(57)【要約】【課題】  高発熱密度の半導体素子を効率良く冷却できる冷却装置を提供すること。【解決手段】  冷凍サイクルを構成する冷却板１の内部に冷媒が通過するキャビティ１ａを形成し、キャビティ１ａの周囲壁のうち、半導体素子７が接触している壁部８を薄肉化した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を冷却するための冷却板と、熱交換器と、冷媒ポンプとを冷媒配管により接続して冷媒循環式の冷媒サイクルを構成するとともに、前記冷却板の内部に冷媒が通過するキャビティを形成し、該キャビティの周囲壁のうち、前記半導体素子が接触している壁部を薄肉化したことを特徴とする半導体素子の冷却装置。
【請求項２】
冷媒流れに直交する方向の前記キャビティの断面積を略一定に形成したことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の冷却装置。
【請求項３】
前記キャビティの周囲壁のうち、少なくとも前記半導体素子の取付面側の壁面を前記半導体素子に向かって凸状に形成したことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の半導体素子の冷却装置。
【請求項４】
前記キャビティの周囲壁のうち、対向する二つの壁面を平坦で互いに平行に形成するとともに、該二つの壁面の一方に近接する前記冷却板の外面に凹部を形成し、該凹部に前記半導体素子を収容したことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の半導体素子の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高発熱の半導体素子を冷媒を用いて効率良く冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、ノートパソコン等に使用されＣＰＵ等の発熱体を冷却する従来の冷却装置に設けられた冷却板２０を示しており、内部にキャビティ２２ａが形成された筐体２２と、筐体２２の上面に取り付けられ筐体２２の開口部を封止する蓋体２４とを備え、筐体２２の対向する二つの側面には冷媒吸入管２６と冷媒吐出管２８とが接続されている。冷却板２０は発熱体の上面に伝熱パッドを介して取り付けられる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３１４２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１に記載の冷却板２０にあっては、その内部に単純な形状のキャビティを形成しただけの構成で、高発熱密度の半導体素子を冷却するには冷却性能的に限界に近づいてきており、まだまだ改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、高発熱密度の半導体素子を効率良く冷却できる冷却装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、半導体素子を冷却するための冷却板と、熱交換器と、冷媒ポンプとを冷媒配管により接続して冷媒循環式の冷媒サイクルを構成するとともに、前記冷却板の内部に冷媒が通過するキャビティを形成し、該キャビティの周囲壁のうち、前記半導体素子が接触している壁部を薄肉化したことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、冷媒流れに直交する方向の前記キャビティの断面積を略一定に形成したことを特徴とする。
【０００８】
さらに、請求項３に記載の発明は、前記キャビティの周囲壁のうち、少なくとも前記半導体素子の取付面側の壁面を前記半導体素子に向かって凸状に形成したことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、前記キャビティの周囲壁のうち、対向する二つの壁面を平坦で互いに平行に形成するとともに、該二つの壁面の一方に近接する前記冷却板の外面に凹部を形成し、該凹部に前記半導体素子を収容したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
冷却板の内部に形成されたキャビティの周囲壁のうち、半導体素子が接触している壁部を薄肉化したので、発熱体である半導体素子の冷却性能が向上するとともに、冷却板の強度低下を抑えることができる。
【００１１】
また、冷媒流れに直交する方向のキャビティの断面積を略一定に形成するようにしたので、冷媒の速度を略一定に維持して蒸発面で発生した泡状冷媒を速やかに取り去ることができ、より効率的に半導体素子を冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる半導体素子の冷却装置の冷凍サイクル図を示している。
図１に示されるように、本発明にかかる冷却装置は、高発熱体である半導体素子（図２参照）を冷却するための冷却板１と、コンデンサとしての熱交換器２と、冷媒ポンプ３とを備えており、冷却板１、コンデンサ２及び冷媒ポンプ３を冷媒配管５，６で接続して冷媒循環式の冷凍サイクルを構成している。また、コンデンサ２は、隣接配置されたファン４により冷却され、冷凍サイクル内には冷媒が封入されている。
【００１３】
上記構成において、コンデンサ２より出てきた液冷媒は、冷媒ポンプ３により吸入管５を通って冷却板１に送られて高発熱の半導体素子の熱を奪い、冷却板１の中で液冷媒から蒸気冷媒に相変化を起こす。蒸気冷媒は、次に吐出管６を通ってコンデンサ２に送られ、ファン４により冷却されることで蒸気冷媒から液冷媒に相変化を起こす。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態１における冷却板１内の詳細図である。
図２に示されるように、冷却板１は直方体の形状を呈し、その内部にはキャビティ１ａが形成されており、高発熱の半導体素子７は、冷却板１の底面に接触した状態で取り付けられる。キャビティ１ａは、冷却板１の上面に略平行な上壁１ｂと、上壁１ｂに略直交する四つの側壁１ｃと、底壁とを備えており、底壁は、各側壁１ｃから冷却板１の底面に向かって傾斜した傾斜壁部１ｄと、傾斜壁部１ｄの下縁につながり冷却板１の底面に略平行な中央壁部１ｅとを有し、中央壁部１ｅは半導体素子７の対向面と略同一の形状を呈している。
【００１５】
また、側壁１ｃは冷却板１の上面及び底面間の略中央に位置していることから、冷却板１の底面とキャビティ１ａの底壁の中央壁部１ｅとの間には薄肉部８が形成されている。
【００１６】
本実施の形態においては、キャビティ１ａの底壁を半導体素子取付面に向かって凸状に形成して半導体素子７に対向する冷却板１の底部を薄肉化したことで、冷媒が半導体素子７の近傍を通過して半導体素子７を冷却するので、冷却性能を向上させることができる。
【００１７】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２にかかる半導体素子の冷却装置における冷却板１内の詳細図である。
【００１８】
本実施の形態における冷却板１は、キャビティ１ａの上壁が底壁１ｄ，１ｅと同一形状を呈し、互いに平行に形成した点において、上述した実施の形態１と相違している。
【００１９】
すなわち、図３に示されるように、キャビティ１ａの上壁も、傾斜壁部１ｆと中央壁部１ｇとにより構成されており、上下の傾斜壁部１ｄ，１ｆ及び上下の中央壁部１ｅ，１ｇはそれぞれ互いに平行に形成され、冷却板１内における冷媒流れに直交する方向のキャビティ１ａの断面積が略一定となるように設定している。
【００２０】
この構成によれば、蒸発面で気化した冷媒を速やかに下流へ流すことができ、冷却性能を向上させることができる。
【００２１】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３にかかる半導体素子の冷却装置における冷却板１内の詳細図である。
【００２２】
本実施の形態においては、キャビティ１ａの上壁１ｂ及び底壁１ｈを平坦で互いに平行に形成して、冷却板１内における冷媒流れに直交する方向のキャビティ１ａの断面積が略一定となるように設定するとともに、冷却板１の底面に半導体素子７と略同一形状の凹部９を形成し、この凹部９に半導体素子７を収容している。凹部９の半導体素子取付面とキャビティ１ａの底壁１ｈとの間には薄肉部８が形成されている
【００２３】
この構成によれば、冷却板１の強度を確保しながら半導体素子７から冷却板内部の蒸発面までの距離を短縮できて冷却性能を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明にかかる半導体素子の冷却装置は、高発熱密度の半導体素子を効率よく冷却することができるので、サーバーのＣＰＵ、パワー系デバイス素子等の冷却装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明にかかる半導体素子の冷却装置の冷凍サイクル図である。
【図２】本発明の実施の形態１における冷却板を示しており、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）の線IIｂ−IIｂに沿った断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２における冷却板を示しており、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）の線IIIｂ−IIIｂに沿った断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３における冷却板を示しており、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）の線IVｂ−IVｂに沿った断面図である。
【図５】従来の半導体冷却装置の冷却板の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  冷却板、  １ａ  キャビティ、  １ｂ  上壁、  １ｃ  側壁、  １ｄ  傾斜壁部、
１ｅ  中央壁部、  １ｆ  傾斜壁部、  １ｇ  中央壁部、  １ｈ  底壁、
２  コンデンサ、  ３  冷媒ポンプ、  ４  ファン、  ５  吸入管、  ６  吐出管、
７  半導体素子、  ８  薄肉部、  ９  凹部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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