(57)【要約】【課題】  液冷媒を用いて電子装置の全体を効率よく冷却するとともに、電子装置の排熱を容易に再利用できる冷却システムを提供する【解決手段】  電子装置１は、基板２上に複数の発熱性素子３を装備する。電子装置１を冷却するシステム１１は、素子３を含む基板２の全体を被包するパッケージ部材５と、液冷媒Ｃを貯留する容器１２と、パッケージ部材５を液冷媒中に浸けた状態で容器１２に保持するホルダ１６と、容器１２の内部に冷媒流Ｆを形成する冷媒流通機構とを備える。冷媒流通機構は、相対的に高温の液冷媒を容器１２の出口１４から取り出し、相対的に低温の液冷媒を容器１２の入口１３に戻す冷媒循環管路を含む。冷媒循環管路上に、容器１２から取り出した液冷媒を用いて電力を生成する発電機を設ける。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数の素子が実装された電子装置を冷却するシステムであって、前記素子を含む基板の全体を被包するパッケージ部材と、液冷媒を貯留する容器と、前記パッケージ部材を液冷媒中に浸けた状態で容器に保持するホルダと、前記容器の内部に液冷媒の流れを形成する冷媒流通機構とを備えたことを特徴とする冷却システム。
【請求項２】
前記冷媒流通機構が、相対的に高温の液冷媒を容器から取り出し、相対的に低温の液冷媒を容器に戻す冷媒循環管路を含む請求項１記載の冷却システム。
【請求項３】
前記冷媒循環管路上に、容器から取り出した液冷媒を用いて電力を生成する発電機を設けた請求項２記載の冷却システム。
【請求項４】
前記冷媒循環管路上に、容器から取り出した液冷媒を用いて温水を生成するタンクを設けた請求項２または３記載の冷却システム。
【請求項５】
前記パッケージ部材が、基板を取出可能に収納する金属ケースを含む請求項１記載の冷却システム。
【請求項６】
前記金属ケースの内面と素子との間に絶縁シートを介装した請求項５記載の冷却システム。
【請求項７】
前記金属ケースの外面に放熱フィンを設けた請求項５または６記載の冷却システム。
【請求項８】
前記パッケージ部材が、基板および素子に密着する絶縁カバーを含む請求項１記載の冷却システム。
【請求項９】
前記絶縁カバーが、基板および素子に接触する樹脂層と、液冷媒に接触する金属層とを備えた請求項８記載の冷却システム。
【請求項１０】
基板上に複数の素子が実装された電子装置を用意し、前記素子を含む基板の全体をパッケージ部材で被包し、該パッケージ部材を容器内部の液冷媒中に浸け、前記素子の発熱をパッケージ部材を介して液冷媒に伝え、該液冷媒を容器の内部で流動させた後に、容器の外部に取り出すことを特徴とする電子装置の冷却方法。
【請求項１１】
前記液冷媒に沸点が１００℃以下のフッ化炭素系冷却液を使用する請求項１１記載の電子装置の冷却方法。
【請求項１２】
前記液冷媒が容器の内部で噴霧される液滴を含む請求項１０または１１記載の電子装置の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に複数の素子が実装された電子装置を冷却するシステムと方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子装置の内部に液冷媒を循環させ、基板上のＣＰＵやメモリ等の素子を冷却するシステムが知られている。しかし、この種のシステムは、特定の素子を部分的に冷却しているため、基板上に多数の発熱性素子が密集する電子装置の場合に、基板全体を冷却するために液冷と空冷を併用する必要があり、データセンター等での使用にあたって、電力消費量が嵩むという問題点があった。
【０００３】
そこで、従来、発熱性素子を液冷媒に直接浸けて冷却するシステムが提案されている。例えば、特許文献１には、液冷媒を循環ポンプにより低発熱密度モジュールユニットと高発熱密度モジュールユニットに供給し、低発熱密度素子と高発熱密度素子とを液冷媒中に直接浸漬させ、液冷媒の圧力及び飽和温度をモジュールユニットごとに制御する冷却システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１６０３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来の冷却システムによると、発熱性素子が液冷媒に直接浸かるので、素子や基板から溶出したフラックス成分等がイオン化し、液冷媒の絶縁性能が徐々に低下するという問題点があった。また、変質した液冷媒は再使用が困難なうえ、液冷媒に含まれる電子装置の排熱を再利用することもできず、特に大量の冷媒を使用するデータセンターでは無駄が多く、不向きであった。
【０００６】
本発明の目的は、液冷媒を用いて電子装置の全体を効率よく冷却できるとともに、電子装置の排熱を容易に再利用できる冷却システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は次のような冷却システムおよび冷却方法を提供する。
（１）基板上に複数の素子が実装された電子装置を冷却するシステムであって、素子を含む基板の全体を被包するパッケージ部材と、液冷媒を貯留する容器と、パッケージ部材を液冷媒中に浸けた状態で容器に保持するホルダと、容器の内部に液冷媒の流れを形成する冷媒流通機構とを備えたことを特徴とする冷却システム。
【０００８】
（２）冷媒流通機構が、相対的に高温の液冷媒を容器から取り出し、相対的に低温の液冷媒を容器に戻す冷媒循環管路を含むことを特徴とする冷却システム。
【０００９】
（３）冷媒循環管路上に、容器から取り出した液冷媒を用いて電力を生成する発電機を設けたことを特徴とする冷却システム。
【００１０】
（４）冷媒循環管路上に、容器から取り出した液冷媒を用いて温水を生成するタンクを設けたことを特徴とする冷却システム。
【００１１】
（５）パッケージ部材が、電子装置を取出可能に収納する金属ケースを含むことを特徴とする冷却システム。
【００１２】
（６）金属ケースの内面と素子との間に絶縁シートを介装したことを特徴とする冷却システム。
【００１３】
（７）金属ケースの外面に放熱フィンを設けたことを特徴とする冷却システム。
【００１４】
（８）パッケージ部材が、電子装置の基板および素子に密着する絶縁カバーを含むことを特徴とする冷却システム。
【００１５】
（９）絶縁カバーが、基板および素子に接触する樹脂層と、液冷媒に接触する金属層とを備えたことを特徴とする冷却システム。
【００１６】
（１０）基板上に複数の素子が実装された電子装置を用意し、素子を含む基板の全体をパッケージ部材で被包し、パッケージ部材を容器内部の液冷媒中に浸け、素子の発熱をパッケージ部材を介して液冷媒に伝え、液冷媒を容器の内部で流動させた後に、容器の外部に取り出すことを特徴とする電子装置の冷却方法。
【００１７】
（１１）液冷媒に沸点が１００℃以下のフッ化炭素系冷却液を使用することを特徴とする電子装置の冷却方法。
【００１８】
（１２）液冷媒が容器の内部で噴霧される液滴を含むことを特徴とする電子装置の冷却方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の冷却システムおよび冷却方法によれば、素子を含む基板の全体をパッケージ部材によって被包した状態で液冷媒中に浸漬するので、素子や基板からの溶出成分によって液冷媒が変質するおそれがなく、電子装置を安全かつ効率よく冷却できるとともに、電子装置の排熱を容易に再利用できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態を示す電子装置の斜視図である。
【図２】図１の電子装置の冷却システムを示す断面図である。
【図３】パッケージ部材の変更例を示す断面図である。
【図４】容器の変更例を示す断面図である。
【図５】複数の電子装置が保持された容器の断面図である。
【図６】データセンター用のサーバー冷却システムを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１および図２に示す電子装置１は、基板２上に複数の素子３と電子回路（図示略）とを装備している。素子３はＣＰＵ、メモリ、トランジスタ、レジスタ等の発熱性電子ディバイスを含み、電子回路中の所定位置において基板２に実装されている。基板２の周縁部にはコネクタ４が設けられ、コネクタ４を除き、素子３を含む基板２の全体がパッケージ部材５によって被包されている。
【００２２】
図１、図２に示すパッケージ部材５は、２枚のアルミニウム製のプレート６ａ，６ｂからなる金属ケース６を備え、金属ケース６の内側に基板２が取出可能に収納されている。２枚のプレート６ａ，６ｂは、防水パッキン７を介して接合され、周縁部が複数の締結具８で分離可能に締結されている。プレート６ａ，６ｂの内面と素子３および基板２との間には、高い伝熱性を備えたグラファイト製の絶縁シート９が介装されている。プレート６ａ，６ｂの外面には、素子３の発熱をパッケージ部材５の外部に放出する放熱フィン１０が形成されている。
【００２３】
電子装置１の冷却システム１１は、液冷媒Ｃを貯留する容器１２を備えている。容器１２の上面には、液冷媒Ｃの入口１３および出口１４と挿入口１５とが設けられている。挿入口１５には、パッケージ部材５を吊り下げるためのホルダ１６が挿着されている。ホルダ１６は、ゴム等の弾性材料で形成され、挿入口１５の水密を保持するとともに、パッケージ部材５を液冷媒Ｃ中に浸漬した状態で容器１２に保持するように構成されている。
【００２４】
図３に示すパッケージ部材５は、基板２および素子３に密着する絶縁カバー１８を備えている。絶縁カバー１８は、基板２および素子３に電気絶縁を保って接触する樹脂層１８ａと、液冷媒Ｃに接触する高い伝熱性を備えた金属層１８ｂとからなり、樹脂層１８ａにより電気絶縁を確保して基板２および素子３に密着された状態で、パッケージ部材５の水密を確保している。
【００２５】
また、図４に示すように、容器１２を樹脂シートまたはフィルムで袋状に形成し、この柔軟袋の中に図２または図３に示すパッケージ部材５を収容してもよい。図５は、データセンター等において多数のサーバー１（電子装置）を冷却するのに適した大型の容器１２を示す。この容器１２は、内部に複数のパッケージ部材５を収納でき、かつパッケージ部材５の数に応じた容量の液冷媒Ｃを貯留できる容積で形成されている。容器１２の上面は蓋部材２３で覆われ、蓋部材２３にパッケージ部材５を保持するための複数のホルダ１６が装着されている。
【００２６】
図６に示すように、データセンターに設置されたラック２５には、サーバー１を収納する複数の容器１２が格納されるとともに、各容器１２の内部に液冷媒Ｃの流れＦ（図２，３参照）を形成する冷媒流通機構２６が接続されている。冷媒流通機構２６は、容器１２の入口１３と出口１４との間を延びる冷媒循環管路２７を装備し、この管路２７によって相対的に高温の液冷媒Ｃを容器１２から取り出し、相対的に低温の液冷媒Ｃを容器１２に戻すように構成されている。
【００２７】
冷媒循環管路２７上には、容器１２から取り出した液冷媒Ｃを太陽熱で加熱するソーラヒータ２８と、加熱後の液冷媒Ｃを用いて電力を生成する発電機２９と、発電機２９を通過した液冷媒Ｃの余熱を用いて温水を生成するタンク３０と、発電機２９で生成した電力の一部を利用して液冷媒Ｃを圧送するポンプ３１と、発電機２９で生成した余剰電力を蓄える蓄電池３２とが配設されている。
【００２８】
液冷媒Ｃとしては、沸点が１００℃以下のフッ化炭素系冷却液、例えば、商品名「Novec7300(沸点98℃)、Novec7200(沸点76℃)、Novec7100(沸点61℃)」（共に住友スリーエム社製）を好ましく使用できる。低沸点のフッ化炭素系冷却液は、素子３の発熱で蒸発しやすいため、容器１２から取り出した蒸気流で発電機２９のプロペラやタービンを効率よく回転し、発電量を増やすことができる。ソーラヒータ２８はバイパス管路３４上に設けられ、バイパス管路３４がバルブ３３を介して冷媒循環管路２７に接続されている。そして、冷媒Ｃの流れをバイパス管路３４側に切り替えることによって、ソーラヒータ２８から発電機２９により多量の蒸気流を供給できるように構成されている。
【００２９】
上記構成の冷却システム１１において、次に、電子装置１の冷却方法について説明する。まず、図１に示すように、基板をパッケージ部材５で被包し、所要数の電子装置１を用意する。次に、図２〜図５に示すように、パッケージ部材５を液冷媒Ｃ中に浸漬し、ホルダ１６で容器１２に保持する。この状態で、素子３の発熱をパッケージ部材５の金属ケース６（図２参照）または絶縁カバー１８（図３参照）を介して液冷媒Ｃに伝える。
【００３０】
続いて、図６に示すように、冷媒流通機構２６のポンプ３１により液冷媒Ｃを容器１２に圧送し、入口１３から出口１４に向けて流動させる。そして、素子３の発熱を奪った高温の液冷媒Ｃを容器１２の外部に取り出し、必要に応じてソーラヒータ２８でさらに加熱し、発電機２９で電力を生成し、電力の一部をポンプ３１に供給し、余剰電力を蓄電池３２に蓄え、発電機２９を通過した液冷媒Ｃを用いてタンク３０で温水を生成したのち、温度低下した液冷媒Ｃをポンプ３１で容器１２に還流させる。
【００３１】
この実施形態の冷却システムおよび冷却方法によれば、素子３を含む基板２の全体をパッケージ部材５によって被包した状態で液冷媒Ｃ中に浸漬するので、素子３や基板２の電子回路から溶出したフラックス成分等による液冷媒Ｃの変質を未然に防止することができる。したがって、特に、データセンターにおいて多数のサーバー１を安全かつ効率よく冷却できるとともに、サーバー１の排熱を有効に再利用できるという利点がある。
【００３２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、容器１２の内部に液冷媒を液滴（ミスト）の状態で噴霧するノズルを設け、高温の液滴を容器１２の外部に取り出して、発電機２９のタービンを駆動するなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の構成を適宜に変更して実施することも可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１    電子装置
２    基板
３    素子
５    パッケージ部材
６    金属ケース
９    絶縁シート
１０    放熱フィン
１１    冷却システム
１２    容器
１６    ホルダ
１８    絶縁カバー
２６    冷媒流通機構
２７    冷媒循環管路
２９    発電機
３０    タンク
Ｃ    液冷媒
Ｆ    冷媒流
【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】
2013187251.tif 000007
【図６】
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