半導体用語集
冷却技術
英語表記：cooling technology
パッケージの熱抵抗は，内部熱抵抗(Θjc)と外部熱抵抗(Θca)の和であり，このうち外部熱抵抗(Θca)を下げるのに重要になるのが，外部からいかに冷却するかという冷却技術である。
放射による放熱を無視すると，外部熱抵抗Θcは次式で表わされる（下部画像参照）。
この式から外部熱抵抗Θcaを下げるには，対流による熱伝達率hまたは表面積Aを大きくすればよいことがわかる。このhとAの積を大きくする技術が冷却技術である。具体的には，放熱フィンなどを取りつけることで表面積Aを，また風速や空冷／液冷などの冷却媒体を変えることで熱伝逹率hを，それぞれ大きくすることができる。
冷却技術は，冷却媒体によって大きく下記の三つに分類できる。
(1)空冷方式：(a)自然空冷，(b)強制空冷。
(2)液冷方式：(a)伝導液冷，(b)浸漬液冷。
(3)特殊冷却方式：(a)ヒートパイプ，(b)熱電（ペルチェ）素子冷却など。
(1) 空冷方式
周囲の気体の移動に伴う熱エネルギーの移動（熱伝逹）を利用した冷却方式。温度差に基づく空気の浮力によって生じる流れを利用したものを自然空冷，ファンなどを用いて，外部から強制的に流れを生じさせたものを強制空冷と呼ぷ。両者ともヒートシンク（放熱フィン）と組み合わせて用いると，より高い冷却効果がえられる。空冷方式は，ほほ無眼に利用できる空気を冷却媒体としているため，コスト，コンパクトの面では他の冷却方式の追随を許さず，大型コンピュータなどの特殊用途を除き，一般の電子部品の冷却に幅広く用いられている。
(2) 液冷方式
液体冷却の略で，液体の移動に伴う熱エネルギーの移動（熱伝逹）を利用した冷却方式。液体の流路と発熱部品エリアが独立し，液体で冷却される伝熱板などを介して，間接的に伝熱部品を冷却するものを伝導液冷という。一方，電気絶縁性のある液体（フレオン，3M社フロリナートなど）中に伝熱部品を直接浸漬し，その液体の自然対流または強制対流によって冷却するものを浸漬液冷という。大型コンピュータなど，一般に用いられる液冷方式は主に伝導液冷方式である。これは，伝熱部品と液体が直接触れないため，冷却媒体として放熱性能に優れた水を用いることができ，またその後の冷却系の管理，運用が容易でかつ，信頼性に優れるためである。浸潰液冷には，液体を単に強制対流させる方式と液体を沸騰させる方式があり，後者を特に沸騰冷却（方式）という。沸騰冷却では，対流による熱移動以外に，液体から気体への相変化による潜熱移動が加わるため，非常に高い冷却能力を有し，発熱密度の大きいサイリスタなどの大電力用半導体素子を搭載した機器で，実際に応用されている。
(3) 特殊冷却方式
(a) ヒートパイプ：毛細管材料（ウィック：Wick)を内壁に張った容器内に減圧封入された液体の蒸発と凝縮の相変化現象により冷却（熱移動）する構造をいう。封入液体は，一方の伝熱部品との接合部で加熱され蒸発し，蒸気流となってもう一方の冷却部へ流れる。ここで冷却，凝縮した液体は，ウィックによる毛細管力により，再びもう一方の高温部に戻り，再び同様な動作を繰り返す。ヒートパイプの基本原理は蒸発冷却であり，その働きから，高熱伝導で大エネルギーを輸送できる熱伝導（熱輸送）部材と考えることができる。ヒートパイプを基板上の複数の部品に設置することにより，基板内の部品の配置によらず一様に冷却できる。
(b) 熱電（ペルチェ）素子冷却：2種のp型，n型半導体を接合して直流電圧をかけると，両接合部が発熱したり，吸熱したりする現象（ペルチェ効果）を利用して，吸熱側に発熱部品を置いて冷却する方法が熱電（ペルチェ）素子冷却である。高温側（発熱）の放熱量は一般に，吸熱量と動作電力による発熱量の和になる。小型，軽量，無騒音で電流を調節するだけで冷却能力を制御できるなどの長所がある。しかし，効率が悪い，ペルチェ素子そのものの価格が高いなどの短所がある。発熱量の大きいパッケージなどを基板内で局所的に冷却したい場合などに用いられる。
関連製品
「冷却技術」に関連する製品が存在しません。キーワード検索
フリーワードやカテゴリーを指定して検索できます
関連用語
関連特集
会員登録すると会員限定の特集コンテンツにもアクセスできます。
