專利名稱：半導(dǎo)體元器件的致冷冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元器件的冷卻裝置，特別是半導(dǎo)體元器件的致冷冷卻裝置，其能夠采用在蒸發(fā)器中進行空氣熱傳遞來冷卻半導(dǎo)體元器件的熱量，并能夠應(yīng)用于其它各種半導(dǎo)體元器件。
背景技術(shù)：
在包括晶體二極管整流器(SCR)、TRIAC等的常見半導(dǎo)體元器件中，集成度的增加和高速處理數(shù)據(jù)的性能的改善都使得發(fā)熱密度增大。
半導(dǎo)體元器件溫度的升高是導(dǎo)致出現(xiàn)以下問題的原因在半導(dǎo)體元器件的結(jié)合部分由于熱應(yīng)力產(chǎn)生的熱膨脹不同而發(fā)生接口剝落；信號處理速度降低；或如元器件失靈等其它問題。
為了解決上述問題，半導(dǎo)體元器件帶有冷卻裝置來控制半導(dǎo)體元器件運行的臨界溫度(結(jié)合部分的溫度)。
現(xiàn)有的半導(dǎo)體元器件的冷卻裝置1采用強制空氣冷卻方法，如圖1所示，其中空氣強制圍繞半導(dǎo)體元器件10循環(huán)，以發(fā)散從半導(dǎo)體元器件產(chǎn)生的熱量。
這種強制空氣冷卻裝置包括多個散熱翅片11，設(shè)置在安裝于PCB 20上的半導(dǎo)體元器件10上，用于通過熱傳遞而方便地發(fā)散熱量；以及散熱風(fēng)扇12，其在散熱翅片11上轉(zhuǎn)動，用于通過對流強制循環(huán)空氣。
在采用散熱風(fēng)扇12來降低半導(dǎo)體元器件10的溫度的情況下，由于散熱風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生低頻噪音，半導(dǎo)體元器件熱輻射量的增大不能夠有效地通過散熱翅片11發(fā)散內(nèi)部產(chǎn)生的熱量。
由于個人計算機機箱帶有另外的換氣風(fēng)扇(未示出)，以向半導(dǎo)體元器件供應(yīng)外部空氣并排出被加熱的空氣，所供應(yīng)的空氣含有灰塵和水分，使得半導(dǎo)體元器件出現(xiàn)故障。
如圖2所示，致冷冷卻裝置2安裝在半導(dǎo)體元器件10上，以通過降低半導(dǎo)體元器件10的溫度而增加運行速度，或克服對由強制空氣冷卻裝置所獲得的冷卻效果的限制。
致冷冷卻裝置2包括蒸發(fā)器21和壓縮機22，蒸發(fā)器21連接在半導(dǎo)體10的上表面上，低溫低壓的致冷劑流過蒸發(fā)器21，在蒸發(fā)器21、冷凝器23和膨脹閥24中進行熱交換的致冷劑供給壓縮機22。
由于蒸發(fā)器21的溫度在-20℃到-40℃之間，如果要冷卻半導(dǎo)體元器件之外的個人計算機中的空氣與蒸發(fā)器接觸，會在蒸發(fā)器的表面出現(xiàn)結(jié)霜現(xiàn)象，從而引起其它元件運行方面的嚴(yán)重問題。因此，蒸發(fā)器21和半導(dǎo)體裝置10在完成隔熱處理后被封裝起來。
蒸發(fā)器利用致冷劑的蒸發(fā)潛熱吸收個人計算機CPU產(chǎn)生的熱量。然而，如果溫度為40-50℃的個人計算機內(nèi)的空氣與低于露點的-20--40℃的蒸發(fā)器21表面接觸，空氣中所含的水分冷凝并結(jié)霜。
致冷冷卻裝置2由于半導(dǎo)體裝置和蒸發(fā)器之間的溫度差而利用熱交換來控制半導(dǎo)體裝置的溫度。
由于半導(dǎo)體元器件與蒸發(fā)器21封裝在一起，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不易裝配。
此外，為了在母板(未示出)上安裝冷卻裝置，必須適當(dāng)?shù)卦O(shè)置連接冷卻裝置和致冷器的機構(gòu)。
由于蒸發(fā)器21直接連接到半導(dǎo)體元器件上，在半導(dǎo)體元器件升級時，無法重新利用現(xiàn)有的冷卻裝置，從而使其兼容性變差。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種致冷冷卻裝置，能夠有效地發(fā)散半導(dǎo)體元器件產(chǎn)生的熱量，從而改善半導(dǎo)體元器件的運行性能。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種致冷冷卻裝置，能夠改善兼容性和使用性，從而，無論半導(dǎo)體元器件或半導(dǎo)體封裝件的形狀如何都可以安裝該致冷冷卻裝置。
本發(fā)明的再一目的是提供一種致冷冷卻裝置，通過一體地形成蒸發(fā)器和殼體而改進其性能。
實現(xiàn)上述目的，提供了一種致冷冷卻裝置，包括壓縮機，用于在高壓下壓縮致冷劑；冷凝器，與壓縮機相連，用于冷凝致冷劑；膨脹閥，與冷凝器相連；蒸發(fā)器，與膨脹閥和壓縮機相連，用于蒸發(fā)致冷劑；以及換氣風(fēng)扇，安裝在蒸發(fā)器上，其中，蒸發(fā)器一體地安裝在形成半導(dǎo)體元器件冷卻空間的殼體上，并且通過連接管與設(shè)置在殼體外部的壓縮機和膨脹閥相連；換氣風(fēng)扇安裝在蒸發(fā)器上而與半導(dǎo)體元器件分開；在殼體中形成循環(huán)路徑，從而使低溫的熱傳遞空氣吸收由半導(dǎo)體元器件產(chǎn)生的熱量，并流向蒸發(fā)器。


通過下面參照附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述目的、特點、優(yōu)點將變得更將清楚，其中圖1為示出現(xiàn)有技術(shù)用于冷卻半導(dǎo)體元器件的強制空氣冷卻裝置的運轉(zhuǎn)的剖視圖；圖2為示出現(xiàn)有技術(shù)用于冷卻半導(dǎo)體元器件的致冷冷卻裝置的剖視圖；圖3為示出本發(fā)明一優(yōu)選實施例的致冷冷卻裝置的透視圖；圖4為示出圖3中致冷冷卻裝置的蒸發(fā)單元的剖視圖；圖5為示出本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的致冷冷卻裝置的透視圖，該致冷冷卻裝置設(shè)置于個人計算機上；圖6為示出圖5中致冷冷卻裝置的蒸發(fā)單元的剖視圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在下面的說明中，同樣的附圖標(biāo)記用來標(biāo)識不同圖面中相同的元件。在本發(fā)明中限定的內(nèi)容(如裝置的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和元件)只是用來幫助綜合理解本發(fā)明。因此，很顯然本發(fā)明可以在脫離這些限定內(nèi)容的情況下實施。此外，一公知的功能或結(jié)構(gòu)由于會在一些不必要的細(xì)節(jié)上使本發(fā)明不清楚，故不再詳細(xì)描述。
本發(fā)明一優(yōu)選實施例致冷冷卻裝置3，如圖3所示包括蒸發(fā)器31、壓縮機32、冷凝器33、膨脹閥34、封閉半導(dǎo)體元器件10和蒸發(fā)器31的殼體35，半導(dǎo)體元器件10和蒸發(fā)器31安裝在印刷電路板(PCB)20的上表面。
殼體35中設(shè)置有連接蒸發(fā)器31和半導(dǎo)體元器件10的雙管36。具體地說，蒸發(fā)器31位于內(nèi)管361的一端，半導(dǎo)體元器件10的上表面位于另一端。
同時，外管362的直徑大于內(nèi)管361的直徑，并且外管362繞內(nèi)管361的外周定位。外管的一端焊接到殼體35上，以使蒸發(fā)器一側(cè)上的換氣風(fēng)扇與半導(dǎo)體相通，而其另一端用于密封PCB 20的上表面而封閉半導(dǎo)體元器件。
另一種方案是，多個散熱翅片38安裝在半導(dǎo)體元器件10的上表面上。
如圖4所示，通過采用如上的結(jié)構(gòu)，在蒸發(fā)器31和半導(dǎo)體元器件10之間通過內(nèi)管361限定了第一流動路徑，在設(shè)置有蒸發(fā)器31的殼體35內(nèi)表面和半導(dǎo)體元器件10之間通過外管362限定了第二流動路徑。
內(nèi)管361位于半導(dǎo)體元器件上表面上的另一端具有表面積增大的底部，以增加冷卻空氣的流速，從而使冷卻空氣均勻地流入半導(dǎo)體元器件。
雙管36由長度可以調(diào)整的波紋管制成，從而使蒸發(fā)器很容易設(shè)置在位于PCB的預(yù)定部分的半導(dǎo)體元器件上。為了改善熱傳遞，隔熱材料施加到外管362或內(nèi)管361上。
此外，外管362和PCB 20與所安裝的半導(dǎo)體元器件10的接觸部分被隔熱材料包圍和密封。
如果1-10°的冷卻空氣與殼體內(nèi)的內(nèi)部空氣接觸，在殼體內(nèi)會發(fā)生結(jié)霜的現(xiàn)象，從而對其它元件產(chǎn)生嚴(yán)重的運行問題。因此，接觸部分必須被隔絕，而使得冷卻空氣只供給蒸發(fā)器31和半導(dǎo)體元器件10。
將殼體內(nèi)的空氣強制供給蒸發(fā)器31的換氣風(fēng)扇37可以定位在蒸發(fā)器31的后端或下游端、內(nèi)管361的入口處、或外管362的出口處。
從蒸發(fā)器31排出的冷凝水被導(dǎo)向冷卻裝置，以供應(yīng)到冷凝水排放管311。
如果本發(fā)明一優(yōu)選實施例的致冷冷卻裝置3工作而進行半導(dǎo)體元器件10的冷卻，致冷劑被壓縮機32在高溫高壓下壓縮，并由通過冷凝器33的熱傳遞而冷凝。隨后，冷凝的致冷劑在低溫低壓下通過膨脹閥34膨脹，并流入蒸發(fā)器31。
設(shè)置在蒸發(fā)器31一側(cè)的換氣風(fēng)扇37的轉(zhuǎn)動使殼體內(nèi)的空氣強制流入蒸發(fā)器。穿過蒸發(fā)器的冷卻空氣沿著內(nèi)管361的流動路徑導(dǎo)入半導(dǎo)體元器件10。
在低溫空氣在半導(dǎo)體元器件10上擴散而吸收由半導(dǎo)體元器件10產(chǎn)生的熱量后，空氣沿外管362通過由于換氣風(fēng)扇37轉(zhuǎn)動進行的強制對流而流回蒸發(fā)器31。
此時，如果蒸發(fā)器的溫度在-20℃--40℃的范圍內(nèi)，在冷卻裝置最初的運轉(zhuǎn)階段空氣中所含的水分在蒸發(fā)器的表面結(jié)霜。為了避免上述現(xiàn)象，蒸發(fā)器31設(shè)定為具有能夠有效地進行熱傳遞的合適范圍溫度，并優(yōu)選地設(shè)定為溫度在0℃之上。
此外，可以通過將隔熱材料施加到外管362和內(nèi)管361的外周上來防止在流動路徑和個人計算機中發(fā)生結(jié)霜現(xiàn)象。
而且，密封劑和隔熱材料施加到外管362和PCB 20的接觸部分，以防止冷卻空氣的排放和結(jié)霜。并且，隔熱材料還附著到PCB下。
當(dāng)本發(fā)明的致冷冷卻裝置3連續(xù)運轉(zhuǎn)時，由于空氣在與外界空氣隔絕的殼體內(nèi)循環(huán)，連續(xù)的運轉(zhuǎn)會使空氣中所含的水分在蒸發(fā)器31的表面結(jié)霜并轉(zhuǎn)化為冷凝水。因此，蒸發(fā)器設(shè)置在其中的殼體內(nèi)的空氣的濕度明顯降低，從而消除在內(nèi)管內(nèi)結(jié)霜的可能性。
同時，在本發(fā)明另一優(yōu)選實施例的致冷冷卻裝置4施加到個人計算機的內(nèi)部以冷卻CPU或其它卡產(chǎn)生的熱量的情況下，致冷冷卻裝置4如下地構(gòu)成。
如圖5所示，致冷冷卻裝置4包括蒸發(fā)器41、壓縮機42、冷凝器43、膨脹閥44和殼體45。換氣風(fēng)扇47設(shè)置在蒸發(fā)器的一側(cè)，并且蒸發(fā)器位于殼體45中，從而使蒸發(fā)器與其它冷卻裝置分開而形成冷卻空間。
如圖6所示，殼體45中設(shè)置有CPU100、CPU安裝于其上的主板200、和卡300。殼體4中的換氣風(fēng)扇47通過隔板451與上述隔室分開，蒸發(fā)器41與殼體一體地形成而使CPU的空間與換氣風(fēng)扇的空間連通。
通氣孔452形成在隔板451的底部，以連通安裝在主板200上的卡300和設(shè)置于殼體45外的周邊。
為了防止在殼體中循環(huán)的空氣向外泄漏，將安裝到主板200上的卡300與周邊連接的連接管線301固定在殼體的內(nèi)部空間中，并使CPU100或通氣風(fēng)扇與個人計算機的外部相通。
容納輸入/輸出設(shè)備(如軟盤驅(qū)動器501，CD-ROM 502、硬盤驅(qū)動器503，電源504等)的空間50位于主板200下，并通過由隔熱材料和密封劑制成的殼體45與主板200分開。
CPU100和軟盤驅(qū)動器通過動力線與數(shù)據(jù)總線相連。
冷凝器43、壓縮機42和膨脹閥44設(shè)置在個人計算機中，它們都與蒸發(fā)器41分開。蒸發(fā)器41、被冷卻的CPU100或主板200、卡300安裝在殼體45內(nèi)，以便與個人計算機的其它空間隔離。
數(shù)據(jù)總線，連接主板200的動力線和容納輸入/輸出設(shè)備的空間50被隔離和密封，以防止空氣在其間流動，從而使殼體45內(nèi)的空氣不會向外排放而只在殼體45中循環(huán)。
為了使空氣在本發(fā)明冷卻裝置的殼體45中更平順地循環(huán)，散熱風(fēng)扇3a安裝到個人計算機的CPU上，多個散熱翅片可以安裝到CPU的上表面以輻射熱量。
如果安裝在蒸發(fā)器41一側(cè)的換氣風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，在換氣風(fēng)扇處的空氣通過熱傳遞而冷卻，隨后流入CPU100。
冷卻的空氣在發(fā)熱的元件(如CPU100)上擴散，在這些元件和冷卻空間之間發(fā)生熱傳遞而冷卻各元件。隨后，吸熱的空氣再次通過在殼體45的隔板451上形成的換氣孔452而流入換氣風(fēng)扇。
同時，當(dāng)殼體45中的蒸發(fā)器41開始運轉(zhuǎn)時，與致冷劑熱交換產(chǎn)生的冷凝水通過蒸發(fā)器41下的冷凝水排放管411排放到壓縮機42，并隨后在發(fā)熱的壓縮機42上或蒸發(fā)器41的整個表面上擴散而有效地進行熱傳遞。
與蒸發(fā)器相連的冷凝水排放管411和致冷劑管412被隔開并密封，以防止冷凝水落到殼體45外的個人計算機的其它元件上。
采用本發(fā)明的致冷冷卻裝置的結(jié)構(gòu)，蒸發(fā)器一體地設(shè)置在由隔熱材料或密封劑制成的殼體上，CPU、主板、卡都安裝在殼體上，從而使數(shù)個元件可以被有效地同時冷卻。殼體內(nèi)的空氣連續(xù)循環(huán)，從而有效地進行各元件的冷卻，減少能量的消耗，并改善個人計算機的性能。
將殼體與外部相連的管子被隔絕并密封，從而防止元件由于冷凝水而出現(xiàn)故障。
此外，由于冷卻裝置與個人計算機的元件分開，很容易安裝該冷卻裝置。而且在更換元件時，無需更換冷卻裝置。
盡管已經(jīng)參照某些優(yōu)選實施例示出和描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解在不脫離所附權(quán)利要求書限定的精神和范圍的前提下，可以對形式和細(xì)節(jié)進行各種變化。
權(quán)利要求
1.一種致冷冷卻裝置，包括壓縮機，用于在高壓下壓縮致冷劑；冷凝器，與壓縮機相連，用于冷凝致冷劑；膨脹閥，與冷凝器相連；蒸發(fā)器，與膨脹閥和壓縮機相連，用于蒸發(fā)致冷劑；以及換氣風(fēng)扇，安裝在蒸發(fā)器上，其中，蒸發(fā)器一體地安裝在形成半導(dǎo)體元器件冷卻空間的殼體上，并且通過連接管與設(shè)置在殼體外部的壓縮機和膨脹閥相連；換氣風(fēng)扇安裝在蒸發(fā)器上而與半導(dǎo)體元器件分開；在殼體中形成循環(huán)路徑，從而使低溫的熱傳遞空氣吸收由半導(dǎo)體元器件產(chǎn)生的熱量，并流向蒸發(fā)器。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，包括內(nèi)管和外管的雙管設(shè)置在蒸發(fā)器和半導(dǎo)體元器件之間，而形成循環(huán)流動路徑，內(nèi)管連接蒸發(fā)器和半導(dǎo)體而形成第一流動路徑，低溫空氣通過該第一流動路徑而流入半導(dǎo)體元器件，外管連接半導(dǎo)體元器件和容納換氣風(fēng)扇的空間而形成第二流動路徑，吸收來自半導(dǎo)體元器件的熱量的空氣由換氣風(fēng)扇通過該第二流動路徑而強制供給蒸發(fā)器。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，隔板安裝在殼體中而形成循環(huán)流動路徑，在蒸發(fā)器中進行熱傳遞的低溫空氣通過該循環(huán)流動路徑流向半導(dǎo)體元器件，而吸收了來自半導(dǎo)體的熱量的空氣也通過該循環(huán)流動路徑而流向蒸發(fā)器；并且，在隔板的上、下部分別形成通孔，蒸發(fā)器安裝在上通孔上。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，殼體由隔熱材料和密封劑制成。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度設(shè)定為0°以上。
6.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，換氣扇安裝在蒸發(fā)器的后部或下游部。
7.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，雙管為波紋管結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，內(nèi)管上施加有隔熱材料。
9.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，外管和其上安裝有半導(dǎo)體元器件的固定板的接觸表面被隔熱材料圍繞和密封。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，為了防止在殼體中循環(huán)的空氣向外泄漏，連接半導(dǎo)體元器件和周邊的連接管線緊固在殼體的內(nèi)部空間中，并與個人計算機的外部空間相連通。
11.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，容納如軟盤驅(qū)動器、硬盤驅(qū)動器、電源等輸入/輸出設(shè)備的空間位于PCB下，并通過與絕緣材料和密封劑制成的殼體與PCB分開。
12.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，連接蒸發(fā)器、壓縮機和膨脹閥的連接管被隔絕和密封。
13.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，由蒸發(fā)器排出的冷凝水在壓縮機或冷凝器上擴散。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種致冷冷卻裝置,用于通過在安裝有蒸發(fā)器和半導(dǎo)體元器件的殼體中形成空氣的循環(huán)流動路徑而冷卻由半導(dǎo)體元器件產(chǎn)生的熱量。該致冷冷卻裝置包括:壓縮機,用于在高壓下壓縮致冷劑;冷凝器,與壓縮機相連,用于冷凝致冷劑;膨脹閥,與冷凝器相連;蒸發(fā)器,與膨脹閥和壓縮機相連,用于蒸發(fā)致冷劑;換氣風(fēng)扇,安裝在蒸發(fā)器上,其中,蒸發(fā)器一體地安裝在形成半導(dǎo)體元器件冷卻空間的殼體上,并且通過連接管與設(shè)置在殼體外部的壓縮機和膨脹閥相連;換氣風(fēng)扇安裝在蒸發(fā)器上而與半導(dǎo)體元器件分開;在殼體中形成循環(huán)路徑,從而使低溫的熱傳遞空氣吸收由半導(dǎo)體元器件產(chǎn)生的熱量,并流向蒸發(fā)器。
文檔編號F24F13/22GK1356724SQ01142440
公開日2002年7月3日 申請日期2001年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月1日
發(fā)明者吳世基, 長東延, 吳世允, 李旭鏞 申請人:Lg電子株式會社