(57)【要約】【課題】比較的安価に製造でき、且つ複数の電子部品を効率的に冷却できる情報処理装置を提供する。【解決手段】情報処理装置１０は、発熱部品１３が搭載された回路基板１１と、冷媒が供給されるマニホールド１５ａと、発熱部品１３に接触する柔軟なチューブ１８と、チューブ１８を発熱部品１３に向けて押圧するカバーとを有する。チューブ１８はマニホールド１５ａに接続されており、冷媒が通る流路を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱部品が搭載された回路基板と、
冷媒が供給されるマニホールドと、
前記冷媒が通る流路を有し、前記マニホールドに接続され、前記発熱部品に接触する柔軟なチューブと、
前記チューブを前記発熱部品に向けて押圧するカバーと
を有することを特徴とする情報処理装置。
【請求項２】
前記チューブの内径が６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項３】
前記チューブが、前記回路基板上に弛みをもって配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の情報処理装置。
【請求項４】
前記チューブが、コイル状又はジグザグ状に敷設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の情報処理装置。
【請求項５】
前記マニホールドには、前記チューブが複数接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報処理装置の高性能化にともない、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の電子部品の発熱量が増大する傾向にある。電子部品の温度が高くなると、故障や誤動作の原因となる。そのため、電子部品を冷却する手段が必要になる。
【０００３】
電子部品の冷却には空冷方式と水冷方式とがあるが、発熱量が大きい電子部品の冷却には水冷方式が使用されることが多い。水冷方式では、例えば発熱量が大きい電子部品の上にクーリングプレートと呼ばれる部材を配置し、クーリングプレート内に冷却水を通流させることで、電子部品を冷却している。
【０００４】
なお、従来から、流体により膨張する部材を用いて冷却液が通流する部材と発熱部品との間を密着させ、それにより冷却効率を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１０２７９９号公報
【特許文献２】実開昭５８−１５９７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
データセンターで使用されるサーバ等の情報処理装置では、ＣＰＵだけでなくその他の電子部品（例えば、メモリ、ストレージ、電源ユニット、及び通信ユニット等）でも多くの熱が発生する。それらの電子部品にそれぞれ個別にクーリングプレートを取り付けると、コストが高くなるだけでなく、クーリングプレートに冷却水を供給するための配管が複雑になるという問題がある。
【０００７】
そこで、複数の電子部品を１つのクーリングプレートで冷却することが考えられる。しかし、通常、それらの電子部品の高さは同じではないので、高さが最も高い電子部品以外では、電子部品とクーリングプレートとの間に隙間が発生して、熱伝達効率が著しく低下する。
【０００８】
そのような不具合を回避するために、電子部品毎に、電子部品とクーリングプレートとの間の隙間に応じた厚さのサーマルシートを配置することが考えられる。しかし、その場合は、厚さが異なるサーマルシートを複数用意する必要があり、煩雑である。また、サーマルシートの厚さが極端に厚くなると、熱伝達効率が著しく低下する。
【０００９】
熱伝達効率を維持するために、クーリングプレートの底面に電子部品の高さに応じた凹凸を設けることも考えられる。しかし、その場合は、機種毎に専用のクーリングプレートを用意する必要があり、製造コストが高くなる。
【００１０】
開示の技術は、比較的安価に製造でき、且つ複数の電子部品を効率的に冷却できる情報処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
開示の技術の一観点によれば、発熱部品が搭載された回路基板と、冷媒が供給されるマニホールドと、前記冷媒が通る流路を有し、前記マニホールドに接続され、前記発熱部品に接触する柔軟なチューブと、前記チューブを前記発熱部品に向けて押圧するカバーとを有する情報処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
上記一観点に係る情報処理装置によれば、比較的安価に製造でき、且つ複数の電子部品を効率的に冷却できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施形態に係る情報処理装置を示す模式的平面図である。
【図２】図２は、実施形態に係る情報処理装置の一部断面を模式的に示す図である。
【図３】図３は、マニホールドとチューブとの接続部を拡大して示す図である。
【図４】図４（ａ）は図２中のＩ−Ｉ線の位置におけるチューブの断面を示す図、図４（ｂ）は図２中のII−II線の位置におけるチューブの断面を示す図である。
【図５】図５は、ヒートシンク（又はその他の冷却部材）が装着されていない状態における半導体装置の温度分布を示す図である。
【図６】図６は、ヒートシンクを装着した状態における半導体装置の温度分布を示す図である。
【図７】図７は、８本のチューブに冷却水を通流させた場合（実施形態）の半導体装置の温度分布を示す図である。
【図８】図８（ａ），（ｂ）は、いずれも変形例１における情報処理装置を示す模式図である。
【図９】図９は、変形例２における情報処理装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は実施形態に係る情報処理装置を示す模式的平面図、図２はその情報処理装置の一部断面を模式的に示す図である。また、図３はマニホールドとチューブとの接続部を拡大して示す図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態に係る情報処理装置１０は、回路基板１１と、冷媒が通流するマニホールド１５ａ，１５ｂと、マニホールド１５ａ，１５ｂ間を連絡する複数の柔軟なチューブ１８とを有する。なお、本実施形態では冷媒として水（冷却水）を使用するものとするが、冷媒として水以外の液体や気体（例えば、二酸化炭素等）を使用してもよい。
【００１７】
回路基板１１には、ＣＰＵやその他の複数の電子部品（例えば、電源ユニット、通信ユニット、メモリ及びストレージ等）１３が搭載されている。それらの電子部品１３は、稼動にともなって熱を発生する。電子部品１３は、発熱部品の一例である。
【００１８】
マニホールド１５ａは回路基板１１の一方の辺側に配置されており、マニホールド１５ｂは回路基板１１の他方の辺側に配置されている。それらのマニホールド１５ａ，１５ｂには、図３に示すように、それぞれ長さ方向に一定の間隔でチューブ接続口１７が設けられている。なお、図３ではマニホールド１５ａに設けられたチューブ接続口１７を示しているが、マニホールド１５ｂにもこれと同様にチューブ接続口１７が設けられている。
【００１９】
各チューブ１８は、マニホールド１５ａ側のチューブ接続口１７とマニホールド１５ｂ側のチューブ接続口１７との間に、ある程度の弛みをもった状態で接続されている。
【００２０】
チューブ１８として、内径が数ｍｍ（６ｍｍ程度）以下のマイクロチャネルと呼ばれる微細な流路を備えたものを使用する。本実施形態では、外径が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍ、内径が０．９ｍｍ〜１．８ｍｍのシリコン樹脂チューブを使用している。
【００２１】
チューブ１８の材質は上記のものに限定されず、例えば医療分野で使用される栄養チューブなどを使用することもできる。但し、チューブ１８は、柔軟性及び熱伝導率がいずれも高いものが好ましい。
【００２２】
マニホールド１５ａ，１５ｂは、配管１６ａ，１６ｂを介して冷却水供給装置２０に接続されている。本実施形態では、冷却水供給装置２０として、公知のフリークーリングシステムを使用している。フリークーリングシステムでは、外気温が高いときには冷凍機を用いて冷却水を冷却し、外気温が低いときには冷凍機を使用せずに外気を用いて冷却水を冷却する。
【００２３】
図２に示すように、本実施形態の情報処理装置１０では、回路基板１１の上方にカバー１９が配置される。そして、チューブ１８は、カバー１９と電子部品１３との間に挟まれた状態で固定される。但し、カバー１９と電子部品１３との距離は調整されており、カバー１９に押圧されてチューブ１８は扁平に変形するものの、冷却水が通流する流路は確保される。図４（ａ）は図２中のＩ−Ｉ線の位置におけるチューブ１８の断面を示し、図４（ｂ）は図２中のII−II線の位置におけるチューブ１８の断面を示している。
【００２４】
以下、本実施形態の情報処理装置１０の動作について説明する。
【００２５】
情報処理装置１０が稼動すると、回路基板１１に搭載された各電子部品１３は熱を発生する。一方、マニホールド１５ａには配管１６ａを介して冷却水供給装置２０から低温の冷却水が供給される。冷却水供給装置２０から供給された冷却水は、マニホールド１５ａから各チューブ１８を通って、マニホールド１５ｂ側に移動する。
【００２６】
冷却水がチューブ１８を通る際に、チューブ１８内を通る冷却水により電子部品１３が冷却される。これにより、電子部品１３の温度が過剰に上昇することが回避される。
【００２７】
電子部品１３を冷却することにより、冷却水の温度は上昇する。この温度が上昇した冷却水は、チューブ１８からマニホールド１５ｂ内に移動し、配管１６ｂを通って冷却水供給装置２０に移動する。そして、冷却水供給装置２０で冷却された後、再度配管１６ａを通ってマニホールド１５ａに供給される。
【００２８】
本実施形態では、マニホールド１５ａ，１５ｂ間に接続された複数の柔軟なチューブ１８に冷却水を通して、電子部品１３を冷却する。このため、電子部品１３の種類や数及び配置が異なる回路基板１１にも対応でき、汎用性が高い。また、チューブ１８は弾力性があり、カバー１９によりチューブ１８を電子部品１３に向けて押圧するため、高さが異なる複数の電子部品１３を同時に冷却できる。
【００２９】
更に、本実施形態では、マニホールド１５ａ，１５ｂ間に多数のチューブ１８が弛みをもった状態で配置されているため、特に位置決めをしなくとも各電子部品１３の上にそれぞれ複数のチューブ１８が配置される。そのため、取り付け作業が容易である。
【００３０】
更にまた、クーリングプレートやヒートシンクにより電子部品を冷却する場合は回路基板にそれらの部材を取り付けるための穴を設ける必要があるが、本実施形態ではそのような穴が不要である。そのため、穴に相当する分、回路基板１１の実装エリア（電子部品１３を搭載するためのエリアや配線パターンを配置するエリア）が広くなり、回路基板１１の実装密度が向上するという利点もある。
【００３１】
更にまた、本実施形態では、チューブ１８としてマイクロチャネルと呼ばれる狭隘な流路を有するものを多数使用している。これにより、熱伝達効率が高く、電子部品１３を効率的に冷却できる。
【００３２】
以下、本実施形態の効果をシミュレーションにより調べた結果について説明する。
【００３３】
図５〜図７は、回路基板に実装された半導体装置の温度（ジャンクション温度）をシミュレーションした結果を示す図である。ここでは、回路基板上に縦が３０ｍｍ、横が３０ｍｍ、消費電力が２５Ｗの半導体装置を搭載し、回路基板の長さ方向に風速１．０ｍ/ｓの風を通流させている。
【００３４】
図５は、ヒートシンク（又はその他の冷却部材）が装着されていない状態における半導体装置の温度分布を示している。この場合、半導体装置の温度（ジャンクション温度）の最高値は約７００℃となる。
【００３５】
図６は、ヒートシンクを装着した状態における半導体装置の温度分布を示している。ヒートシンクはアルミニウム製であり、縦が５０ｍｍ、横が５０ｍｍ、高さが１０ｍｍである。この場合、半導体装置の温度（ジャンクション温度）の最高値は約３００℃になる。
【００３６】
図７は、８本のチューブ（外径が１ｍｍ、内径が０．８ｍｍ）に冷却水を通流させた場合（実施形態）の半導体装置の温度分布を示している。この場合、半導体装置の温度（ジャンクション温度）の最高値は約９０℃となる。
【００３７】
これらのシミュレーション結果からわかるように、本実施形態（図７）では、ヒートシンクを装着した場合（図６）と同等以上に半導体装置を冷却することができる。
【００３８】
（変形例１）
図８（ａ），（ｂ）は、いずれも変形例１における情報処理装置を示す模式図である。
【００３９】
前述の実施形態（図１）では、柔軟性を有するチューブ１８を、マニホールド１５ａ，１５ｂ間に弛みをもたせた状態で接続している。
【００４０】
これに対し、図８（ａ）に示す例では、チューブ１８をコイル状にしてマニホールド１５ａ，１５ｂ間に接続している。そして、カバー１９によりチューブ１８を押圧して、カバー１９と電子部品１３との間にチューブ１８を挟んでいる。
【００４１】
また、図８（ｂ）に示す例では、チューブ１８をジグザグ状にして、マニホールド１５ａ，１５ｂ間に接続している。そして、カバー１９によりチューブ１８を押圧して、カバー１９と電子部品１３との間にチューブ１８を挟んでいる。
【００４２】
カバー１９によりチューブ１８を押圧すると、コイル状又はジグザグ状のチューブ１８は弾性的に変形し、電子部品１３や回路基板１１の表面に接触する。
【００４３】
これらの変形例では、電子部品１３の高さの差が大きい場合であっても、各電子部品１３にチューブ１８を接触させることができる。
【００４４】
また、これらの変形例では、チューブ１８が回路基板１１の表面に接触するので、電子部品１３だけでなく回路基板１１自体も冷却できるという効果を奏する。
【００４５】
なお、図１に示す情報処理装置１０においても、チューブ１８の一部は回路基板１１の表面に接触して、回路基板１１自体を冷却する。しかし、これらの変形例のほうがマニホールド１５ａ，１５ｂ間のチューブ１８の長さが長く、チューブ１８と回路基板１１との接触面積を大きくすることできる。
【００４６】
（変形例２）
図９は、変形例２における情報処理装置を示す模式図である。
【００４７】
前述の実施形態（図１）では回路基板１１の対向する２つの辺にそれぞれマニホールド１５ａ，１５ｂを配置し、それらのマニホールド１５ａ，１５ｂ間にチューブ１８を接続している。
【００４８】
これに対し図９に示す情報処理装置１０ａでは、回路基板１１の一方の辺側に、仕切壁２５ｃで仕切られた冷却水往路２５ａと冷却水復路２５ｂとを有するがマニホールド２５が配置されている。そして、マニホールド２５の冷却水往路２５ａ側のチューブ接続口と冷却水復路２５ｂ側のチューブ接続口との間に、チューブ１８が接続され、それらのチューブ１８は回路基板１１の幅方向を往復するように配置されている。そして、それらのチューブ１８は、電子部品１３とカバー１９（図２参照）との間に挟まれて固定される。
【００４９】
変形例２においても、図１に示す情報処理装置１０と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００５０】
１０，１０ａ…情報処理装置、１１…回路基板、１３…電子部品、１５ａ，１５ｂ…マニホールド、１６ａ，１６ｂ…配管１７…チューブ接続口、１８…チューブ、１９…カバー、２０…冷却水供給装置、２５…マニホールド、２５ａ…冷却水往路、２５ｂ…冷却水復路、２５ｃ…分離壁。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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