(57)【要約】【課題】電子部品の使用温度を均一化することにより装置の演算効率の向上ができる液冷ヒートシンク装置を実現する。【解決手段】プリント基板に取り付けられた電子部品と、この電子部品を冷却する板状の液冷ヒートシンクとを具備する液冷ヒートシンク装置において、前記液冷ヒートシンクの両面あるいは一方の面と前記電子部品との間に設けられ前記面の垂直方向より平行方向の熱伝導率が大きな異方向性熱伝導材よりなる伝導体を具備したことを特徴とする液冷ヒートシンク装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板に取り付けられた電子部品と、この電子部品を冷却する板状の液冷ヒートシンクとを具備する液冷ヒートシンク装置において、
前記液冷ヒートシンクの両面あるいは一方の面と前記電子部品との間に設けられ前記面の垂直方向より平行方向の熱伝導率が大きな異方向性熱伝導材よりなる伝導体
を具備したことを特徴とする液冷ヒートシンク装置。
【請求項２】
前記伝導体の外側面に設けられ柔軟性及び剥離性を有する熱接合材
を具備したことを特徴とする請求項１記載の液冷ヒートシンク装置。
【請求項３】
前記伝導体の両面に設けられ柔軟性及び剥離性を有する熱接合材を具備したこと
を特徴とする請求項１記載の液冷ヒートシンク装置。
【請求項４】
前記伝導体は所定個数に分割されて前記液冷ヒートシンクに取り付けられたこと
を特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の液冷ヒートシンク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属パイプを使用した液冷ヒートシンクによる電子部品冷却において、電子部品の使用温度を均一化することにより電子装置の演算効率の向上ができる液冷ヒートシンク装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液冷ヒートシンク装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【非特許文献１】横河電機株式会社発行、トレーニング用テキスト、「ＭＴ６１２１  メモリテキストシステム  メンテナンス」、２００６年２月２８日、１版、Ｐ１−７、Ｐ１−８
【非特許文献２】横河電機株式会社発行、トレーニング用テキスト、「ＭＴ６１２１  メモリテキストシステム  ＡＶｉＰＳ操作手順書」、２００６年１１月、２版、Ｐ１−７
【特許文献１】特開２０００−１５６１９５号公報
【０００４】
図７は従来より一般に使用されている液冷ヒートシンクの従来例の構成説明図で、図８は図７のＡ−Ａ断面図である。
【０００５】
この液冷ヒートシンク１では金属板２，３にパイプ４の直径に適応したパイプ収納溝５，６を切削加工で形成し冷却材の循環流路であるパイプ４を金属板２，３に挿入後、金属板２，３を真空プレスした状態で循環流路であるパイプ４に加圧流体を供給してパイプ４を変形させて金属板２，３とパイ４をネジや溶接を使わずに固定し、金属パイプ４の内部に冷却材を流すことで液冷ヒートシンク１として使用する。
【０００６】
以上の構成において、液冷ヒートシンク１の表面に接触させた発熱源もしくは発熱源との熱結合材料から金属板２，３、金属パイプ４、冷却材の順に熱を移動させて発熱源の温度を一定に保つ。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような装置においては、以下の間題点がある。
冷却材の循環流路として金属パイプを使用する液冷ヒートシンク１では、冷却材が内部を循環している金属パイプ４直上の冷却能力が最も高く、金属パイプ４と金属パイプ４の中間部分が最も冷却能力が低い。
また、冷却材の流入側Ａほど冷却材の温度が低く、流出側Ｂほど電子部品の熱を吸収して冷却材の温度が高くなり、結果として冷却する電子部品に温度差を生じる。
【０００８】
このように金属パイプ４を使用する液冷ヒートシンク１においては、金属パイプ４のピッチ・冷却材の循環流路に起因する熱分布が必ず存在し、さらに金属板２，３であるアルミや銅などの金属の熱伝導率を係数とする熱勾配も加わり、数百から数キロワットの電力を消費する電子部品の冷却においては局部的な熱集中を起こす原因となっている。
【０００９】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、液冷ヒートシンク装置内の電子部品冷却に用いられる金属パイプを使用した液冷ヒートシンクの温度均一性を向上させて、被冷却部品である電子部品における温度差を低減できる液冷ヒートシンク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような課題を達成するために、本発明では、請求項１の液冷ヒートシンク装置においては、
プリント基板に取り付けられた電子部品と、この電子部品を冷却する板状の液冷ヒートシンクとを具備する液冷ヒートシンク装置において、前記液冷ヒートシンクの両面あるいは一方の面と前記電子部品との間に設けられ前記面の垂直方向より平行方向の熱伝導率が大きな異方向性熱伝導材よりなる伝導体を具備したことを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項２の液冷ヒートシンク装置においては、請求項１記載の液冷ヒートシンク装置において、
前記伝導体の外側面に設けられ柔軟性及び剥離性を有する熱接合材を具備したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項３の液冷ヒートシンク装置においては、請求項１記載の液冷ヒートシンク装置において、
前記伝導体の両面に設けられ柔軟性及び剥離性を有する熱接合材を具備したことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項４の液冷ヒートシンク装置においては、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の液冷ヒートシンク装置において、
前記伝導体は所定個数に分割されて前記液冷ヒートシンクに取り付けられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１によれば、次のような効果がある。
液冷ヒートシンクの両面あるいは一方の面に設けられ、前記面の垂直方向より平行方向の熱伝導率が大きな異方向性熱伝導材よりなる伝導体が設けられたので、プリント基板上に実装された電子部品を冷却するための熱拡散能力と温度均一性が向上でき、電子部品における温度差を低減できて、電子装置の演算効率の向上ができる液冷ヒートシンク装置が得られる。
【００１５】
本発明の請求項２によれば、次のような効果がある。
伝導体の外側面に設けられ柔軟性及び剥離性を有する熱接合材が設けられたので、更に、熱拡散能力と温度均一性が向上できるのみならず、プリント基板と伝導体を有する液冷ヒートシンクの交換性が向上できる液冷ヒートシンク装置が得られる。
【００１６】
本発明の請求項３によれば、次のような効果がある。
前記伝導体の両面に設けられ柔軟性及び剥離性を有する熱接合材が設けられたので、更に、熱拡散能力と温度均一性が向上できるのみならず、プリント基板と伝導体と液冷ヒートシンクの交換性が向上できる液冷ヒートシンク装置が得られる。
【００１７】
本発明の請求項４によれば、次のような効果がある。
伝導体は所定個数に分割されて、液冷ヒートシンクに取り付けられたので、熱拡散能力と温度均一性のみならず、分割された電子部品グループ間での相互温度影響を低減できる液冷ヒートシンク装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例の要部構成説明図で、図２は図１の斜視組立図である。
図において、図７と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図７との相違部分のみ説明する。
【００１９】
図１において、液冷ヒートシンク１１は金属板１２と金属パイプ１３から冷却部分が構成され、この液冷ヒートシンク１１表裏には異方向性熱伝導材よりなる伝導体１４ａ，１４ｂが取り付けられている。
この異方向性熱伝導材よりなる伝導体１４ａ，１４ｂは、例えば、パナソニック製ＰＧＳグラファイトシートのような、金属板１２の面に平行方向と垂直方向で熱伝導率が大きく異なるものである。
【００２０】
そして、伝導体１４ａ，１４ｂは、熱伝導率が液冷ヒートシンクの母材として利用される金属板１２に使用されるアルミや銅に比べ２〜１０倍（６００Ｗ／ｍｋ〜１７００Ｗ／ｍｋ）の材料である。
【００２１】
即ち、伝導体１４ａ，１４ｂは、金属板１２の面に平行方向の熱伝導率が非常に高い異方向性熱伝導材料よりなる。
そして、伝導体１４ａ，１４ｂの外側には、プリント基板１５ａ，１５ｂに搭載された電子部品１６ａ，１６ｂである、例えば、半導体素子が設けられている。
【００２２】
以上の構成において、発熱源である電子部品１６ａ，１６ｂからの熱量は、プリント基板１５ａ，１５ｂを経由して異方向性熱伝導材よりなる伝導体１４ａ，１４ｂに到達する。
異方向性熱伝導材よりなる伝導体１４ａ，１４ｂに到達した熱量は、金属板１２の面に平行方向の高熱伝導率ならびに垂直方向の低熱伝導率という熱伝導率の違いにより、液冷ヒートシンクの金属板１２に熱量を伝える際、垂直方向への熱拡散よりも平行方向に対して非常に高い熱拡散を起こす。
【００２３】
この時点で生じる熱拡散作用は、液冷ヒートシンクの金属板１２として使用されるアルミ・銅等の金属に比べ極端に高いために、液冷ヒートシンクの金属板１２との接触面全体の温度をより均一化する作用を生む。
【００２４】
この為、電子部品１５ａ，１５ｂから発生した熱量は、液冷ヒートシンクの金属板１２の中で熱集中による温度差を生じることのない低熱勾配状態で金属パイプ１３内を循環する冷却材に排出される。
上記の結果、電子部品１５ａ，１５ｂは温度差によるバラツキが生じることなく安定した電気特性を発揮することができる。
【００２５】
この結果、液冷ヒートシンク１１の両面あるいは一方の面に設けられ、液冷ヒートシンク１１の面の垂直方向より平行方向の熱伝導率が大きな異方向性熱伝導材よりなる伝導体１４ａ，１４ｂが設けられたので、プリント基板１５ａ，１５ｂ上に実装された電子部品１６ａ，１６ｂを冷却するための熱拡散能力と温度均一性が向上でき、電子部品１６ａ，１６ｂにおける温度差を低減できて、電子装置の演算効率の向上ができる液冷ヒートシンク装置が得られる。
【００２６】
図３は、本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
図３は発熱源である電子部品１６ａ，１６ｂを搭載したプリント基板１５ａ，１５ｂと異方向性熱伝導材よりなる伝導体１４ａ，１４ｂとの間にプリント基板１５ａ，１５ｂの凹凸や反りを吸収しながら電気的な絶縁を行うための柔軟性及び剥離性を有する熱伝導シートあるいはジェル層２１ａ，２１ｂを挟んだ構造である。
【００２７】
この結果、伝導体１４ａ，１４ｂの外側面に設けられ、柔軟性及び剥離性を有する熱伝導シートあるいはジェル層が設けられたので、更に、熱拡散能力と温度均一性が向上できるのみならず、プリント基板１５ａ，１５ｂと伝導体１４ａ，１４ｂが取付けられた液冷ヒートシンク１１の交換性が向上できる液冷ヒートシンク装置が得られる。
【００２８】
図４は、本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
図４は発熱源である電子部品１６ａ，１６ｂを搭載したプリント基板１５ａ，１５ｂと異方向性熱伝導材よりなる伝導体１４ａ，１４ｂの間にプリント基板１５ａ，１５ｂの凹凸や反りを吸収しながら電気的な絶縁を行うための柔軟性及び剥離性を有する熱伝導シートあるいはジェル３１ａ，３１ｂを挟み、かつ、異方向性熱伝導材よりなる伝導体１４ａ，１４ｂと液冷ヒートシンクの金属板１２との間にも熱伝導シートあるいはジェル３２ａ，３２ｂを挟み込んだ構造である。
【００２９】
この結果伝導体１４ａ，１４ｂの両面に設けられ、基板１５ａ，１５ｂと伝導体１４ａ，１４ｂと液冷ヒートシンクとの密着性と熱伝導性が向上され、柔軟性及び剥離性を有する熱伝導シートあるいはジェル層が設けられたので、更に、熱拡散能力と温度均一性が向上できるのみならず、プリント基板１５ａ，１５ｂと伝導体１４ａ，１４ｂと液冷ヒートシンク１１との交換性が向上できる液冷ヒートシンク装置が得られる。
【００３０】
図５は、本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
図５は発熱源であるプリント基板１５ａ，１５ｂに搭載された電子部品１６ａ，１６ｂを図５の縦方向グループ４１で分割冷却する構造である。
異方向性熱伝導材よりなる伝導体１４ｃ，１４ｄ，１４ｅのようにそれぞれのグループごとに分割されている為、異方向性熱伝導材料内での熱拡散が分割されたグループ間での影響を低減し、グループ内での温度を一定にすることができる構造である。
【００３１】
この結果、伝導体は所定個数に分割されて、この場合は、３個の伝導体１４ｃ，１４ｄ，１４ｅに分割されて、液冷ヒートシンク１１に取り付けられたので、熱拡散能力と温度均一性のみならず、分割されたグループ間での相互温度影響を低減できる液冷ヒートシンク装置が得られる。
【００３２】
図６は、本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
図６は発熱源であるプリント基板１５ａ，１５ｂに搭載された電子部品１６ａ，１６ｂを図６の横方向グループ５１で分割冷却する構造である。
【００３３】
異方向性熱伝導材よりなる伝導体１４ｆ，１４ｇ，１４ｈ，１４ｉのようにそれぞれのグループごとに分割されている為、異方向性熱伝導材料内での熱拡散が分割されたグループ間での影響を低減し、グループ内での温度を一定にすることができる構造である。
【００３４】
この結果、伝導体は所定個数に分割されて、この場合は、４個の伝導体１４ｆ，１４ｇ，１４ｈ，１４ｉに分割されて、液冷ヒートシンク１１に取り付けられたので、熱拡散能力と温度均一性のみならず、分割されたグループ間での相互温度影響を低減できる液冷ヒートシンク装置が得られる。
【００３５】
なお、前述の実施例においては、柔軟性及び剥離性を有する熱伝導シートあるいはジェル層２１ａ，２１ｂに付いて説明したが、これに限ることはなく、要するに、柔軟性及び剥離性を有する熱接合材であれば良い。
【００３６】
また、前述の実施例においては、ＩＣ等の半導体素子が取り付けられていると説明したが、これに限ることはなく、抵抗・コンデンサ・コイル・リレー等の電子部品全般を含むことは勿論である。
【００３７】
また、前述の実施例においては、電子部品は、プリント基板を介して液冷ヒートシンクに取付けられていると説明したが、これに限ることはなく、電子部品とプリント基板とが反転して、電子部品が液冷ヒートシンク側に配置されても良いことは勿論で、電子部品の搭載面は自由に選択することができる。
【００３８】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１の斜視組立図である。
【図３】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図４】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図５】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図６】本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
【図７】従来より一般に使用されている液冷ヒートシンクの従来例の構成説明図である。
【図８】図７のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１      液冷ヒートシンク
２      金属板
３      金属板
４      パイプ
５      パイプ収納溝
６      パイプ収納溝
１１    液冷ヒートシンク
１２    金属板
１３    金属パイプ
１４ａ  伝導体
１４ｂ  伝導体
１４ｃ  伝導体
１４ｄ  伝導体
１４ｅ  伝導体
１４ｆ  伝導体
１４ｇ  伝導体
１４ｈ  伝導体
１４ｉ  伝導体
１５ａ  プリント基板
１５ｂ  プリント基板
１６ａ  電子部品
１６ｂ  電子部品
２１ａ  熱伝導シートあるいはジェル層
２１ｂ  熱伝導シートあるいはジェル層
３１ａ  熱伝導シートあるいはジェル層
３１ｂ  熱伝導シートあるいはジェル層
３２ａ  熱伝導シートあるいはジェル層
３２ｂ  熱伝導シートあるいはジェル層
４１    縦方向グループ
５１    横方向グループ
【図１】
2008258513.tif 000003
【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】
2008258513.tif 000008
【図７】
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【図８】
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