(57)【要約】【課題】冷却効率の高効率化を図り、高い冷却効果を発揮し得る画期的な冷却モジュールを提供する。【解決手段】受熱部１，放熱部２，及びこの受熱部１の冷媒流路１Ａと放熱部２の冷媒流路２Ａとの間に冷媒ａを循環流通させる冷媒循環路３とを備えた冷却モジュールにおいて、冷却対象である発熱部品４を搭載した基板５の一方の基板面側から前記発熱部品４若しくは基板５に当接状態に配し前記発熱部品４の熱を受熱する前記受熱部１と、この受熱部１とは別に、前記基板５の他方の基板面側から前記発熱部品４若しくは基板５に当接状態に配し前記受熱部１とは反対側から前記発熱部品４の熱を受熱する第二の受熱部６とを備え、この受熱部１と第二の受熱部６とを熱的に接続し、この受熱部１と第二の受熱部６とにより前記発熱部品４の熱を両面側から受熱し、前記冷媒循環路３を循環流通する前記冷媒ａを介して前記放熱部２から放熱し得るように構成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を流す冷媒流路を有する受熱部及び放熱部と、この受熱部の冷媒流路と放熱部の冷媒流路との間に前記冷媒を循環流通させる冷媒循環路とを備えた冷却モジュールにおいて、冷却対象である発熱部品を搭載した基板の一方の基板面側から前記発熱部品若しくは基板に当接状態に配し前記発熱部品の熱を受熱する前記受熱部と、この受熱部とは別に、前記基板の他方の基板面側から前記発熱部品若しくは基板に当接状態に配し前記受熱部とは反対側から前記発熱部品の熱を受熱する第二の受熱部とを備え、この受熱部と第二の受熱部とを熱的に接続し、この受熱部と第二の受熱部とにより前記発熱部品の熱を両面側から受熱し、前記冷媒循環路を循環流通する前記冷媒を介して前記放熱部から放熱し得るように構成したことを特徴とする冷却モジュール。
【請求項２】
前記受熱部若しくは第二の受熱部は、高熱伝導性材料を介して前記発熱部品若しくは基板に当接状態に設ける構成としたことを特徴とする請求項１記載の冷却モジュール。
【請求項３】
前記第二の受熱部に前記冷媒を流す冷媒流路を設け、前記受熱部の冷媒流路とこの第二の受熱部の冷媒流路とを連通接続することで、この受熱部と第二の受熱部とを熱的に接続したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の冷却モジュール。
【請求項４】
前記受熱部と第二の受熱部との間にスペーサ部材を介存配設し、このスペーサ部材の内部に前記冷媒を流すスペーサ内流路を設け、このスペーサ部材を介存配設することで前記受熱部と第二の受熱部との間に所定の対向間隙を形成すると共に、このスペーサ部材のスペーサ内流路によって前記受熱部の冷媒流路と第二の受熱部の冷媒流路とを連通接続する構成としたことを特徴とする請求項３記載の冷却モジュール。
【請求項５】
前記第二の受熱部の一部を、高熱伝導性材料を介して前記冷媒流路を有する前記受熱部に当接状態に配すことで、この受熱部と第二の受熱部とを熱的に接続したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の冷却モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を循環させて電子装置を冷却する液冷モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子装置（発熱部品やこの発熱部品を搭載した基板）を冷却するモジュールとしては、例えば特許第３７８１０１８号公報に開示されるように、発熱部品の所定の一面に、冷媒流路を内部に有するプレート状の受熱部を固定し、この受熱部により前記発熱部品の熱を受熱し、冷却する構造（以下、従来例と呼ぶ）が一般的である。
【０００３】
【特許文献１】特許第３７８１０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような従来例の場合、前記受熱部を固定した前記熱源部品の所定の一面側では温度を効率的に低下させ得るものの、しかしこの受熱部を固定した面と反対の面側では温度が依然として高い場合がある。
【０００５】
つまり、片面（所定の一面）からの受熱では、どうしても受熱部を固定する面と、反対面との間に温度勾配が発生し、最大限の受熱効率が得られず、これがひいては冷却効率の低減を招くという問題を有した。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決し、冷却効率の高効率化を図り得る画期的な冷却モジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【０００８】
冷媒ａを流す冷媒流路１Ａ，２Ａを有する受熱部１及び放熱部２と、この受熱部１の冷媒流路１Ａと放熱部２の冷媒流路２Ａとの間に前記冷媒ａを循環流通させる冷媒循環路３とを備えた冷却モジュールにおいて、冷却対象である発熱部品４を搭載した基板５の一方の基板面側から前記発熱部品４若しくは基板５に当接状態に配し前記発熱部品４の熱を受熱する前記受熱部１と、この受熱部１とは別に、前記基板５の他方の基板面側から前記発熱部品４若しくは基板５に当接状態に配し前記受熱部１とは反対側から前記発熱部品４の熱を受熱する第二の受熱部６とを備え、この受熱部１と第二の受熱部６とを熱的に接続し、この受熱部１と第二の受熱部６とにより前記発熱部品４の熱を両面側から受熱し、前記冷媒循環路３を循環流通する前記冷媒ａを介して前記放熱部２から放熱し得るように構成したことを特徴とする冷却モジュールに係るものである。
【０００９】
また、前記受熱部１若しくは第二の受熱部６は、高熱伝導性材料７を介して前記発熱部品４若しくは基板５に当接状態に設ける構成としたことを特徴とする請求項１記載の冷却モジュールに係るものである。
【００１０】
また、前記第二の受熱部６に前記冷媒ａを流す冷媒流路６Ａを設け、前記受熱部１の冷媒流路１Ａとこの第二の受熱部６の冷媒流路６Ａとを連通接続することで、この受熱部１と第二の受熱部６とを熱的に接続したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の冷却モジュールに係るものである。
【００１１】
また、前記受熱部１と第二の受熱部６との間にスペーサ部材８を介存配設し、このスペーサ部材８の内部に前記冷媒ａを流すスペーサ内流路８Ａを設け、このスペーサ部材８を介存配設することで前記受熱部１と第二の受熱部６との間に所定の対向間隙を形成すると共に、このスペーサ部材８のスペーサ内流路８Ａによって前記受熱部１の冷媒流路１Ａと第二の受熱部６の冷媒流路６Ａとを連通接続する構成としたことを特徴とする請求項３記載の冷却モジュールに係るものである。
【００１２】
また、前記第二の受熱部６の一部を、高熱伝導性材料を介して前記冷媒流路１Ａを有する前記受熱部１に当接状態に配すことで、この受熱部１と第二の受熱部６とを熱的に接続したことを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の冷却モジュールに係るものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は上述のように、受熱部と第二の受熱部とにより、発熱部品の両面側（二面側）から夫々受熱を行う構成としたから、単に発熱部品の所定の一面側から受熱する従来例と比較して、発熱部品に温度勾配が生じにくくそれだけ高い受熱効率で発熱部品の熱を効率的に受熱部及び第二の受熱部に受熱できる。
【００１４】
従って、それだけ従来例と比較して冷却効率の高効率化を図り得、これまでにない高い冷却効果を発揮できる秀れた冷却モジュールとなる。
【００１５】
また、請求項２記載の発明においては、高熱伝導性材料を介して前記受熱部若しくは第二の受熱部と、前記発熱部品若しくは基板とを高効率に熱接続でき、それだけ受熱効率を一層高めることができる。
【００１６】
また、請求項３，４記載の発明においては、受熱部の冷媒流路と、第二の受熱部の冷媒流路とを連通接続する構成としたから、受熱部と第二の受熱部とを一層高効率に熱接続できる。また受熱部は勿論、第二の受熱部においても冷媒冷却による高い冷却効果を発揮できるから、一層効率的に基板や発熱部品の冷却を行える。
【００１７】
また特に、請求項４記載の発明においては、受熱部と第二の受熱部との間に介存配設したスペーサ部材により、この受熱部と第二の受熱部との間に所望の対向間隙を簡単に形成できることは勿論、しかもこのスペーサ部材のスペーサ内流路により、前記受熱部の冷媒流路と第二の受熱部の冷媒流路との連通接続も達成できる。即ち、例えばスペーサ部材のサイズを適宜設計変更することで、受熱部と第二の受熱部との対向間隙を例えば基板や発熱部品の形状に応じた適宜な対向間隙に簡単に設定でき、尚且つ両者の冷媒流路同志の連通接続も同時に達成できる秀れた構造となる。
【００１８】
また、請求項５記載の発明においては、受熱部と第二の受熱部とを高熱伝導性材料を介して高効率に熱接続している為、たとえ第二の受熱部には冷媒流路を設けずとも、この第二の受熱部の熱を前記冷媒流路を有する受熱部へ、そしてこの受熱部から冷媒を介して前記放熱部へと良好に伝えることができ、よって、たとえ第二の受熱部には冷媒流路を設けない構成とした場合でも確実に高い冷却効果を発揮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
好適と考える本発明の実施形態（発明をどのように実施するか）を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
【００２０】
本発明は、冷却対象の熱を受熱部１により受熱してこの受熱部１の冷媒流路１Ａを流れる冷媒ａへと吸収させ、この冷媒ａを冷媒循環路３を介して放熱部２の冷媒流路２Ａへと循環流通し、この放熱部２から冷媒ａを放熱させる冷媒冷却型の冷却モジュールに関するものである。
【００２１】
冷却対象である発熱部品４を搭載した基板５の一方の基板面側から前記発熱部品４若しくは基板５に当接状態に前記受熱部１を配し、前記発熱部品４の熱を受熱する。
【００２２】
また、前記基板５の他方の基板面側からも、前記発熱部品４若しくは基板５に当接状態に前記受熱部１とは別の第二の受熱部６を配し、前記受熱部１とは反対側から前記発熱部品４の熱を受熱する。
【００２３】
即ち本発明では、前記基板５の両面側から前記発熱部品４を挟むように配した受熱部１と第二の受熱部６とにより、発熱部品４の両面側（二面側）から受熱する。
【００２４】
従って、上述した従来例のように、単に発熱部品４の所定の一面側からのみ受熱を行う場合、どうしても発熱部品４に温度勾配が発生し易くそれだけ受熱効率が低減するという問題を有するが、この点本発明のように発熱部品４の両面側（二面側）から受熱する場合、発熱部品４の温度勾配が少なく、それだけ従来例に比較して高い受熱効率が得られ、ひいては冷却効率の高効率化を図り得ることとなる。
【００２５】
また、受熱部１と第二の受熱部６とは熱的に接続しておくことで、たとえ第二の受熱部６には冷媒ａの流路を設けずとも、この第二の受熱部６で受熱した熱は前記受熱部１を介してこの受熱部１の冷媒流路１Ａを流れる冷媒ａに吸収せしめ前記放熱部２から放熱させることができる。尚、例えば後述の実施例のように、第二の受熱部６にも冷媒ａを流す冷媒流路６Ａを設け、受熱部１の冷媒流路１Ａと、第二の受熱部６の冷媒流路６Ａとを連通接続せしめた構成とすれば、より一層高い冷却効率（冷媒冷却効果）が得られることとなる。
【００２６】
また更に、例えば後述の実施例のように、受熱部１と第二の受熱部６との間にスペーサ部材８を介存配設し、このスペーサ部材８の内部に前記冷媒ａを流すスペーサ内流路８Ａを設け、このスペーサ部材８を介存配設することで前記受熱部１と第二の受熱部６との間に所定の対向間隙を形成すると共に、このスペーサ部材８のスペーサ内流路８Ａによって前記受熱部１の冷媒流路１Ａと前記第二の受熱部６の冷媒流路６Ａとを連通接続する構成とした場合には、受熱部１と第二の受熱部６との対向間隙を、前記スペーサ部材８により簡単に設定できることとなる。即ち、スペーサ部材８のサイズを適宜設計することで、前記受熱部１と第二の受熱部６との対向間隙を、例えば基板５や発熱部品４の厚み（高さ）形状に応じた所望の対向間隙に簡単に設定でき、その上、この受熱部１の冷媒流路１Ａと第二の受熱部６の冷媒流路６Ａとの連通接続もスペーサ部材８のスペーサ内流路８Ａによって達成でき、よって様々なサイズ形状の電子装置に良好に対応できる一層秀れた構造となる。
【実施例】
【００２７】
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００２８】
本実施例は、冷媒ａを流す冷媒流路１Ａ，２Ａを有する受熱部１及び放熱部２と、この受熱部１の冷媒流路１Ａと放熱部２の冷媒流路２Ａとの間に前記冷媒ａを循環流通させる冷媒循環路３とを備えた冷却モジュールにおいて、冷却対象である発熱部品４を搭載した基板５の一方の基板面側から前記発熱部品４若しくは基板５に当接状態に配し前記発熱部品４の熱を受熱する前記受熱部１と、この受熱部１とは別に、前記基板５の他方の基板面側から前記発熱部品４若しくは基板５に当接状態に配し前記受熱部１とは反対側から前記発熱部品４の熱を受熱する第二の受熱部６とを備え、この受熱部１と第二の受熱部６とを熱的に接続し、この受熱部１と第二の受熱部６とにより前記発熱部品４の熱を両面側から受熱し、前記冷媒循環路３を循環流通する前記冷媒ａを介して前記放熱部２から放熱し得るように構成した冷却モジュールである。
【００２９】
以下、本実施例の各部を具体的に説明する。
【００３０】
図１は、冷却対象となる電子装置、即ち発熱部品４を搭載した基板５に設けた冷却モジュールの説明斜視図である。
【００３１】
図中，符号10は冷媒循環用のポンプ10、符号11は冷媒用のタンク11であり、冷媒循環路３に、チューブ12や継ぎ手13により接続している。
【００３２】
具体的な構造は後述するが、受熱部１と第二の受熱部６とは、内部に冷媒流路１Ａ，６Ａを有するプレート状に構成されており、熱源部品４の上側にして基板５の上側に基板面に沿って受熱部１を配し、一方、熱源部品４の下側にして基板５の下側に基板面に沿って第二の受熱部６を配している。この受熱部１と第二の受熱部６との間にはスペーサ部材８（ブリッジ）を介存配設しており、このプレート状の両者を互いに平行方向にして所定の対向間隙を介して前記熱源部品４の上下面側に配している。
【００３３】
また、この受熱部１と第二の受熱部６とを夫々、高熱伝導性材料７を介して発熱部品４若しくは基板５に当接状態に設けている。具体的には、受熱部１の下面を高熱伝導性材料７を介して熱源部品４の上面に密着状態に配し、一方、第二の受熱部６の上面を高熱伝導性材料７を介して発熱部品４の下面側にして基板５の下面に密着状態に配し、この発熱部品４を搭載した基板５と受熱部１及び第二の受熱部６とを密着一体化している。尚、高熱伝導性材料７とは、一般にＴＩＭ（サーマルインターフェースマテリアル）と称され、高い熱伝導性を有する例えば放熱シートやシリコングリスなどの材料のことである。
【００３４】
また、放熱部２は、前記第二の受熱部６の下面側にスペーサ部材17を介して一体に設けている。
【００３５】
本実施例の冷媒循環路３は、受熱部１の冷媒流路１Ａ，第二の受熱部６の冷媒流路６Ａ及び放熱部２の冷媒流路２Ａに冷媒ａを循環させるべく、図４に図示したように一筆書き（直列）の循環系を成す構成である。
【００３６】
受熱部１，第二の受熱部６及び放熱部２は夫々プレート状に構成すると共に内部に冷媒流路１Ａ，６Ａ，２Ａを有する。具体的には、図３に図示したようにミアンダ状などにスリット14Ａを形成した板（冷媒流路形成用板14）の上下に、蓋板15を積層することにより、冷媒ａを流す冷媒流路１Ａ，６Ａ，２Ａを形成した構成とする。
【００３７】
特に、受熱部１及び第二の受熱部６の受熱側（発熱部品４と相対する面側）の蓋板15は、銅などの良熱伝導金属を採用し、他の部分は高耐熱性の樹脂を採用する。また各板14，15の接着は高耐熱性の接着剤（本実施例では高耐熱性の接着シート16）を採用する。
【００３８】
また、受熱部１と第二の受熱部６とはスペーサ部材８と積層一体化しており、このスペーサ部材８には上下に貫通する穴を形成して成るスペーサ内流路８Ａを設けており、図４に図示したように、このスペーサ部材８のスペーサ内流路８Ａの一端と前記受熱部１の冷媒流路１Ａ，及びこのスペーサ内流路８Ａの他端と前記第二の受熱部６の冷媒流路６Ａとを接続することでこの各冷媒流路１Ａ，６Ａ同志を連通接続状態に設けている。
【００３９】
また、同様に第二の受熱部６と放熱部２との間に介存配設する前記スペーサ部材17にも上下に貫通する穴を形成して成るスペーサ内流路17Ａを設けて、このスペーサ内流路17Ａの一端と第二の受熱部６の冷媒流路６Ａ，及びこのスペーサ内流路17Ａの他端と前記放熱部２の冷媒流路２Ａとを接続している。
【００４０】
更に、本実施例では、図２に図示したように、プレート状の第二の受熱部６を前記基板５と対向する位置から横方に延設し、その上面に前述の冷媒循環用のポンプ10やタンク11を設置し、これらをチューブ12や継ぎ手13などを介してこの第二の受熱部６の冷媒流路２Ａと接続した構成とする。
【００４１】
以上のように構成した冷媒循環路３は、図２及び図４に図示したように、冷媒ａがポンプ10の押し出しにより前記スペーサ部材８のスペーサ内流路８Ａを介して発熱部品４の上面に接する前記受熱部１の冷媒流路１Ａを循環し、次いで前記スペーサ部材８のスペーサ内流路８Ａを介して発熱部品４の下面に接する前記第二の受熱部６の冷媒流路６Ａを循環する。その後、冷媒ａは第二の受熱部６の前記基板５と対向する位置から横方に延設した部位に循環し、前記スペーサ部材17のスペーサ内流路17Ａを介してプレート状の放熱部２の冷媒循環路２Ａを循環経由した後に再び前記スペーサ部材17のスペーサ内流路17Ａを介して前記タンク11を廻り、再び上記の通り前記ポンプ10の押し出しにより各流路へと循環される。
【００４２】
従って、基板５の両面側にして発熱部品４の上下両面側に設けた受熱部１及び第二の受熱部６によって発熱部品４から受熱し、その熱を冷媒ａに吸収せしめ、この冷媒ａを前記放熱部２の冷媒流路２Ａに循環させ、効率的に放熱を実施できる。
【００４３】
図５は、本実施例の効果を確認した実験例の実験結果であり、本実施例の冷却モジュール単体で発熱部品４を上下両面側から受熱する場合と、片面からのみ受熱する場合の発熱部品４の温度上昇を比較して示したものである（片面のみ受熱では、発熱部品４に受熱部１及び第２の受熱部６を当接状態のまま、冷媒ａの循環有無を各面個別に制御したものである）。
【００４４】
尚、具体的な実験例の仕様及び実験条件は下記の通りである。                      
冷媒循環路３の平均流路断面積：  ７．５ｍｍ２
電子装置（発熱部品４を搭載した基板５）の消費電力：  １４Ｗ
熱源部品４のサイズ：  ２５ｍｍ２×２ｍｍ厚
周囲温度：  １９．０℃
冷媒初期温度：  ２４℃
冷媒：  水
平均流量：  １５０ｍｌ／ｍｉｎ
熱源部品４温度測定点：発熱部品４のケース端面において測定
電子装置と受熱部１，第二の受熱部６とのコンタクト：  各面とも５．０Ｗ／ｍ・Ｋの放熱シート（２５ｍｍ２×０．５ｍｍ厚）を介してコンタクト
【００４５】
図５からわかるように、発熱部品４に対していずれか一方の面側からの片面受熱よりも、両面側から受熱することで約５℃乃至２５℃の温度低減の効果が確認された。即ち、本実施例により、効率的な受熱効果を持つ冷却モジュールを提供できる。
【００４６】
尚、本発明は、本実施例に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。
【００４７】
本実施例では、上下、両側の受熱部（受熱部１，第二の受熱部６）とも冷媒流路１Ａ，６Ａを持っているが、第二の受熱部６には冷媒流路６Ａを設けず、銅等の良好な熱伝導率をもつプレートを他方の冷媒流路１Ａを有する側の受熱部１に高熱伝導性材料（ＴＩＭ）にて接着または接触させる構成としても良い。また本実施例では、発熱部品４の上面側を受熱部１とし、発熱部品４の下面側にしてポンプ10やタンク11などが設置される側を第二の受熱部６としているが、反対に発熱部品４の下面側を受熱部１，上面側を第二の受熱部６とし、例えば上記の通りこの発熱部品４の上面側の第二の冷媒流路６には冷媒流路６Ａを設けず前記受熱部１に高熱伝導性材料により熱的に接続する構成としても良い。また、受熱部１と第二の受熱部６の二体に限らず第三や第四の受熱部を設けても良い。
【００４８】
本実施例では、冷媒循環路３の構造が図２や図４に図示した通り一筆書き，即ち直列の循環系を有しているが、例えば各受熱部１，第二の受熱部６の各冷媒流路１Ａ，６Ａの前で流路が並列に分岐した構造としても良い。
【００４９】
また、放熱部２はプレート状に限らず、放熱性に秀れた形態であればその形状は問わない。
【００５０】
また、図示した本実施例では、冷却対象たる発熱部品４が一体であるが、複数であっても前記受熱部１，第二の受熱部６の冷媒流路１Ａ，６Ａの近傍（直下か直上）である熱源部品４であれば対応可能であることは言うまでもない。
【００５１】
また、冷媒ａも水に限定されるものではなく、例えば熱伝導性の高い冷媒液や冷媒気体を様々採用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施例に係る冷却モジュールの説明斜視図である。
【図２】本実施例に係る冷却モジュールの説明正断面図である。
【図３】本実施例に係る冷却モジュールの受熱部１，第二の受熱部６及び放熱部２の構造を示す概略説明分解図である。
【図４】本実施例に係る冷却モジュールの説明分解斜視図である。
【図５】本実施例の比較実験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  受熱部
１Ａ  冷媒流路
２  放熱部
２Ａ  冷媒流路
３  冷媒循環路
４  発熱部品
５  基板
６  第二の受熱部
６Ａ  冷媒流路
７  高熱伝導性材料
８  スペーサ部材
８Ａ  スペーサ内流路
ａ  冷媒
【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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