冷却装置
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子やその他発熱体の冷却を行う冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子は動作時に発熱するため，冷却により素子の温度を許容範囲内に納めることは信頼性や性能に関わる重要な問題である。
【０００３】従来図４に示すように半導体素子１０１の冷却には個々の素子にアルミ等により作成されたフィン１０５を用いている。しかし、最近の半導体素子の高密度化に伴い、半導体素子１０１の発熱量の増加や基板１０２に実装された状態での基板の面積に対する発熱密度の増加により十分な冷却を行うことが困難となってきた。
【０００４】最近、図５のように発熱する半導体素子１０１に冷媒１０４を封入したフィン１０５付き中空容器１０３を押し当てて冷却を行うことが試みられている。この冷却方法では、中空容器１０３がヒートパイプとして作動するためフィン１０５までの熱輸送に対する熱的な抵抗は少ないが、フィン１０５からの熱の発散や筐体内に実装した際のことに関して注意があまり払われていない。そのため冷却装置のトータルの性能が空気中への熱の発散の効率の悪さにより向上しないという欠点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の冷却装置では、最近の発熱体の発熱量の増加に対して十分な冷却を行うことが困難となってきている。
【０００６】本発明は以上の課題を解決するためになされたもので、半導体素子等の発熱体から熱を効率的に逃がすことができる高性能な冷却装置を提供することを目的としている。
［発明の構成］
【０００７】上記目的を達成するため、本発明の冷却装置は、発熱体が載置される基板と、前記基板の発熱体が載置される面に対向し、前記発熱体の表面に熱的に取り付けられ、冷媒を封入しヒートパイプ本体を構成する中空容器と、この中空容器に連通し、前記ピートパイプの一部を構成する中空のチューブおよびこのチューブに熱的に接続されるフィンからなるフィンチューブ型熱交換器と、を備え、前記フィンチューブ型熱交換器を前記ヒートパイプの放熱部として構成したことをしている。
【０００８】また、前記フィンチューブ型熱交換器を含む冷却装置全体を前記発熱体が実装される前記基板と前記基板との間の空間に配置し、この空間に冷却用気体を供給する手段を設け、前記フィンの前記冷却用気体の通り抜ける方向と前記基板の平面とをほぼ平行に設定したことを特徴としている。
【０００９】
【作用】本発明の冷却装置は、冷却装置の半導体素子からフィンまでの熱的な抵抗の低減に加え、筐体内に半導体素子が載る基板が納められた場合の考慮もおこないフィンから空気中への熱の発散の効率を高めている。請求項１の冷却装置にあっては、フィンと空気間の熱的な抵抗の低減のため空調機などに用いられているようなフィンチューブ型の熱交換器を用いている。
【００１０】このフィンチューブ型の熱交換器は、このチューブをヒートパイプの一部として利用できるため、冷却装置としての製造が簡単で、しかも、このフィン自体が従来用いられている一般的なフィンとは異なり、箔状の極めて薄い部材を積層し、その上、表面にスリットを形成したもので、従来の放熱フィンと比較して数倍も放熱効率が優れている。
【００１１】請求項２の冷却装置にあっては、半導体素子の実装された基板に平行な空気の流れによる冷却をおこなうことにより，従来ひとつひとつの素子にフィンを取り付けて冷却を行っていた場合と同様の筐体内の冷却空気流路構成で冷却を行うことができるる。また、半導体素子および冷却装置を載せた基板をそのまま筐体内に設けられたスロット内に実装して用いることができ、フィンに送られる空気の利用の効率を基板間の隙間をほとんどフィンで埋めることにより高めることができる。
【００１２】このように本発明の冷却装置を使用することにより、半導体素子から発生した熱を効率よく逃がし、しかも従来の個々の素子にフィンを取り付ける感覚でより性能の高い冷却装置を利用できる。
【００１３】
【実施例】以下この発明の実施例を図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施例に係わる冷却装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【００１４】基板２上に半導体素子１が載置されている。半導体素子１から発生した熱は中空容器３内の冷媒４に伝えられ、冷媒４の相変化（例えば液体から気体）によりフィン５に伝えられ、空気中へ発散される。
【００１５】本発明の冷却装置の第１の特徴は、フィン５の形状である。このフィン５の概略斜視図と部分拡大図を図２と図３に示す。このフィン５は、例えば、アルミからなる薄い板状（アルミ箔）の箔部材８が多数積層されて構成されている。また、放熱効率を向上させる目的で一枚、一枚の箔部材８にはそれぞれ複数のスリット８ａが形成されている。このスリット８ａは具体的には、図３に示すように放熱面積を増加させる目的で形成されている。
【００１６】本明細書では、このようなフィン５に予め熱的に接続される中空のチューブを備えたもののことをフィンチューブ型熱交換器１０と称するが、このフィンチューブ型熱交換器１０は、空調用熱交換器（エアコンの熱交換器に用いられるようなもの）と同様なものである。そして、フィンチューブ型熱交換器１０のフィン５に熱的に一体的に取り付けられているチューブ９は、本発明では、ヒートパイプの一部として利用し、中空容器３と連通させて固定し、チューブ９内に冷媒が通流するように構成している。本発明の冷却装置のフィン５は上述のように、薄いフィンに多数のスリットが形成されている高性能のフィンを用いていることで、極めて放熱効率が高い。本発明の冷却装置の第２の特徴は、基板２と冷却装置の配置関係にある。
【００１７】すなわち、図１に示すようにフィン５に対する冷却気体（例えばエアー）が通り抜ける方向と半導体素子１を実装する基板２とがほぼ平行に設置されている。そして、スロットに複数枚並べられた基板２同士の間に形成される空間をダクト状の冷却流体流路７として利用している。そして、このダクト状の冷却気体流路７の空間内に、本発明のフィン５が収まるように配置して冷却気体が効率よくフィン５に当たる。このようにフィン５が実装された冷却装置で基板２同士の間の空間をほぼ埋め、基板２をダクト壁として用いることにより高い冷却能力が得られる．また、中空容器３内の吸熱部の内面に微細な沸騰用フィン６を形成して、吸熱面積の増大を図り冷却効率のさらなる向上を達成しても良い。
【００１８】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば発熱体から発生する熱を効果的に逃がすことができる冷却装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の冷却装置の一実施例を示す概略断面図。
【図２】 本発明の冷却装置に用いられるフィンチューブ型熱交換器の概略説明図。
【図３】 本発明の冷却装置に用いられるフィンチューブ型熱交換器のフィンの形状を説明するための概略説明図。
【図４】 従来の冷却装置の一例を示す概略図。
【図５】 従来の冷却装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 半導体素子（発熱体）
２ 基板
３ 中空容器
４ 冷媒
５ フィン
６ 沸騰用フィン
８ 箔部材
８ａ スリット
９ チューブ
１０ フィンチューブ型熱交換器
［発明の目的］
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子やその他発熱体の冷却を行う冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子は動作時に発熱するため，冷却により素子の温度を許容範囲内に納めることは信頼性や性能に関わる重要な問題である。
【０００３】従来図４に示すように半導体素子１０１の冷却には個々の素子にアルミ等により作成されたフィン１０５を用いている。しかし、最近の半導体素子の高密度化に伴い、半導体素子１０１の発熱量の増加や基板１０２に実装された状態での基板の面積に対する発熱密度の増加により十分な冷却を行うことが困難となってきた。
【０００４】最近、図５のように発熱する半導体素子１０１に冷媒１０４を封入したフィン１０５付き中空容器１０３を押し当てて冷却を行うことが試みられている。この冷却方法では、中空容器１０３がヒートパイプとして作動するためフィン１０５までの熱輸送に対する熱的な抵抗は少ないが、フィン１０５からの熱の発散や筐体内に実装した際のことに関して注意があまり払われていない。そのため冷却装置のトータルの性能が空気中への熱の発散の効率の悪さにより向上しないという欠点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の冷却装置では、最近の発熱体の発熱量の増加に対して十分な冷却を行うことが困難となってきている。
【０００６】本発明は以上の課題を解決するためになされたもので、半導体素子等の発熱体から熱を効率的に逃がすことができる高性能な冷却装置を提供することを目的としている。
［発明の構成］
【０００７】上記目的を達成するため、本発明の冷却装置は、発熱体が載置される基板と、前記基板の発熱体が載置される面に対向し、前記発熱体の表面に熱的に取り付けられ、冷媒を封入しヒートパイプ本体を構成する中空容器と、この中空容器に連通し、前記ピートパイプの一部を構成する中空のチューブおよびこのチューブに熱的に接続されるフィンからなるフィンチューブ型熱交換器と、を備え、前記フィンチューブ型熱交換器を前記ヒートパイプの放熱部として構成したことをしている。
【０００８】また、前記フィンチューブ型熱交換器を含む冷却装置全体を前記発熱体が実装される前記基板と前記基板との間の空間に配置し、この空間に冷却用気体を供給する手段を設け、前記フィンの前記冷却用気体の通り抜ける方向と前記基板の平面とをほぼ平行に設定したことを特徴としている。
【０００９】
【作用】本発明の冷却装置は、冷却装置の半導体素子からフィンまでの熱的な抵抗の低減に加え、筐体内に半導体素子が載る基板が納められた場合の考慮もおこないフィンから空気中への熱の発散の効率を高めている。請求項１の冷却装置にあっては、フィンと空気間の熱的な抵抗の低減のため空調機などに用いられているようなフィンチューブ型の熱交換器を用いている。
【００１０】このフィンチューブ型の熱交換器は、このチューブをヒートパイプの一部として利用できるため、冷却装置としての製造が簡単で、しかも、このフィン自体が従来用いられている一般的なフィンとは異なり、箔状の極めて薄い部材を積層し、その上、表面にスリットを形成したもので、従来の放熱フィンと比較して数倍も放熱効率が優れている。
【００１１】請求項２の冷却装置にあっては、半導体素子の実装された基板に平行な空気の流れによる冷却をおこなうことにより，従来ひとつひとつの素子にフィンを取り付けて冷却を行っていた場合と同様の筐体内の冷却空気流路構成で冷却を行うことができるる。また、半導体素子および冷却装置を載せた基板をそのまま筐体内に設けられたスロット内に実装して用いることができ、フィンに送られる空気の利用の効率を基板間の隙間をほとんどフィンで埋めることにより高めることができる。
【００１２】このように本発明の冷却装置を使用することにより、半導体素子から発生した熱を効率よく逃がし、しかも従来の個々の素子にフィンを取り付ける感覚でより性能の高い冷却装置を利用できる。
【００１３】
【実施例】以下この発明の実施例を図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施例に係わる冷却装置の一実施例を示す概略の断面図である。
【００１４】基板２上に半導体素子１が載置されている。半導体素子１から発生した熱は中空容器３内の冷媒４に伝えられ、冷媒４の相変化（例えば液体から気体）によりフィン５に伝えられ、空気中へ発散される。
【００１５】本発明の冷却装置の第１の特徴は、フィン５の形状である。このフィン５の概略斜視図と部分拡大図を図２と図３に示す。このフィン５は、例えば、アルミからなる薄い板状（アルミ箔）の箔部材８が多数積層されて構成されている。また、放熱効率を向上させる目的で一枚、一枚の箔部材８にはそれぞれ複数のスリット８ａが形成されている。このスリット８ａは具体的には、図３に示すように放熱面積を増加させる目的で形成されている。
【００１６】本明細書では、このようなフィン５に予め熱的に接続される中空のチューブを備えたもののことをフィンチューブ型熱交換器１０と称するが、このフィンチューブ型熱交換器１０は、空調用熱交換器（エアコンの熱交換器に用いられるようなもの）と同様なものである。そして、フィンチューブ型熱交換器１０のフィン５に熱的に一体的に取り付けられているチューブ９は、本発明では、ヒートパイプの一部として利用し、中空容器３と連通させて固定し、チューブ９内に冷媒が通流するように構成している。本発明の冷却装置のフィン５は上述のように、薄いフィンに多数のスリットが形成されている高性能のフィンを用いていることで、極めて放熱効率が高い。本発明の冷却装置の第２の特徴は、基板２と冷却装置の配置関係にある。
【００１７】すなわち、図１に示すようにフィン５に対する冷却気体（例えばエアー）が通り抜ける方向と半導体素子１を実装する基板２とがほぼ平行に設置されている。そして、スロットに複数枚並べられた基板２同士の間に形成される空間をダクト状の冷却流体流路７として利用している。そして、このダクト状の冷却気体流路７の空間内に、本発明のフィン５が収まるように配置して冷却気体が効率よくフィン５に当たる。このようにフィン５が実装された冷却装置で基板２同士の間の空間をほぼ埋め、基板２をダクト壁として用いることにより高い冷却能力が得られる．また、中空容器３内の吸熱部の内面に微細な沸騰用フィン６を形成して、吸熱面積の増大を図り冷却効率のさらなる向上を達成しても良い。
【００１８】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば発熱体から発生する熱を効果的に逃がすことができる冷却装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の冷却装置の一実施例を示す概略断面図。
【図２】 本発明の冷却装置に用いられるフィンチューブ型熱交換器の概略説明図。
【図３】 本発明の冷却装置に用いられるフィンチューブ型熱交換器のフィンの形状を説明するための概略説明図。
【図４】 従来の冷却装置の一例を示す概略図。
【図５】 従来の冷却装置の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 半導体素子（発熱体）
２ 基板
３ 中空容器
４ 冷媒
５ フィン
６ 沸騰用フィン
８ 箔部材
８ａ スリット
９ チューブ
１０ フィンチューブ型熱交換器
【特許請求の範囲】
【請求項１】発熱体が載置される基板と、前記基板の発熱体が載置される面に対向し、前記発熱体の表面に熱的に取り付けられ、冷媒を封入しヒートパイプ本体を構成する中空容器と、この中空容器に連通し、前記ピートパイプの一部を構成する中空のチューブおよびこのチューブに熱的に接続されるフィンからなるフィンチューブ型熱交換器と、を備え、前記フィンチューブ型熱交換器を前記ヒートパイプの放熱部として構成したことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】前記フィンチューブ型熱交換器を含む冷却装置全体を前記発熱体が実装される前記基板と前記基板との間の空間に配置し、この空間に冷却用気体を供給する手段を設け、前記フィンの前記冷却用気体の通り抜ける方向と前記基板の平面とをほぼ平行に設定したことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項１】発熱体が載置される基板と、前記基板の発熱体が載置される面に対向し、前記発熱体の表面に熱的に取り付けられ、冷媒を封入しヒートパイプ本体を構成する中空容器と、この中空容器に連通し、前記ピートパイプの一部を構成する中空のチューブおよびこのチューブに熱的に接続されるフィンからなるフィンチューブ型熱交換器と、を備え、前記フィンチューブ型熱交換器を前記ヒートパイプの放熱部として構成したことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】前記フィンチューブ型熱交換器を含む冷却装置全体を前記発熱体が実装される前記基板と前記基板との間の空間に配置し、この空間に冷却用気体を供給する手段を設け、前記フィンの前記冷却用気体の通り抜ける方向と前記基板の平面とをほぼ平行に設定したことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【図２】
【図４】
【図１】
【図５】
【図３】
【図４】
【図１】
【図５】
【図３】
【特許番号】第２９６２４２９号
【登録日】平成１１年（１９９９）８月６日
【発行日】平成１１年（１９９９）１０月１２日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平３−５２２９４
【出願日】平成３年（１９９１）３月１８日
【公開番号】特開平４−２８７３５０
【公開日】平成４年（１９９２）１０月１２日
【審査請求日】平成１０年（１９９８）２月１８日
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【参考文献】
【文献】特開 平４−９６２６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６３−１９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開 平３−１７６３９（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開 昭５４−６８６８（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開 平１−１１０４９０（ＪＰ，Ｕ）
【登録日】平成１１年（１９９９）８月６日
【発行日】平成１１年（１９９９）１０月１２日
【国際特許分類】
【出願日】平成３年（１９９１）３月１８日
【公開番号】特開平４−２８７３５０
【公開日】平成４年（１９９２）１０月１２日
【審査請求日】平成１０年（１９９８）２月１８日
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【参考文献】
【文献】特開 平４−９６２６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 昭６３−１９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開 平３−１７６３９（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開 昭５４−６８６８（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開 平１−１１０４９０（ＪＰ，Ｕ）
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