(57)【要約】【課題】コールドプレートにおけるフィンによる伝熱面積の拡大と冷媒流路の確保を両立させる。【解決手段】ベースプレート１と、このベースプレート１を覆って箱状の空間を形成する蓋２と、前記蓋部２に前記空間に連通して設けられた、冷媒流入および冷媒流出用の貫通孔４、７と、前記空間内に互いに平行にかつ離間して配され、その底部が前記ベースプレートに立設され、その上部が前記蓋に接し、若しくは接合された複数のフィン３を備えたコールドプレートであって、前記板状フィン３のそれぞれは、その上部の長さがその底部の長さよりも短くなされており、底部の端部はベースプレート１の両端部近くまで延び、前記貫通孔４、７は前記フィン３と接しない蓋２の一部に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースプレートと、このベースプレートを覆って箱状の空間を形成する蓋と、前記蓋部の前記空間に連通して設けられた、冷媒流入用の貫通孔および冷媒流出用の貫通孔と、
前記空間内に互いに平行にかつ離間して配される複数のフィンが設けられ、前記フィンは前記ベースプレートから立設し、前記フィンの上部は前記蓋に接し、若しくは接合されたコールドプレートであって、
前記フィンのそれぞれは、その上部の長さがその底部の長さよりも短くなされており、底部の端部は前記蓋内でベースプレートの両端部近くまで延び、前記貫通孔は前記フィンと接しない、または接合しない前記蓋の一部で冷媒の流れを妨げない位置に設けられることを特徴とするコールドプレート。
【請求項２】
前記フィンの上部端部と底部端部とを結ぶ線が直線状であることを特徴とする請求項１記載のコールドプレート。
【請求項３】
前記フィンの上部端部と底部端部とを結ぶ線が曲線状であることを特徴とする請求項１記載のコールドプレート。
【請求項４】
前記フィンの上部端部と底部端部とを結ぶ線が階段状であることを特徴とする請求項１記載のコールドプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に実装される半導体素子で発生する熱を冷却するために用いられるコールドプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器に搭載される中央処理演算装置（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）など半導体素子は、高速化、高集積化に伴い、発熱量と発熱密度は増大している。
従来、ＣＰＵ、ＭＰＵを冷却するために、ヒートパイプおよび空冷ファン方式のヒートシンクが使用されてきたが、発熱量、発熱密度によっては冷却できない場合が増えてきた。
【０００３】
このような発熱量、発熱密度の高くなった半導体素子を冷却するため、内部に伝熱のための複数枚のフィンを有するコールドプレートを用意して、発熱素子に直接接触させた上で、別途用意する放熱器の間で冷媒を強制的に循環し放熱するといった冷却が行われている。
【０００４】
図８および図９は、従来のコールドプレートの一例を示すもので、このコールドプレートは、ベースプレート１と蓋２と複数枚のフィン３から概略構成されている。また、冷媒の循環のため、流入管５、流出管８が蓋２に形成された貫通孔４、７に接続されている。
ベースプレート１は、銅、アルミニウムなど良熱伝導性金属からなる平板状のものであり、このベースプレート１が発熱素子に直接接することにより、発熱素子からの熱を奪うものである。
【０００５】
蓋２は、ベースプレート１の表面をフード状に覆う金属製の部材であって、蓋２の周縁部とベースプレート１においてロウ付けされて一体化されている。コールドプレート内部には、直方体状の空間が形成されている。
蓋２の両端部付近には、冷媒の流入管５と流出管８とが設けられ、コールドプレート内部の空間に水、アルコール、Ｒ−１３４ａなどの冷媒が流入し、かつ流出するように構成されている。
【０００６】
コールドプレートの内部には、複数枚のフィン３、３・・・が設けられている。このフィン３は、厚さ０．１〜０．３ｍｍの銅、アルミニウムなどからなる長方形状の薄板であって、その一方の長辺部が蓋２の内面に接するか、またはロウ付けされており、他方の長辺部がベースプレート１と一体化されている。すなわち、複数枚のフィン３、３・・・は、金属ブロックに切削加工を施し、ベースプレート１と複数枚のフィン３、３・・・とが一体となった成型物として作製している。フィン３は、その長手方向がベースプレート１の長手方向に平行となるように、かつ複数のフィン３、３・・・の間隔が０．１〜０．３ｍｍとなるように互いに平行に配されている。
【０００７】
また、フィン３の２つの短辺部は、図８に示すように、冷媒の流入管５と流出管８の内方側に位置しており、これによって冷媒の流入管５および流出管８の付近には、流入ヘッダ６と流出ヘッダ９となる空間がそれぞれ形成されている。
この構成により、冷媒の流入管５から流入した冷媒は、流入ヘッダ６に流れ、ここで流れが分散して、複数枚のフィン３、３・・・の隙間からなる冷媒流路を流れ、フィン３から熱を奪い、流出ヘッダ９に集まり冷媒の流出管８から流出することになる。冷媒の流出管８から流出した冷媒は図示しない放熱器を有する冷却回路に送られ、ここで冷却された後、再度冷媒流入管５に送られる。
【０００８】
このようにコールドプレート内の中央付近に複数の冷媒流路を設け、その前後に流入ヘッダと流出ヘッダを設けて冷媒を流す構成は特許文献１、２で公知となっている。
【特許文献１】特開２００１−０２４１２６号公報
【特許文献２】特開２００６−３２４６４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
半導体素子で発生する熱をコールドプレート内のフィンに伝導させる際、複数枚のフィン３、３・・・の面積を大きくすることは冷媒との接触面積を増やすことであり、冷却性能に大きく効いてくる。そして、複数枚のフィン３、３・・・の隙間の全てには冷媒を流す必要があり、複数枚のフィン３、３・・・の前後に流入ヘッダ６と流出ヘッダ９を設ける必要があった。また、流入ヘッダ６と流出ヘッダ９では滞留し易い問題があった。
【００１０】
しかしながら、従来の冷媒流路はコールドプレート内の空間中央付近に限られていた。また、冷媒流路の前後に冷媒を複数枚のフィン３、３・・・の隙間に流すための流入ヘッダ６と複数枚のフィン３、３・・・の隙間を流れた冷媒をまとめる流出ヘッダ９とを設けるために、複数枚のフィン３、３・・・による伝熱面積が小さく限られてしまう問題があった。
【００１１】
本発明は、上記の点を鑑みてなされたもので、フィンによる伝熱面積の拡大と冷媒流路の確保を両立させたコールドプレートを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のコールドプレートは、ベースプレートと、このベースプレートを覆って箱状の空間を形成する蓋と、前記蓋部の前記空間に連通して設けられた、冷媒流入用の貫通孔および冷媒流出用の貫通孔と、
前記空間内に互いに平行にかつ離間して配される複数のフィンが設けられ、前記フィンは前記ベースプレートから立設し、前記フィンの上部は前記蓋に接し、若しくは接合されたコールドプレートであって、
前記フィンのそれぞれは、その上部の長さがその底部の長さよりも短くなされており、底部の端部は前記蓋内でベースプレートの両端部近くまで延び、前記貫通孔は前記フィンと接しない、または接合しない前記蓋の一部で冷媒の流れを妨げない位置に設けられている。
【００１３】
前記フィンの上部端部と底部端部とを結ぶ線は、直線状、曲線状、もしくは階段状であってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、それぞれのフィンの底部をベースプレートの両端部近くまで延ばすことができるため、フィンのサイズを大きくすることができ、伝熱面積を拡大できる。
【００１５】
フィンの形状は、その上部が底部より短くなっているため、コールドプレート内において、フィンと蓋との間に、空間ができる。この空間が複数の板状フィンで構成される冷媒流路につながっていることから、全ての冷媒流路に冷媒を流すことができる。そのため、流入、流出のためのヘッダがコールドプレート内の空間を占有する割合を減らすことができ、その分フィンのサイズを大きくすることができる。また、フィン上部の端部とフィン底部の端部を結ぶ線を直線状、曲線状、もしくは階段状に傾斜しているので、ヘッダ部での冷媒の滞留を防止できる。
【００１６】
貫通孔がコールドプレート内のフィンと接しない蓋の一部に設けられるため、コールドプレートへの管路の取り付けを電子機器の位置関係に配慮して行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図１ないし図４を参照して詳細に説明する。
【００１８】
コールドプレートは図１および図２に示すように、ベースプレート１と蓋２から概略構成されている。ベースプレート１には複数のフィン３、３・・・がベースプレートから立設した状態で設けられている。蓋２はそれを被せるようにベースプレート１に取り付けられ、蓋２の周縁部がベースプレート１にロウ付けされている。
【００１９】
内部の複数枚のフィン３、３・・・の形状は、ベースプレート１から立設している底部の方が、蓋２と接する、若しくは接合する上部より長くなっている。そのため、蓋２と複数枚のフィン３、３・・・との間に空間が生じる。この空間は冷媒を複数枚のフィン３、３・・・の隙間全てに冷媒を送るためのヘッダ部となる。このヘッダ部は冷媒の流入側と流出側でそれぞれ、流入ヘッダ６、流出ヘッダ９となる。
【００２０】
蓋２のフィン３が接していない部分または接合されていない部分には、貫通孔４、７が形成されており、貫通孔４は流入ヘッダ６に、貫通孔７は流出ヘッダ９にそれぞれ連通されている。貫通孔４は流入ヘッダ６に、貫通孔７は流出ヘッダ９に連通していれば、図３と図４に示すように、蓋２の上部に限らず、側部でも、また上部と側部の組み合わせでもよい。さらには、蓋２の隅部に配置してもよい。貫通孔４、７は、流入ヘッダ６および流出ヘッダ９に連通しており、冷媒の流れを妨げる位置にはない。
【００２１】
貫通孔４には冷媒の流入管５が、貫通孔７には流出管８が接続されている。
【００２２】
貫通孔４から流入した冷媒は前記流入ヘッダ６から分散して複数枚のフィン３、３・・・の隙間全てに流れる。複数枚のフィン３、３・・・の隙間を流れた冷媒は前記流出ヘッダ９によりまとめられ貫通孔７から流出する。
【００２３】
なお、図１にフィン上部の端部とフィン底部の端部が傾斜した直線で結ばれたフィンを示しているが、フィン上部の端部とフィン底部の端部は、曲線状または階段状に結ばれていてもよい。
【００２４】
ついで、このコールドプレートの製作方法について述べる。
予め図５に示すようにベースプレートとなる平板部と複数枚のフィンとなる山形部とが一体とされた金属ブロックを用意する。金属ブロックの高さはフィンの高さと同じとする。この金属ブロックを放電加工機により、図６に示すように指定されたフィンの厚さ、間隔となるように溝切りしていく。放電加工の他にスカイビング（そぎ立てる）加工でもよい。これら方法で作製されるフィンはベースとフィンが一体化しているため、接触熱抵抗のない熱移動を可能にする。
【００２５】
ベースプレート、フィン、蓋は、銅、アルミニウムなど良熱伝導性金属からなる。これら金属表面に切削加工処理後、ニッケルメッキ、金メッキといったメッキ処理を施す場合もある。
【００２６】
複数のフィンが設けられたベースプレートと蓋をロウ付けする。ロウ付けは、ベースプレートと蓋の周縁部を外側からロウの溶融温度６００〜８００℃程度に加熱して行う。使用するロウには、カドミウムを含まない銀ロウＪＩＳ  ＢＡｇ−８などが使用される。
【００２７】
ロウ付けに際し、ロウのコールドプレート内部への染み込み防止と固定のため、図７に示すようにベースプレートもしくは蓋に溝を切り嵌め込む形にしておいてもよい。
【００２８】
本発明のコールドプレートの一例として、蓋の外枠サイズを縦７４ｍｍ、横６４ｍｍ、高さ１４ｍｍの大きさのものがある。その内部にフィン高さ５．５ｍｍ、フィン厚０．６５ｍｍ、フィンピッチ０．９５ｍｍ、フィン３１枚が入る空間として、縦４６ｍｍ、横３０ｍｍ、高さ５．５ｍｍの空間を設けた。このときフィンの底部の長さは４６ｍｍ、上部の長さ３０ｍｍで、貫通孔は外径５ｍｍとした。ベースプレートの厚さは例えば２ｍｍ程度と薄く、発熱素子と接触する面は平面度±０．０１ｍｍとした。
【００２９】
前記実施例のコールドプレートは、各フィンの大きさが増加した分、約２０％の冷却性能の改善が見られた。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のコールドプレートの実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態を上方向から見た図である。
【図３】本発明の他の実施形態の断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態の断面図である。
【図５】実施形態に関わる金属ブロックの上方向からみた斜視図である。
【図６】実施形態に関わる立設したフィンを上方向からみた斜視図である。
【図７】実施形態でコールドプレート製作時の溝を含んだ断面図である。
【図８】従来技術のコールドプレートの断面図である。
【図９】従来技術のコールドプレートを上方向から見た一部断面した平面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１・・・ベースプレート、２・・・蓋、３・・・フィン、４・・・流入側貫通孔、５・・・流入管、６・・・流入ヘッダ、７・・・流出側貫通孔、８・・・流出管、９・・・流出ヘッダ、１０・・・溝
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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