| 【発明の名称】 |
電子機器装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】近藤 義広
【住所又は居所】茨城県土浦市神立町５０２番地 株式会社日立製作所機械研究所内
【氏名】中川 毅
【住所又は居所】神奈川県海老名市下今泉８１０番地 株式会社日立製作所インターネットプラットフォーム事業部内
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| 【要約】 |
【課題】電子機器装置の電子部品の小型化、高機能化に対して、高効率な熱拡散構造を提供する。
【解決手段】電子機器装置の電子部品７の上部に取り付けられた水冷ジャケット１５を構成する電子部品７側のカバー１８に液封止部２０を設ける。さらに、この液封止部２０内部に水冷ジャケット１５中央付近から蛇行する熱拡散板を設ける。これにより、電子部品７から生じた熱を液の気化熱で電子部品７側のカバー全体１６，１７に広げることができる。広がった熱を水冷ジャケット１５の液流路１９で筐体内を循環する冷却液に伝え、筐体の広い放熱面積を有する箇所で大気に放熱することができる。また、電子部品７から生じた熱をさらに広域の水冷ジャケット１５まで熱を広げることができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内に搭載された半導体素子と、この半導体素子からの熱を受け取る受熱部と、この受熱部に配管を介して接続された放熱部と、この放熱部と前記受熱との間に配管を介して接続されたポンプを備えた電子機器装置において、
上記受熱部と前記半導体素子との間に熱拡散板を設けたことを特徴とする電子機器装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子機器装置において、
前記熱拡散板は内部に蒸発媒体を封入してなる金属製の密閉空間からなることを特徴とする電子機器装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電子機器装置において、
前記密閉空間の内部に前記半導体素子の部分から放射状に広がる金属板を取り付けたことを特徴とする電子機器装置。
【請求項４】
請求項２に記載の電子機器装置において、
前記金属板を蛇行していることを特徴とする電子機器装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電子機器装置において、
前記受熱部は、内部に４本の液循環流路を備えたことを特徴とする電子機器装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電子機器装置において、
前記液循環流路は、前記受熱部を構成する上カバーの内壁面に取り付けられた３本の隔壁にて形成されたことを特徴とする電子機器装置。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱素子を有する電子機器装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水冷装置を備えた電子機器装置の中で、水冷ジャケットの高効率を図った冷却構造として特開２００３―２１４８０号公報があげられる。
熱電素子を水冷ジャケットプレートとプレートヒートパイプで挟み込む受放熱構造体として特開２００２―１６２０４号公報があげられる。
【０００３】
更に、特開平６―２１６５５４号公報には、偏平ヒートパイプ群からなる金属ケースによりプリント基板などの電子機器部品用発熱素子を効率よく冷却する技術が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３―２１４８０号公報
【０００５】
【特許文献２】特開２００２―１６２０４号公報
【特許文献３】特開平６―２１６５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術は、いずれも電子部品から発生する熱を液循環により、取り除くものであり、電子部品の小型化、高機能化に伴う発熱密度の増大に対する効率よい熱の拡散に関して考慮されていない。
すなわち、電子部品に水冷ジャケットを取り付けたのみでは、水冷ジャケットの広範囲まで熱を広げることができず、温度分布を生じやすくなる。
さらに、ヒートパイプと水冷ジャケットの間に熱電素子を挟むとそれらの接触面に熱抵抗を持ち、温度差を生じるという問題もある。
【０００７】
本発明の目的は、電子機器装置の電子部品の小型化、高機能化に対して、高効率な熱拡散構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、筐体内に搭載された半導体素子と、この半導体素子からの熱を受け取る受熱部と、この受熱部に配管を介して接続された放熱部と、この放熱部と前記受熱との間に配管を介して接続されたポンプを備えた電子機器装置において、上記受熱部と前記半導体素子との間に熱拡散板を設けたことにより達成される。
【０００９】
また、上記目的は、前記熱拡散板は内部に蒸発媒体を封入してなる金属製の密閉空間からなることにより達成される。
【００１０】
また、上記目的は、前記密閉空間の内部に前記半導体素子の部分から放射状に広がる金属板を取り付けたことにより達成される。
【００１１】
また、上記目的は、前記金属板を蛇行していることにより達成される。
【００１２】
また、上記目的は、前記受熱部は、内部に４本の液循環流路を備えたことにより達成される。
【００１３】
また、上記目的は、前記液循環流路は、前記受熱部を構成する上カバーの内壁面に取り付けられた３本の隔壁にて形成されたことにより達成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電子機器装置の電子部品の小型化、高機能化に対して、高効率な熱拡散が可能な電子機器装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施例を図１に示す。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の一実施例を備えた電子機器装置の斜視図である。
図１において、電子機器装置１は、キャビネット２と複数台の電子機器装置単体３から構成されている。電子機器装置単体３は正面側５に通電中であるか否かなどの表示部４を設けてある。この電子機器装置１は言わばサーバーと呼ばれるものである。
【００１７】
図２は、図１の電子機器装置を右側面から見た概略図である。
図２において、電子機器装置１を構成するキャビネット２の内部には電子機器装置単体３が複数段搭載されている（本実施例では８段重ねとし、電子機器単体の詳細については最下段の装置を用いて説明する）。
電子機器装置単体３の中には発熱するＣＰＵ７（半導体素子）が収納されている。このＣＰＵ７の冷却には液体を循環させて冷却する第1の冷却システムが搭載されている。
【００１８】
この第１の冷却システムの詳細を説明すると、マイクロポンプ６、受熱ジャケット１５、熱交換器８が配管で順次接続されている。ＣＰＵ７には受熱ジャケット１５が熱的に接続されているので、ＣＰＵ７から発せられる熱は受熱ジャケット１５で吸熱される。熱を吸収した冷却水はマイクロポンプ６で矢印１５ａ（液循環方向）方向に駆動循環され、熱交換器８で放熱される。
【００１９】
一方、第２の冷却システムの詳細を説明すると、大型ポンプ９がキャビネット２の後方に取り付けられている。この大型ポンプ９には配管１２が接続されており、この配管が格段の電子機器装置単体３の内部に挿入されるとともに、大型ポンプ９からキャビネット２と平行に立ち上がっている配管１２はキャビネット１２の内壁面に接触している。電子機器装置単体３の内部に挿入された配管には二つの受熱部１０，１１が取り付けられており、受熱部１０は第１の冷却システムの受熱ジャケット１５と熱的に接続され、受熱部１１は熱交換器８と熱的に接続されている。ポンプ９から排出された冷却液は矢印１４方向に循環し各段の電子機器装置単体３循環された後、再び大型ポンプ９に回収される。
【００２０】
尚、第１と第２の冷却システムでは矢印１４、１５ａに示すように冷却水の循環方向が異なる。
【００２１】
これにより、各電子機器装置単体３のＣＰＵ７から発生する熱は配管１２を介してキャビネット２に伝えられ、キャビネット２まで伝わった熱は、キャビネット２全体で自然放熱またはキャビネット内に設けた冷却ファン（図示せず）により強制的に大気に放出される。
各電子機器装置単体３に第１の水冷システムが、キャビネット２には第２の水冷システムがそれぞれに取り付けられているので、第１の水冷システムと第２の水冷システムとの冷却水の接続部分がない。従って、電子機器装置単体３を着脱時に冷却水の漏れをなくすことができる。
【００２２】
さらに、第１と第２の水冷システムの内、ひとつの水冷システムが仮に故障して停止してしまった場合でも、いずれかの水冷システムが動作しているので電子機器装置を停止させる必用がない。また、ＣＰＵによって高温となった冷却液となった第１の水冷システムの冷却水循環方向とキャビネット２に取り付けられた第２の水冷システムの冷却水循環方向は逆向きにしているので、電子機器装置単体３の高温部に第２の水冷システムの冷却水が通過するので、冷却水の温度上昇を緩和でき、水冷システムを構成する材料の信頼性が向上する。
【００２３】
図３は、図２に記載された水冷ジャケット１５の構造を説明する断面図である。
図４は、図３のＡ−Ａ線断面図である。
図３、図４において、受熱ジャケット１５は熱伝導グリースなどを介してＣＰＵ７と熱的に接続されている。ＣＰＵ７は電子基板２１上に実装されている。ＣＰＵ７は半導体素子の高集積化のため微細になり、外形寸法は小さくなっているばかりでなく、高機能化のため消費電力が増加しているため、単位面積当りの発熱量は増大している。例えば、１平方センチメートル当たり２００Ｗ程度となる。
【００２４】
受熱ジャケット１５は上カバー１６と下カバー１８とより構成されており、上カバー１６には上カバー１６に設けたネジ孔から下カバー１８に設けたネジ孔に挿入されたネジ１７で下カバー１８が固定されている。下カバー１８には３本の隔壁１８ａが一体に形成され、隔壁１８ａの先端は上カバー１６の内壁面と密着している。この隔壁１８ａによって４本の液流路１９が形成されている。１８ｂは冷却水の供給口であり、１８ｃは冷却水の排出口である。
【００２５】
これにより、冷却水は矢印１５ａのように隔壁１８ａによって形成された４本の液流路１９をパラに流動する。
【００２６】
２０は内部に微少の冷却液が充填された液封止部である。この液封止部２０は、言わばヒートパイプの役割は果すものであり、一面がＣＰＵ７と接触しており、ＣＰＵ７からの熱によって内部の冷却液が膨張し液封止部２０の内部に広がるものである。これにより、ＣＰＵ７の熱が液封止部２０全面に広がる。広がった熱は下カバー１８の液流路１９の冷却液に伝わり、凝縮し、液化し、発熱体７に戻るというサイクルを行う。この液封止部２０を設けた受熱ジャケット１５により、発熱体７の発熱密度の上昇にも対応でき、発熱体１５を容易に冷却することができる。
【実施例２】
【００２７】
図５は、他の実施例を備えた水冷ジャケットの断面図である。
図６は、図５のＢ−Ｂ断面図である。
図５、図６において、本実施例が実施例１と異なる点は、上カバー１６に液流路１９が設けられている点である。
受熱ジャケット１５は熱伝導グリースなどを介してＣＰＵ７と熱的に接続されている。ＣＰＵ７は電子基板２１上に実装されている。
【００２８】
この受熱ジャケット１５は上カバー１６と下カバー１８とより構成されており、下カバー１８には下カバー１８に設けたネジ孔から上カバー１６に設けたネジ孔に挿入されたネジ１７で上カバー１６が固定されている。上カバー１６には３本の隔壁１９ａが一体に形成され、隔壁１９ａの先端は下カバー１８の内壁面と密着している。この隔壁１９ａによって４本の液流路１９が形成されている。冷却液の循環経路は図３で説明した内容と全く同じであるため説明を省略する。
【００２９】
下カバー１８には図３でも説明した液封止部２０が取り付けられている。この液封止部２０は平板状の密閉空間となっており、内部には微少の冷却液が充填されている。この液封止部２０は、前述したようにヒートパイプの役割は果すものであり、一面がＣＰＵ７と接触しており、ＣＰＵ７からの熱によって内部の冷却液が膨張し液封止部２０の内部に広がるものである。これにより、ＣＰＵ７の熱が液封止部２０全面に広がる。広がった熱は下カバー１８の液流路１９の冷却液に伝わり、凝縮し、液化し、ＣＰＵ７に戻るというサイクルを行う。この液封止部２０を設けた受熱ジャケット１５により、ＣＰＵ７の発熱密度の上昇にも対応でき、ＣＰＵ７を容易に冷却することができる。
【実施例３】
【００３０】
図７は、図５のＢ−Ｂ線断面図に相当する液封止部の断面図である。
図７において、本実施例は熱拡散をさらに向上させたものであり、下カバー１８の中央部に位置する発熱体７の外縁付近から蛇行する熱拡散板２２が下カバー１８の外周壁面まで伸びている。この熱拡散板２２により、微少な冷却液はこの熱拡散板２２に沿って下カバー１８の外周壁面まで流れ、さらに発熱体まで戻ることができるため、迅速かつ均等に熱を広げることができる。
【００３１】
このように、電子機器装置の電子部品の上部に取り付けられた水冷ジャケットを構成する電子部品側のカバーに液封止部を設けることにより、電子部品から生じた熱を液の気化熱で電子部品側のカバー全体に広げることができる。
広がった熱を水冷ジャケットの液流路で筐体内を循環する冷却液に伝えられ、筐体の広い放熱面積を有する箇所で大気に放熱することができる。また、水冷ジャケットの液封止部内部に水冷ジャケット中央付近から蛇行する熱拡散板を設けることにより、電子部品から生じた熱をさらに広域の水冷ジャケットまで熱を広げることができる。
【００３２】
以上のごとく本発明によれば、電子機器装置の電子部品の上部に取り付けられた水冷ジャケットを構成する電子部品側のカバーに液封止部を設けることにより、電子部品から生じた熱を液の気化熱で電子部品側のカバー全体に広げることができた。広がった熱を水冷ジャケットの液流路で筐体内を循環する冷却液に伝え、筐体の広い放熱面積を有する箇所で大気に放熱することができた。また、水冷ジャケットの液封止部内部に水冷ジャケット中央付近から蛇行する熱拡散板を設けることにより、電子部品から生じた熱をさらに広域の水冷ジャケットまで熱を広げることができた。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、第１の実施例を備えた電子機器の斜視図である。
【図２】図２は、第１の実施例を備えた水冷システムを右側面から見た概略図である。
【図３】図３は、第１の実施例を備えた水冷ジャケットの断面図である。
【図４】図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図５は、第２の実施例を備えた水冷ジャケットの断面図である。
【図６】図６は、図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】図７は、第３の実施例を備えた液封止部の断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…電子機器装置、２…キャビネット、３…電子機器装置単体、４…表示部、５…正面側、６…マイクロポンプ、７…ＣＰＵ、８…放熱器、９…ポンプ、１０…受熱部A、１１…受熱部B、１２…固定配管、１３…開閉弁、１４…矢印（液循環方向）、１５…水冷ジャケット、１６…上カバー、１７…ネジ、１８…下カバー、１９…液流路、２０…液封止部、２１…電子基板、２２…熱拡散板。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【住所又は居所】東京都千代田区丸の内一丁目６番６号
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| 【出願日】 |
平成１５年９月３日（２００３．９．３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５０９６
【弁理士】
【氏名又は名称】作田 康夫
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| 【公開番号】 |
特開２００５−７９４８３（Ｐ２００５−７９４８３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１７年３月２４日（２００５．３．２４） |
| 【出願番号】 |
特願２００３−３１０８５０（Ｐ２００３−３１０８５０） |
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