(57)【要約】【課題】電子機器に搭載される発熱体の冷却にあたり電子機器の装着性の容易化や、設置姿勢等にかかわらず冷却性能の安定化を実現する小型の冷却装置を提供する。【解決手段】受熱部材を保持する第１の保持部材４と、タンク８とポンプ９を並べて載置する第２の保持部材７を積層対向して配置して一体構成を図り、第１の保持部材４の複数の固定用ボルト５が形成する投影平面内にタンク８とポンプ９を配置する構成としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体に熱接続され、内部を通流する冷媒液に受熱させる受熱部材と、該受熱部材によって受熱した熱を前記冷媒液によって移送し、移送された前記冷媒液の熱を放熱する放熱部材と、前記冷媒液を循環駆動するポンプと、前記冷媒液を滞留するタンクを有する電子機器用の冷却装置において、
前記受熱部材は、第１の保持部材の下面側平面部において保持され、
前記ポンプおよび前記タンクは、第２の保持部材の上面側平面部に載置して保持され、
前記第２の保持部材は、前記第１の保持部材の上方において、前記第２の保持部材の前記ポンプおよび前記タンクを載置した面の裏面の平面部を、前記第１の保持部材の前記受熱熱部材を載置した面の裏面の平面と対向する形で配置され、前記第１の保持部材に係合させ積層構成とされ、
前記第１の保持部材は、前記電子機器の前記発熱体に熱接続させるために少なくとも３本の固定用ボルトによって前記発熱体を搭載した回路基板または前記電子機器のシャーシに固定され得る構成とされたことを特徴とする電子機器用の冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子機器用の冷却装置であって、
前記タンクおよび前記ポンプは、前記受熱部材を取り付けた前記第１の保持部材の上部において、前記タンクと前記ポンプとは第２の保持部材上に並列に位置した形で保持され、前記受熱部材を取り付けた前記第1の保持部材の上部において載置されるとともに、前記第１の保持部材の複数の前記固定用ボルトを頂点とする多角形平面内に、前記タンクおよび前記ポンプの全平面形状を収容するように載置される構成とされたことを特徴とする電子機器用の冷却装置。
【請求項３】
請求項１に記載の冷却装置であって、
前記第２の保持部材は、前記第１の保持部材と振動緩衝部材を介して係合されていることを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器の発熱体の冷却装置に係わり、小型構造で冷却性能の安定化された電子機器用の冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器は、ＣＰＵに代表される半導体集積回路を備えている。この半導体集積回路は、処理の高速化に対応するために急速に高集積化を歩んでおり、それに伴う発熱量も増大している。半導体集積回路は、所定の温度以上になると半導体が所有する性能を発揮できなくなるばかりか、破壊される。即ち、電子機器において、半導体集積回路等の温度を抑制するように冷却することは必須の要件である。
電子機器は携帯型の開発や、据置型においても小型化、スリム化の開発が促進され、冷却装置の搭載スペースは大きく限定されている。
【０００３】
従来、半導体集積回路等の冷却は、ヒートシンクを発熱体である半導体集積回路に直接固定して、ファンにより通風して冷却する空冷方式で行われていた。このため高発熱体に対応して冷却性能を上げるにはファンによる通風性能に依存することになる。しかし、空冷方式によると、電子機器の小型化に伴う高密度実装化による半導体集積回路の周辺スペースの縮小もあって、発熱体の高発熱化に対応して冷却性能をあげるための大形ファンの搭載が困難な状況にある。そのため搭載可能な小型ファンで冷却することとなり、この場合にはファンの高速回転によって風量を増加する。これは、ファンの高速回転に伴う騒音も増大することを意味する。
【０００４】
この問題を解決するために、近年、大いに注目されてきた冷却方法として液冷方式がある。この液冷方式は、フレキシブルな配管等によって接続された受熱部材と放熱部材間で冷媒液を循環するため、受熱部材と放熱部材との配置位置関係を比較的自由に設定できる。また、放熱部材の形状や大きさの設定の制約も比較的少ないため冷却性能の向上が図りやすい。さらに、放熱部材の冷却構造等によってファンの小型化も可能となる。この結果、冷却時の騒音も軽減できる。
【０００５】
電子機器の小型化は、この液冷装置の小型化に影響する状況にあるため液冷装置のコンパクト化が検討されている。例えば、特許文献１および特許文献２には、空冷方式の冷却装置と置き換えやすい積層タイプによる小型の冷却装置が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１５１６３８号公報
【特許文献２】特開２００５−１０００９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ただ、上記したような従来技術においては、解決しなければならない課題がある。
特許文献１に開示されている冷却モジュールは、ＣＰＵの消費電力の相違に対応して、ファンによる空冷方式の冷却モジュールに換えて液冷方式の冷却モジュールを置き換えが可能なように構成した発明である。受熱部材である冷却ヒートシンクの上部にポンプを載置した一体構成とし、装置への着脱の容易性の向上と、冷媒の循環用配管を短くしてコンパクト化を実現している。この構成によって空冷装置の搭載されていたスペースにおいて、空冷装置との置き換えを可能にしたものである。特許文献１では、ポンプの駆動時に生じる振動の影響を抑制するために振動吸収部材等を介して保持する構成としている。しかし、受熱部材とポンプを一体構成とするための保持の方法や手段などの詳細な記載は無い。
【０００８】
また、特許文献２に開示されている冷却モジュールは、冷却ジャケット（受熱部材）の上方にポンプとリザーブタンクを積層して設置し、さらに、その上方にラジエータを設置する積層構造として各部材を一体構成にしたものである。ここで、各部材を積層するために高さ方向の寸法が増大する問題に対して、ラジエータの一部を分割して側部に折り曲げた形で配置することにより積層構造としながら全体の高さを抑制し一体型の液冷モジュールの構造を堅持させている。よって、各部材を積層配置の一体型の液冷モジュールとしながらも、高さ方向の制限を有する電子機器に対して、空冷方式の冷却モジュールとの置き換えを可能にしている。また、各部材を近接して積層配置しているために各部材間の循環流路を構成する接続用の配管も短くできるメリットを有している。しかし、発熱体と熱接続された受熱部材の周辺部分に張り出したラジエータ等によって、回路基板上で発熱体の周辺に配置する部品に対しては、高さ形状等の制約を呈することになる。さらには、比較的大きな部材で重量を有するラジエータが一体構成の液冷モジュールの取り付け位置から離れた側面位置に配置される。このために、電子機器の据え置き姿勢などによっては、受熱部材を固定したネジへの加重モーメントが大きくなり、各ネジへの荷重負担が異なる状況となる。このような取り付け位置と荷重の位置とがずれて一体構成とした液冷モジュールにおいては、液冷モジュールの取り付け状態において発熱体と受熱部材の熱接触を安定に維持するためには、受熱部材の取り付け部材の強度や精度への配慮を要求することになる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題は、発熱体に熱接続され、内部を通流する冷媒液に受熱する受熱部材と、受熱部材によって受熱した熱を冷媒液によって移送し、移送された冷媒液の熱を放熱する放熱部材と、冷媒液を循環駆動するポンプと、冷媒液を滞留するタンクを有し、受熱部材は、第１の保持部材の下面側平面部において保持され、ポンプおよびタンクは、第２の保持部材の上面側平面部に載置して保持され、第２の保持部材は、第１の保持部材の上方において、第２の保持部材のポンプおよびタンクを載置した面の裏面の平面部を、第１の保持部材の受熱熱部材を載置した面の裏面の平面と対向する形で配置され、第１の保持部材に係合させ積層構成とされ、第１の保持部材は、電子機器の発熱体に熱接続させるために少なくとも３本の固定用ボルトによって前記発熱体を搭載した回路基板または前記電子機器のシャーシに固定され得る構成とされている電子機器用の冷却装置により、解決できる。
【発明の効果】
【００１０】
電子機器に搭載された高発熱体を冷却するに際し、小型でかつ冷却性能の安定維持を図れる冷却装置が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ここで、図１は、冷却装置の概要構成を示す正面図である。図２は、冷却装置の概要構成を示す平面図である。図３は、冷却装置の概要構成を一部分解して示す斜視図である。
【００１２】
図１および図２において、電子装置のシャーシ２１に基台２２を介して固定された回路基板１には、半導体集積回路２が接続されている。ここでは、半導体集積回路２が発熱体である。半導体集積回路２の上部には、半導体集積回路２と熱接続して冷媒で受熱する受熱部材３が当接されている。この受熱部材３は、内部に冷媒の通流する流路を有し、ポンプ９が冷媒を貯留しているタンク８から、吸い込んだ冷媒をこの流路に流し、シャーシ２１に取り付けられた放熱部材１０に排出する構成をとっている。
【００１３】
受熱部材３は、その上面で第１の保持部材４によって抑えられている。保持部材４は、その足部４ａを貫通し、シャーシ２１とねじ止めされた４本のボルト５と、スプリング６を介して、固定されている。この構成によって、スプリング６の戻り力で、受熱部材３は半導体集積回路３との位置ずれを吸収して、熱接続を確実として、半導体集積回路２に押し付けられて固定される。
【００１４】
第１の保持部材４の上面には、第１の保持部材４とほぼ平行な面を有する第２の保持部材７が取り付けられている。この第２の保持部材７の上面には、タンク８と、ポンプ９とが固定されている。タンク８とポンプ９、ポンプ９と受熱部材３、受熱部材３と放熱部材１０、放熱部材１０とタンク８は、いずれも配管１１で接続され、上述した順序で、冷媒を循環させる。
この冷却装置の受熱部材３とタンク８とポンプ９は一体的に組み付けられた構成としている。
【００１５】
ここで、各部材の詳細を順に説明する。図１において回路基板１はシャーシ２１上に設けられた基台２２上に載置されている。回路基板１にはＣＰＵである半導体集積回路２を搭載している。よって、電子機器に搭載されている半導体集積回路２の水平平面は、シャーシ、回路基板１を載置する基台、および回路基板１の各寸法のばらつきによって一般的にはわずかながら傾きを生じることになる。この傾きをもって配置された半導体集積回路２と受熱部材３の熱接続は、両部材の間に熱伝導グリース等を介した状態で、受熱部材３を取り付けた第１の保持部材４の保持部４ａ（図２）において複数本のボルト５でスプリング６の押圧力を利用してシャーシに固定して確実に行うようにしている。この熱接続によって受熱部材３の内部の流路に通流する冷媒で受熱する。ここで、ボルト５によって第１の保持部材４はシャーシへの固定ではなく、回路基板１であっても良い。
【００１６】
この受熱部材３を半導体集積回路３に熱接続する第１の保持部材４をシャーシに固定することは、すなわち、一体構造とした液冷方式の冷却装置を電子機器に装着することである。
【００１７】
図２において、タンク８は、内部に冷媒を貯留可能としたものであり、循環冷媒の補充を行うとともに循環中の冷媒時に混入した蒸気等による気泡を分離する。電子機器の使用年限に対応する冷却装置として機能するに足りる必要最小限度の冷媒量を供給するために所定の容量を有する略矩形状の構造としている。冷媒の貯留重量を勘案すると、床面積が広く、高さが低い扁平形状のタンクが設置上で安定性に優れる。しかし、側面に設けた冷媒流出口以下の冷媒は有効に使用できないため、冷媒流出路口より上部においてある程度の高さ寸法を有するタンクである必要がある。しかし、余り高くすると取り付けの安定性に問題を呈することになる。このようなタンク形状の要求に対応しながら、タンク形状は設定される。さらに、このタンク８は、冷媒の受熱による体積膨張等の圧力増加による強度確保のために、外壁部に図示しないリブ構造等を備えている。このリブ構造はタンク８を第２の保持部材７に取り付ける際の位置決め、あるいは取り付けの係止部として利用することができる。
【００１８】
次にポンプ９は、受熱部材３で受熱した冷媒を放熱部材１０まで移送して、放熱部材１０で放熱し、また、放熱した冷媒を受熱部材３まで移送して両部材間で冷媒を循環駆動する。ここで、受熱部材３で半導体集積回路２の発熱温度を十分に受熱するためには、通流する冷媒をできる限り大容量で駆動することが望まれる。しかし、大容量を駆動するためのポンプ９は当然の如く大形化となることは必定であるので、ポンプ９の形状、設置場所の選定は冷却装置の小型化の観点から重要である。
【００１９】
ここで、所定の容量のタンク８と所定の冷媒駆動量を有するポンプ９を一体構造の冷却装置として構成するために、タンク８とポンプ９を受熱部材３の上で並列（非積層）に並べて配置する。ここで、図１の高さ方向の寸法を抑制するためには、単に両部材を互いに並べて配置するだけでなく、少なくともタンク８の高さ方向の寸法は、タンク８を水平に寝かせてその上にポンプ９を重ねた寸法よりも小さくしている。冷媒排出路口がタンク８の側面に設置されている場合には、タンク８の冷媒排出路口より下側に貯留された冷媒は排出できないため、下面より高い位置に冷媒排出口を設けた場合、タンク８を水平に寝かせた形で配置することは、タンク８の容量に対して冷媒の補給を有効に行えない冷媒の量の比率を増加することになるので好ましくない。従って、できる限り水平面（ｘｙ面）内の面積を小さくすることが好ましい。
【００２０】
図２において、タンク８およびポンプ９のｘｙ面内の形状は受熱部材３を保持する第１の保持部材４の複数本のボルト５を頂点とする多角形の投影平面積よりも小さくしている。また、この結果、保持部材４のシャーシへの取り付けの容易性を損ねる構成配置や、回路基板１上で他の電子部品の搭載を阻害する構成となることを回避させている。
【００２１】
ここで、タンク８とポンプ９は第２の保持部材７の上にｘ方向に並べて載置されて取り付けられており、第２の保持部材７は、第１の保持部材４と第２の保持部材４の保持平面とは反対の平面を水平対向して配置して、第１の保持部材４に第２の保持部材７の足部７ａの高さだけ離されて係合されている。
【００２２】
図３において、この係合は、第１の保持部材４と第２の保持部材７との間にＯリング等の振動緩衝部材２３を介してボルト／ナットで保持される。この振動緩衝部材２３の材質／硬度は、ポンプ９の振動周波数および振動許容量により設定する。ポンプ９の振動量が小さい場合には、第１の保持部材４と第２の保持部材７とを振動緩衝部材２３を介さず直接係合することも可能である。これは、受熱部材３の保持部材４とポンプ９の保持部材７を別部材とすることでポンプ９の振動が受熱部材３へ伝播しないように抑制しているからである。なお、振動緩衝部材２３を介してボルト／ナットで固定するとき、ダブルナットとして、ゆるみ止めを施すことがより好ましい。
【００２３】
この冷却装置における放熱部材１０は、図１、図２および図３に示されるように、一体構成とされた受熱部材３、タンク８、およびポンプ９とは別体で配管１１によって接続され、電子機器のシャーシ２１に取り付け、筐体の外部に放熱可能な構成に成されている。この放熱部材１０は、冷却装置として搬送される場合には、一体構成された第１の保持部材４、あるいは第２の保持部材７の一部に仮止めして係合されて一体構成とされていれば、電子機器への取り付け時における搬送においても取り扱い性が向上されるものである。
【００２４】
上述した実施例では、第２の保持部材７は第１の保持部材４と４箇所の足部７ａで固定されているが、足部の数は３箇所でも５箇所以上でも良い。この場合、複数箇所の足部を頂点とする多角形の内側の第２の保持部材上に、タンク８とポンプ９を載置すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】冷却装置の概要構成を示す正面図である。
【図２】冷却装置の概要構成を示す平面図である。
【図３】冷却装置の概要構成を一部分解して示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２６】
１…回路基板、２…発熱体、３…受熱部材、４…第１の保持部材、５…ボルト、６…スプリング、７…第２の保持部材、８…タンク、９…ポンプ、１０…放熱部材、１１…配管、２１…シャーシ、２２…基台、２３…振動緩衝部材。
【図１】
2007242822.tif 000003
【図２】
2007242822.tif 000004
【図３】
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