(57)【要約】【課題】複数の通信モジュールの間の温度差を低減できる電子機器を得ること。【解決手段】電子機器は、冷却液が流れる主流路を内部に有する冷却板と、前記冷却板の一主面に前記主流路に沿って配された複数の通信モジュールとを備え、前記複数の通信モジュールのそれぞれは、前記主流路から分配された冷却液がそれぞれ流れる複数のマイクロチャネル流路を内部に有するマイクロチャネルヒートシンクと、前記マイクロチャネルヒートシンクに接触された被冷却素子とを有し、第１の通信モジュールにおけるマイクロチャネル流路は、前記第１の通信モジュールより上流側に配された第２の通信モジュールにおけるマイクロチャネル流路より細い。【選択図】図２
2012222234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却液が流れる主流路を内部に有する冷却板と、
前記冷却板の一主面に前記主流路に沿って配された複数の通信モジュールと、
を備え、
前記複数の通信モジュールのそれぞれは、
前記主流路から分配された冷却液がそれぞれ流れる複数のマイクロチャネル流路を内部に有するマイクロチャネルヒートシンクと、
前記マイクロチャネルヒートシンクに接触された被冷却素子と、
を有し、
第１の通信モジュールにおけるマイクロチャネル流路は、前記第１の通信モジュールより上流側に配された第２の通信モジュールにおけるマイクロチャネル流路より細い
ことを特徴とする電子機器。
【請求項２】
第１の通信モジュールにおけるマイクロチャネル流路の数は、前記第１の通信モジュールより上流側に配された第２の通信モジュールにおけるマイクロチャネル流路の数より多い
ことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記複数の通信モジュールのそれぞれは、
前記主流路と前記複数のマイクロチャネル流路とを連通する複数の第１の連通路と、
前記複数の第１の連通路より下流側で、前記主流路と前記複数のマイクロチャネル流路とを連通する複数の第２の連通路と、     
をさらに有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なフェーズドアレイアンテナ（ＡＰＡＡ）は、素子アンテナ、通信モジュール（例えば、送信モジュール又は送受信モジュール）、給電回路、アンテナ筐体などから構成されている。そして、この通信モジュールの内部には、ＦＥＴやＭＭＩＣなどの半導体素子で構成される高出力増幅器（ＨＰＡ）が搭載されている。ＦＥＴやＭＭＩＣなどの半導体素子はその動作に伴い発熱するため、通信モジュールを安定に動作させるためには、通信モジュールにおける半導体素子を冷却する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通信モジュールにおける半導体素子を冷却するための構造として、冷却液が流れる主流路を内部に有する冷却板を設け、この冷却板上に主流路に沿って複数の通信モジュールを配置したものを考える。この構造では、上流側に配された通信モジュールの近傍から下流側に配された通信モジュールの近傍へ冷却液を流して冷却しており、この冷却液は下流側へいくほどに高発熱部品である半導体素子から熱を吸収して温度が上昇する。すると、上流側に配された通信モジュールに比べて下流側に配された通信モジュールの冷却が不十分となり、複数の通信モジュールの間で温度分布の勾配が生じ、複数の通信モジュールの間で半導体素子の電気特性にばらつきが生じる傾向にある。これにより、複数の通信モジュールを含むフェーズドアレイアンテナ（電子機器）の全体として十分に性能を発揮させることが困難となる。
【０００４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の通信モジュールの間の温度差を低減できる電子機器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる電子機器は、冷却液が流れる主流路を内部に有する冷却板と、前記冷却板の一主面に前記主流路に沿って配された複数の通信モジュールとを備え、前記複数の通信モジュールのそれぞれは、前記主流路から分配された冷却液がそれぞれ流れる複数のマイクロチャネル流路を内部に有するマイクロチャネルヒートシンクと、前記マイクロチャネルヒートシンクに接触された被冷却素子とを有し、第１の通信モジュールにおけるマイクロチャネル流路は、前記第１の通信モジュールより上流側に配された第２の通信モジュールにおけるマイクロチャネル流路より細いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、下流へ行くほど高熱伝達化により冷却性能の向上を図ることができ、上流と下流との通信モジュールの温度勾配を無くすことが可能となる。すなわち、複数の通信モジュールの間の温度差を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施の形態にかかる電子機器の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態にかかる電子機器の構成を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態における複数の通信モジュールの温度分布を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態の変形例における通信モジュールの構成を示す図である。
【図５】図５は、比較例にかかる電子機器の構成を示す図である。
【図６】図６は、比較例における複数の通信モジュールの温度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明にかかる電子機器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【０００９】
実施の形態．
実施の形態にかかる電子機器１について図１を用いて説明する。図１（ａ）は、電子機器１の外観構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、電子機器１の構成を示す分解斜視図である。
【００１０】
電子機器１は、例えば複数の高発熱部品を含むフェーズドアレイアンテナである。冷却液循環ポンプ９は、図１（ａ）に示すように、各高発熱部品を冷却するための冷却液が電子機器１の内部を通って冷却液循環ポンプ９との間で循環するようにしている。
【００１１】
電子機器１では、図１（ｂ）に示すように、筐体５及びプレートＰＬに囲まれた空間内に複数のブロック体ＢＬが収容されている。プレートＰＬでは、複数の通信素子２が２次元的に配列されている。通信素子２は、例えば、アンテナ素子である。
【００１２】
各ブロック体ＢＬは冷却板４及び複数の通信モジュール３を有している。複数の通信モジュール３は、筐体５及びプレートＰＬに囲まれた空間内に収容されたときにプレートＰＬにおける複数の通信素子２と対応して位置するように、冷却板４の上に配されている。各通信モジュール３は、例えば、送信モジュール又は送受信モジュールである。
【００１３】
次に、各ブロック体ＢＬの構成について図２（ａ）を用いて説明する。図２（ａ）は、左側が上流側、右側が下流側となるようにブロック体ＢＬを配置した場合のブロック体ＢＬの断面構成を示す図である。
【００１４】
冷却板４は、主流路４１を内部に有する。主流路４１には、冷却液循環ポンプ９（図１（ａ）参照）により冷却液が流される。例えば、図１（ｂ）に示す冷却板４では、図１（ｂ）中の上から下へ向かう方向に冷却液が流される。
【００１５】
冷却板４の一主面４ａ上には、図２（ａ）に示すように、複数の通信モジュール３ｂ〜３ｄが主流路４１に沿って配されている。また、冷却板４の一主面４ａと反対側の主面４ｂ上には、図２（ａ）に示すように、複数の通信モジュール３ｅ〜３ｇが主流路４１に沿って配されている。以下では、一主面４ａ上に配された複数の通信モジュール３ｂ〜３ｄを中心に説明するが、反対側の主面４ｂ上に配された複数の通信モジュール３ｅ〜３ｇについても同様である。
【００１６】
複数の通信モジュール３ｂ〜３ｄは、図２（ｂ）〜（ｅ）に示すように、基本的な構成が共通している。
【００１７】
例えば、図２（ｂ）に示すように、通信モジュール３ｂは、ケーシング１３内にマイクロチャネルヒートシンク７及び半導体素子（被冷却素子）６を有している。マイクロチャネルヒートシンク７は、複数のマイクロチャネル流路８ｂ１、８ｂ２を内部に有する。各マイクロチャネル流路８ｂ１、８ｂ２には、主流路４１から分配された冷却液が流れる。半導体素子６は、高発熱部品であり、マイクロチャネルヒートシンク７に接触されることで冷却される。
【００１８】
また、図２（ｅ）に示すように、通信モジュール３ｂは、複数の第１の連通路１１及び複数の第２の連通路１２を有する。各第１の連通路１１は、第２の連通路１２の上流側で、対応するマイクロチャネル流路８ｂ１、８ｂ２と主流路４１とを連通する。各第２の連通路１２は、第１の連通路１１の下流側で、対応するマイクロチャネル流路８ｂ１、８ｂ２と主流路４１とを連通する。
【００１９】
また、複数の通信モジュール３ｂ〜３ｄは、図２（ｂ）〜（ｅ）に示すように、上流側と下流側とで次の点が異なる。
【００２０】
例えば、下流側の通信モジュール３ｃにおける各マイクロチャネル流路８ｃ１〜８ｃ４は、上流側の通信モジュール３ｂにおける各マイクロチャネル流路８ｂ１、８ｂ２より細い。あるいは、例えば、下流側の通信モジュール３ｄにおける各マイクロチャネル流路８ｄ１〜８ｄ６は、上流側の通信モジュール３ｃにおける各マイクロチャネル流路８ｃ１〜８ｃ４より細い。マイクロチャネル流路を細く（流路幅を狭く）するほどマイクロチャネルヒートシンク７の熱抵抗は下がっていくため、パラメータを適切に設定し冷却板４の下流へ行くほどマイクロチャネルヒートシンク７の性能を上げることができる。
【００２１】
例えば、下流側の通信モジュール３ｃにおけるマイクロチャネル流路８ｃ１〜８ｃ４の数（例えば、４つ）は、上流側の通信モジュール３ｂにおけるマイクロチャネル流路８ｂ１、８ｂ２の数（例えば、２つ）より多い。あるいは、例えば、下流側の通信モジュール３ｄにおけるマイクロチャネル流路８ｄ１〜８ｄ６の数（例えば、６つ）は、上流側の通信モジュール３ｃにおけるマイクロチャネル流路８ｃ１〜８ｃ４の数（例えば、４つ）より多い。マイクロチャネル流路の数を多くするほどマイクロチャネルヒートシンク７の冷却能力が向上するため、パラメータを適切に設定し冷却板４の下流へ行くほどマイクロチャネルヒートシンク７の性能を上げることができる。
【００２２】
このように、パラメータを適切に設定し冷却板の下流へ行くほどマイクロチャネルヒートシンクの性能を上げることで、下流へ行くほど上昇する冷却液の温度を相殺でき、モジュールの温度を均一にできる。
【００２３】
次に、マイクロチャネルヒートシンク７のパラメータと冷却性能との関係について説明する。マイクロチャネルヒートシンク７の熱抵抗Rfiは対流熱伝達による熱抵抗Rfと冷媒（冷却液）の熱輸送による熱抵抗Raを用いて、壁面温度と冷却液入口温度の対数平均温度差から下記の式（１）で表すことができる。
【００２４】
Ra
Rfi＝───────────  ・・・（１）
１−ｅｘｐ（−Ra／Rf）
【００２５】
式Rfiを小さくするには、式（１）に示されるように、Ra、Rfをバランス良く下げる必要がある。対流熱伝達による熱抵抗Rfは下記の式（２）で表すことができる。第一項はヒートシンクのフィン部の熱抵抗、第二項はヒートシンクのベース部の熱抵抗を表している。
【００２６】
Ra            Hb
Rf＝────────＋────  ・・・（２）
hf×（Ao＋Af×φ）    λHS×Ab
式（２）において、hfはマイクロチャネルヒートシンクのフィン部の熱伝達率である。Afはマイクロチャネルヒートシンクのフィン部の表面積である。Aoはマイクロチャネルヒートシンクのフィン部を除いたベース面積である。φはフィン効率である。Hbはマイクロチャネルヒートシンクのベース厚さである。λHSはマイクロチャネルヒートシンクの熱伝導率である。Abはマイクロチャネルヒートシンクのベース面積である。
【００２７】
また、マイクロチャネルヒートシンクの熱伝達率hfは、下記の式（３）で表すことができる。
【００２８】
Nu×λf
hf＝────  ・・・（３）
Ｄ
式（３）において、Ｄはマイクロチャネル流路の等価直径である。Nuはヌセルト数である。λfは冷却液の熱伝導率である。
【００２９】
対流熱伝達による熱抵抗Rfを下げるためには、式（２）に示されるように、対流熱伝達率hfを上げることが効果的である。対流熱伝達率hfを上げるためには、式（３）に示されるように、マイクロチャネル流路の等価直径Ｄを小さくすることが効果的である。
【００３０】
もう一つのパラメータである冷媒の熱輸送による熱抵抗Raは下記の式（４）で表すことができる。
【００３１】
１
Ra＝──────  ・・・（４）
Cp×ρ×V
式（４）において、Cpは冷却液の比熱である。ρは冷却液の密度である。Vは冷却液の体積流量である。
【００３２】
熱抵抗を下げるためには、式（４）に示されるように、冷却液の流量を増やすことが効果的である。
【００３３】
一方、マイクロチャネルヒートシンクの圧力損失は管内の摩擦損失から下記の式（５）で表すことができる。
【００３４】
ΔＰ＝ｆ×（４Ｌ／Ｄ）×（（１／２）ρｖ２）  ・・・（５）
式（５）において、Lはマイクロチャネルの流路長さである。vは冷却液の流速である。
【００３５】
マイクロチャネルヒートシンクの圧力損失を小さくするには、式（５）に示されるように、マイクロチャネル流路の等価直径Ｄを大きくことや冷却液の流速（流量）を小さくすることが効果的である。
【００３６】
従ってマイクロチャネルヒートシンクの設置場所ごとに、マイクロチャネル流路の等価直径Ｄを適切に設定することで、上流と下流とで冷却性能を制御し、図３に示すように通信モジュールの温度を上流と下流とで均一にでき、かつ機器全体として圧力損失を低減させることが可能となる。
【００３７】
ここで、仮に、図５に示すように、複数の通信モジュール９０３ｂ〜９０３ｄがマイクロチャネルヒートシンク７を有さない場合を考える。この場合、冷却板９０４内の主流路９０４１における上流側の通信モジュール９０３ｂの近傍から下流側の通信モジュール９０３ｂの近傍へ冷却液を流して冷却しており、この冷却液は下流側へいくほどに高発熱部品である半導体素子から熱を吸収して温度が上昇する。すると、上流側に配された通信モジュール９０３ｂに比べて下流側に配された通信モジュール９０３ｄの冷却が不十分となり、複数の通信モジュール９０３ｂ〜９０３ｄの間で図６に示すような温度分布の勾配が生じる。これにより、複数の通信モジュール９０３ｂ〜９０３ｄの間で半導体素子の電気特性にばらつきが生じる傾向にあるので、複数の通信モジュールを含む電子機器（フェーズドアレイアンテナ）の全体として十分に性能を発揮させることが困難となる。
【００３８】
それに対して、実施の形態では、通信モジュール内部の高発熱部品である半導体素子ごとに直下にマイクロチャネルヒートシンクを埋め込み、冷却板から各マイクロチャネルヒートシンクへ冷却液を分配する構成とし、マイクロチャネルヒートシンクのマイクロチャネル流路を冷却板の下流へ行くほど細くする。また、マイクロチャネルヒートシンクのマイクロチャネル流路の数を冷却板の下流へ行くほど多くする。これにより、下流へ行くほど高熱伝達化により冷却性能の向上を図ることができ、図３に示すように、上流と下流との通信モジュールの温度勾配を無くすことが可能となる。すなわち、複数の通信モジュールの間の温度差を低減できる。
【００３９】
したがって、複数の通信モジュールを含む電子機器の全体として、安定した電気特性が得られるとともに、モジュールの温度を自在に制御できることから、電気特性を自在に制御することが可能となる。
【００４０】
あるいは、仮に、複数の通信モジュール３ｂ〜３ｄのそれぞれが、多数の細い各マイクロチャネル流路を有するマイクロチャネルヒートシンクを有している場合について考える。この場合、複数のマイクロチャネルヒートシンクへ冷却液を流す場合、極小の各マイクロチャネル流路に冷却液を流さなければならないため、高圧力損失となり、冷却液循環ポンプ９の大型化を招く傾向にある。
【００４１】
それに対して、実施の形態では、マイクロチャネルヒートシンクのマイクロチャネル流路を冷却板の上流へ行くほど太くする。これにより、上流へ行くほど圧力損失を低減させることができるので、電子機器の全体として低圧力損失化を図ることができる。この結果、冷却液循環ポンプ９の小型化が可能となる。
【００４２】
また、実施の形態では、各通信モジュールにおいて、各第１の連通路１１は、第２の連通路１２の上流側で、対応するマイクロチャネル流路８ｂ１、８ｂ２と主流路４１とを連通する。各第２の連通路１２は、第１の連通路１１の下流側で、対応するマイクロチャネル流路８ｂ１、８ｂ２と主流路４１とを連通する。これにより、主流路４１の冷却液を各マイクロチャネル流路へ分配でき、マイクロチャネル流路を通った冷却液を主流路４１へ戻すことができる。
【００４３】
なお、電気機器１ｉの各通信モジュールにおける複数の第１の連通路及び複数の第２の連通路は、図４に示すような構成を有していても良い。例えば、通信モジュール３ｂｉにおいて、各第１の連通路１１ｉは、上流側から下流側へ徐々にマイクロチャネル流路へ近づくように傾斜して延びていてもよい。また、各第２の連通路１２ｉは、上流側から下流側へ徐々にマイクロチャネル流路から遠ざかるように傾斜して延びていてもよい。これにより、圧力損失をさらに低減させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明にかかる電子機器は、電子機器の冷却に有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１  電子機器
２  通信素子
３、３ｂ〜３ｇ  通信モジュール
４  冷却板
４ａ、４ｂ  主面
５  筐体
６  半導体素子
７  マイクロチャネルヒートシンク
８ｂ１〜８ｄ６  マイクロチャネル流路
９  冷却液循環ポンプ
１１  第１の連通路
１２  第２の連通路
４１  主流路
９０３ｂ〜９０３ｄ  通信モジュール
９０４  冷却板
９０４１  主流路
【図１】
2012222234.tif 000003
【図２】
2012222234.tif 000004
【図３】
2012222234.tif 000005
【図４】
2012222234.tif 000006
【図５】
2012222234.tif 000007
【図６】
2012222234.tif 000008