(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体に熱的に接続され、内部を通流する冷媒液で受熱する受熱部材と、前記受熱部材によって受熱した熱を放熱する放熱部材と、を有する液冷方式による電子機器用の冷却装置において、
前記受熱部材は、前記発熱体に熱的に接続される板状の受熱ベース体と、前記受熱ベース体を覆う受熱ケース体とを有し、前記両部材の結合によって、内部に冷媒液の通流される密封空間を有する構造とし、
前記受熱ベース体は、金属材料で形成された板状の形状であって、前記発熱体に熱的に接続される平面に対向する側の平面において、前記冷媒の通流流路を構成するフィンを一体的に形成され、
前記受熱ケース体は、上部面、あるいは側面に冷媒液を流入する流入口、および流出するための流出口と、側面の下端部において側面に略垂直に鍔状に張り出した複数の取付け部と、を一体的に形成してなり、
前記受熱部材は、前記電子機器の前記発熱体に対向して保持され、前記受熱ベース体、及び前記受熱ケース体の取付け部における弾性変形によって前記受熱部材を前記発熱体に押圧して熱的に接続される
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において、前記受熱ベース体における前記発熱体との押圧による変形は、前記受熱ベース体に一体的に形成された前記フィンの高さ方向での弾性変形によって吸収される
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または２に記載の電子機器用の冷却装置において、
前記受熱部材の前記受熱ケース体、及び前記取付け部は、水分透過の少ない樹脂材料によって形成された
ことを特徴とする電子機器用の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器における発熱体の冷却装置にかかわり、発熱体と熱的な接続を行う受熱部材の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、小型化、高機能化に対応するために急速に高集積化が図られており、それに伴って発熱量が増加している。半導体集積回路は所定の温度以上になると、半導体集積回路が所有する性能を維持できないだけでなく、破損してしまう。よって、半導体集積回路においては、温度上昇を抑制するために冷却の必要があり、高性能な冷却性能が要求されている。
【０００３】
一方、電子機器は、携帯型製品の普及等もあって、小型、薄型への傾向は顕著であり、冷却装置の搭載スペースは大きく制限される状況にあるため、電子機器用の冷却装置においても、小型な構造、および簡素な構成を要求されている。
【０００４】
近年、これらの課題に対応するために、電子機器における冷却装置は、空冷方式に代わって液冷方式によるものが検討されている。液冷方式の冷却性能は、冷媒液の熱伝達率が空気の熱伝達率よりも優れるものであるが、発熱体と冷媒液の間に介在する受熱部材の熱的な接続状態によって熱伝達効率が影響されるため、受熱部材の熱的な接続構造が重要である。
【０００５】
液冷方式の冷却装置における受熱部材の熱伝達効率の向上を図る技術として、例えば、受熱部の押圧方向を制御する技術が特許文献１に開示されており、熱伝導性グリースの熱伝達ロスを抑制する技術が特許文献２に開示されている。
【０００６】
なお、空冷方式の冷却装置であるが、バネ力により発熱体とヒートシンクの熱的な接続を図る基本的な構造として、特許文献３が開示されている。また、ヒートシンクの固定構造をヒートシンクの弾性変形による技術について特許文献４が開示されている。  
【特許文献１】特開２００６−２８７１４９号公報
【特許文献２】特開２００６−３３２１４８号公報
【特許文献３】特開２００１−２４１１４号公報
【特許文献４】特開２００５−３８８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されている放熱装置は、受熱一体ポンプをＣＰＵ等の発熱体との密着性を向上させて冷却性能を向上するために、押圧部を略中央に設けた固定用具でコイルばねの押圧力によって受熱一体ポンプとＣＰＵの上面とを平行となるように保持する構成としている。しかしながら、特許文献1に記載の技術では、受熱部材を覆う形の固定用具や、固定用具を押圧するコイルばねを必要とすると共に、これらの設置スペースを必要とするため、電子機器を小形化が困難となる。
【０００８】
特許文献２に記載の冷却装置は、発熱体と吸熱器との熱的な接続のために両部材間に介在させる熱伝導性グリースの熱抵抗を小さくして冷却性能を向上するために発熱体に吸熱器を押圧して保持する際に、押圧摺動装置の相対摺動させるカム構造によって熱伝導性グリ−スの厚さを均一に薄くする構成としている。しかしながら、特許文献２に記載の技術では、押圧摺動装置を構成するカム機構や、押圧力を付与するコイルばねを必要とし、複雑な構造となり、特許文献１と同様に、電子機器を小形化が困難となる。
【０００９】
特許文献３に記載のヒートシンク装置は、複数の取付部の支柱により、ヒートシンク本体を上下動自在、かつ傾斜自在に支持し、コイルばねによってヒートシンク本体をＭＰＵに付勢している。これによってＭＰＵの発熱面に確実に接触するとしている。しかしながら、特許文献３に記載の技術では、ＰＣ板の変形に対して対応できるのは、受熱面が小さく、ヒートシンクに変形がない場合に限られるものである。逆に取付け状態時におけるコイルばねのバネ力の違いなどによって、ＰＣ板に新たな変形や、傾き等が生じる可能性を有する。
【００１０】
特許文献４に記載のヒートシンクは、放熱フィンを備えた板状部材とし、弾力付与手段である開口、切り込み等を設け、板状部を弾性変形、あるいは塑性変形させて、発熱素子に押付け、固定している。しかしながら、特許文献４に記載の技術では、ヒートシンクの端部における押圧力によるヒートシンクの弾性変形は、発熱素子との肩部において接触し、弾性変形が発熱素子に対向する内部にまで及び、発熱素子部において浮き上がる変形状態となる懸念がある。
【００１１】
上記のように、従来技術は、電子機器用の冷却装置として、冷却性能の向上を図る上での小型、簡素化に対し解決しなければならない課題を有している。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであって、その目的は、冷却性能を向上させつつ電子機器を小型化させることが可能な電子機器の冷却技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明の電子機器用の冷却装置は、発熱体に熱的に接続され、内部を通流する冷媒液で受熱する受熱部材と、受熱部材によって受熱した熱を放熱する放熱部材と、を有する液冷方式による電子機器用の冷却装置であって、受熱部材は、発熱体に熱的に接続される板状の受熱ベース体と、受熱ベース体を覆う受熱ケース体とを有し、両部材の結合によって、内部に冷媒液の通流される密封空間を有する構造としている。受熱ベース体は、熱伝導性に優れる金属材料による板状の形状であって、発熱体に熱的に接続される平面に対向する側の平面において、冷媒の通流流路を構成するフィンを一体的に形成されている。受熱ケース体は、上部面、あるいは側面に冷媒液を流入する流入口、および流出するための流出口と、側面の下端部において側面に略垂直に鍔状に張り出した複数の取付け部と、を一体的に形成している。受熱部材は、前記電子機器の発熱体に対向して保持され、受熱ベース体、及び受熱ケース体の取付け部における弾性変形によって受熱部材を発熱体に押圧して熱的な接続を図っている。
【００１４】
さらには、受熱ベース体における発熱体との押圧による変形は、受熱ベース体に一体的に形成されたフィンの高さ方向での弾性変形によって吸収している。
【００１５】
さらには、受熱部材の受熱ケース体、及び取付け部は、水分透過の少ない樹脂材料によって形成されている。
【発明の効果】
【００１６】
上記の構成によって、受熱部材を発熱体に熱的な接続を行うための特別な部材を付加する必要がなく、小型、低コストの電子機器用の冷却装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の冷却装置を搭載した電子機器の一実施例を示す概略構成図である。電子機器１には、半導体集積回路２を載置した回路基板３が搭載されている。本実施例に係る冷却装置４は、半導体集積回路（以後発熱体と称する）２を被冷却体として示している。図１に示す冷却装置４は、受熱部材４１と、放熱部材４２との間を配管群４３により接続して冷媒液を循環駆動し、冷媒液による熱変換と熱移送とを繰り返して行う液冷方式であり、以下の構成からなる。冷却装置４の受熱部材４１は、発熱体３に熱的に接続して配置され、内部を通流する冷媒液に発熱体２の熱を熱伝達する。発熱体２から熱変換して温度上昇した冷媒液は、循環流路内に接続されたポンプ４５の駆動によって配管群４３を介して放熱部材４２に移送される。放熱部材４２は、ファン４４等によって送風され、内部を通流する冷媒液の熱を送風空気に熱伝達して、空気中に放熱する。放熱され温度低下した冷媒液は、循環駆動される。循環流路には、冷媒液を貯留するタンクが接続されている。
【００１９】
さらには、電子機器１内には、電源等他の部材等を載置している。ここで、電子機器１は、例えばパーソナルコンピュータ、テレビジョン受信機、液晶プロジェクタ等の機器であり、特定の機器に限定されるものではない。また、被冷却体の発熱体２も回路基板３上に載置された半導体集積回路以外でもよく、例えばディスクドライブ装置であってもよい。すなわち、本実施例においては、発熱体２は半導体集積回路に限定されるものではない。
【００２０】
次に、本発明の冷却装置４の受熱部材４１について詳細に説明する。
【００２１】
図２、本発明における受熱部材の一実施形態の構成を概念的に示した図である。図２において、受熱部材４１は、受熱ベース体４１１と、受熱ケース体４１２とを接合して、内部に冷媒液の通流空間４１３を形成している。
【００２２】
本実施例の受熱ベース体４１１には、通流空間４１３内において冷媒液の流路を形成するフィン４１４が形成されている。フィン４１４（詳細については後述する）は、スカイブ加工等によって薄肉形状として、冷媒液の通流空間４１３の高さよりも高い丈形状として、受熱ベース体４１１に一体的に形成されている。また、フィン４１４は冷媒液との接触面積の増大をはかるために微細ピッチにより多数個形成されるが、図２には、流路の説明を解かり易くするために、フィン４１４の数を省いて記載している。
【００２３】
また、本実施例の受熱ケース体４１２の上面４１５Ａには、液冷媒の流入口４１６Ａ、及び流出口４１６Ｂを設けている。また、受熱ケース４１２の側面４１５Ｂの下端部には、部分的に耳状に張り出した取付け部材４１７を複数個設けている。
【００２４】
受熱ベース体４１１と受熱ケース体４１２は、受熱ケース体４１２の内部壁の肩部４１８に受熱ベース体４１１の上平面を当接させ、接合部材等によって固着している。
【００２５】
次に、受熱部材４１における冷媒液の通流状態について説明する。ポンプ４５により循環駆動される冷媒液は、配管４３と接続された上面４１５Aの中央部に設けられた冷媒液の流入口４１６Ａより受熱部材４１の内部の通流空間４１３に流入される。流入された冷媒液は、上面４１５Aに設けられた冷媒液のヘッダ部４１９においてフィン４１４の上部に拡がり、フィン４１４間を流路として矢印（白抜き、及び塗りつぶし）方向に分流される。塗りつぶし矢印方向に流入された冷媒液は、通流空間４１３の外周壁に沿って通流し、白抜き矢印方向に流入された冷媒液と合流して流出口４１６Bより受熱部材４１より流出される。
【００２６】
ここで、発熱体２の熱は、発熱体２と熱的に接続された受熱ベース体４１１に熱伝達され、フィン４１４部に熱伝導される。フィン４１４間を通流する冷媒液は、フィン４１４から熱伝達され、発熱体２の熱を吸熱する。よって、発熱体２は、冷媒液との熱変換によって冷却される。
【００２７】
ここで、発熱体２の熱変換性能は、発熱体２と受熱ベース体４１１の熱的な接続状態によって影響されることになる。すなわち、発熱体２と受熱ベース体４１１との熱的な接続は、空気等の隙間を有することなく接触されることが好ましく、その熱的な接続の向上を図るための構造について以下に説明する。
【００２８】
図３は、本実施例に係る受熱ベース体の一具体例を示す概略構造図である。図４は、本実施例における発熱体と受熱部材との熱的な接続を行った状態の構成図である。図３に示す受熱ベース体４１１は、熱伝導性の良い金属材質によって平板状とし、所定の剛性を有する厚さ（ｔ１）で形成している。ただ、受熱ベース体４１１の受熱面からフィン４１４への熱伝導性の観点において、受熱ベース体４１１の厚さは、極力薄い方が好ましい。よって、少なくとも発熱体２と熱的に接続する領域においては、薄肉（ｔ２：ｔ２＜ｔ１）とすることがよい。また、少なくとも薄肉化された領域においては、フィンが形成されていることが好ましい。図３においては、発熱体２と接触する側の平面において掘り下げて薄肉（ｔ２）を図っているが、フィン４１４を形成する側の平面を掘り下げて薄肉としても良い。
【００２９】
受熱部材４１と発熱体２の熱的な接続を図る際に、受熱ベース体４１１は、受熱ベース体４１１への押圧力によって薄肉部において弾性変形を生じることから、受熱ベース体４１１と発熱体２との良好な熱的な接続が図られる。
【００３０】
ここで、前述したように、フィン４１４は、スカイブ加工等によって、フィン厚さを０．数ｍｍ程度として、１ｍｍ以下のピッチ間隔でベース部材を削ぎ起こすことにより受熱ベース体４１１と一体構造として構成している。このことにより、受熱部材４１として発熱体２からフィン４１４への熱伝導性能を高めると共に、冷媒液との接触面積を確保し熱交換性能を向上することになる。
【００３１】
一方、フィン４１４は、スカイブ加工において削ぎ起こした状態で形成されているため、若干のカール状態として形成されることや、高さにばらつきを生じることになる。よって、フィン４１４の高さ（ｈ１）は、図４に示すように受熱ケース体４１２と受熱ベース体４１１とで構成される冷媒液の通流空間４１３の高さ（ｈ２）より大きく（ｈ1＞ｈ２）形成し、これによりフィン４１４は、受熱ケース体４１２の対向内壁の上平面によって押圧されて狭持される構成としている。この構成によって、フィン４１４が形成時の高さばらつきを有した場合に関わらず、冷媒液の漏洩のない流路を形成している。
【００３２】
つづいて、受熱部材４１の発熱体２との熱的な接続のための構成について説明する。図４に示すように、まず、受熱部材４１は、受熱ケース体４１２と受熱ベース体４１１とを有し、受熱ケース体４１２の内壁の肩部４１８と受熱ベース体４１１のフィン４１４を形成した側の平面との間に、図示しないシールド部材を介して結合部材により結合するか、あるいは、接着部材等により固着して一体構造としている。受熱部材４１は、受熱ベース体４１１を回路基板３に載置された発熱体２に当接させ、受熱ケース体４１２の耳状に張り出した取付け部材４１７において、複数個のネジ５によって矢印（イ）方向から、電子機器１の筐体、あるいは、筐体に設けられた固定部材６等に保持される。
【００３３】
ここで、回路基板３は、電子機器１の筐体等に設けられた複数の保持部材７に載置して保持される。この際、例えば、回路基板３が変形している場合や、複数の固定部材７に高さばらつきが有していると、回路基板３は、例えば、電子機器１の筐体に対して傾き（α度）を有して保持されることになる。この状態において、発熱体２と受熱部材４１とを熱的に接続するためには、まず、受熱部材４１は、α度傾斜するように複数個のネジ５のうちの所定のネジ５によって、高さ調整される必要がある。ネジ５の締め付けは、受熱部材４１の傾きを調整し、受熱部材４１を発熱体２に接触させる状態とした後に、さらにネジを締め付けることによって、受熱ベース体４１１と発熱体２との熱的な接続を図るための押圧力を得ることになる。受熱ベース体４１１の発熱体への所定の押圧力を得るに必要なネジの締め付けストローク（ｄ）は、取付け部材４１７の弾性変形によって得る。よって、取付け部材４１７を一体形成する受熱ケース体４１２は、所望の弾性変形量を生じる樹脂材料によって構成されることになる。一方、冷媒液を通流する部材であることから、水分透過の少ない樹脂材料が望まれる。
【００３４】
ここで、受熱ケース体４１２の取付け部材４１７の弾性変形による押圧力は、受熱ケース体４１２の内壁の肩部４１８に当接している受熱ベース体４１１の平面を発熱体２に押圧している。ただ、受熱ケース体４１２の取付け部４１７の弾性変形は、受熱ケース体４１２の側壁４１５等に及ぶが、受熱ケース体４１２と、受熱ベース体４１１とは別の部材により結合部材によって契合されたものであることから、取付け部材４１７の弾性変形が受熱ベース体４１１の発熱体２との接触部への変形に波及することを抑制している。このことは、取付け部材４１７の変形に関わらず、受熱部材４１と発熱体２の熱的な接続を維持することが可能なことを示している。
【００３５】
さらには、受熱ベース体４１１の発熱体２との熱的な接続領域を薄肉としていることにより、ネジ５による押圧力によって受熱ベース体４１１の発熱体２との接続領域において、受熱ベース体４１１の発熱体２の対向平面部における弾性変形が生じたとしても、受熱ベース体４１１の対向平面側に設けたフィン４１４が高さ方向における座屈変形することによって、受熱部材４１の流路を確保できるものである。
【００３６】
以上のように、受熱ベース体４１１、および受熱ケース体４１２を契合して形成した受熱部材４１において、両部材の互いの弾性変形によって、発熱体２と受熱部材４１の熱的な接続を行うことにより、特別な接続部材を設けることなく、安定した熱的な接続を実現でききることから、小型で、低コストな電子機器用の冷却装置の受熱部材を提供することができる。
【００３７】
また、受熱ベース体４１１のフィン４１４を形成した部分を薄肉とすることで、発熱体２と受熱部材４１の積層配置高さを低減できることから、電子機器の薄型にも好適となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の冷却装置を搭載した電子機器の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】本実施例における受熱部材の一具体例の構成を概念的に示した図である。
【図３】本実施例における受熱ベース体の一具体例を示す概略構造図である。
【図４】本発明における発熱体と受熱部材との熱的な接続を行った状態の構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１・・・電子機器、  ２・・・発熱体、    ３・・・回路基板、  ４・・・冷却装置
４１・・・受熱部材、  ４２・・・放熱部材、
４１１・・・受熱ベース体、  ４１２・・・受熱ケース体、
４１３・・・冷媒液の通流空間、  ４１４・・・フィン、
４１６Ａ・・・冷媒流入口、４１６Ｂ・・・冷媒流出口、
４１７・・取付け部材、  ４１８・・・肩部、  ４１９・・・ヘッダ部
５・・・ネジ
【図１】
0004922903.tif 000002
【図２】
0004922903.tif 000003
【図３】
0004922903.tif 000004
【図４】
0004922903.tif 000005