
日本電気株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電気株式会社 filed Critical 日本電気株式会社
Priority to US13/143,416 priority Critical patent/US8593810B2/en
Priority to JP2010547426A priority patent/JPWO2010084717A1/ja
Publication of WO2010084717A1 publication Critical patent/WO2010084717A1/ja

Links

Images

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

Definitions

  • the present invention relates to a cooling device.
  • Electronic parts such as LSI and IC are used in electronic equipment such as computers. If the temperature of the electronic component rises due to heat generation, it may be difficult to achieve high-speed and stable operation. Therefore, a technique for cooling an electronic component as disclosed in the following patent document has been devised.
  • JP 2001-136756 A Japanese Patent Laid-Open No. 2003-214779 JP 2004-327481 A JP 2007-208123 A
  • the amount of heat generation (heat generation density) of electronic components has increased remarkably due to improvements in the degree of integration of electronic components.
  • a cooling device such as a heat sink
  • the size of the cooling device may need to be increased.
  • the electronic device may be increased in size.
  • An object of the present invention is to provide a cooling device that can suppress an increase in size and efficiently cool an electronic component.
  • a space can be formed between a substrate having a first surface that supports an electronic component, a second surface opposite to the first surface, and the second surface of the substrate.
  • a container and the electronic component supported by the substrate and is disposed in the space so that at least a part thereof is in contact with the liquid in the space, and based on the heat generated by the electronic component,
  • a cooling device including an evaporation unit that changes a phase of at least a part of a liquid into a gas.
  • an increase in size can be suppressed, and an electronic component can be efficiently cooled.
  • an XYZ orthogonal coordinate system is set. The positional relationship of each part will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system.
  • a predetermined direction in the horizontal plane is set as the X-axis direction.
  • a direction orthogonal to the X-axis direction in the horizontal plane is set as the Y-axis direction.
  • a direction (vertical direction, vertical direction) orthogonal to each of the X-axis direction and the Y-axis direction is set as the Z-axis direction.
  • the rotation (inclination) directions around the X, Y, and Z axes are set as ⁇ X, ⁇ Y, and ⁇ Z directions, respectively.
  • FIG. 1 is an assembly diagram illustrating an example of the cooling device 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a side sectional view showing an example of the cooling device 100 according to the first embodiment.
  • the cooling device 100 includes a substrate 1, a container 5, and an evaporation unit 4.
  • the substrate 1 has a first surface 1A that supports the electronic component 2 and a second surface 1B that is a surface opposite to the first surface 1A.
  • the container 5 can form a space 20 between the second surface 1B of the substrate 1.
  • the evaporation unit 4 is thermally connected to the electronic component 2 supported by the substrate 1.
  • the evaporation unit 4 is disposed in the space 20 so that at least a part thereof is in contact with the liquid 6 in the space 20.
  • the evaporation unit 4 changes the phase of at least a part of the liquid 6 into a gas based on the heat generated by the electronic component 2.
  • the cooling device 100 further includes a condensing unit 8.
  • the condensing part 8 is arrange
  • the condensing part 8 takes the heat of the gas in the space 20 and changes at least a part of the gas into a liquid.
  • the cooling device 100 further includes a heat sink 7 that is thermally connected to the condensing unit 8 and dissipates heat from the condensing unit 8.
  • the electronic component 2 is a semiconductor element (semiconductor chip) such as an LSI or an IC.
  • the electronic component 2 generates heat when driven.
  • the substrate 1 has a first surface 1A that supports the electronic component 2 and a second surface 1B that faces the opposite direction of the first surface 1A. 1 and 2, the first surface 1A faces the ⁇ X direction, and the second surface 1B faces the + X direction. The second surface 1B faces the space 20.
  • the electronic component 2 is disposed at the first position on the first surface 1A.
  • the substrate 1 supports a plurality of electronic components 2.
  • the substrate 1 supports three electronic components 2.
  • the plurality (three) of electronic components 2 are arranged at intervals in each of a plurality of different first positions on the first surface 1A.
  • the container 5 can support the substrate 1.
  • the container 5 faces the second surface 1B of the substrate 1 and supports at least a part of the second surface 1B.
  • the space 20 is formed between the container 5 and the substrate 1 supported by the container 5.
  • the container 5 includes a recess 51 and a support surface 52 that is disposed around the recess 51 and supports at least a part of the second surface 1B of the substrate 1.
  • a space 20 is formed between the concave portion 51 of the container 5 and the second surface 1B of the substrate 1.
  • the container 5 is made of metal.
  • the metal container 5 has good thermal conductivity (high thermal conductivity).
  • the container 5 may be formed of a synthetic resin. Since the synthetic resin is easy to mold, the synthetic resin container 5 can be manufactured smoothly.
  • the substrate 1 and the container 5 are connected and fixed by the male screw 12.
  • substrate 1 has the through-hole 1H which can arrange
  • the container 5 has female screw grooves 53 at a plurality of positions on the support surface 52.
  • the female screw groove 53 is formed so as to correspond to the through hole 1 ⁇ / b> H and is connected to the male screw 12.
  • the through hole 1H and the female screw groove 53 are aligned, and the male screw 12 is disposed in the through hole 1H and the female screw groove 53 in a state where the support surface 52 of the container 5 and the second surface 1B of the substrate 1 are in contact with each other. The With this configuration, the substrate 1 and the container 5 are connected and fixed.
  • the cooling device 100 further includes the seal member 11 disposed between the second surface 1B of the substrate 1 and the support surface 52 of the container 5.
  • the seal member 11 is an O-ring, for example.
  • the space 20 is substantially sealed by the seal member 11. Moreover, the leakage of the liquid 6 in the space 20 is suppressed by the seal member 11.
  • the space 20 can hold the liquid 6.
  • the liquid 6 is a refrigerant for cooling the electronic component 2.
  • the liquid 6 desirably has a low boiling point.
  • hydrofluoroether is used as the liquid 6.
  • the liquid 6 may be a hydrofluorocarbon.
  • the liquid 6 may contain both hydrofluoroether and hydrofluorocarbon. Hydrofluoroethers and hydrofluorocarbons have low boiling points. Hydrofluoroethers and hydrofluorocarbons are insulative and inert.
  • the evaporation unit 4 is disposed on the second surface 1B of the substrate 1.
  • the evaporation unit 4 includes a first member 41 supported on the second surface 1B of the substrate 1.
  • the first member 41 includes a plate member 41A connected to the second surface 1B and a fin member 41B disposed on the plate member 41B.
  • the first member 41 disposed on the second surface 1B is thermally connected to the electronic component 2 disposed on the first surface 1A.
  • the first member 41 is made of a material having good thermal conductivity.
  • the first member 41 is made of metal.
  • the first member 41 is made of copper.
  • the first member 41 may be formed of aluminum.
  • the 1st member 41 may be formed with both copper and aluminum, and may be formed with materials (for example, other metals, such as iron) other than copper and aluminum.
  • the plate member 41A and the fin member 41B may be formed of different materials.
  • the substrate 1 has a thermal via 3 formed so as to connect the first surface 1A and the second surface 1B.
  • Thermal via 3 includes a through hole formed so as to connect first surface 1A and second surface 1B, and a metal film formed on the inner surface of the through hole.
  • the metal film is formed by plating the inner surface of the through hole.
  • the inner surface of the through hole is subjected to a copper plating process.
  • the electronic component 2 and the first member 41 are connected via a thermal via 3 formed on the substrate 1.
  • the electronic component 2 is disposed so as to face the thermal via 3 on the first surface 1A side.
  • the first member 41 is arranged to face the thermal via 3 on the second surface 1B side.
  • the electronic component 2 is connected to at least a part of the thermal via 3.
  • the first member 41 is connected to at least a part of the thermal via 3.
  • the electronic component 2 is supported on the first surface 1 ⁇ / b> A of the substrate 1 so that at least a part thereof is in contact with the thermal via 3.
  • the first member 41 is supported on the second surface 1 ⁇ / b> B of the substrate 1 so that at least a part thereof is in contact with the thermal via 3.
  • the electronic component 2 has a pin.
  • the pins include, for example, signal pins or power supply pins.
  • the pins of the electronic component 2 can be arranged in the thermal via 3.
  • the pins and the thermal via 3 are connected by solder.
  • the first member 41 and the thermal via 3 are connected by solder. With this configuration, the electronic component 2 and the first member 41 are fixed to the substrate 1, and the electronic component 2 and the first member 41 (evaporating unit 4) are thermally connected via the thermal via 3.
  • the thermal via 3 may also serve as a ground pin of a power source, for example.
  • the first member 41 and the thermal via 3 (substrate 1) may be connected with an adhesive having good thermal conductivity.
  • the surface of the first member 41 (evaporating unit 4) facing the space 20 is rough.
  • the surface of the first member 41 (evaporating unit 4) is roughened and has a predetermined surface roughness.
  • the surface of the first member 41 (evaporating unit 4) is roughened by sandblasting or the like so that the surface roughness is about several tens of ⁇ m to several hundreds of ⁇ m.
  • the heat sink 7 is supported on the first surface 1A of the substrate 1.
  • the heat sink 7 is disposed at a second position on the first surface 1A different from the first position on the first surface 1A where the electronic component 2 is disposed.
  • the heat sink 7 can dissipate the heat of the electronic component 2 to the surrounding atmosphere (air space).
  • the condensing unit 8 is disposed on the second surface 1B of the substrate 1.
  • the condensing part 8 is arrange
  • the condensing unit 8 is composed of the second member 81 supported by the second surface 1B of the substrate 1.
  • the second member 81 includes a plate member 81A connected to the second surface 1B.
  • the second member 81 disposed on the second surface 1B is thermally connected to the heat sink 7 disposed on the first surface 1A.
  • the second member 81 is made of a material having good thermal conductivity.
  • the second member 81 is made of metal.
  • the second member 81 is made of copper.
  • the second member 81 may be formed of aluminum.
  • the 2nd member 81 may be formed with both copper and aluminum, and may be formed with materials (for example, other metals, such as iron) other than copper and aluminum.
  • the heat sink 7 and the second member 81 are connected via the thermal via 3 formed on the substrate 1.
  • the heat sink 7 is arranged to face the thermal via 3 on the first surface 1A side.
  • the second member 81 is arranged to face the thermal via 3 on the second surface 1B side.
  • the heat sink 7 is connected to at least a part of the thermal via 3, and the second member 81 is connected to at least a part of the thermal via 3.
  • the heat sink 7 is supported on the first surface 1 ⁇ / b> A of the substrate 1 so that at least a part thereof is in contact with the thermal via 3.
  • the second member 81 is supported on the second surface 1 ⁇ / b> B of the substrate 1 so that at least a part thereof is in contact with the thermal via 3.
  • the heat sink 7 and the thermal via 3 are connected by solder.
  • the second member 81 and the thermal via 3 are connected by solder.
  • the heat sink 7 and the second member 81 are fixed to the substrate 1, and the heat sink 7 and the second member 81 (condensing unit 8) are thermally connected via the thermal via 3.
  • the second member 81 and the thermal via 3 (substrate 1) may be connected with an adhesive having good thermal conductivity.
  • the heat sink 7 may be connected to the substrate 1 via a heat dissipating grease having a good thermal conductivity or a heat dissipating sheet.
  • the surface of the second member 81 (condensing unit 8) facing the space 20 is rough.
  • the surface of the second member 81 (condensing unit 8) is roughened and has a predetermined surface roughness.
  • the surface of the second member 81 (condensing unit 8) is roughened by sandblasting or the like so that the surface roughness is about several tens of ⁇ m to several hundreds of ⁇ m.
  • the surface of the second member 81 (condensing unit 8) may not be roughened.
  • the second member 81 may include a plate member and a fin member connected to the plate member.
  • the surface of the 2nd member 81 (condensing part 8) containing a plate member and a fin member may be roughened.
  • the surface of the 2nd member 81 (condensing part 8) containing a plate member and a fin member does not need to be roughened.
  • the cooling device 100 includes a supply port 13 that is disposed in the container 5 and supplies the liquid 6 to the space 20. By supplying the liquid 6 from the supply port 13 to the space 20, the liquid 6 is held in the space 20.
  • the pressure in the space 20 is adjusted so that the boiling point of the liquid 6 in the space 20 is substantially normal temperature (for example, 23 ° C.). In the present embodiment, the pressure in the space 20 is at least lower than atmospheric pressure.
  • the liquid 6 is supplied from the supply port 13 to the space 20.
  • a predetermined amount of liquid LQ is supplied to the space 20.
  • a suction device such as a vacuum pump is connected to the supply port 13 via a tube. Then, the suction device is activated and the pressure in the space 20 is reduced.
  • the suction device adjusts the pressure of the space 20 so as to be at least lower than the atmospheric pressure. As the pressure in the space 20 decreases, the boiling point of the liquid 6 in the space 20 decreases. In the present embodiment, the pressure in the space 20 is adjusted so that the boiling point of the liquid 6 in the space 20 is approximately room temperature.
  • the supply port 13 is closed.
  • the sealing member is disposed at the supply port 13
  • the supply port 13 is closed, and the state where the pressure of the space 20 is reduced is maintained.
  • a valve mechanism capable of opening and closing the supply port 13 can be used.
  • the substrate 1 When the pressure in the space 20 decreases, the substrate 1 is deformed due to a pressure difference between the pressure on the first surface 1A side (atmospheric pressure) of the substrate 1 and the pressure on the second surface 1B side (pressure in the space 20).
  • there is a possibility for example, by arranging a rim member inside the space 20, deformation of the substrate 1 can be suppressed.
  • the electronic component 2 is driven in a state where the cooling device 100 is disposed so that the first surface 1A and the second surface 1B are parallel to the YZ plane.
  • the space (so that the position (height) of the surface of the liquid 6 in the space 20 is higher than the position (height) of the electronic component 2 in the Z-axis direction.
  • a predetermined amount of liquid 6 is held at 20.
  • the heat of the electronic component 2 is transmitted to the second surface 1B side of the substrate 1.
  • the heat generated by the electronic component 2 is transmitted to the first member 41 (evaporating unit 4) via the thermal via 3. Thereby, the temperature of the 1st member 41 (evaporating part 4) rises.
  • the temperature of the evaporating unit 4 rises, at least a part of the liquid 6 in the space 20 in contact with the evaporating unit 4 is heated and changes into a gas phase. That is, the temperature of the evaporation unit 4 rises based on the heat generated by the electronic component 2, and the temperature of at least a part of the liquid 6 in the space 20 in contact with the evaporation unit 4 rises above the boiling point of the liquid 6. In this case, at least a part of the liquid 6 changes into a gas. Thereby, bubbles are generated in the vicinity of the evaporation unit 4.
  • the pressure of the space 20 is adjusted so that the boiling point of the liquid 6 in the space 20 is approximately room temperature. Therefore, at least a part of the liquid 6 in contact with the evaporation unit 4 that is thermally connected to the electronic component 2 can be smoothly changed into a gas by heat generated by the electronic component 2.
  • the surface of the evaporation part 4 is rough, gas can be generated smoothly from the liquid 6 in contact with the evaporation part 4. That is, since the surface of the evaporation unit 4 is rough, the number of nuclei in which bubbles are generated can be increased. As a result, the phase of the liquid 6 can be smoothly changed to a gas.
  • the gas generated in the evaporation unit 4 moves in the + Z direction in the liquid 6 (that is, the gas generated in the evaporation unit 4 rises). As the gas moves in the liquid 6 in the + Z direction, the volume of the gas (bubbles) increases (that is, the volume of the gas (bubbles) expands).
  • FIG. 3 for example, a flow of the liquid 6 as shown by an arrow 9 in FIG. 3 is generated, and the gas generated in the evaporation unit 4 moves toward the condensation unit 8 that is thermally connected to the heat sink 7. Moving. That is, the gas generated in the evaporation unit 4 moves toward the condensing unit 8 together with the flowing liquid 6 as indicated by the arrow 9.
  • the interval of 41B is desirably about 1 mm to several mm.
  • the heat of the condensing unit 8 that has taken heat from the gas is transmitted to the heat sink 7 through the thermal via 3, and is dissipated to the surrounding atmosphere through the heat sink 7.
  • the liquid 6 phase-changed from gas in the condensing unit 8 or the liquid 6 near the condensing unit 8 moves downward by the action of gravity. Further, in the space 20, a flow of the liquid 6 as shown by an arrow 10 in FIG. 3 is generated, and the liquid 6 generated by the condensing unit 8 or the liquid 6 near the condensing unit 6 is evaporated by the evaporating unit 4. Move towards.
  • the vaporization (evaporation) of the liquid 6 in the evaporation unit 7 and the liquefaction (condensation) of the gas in the condensation unit 8 are performed. That is, a circulation cycle of evaporation and condensation is generated in the space 20.
  • This circulation cycle of evaporation and condensation is performed by latent heat without increasing temperature. Therefore, the heat transport capacity of this circulation cycle reaches several to several tens of times, for example, compared to the heat conduction of copper.
  • the cooling device 100 of this embodiment has a flat plate shape, and constitutes a flat plate boiling cooler that can cool the electronic component 2 in the above-described circulation cycle.
  • the flow of the liquid 6 and the gas can be generated by the action of gravity while the liquid 6 and the substrate 1 are in direct contact with each other. That is, convection can be generated in the liquid 6. Therefore, the electronic component 2 supported by the substrate 1 can be efficiently cooled.
  • the cooling device 100 can be downsized (thinned), and the electronic device on which the electronic component 2 and the cooling device 100 are mounted can be downsized. it can. Also, a high-speed processor can be mounted as the electronic component 2.
  • each electronic component 2 emits using the substrate 1 that supports the electronic component 2 and the liquid 6 that contacts the substrate 1. After diffusing heat, the gas generated based on the heat is moved to the condensing unit 8. Therefore, high cooling efficiency can be obtained while suppressing an increase in the number of the heat sinks 7 thermally connected to the condensing unit 8 and the condensing unit 8. That is, the plurality of electronic components 2 can be efficiently cooled without depending on the layout of the electronic components 2. For example, even if the heat generation density locally increases on the substrate 1, each of the plurality of electronic components 2 can be cooled by the convection liquid 6.
  • an inert liquid (hydrofluoroether, hydrofluorocarbon, etc.) that has insulating properties and can suppress the occurrence of corrosion or the like of the substrate 1 is used as the liquid 6. Therefore, deterioration of the cooling device 100 can be suppressed.
  • the liquid 6 is flowed in the space 20 having a predetermined size. Therefore, the degree of freedom in selecting the liquid 6 to be used can be increased. For example, even when the liquid 6 having a low surface tension is used, the electronic component 2 can be cooled by smoothly flowing the liquid 6 in the space 20.
  • the structure of the cooling device 100 is simple, and a wide area of the first surface 1A of the substrate 1 can be cooled. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the degree of freedom of layout of the electronic component 2.
  • electronic parts 2 having different shapes and sizes can be disposed on the first surface 1A of the substrate 1 supported by the container 5 for general use.
  • an input / output interface connector and cable can be arranged on the first surface 1A of the substrate 1.
  • the space 20 is formed between the substrate 1 and the container 5, and the substrate 1 and the container 5 can be separated. Therefore, for example, various operations such as the operation of placing the electronic component 2 on the substrate 1 can be performed smoothly. Moreover, versatility can be given to each of the substrate 1 and the container 5.
  • the thermal via 3 may not be provided.
  • the heat of the electronic component 2 is transmitted to the first member 41 disposed on the second surface 1 ⁇ / b> B via the substrate 1.
  • the heat of the electronic component 2 is well transferred to the first member 41 via the substrate 1.
  • a solder pad may be provided on the second surface 1B of the substrate 1 to connect the first member 41 and the substrate 1 via the solder pad.
  • the thermal via 3 between the heat sink 7 and the second member 81 may be omitted.
  • the heat of the second member 81 is transmitted to the heat sink 7 disposed on the first surface 1 ⁇ / b> A via the substrate 1.
  • a solder pad may be provided on the second surface 1B of the substrate 1, and the second member 81 and the substrate 1 may be connected via the solder pad.
  • the first member 41 may be omitted. In that case, at least a part of the second surface 1B of the substrate 1 functions as an evaporation unit.
  • the second member 81 may be omitted. In that case, at least a part of the second surface 1B of the substrate 1 functions as a condensing unit.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the cooling device 100B according to the second embodiment.
  • the cooling device 100 ⁇ / b> B includes a first member 41 that functions as the evaporation unit 4.
  • the first member 41 does not include a fin member and is configured by a plate member 41A. The surface of the plate member 41A is roughened.
  • the evaporation unit 4 may not include the fin member.
  • the fin member may be disposed on the second member 81 without disposing the fin member on the first member 41.
  • the cooling device 100 ⁇ / b> C includes a substrate 1, a container 5, an evaporation unit 4, a condensing unit 8, and a heat sink 7.
  • the substrate 1 has a first surface 1A that supports the electronic component 2 and a second surface 1B opposite to the first surface 1A.
  • the container 5 can form a space 20 between the second surface 1B of the substrate 1.
  • the evaporation unit 4 is thermally connected to the electronic component 2 supported by the substrate 1. It arrange
  • the evaporation unit 4 changes the phase of at least a part of the liquid 6 into a gas based on the heat generated by the electronic component 2.
  • the condensing part 8 is arrange
  • the condensing unit 8 takes the heat of the gas and changes the phase of at least a part of the gas to the liquid 6.
  • the heat sink 7 is thermally connected to the condensing unit 8 and dissipates heat from the condensing unit 8.
  • the heat sink 7 is disposed in the container 5.
  • the heat sink 7 is integral with the container 5.
  • the heat sink 7 and the container 5 may be separate. When the heat sink 7 and the container 5 are separated from each other, the heat sink 7 and the container 5 are thermally connected to each other via a heat radiation grease, a heat radiation sheet, or the like having good thermal conductivity.
  • the electronic component 2 can be efficiently cooled.
  • cooling devices 100, 100B, and 100C cool the semiconductor element (semiconductor chip) as the electronic component 2
  • the cooling device of each of the above-described embodiments can also be applied to cooling electronic components that generate heat other than semiconductor elements.
  • the cooling device of each embodiment is applicable also to the air-conditioning equipment of a server room. While the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.
  • the present invention can be applied to a cooling device. According to this cooling device, the enlargement can be suppressed, and the electronic component can be efficiently cooled.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Structure Of Printed Boards (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

　本発明の冷却装置は、電子部品（２）を支持する第１面（１Ａ）と、第１面（１Ａ）の反対側の第２面（１Ｂ）とを有する基板（１）と、基板（１）の第２面（１Ｂ）との間で空間（２０）を形成可能な容器（５）と、基板（１）に支持された電子部品（２）と熱的に接続され、少なくとも一部が空間（２０）内の液体（６）と接触するように空間（２０）に配置され、電子部品（２）が発する熱に基づいて、液体（６）の少なくとも一部を気体に相変化させる蒸発部（４）とを備える。

Description

冷却装置
　本発明は、冷却装置に関する。
　コンピュータ等の電子機器において、ＬＳＩ、ＩＣ等の電子部品（半導体チップ）が使用される。発熱によって電子部品の温度が上昇すると、高速且つ安定した動作を実現することが困難になる可能性がある。そのため、下記特許文献に開示されているような、電子部品を冷却する技術が案出されている。
特開２００１－１３６７５６号公報 特開２００３－２１４７７９号公報 特開２００４－３２７４８１号公報 特開２００７－２０８１２３号公報
　近年における電子部品の集積度の向上等により、電子部品の発熱量（発熱密度）の増大は著しい。しかし、発熱量が大きい電子部品をヒートシンク等の冷却装置を用いて所望の温度に冷却しようとする場合、冷却装置を大型化する必要が生じる可能性がある。その結果、電子機器が大型化する可能性がある。
　本発明は、大型化を抑制でき、電子部品を効率良く冷却できる冷却装置を提供することを目的の一例とする。
　本発明の一態様に従えば、電子部品を支持する第１面と、前記第１面の反対側の第２面とを有する基板と、前記基板の第２面との間で空間を形成可能な容器と、前記基板に支持された前記電子部品と熱的に接続され、少なくとも一部が空間内の液体と接触するように前記空間に配置され、前記電子部品が発する熱に基づいて、前記液体の少なくとも一部を気体に相変化させる蒸発部と、を備えた冷却装置が提供される。
　本発明によれば、大型化を抑制でき、電子部品を効率良く冷却できる。
本発明の第１実施形態に係る冷却装置の一例を示す組立図である。 本発明の第１実施形態に係る冷却装置の一例を示す側断面図である。 本発明の第１実施形態に係る冷却装置の動作の一例を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る冷却装置の一例を示す側断面図である。 本発明の第３実施形態に係る冷却装置の一例を示す側断面図である。 本発明の第３実施形態に係る冷却装置の一例を示す側断面図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定する。このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。水平面内の所定方向をＸ軸方向と設定する。水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向と設定する。Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向（鉛直方向、上下方向）をＺ軸方向と設定する。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ及びθＺ方向と設定する。
＜第１実施形態＞
　第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る冷却装置１００の一例を示す組立図である。図２は、第１実施形態に係る冷却装置１００の一例を示す側断面図である。
　図１及び図２に示すように、冷却装置１００は、基板１と、容器５と、蒸発部４とを備えている。基板１は、電子部品２を支持する第１面１Ａと、第１面１Ａの反対側の面である第２面１Ｂとを有する。容器５は、基板１の第２面１Ｂとの間で空間２０を形成できる。蒸発部４は、基板１に支持された電子部品２と熱的に接続されている。蒸発部４は、少なくとも一部が空間２０内の液体６と接触するように空間２０に配置される。蒸発部４は、電子部品２が発する熱に基づいて、液体６の少なくとも一部を気体に相変化させる。
　冷却装置１００は、凝縮部８をさらに備えている。凝縮部８は、少なくとも一部が空間２０内の液体６及び気体の少なくとも一方と接触するように空間２０に配置される。凝縮部８は、その空間２０内の気体の熱を奪って、気体の少なくとも一部を液体に相変化させる。
　冷却装置１００は、凝縮部８と熱的に接続され、凝縮部８からの熱を放散するヒートシンク７をさらに備えている。
　本実施形態において、電子部品２は、ＬＳＩ、ＩＣ等の半導体素子（半導体チップ）である。電子部品２は、駆動されることによって、発熱する。
　基板１は、電子部品２を支持する第１面１Ａと、第１面１Ａの逆方向を向く第２面１Ｂとを有する。図１及び図２において、第１面１Ａは、－Ｘ方向を向き、第２面１Ｂは、＋Ｘ方向を向いている。第２面１Ｂは、空間２０に面する。
　電子部品２は、第１面１Ａの第１位置に配置される。本実施形態において、基板１は、複数の電子部品２を支持する。本実施形態において、基板１は、３つの電子部品２を支持する。複数（３つ）の電子部品２は、第１面１Ａの異なる複数の第１位置のそれぞれに、間隔を開けて配置されている。
　容器５は、基板１を支持可能である。本実施形態において、容器５は、基板１の第２面１Ｂと対向し、その第２面１Ｂの少なくとも一部を支持する。空間２０は、容器５と、容器５に支持された基板１との間に形成される。
　本実施形態において、容器５は、凹部５１と、凹部５１の周囲に配置され、基板１の第２面１Ｂの少なくとも一部を支持する支持面５２とを有する。基板１の第２面１Ｂが容器５の支持面５２に支持されることによって、容器５の凹部５１と基板１の第２面１Ｂとの間に空間２０が形成される。
　本実施形態においては、容器５は、金属で形成されている。金属製の容器５は、熱伝導性が良好である（熱伝導率が高い）。容器５が、合成樹脂で形成されてもよい。合成樹脂は成型し易いので、合成樹脂製の容器５は円滑に製造することができる。
　本実施形態においては、基板１と容器５とは、雄ネジ１２によって接続され、固定される。基板１は、複数の位置に、雄ネジ１２を配置可能な貫通孔１Ｈを有する。容器５は、支持面５２の複数の位置に雌ネジ溝５３を有する。雌ネジ溝５３は、貫通孔１Ｈに対応するように形成され、雄ネジ１２と接続される。貫通孔１Ｈと雌ネジ溝５３とが位置合わせされ、容器５の支持面５２と基板１の第２面１Ｂとが接触した状態で、雄ネジ１２が貫通孔１Ｈ及び雌ネジ溝５３に配置される。この構成により、基板１と容器５とが接続され、固定される。
　本実施形態においては、冷却装置１００は、基板１の第２面１Ｂと容器５の支持面５２との間に配置されたシール部材１１をさらに有する。シール部材１１は、例えば、Ｏリングである。シール部材１１により、空間２０は、略密閉される。また、シール部材１１によって、空間２０の液体６の漏出が抑制される。
　空間２０は、液体６を保持可能である。液体６は、電子部品２を冷却するための冷媒である。液体６は、低い沸点を有することが望ましい。本実施形態においては、液体６として、ハイドロフロロエーテルを用いる。液体６は、ハイドロフロロカーボンでもよい。液体６は、ハイドロフロロエーテル及びハイドロフロロカーボンの両方を含んでもよい。ハイドロフロロエーテル及びハイドロフロロカーボンの沸点は低い。ハイドロフロロエーテル及びハイドロフロロカーボンは、絶縁性であり、不活性である。
　蒸発部４は、基板１の第２面１Ｂに配置されている。本実施形態において、蒸発部４は、基板１の第２面１Ｂに支持された第１部材４１で構成されている。本実施形態において、第１部材４１は、第２面１Ｂに接続されるプレート部材４１Ａと、プレート部材４１Ｂに配置されたフィン部材４１Ｂとを含む。第２面１Ｂに配置された第１部材４１は、第１面１Ａに配置された電子部品２と、熱的に接続される。
　第１部材４１は、熱伝導性が良好な材料で形成されている。本実施形態において、第１部材４１は、金属で形成されている。本実施形態において、第１部材４１は、銅で形成されている。第１部材４１は、アルミニウムで形成されてもよい。また、第１部材４１は、銅及びアルミニウムの両方で形成されていてもよいし、銅及びアルミニウム以外の材料（例えば鉄等の他の金属）で形成されてもよい。プレート部材４１Ａとフィン部材４１Ｂとが、異なる材料で形成されてもよい。
　本実施形態において、基板１は、第１面１Ａと第２面１Ｂとを結ぶように形成されたサーマルビア３を有する。サーマルビア３は、第１面１Ａと第２面１Ｂとを結ぶように形成された貫通孔と、その貫通孔の内面に形成された金属膜とを含む。金属膜は、貫通孔の内面に、めっき処理を施すことによって形成される。本実施形態においては、貫通孔の内面に、銅めっき処理が施されている。
　本実施形態においては、電子部品２と第１部材４１（蒸発部４）とは、基板１に形成されたサーマルビア３を介して接続されている。電子部品２は、第１面１Ａ側において、サーマルビア３と対向するように配置される。第１部材４１は、第２面１Ｂ側において、サーマルビア３と対向するように配置される。電子部品２は、サーマルビア３の少なくとも一部と接続される。第１部材４１は、サーマルビア３の少なくとも一部と接続される。電子部品２は、少なくとも一部がサーマルビア３と接触するように、基板１の第１面１Ａに支持される。第１部材４１は、少なくとも一部がサーマルビア３と接触するように、基板１の第２面１Ｂに支持される。
　本実施形態において、電子部品２は、ピンを有する。ピンは、例えば信号ピン、あるいは電源ピンを含む。電子部品２のピンは、サーマルビア３に配置可能である。本実施形態においては、電子部品２のピンがサーマルビア３に配置された状態（すなわち、電子部品２のピンがサーマルビア３に挿入された状態）で、ピンとサーマルビア３とが半田によって接続される。また、第１部材４１とサーマルビア３とが半田によって接続される。この構成により、電子部品２及び第１部材４１が基板１に固定され、電子部品２と第１部材４１（蒸発部４）とがサーマルビア３を介して熱的に接続される。サーマルビア３が、例えば電源のグランドピンを兼ねてもよい。第１部材４１とサーマルビア３（基板１）とが、熱伝導性が良好な接着材で接続されてもよい。
　本実施形態において、空間２０に面する第１部材４１（蒸発部４）の表面は、粗い。本実施形態において、第１部材４１（蒸発部４）の表面は、粗面処理されており、所定の表面粗さを有する。本実施形態においては、第１部材４１（蒸発部４）の表面は、サンドブラスト等によって、表面粗さが数１０μｍから数１００μｍ程度になるように、粗らされている。
　ヒートシンク７は、基板１の第１面１Ａに支持されている。ヒートシンク７は、電子部品２が配置される第１面１Ａの第１位置とは異なる第１面１Ａの第２位置に配置されている。ヒートシンク７は、電子部品２の熱を、周囲の雰囲気（大気空間）に放散することができる。
　凝縮部８は、基板１の第２面１Ｂに配置されている。凝縮部８は、蒸発部４が配置される第２面１Ｂの第３位置とは異なる第２面１Ｂの第４位置に配置されている。
　本実施形態において、凝縮部８は、基板１の第２面１Ｂに支持された第２部材８１で構成されている。本実施形態において、第２部材８１は、第２面１Ｂに接続されたプレート部材８１Ａを含む。第２面１Ｂに配置された第２部材８１は、第１面１Ａに配置されたヒートシンク７と、熱的に接続される。
　第２部材８１は、熱伝導性が良好な材料で形成されている。本実施形態において、第２部材８１は、金属で形成されている。本実施形態において、第２部材８１は、銅で形成されている。第２部材８１は、アルミニウムで形成されてもよい。第２部材８１は、銅及びアルミニウムの両方で形成されていてもよいし、銅及びアルミニウム以外の材料（例えば鉄等の他の金属）で形成されてもよい。
　本実施形態においては、ヒートシンク７と第２部材８１（凝縮部８）とは、基板１に形成されたサーマルビア３を介して接続されている。ヒートシンク７は、第１面１Ａ側において、サーマルビア３と対向するように配置される。第２部材８１は、第２面１Ｂ側において、サーマルビア３と対向するように配置される。ヒートシンク７は、サーマルビア３の少なくとも一部と接続され、第２部材８１は、サーマルビア３の少なくとも一部と接続される。ヒートシンク７は、少なくとも一部がサーマルビア３と接触するように、基板１の第１面１Ａに支持される。第２部材８１は、少なくとも一部がサーマルビア３と接触するように、基板１の第２面１Ｂに支持される。
　本実施形態においては、ヒートシンク７とサーマルビア３とが半田によって接続される。第２部材８１とサーマルビア３とが半田によって接続される。この構成により、ヒートシンク７及び第２部材８１が基板１に固定され、ヒートシンク７と第２部材８１（凝縮部８）とがサーマルビア３を介して熱的に接続される。第２部材８１とサーマルビア３（基板１）とが、熱伝導性が良好な接着材で接続されてもよい。ヒートシンク７が、熱伝導性が良好な放熱グリース、あるいは放熱シートを介して、基板１に接続されてもよい。
　本実施形態において、空間２０に面する第２部材８１（凝縮部８）の表面は、粗い。本実施形態において、第２部材８１（凝縮部８）の表面は、粗面処理されており、所定の表面粗さを有する。本実施形態においては、第２部材８１（凝縮部８）の表面は、サンドブラスト等によって、表面粗さが数１０μｍから数１００μｍ程度になるように、粗らされている。第２部材８１（凝縮部８）の表面が、粗面処理されていなくてもよい。
　第１部材４１と同様、第２部材８１（凝縮部８）が、プレート部材と、そのプレート部材に接続されたフィン部材とを含んでもよい。プレート部材及びフィン部材を含む第２部材８１（凝縮部８）の表面が、粗面処理されていてもよい。プレート部材及びフィン部材を含む第２部材８１（凝縮部８）の表面が、粗面処理されていなくてもよい。
　本実施形態において、冷却装置１００は、容器５に配置され、空間２０に液体６を供給する供給口１３を備えている。供給口１３より空間２０に液体６が供給されることによって、その空間２０に液体６が保持される。
　本実施形態においては、空間２０の圧力は、空間２０内の液体６の沸点が略常温（例えば２３℃）になるように調整されている。本実施形態において、空間２０の圧力は、少なくとも大気圧より低い。
　次に、空間２０に液体６を供給する方法の一例について説明する。基板１と容器５とが雄ネジ１２を用いて接続され、空間２０が形成された後、液体６が供給口１３から空間２０に供給される。空間２０には、所定量の液体ＬＱが供給される。
　空間２０に所定量の液体６が供給された後、供給口１３に真空ポンプ等の吸引装置がチューブを介して接続される。そして吸引装置が作動され、空間２０の圧力が低下される。吸引装置は、少なくとも大気圧より低くなるように、空間２０の圧力を調整する。空間２０の圧力が低下することによって、空間２０内の液体６の沸点が低下する。本実施形態においては、空間２０内の液体６の沸点が、ほぼ常温になるように、空間２０の圧力が調整される。
　吸引装置を用いて空間２０の圧力が低下された後、供給口１３が閉じられる。例えば、供給口１３にシール部材が配置されることによって、供給口１３が閉じられ、空間２０の圧力が低下された状態が維持される。なお、供給口１３を閉じるために、例えば供給口１３を開閉可能なバルブ機構を用いることもできる。
　空間２０の圧力が低下することによって、基板１の第１面１Ａ側の圧力（大気圧）と、第２面１Ｂ側の圧力（空間２０の圧力）との圧力差によって、基板１が変形する可能性がある。空間２０の内側に、例えばリム部材を配置することによって、基板１の変形を抑制することができる。
　次に、図３を参照しながら、本実施形態に係る冷却装置１００の動作の一例について説明する。本実施形態においては、図３に示すように、第１面１Ａ及び第２面１ＢがＹＺ平面と平行となるように冷却装置１００を配置した状態で、電子部品２が駆動される。
　図３に示すように、本実施形態においては、Ｚ軸方向に関して、空間２０内の液体６の表面の位置（高さ）が、電子部品２の位置（高さ）より高くなるように、空間２０に所定量の液体６が保持されている。
　電子部品２が駆動され、発熱すると、その電子部品２の熱は、基板１の第２面１Ｂ側に伝達される。本実施形態において、電子部品２が発する熱は、サーマルビア３を介して、第１部材４１（蒸発部４）に伝達される。これにより、第１部材４１（蒸発部４）の温度が上昇する。
　蒸発部４の温度が上昇することによって、その蒸発部４に接触する空間２０内の液体６の少なくとも一部が加熱され、気体に相変化する。すなわち、電子部品２が発する熱に基づいて蒸発部４の温度が上昇し、その蒸発部４に接触する空間２０内の液体６の少なくとも一部の温度が、その液体６の沸点以上に上昇する場合、液体６の少なくとも一部は、気体に相変化する。これにより、蒸発部４の近傍において、気泡が発生する。
　本実施形態においては、空間２０内の液体６の沸点がほぼ常温になるように、空間２０の圧力が調整されている。よって、電子部品２が発する熱によって、その電子部品２に熱的に接続されている蒸発部４に接触した液体６の少なくとも一部を、円滑に、気体に相変化させることができる。
　本実施形態においては、蒸発部４の表面が粗いので、その蒸発部４に接触した液体６から、気体を円滑に発生させることができる。すなわち、蒸発部４の表面が粗いので、気泡が発生する核の数を増やすことができる。その結果、液体６を円滑に気体に相変化させることができる。
　蒸発部４で発生した気体は、液体６中を＋Ｚ方向に移動する（すなわち、蒸発部４で発生した気体は、上昇する）。気体が液体６中を＋Ｚ方向に移動することによって、その気体（気泡）の体積は増大する（すなわち、気体（気泡）の体積は膨張する）。
　空間２０中には、図３中、例えば矢印９で示すような液体６の流れが生成され、蒸発部４で発生した気体は、ヒートシンク７に熱的に接続されている凝縮部８へ向かって移動する。すなわち、蒸発部４で発生した気体は、矢印９で示すように流れる液体６とともに、凝縮部８に向かって移動する。
　蒸発部４で発生した気体（気泡）が、凝縮部８に向かって円滑に移動できるように、すなわち、蒸発部４で発生した気体（気泡）が、フィン部材４１Ｂに邪魔されないように、フィン部４１Ｂの間隔は、約１ｍｍから数ｍｍ程度であることが望ましい。
　凝縮部８に移動した液体６及び気体（気泡）と凝縮部８とが接触することによって、その液体６及び気体の熱が、凝縮部８に奪われる。気体の熱が凝縮部８に奪われることによって、その気体の少なくとも一部は、液体６に相変化する。
　気体から熱を奪った凝縮部８の熱は、サーマルビア３を介して、ヒートシンク７に伝達され、そのヒートシンク７を介して、周囲の雰囲気に放散される。
　凝縮部８で気体から相変化された液体６、あるいは凝縮部８近傍の液体６は、重力の作用によって下方に移動する。また、空間２０中には、図３中、例えば矢印１０で示すような液体６の流れが生成され、凝縮部８で生成された液体６、あるいは凝縮部６近傍の液体６は、蒸発部４に向かって移動する。
　このように、本実施形態においては、液体６が保持された空間２０において、蒸発部７における液体６の気化（蒸発）と、凝縮部８における気体の液化（凝縮）とが実行される。すなわち、空間２０において、蒸発と凝縮との循環サイクルが生成される。
　この蒸発と凝縮との循環サイクルは、温度上昇を伴わない潜熱によって行われる。したがって、この循環サイクルの熱輸送能力は、例えば銅の熱伝導に比べ、数倍から数１０倍にも達する。
　本実施形態の冷却装置１００は、その外形が平板状であり、上述の循環サイクルで電子部品２を冷却可能な平板沸騰冷却器を構成する。
　以上説明したように、本実施形態によれば、液体６と基板１とを直接接触させた状態で、その液体６及び気体の流れを、重力の作用によって発生させることができる。すなわち、液体６に対流を発生させることができる。したがって、その基板１に支持された電子部品２を効率良く冷却することができる。
　また、蒸発部４が設けられているので、発熱量が大きい電子部品２であっても、その電子部品２を効率良く冷却することができる。また、電子部品２が発する熱を効率良く奪うことができるので、冷却装置１００の小型化（薄型化）、ひいてはその電子部品２及び冷却装置１００が搭載される電子機器の小型化を図ることができる。また、電子部品２として、高速なプロセッサの搭載も可能となる。
　また、本実施形態においては、発熱源である電子部品２が複数存在する場合でも、それら電子部品２を支持する基板１及びその基板１に接触する液体６を用いて、各電子部品２が発する熱を拡散してから、その熱に基づいて発生した気体を凝縮部８に移動させる。よって、凝縮部８及びその凝縮部８に熱的に接続されるヒートシンク７の数の増大を抑制しつつ、高い冷却効率を得ることができる。すなわち、電子部品２のレイアウトに依存することなく、複数の電子部品２を効率良く冷却することができる。例えば、基板１上で局所的に発熱密度が大きくなっても、対流する液体６によって、複数の電子部品２のそれぞれを冷却することができる。
　また、ヒートシンク７にファン装置を設ける場合にも、そのファン装置の数の増大を抑制できる。したがって、冷却装置１００の大型化を抑制でき、騒音のレベルも抑えることができる。また、そのファン装置の消費電力を抑制することができる。
　また、本実施形態においては、液体６として、絶縁性を有し、かつ基板１の腐食等の発生を抑制できる不活性な液体（ハイドロフロロエーテル、ハイドロフロロカーボン等）が使用される。したがって、冷却装置１００の劣化を抑制することができる。
　また、本実施形態においては、所定の大きさを有する空間２０内で液体６を流す構成である。そのため、使用する液体６の選択の自由度を高めることができる。例えば、表面張力が小さい液体６を用いた場合でも、その液体６を空間２０内で円滑に流して、電子部品２を冷却することができる。
　また、本実施形態においては、冷却装置１００の構造がシンプルであり、基板１の第１面１Ａの広い領域を冷却することができる。したがって、電子部品２のレイアウトの自由度の低下を抑制することができる。
　また、本実施形態においては、容器５に支持された基板１の第１面１Ａに、異なる形状及び大きさの電子部品２を、汎用的に配置することができる。また、基板１の第１面１Ａに、入出力のインターフェースのコネクタ、ケーブルを配置することができる。
　また、本実施形態においては、空間２０は、基板１と容器５の間に形成され、基板１と容器５とは分離可能である。したがって、例えば、基板１に電子部品２を配置する作業等、各種の作業を円滑に実行することができる。また、基板１及び容器５のそれぞれに汎用性を持たせることができる。
　本実施形態においては、第１部材４１と電子部品２とがサーマルビア３を介して接続される場合を例にして説明した。しかしながら、サーマルビア３を設けなくてもよい。その場合、電子部品２の熱は、基板１を介して、第２面１Ｂに配置された第１部材４１に伝達される。例えば、基板１の熱伝達性が良好であれば、電子部品２の熱は、基板１を介して、第１部材４１に良好に伝達される。基板１の第２面１Ｂに半田パッドを設けて、第１部材４１と基板１とを半田パッドを介して接続してもよい。
　同様に、ヒートシンク７と第２部材８１との間のサーマルビア３を省略してもよい。その場合、第２部材８１の熱は、基板１を介して、第１面１Ａに配置されたヒートシンク７に伝達される。基板１の第２面１Ｂに半田パッドを設けて、第２部材８１と基板１とを半田パッドを介して接続してもよい。
　本実施形態において、第１部材４１を省略してもよい。その場合、基板１の第２面１Ｂの少なくとも一部が、蒸発部として機能する。
　本実施形態において、第２部材８１を省略してもよい。その場合、基板１の第２面１Ｂの少なくとも一部が、凝縮部として機能する。
＜第２実施形態＞
　次に、第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
　図４は、第２実施形態に係る冷却装置１００Ｂの一例を示す図である。図４に示すように、冷却装置１００Ｂは、蒸発部４として機能する第１部材４１を有する。本実施形態においては、第１部材４１は、フィン部材を含まず、プレート部材４１Ａによって構成される。プレート部材４１Ａの表面は、粗面処理されている。
　このように、蒸発部４が、フィン部材を備えていなくてもよい。
　本実施形態において、第１部材４１にフィン部材を配置せず、第２部材８１にフィン部材を配置してもよい。
＜第３実施形態＞
　次に、第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
　図５及び図６は、第３実施形態に係る冷却装置１００Ｃの一例を示す図である。図５に示すように、冷却装置１００Ｃは、基板１と、容器５と、蒸発部４と、凝縮部８と、ヒートシンク７とを備えている。
　基板１は、電子部品２を支持する第１面１Ａと、第１面１Ａの反対側の第２面１Ｂとを有する。容器５は、基板１の第２面１Ｂとの間で空間２０を形成できる。蒸発部４は、基板１に支持された電子部品２と熱的に接続される。蒸発部４の少なくとも一部が空間２０内の液体６と接触するように空間２０に配置される。蒸発部４は、電子部品２が発する熱に基づいて、液体６の少なくとも一部を気体に相変化させる。凝縮部８は、少なくとも一部が空間２０内の液体６及び気体の少なくとも一方と接触するように空間２０に配置される。凝縮部８は、その気体の熱を奪って、気体の少なくとも一部を液体６に相変化させる。ヒートシンク７は、凝縮部８と熱的に接続され、凝縮部８からの熱を放散する。
　本実施形態において、ヒートシンク７は、容器５に配置されている。本実施形態において、ヒートシンク７は、容器５と一体である。ヒートシンク７と容器５とが別体でもよい。ヒートシンク７と容器５とを別体とした場合、ヒートシンク７と容器５とは、熱伝導性が良好な放熱グリース、放熱シート等を介して熱的に接続される。
　本実施形態においても、電子部品２を効率良く冷却できる。
　上述の各実施形態においては、冷却装置１００，１００Ｂ，１００Ｃが、電子部品２として、半導体素子（半導体チップ）を冷却する場合を例にして説明した。しかしながら、半導体素子以外の、発熱する電子部品を冷却する場合にも、上述の各実施形態の冷却装置を適用することができる。また、サーバールームの空調関係の設備等にも各実施形態の冷却装置を適用可能である。
　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　この出願は、２００９年１月２３日に出願された日本出願特願２００９－０１３０３８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　本発明は、冷却装置に適用できる。この冷却装置によれば、大型化を抑制でき、電子部品を効率良く冷却できる。
１ 基板
１Ａ   第１面
１Ｂ   第２面
２     電子部品
３     サーマルビア
４     蒸発部
５     容器
６     液体
７     ヒートシンク
８     凝縮部
１３   供給口
１００，１００Ｂ，１００Ｃ  冷却装置

Claims (15)

  1. 　電子部品を支持する第１面と、前記第１面の反対側の第２面とを有する基板と、
    　前記基板の第２面との間で空間を形成可能な容器と、
    　前記基板に支持された前記電子部品と熱的に接続され、少なくとも一部が空間内の液体と接触するように前記空間に配置され、前記電子部品が発する熱に基づいて、前記液体の少なくとも一部を気体に相変化させる蒸発部と、を備えた冷却装置。
  2. 　前記蒸発部は、前記第２面に配置され、
    　前記電子部品と前記蒸発部とは、前記基板に形成されたサーマルビアを介して接続される請求項１記載の冷却装置。
  3. 　前記蒸発部の表面は、粗面処理されている請求項１又は２記載の冷却装置。
  4. 　前記蒸発部は、フィン部材を含む請求項１～３のいずれか一項記載の冷却装置。
  5. 　少なくとも一部が前記空間内の液体及び気体の少なくとも一方と接触するように前記空間に配置され、前記気体の熱を奪って、前記気体の少なくとも一部を液体に相変化させる凝縮部をさらに備える請求項１～４のいずれか一項記載の冷却装置。
  6. 　前記凝縮部と熱的に接続され、前記凝縮部からの熱を放散するヒートシンクをさらに備える請求項５記載の冷却装置。
  7. 　前記ヒートシンクは、前記電子部品が配置される前記第１面の第１位置とは異なる前記第１面の第２位置に配置される請求項６記載の冷却装置。
  8. 　前記ヒートシンクは、前記容器に配置される請求項６記載の冷却装置。
  9. 　前記凝縮部は、前記第２面に配置され、
    　前記ヒートシンクと前記凝縮部とは、前記基板に形成されたサーマルビアを介して接続される請求項６又は７記載の冷却装置。
  10. 　前記凝縮部の表面は、粗面処理されている請求項６～９のいずれか一項記載の冷却装置。
  11. 　前記凝縮部は、フィン部材を含む請求項６～１０のいずれか一項記載の冷却装置。
  12. 　前記容器は、凹部と、前記凹部の周囲に配置され、前記第２面の少なくとも一部を支持する支持面とを有し、
    　前記第２面と前記支持面との間に配置されたシール部材を有する請求項１～１１のいずれか一項記載の冷却装置。
  13. 　前記空間は、略密閉されている請求項１～１２のいずれか一項記載の冷却装置。
  14. 　前記空間の圧力は、前記液体の沸点が略常温になるように調整されている請求項１～１３のいずれか一項記載の冷却装置。
  15. 　前記容器に配置され、前記空間に前記液体を供給する供給口をさらに備える請求項１～１４のいずれか一項記載の冷却装置。
PCT/JP2010/000182 2009-01-23 2010-01-14 冷却装置 WO2010084717A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/143,416 US8593810B2 (en) 2009-01-23 2010-01-14 Cooling device
JP2010547426A JPWO2010084717A1 (ja) 2009-01-23 2010-01-14 冷却装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009-013038 2009-01-23
JP2009013038 2009-01-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010084717A1 true WO2010084717A1 (ja) 2010-07-29

Family

ID=42355775

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2010/000182 WO2010084717A1 (ja) 2009-01-23 2010-01-14 冷却装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8593810B2 (ja)
JP (1) JPWO2010084717A1 (ja)
WO (1) WO2010084717A1 (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012043117A1 (ja) * 2010-09-30 2012-04-05 日本電気株式会社 沸騰冷却装置およびそれを用いた電子機器
JP2013069740A (ja) * 2011-09-21 2013-04-18 Nec Corp 平板型冷却装置及びその使用方法
JPWO2011145618A1 (ja) * 2010-05-19 2013-07-22 日本電気株式会社 沸騰冷却器
JP5626353B2 (ja) * 2010-10-08 2014-11-19 富士通株式会社 半導体パッケージ、冷却機構、及び半導体パッケージの製造方法
WO2015049807A1 (ja) * 2013-10-04 2015-04-09 株式会社日立製作所 サーバ装置
JP2019145749A (ja) * 2018-02-23 2019-08-29 日本電気株式会社 電子機器および電子装置

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5404261B2 (ja) * 2009-04-16 2014-01-29 モレックス インコーポレイテド 冷却装置、電子基板、電子機器
AU2013292389A1 (en) * 2012-07-18 2015-02-26 University Of Virginia Patent Foundation Heat transfer device for high heat flux applications and related methods thereof
TWI462693B (zh) * 2013-11-27 2014-11-21 Subtron Technology Co Ltd 散熱基板
US10353445B2 (en) 2016-04-11 2019-07-16 Qualcomm Incorporated Multi-phase heat dissipating device for an electronic device
US10746474B2 (en) 2016-04-11 2020-08-18 Qualcomm Incorporated Multi-phase heat dissipating device comprising piezo structures
US9999157B2 (en) 2016-08-12 2018-06-12 Qualcomm Incorporated Multi-phase heat dissipating device embedded in an electronic device
US10823439B2 (en) * 2016-12-14 2020-11-03 Dell Products L.P. Systems and methods for reliability control of information handling system
US10159165B2 (en) * 2017-02-02 2018-12-18 Qualcomm Incorporated Evaporative cooling solution for handheld electronic devices
US11181323B2 (en) 2019-02-21 2021-11-23 Qualcomm Incorporated Heat-dissipating device with interfacial enhancements
CN113463021B (zh) * 2021-06-30 2023-05-30 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 冷却装置及其冷却方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000138485A (ja) * 1998-10-29 2000-05-16 Sony Corp ヒートパイプ内蔵プリント配線基板
JP2004044916A (ja) * 2002-07-11 2004-02-12 Sony Corp 熱輸送装置
JP2004044917A (ja) * 2002-07-11 2004-02-12 Sony Corp 冷却装置、電気機器装置および冷却装置の製造方法
JP2004190985A (ja) * 2002-12-12 2004-07-08 Sony Corp 熱輸送装置および熱輸送装置の製造方法

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5936827B2 (ja) * 1979-01-12 1984-09-06 日本電信電話株式会社 集積回路素子の冷却装置
DE3402003A1 (de) * 1984-01-21 1985-07-25 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Leistungshalbleitermodul
DE3504992A1 (de) * 1985-02-14 1986-08-14 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Leistungshalbleitermodul mit integriertem waermerohr
US5161090A (en) * 1991-12-13 1992-11-03 Hewlett-Packard Company Heat pipe-electrical interconnect integration for chip modules
US5283715A (en) * 1992-09-29 1994-02-01 International Business Machines, Inc. Integrated heat pipe and circuit board structure
US5309986A (en) * 1992-11-30 1994-05-10 Satomi Itoh Heat pipe
JP2001136756A (ja) 1999-11-01 2001-05-18 Hitachi Ltd モータ駆動装置及び半導体素子冷却装置
US6473963B1 (en) * 2000-09-06 2002-11-05 Visteon Global Tech., Inc. Method of making electrical circuit board
US6490159B1 (en) * 2000-09-06 2002-12-03 Visteon Global Tech., Inc. Electrical circuit board and method for making the same
US6474074B2 (en) * 2000-11-30 2002-11-05 International Business Machines Corporation Apparatus for dense chip packaging using heat pipes and thermoelectric coolers
US6976527B2 (en) * 2001-07-17 2005-12-20 The Regents Of The University Of California MEMS microcapillary pumped loop for chip-level temperature control
JP3896840B2 (ja) * 2001-12-13 2007-03-22 ソニー株式会社 冷却装置、電子機器装置及び冷却装置の製造方法
US6999314B2 (en) * 2001-12-13 2006-02-14 Sony Corporation Cooling device, electronic equipment device, and method of manufacturing cooling device
JP4194276B2 (ja) 2002-01-25 2008-12-10 株式会社フジクラ 平板型ヒートパイプ
US6827134B1 (en) * 2002-04-30 2004-12-07 Sandia Corporation Parallel-plate heat pipe apparatus having a shaped wick structure
JP2003329379A (ja) * 2002-05-10 2003-11-19 Furukawa Electric Co Ltd:The ヒートパイプ回路基板
JP2004037039A (ja) * 2002-07-05 2004-02-05 Sony Corp 冷却装置、電子機器装置、表示装置及び冷却装置の製造方法
JP2004077051A (ja) * 2002-08-20 2004-03-11 Sony Corp 熱輸送装置およびその製造方法
US6894900B2 (en) * 2002-09-17 2005-05-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Heat sink with heat pipe and base fins
DE10261402A1 (de) * 2002-12-30 2004-07-15 Schulz-Harder, Jürgen, Dr.-Ing. Wärmesenke in Form einer Heat-Pipe sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen Wärmesenke
JP4325263B2 (ja) 2003-04-21 2009-09-02 ソニー株式会社 回路装置及び電子機器
US20040244963A1 (en) * 2003-06-05 2004-12-09 Nikon Corporation Heat pipe with temperature control
US6820684B1 (en) * 2003-06-26 2004-11-23 International Business Machines Corporation Cooling system and cooled electronics assembly employing partially liquid filled thermal spreader
US6901994B1 (en) * 2004-01-05 2005-06-07 Industrial Technology Research Institute Flat heat pipe provided with means to enhance heat transfer thereof
JP4892493B2 (ja) * 2006-01-24 2012-03-07 日本電気株式会社 液冷式放熱装置
JP5084516B2 (ja) * 2006-01-30 2012-11-28 日本電気株式会社 電子機器の冷却装置
JP4742893B2 (ja) 2006-02-03 2011-08-10 日本電気株式会社 発熱デバイスの実装装置およびその放熱装置
NL1031206C2 (nl) * 2006-02-22 2007-08-24 Thales Nederland Bv Vlakke warmtebuis voor koeldoeleinden.

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000138485A (ja) * 1998-10-29 2000-05-16 Sony Corp ヒートパイプ内蔵プリント配線基板
JP2004044916A (ja) * 2002-07-11 2004-02-12 Sony Corp 熱輸送装置
JP2004044917A (ja) * 2002-07-11 2004-02-12 Sony Corp 冷却装置、電気機器装置および冷却装置の製造方法
JP2004190985A (ja) * 2002-12-12 2004-07-08 Sony Corp 熱輸送装置および熱輸送装置の製造方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2011145618A1 (ja) * 2010-05-19 2013-07-22 日本電気株式会社 沸騰冷却器
WO2012043117A1 (ja) * 2010-09-30 2012-04-05 日本電気株式会社 沸騰冷却装置およびそれを用いた電子機器
US9386724B2 (en) 2010-09-30 2016-07-05 Nec Corporation Vapor phase cooling apparatus and electronic equipment using same
JP5626353B2 (ja) * 2010-10-08 2014-11-19 富士通株式会社 半導体パッケージ、冷却機構、及び半導体パッケージの製造方法
US9142476B2 (en) 2010-10-08 2015-09-22 Fujitsu Limited Semiconductor package, cooling mechanism and method for manufacturing semiconductor package
JP2013069740A (ja) * 2011-09-21 2013-04-18 Nec Corp 平板型冷却装置及びその使用方法
WO2015049807A1 (ja) * 2013-10-04 2015-04-09 株式会社日立製作所 サーバ装置
JP2019145749A (ja) * 2018-02-23 2019-08-29 日本電気株式会社 電子機器および電子装置
US10772187B2 (en) 2018-02-23 2020-09-08 Nec Corporation Electronic equipment and electronic device

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2010084717A1 (ja) 2012-07-12
US20110279978A1 (en) 2011-11-17
US8593810B2 (en) 2013-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2010084717A1 (ja) 冷却装置
JP5644767B2 (ja) 電子機器装置の熱輸送構造
EP3096103B1 (en) Cooling apparatus and electronic apparatus
US7327570B2 (en) Fluid cooled integrated circuit module
US7028758B2 (en) Heat dissipating device with heat pipe
US9557117B2 (en) Cooling structure, electronic device using same, and cooling method
US20130056178A1 (en) Ebullient cooling device
JP2010251756A (ja) 放熱装置及びその製造方法
JP2009290118A (ja) 電子機器
US20150327402A1 (en) Heat management for electronic enclosures
JP2004319628A (ja) システムモジュール
US20080105404A1 (en) Heat dissipating system having a heat dissipating cavity body
JP7156368B2 (ja) 電子機器
JP6156368B2 (ja) 冷却装置の接続構造、冷却装置、および冷却装置の接続方法
US7699094B2 (en) Vapor chamber heat sink
US20160095254A1 (en) Managing heat transfer for electronic devices
Kadum et al. Heat transfer in electronic systems printed circuit board: A review
US20120168123A1 (en) Overhead-mounted heatsink
JP5260044B2 (ja) 密閉型電子機器
WO2021172122A1 (ja) 放熱構造および電子機器
JP4783474B2 (ja) 電子機器
RU175406U1 (ru) Устройство пассивного теплоотвода процессора мобильного устройства либо переносного компьютера на основе алмаз-медного композиционного материала
RU2667360C1 (ru) Способ обеспечения пассивного теплоотвода процессора мобильного устройства либо переносного компьютера на основе алмаз-медного композиционного материала и устройство для его осуществления
WO2018179162A1 (ja) 冷却装置
KR101475455B1 (ko) 방열구조를 갖는 전자장치, 그의 방열방법 및 방열 구조를 갖는 컴퓨터

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10733325

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2010547426

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13143416

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10733325

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1