[go: up one dir, main page]

JP2002237691A - 発熱体冷却装置 - Google Patents

発熱体冷却装置

Info

Publication number
JP2002237691A
JP2002237691A JP2001033916A JP2001033916A JP2002237691A JP 2002237691 A JP2002237691 A JP 2002237691A JP 2001033916 A JP2001033916 A JP 2001033916A JP 2001033916 A JP2001033916 A JP 2001033916A JP 2002237691 A JP2002237691 A JP 2002237691A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heating element
hole
header
cooling device
heat sink
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Granted
Application number
JP2001033916A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3857060B2 (ja
Inventor
Yoshifumi Nakahama
敬文 中濱
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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 Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2001033916A priority Critical patent/JP3857060B2/ja
Priority to US10/067,992 priority patent/US20020112847A1/en
Publication of JP2002237691A publication Critical patent/JP2002237691A/ja
Priority to US11/260,273 priority patent/US7568519B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3857060B2 publication Critical patent/JP3857060B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H01L23/4735Jet impingement
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

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 Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体は流入口からそれぞれの孔までは流入側
流路により導かれるが、流路毎にその液体摩擦抵抗差が
大きく、孔からの流速は均一ではなく、冷却能力に局所
的な差異が生じる。 【解決手段】 流入口5の下流側すなわち孔3の反発熱
体側にヘッダ4を配置し、ヒートシンク2の表面2aに
発熱体1を配置すると共に、ヒートシンク2の裏面2b
に向けて流体を噴出する複数の孔3を設け、孔3の数よ
り少ない流出口6を有する。孔3の反発熱体側にヘッダ
4を配することにより、複数の孔3の流速に大きな差を
生じることなくなり、孔3からの流れがヒートシンクの
裏面2bに衝突する際の熱伝導率がほぼ等しくなり、流
れが衝突する発熱体裏側のヒートシンク冷却性能がほぼ
等しくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子等の発
熱体を冷却する発熱体冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図18は、従来の発熱体冷却装置の断面
図であり、図18(1)はc断面、図18(2)はa断
面、図18(3)はb断面である。図18において、1
は半導体素子等の発熱体、2はヒートシンク、3は孔、
4はヘッダ、5は流入口、6は流出口、7aは流入側流
路、7bは流出側流路であり、流入口5から入った冷却
媒体(以下、流体という)は、流入側流路7aを通りヘ
ッダ4から孔3より発熱体を配したヒートシンク2の壁
面に衝突後、流出側流路7bを流れ、流出口6より排出
される。発熱体で発生した熱量はヒートシンク2に熱伝
導しており、孔3から流出する流体に熱伝道する。この
とき、流体は単に流れるのではなく、孔3から噴流とし
てヒートシンクに衝突するため、その熱伝導率は大きく
なり冷却性能は高くなる。また、チャンネル方式のヒー
トシンクは狭いチャンネル内に流体を通すため、圧損が
大きくなるが、孔による噴流方式はチャンネルより圧損
が小さくなるため、冷却性能は高くなる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
発熱体冷却装置では、流体は流入口からそれぞれの孔ま
では流入側流路7aにより導かれるが、流路毎にその液
体摩擦抵抗差が大きく、孔からの流速は均一ではなく、
冷却能力に局所的な差異が生じる。また、チャンネル方
式に比べ圧力損失は小さいものの圧力損失が小さいもの
とは言えず、冷却液循環ポンプの制限から流量を落とさ
ざるを得ず、冷却性能が低下するという問題がある。よ
って、本願発明は、上記問題点を解決し、圧力損失の小
さく、冷却性能がほぼ均一な発熱体冷却装置を得ること
を目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項1に係る発熱体冷却装置では、表面
に発熱体が配置され裏面に複数の孔が設けられたヒート
シンクと、前記ヒートシンクに設けられた孔の反発熱体
側に配されたヘッダと、前記ヘッダに冷却媒体を流入す
る流入口と、ヒートシンク内の冷却媒体を流出する流出
口とを有する。このように、孔の反発熱体側にヘッダを
配することにより、流入口から流路で孔へ導いていた従
来に比べ圧損が小さくなり、また、複数の孔の流速に大
きな差を生じることが無く、ほぼ等しい流れを得ること
ができる。本発明の請求項2に係る発熱体冷却装置で
は、前記ヘッダの孔の下流側に立て板を設けたことによ
り、ヘッダから孔へ流れ込む流れが、孔のさらなる下流
側への流れによる分岐損に影響されることがなくなり、
流れをスムーズにすることができる。本発明の請求項3
に係る発熱体冷却装置では、前記ヘッダの孔の下流側に
設けた立て板を孔を囲むような円弧状にしたことによ
り、請求項2の発熱体冷却装置よりも立て板の上流側す
なわち孔近傍の圧力が高くなり流れをスムーズにするこ
とができる。本発明の請求項4に係る発熱体冷却装置で
は、前記ヘッダの孔の下流側に設けた立て板は、孔の中
心からずらして設けたことにより、孔の後流域が下流側
の孔からはずれるため、下流側の孔へ流体が流入しやす
くなる。
【0005】本発明の請求項5に係る発熱体冷却装置で
は、前記ヘッダの孔の下流側に設けた立て板とヘッダの
反孔側壁面との間の隙間を無くしたことにより、請求項
2の発熱体冷却装置よりも立て板の上流側すなわち孔近
傍の圧力が高くなり流れをスムーズにすることができ
る。本発明の請求項6に係る発熱体冷却装置では、前記
ヒートシンク内の孔上流側にジャマ板を設けたことによ
り、孔から流出する流体の流れに対する流出側流路の上
流側からの流れの干渉が低減できる。本発明の請求項7
に係る発熱体冷却装置では、前記ヒートシンク内の孔上
流側に設けたジャマ板を孔を囲むような円弧状にしたこ
とにより、流出側流路の上流側からの流れは、孔から流
出する流れにあまり干渉せずに下流側にスムーズに流れ
る。本発明の請求項8に係る発熱体冷却装置では、前記
ヒートシンク内の孔上流側に設けたジャマ板とヒートシ
ンクの反孔側壁面との間の隙間を無くしたことにより、
流出側流路の上流側からの流れは、孔から流出する流れ
に干渉せずに下流側にスムーズに流れる。本発明の請求
項9に係る発熱体冷却装置では、前記ヘッダの孔の下流
側に立て板と、前記ヒートシンク内の孔上流側にジャマ
板とを設けたことにより、ヒートシンクの厚さ方向の剛
性が向上し、発熱体のヒートシンクに対する押圧を上げ
ることができる。
【0006】本発明の請求項10に係る発熱体冷却装置
では、前記立て板と前記ジャマ板とをそれぞれ孔を囲む
ような円弧状にしたことにより、立て板とジャマ板との
剛性があがることで、請求項9の発熱体冷却装置よりも
ヒートシンクの厚さ方向の剛性が向上し、発熱体のヒー
トシンクに対する押圧を上げることができる。本発明の
請求項11に係る発熱体冷却装置では、前記ヘッダの上
流端と孔との間に多孔質流体抵抗を配したことにより、
流入口からヘッダに流れ込み、孔に向かう流れが均一に
なり、孔に流入する流速に差が出にくくなる。本発明の
請求項12に係る発熱体冷却装置では、前記孔の上流側
に多孔質流体抵抗を配したことにより、流入口から孔の
上流側の多孔質流体抵抗までの圧力損失の差が小さくな
り、孔からの流出流速がほぼ等しくなる。本発明の請求
項13に係る発熱体冷却装置では、前記ヒートシンクに
設けられた孔の反発熱体側に複数のヘッダを配すること
により、1つの大きなヘッダよりも孔に流れ込む流速の
差が小さくなる。本発明の請求項14に係る発熱体冷却
装置では、前記孔から流出した冷却媒体をヒートシンク
内から別のヘッダに戻す流路を配したことにより、ヘッ
ダ当たりの孔数が少なくなり、ヘッダにおけるそれぞれ
の孔までの流体抵抗差が小さくなり、孔毎の流速差を小
さくすることができる。
【0007】本発明の請求項15に係る発熱体冷却装置
では、発熱体を配した部分と、孔を設けた部分と、ヘッ
ダの部分を分割して構成したことにより、発熱位置、発
熱体の大きさに応じて、孔の位置、径を変えることが可
能となり、孔からの流れを発熱体の中心に向けることが
できる。本発明の請求項16に係る発熱体冷却装置で
は、両側壁面にそれぞれ1つもしくは複数の孔を設けた
ヘッダと、ヘッダの両側に隙間を介して設けられ表面に
発熱体が配置されたヒートシンク外壁と、前記ヘッダに
冷却媒体を流入する流入口と、ヒートシンク内の冷却媒
体を流出する流出口とを有することにより、発熱体を両
側に配することができ、片側に配した場合に比べ、流入
口から孔までの距離を短くでき圧力損失が小さくなる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図1は、第1の実施の形態
の発熱体冷却装置の断面図であり、図1(1)はc断
面、図1(2)はa断面、図1(3)はb断面である。
図1において、1は半導体素子等の発熱体、2はヒート
シンク、3は孔、4はヘッダ、5は流入口、6は流出
口、7bは流出側流路であり、流入口5の下流側すなわ
ち孔3の反発熱体側にヘッダ4を配置し、ヒートシンク
2の表面2aに発熱体1を配置すると共に、ヒートシン
ク2の裏面2bに向けて流体を噴出する複数の孔3を設
け、孔3の数より少ない流出口6(本実施の形態では流
入口5の反対側に1つ)を有している。更に、流入口5
の断面積S5に比べ、ヘッダ4の断面積S4は十分に大
きくする。(S4>>S5) また、孔流入方向のヘッダ断面積Szを孔1個の断面積
Shより十分に大きくする。(Sz>>Sh) このように、孔3の反発熱体側にヘッダ4を配すること
により、複数の孔3の流速に大きな差を生じることな
く、ほぼ等しい流れが得られ、また、流入口から流路で
孔に導いていた従来に比べ圧損が小さくなる。これによ
り、孔3からの流れがヒートシンクの裏面2bに衝突す
る際の熱伝導率がほぼ等しくなり、流れが衝突する発熱
体裏側のヒートシンク冷却性能がほぼ等しくなる。そし
て、ヘッダ4を配することにより流入口5から各々の孔
3までの流体抵抗を小さくすることができる。
【0009】次に本発明の第2の実施の形態について、
図2を参照して説明する。尚、第1の実施の形態と同様
の部分については説明を省略し、異なる部分についての
み説明する。図2は、第2の実施の形態の発熱体冷却装
置の断面図であり、図2(1)はc断面、図2(2)は
a断面、図2(3)はb断面であり、図1に示した第1
の実施の形態と異なる点は、ヘッダ4の孔3の下流側に
立て板8を設けた点である。立て板8が無い場合には、
下流側の流れと孔への流れが分岐するために、分岐損失
が生じ、孔への流量が全流量を孔数で割った平均流量よ
りかなり小さくなる。立て板8を孔3を囲うように配す
ることにより、ヘッダ4から孔3に入り込む流れが孔の
さらなる下流側への流れによる分岐損失に影響されるこ
とが無くなり、孔上流側の圧力が上がり孔3への流量は
ほぼ等しくなり、第1の実施の形態と同様に、流れが衝
突する複数の部分の熱伝導率がほぼ等しくなり、流れが
衝突する発熱体裏側のヒートシンク冷却性能がほぼ等し
くなる。次に本発明の第3の実施の形態について、図3
を参照して説明する。尚、第2の実施の形態と同様の部
分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説
明する。
【0010】図3は、第3の実施の形態の発熱体冷却装
置の断面図であり、図3(1)はc断面、図3(2)は
a断面、図3(3)はb断面であり、図2に示した第2
の実施の形態と異なる点は、ヘッダ4の孔3の下流側に
設けた立て板を、孔3を囲むような円弧状の立て板8a
とした点である。これにより、第2の実施の形態よりも
立て板8aの上流側すなわち孔3の近傍の圧力が高くな
り流れが更にスムーズに孔3に入り込んでいき、孔への
流量はほぼ平均流量に等しくなり、第2の実施の形態と
同様に、流れが衝突する複数の部分の熱伝導率がほぼ等
しくなり、流れが衝突する発熱体裏側のヒートシンク冷
却性能がほぼ等しくなる。次に本発明の第4の実施の形
態について、図4を参照して説明する。尚、第2の実施
の形態と同様の部分については説明を省略し、異なる部
分についてのみ説明する。図4は、第4の実施の形態の
発熱体冷却装置の断面図であり、図4(1)はc断面、
図4(2)はa断面、図4(3)はb断面であり、図2
に示した第2の実施の形態と異なる点は、ヘッダ4の孔
3の下流側に設けた立て板を、孔3の中心からずらせて
設ける点である。これにより、孔3の後流域が下流側の
孔3bからはずれるために、下流側の孔3bへ流体が流
入しやすくなり、孔毎の流入差を小さくすることがで
き、第2の実施の形態と同様に、流れが衝突する複数の
部分の熱伝導率がほぼ等しくなり、流れが衝突する発熱
体裏側のヒートシンク冷却性能がほぼ等しくなる。
【0011】図5は、第5の実施の形態の発熱体冷却装
置の断面図であり、図5(1)はc断面、図5(2)は
a断面、図5(3)はb断面であり、図4に示した第4
の実施の形態と異なる点は、ヘッダ4の孔3の中心をず
らして下流側に設けた立て板を、孔3を囲むような円弧
状の立て板8bとした点である。これにより、上流側か
らの流れが円弧状の立て板8bの下流側側面に沿って流
れるようになり、後流域が小さくなり、後流域が下流側
の孔からはずれるため、下流側の孔へ流体が流入しやす
くなり、孔への流量はほぼ平均流量に等しくなり、第4
の実施の形態と同様に、流れが衝突する複数の部分の熱
伝導率がほぼ等しくなり、流れが衝突する発熱体裏側の
ヒートシンク冷却性能がほぼ等しくなる。次に本発明の
第6の実施の形態について、図6を参照して説明する。
尚、第2の実施の形態と同様の部分については説明を省
略し、異なる部分についてのみ説明する。図6は、第6
の実施の形態の発熱体冷却装置の断面図であり、図6
(1)はc断面、図6(2)はa断面、図6(3)はb
断面であり、図2に示した第2の実施の形態と異なる点
は、ヘッダ4の孔3の下流側に設けた立て板8cを、ヘ
ッダ4の反孔側壁面2cとの間を無くすように設けた点
である。
【0012】これにより、第2の実施の形態よりも立て
板8cの上流側すなわち孔3の近傍の圧力が高くなり流
れが更にスムーズに孔3に入り込んでいき、孔毎の流量
差を小さくすることができ、第2の実施の形態と同様
に、流れが衝突する複数の部分の熱伝導率がほぼ等しく
なり、流れが衝突する発熱体裏側のヒートシンク冷却性
能がほぼ等しくなる。次に本発明の第7の実施の形態に
ついて、図7を参照して説明する。尚、第1の実施の形
態と同様の部分については説明を省略し、異なる部分に
ついてのみ説明する。図7は、第7の実施の形態の発熱
体冷却装置の断面図であり、図7(1)はc断面、図7
(2)はa断面、図7(3)はb断面であり、図1に示
した第1の実施の形態と異なる点は、流出側流路7bの
孔3の上流側にジャマ板10を設けた点である。これに
より、流出側流路7bの上流側からの流れはジャマ板1
0によりその両側に分かれ、孔3から流出する流れに対
して干渉しなくなる。その結果、第1の実施の形態より
も噴流の壁面2bにおける境界層厚さが薄くなり、熱伝
導率が上がり、ヒートシンク冷却性能を向上させること
ができる。次に本発明の第8の実施の形態について、図
8を参照して説明する。尚、第7の実施の形態と同様の
部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ
説明する。
【0013】図8は、第8の実施の形態の発熱体冷却装
置の断面図であり、図8(1)はc断面、図8(2)は
a断面、図8(3)はb断面であり、図7に示した第7
の実施の形態と異なる点は、流出側流路7bの孔3の上
流側に設けたジャマ板を、孔3を囲むような円弧状の立
て板10aとした点である。これにより、流出側流路7
bの上流側からの流れは円弧状のジャマ板10aにより
その両側に分かれ、第7の実施の形態よりも孔3から流
出する流れに対して干渉しなくなり、下流側にスムーズ
に流れる。その結果、第7の実施の形態よりも噴流の壁
面2bにおける境界層厚さが薄くなり、熱伝導率が上が
り、ヒートシンク冷却性能を向上させることができる。
次に本発明の第9の実施の形態について、図9を参照し
て説明する。尚、第7の実施の形態と同様の部分につい
ては説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図9は、第9の実施の形態の発熱体冷却装置の断面図で
あり、図9(1)はc断面、図9(2)はa断面、図9
(3)はb断面であり、図7に示した第7の実施の形態
と異なる点は、流出側流路7bの孔3の上流側に設けた
ジャマ板10bを、流出側流路7bの反孔側壁面2bと
の間を無くすように設けた点である。
【0014】これにより、流出側流路7bの上流側から
の流れはジャマ板10bによりその両側に分かれ、第7
の実施の形態よりも孔3から流出する流れに対して干渉
しなくなり、下流側にスムーズに流れる。その結果、第
7の実施の形態よりも噴流の壁面2bにおける境界層厚
さが薄くなり、熱伝導率が上がり、ヒートシンク冷却性
能を向上させることができる。次に本発明の第10の実
施の形態について、図10を参照して説明する。尚、第
9の実施の形態と同様の部分については説明を省略し、
異なる部分についてのみ説明する。図10は、第10の
実施の形態の発熱体冷却装置の断面図であり、図10
(1)はc断面、図10(2)はa断面、図10(3)
はb断面であり、図9に示した第9の実施の形態と異な
る点は、第6の実施の形態と同様に、ヘッダ4の孔3の
下流側にヘッダ4の反孔側壁面2cとの間を無くすよう
に立て板8cを設けた点である。これにより、第6の実
施の形態と同様に、立て板8cの上流側すなわち孔3の
近傍の圧力が高くなり流れが更にスムーズに孔3に入り
込んでいき、孔毎の流量差を小さくすることができると
共に、第9の実施の形態と同様に、流出側流路7bの上
流側からの流れはジャマ板10bによりその両側に分か
れ、孔3から流出する流れに対して干渉しなくなり、下
流側にスムーズに流れることは勿論のこと、ヒートシン
ク2の厚さ方向の剛性が向上し、発熱体の押圧によるヒ
ートシンク2の変形量を小さくすることができる。
【0015】その結果、押圧を上げることができ、発熱
体1とヒートシンク2の接触熱抵抗が小さくなり、熱通
過率が上がり、ヒートシンク冷却性能を向上することが
できる。次に本発明の第11の実施の形態について、図
11を参照して説明する。尚、第10の実施の形態と同
様の部分については説明を省略し、異なる部分について
のみ説明する。図11は、第11の実施の形態の発熱体
冷却装置の断面図であり、図11(1)はc断面、図1
1(2)はa断面、図11(3)はb断面であり、図1
1に示した第11の実施の形態と異なる点は、立て板と
ジャマ板とをそれぞれ孔を囲むような円弧状にした点で
ある。これにより、第6の実施の形態と同様に、立て板
8cの上流側すなわち孔3の近傍の圧力が高くなり流れ
が更にスムーズに孔3に入り込んでいき、孔毎の流量差
を小さくすることができると共に、第9の実施の形態と
同様に、流出側流路7bの上流側からの流れはジャマ板
10bによりその両側に分かれ、孔3から流出する流れ
に対して干渉しなくなり、下流側にスムーズに流れるこ
とは勿論のこと、第10の実施の形態よりもヒートシン
ク2の厚さ方向の剛性が向上し、発熱体の押圧によるヒ
ートシンク2の変形量を小さくすることができる。
【0016】その結果、押圧を上げることができ、発熱
体1とヒートシンク2の接触熱抵抗が小さくなり、熱通
過率が上がり、ヒートシンク冷却性能を向上することが
できる。次に本発明の第12の実施の形態について、図
12を参照して説明する。尚、第1の実施の形態と同様
の部分については説明を省略し、異なる部分についての
み説明する。図12は、第12の実施の形態の発熱体冷
却装置の断面図であり、図12(1)はc断面、図12
(2)はa断面、図12(3)はb断面であり、図1に
示した第1の実施の形態と異なる点は、孔3の反発熱体
側に配したヘッダ4と流入口5との間に多孔質流体抵抗
18を配した点である。ヘッダ4と流入口5との間に多
孔質流体抵抗18を配することにより、多孔質流体抵抗
18の下流側に流出する流れが均一になり、孔3に流入
する流速に差が出にくくなり、孔毎の流量差を小さくす
ることができ、第1の実施の形態と同様に、流れが衝突
する複数の部分の熱伝導率がほぼ等しくなり、流れが衝
突する発熱体裏側のヒートシンク冷却性能がほぼ等しく
なる。次に本発明の第13の実施の形態について、図1
3を参照して説明する。尚、第1の実施の形態と同様の
部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ
説明する。
【0017】図13は、第13の実施の形態の発熱体冷
却装置の断面図であり、図13(1)はc断面、図13
(2)はa断面、図6(3)はb断面であり、図1に示
した第1の実施の形態と異なる点は、孔3の上流側に多
孔質流体抵抗19を配した点である。孔3の上流側に多
孔質流体抵抗19を配することにより、複数の孔3にお
ける流入口5から孔の上流側の多孔質流体抵抗19まで
の圧力損失の差が小さくなり、孔3からの流出流量がほ
ぼ等しくなり、孔毎の流量差を小さくすることができ、
第1の実施の形態と同様に、流れが衝突する複数の部分
の熱伝導率がほぼ等しくなり、流れが衝突する発熱体裏
側のヒートシンク冷却性能がほぼ等しくなる。次に本発
明の第14の実施の形態について、図14を参照して説
明する。尚、第1の実施の形態と同様の部分については
説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。図1
4は、第14の実施の形態の発熱体冷却装置の断面図で
あり、図14(1)はc断面、図14(2)はa断面、
図14(3)はb断面であり、図1に示した第1の実施
の形態と異なる点は、孔3の反発熱体側に複数のヘッダ
4aを配した点である。複数のヘッダ4aは隔壁9によ
ってそれぞれ仕切られ、流入口5からヘッダ4aへは流
入側流路7aにより導かれる。
【0018】これにより、各ヘッダへの流入側流路7a
の流体抵抗を等しくすることにより、各ヘッダの総流量
の差は小さくなる。そして、ヘッダが1つのときに比
べ、ヘッダ当たりの孔数が少なくなり、ヘッダにおける
それぞれの孔までの流体抵抗差が小さくなり、孔毎の流
量差を小さくすることができ、第1の実施の形態と同様
に、流れが衝突する複数の部分の熱伝導率がほぼ等しく
なり、流れが衝突する発熱体裏側のヒートシンク冷却性
能がほぼ等しくなる。次に本発明の第15の実施の形態
について、図14を参照して説明する。尚、第14の実
施の形態と同様の部分については説明を省略し、異なる
部分についてのみ説明する。図15は、第15の実施の
形態の発熱体冷却装置の断面図であり、図14に示した
第14の実施の形態と異なる点は、孔3から流出した流
体を流出側流路7bから流路16を通り、別のヘッダ4
bに戻すようにした点である。これにより、ヘッダひと
つ当たりの孔数が少なくなり、ヘッダにおけるヘッダ入
り口からそれぞれの孔までの流体抵抗差が小さくなり、
孔毎の流量差を小さくすることができ、第4の実施の形
態と同様に、流れが衝突する複数の部分の熱伝導率がほ
ぼ等しくなり、流れが衝突する発熱体裏側のヒートシン
ク冷却性能がほぼ等しくなる。
【0019】次に本発明の第16の実施の形態につい
て、図16を参照して説明する。尚、第1の実施の形態
と同様の部分については説明を省略し、異なる部分につ
いてのみ説明する。図16は、第16の実施の形態の発
熱体冷却装置の断面図であり、図16(1)はc断面、
図16(2)はa断面、図16(3)はb断面であり、
図1に示した第1の実施の形態と異なる点は、第1の実
施の形態の発熱体冷却装置は一体形成されているが、本
実施の形態では発熱体1を配した部分21と孔3を配し
た部分22とヘッダ4の部分23とを分割した点であ
る。このように分割することにより、発熱体の位置、発
熱体の大きさに応じて、孔3の位置、孔径を容易に変え
ることが可能となり、孔3からの流れを発熱体の中心に
向けることができる。衝突流れの熱伝導は噴流から離れ
るに従い熱伝導率が小さくなるので、発熱体の位置に応
じてその下方に孔3を配することにより、発熱部での高
い熱伝導率を得ることができ、第1の実施の形態と同様
に、流れが衝突する複数の部分の熱伝導率がほぼ等しく
なり、流れが衝突する発熱体裏側のヒートシンク冷却性
能がほぼ等しくなる。図17は、第17の実施の形態の
発熱体冷却装置の断面図であり、図17(1)はc断
面、図17(2)はa断面、図17(3)はb断面であ
る。
【0020】図17において、1は半導体素子等の発熱
体、12はヒートシンク、13は孔、14はヘッダ、1
5は流入口であり、ヒートシンク12の中央にヘッダ1
4を構成し、ヘッダ両側の壁面17にそれぞれ1つ若し
くは複数の孔13を設ける。ヘッダ14の両側には隙間
を介してヒートシンク外壁12bを設ける。流入口15
から流れてくる流体は、ヘッダ14を通り、ヘッダの両
側の壁面17に設けられた孔13を通り抜ける。そし
て、ヒートシンクの外壁12bの両側表面に配された発
熱体1に向かい孔13からの噴流が衝突することにな
る。これにより、壁面12bの熱伝導率が大きくなり、
冷却性能が向上する。例えば、同じ個数の発熱体1を流
体流れ方向に同じピッチで配する際には、発熱体1を両
側に配することにより、片側だけに配した場合に比べ流
入口15から孔13までの距離が短くでき、圧損が小さ
くなる。
【0021】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
流体抵抗が小さくなり、圧損が少なくなる。また、流れ
が衝突する複数の部分の熱伝導率がほぼ等しくなり、流
れが衝突する発熱体裏側のヒートシンク冷却性能がほぼ
等しい発熱体冷却装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態の発熱体冷却装置
の断面図。
【図2】 本発明の第2の実施の形態の発熱体冷却装置
の断面図。
【図3】 本発明の第3の実施の形態の発熱体冷却装置
の断面図。
【図4】 本発明の第4の実施の形態の発熱体冷却装置
の断面図。
【図5】 本発明の第5の実施の形態の発熱体冷却装置
の断面図。
【図6】 本発明の第6の実施の形態の発熱体冷却装置
の断面図。
【図7】 本発明の第7の実施の形態の発熱体冷却装置
の断面図。
【図8】 本発明の第8の実施の形態の発熱体冷却装置
の断面図。
【図9】 本発明の第9の実施の形態の発熱体冷却装置
の断面図。
【図10】 本発明の第10の実施の形態の発熱体冷却
装置の断面図。
【図11】 本発明の第11の実施の形態の発熱体冷却
装置の断面図。
【図12】 本発明の第12の実施の形態の発熱体冷却
装置の断面図。
【図13】 本発明の第13の実施の形態の発熱体冷却
装置の断面図。
【図14】 本発明の第14の実施の形態の発熱体冷却
装置の断面図。
【図15】 本発明の第15の実施の形態の発熱体冷却
装置の断面図。
【図16】 本発明の第16の実施の形態の発熱体冷却
装置の断面図。
【図17】 本発明の第17の実施の形態の発熱体冷却
装置の断面図。
【図18】 従来の発熱体冷却装置の断面図。
【符号の説明】
1・・発熱体 2、12・・ヒートシンク 3、13・・孔 4、14・・ヘッダ 5、15・・流入口 6・・流出口 8・・立て板 10・・ジャマ板

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に発熱体が配置され裏面に複数の孔
    が設けられたヒートシンクと、前記ヒートシンクに設け
    られた孔の反発熱体側に配されたヘッダと、前記ヘッダ
    に冷却媒体を流入する流入口と、ヒートシンク内の冷却
    媒体を流出する流出口とを有する発熱体冷却装置。
  2. 【請求項2】 前記ヘッダの孔の下流側に立て板を設け
    たことを特徴とする請求項1記載の発熱体冷却装置。
  3. 【請求項3】 前記ヘッダの孔の下流側に設けた立て板
    を孔を囲むような円弧状にしたことを特徴とする請求項
    2記載の発熱体冷却装置。
  4. 【請求項4】 前記ヘッダの孔の下流側に設けた立て板
    は、孔の中心からずらして設けたことを特徴とする請求
    項2または請求項3に記載の発熱体冷却装置。
  5. 【請求項5】 前記ヘッダの孔の下流側に設けた立て板
    とヘッダの反孔側壁面との間の隙間を無くしたことを特
    徴とする請求項2乃至請求項4のいずれかに記載の発熱
    体冷却装置。
  6. 【請求項6】 前記ヒートシンク内の孔上流側にジャマ
    板を設けたことを特徴とする請求項1記載の発熱体冷却
    装置。
  7. 【請求項7】 前記ヒートシンク内の孔上流側に設けた
    ジャマ板を孔を囲むような円弧状にしたことを特徴とす
    る請求項6記載の発熱体冷却装置。
  8. 【請求項8】 前記ヒートシンク内の孔上流側に設けた
    ジャマ板とヒートシンクの反孔側壁面との間の隙間を無
    くしたことを特徴とする請求項6または請求項7に記載
    の発熱体冷却装置。
  9. 【請求項9】 前記ヘッダの孔の下流側に立て板と、前
    記ヒートシンク内の孔上流側にジャマ板とを設けたこと
    を特徴とする請求項1記載の発熱体冷却装置。
  10. 【請求項10】 前記立て板と前記ジャマ板とをそれぞ
    れ孔を囲むような円弧状にしたことを特徴とする請求項
    9記載の発熱体冷却装置。
  11. 【請求項11】 前記ヘッダの上流端と孔との間に多孔
    質流体抵抗を配したことを特徴とする請求項1記載の発
    熱体冷却装置。
  12. 【請求項12】 前記孔の上流側に多孔質流体抵抗を配
    したことを特徴とする請求項1記載の発熱体冷却装置。
  13. 【請求項13】 前記ヒートシンクに設けられた孔の反
    発熱体側に複数のヘッダを配することを特徴とする請求
    項1記載の発熱体冷却装置。
  14. 【請求項14】 前記孔から流出した冷却媒体をヒート
    シンク内から別のヘッダに戻す流路を配したことを特徴
    とする請求項13記載の発熱体冷却装置。
  15. 【請求項15】 発熱体を配した部分と、孔を設けた部
    分と、ヘッダの部分を分割して構成したことを特徴とす
    る請求項1記載の発熱体冷却装置。
  16. 【請求項16】 両側壁面にそれぞれ1つもしくは複数
    の孔を設けたヘッダと、ヘッダの両側に隙間を介して設
    けられ表面に発熱体が配置されたヒートシンク外壁と、
    前記ヘッダに冷却媒体を流入する流入口と、ヒートシン
    ク内の冷却媒体を流出する流出口とを有する発熱体冷却
    装置。
JP2001033916A 2001-02-09 2001-02-09 発熱体冷却装置 Expired - Fee Related JP3857060B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001033916A JP3857060B2 (ja) 2001-02-09 2001-02-09 発熱体冷却装置
US10/067,992 US20020112847A1 (en) 2001-02-09 2002-02-08 Cooling device for heat source
US11/260,273 US7568519B2 (en) 2001-02-09 2005-10-28 Cooling device for heat source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001033916A JP3857060B2 (ja) 2001-02-09 2001-02-09 発熱体冷却装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002237691A true JP2002237691A (ja) 2002-08-23
JP3857060B2 JP3857060B2 (ja) 2006-12-13

Family

ID=18897600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001033916A Expired - Fee Related JP3857060B2 (ja) 2001-02-09 2001-02-09 発熱体冷却装置

Country Status (2)

Country Link
US (2) US20020112847A1 (ja)
JP (1) JP3857060B2 (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007258458A (ja) * 2006-03-23 2007-10-04 Toyota Motor Corp 冷却器
JP2008140801A (ja) * 2006-11-30 2008-06-19 Mitsubishi Electric Corp チョークコイルユニット、およびこれを用いたパワー機器
JP2009266885A (ja) * 2008-04-22 2009-11-12 Fuji Electric Systems Co Ltd 配線基板を備えた電気装置の冷却装置
JP2012060040A (ja) * 2010-09-13 2012-03-22 Showa Denko Kk 冷却装置
JP2012069916A (ja) * 2010-07-19 2012-04-05 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc 熱交換器用流体分配マニフォルドおよび該熱交換器用流体分配マニフォルドを取入れたパワーエレクトロニクス・モジュール
JP7647139B2 (ja) 2020-07-22 2025-03-18 ニデック株式会社 冷却ユニット
JP7655915B2 (ja) 2019-12-13 2025-04-02 ヴァレオ、イーオートモーティブ、ジャーマニー、ゲーエムベーハー 半導体スイッチ素子用の冷却装置、パワーインバータ装置、およびパワーインバータ装置と電気機械とを有する構成体

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4675283B2 (ja) * 2006-06-14 2011-04-20 トヨタ自動車株式会社 ヒートシンクおよび冷却器
US20090205809A1 (en) * 2008-02-19 2009-08-20 Man Zai Industrial Co., Ltd. Liquid cooling device
EP2426409B1 (de) * 2010-09-01 2014-03-05 Goodrich Lighting Systems GmbH Vorrichtung zur Erzeugung eines Kühlluftstroms in einer Vorzugsströmungsrichtung zur Kühlung von elektrischen Bauteilen
JP2014135396A (ja) * 2013-01-10 2014-07-24 Fujitsu Ltd 冷却ヘッド及び電子機器
US9247679B2 (en) * 2013-05-24 2016-01-26 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Jet impingement coolers and power electronics modules comprising the same
CN103928414B (zh) * 2014-04-15 2017-02-15 合肥工业大学 一种电子元器件液冷散热系统
CN107407529A (zh) * 2015-03-25 2017-11-28 三菱电机株式会社 冷却器、电力转换装置及冷却系统
US10306802B1 (en) * 2015-08-28 2019-05-28 Lockheed Martin Corporation Micro jet impingement heat sink
US9622380B1 (en) 2015-09-30 2017-04-11 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Two-phase jet impingement cooling devices and electronic device assemblies incorporating the same
CN105208837A (zh) * 2015-10-29 2015-12-30 中国电子科技集团公司第二十研究所 基于封闭微喷射流的错列微细通道热沉装置
CN107275298A (zh) * 2017-06-14 2017-10-20 国电南瑞科技股份有限公司 一种抑制电磁干扰及优化散热性能的水冷散热器
CN107148201B (zh) * 2017-07-14 2020-03-31 四川大学 一种利用微细化沸腾高效换热技术的冷却装置
US20190212067A1 (en) * 2018-01-11 2019-07-11 Asia Vital Components Co., Ltd. Multi-outlet-inlet multilayered liquid-cooling heat dissipation structure
US11112839B2 (en) * 2018-10-01 2021-09-07 General Electric Company Additively manufactured cooling assemblies for thermal and/or mechanical systems, and methods for manufacturing the assemblies
CN109764706B (zh) * 2019-03-12 2024-04-26 山东省科学院能源研究所 一种带有喷管的微通道换热器结构及工作方法
WO2022139829A1 (en) 2020-12-23 2022-06-30 Abaco Systems, Inc. Cooling module for providing enhanced localized cooling of a heatsink
US20240107714A1 (en) * 2020-12-23 2024-03-28 Abaco Systems, Inc. Impingement cooling providing enhanced localized cooling of a heatsink
US12336152B2 (en) * 2021-12-15 2025-06-17 Baidu Usa Llc Hybrid system for servers
US11723173B1 (en) * 2022-03-23 2023-08-08 Rolls-Royce Corporation Stacked cold plate with flow guiding vanes and method of manufacturing

Family Cites Families (37)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3361195A (en) * 1966-09-23 1968-01-02 Westinghouse Electric Corp Heat sink member for a semiconductor device
US4202551A (en) * 1978-05-11 1980-05-13 Darnall Tom A Jr Acoustic dampening assembly for record player turntable
US4225142A (en) * 1979-02-28 1980-09-30 Zolt David M Turntable system with low aggregate resonance
US4425813A (en) * 1981-06-04 1984-01-17 Wadensten Theodore S Vibration dampening apparatus for motor actuated eccentric forces
US4705527A (en) * 1986-05-14 1987-11-10 Burlington Industries, Inc. Process for the printing of shaped articles derived from aramid fibers
JP2718665B2 (ja) * 1986-07-09 1998-02-25 株式会社日立製作所 フアイル記憶装置
US4683520A (en) * 1986-07-14 1987-07-28 Laser Magnetic Storage International Company Mechanical shock mount system for electrical apparatus
US4937806A (en) * 1988-02-12 1990-06-26 Mdb Systems, Inc. Shock-isolated portable mass data storage device
US5131619A (en) * 1988-03-09 1992-07-21 Digital Equipment Corporation Vibration isolating mount
US4896777A (en) * 1988-04-06 1990-01-30 Digital Equipment Corporation Lock and shock mounted device for computer disk drive
US5023695A (en) * 1988-05-09 1991-06-11 Nec Corporation Flat cooling structure of integrated circuit
US4964017A (en) * 1989-04-26 1990-10-16 Intelligent Instrumentation, Inc. Adaptable housing for embedding of computer-controlled products
JPH0721868B2 (ja) * 1989-08-04 1995-03-08 キヤノン株式会社 光情報処理装置
US5016090A (en) 1990-03-21 1991-05-14 International Business Machines Corporation Cross-hatch flow distribution and applications thereof
US5875067A (en) * 1991-03-22 1999-02-23 Seagate Technology, Inc. Acoustic isolator for a disc drive assembly
JP2995590B2 (ja) 1991-06-26 1999-12-27 株式会社日立製作所 半導体冷却装置
US5263536A (en) 1991-07-19 1993-11-23 Thermo Electron Technologies Corp. Miniature heat exchanger
CA2088821C (en) * 1992-02-05 1999-09-07 Hironobu Ikeda Cooling structure for integrated circuit
US5239443A (en) * 1992-04-23 1993-08-24 International Business Machines Corporation Blind hole cold plate cooling system
JPH0666111B2 (ja) * 1992-05-12 1994-08-24 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション 耐衝撃性可搬型ディスク記憶装置
JP3154141B2 (ja) * 1992-06-05 2001-04-09 ソニー株式会社 緩衝装置及び緩衝装置を用いた円盤状記録媒体用の記録及び/又は再生装置
US5316075A (en) * 1992-12-22 1994-05-31 Hughes Aircraft Company Liquid jet cold plate for impingement cooling
JP3415663B2 (ja) * 1992-12-28 2003-06-09 アルストム 冷却面を衝撃式に冷却するための装置
US5440172A (en) * 1993-06-28 1995-08-08 Sundstrand Corporation Integral heat sink interface
JP2834996B2 (ja) 1994-03-17 1998-12-14 富士通株式会社 ヒートシンク
MY115952A (en) * 1994-04-25 2003-10-31 Sony Corp Cd/cd-rom apparatus
US5631676A (en) 1994-11-30 1997-05-20 Xerox Corporation Parallel flow water cooling system for printbars
US5604665A (en) * 1995-06-30 1997-02-18 International Business Machines Corporation Multiple parallel impingement flow cooling with tuning
US5839100A (en) * 1996-04-22 1998-11-17 Wegener; Albert William Lossless and loss-limited compression of sampled data signals
JP3203475B2 (ja) 1996-06-28 2001-08-27 株式会社日立製作所 半導体装置
DE69723959T2 (de) * 1996-11-11 2004-06-17 Koninklijke Philips Electronics N.V. Datenkompression und -dekompression durch rice-kodierer/-dekodierer
JP3090068B2 (ja) * 1996-11-13 2000-09-18 富士通株式会社 端末装置および記憶装置固定機構
US5841634A (en) * 1997-03-12 1998-11-24 Delco Electronics Corporation Liquid-cooled baffle series/parallel heat sink
US5860726A (en) * 1997-05-05 1999-01-19 Star Headlight And Lantern Co. Inc. Rotator mounting system
US6021041A (en) * 1997-06-09 2000-02-01 Dell U.S.A., L.P Tuned shock absorbing system for portable computer hard disc drives
DE19751299C2 (de) * 1997-11-19 1999-09-09 Siemens Ag Brennkammer sowie Verfahren zur Dampfkühlung einer Brennkammer
US6397936B1 (en) 1999-05-14 2002-06-04 Creare Inc. Freeze-tolerant condenser for a closed-loop heat-transfer system

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007258458A (ja) * 2006-03-23 2007-10-04 Toyota Motor Corp 冷却器
JP2008140801A (ja) * 2006-11-30 2008-06-19 Mitsubishi Electric Corp チョークコイルユニット、およびこれを用いたパワー機器
JP2009266885A (ja) * 2008-04-22 2009-11-12 Fuji Electric Systems Co Ltd 配線基板を備えた電気装置の冷却装置
JP2012069916A (ja) * 2010-07-19 2012-04-05 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America Inc 熱交換器用流体分配マニフォルドおよび該熱交換器用流体分配マニフォルドを取入れたパワーエレクトロニクス・モジュール
JP2012060040A (ja) * 2010-09-13 2012-03-22 Showa Denko Kk 冷却装置
JP7655915B2 (ja) 2019-12-13 2025-04-02 ヴァレオ、イーオートモーティブ、ジャーマニー、ゲーエムベーハー 半導体スイッチ素子用の冷却装置、パワーインバータ装置、およびパワーインバータ装置と電気機械とを有する構成体
JP7647139B2 (ja) 2020-07-22 2025-03-18 ニデック株式会社 冷却ユニット

Also Published As

Publication number Publication date
US20020112847A1 (en) 2002-08-22
JP3857060B2 (ja) 2006-12-13
US7568519B2 (en) 2009-08-04
US20060048918A1 (en) 2006-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2002237691A (ja) 発熱体冷却装置
JP5343007B2 (ja) 液冷式冷却装置
JP6951786B2 (ja) ヒートシンク
JP5135225B2 (ja) マイクロ熱伝達器ならびに電子素子のための流体冷却器として用いるマイクロ熱伝達器の使用
KR20050061306A (ko) 강제 유체 히트 싱크
WO2019211889A1 (ja) 半導体装置
JP2007096306A (ja) ヒートシンク
US20050082035A1 (en) Heat dissipating apparatus
CN111328245B (zh) 折返式射流微通道散热器及散热方法
CN104064536A (zh) 冷却器
JP4619387B2 (ja) 半導体素子の冷却装置
JP4041437B2 (ja) 半導体素子の冷却装置
JP3780953B2 (ja) 冷却装置付き電子回路装置
JP2001352025A (ja) 発熱体冷却装置
JP2010278286A (ja) ヒートシンク装置
TW202334598A (zh) 液冷散熱裝置及具有該液冷散熱裝置的液冷散熱系統
CN117936479B (zh) 一种基于射流和泡沫金属板的相变换热器及其换热方法
JP2008300447A (ja) 放熱装置
JP2000299585A (ja) 冷却装置
JP4041131B2 (ja) 半導体モジュールの冷却装置
CN116847628A (zh) 一种射流微通道热沉
JPH11101588A (ja) プレート式熱交換器
JP3838982B2 (ja) 衝突噴流ヒートシンクおよびパワーエレクトロニクス装置
JP4522725B2 (ja) ヒートシンク
JP2004095711A (ja) 複数ヘッダを持つ噴流方式発熱体冷却装置およびパワーエレクトロニクス装置

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20050414

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20050606

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060620

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060623

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060821

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20060912

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20060913

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees