JP2024061963A

JP2024061963A - Cooling System

Info

Publication number: JP2024061963A
Application number: JP2022169637A
Authority: JP
Inventors: 博照加藤; Hiroteru Kato; 翔也渡邊; Shoya Watanabe
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2022-10-24
Filing date: 2022-10-24
Publication date: 2024-05-09

Abstract

To more efficiently cool a cooling target.SOLUTION: A cooling unit 120 for cooling a first coolant C1 is arranged on only one surface of a container area 110 for accommodating a cooling target and the first coolant C1.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、冷却システムに関する。 The present invention relates to a cooling system.

電子部品は、小型化の要請により、表面積が小さくなり、放熱がしにくくなっている。そこで、効率良く電子部品を冷却するための様々な技術が開発されている。例えば、特許文献１には、絶縁性液冷媒内に発生する対流を用いて、電子部品を冷却する技術が開示されている。特許文献１に開示された技術では、電子部品が下部に配置されるように、回路基板を縦に配置される。このため、特許文献１に開示された技術では、下部において電子部品により加熱された絶縁性液冷媒が上昇し、絶縁性液冷媒の熱は、上部に配置された熱伝導率が高い蓋体の上面から放熱される。 Due to the demand for miniaturization, the surface area of electronic components is becoming smaller, making it difficult to dissipate heat. Therefore, various technologies have been developed to efficiently cool electronic components. For example, Patent Document 1 discloses a technology for cooling electronic components using convection generated in an insulating liquid refrigerant. In the technology disclosed in Patent Document 1, a circuit board is arranged vertically so that the electronic components are arranged at the bottom. Therefore, in the technology disclosed in Patent Document 1, the insulating liquid refrigerant heated by the electronic components at the bottom rises, and the heat of the insulating liquid refrigerant is dissipated from the top surface of a lid with high thermal conductivity arranged at the top.

特開２０２２－１３０８１号公報JP 2022-13081 A

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、蓋体を介した放熱により十分に絶縁性冷媒が冷却されず、結果、電子部品が十分に冷却されないことがある。また、特許文献１に開示された技術では、急速充電等による瞬時の大電流などにより発生する過渡的な熱を放熱することができない。 However, with the technology disclosed in Patent Document 1, the insulating refrigerant is not sufficiently cooled by heat dissipation through the lid, and as a result, electronic components may not be sufficiently cooled. In addition, with the technology disclosed in Patent Document 1, it is not possible to dissipate transient heat generated by instantaneous large currents due to rapid charging, etc.

そこで、本発明は、冷却対象をより効率的に冷却することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to cool the object more efficiently.

上記課題を解決するため、本発明の一実施形態に係る冷却システムは、冷却対象、および第１の冷媒を収容するための容器領域と、前記第１の冷媒を冷却するための冷却部と、を有し、前記冷却部は、前記容器領域の一面のみに配置される。 In order to solve the above problem, a cooling system according to one embodiment of the present invention has a container area for containing an object to be cooled and a first refrigerant, and a cooling unit for cooling the first refrigerant, and the cooling unit is disposed on only one side of the container area.

本発明によれば、冷却対象をより効率的に冷却することが可能になる。 The present invention makes it possible to cool the object to be cooled more efficiently.

本発明の一実施形態に係る冷却システム１００を示す図である。FIG. 1 illustrates a cooling system 100 according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る冷却システム１００を示す図である。FIG. 1 illustrates a cooling system 100 according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る冷却システム１００を示す図である。FIG. 1 illustrates a cooling system 100 according to an embodiment of the present invention. 図３に示した冷却システム１００を上方から見た図である。FIG. 4 is a top view of the cooling system 100 shown in FIG. 3.

＜冷却システム１００＞
図１－３は、本発明の一実施形態に係る冷却システム１００を示す図である。冷却システム１００は、容器領域１１０と、冷却部１２０と、を有する。冷却システム１００は、容器領域１１０に収容される冷却対象を冷却する。冷却対象は、例えば、電子部品（例えば、ＳｉやＳｉＣ、ＧａＮ、Ｇａ_２Ｏ_３、ダイヤモンドなどが用いられた半導体デバイス）である。 <Cooling system 100>
1-3 are diagrams showing a cooling system 100 according to an embodiment of the present invention. The cooling system 100 has a container region 110 and a cooling unit 120. The cooling system 100 cools a cooling target housed in the container region 110. The cooling target is, for example, an electronic component (for example, a semiconductor device using Si, SiC, GaN, Ga ₂ O ₃ , diamond, etc.).

容器領域１１０は、冷却対象、および第１の冷媒Ｃ１を収容するための領域である。図１－３に示した例では、容器領域１１０は、冷却対象である電子部品ＥＭが配置される第１の基板１１１と、第１の基板１１１の上部に配置される枠１１２と、により形成されている。第１の基板は、例えば、セラミック基板や樹脂基板などの絶縁性の基板である。 The container area 110 is an area for containing the object to be cooled and the first refrigerant C1. In the example shown in FIG. 1-3, the container area 110 is formed by a first substrate 111 on which the electronic component EM, which is the object to be cooled, is placed, and a frame 112 placed on the top of the first substrate 111. The first substrate is, for example, an insulating substrate such as a ceramic substrate or a resin substrate.

第１の冷媒Ｃ１は、液状の冷媒であり、冷却対象（電子部品ＥＭ）は、容器領域１１０において、図１－３に示すように、第１の冷媒Ｃ１に浸される。このため、本実施形態では、冷却対象から第１の冷媒Ｃ１に伝達され、冷却対象が冷却される。冷却対象が電子部品ＥＭである場合、第１の冷媒Ｃ１は、絶縁性の液体であるようにすると良い。 The first refrigerant C1 is a liquid refrigerant, and the object to be cooled (electronic component EM) is immersed in the first refrigerant C1 in the container area 110 as shown in FIG. 1-3. Therefore, in this embodiment, the heat is transferred from the object to be cooled to the first refrigerant C1, and the object is cooled. When the object to be cooled is an electronic component EM, it is preferable that the first refrigerant C1 be an insulating liquid.

冷却部１２０は、容器領域１１０内の第１の冷媒Ｃ１を冷却する。冷却部１２０は、例えば、第２の冷媒Ｃ２が流される流路１２１を有する水冷ユニットである。第２の冷媒Ｃ２は、冷却対象とは接しないため、冷却対象が電子部品ＣＭであったとしても、絶縁性の液体である必要ない。第２の冷媒Ｃ２は、例えば、水やエチレングリコール水溶液である。 The cooling unit 120 cools the first refrigerant C1 in the container region 110. The cooling unit 120 is, for example, a water-cooled unit having a flow path 121 through which the second refrigerant C2 flows. Since the second refrigerant C2 does not come into contact with the object to be cooled, it does not need to be an insulating liquid even if the object to be cooled is an electronic component CM. The second refrigerant C2 is, for example, water or an ethylene glycol aqueous solution.

本実施形態では、この冷却部１２０が、容器領域の一面のみに配置される。例えば、容器領域１１０が６つの面をもつ直方体状であれば、この６つの面の１つの面のみに、冷却部１２０が配置される。容器領域１１０の形状は、直方体以外の多面体であっても良い。このときは、多面体の複数の面の１つの面のみに、冷却部１２０が配置される。 In this embodiment, the cooling unit 120 is placed on only one surface of the container area. For example, if the container area 110 is a rectangular parallelepiped with six faces, the cooling unit 120 is placed on only one of the six surfaces. The shape of the container area 110 may be a polyhedron other than a rectangular parallelepiped. In this case, the cooling unit 120 is placed on only one of the multiple surfaces of the polyhedron.

冷却部１２０が配置される容器領域１１０の一面は、例えば、図１に示すように、容器領域１１０の下方の面である。図１に示した例では、冷却部１２０は、第１の基板１１１の下面に接するように配置されている。 The surface of the container region 110 on which the cooling unit 120 is disposed is, for example, the lower surface of the container region 110, as shown in FIG. 1. In the example shown in FIG. 1, the cooling unit 120 is disposed so as to be in contact with the lower surface of the first substrate 111.

冷却部１２０が配置される容器領域１１０の一面は、例えば、図２に示すように、容器領域１１０の側方の面のうちの一面である。図２に示した例では、冷却部１２０は、枠１１２の一面を形成するように配置されている。 The surface of the container area 110 on which the cooling unit 120 is arranged is, for example, one of the side surfaces of the container area 110, as shown in FIG. 2. In the example shown in FIG. 2, the cooling unit 120 is arranged to form one surface of the frame 112.

冷却部１２０が配置される容器領域１１０の一面は、例えば、図３に示すように、容器領域１１０の上方の面である。図３に示した例では、冷却部１２０が容器領域１１０の上方において枠１１２に接するように配置され、容器領域１１０の上方は、冷却部１２０により塞がれている。 One surface of the container region 110 on which the cooling unit 120 is arranged is, for example, the upper surface of the container region 110, as shown in FIG. 3. In the example shown in FIG. 3, the cooling unit 120 is arranged so as to be in contact with the frame 112 above the container region 110, and the upper part of the container region 110 is blocked by the cooling unit 120.

このため、本実施形態では、冷却対象により加熱された第１の冷媒Ｃ１と、冷却部１２０により冷却された第１の冷媒Ｃ１と、の間に、大きな温度差が生じる。結果、本実施形態では、この温度差により、図１－３に示した太い矢印のように、第１の冷媒Ｃ１内に対流が生じ、ポンプなどの他の部品を用いることなく、冷却対象を冷却することが可能である。結果、本実施形態では、冷却システム１００のサイズを抑えることが可能である。 For this reason, in this embodiment, a large temperature difference occurs between the first refrigerant C1 heated by the object to be cooled and the first refrigerant C1 cooled by the cooling unit 120. As a result, in this embodiment, this temperature difference causes convection within the first refrigerant C1, as shown by the thick arrow in FIG. 1-3, making it possible to cool the object to be cooled without using other components such as a pump. As a result, in this embodiment, it is possible to reduce the size of the cooling system 100.

対流の伝熱速度は、次式により決まる（ニュートンの冷却法則）。
ここで、Ｑは、伝熱速度であり、ｈは、熱伝達係数であり、Ａは、冷却対象の表面積であり、Ｔ_Ｓは、冷却対象の表面温度であり、Ｔ_ｆは、第１の冷媒Ｃ１の温度である。 The rate of convection heat transfer is determined by the following equation (Newton's law of cooling):
where Q is the heat transfer rate, h is the heat transfer coefficient, A is the surface area of the object to be cooled, T _S is the surface temperature of the object to be cooled, and T _f is the temperature of the first refrigerant C1.

つまり、対流の伝熱速度は、冷却対象の表面温度と第１の冷媒Ｃ１の温度との間の温度差が大きいほど速くなる。本実施形態では、容器領域１１０の一面で、冷却部１２０により積極的に第１の冷媒Ｃ１を冷却するため、冷却対象の温度と、冷却部１２０により冷却された第１の冷媒Ｃ１と、の間の温度差を大きくすることが可能である。結果、本実施形態では、容器領域１１０内の第１の冷媒Ｃ１に発生する対流の伝熱速度をより速くすることが可能であり、冷却対象をより効率的に冷却することが可能である。 In other words, the convection heat transfer rate increases as the temperature difference between the surface temperature of the cooling target and the temperature of the first refrigerant C1 increases. In this embodiment, the first refrigerant C1 is actively cooled by the cooling unit 120 on one side of the container region 110, so it is possible to increase the temperature difference between the temperature of the cooling target and the first refrigerant C1 cooled by the cooling unit 120. As a result, in this embodiment, it is possible to increase the convection heat transfer rate that occurs in the first refrigerant C1 in the container region 110, and it is possible to cool the cooling target more efficiently.

また、本実施形態では、積極的に第１の冷媒Ｃ１を冷却するため、急速充電等による瞬時の大電流などにより発生する過渡的な熱を放熱することが可能である。 In addition, in this embodiment, the first refrigerant C1 is actively cooled, making it possible to dissipate transient heat generated by instantaneous large currents caused by rapid charging, etc.

特に、図３に示した冷却システム１００は、冷却部１２０は、第１の冷媒Ｃ１を挟み、冷却対象である電子部品ＥＭが配置された第１の基板１１１と向き合った状態となるため、冷却対象の温度と、冷却部１２０により冷却された第１の冷媒Ｃ１と、の間の温度差をより大きくなり、容器領域１１０内の第１の冷媒Ｃ１に発生する対流の伝熱速度がより速くなる。 In particular, in the cooling system 100 shown in FIG. 3, the cooling unit 120 is sandwiched between the first refrigerant C1 and faces the first substrate 111 on which the electronic component EM to be cooled is arranged, so that the temperature difference between the temperature of the object to be cooled and the first refrigerant C1 cooled by the cooling unit 120 becomes larger, and the convection heat transfer rate generated in the first refrigerant C1 in the container area 110 becomes faster.

また、図３に示した冷却システム１００の冷却部１２０は、容器領域１１０内の第１の冷媒Ｃ１を容器領域１１０に注入するための注入口１２２と、この注入口１２２を塞ぐための蓋１２３と、をさらに有するようにしても良い。 The cooling section 120 of the cooling system 100 shown in FIG. 3 may further include an inlet 122 for injecting the first refrigerant C1 in the container area 110 into the container area 110, and a lid 123 for closing the inlet 122.

注入口１２２は、図４に示すように、流路１２１に挟まれた領域に配置されるようにすると良い。図４は、図３に示した冷却システム１００を上方から見た図である。 The inlet 122 may be arranged in the area sandwiched between the flow paths 121, as shown in FIG. 4. FIG. 4 is a top view of the cooling system 100 shown in FIG. 3.

図３、４において注入口１２２の数は３であるが、注入口１２２の数は、適宜設定され、２以下であっても良いし、４以上であっても良い。 In Figures 3 and 4, the number of injection ports 122 is three, but the number of injection ports 122 can be set appropriately and may be two or less, or four or more.

冷却システム１００は、第１の基板１１１の上方に配置された第２の基板１３０をさらに有するようにしても良い。第２の基板１３０は、容器領域１１０に収容されるように配置される。第２の基板１３０は、第１の基板１１１に端子１３１により接続されるようにし、冷却対象である電子部品ＥＭは、この第２の基板１３０に配置されるようにしても良い。このとき、第２の基板１３０は、容器領域１１０において、図１－３に示すように、第１の冷媒Ｃ１に浸されるようにすると良い。 The cooling system 100 may further include a second board 130 arranged above the first board 111. The second board 130 is arranged so as to be housed in the container region 110. The second board 130 may be connected to the first board 111 by terminals 131, and the electronic component EM to be cooled may be arranged on this second board 130. In this case, the second board 130 may be immersed in the first refrigerant C1 in the container region 110, as shown in FIG. 1-3.

以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に記載した本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更が可能である。 The present invention has been described above in terms of preferred embodiments thereof. Although the present invention has been described herein by showing specific examples, various modifications and changes can be made to these examples without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims.

１００冷却システム
１１０容器領域
１１１第１の基板
１１２枠
１２０冷却部
１２１流路
１２２注入口
１２３蓋
１３０第２の基板
１３１端子 REFERENCE SIGNS LIST 100 Cooling system 110 Container area 111 First substrate 112 Frame 120 Cooling section 121 Flow path 122 Inlet 123 Lid 130 Second substrate 131 Terminal

Claims

a container area for containing an object to be cooled and a first coolant;
A cooling unit for cooling the first refrigerant,
A cooling system, wherein the cooling portion is disposed on only one side of the vessel area.

The cooling system of claim 1, wherein the container region is formed by a first substrate and a frame disposed on top of the first substrate.

The cooling system of claim 2, wherein the object to be cooled is disposed on the first substrate.

The cooling system of claim 2, wherein the object to be cooled is disposed on a second substrate disposed above the first substrate.

The cooling system according to any one of claims 1 to 4, wherein one surface of the container region on which the cooling unit is arranged is a lower surface of the container region.

The cooling system according to any one of claims 1 to 4, wherein the surface of the container region on which the cooling unit is disposed is one of the lateral surfaces of the container region.

The cooling system according to any one of claims 1 to 4, wherein the surface of the container region on which the cooling unit is disposed is an upper surface of the container region.

The cooling system according to claim 7, wherein the upper part of the container area is blocked by the cooling section.

The cooling system of claim 8, wherein the cooling section has an inlet for injecting the first refrigerant into the container region.

The cooling unit further has a flow path through which a second coolant flows,
The cooling system of claim 9 , wherein the inlet is disposed in a region sandwiched between the flow channels.