(57)【要約】【課題】この発明は、冷却性能を向上させることができる液冷式電子機器を得ることを目的とするものである。【解決手段】液冷式電子機器は、平板状で金属製の第１及び第２のベース１，２と、第１及び第２のベース１，２の両方に実装された発熱部品を含む複数の電子部品３と、第１及び第２のベース１，２間に挟持された冷却ユニット４と、冷却ユニット４を囲むように第１及び第２のベース１，２間に挟持された金属リング５と、金属リング５の内側で冷却ユニット４を囲むように第１及び第２のベース１，２間に挟持されたリング状のガスケット６とを有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース表面と、ベース裏面とをそれぞれ有する第１及び第２のベース、
上記第１及び第２のベースの少なくともいずれか一方である実装ベースのベース表面に実装された複数の電子部品、及び
上記第１及び第２のベース間に挟持され、冷媒を上記実装ベースのベース裏面に接触させながら流す溝状の冷媒流路が形成されている冷却ユニット
を備えていることを特徴とする液冷式電子機器。
【請求項２】
上記実装ベースには、上記ベース表面と上記ベース裏面とを貫通し上記冷媒流路に連通された冷媒出入口が設けられていることを特徴とする請求項１記載の液冷式電子機器。
【請求項３】
上記第１及び第２のベースの両方が実装ベースであり、
上記冷却ユニットは、上記第１のベースに接合され上記冷媒流路である第１の冷媒流路を形成する第１の流路形成板と、上記第２のベースに接合され上記冷媒流路である第２の冷媒流路を形成する第２の流路形成板と、上記第１及び第２の流路形成板間に介在され上記第１及び第２の冷媒流路の底面を構成する仕切板とを有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液冷式電子機器。
【請求項４】
上記仕切板の上記電子部品に対応する位置には、上記第１の冷媒流路と上記第２の冷媒流路とを連通する複数の連通孔が設けられていることを特徴とする請求項３記載の液冷式電子機器。
【請求項５】
上記第１のベースに実装された電子部品の位置と、上記第２のベースに実装された電子部品の位置とが上記ベース表面に平行な方向に互いにずらされていることを特徴とする請求項４記載の液冷式電子機器。
【請求項６】
上記連通孔の大きさが対応する電子部品に応じて異なっていることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の液冷式電子機器。
【請求項７】
上記冷媒流路の底面には、上記実装ベースに衝突する方向の成分を冷媒の流れに生じさせる複数の突起部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の液冷式電子機器。
【請求項８】
上記冷却ユニットを囲むように上記第１及び第２のベースの間に挟持されているガスケットをさらに備えていることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の液冷式電子機器。
【請求項９】
上記冷却ユニットを囲むように上記第１及び第２のベースの間に挟持されている金属リングをさらに備え、
上記ガスケットは、上記金属リングの内周面に沿って配置されていることを特徴とする請求項８記載の液冷式電子機器。
【請求項１０】
上記冷媒流路の縁部と上記実装ベースのベース裏面との間に挟持されているガスケットをさらに備えていることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の液冷式電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばアクティブフェーズドアレイアンテナなど、複数の電子部品が実装されており、液冷を行う液冷式電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の液冷式電子機器では、冷媒流路を有する冷却板に複数のエレクトロニクスモジュール（以下、モジュール）が接触されており、これによりモジュール内部の発熱部品が所定温度以下に冷却される。また、冷却板は、矩形断面の流路を形成できるように予め掘り込み加工された２枚の金属製薄肉平板を溶接等により金属接合したものである。さらに、流路にはフィン等の突起が形成されており、これにより板厚方向の流速成分が生成され、金属製薄肉平板と冷媒との界面の対流熱伝達率が向上されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９３３８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記のような従来の液冷式電子機器では、モジュールのベース材と冷却板との間に接触熱抵抗が存在するため、モジュールの冷却性能の悪化が避けられないという問題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、冷却性能を向上させることができる液冷式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】
【０００６】
この発明に係る液冷式電子機器は、ベース表面と、ベース裏面とをそれぞれ有する第１及び第２のベース、第１及び第２のベースの少なくともいずれか一方である実装ベースのベース表面に実装された複数の電子部品、及び第１及び第２のベース間に挟持され、冷媒を実装ベースのベース裏面に接触させながら流す溝状の冷媒流路が形成されている冷却ユニットを備えている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の液冷式電子機器は、冷却ユニットに溝状の冷媒流路を設け、電子部品が実装された実装ベースのベース裏面に冷媒を直接接触させるようにしたので、冷却ユニットと実装ベースとの接触熱抵抗を無視することができ、冷却性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による液冷式電子機器を示す斜視図、図２は図１の液冷式電子機器を示す分解斜視図、図３は図１の第１のベース１を取り除いた状態を示す平面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【０００９】
図において、液冷式電子機器は、平板状で金属製の第１及び第２のベース１，２と、第１及び第２のベース１，２の両方に実装された発熱部品を含む複数の電子部品３と、第１及び第２のベース１，２間に挟持された冷却ユニット４と、冷却ユニット４を囲むように第１及び第２のベース１，２間に挟持された金属リング５と、金属リング５の内側で冷却ユニット４を囲むように第１及び第２のベース１，２間に挟持されたリング状のガスケット６とを有している。
【００１０】
第１及び第２のベース１，２は、ねじ等により金属リング５に固定されている。第１及び第２のベース１，２とガスケット６とにより囲まれた領域の気密性は、ガスケット６の潰し代を予め適正に設定しておくことによって確保されている。また、第１及び第２のベース１，２と冷却ユニット４との間の位置決めは、ピン等によって行うことができる。例えば、ベース裏面１ｂ，２ｂにピンの両端が挿入される止まり穴を設け、冷却ユニット４にピンが貫通する通し孔を設ければよい。
【００１１】
金属リング５には、第１及び第２のベース１，２を固定するためのねじ穴又はきり穴が、ガスケット６の反発力に応じて適切な間隔で設けられている。また、金属リング５の厚みは、冷却ユニット４の厚みと同等又は僅かに小さくし、第１及び第２のベース１，２と冷却ユニット４との間の隙間を極力小さくするのが好適である。これにより、第１及び第２のベース１，２を金属リング５にねじ止めした際の各部材の変形量を最小限とし、かつ第１及び第２のベース１，２と冷却ユニット４との間に冷媒が染み込むことを抑制できる。但し、第１及び第２のベース１，２と冷却ユニット４との間に隙間が多少あっても、冷媒の染み込み量が流路を流れる冷媒の流量と比較して十分に小さければ、冷却性能に影響はない。
【００１２】
ガスケット６は、市販のＯリングと同等のゴム材等で製作することができる。このとき、金属リング５の内側形状に合わせたガスケットを製作してもよいし、市販のＯリングを金属リング５の内側形状にならわせて嵌め込んでもよい。
【００１３】
第１及び第２のベース１，２は、外部に露出されたベース表面１ａ，２ａと、冷却ユニット４に接合されたベース裏面１ｂ，２ｂとをそれぞれ有している。電子部品３は、ベース表面１ａ，２ａの両方に実装されている。即ち、この例では、第１及び第２のベース１，２の両方が実装ベースである。第１のベース１とそれに実装された電子部品３とにより、第１の電気ユニットが構成されている。また、第２のベース２とそれに実装された電子部品３とにより、第２の電気ユニットが構成されている。
【００１４】
例えば、液冷式電子機器が多数のアンテナ素子を有したアクティブフェーズドアレイアンテナを構成する場合、第１及び第２の電気ユニットは、複数のアンテナ素子に対応した送受信機の構成品として機能する。この場合、第１及び第２の電気ユニットは、例えばアンテナ素子、マイクロ波スイッチ、移相器、受信系の低雑音増幅器、送信系の高出力増幅器等のマイクロ波回路、及び配線基板等の所定の機能を有する並列な複数の電子回路を構成する。即ち、第１及び第２の電気ユニットは、従来のモジュール複数個の機能が纏まったものである。
【００１５】
冷却ユニット４には、冷媒をベース裏面１ｂに接触させながら流す溝状の第１の冷媒流路４ａと、冷媒をベース裏面２ｂに接触させながら流す溝状の第２の冷媒流路４ｂとが形成されている。
【００１６】
また、冷却ユニット４は、第１のベース１に接合され第１の冷媒流路４ａを形成する第１の流路形成板７と、第２のベース２に接合され第２の冷媒流路４ｂを形成する第２の流路形成板８と、第１及び第２の流路形成板７，８間に介在され第１及び第２の冷媒流路４ａ，４ｂの底面を構成する仕切板９とを有している。即ち、冷却ユニット４は、３枚の平板を積層した構造となっている。
【００１７】
第１のベース１には、ベース表面１ａとベース裏面１ｂとを貫通し第１の冷媒流路４ａに連通された第１の冷媒出入口１ｃが設けられている。第２のベース２には、ベース表面２ａとベース裏面２ｂとを貫通し第２の冷媒流路４ｂに連通された第２の冷媒出入口２ｃが設けられている。第１及び第２の冷媒出入口１ｃ，２ｃには、金属製の配管又はフレキシブルなホース等が接続される。
【００１８】
仕切板９の電子部品３に対応する位置には、第１の冷媒流路４ａと第２の冷媒流路４ｂとを連通する複数の連通孔９ａが設けられている。第１のベース１に実装された電子部品３の位置と、第２のベース２に実装された電子部品３の位置とは、ベース表面１ａ，２ａに平行な方向に互いにずらされている。これにより、第１及び第２のベース１，２の両方に実装された電子部品３に対して連通孔９ａが電子部品３の真下に配置されている。
【００１９】
図２及び図３では、冷媒の流れを矢印で示している。第２の冷媒出入口２ｃから第２の冷媒流路４ｂに流入された冷媒は、第２の冷媒流路４ｂで３つの流れに分岐され、連通孔９ａを通して第１の冷媒流路４ａに流入される。第１の冷媒流路４ａに流入された冷媒は、第１の流路形成板７の長辺と平行に僅かに移動した後、連通孔９ａを通して再び第２の冷媒流路４ａに流入される。この後、冷媒は、第２の流路形成板８の短辺と平行に僅かに移動した後、連通孔９ａを通して再び第１の冷媒流路４ａに流入される。そして、冷媒は、第１の冷媒流路４ａで１つの流れに合流され、第１の冷媒出入口１ｃから外部へ流出される。
【００２０】
このような液冷式電子機器では、冷却ユニット４に溝状の第１及び第２の冷媒流路４ａ，４ｂを設け、ベース裏面１ｂ，２ｂに冷媒を直接接触させるようにしたので、第１及び第２のベース１，２が冷媒流路４ａ，４ｂの一部として機能し、これにより冷却ユニット４と第１及び第２のベース１，２との接触熱抵抗を無視することができ、冷却性能を向上させることができる。また、ベース１，２と冷却ユニット４との間に別の冷却板を介在させる必要がないので、全体を薄型軽量化することができる。
【００２１】
また、第１及び第２のベース１，２には、ベース表面１ａ，２ａとベース裏面１ｂ，２ｂとを貫通し冷媒流路４ａ，４ｂに連通された冷媒出入口１ｃ，２ｃが設けられているので、簡単な構造で冷媒流路４ａ，４ｂに対する冷媒の出し入れを行うことができる。
【００２２】
さらに、冷却ユニット４を構成する第１及び第２の流路形成板７，８と、仕切板９とは、薄肉平板のプレス加工で製作することができ、これにより冷却ユニット４を低コストで製作することができる。また、第１及び第２の流路形成板７，８と、仕切板９との打ち抜き形状を変更するだけで、電子部品３の配置等に応じて流路のレイアウトをある程度複雑にすることが容易に行える。従って、電気ユニットの設計の自由度を向上させることもできる。
【００２３】
さらにまた、連通孔９ａを仕切板９の電子部品３に対応する位置に設けたので、電子部品３に対する冷却性能を向上させることができる。
【００２４】
また、ガスケット６は、冷却ユニット４の外周と金属リング５の内周との間のリング状の領域に設置されるため、冷媒流路４ａ，４ｂの内部が正負いずれの圧力状態になった場合でもガスケット６の形状が維持できる。
【００２５】
なお、全体の剛性を確保するため、又は電気ユニット及び冷却ユニット４の反りを矯正して両者を密着させるために、ガスケット６の内側で電気ユニットと冷却ユニット４とをねじ等により締め付けてもよい。この場合、金属リング５の厚さと同一の軸方向長さを持つ円筒状のスペーサを、冷却ユニット４の構成部品に設けた穴に挿入して第１及び第２のベース１，２間に挟み込む。また、スペーサの外側にＯリングを挿入して第１及び第２のベース１，２を締め付ける。これにより、締め付け部の気密性能を確保できる。
【００２６】
また、実装ベースは、電子部品３を収納した金属容器の底面部であってもよい。
さらに、連通孔９ａの大きさは、対応する電子部品に応じて互いに異なっていてもよい。
【００２７】
さらにまた、冷媒流路４ａ，４ｂは、入口から出口までを１本でつなぐ方式（直列）でも、途中で分岐させる方式（並列）でもよい。即ち、分岐の有無及び流路断面形状等の設計は、各電子部品３の直下で必要な冷却性能や、電子機器としての圧力損失の要求値等に応じて行えばよい。
例えば、対流熱伝達率を向上させるために流速を大きくする必要がある部位は１本の流路とし、圧力損失を低減する必要がある部位は流速を小さくするために並列の流路にする等の設計を行うことができる。
従って、冷却ユニット４の構成部品の設計を適切に行うことにより、電子機器内に供給する冷媒の流量を必要最小限とし、効率的な冷却性能を得ることができる。また、冷媒流量を必要最小限にできれば、電子機器内の圧力損失を必要最低限に抑えることができ、ひいては電子機器外で冷却システムを構成するポンプの負荷を減らすことができる。
【００２８】
また、第１及び第２のベース１，２の同じ位置に電子部品３を配置してもよい。この場合、３層の流路形成板を用いることにより、全ての電子部品３の直下で板厚方向の流速成分を発生させ、対流熱伝達率を向上させることができる。
さらに、上記の例では、第１及び第２のベース１，２の両方に電子部品３を実装したが、いずれか一方のみに実装してもよい。
【００２９】
さらにまた、冷媒流路４ａ，４ｂの構成が単純であり、かつ冷媒流路４ａ，４ｂ内に負圧がかからない場合には、冷媒流路４ａ，４ｂの形状に沿って流路形成板７，８にガスケットを嵌め込み、第１及び第２のベース１，２と冷却ユニット４とをねじ止めすることにより気密性能を確保することができる。即ち、ガスケットは、冷媒流路４ａ，４ｂの縁部とベース裏面１ｂ，２ｂとの間に挟持される。この場合、金属リング５は不要となり、冷媒流路４ａ，４ｂの形状に合わせた複数のガスケットが必要となる。また、この場合、流路形成板７，８の厚さはガスケットの潰し量を考慮して設定する必要がある。
【００３０】
また、電気ユニットは、アクティブフェーズドアレイアンテナ用の送受信機の構成品に限られるものではなく、例えば多数の発熱部品が実装された電源用基板等であってもよい。この場合、第１及び第２のベース１，２上には、電子回路を形成するための樹脂層が積層されるが、この場合においても、第１及び第２のベース１，２が従来の冷却板の構成部材と同様に冷媒流路を形成する機能の一部を受け持つことになる。
【００３１】
実施の形態２．
次に、図５はこの発明の実施の形態２による液冷式電子機器の要部断面図である。図において、冷媒流路４ａ，４ｂの底面には、実装ベースである第１及び第２のベース１，２に衝突する方向の成分を冷媒の流れに生じさせる複数のフィンガ状の突起部（乱流促進体）９ｂが設けられている（第２の冷媒流路４ｂ側のみ示す）。突起部９ｂは、仕切板９に設けられている。また、連通孔９ａは設けられてない。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００３２】
このように、冷媒流路４ａ，４ｂの底面に突起部９ｂを設けた場合、連通孔９ａを設ける場合に比べると板厚方向の流速成分が小さくなり冷却性能が劣るが、冷媒流路４ａ，４ｂの構成を複雑にすることなく、冷却性能を向上させることができる。
【００３３】
なお、金属薄板のプレス加工により成形したフィンガ状の突起部９ｂを仕切り板９にかしめ接合する等の製造方法によれば、製造コストを低減できる。
また、連通孔９ａ及び突起部９ｂの両方を仕切板９に設けてもよく、より多くの部位で冷却性能を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の実施の形態１による液冷式電子機器を示す斜視図である。
【図２】図１の液冷式電子機器を示す分解斜視図である。
【図３】図１の第１のベースを取り除いた状態を示す平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２による液冷式電子機器の要部断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  第１のベース（実装ベース）、１ａ，２ａ  ベース表面、１ｂ，２ｂ  ベース裏面、１ｃ，２ｃ  冷媒出入口、２  第２のベース（実装ベース）、３  電子部品、４  冷却ユニット、４ａ  第１の冷媒流路、４ｂ  第２の冷媒流路、５  金属リング、６  ガスケット、７  第１の流路形成板、８  第２の流路形成板、９  仕切板、９ａ  連通孔、９ｂ  突起部。
【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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