JP6627901B2 - 電子機器および電子装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子機器等に関し、たとえば、発熱体を冷却する電子機器等の技術に関する。
近年、クラウドサービス等の技術発展に伴って、情報処理量が増大しつつある。この膨大な情報を処理するために、中央演算処理装置(Central Processing Unit:CPU)や集積回路(Multi-chip Module:MCM)などの発熱体の計算量が、増加する傾向にある。このため、これらの発熱体の発熱量も増加する傾向にある。この傾向に伴って、発熱体をより効率よく冷却しようとする試みが日々なされている。
発熱体の冷却技術として、冷媒を用いて発熱体を冷却する電子機器が知られている(たとえば、特許文献1および2)。
特許文献1に記載の技術では、発熱体(発熱電子デバイス510)は、回路基板(プリント回路基板540)上に実装されている。筐体(モジュールケーシング530、ハウジングの最上部壁571)は、発熱体を収容し、且つ、回路基板の一方の面との間で冷媒(誘電冷却液532)を密閉するように、回路基板の一方の面に取り付けられている。
また、2つのポンプ(衝突冷却型浸漬ポンプ535、536)が、筐体内の冷媒中に配置されており、冷媒を循環させている。また、冷却機関(液冷コールドプレート420)が、筐体の上面(ハウジングの最上部壁571)に、取り付けられている。冷却機関では、筐体内の冷媒とは別の冷媒が、吸入口から排出口へ向けて流れている。
このように、特許文献1に記載の技術では、筐体内で冷媒を循環させるとともに、筐体内の冷媒とは別の冷媒を冷却機関内に流すことで、発熱体の熱を冷却している。
特許文献2に記載の技術では、電子回路パッケージにおいて、少なくとも発熱部品の一部を内蔵し、パッケージの部品実装面の壁の一部とした密閉容器となるようにカバーを施し、そのカバー内に冷却液を入れて前記発熱部品を浸漬させている。
なお、本発明に関連する技術が、特許文献3にも開示されている。
特表2012−531056号公報 特開昭59−188198号公報 特開2013−187251号公報
しかしながら、特許文献1および2に記載の技術では、筐体は、発熱体を収容し、且つ、回路基板の一方の面との間で冷媒を密閉するように、回路基板の一方の面に取り付けられている。すなわち、冷媒と発熱体は、回路基板の一方の面および筐体で囲われた空間内に閉じこめられている。発熱体が温度上昇すると上記密閉空間内の内圧が高まり、回路基板に撓みなどの変形が生じることがあった。この変形が大きく生じると、回路基板に形成された配線などが切断されてしまったり、回路基板と筐体との間の接続部に隙間が出来て冷媒が漏れてしまったりするなどの問題が発生した。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、回路基板および筐体で囲われた空間内に発熱体と冷媒を閉じ込める場合であっても、冷媒の漏洩や回路基板に形成された配線の切断などの不具合を抑制することができる電子機器等を提供することにある。
本発明の電子機器は、発熱体が取り付けられた回路基板と、前記回路基板の第1の主面との間で前記発熱体および冷媒を密閉するように、前記第1の主面に取り付けられる第1の筐体と、前記回路基板の変形を抑制する変形抑制部と、を備えている。
本発明の電子装置は、電子機器と、前記電子機器が取り付けられる収容ラックとを備えている。
本発明によれば、回路基板および筐体で囲われた空間内に発熱体と冷媒を閉じ込める場合であっても、冷媒の漏洩や回路基板に形成された配線の切断などの不具合を抑制することができる。
本発明の第1の実施の形態における電子機器の構成を示す断面図であって、図4のA−A切断面における断面を示す図である。 本発明の第1の実施の形態における電子機器の構成を示す断面図であって、図3のB−B切断面における断面を示す図である。 本発明の第1の実施の形態における電子機器の構成を示す側面図である。 本発明の第1の実施の形態における電子機器の構成を示す上面図である。 本発明の第1の実施の形態における電子装置の構成を示す断面図であって、図7のB−B切断面における断面を示す図である。 本発明の第1の実施の形態における電子装置の構成を示す側面図である。 本発明の第1の実施の形態における電子装置の構成を示す前面図である。 本発明の第1の実施の形態における収容ラックの構成を示す断面図であって、図9のC−C切断面における断面を示す図である。 本発明の第1の実施の形態における収容ラックの構成を示す前面図である。 本発明の第1の実施の形態における電子機器の第1の変形例の構成を示す断面図である。 本発明の第1の実施の形態における電子機器の第1の変形例の構成を示す断面図であって、蓋部を取り外した図である。 本発明の第1の実施の形態における電子機器の第2の変形例の構成を示す断面図であって、図15のD−D切断面における断面を示す図である。 本発明の第1の実施の形態における電子機器の第2の変形例の構成を示す断面図であって、図14のE−E切断面における断面を示す図である。 本発明の第1の実施の形態における電子機器の第2の変形例の構成を示す側面図である。 本発明の第1の実施の形態における電子機器の第2の変形例の構成を示す上面図である。 本発明の第1の実施の形態における電子機器の第3の変形例の構成を示す断面図である。 本発明の第2の実施の形態における電子機器の構成を示す断面図であって、図20のF−F切断面における断面を示す図である。 本発明の第2の実施の形態における電子機器の構成を示す断面図であって、図19のG−G切断面における断面を示す図である。 本発明の第2の実施の形態における電子機器の構成を示す側面図である。 本発明の第2の実施の形態における電子機器の構成を示す上面図である。 本発明の第2の実施の形態における電子機器の変形例の構成を示す断面図である。 本発明の第2の実施の形態における電子機器の変形例の構成を示す断面図である。 本発明の第3の実施の形態における電子機器の構成を示す断面図であって、図25のH−H切断面における断面を示す図である。 本発明の第3の実施の形態における電子機器の構成を示す断面図であって、図25のJ−J切断面における断面を示す図である。 本発明の第3の実施の形態における電子機器の構成を示す側面図である。 本発明の第3の実施の形態における電子機器の構成を示す上面図である。 本発明の第3の実施の形態における電子機器の構成を示す断面図であって、第2の筐体が鉛直方向の上方側に配置されるように、電子機器を設置したときの図である。 本発明の第3の実施の形態における電子機器の構成を示す断面図であって、回路基板が鉛直方向に沿って配置されるように、電子機器を設置したときの図である。 本発明の第4の実施の形態における電子機器の構成を示す断面図であって、図32のK−K切断面における断面を示す図である。 本発明の第4の実施の形態における電子機器の構成を示す断面図であって、図31のL−L切断面における断面を示す図である。 本発明の第4の実施の形態における電子機器の構成を示す側面図である。 本発明の第4の実施の形態における電子機器の構成を示す上面図である。
<第1の実施の形態>
本発明の第1の実施の形態における電子機器100の構成について、図に基づいて説明する。
図1は、電子機器100の構成を示す断面図であって、図4のA−A切断面における断面を示す図である。図2は、電子機器100の構成を示す断面図であって、図3のB−B切断面における断面を示す図である。図3は、電子機器100の構成を示す側面図である。図4は、電子機器100の構成を示す上面図である。なお、図1および図3には、鉛直方向Gが示されている。
図1〜図4を参照して、電子機器100は、回路基板10と、第1の筐体20と、変形抑制部30とを備えている。なお、電子機器100は、たとえば、通信装置やサーバーなどに組み込まれる電子モジュールに用いることができる。
回路基板10は、平板状に形成されている。回路基板10は、第1の主面11と、第2の主面12と、コネクタ部13を有している。ここで、回路基板10の主面とは、回路基板10の主たる面をいい、たとえば電子部品が実装される面をいう。なお、第1の主面11を回路基板の表面(おもて面)と呼び、第2の主面12を回路基板の裏面とも呼ぶことがある。回路基板10の第1の主面11上には、発熱体Hが取り付けられている。なお、回路基板10上には、冷媒COOの流動を方向付ける整流板(不図示)が設けられてもよい。この整流板は、第1の筐体20の内面に取り付けられても良い。
なお、発熱体Hは、稼働すると熱を発する部品であって、たとえば中央演算処理装置(Central Processing Unit:CPU)や集積回路(Multi-chip Module:MCM)などである。本実施形態の説明では、発熱体Hは1つであるとするが、複数の発熱体Hが設けられてもよい。
回路基板10は、たとえば、プリント配線基板である。プリント配線基板は、複数の絶縁体の基板および導体配線が積層されて構成されている。また、回路基板10の1の主面11および第2の主面12には、電子部品を実装するための導電性のパッドが形成されている。絶縁体の基板の材料には、たとえば、ガラスエポキシ樹脂が用いられる。導体配線やパッドは、たとえば銅箔により形成されている。
また、コネクタ部13は、他の電子部品(不図示)と接続するために、回路基板10の第1の主面11上に形成されている。コネクタ部13は、例えば、回路基板10の第1の主面11に形成された複数の端子によって、構成されている。なお、コネクタ部13は、第2の主面12上にも形成されてもよい。この場合、第2の主面12のうちで、第1の主面11に形成されたコネクタ部13の形成領域に対応する領域に、コネクタ部13が形成される。
図1に示されるように、第1の筐体20は、回路基板10の第1の主面11との間で発熱体Hおよび冷媒(Coolant:以下、COOと称する。)を密閉するように、第1の主面11に取り付けられる。また、第1の筐体20は、コネクタ部13を被覆しないように、第1の主面11に取り付けられている。
第1の筐体20は、回路基板10との間で、冷媒COOおよび発熱体Hを収容する。また、第1の筐体20は、フランジ部Fを有している。図1に示されるように、フランジ部Fは、第1の筐体20の側面の外周から突出するように形成されている。第1の筐体20の材料には、熱伝導性部材が用いられ、例えばアルミニウムやアルミニウム合金などが用いられる。
なお、第1の筐体20は、たとえば、接着剤やネジ止めなどにより、第1の主面11に取り付けられる。このとき、第1の筐体20のフランジ部Fと、回路基板10の第1の主面11とが、接着剤やネジ止めなどにより、接合される。
なお、好ましくは、第1の筐体20のフランジ部Fと回路基板10の第1の主面11の間には、弾性部材として、ゴム状のパッキン等(不図示)が介在される。これにより、第1の筐体20のフランジ部Fと回路基板10の第1の主面11の間に隙間が発生することを抑制できる。この結果、第1の筐体20のフランジ部Fと回路基板10の第1の主面11の間から、冷媒COOが漏れ出すのを抑制できる。
また、第1の筐体20のフランジ部Fと回路基板10の第1の主面11の間に、グリースを介在させてもよい。これにより、ゴム状のパッキン等を介在させた場合と同様に、第1の筐体20のフランジ部Fと回路基板10の第1の主面11の間に隙間が発生することを抑制できる。
なお、フランジ部Fは、必須の構成ではなく、省略することができる。この場合、第1の筐体20の側面の鉛直方向Gの下方側端部(図1紙面の下側端部)と、回路基板10の第1の主面11とが、接着剤などにより、接合される。
冷媒COOには、液相状態の冷媒(液相冷媒(Liquid-Phase Coolant:以下、LP−COOと称する。))と気相状態の冷媒(気相冷媒(Gas-Phase Coolant:以下、GP−COOと称する。))の間で相変化する冷媒が用いられている。
冷媒COOには、低沸点の冷媒として、例えば、ハイドロフルオロカーボン(HFC:Hydro Fluorocarbon)やハイドロフルオロエーテル(HFE:Hydro Fluoroether)などを用いることができる。また、冷媒COOに、たとえば、水のように、相変化しない物質を用いてもよい。
冷媒COOは、第1の筐体20と回路基板10との間の空間内に、密閉された状態で閉じこめられる。このため、第1の筐体20と回路基板10との間の空間内に、液相冷媒LP−COOを注入した後に真空排気することにより、第1の筐体20と回路基板10との間の空間内を常に冷媒の飽和蒸気圧に維持する。なお、第1の筐体20と回路基板10との間の空間内に冷媒COOを充填する方法については、後述の電子機器100の製造方法の説明の中で詳しく説明する。
変形抑制部30は、板部材である。変形抑制部30は、回路基板10の第2の主面12に取り付けられている。これにより、回路基板10と変形抑制部30により合板を形成できる。この合板の許容応力度は、一般的に、回路基板10だけの構成と比較して、大きくなる。この結果、回路基板10が冷媒COOの自重や圧力により変形することを抑制できる。このとき、より好ましくは、図1に示されるように、第1の筐体20と回路基板10との間の冷媒COOと、回路基板10とが接する領域が、変形抑制部30と回路基板10とが向かい合う領域内に含まれている。これにより、さらに、回路基板10の変形を抑制することができる。なお、後で別の実施の形態の説明内で詳述するように、変形抑制部30は、回路基板10の第1の主面11上に取り付けられてもよい。変形抑制部30は、例えば、接着剤や、ネジ止めなどにより、回路基板10に取り付けられる。
変形抑制部30の材料には、例えば、鉄やステンレス合金などが用いられる。また、少なくとも、冷媒COO、発熱体H、第1の筐体20等の自重が加わるとともに、冷媒COOが液相冷媒LP−COOから気相冷媒GP−COOに相変化した際に生じる圧力に耐えうる剛性となるように、変形抑制部30は形成される。
以上、電子機器100の構成について説明した。
つぎに、電子機器100の製造方法について、説明する。
まず、発熱体Hが取り付けられた回路基板10を準備する。つぎに、第1の筐体20を接着剤やネジ止めなどにより回路基板10の第1の主面11上に取り付ける。また、変形抑制部30を第2の主面12に取り付ける。そして、第1の筐体20と回路基板10との間の空間内に冷媒COOを充填する。
第1の筐体20と回路基板10との間の空間内に冷媒COOを充填する方法については、次の通りである。
第1の筐体20の上面(図1にて紙面上側の面)に予め設けられている冷媒注入孔(不図示)から、第1の筐体20と回路基板10との間の空間内に冷媒COOを注入する。そして、冷媒注入孔を閉じる。また、第1の筐体20の上面(図1にて紙面上側の面)に予め設けられている空気排除用孔(不図示)を介して、真空ポンプ(不図示)などを用いて、第1の筐体20と回路基板10との間の空間内から、空気を排除する。そして、空気排除用孔を閉じる。このようにして、第1の筐体20と回路基板10との間の空間内に冷媒COOを密閉する。これにより、第1の筐体20と回路基板10との間の空間内の圧力は冷媒COOの飽和蒸気圧と等しくなり、第1の筐体20と回路基板10との間の空間内に密閉された冷媒COOの沸点が室温近傍となる。なお、冷媒注入孔を空気排除用孔として共用してもよい。
以上の通り、電子機器100の製造方法について、説明した。
次に、本発明の第1の実施の形態における電子装置1000の構成について説明する。
図5は、電子装置1000の構成を示す断面図であって、図7のB−B切断面における断面を示す図である。図6は、電子装置1000の構成を示す側面図である。図7は、電子装置1000の構成を示す前面図である。なお、図5〜図7には、鉛直方向Gが示されている。
図5〜図7を参照して、電子装置1000は、電子機器100と、収容ラック200とを備えている。なお、電子装置1000は、たとえば、通信装置やサーバーなどである。電子装置1000には、電子機器100(電子モジュールなど)が組み込まれる。
図5に示されるように、収容ラック200は、複数の電子機器100を収容する。図5では、3つの電子機器100が収容ラック200に収容されている。しかしながら、3つに限らず、1または複数の電子機器100が収容ラック200に収容されてもよい。
なお、ここでは、図5および図7に示されるように、電子機器100の回路基板10のうち、コネクタ部13と反対側の端部には、前面カバー90が取り付けられている。なお、前面カバー90は本実施形態の必須の構成要素ではない。
収容ラック200の構成について、具体的に説明する。図8は、収容ラック200の構成を示す断面図であって、図9のC−C切断面における断面を示す図である。図9は、収容ラック200の構成を示す前面図である。なお、図8および図9には、鉛直方向Gが示されている。
図8および図9に示されるように、収容ラック200は、筐体210と、回路基板220とを備えている。
筐体210は、内部を空洞とする箱状に形成されている。筐体210は、回路基板220を収容する。筐体210は、開口部211を有する。開口部211は、収容ラック200の前面側に形成されている。回路基板220や電子機器100は、開口部211を介して、筐体210内に収容される。筐体210の材料には、たとえば、アルミニウムや、アルミニウム合金や、ステンレス合金などが用いられる。
回路基板220は、筐体210の背面側の内部にネジ止め等により固定されている。回路基板220は、鉛直方向Gに沿って、配置される。また、図8に示されるように、回路基板220上には、収容ラック側コネクタ部223が実装されている。収容ラック側コネクタ部223は、コネクタ部13と嵌り合うように設けられている。すなわち、コネクタ部13が配置された位置における回路基板10の厚みと、収容ラック側コネクタ部223のうちコネクタ部13を収容する部分の幅は、ほぼ同じになるように設定されている。また、コネクタ部13に設けられた端子(不図示)間のピッチ距離と、収容ラック側コネクタ部223の端子(不図示)間の距離が、ほぼ同じになるように設定されている。
以上、収容ラック200の構成について説明した。
次に、電子装置1000の動作説明をする。図5に示されるように、電子機器100を収容ラック200の筐体210内に収容する。このとき、電子機器100のコネクタ部13を、収容ラック200の収容ラック側コネクタ部223に挿入する。これにより、コネクタ部13が収容ラック側コネクタ部223に嵌合する。この結果、コネクタ部13および収容ラック側コネクタ部223が電気的に接続される。そして、収容ラック200の回路基板220と、電子機器100の回路基板10とが、コネクタ部13および収容ラック側コネクタ部223を介して、電気的に接続される。
次に、電子装置1000を起動すると、電源が、回路基板220から、コネクタ部13および収容ラック側コネクタ部223を介して、回路基板10上の発熱体Hに供給される。これにより、発熱体Hが発熱する。
液相冷媒LP−COOが、発熱体Hの表面で、発熱体Hの熱によって沸騰し、気相冷媒GP−COOに相変化する。これにより、気相冷媒GP−COOの気泡が発生する。この相変化により生じる気化熱(潜熱)によって、発熱体Hで生じる熱を放熱する。この結果、発熱体Hが冷却される。
気相冷媒GP−COOは、液相冷媒LP−COO内を鉛直方向Gの上方へ上昇し、液相冷媒LP−COOの液面上を抜けて、さらに鉛直方向Gの上方へ上昇する。そして、発熱体Hの熱によって沸騰した気相冷媒GP−COOは、第1の筐体20の内壁面と接触することにより冷却されると、再び液相冷媒LP−COOに相変化する。この液相冷媒LP−COOは、第1の筐体20内を鉛直方向Gの下方へ下降し、回路基板10側に溜まり、発熱体Hの冷却に再び用いられる。
つぎに、変形抑制部30の作用について説明する。図1に示されるように、回路基板10は、冷媒COOよりも鉛直方向Gの下方側に、設けられている。このため、回路基板10は、冷媒COOの自重により鉛直方向Gの下方側が凸となるようにたわむ。また、冷媒COOが、液相冷媒GP−COOから気相冷媒GP−COOへ相変化することにより、第1の筐体20と回路基板10との間の密閉空間内の冷媒COOの圧力は、上昇する。
電子機器100では、上述の通り、変形抑制部30は回路基板10の第2の主面12に取り付けられている。このため、回路基板10と変形抑制部30により合板を形成できる。この合板の許容応力度は、一般的に、回路基板10だけの構成と比較して、大きくなる。この結果、冷媒COOや発熱体Hなどの自重や圧力によって、回路基板10が変形することを抑制できる。また、回路基板10の変形を抑制できるので、回路基板10と第1の筐体20の接合部にて回路基板10と第1の筐体20の間に隙間が生じることを抑制できる。
したがって、回路基板10および第1の筐体20で囲われた空間内に発熱体Hと冷媒COOを閉じ込める場合であっても、冷媒COOの漏洩や回路基板に形成された配線の切断などの不具合を抑制することができる。なお、一般的に、回路基板10は平板状に形成されているのに対して、第1の筐体20は立体状に形成されている。このため、通常、回路基板10は、第1の筐体20と比べて、剛性が低く撓みやすい。
以上、変形抑制部30の作用について説明した。
以上の通り、本発明の第1の実施の形態における電子機器100は、回路基板10と、第1の筐体20と、変形抑制部30とを備えている。回路基板10には、発熱体Hが取り付けられる。第1の筐体20は、回路基板10の第1の主面11との間で発熱体Hおよび冷媒COOを密閉するように、第1の主面11に取り付けられる。変形抑制部30は、回路基板10の変形を抑制する。
このように、変形抑制部30は、回路基板10の変形を抑制する。この結果、冷媒COOや発熱体Hなどの自重や圧力によって、回路基板10が変形することを抑制できる。また、回路基板10の変形を抑制できるので、回路基板10と第1の筐体20の接合部にて回路基板10と第1の筐体20の間に隙間が生じることを抑制できる。
したがって、本発明の第1の実施の形態における電子機器100によれば、回路基板10および第1の筐体20で囲われた空間内に発熱体Hと冷媒COOを閉じ込める場合であっても、冷媒COOの漏洩や回路基板に形成された配線の切断などの不具合を抑制することができる。
また、本発明の第1の実施の形態における電子機器100において、冷媒COOには、液相冷媒LP−COOおよび気体冷媒GP−COOに相変化することができるものを用いる。
これにより、冷媒COOが相変化する際に熱(潜熱)も移動するので、相変化しない冷媒と比較して、発熱体Hの冷却効率を高めることができる。
また、相変化する冷媒COOは、液相状態および気相状態の間での圧力差が大きい。とくに、相変化する冷媒COOが液相冷媒GP−COOから気相冷媒GP−COOへ相変化することにより、第1の筐体20と回路基板10との間の密閉空間内の冷媒COOの圧力は大きく上昇する。このため、相変化する冷媒COOを用いた場合、冷媒COOの自重に加えて、冷媒COOの相変化時に生じる圧力が回路基板10に加わる。
したがって、相変化する冷媒COOを用いる場合、相変化しない冷媒を用いる場合と比較して、回路基板10は変形しやすくなる。一方で、上述の通り、電子機器100では、変形抑制部30を備えることで、冷媒COOや発熱体Hなどの自重を要因とする回路基板10の変形だけでなく、冷媒COOの相変化により生じる圧力によって生じる回路基板10の変形を抑制することができる。
また、本発明の第1の実施の形態における電子機器100において、変形抑制部30は、回路基板10のうちで、第1の主面11、および第1の主面11と反対側の主面である第2の主面12のいずれか一方または双方に取り付けられた板部材であってもよい。
これにより、上述した効果と同様の効果を奏することができる。
また、本発明の第1の実施の形態における電子機器100は、コネクタ部13をさらに備えている。コネクタ部13は、回路基板10の端部の第1の主面11上に設けられ、他の電子部品(たとえば、収容ラック側コネクタ部223)と接続される。また、第1の筐体20は、コネクタ部13を被覆しないように、第1の主面11に取り付けられている。すなわち、第1の筐体20は、第1の主面11のうち、コネクタ部13以外の場所に、取り付けられる。なお、コネクタ部13は、第1の主面11上に限らず、第2の主面12上に設けられてもよい。
これにより、第1の筐体20は、コネクタ部13と干渉しないように、回路基板10の第1の主面11上に取り付けられる。この結果、他の電子部品とコネクタ部13を接続するのに、第1の筐体20が邪魔になることを防止できる。また、第1の筐体20を取り外すことなく、他の電子部品とコネクタ部13を接続することができるので、回路基板10上の電子部品を補修等の保守作業を容易に行うことができる。
また、本発明の第1の実施の形態における電子装置1000は、電子機器100と、収容ラック200を備えている。収容ラック200には、電子機器100が取り付けられる。これにより、電子機器100を組み込んだ電子装置1000を構成でき、上述した電子機器100の効果と同様の効果を奏することができる。
また、本発明の第1の実施の形態における電子装置1000は、電子機器100と、収容ラック200を備えている。収容ラック200には、電子機器100が取り付けられる。さらに、収容ラック200は、コネクタ部13と接続する収容ラック側コネクタ部223をさらに備えている。これにより、電子機器100および収容ラック200の間を、コネクタ部13および収容ラック側コネクタ部223を介して、電気的に接続することができる。また、電子機器100を組み込んだ電子装置1000を構成でき、上述した電子機器100の効果と同様の効果を奏することができる。
<第1の実施の形態の第1の変形例>
本発明の第1の実施の形態における電子機器の第1の変形例である電子機器100Aの構成について、図に基づいて説明する。
図10は、電子機器100Aの構成を示す断面図である。図11は、電子機器100Aの構成を示す断面図であって、蓋部20aを取り外した図である。なお、図10および図11には、鉛直方向Gが示されている。また、図10および図11では、図1〜図9で示した各構成要素と同等の構成要素には、図1〜図9に示した符号と同等の符号を付している。
図10および図11を参照して、電子機器100Aは、回路基板10と、第1の筐体20Aと、変形抑制部30と、弾性部材Pとを備えている。電子機器100Aは、電子機器100と同様に、収容ラック200に取り付けることができる。なお、電子機器100Aは、たとえば、通信装置やサーバーなどに組み込まれる電子モジュールに用いることができる。
ここで、電子機器100と電子機器100Aとを比較する。図1に示されるように、電子機器100では、第1の筐体20は一体に形成されている。これに対して、電子機器100Aでは、第1の筐体20Aは、蓋部20aと、枠部20bとを備えている。この点で、両者は互いに相違する。
図10および図11に示されるように、第1の筐体20Aは、蓋部20aと、枠部20bとを備えている。
蓋部20aは、たとえば板状に形成されている。蓋部20aは、回路基板10の第1の主面11と向かい合うように設けられる。蓋部20aは、弾性部材Pを介して、枠部20bと結合される。なお、蓋部20aの材料には、アルミニウムやアルミニウム合金などの熱伝導性部材が用いられる。
枠部20bは、蓋部20aの外周部を囲う。より具体的には、枠部20bは、蓋部20aの外周部と第1の主面11の間を結ぶ面を含んで構成されている。枠部20bは、弾性部材Pを介して、蓋部20aと結合される。また、枠部20bは、フランジ部Fを備えている。なお、枠部20bの材料には、アルミニウムやアルミニウム合金などの熱伝導性部材が用いられる。
弾性部材Pは、蓋部20aおよび枠部20bの間に設けられている。また、弾性部材Pは、蓋部20aおよび枠部20bの間に、圧縮されて固定される。弾性部材Pの形状は、枠部20bの形状に合わせて、環状に形成される。弾性部材Pの材料には、たとえば、天然ゴムや合成ゴムが用いられる。
以上、電子機器100Aの構成について、説明した。
つぎに、電子機器100Aの製造方法について説明する。まず、発熱体Hが取り付けられた回路基板10を準備する。つぎに、枠部20bを、回路基板10の第1の主面11上に接着剤やネジ止めなどにより取り付ける。また、蓋部20aおよび枠部20bの間に弾性部材Pを介在させて、蓋部20aをネジ止めなどにより枠部20bに結合する。これにより、第1の筐体20Aと回路基板10の間に密閉空間が形成される。また、変形抑制部30を第2の主面12に取り付ける。そして、第1の筐体20Aと回路基板10との間の空間内に冷媒COOを充填する。第1の筐体20Aと回路基板10との間の空間内に冷媒COOを充填する方法については、電子機器100の製造方法と同様である。
また、電子機器100Aは次のようにも製造できる。まず、発熱体Hが取り付けられた回路基板10を準備する。つぎに、枠部20bを、回路基板10の第1の主面11上に接着剤やネジ止めなどにより取り付ける。つぎに、冷媒COOを枠部20b内に注ぐ。そして、蓋部20aおよび枠部20bの間に弾性部材Pを介在させて、蓋部20aをネジ止めなどにより枠部20bに結合する。これにより、第1の筐体20Aと回路基板10の間に密閉空間が形成される。また、変形抑制部30を第2の主面12に取り付ける。蓋部20aに予め設けられている空気排除用孔(不図示)を介して、真空ポンプ(不図示)などを用いて、第1の筐体20Aと回路基板10との間の空間内から、空気を排除する。つぎに、空気排除用孔を閉じる。このようにして、第1の筐体20Aと回路基板10との間の空間内に冷媒COOを密閉する。これにより、第1の筐体20Aと回路基板10との間の空間内の圧力は冷媒COOの飽和蒸気圧と等しくなり、第1の筐体20Aと回路基板10との間の空間内に密閉された冷媒COOの沸点が室温近傍となる。
以上の通り、電子機器100Aの製造方法について、説明した。
第1の実施の形態における電子機器100の第1の変形例である電子機器100Aにおいて、第1の筐体20Aは、蓋部20aと、枠部20bとを含んで構成される。蓋部20aは、回路基板10の第1の主面11と向かい合う。枠部20bは、蓋部20aの外周部を囲うように構成される。
このように、第1の筐体20Aを、蓋部20aと枠部20bとに分けて構成することができる。これにより、電子機器100のように、第1の筐体20全体を回路基板10から取り外すことなく、蓋部20aだけを取り外すだけで、回路基板10の第1の主面11上に実装された電子部品(発熱体Hを含む。)を検査したり、付けかえたりすることができる。このように、電子機器100Aは、電子機器100と比較して、保守作業を行い易くすることができる。
また、第1の実施の形態における電子機器100の変形例である電子機器100Aは、蓋部20aおよび枠部20bの間に設けられた弾性部材Pをさらに備えている。また、蓋部20aおよび枠部20bは弾性部材Pを圧縮するように結合されている。すなわち、蓋部20aおよび枠部20bの間で弾性部材Pを圧縮することにより、回路基板10の第1の主面11と第1の筐体20Aとの間で発熱体Hおよび冷媒COOを密閉する。これにより、蓋部20aおよび枠部20bの間に隙間ができることを抑制できる。この結果、蓋部20aおよび枠部20bの間から、冷媒COOが漏れ出すのを抑制できる。
<第1の実施の形態の第2の変形例>
本発明の第1の実施の形態における電子機器の第2の変形例である電子機器100Bの構成について、図に基づいて説明する。
図12は、電子機器100Bの構成を示す断面図であって、図15のD−D切断面における断面を示す図である。図13は、電子機器100Bの構成を示す断面図であって、図14のE−E切断面における断面を示す図である。図14は、電子機器100Bの構成を示す側面図である。図15は、電子機器100Bの構成を示す上面図である。
なお、図12および図14には、鉛直方向Gが示されている。また、図12〜図15では、図1〜図11で示した各構成要素と同等の構成要素には、図1〜図11に示した符号と同等の符号を付している。
図10および図11を参照して、電子機器100Bは、回路基板10と、第1の筐体20と、変形抑制部30と、放熱部40とを備えている。電子機器100Bは、電子機器10と同様に、収容ラック200に取り付けることができる。なお、電子機器100Bは、たとえば、通信装置やサーバーなどに組み込まれる電子モジュールに用いることができる。
ここで、電子機器100と電子機器100Bとを比較する。図1に示されるように、電子機器100Bでは、放熱部40をさらに有する点で、電子機器100と相違する。
図12〜図15を参照して、放熱部40は、第1の筐体20の上面(図12および図14の紙面にて上側の面)の上に取り付けられている。このとき、放熱部40は、たとえば、接着剤による接着やネジ止めにより、第1の筐体20に取り付けられる。なお、放熱部40は、第1の筐体20と一体に形成されてもよい。
放熱部40は、複数の放熱フィン41を備えている。放熱フィン41は、平板状に形成されている。図12および図14に示されるように、放熱フィン41は、鉛直方向Gに沿って延出するように形成されている。なお、放熱部40の材料には、アルミニウムやアルミニウム合金などの熱伝導性部材が用いられる。
以上のように、第1の実施の形態の第2の変形例である電子機器100Bは、放熱部40をさらに備えている。放熱部40は、第1の筐体20に取り付けられる。また、放熱部40は、冷媒COOを介して受熱する発熱体Hの熱を第1の筐体20の外へ放熱する。
これにより、第1の筐体20に加えて放熱部40でも発熱体Hの熱を外気に放熱することができる。この結果、電子機器100よりもさらに効率よく発熱体Hの熱を放熱することができる。
<第1の実施の形態の第3の変形例>
本発明の第1の実施の形態における電子機器の第3の変形例である電子機器100Cの構成について、図に基づいて説明する。
図16は、電子機器100Cの構成を示す断面図である。なお、図16には、鉛直方向Gが示されている。また、図16では、図1〜図15で示した各構成要素と同等の構成要素には、図1〜図15に示した符号と同等の符号を付している。
図16を参照して、電子機器100Cは、回路基板10と、第1の筐体20Cと、変形抑制部30と、弾性部材Pと、ポンプ50とを備えている。電子機器100Cは、電子機器10と同様に、収容ラック200に取り付けることができる。なお、電子機器100Cは、たとえば、通信装置やサーバーなどに組み込まれる電子モジュールに用いることができる。
ここで、電子機器100Aと電子機器100Cとを比較する。図10に示されるように、電子機器100Aでは、第1の筐体20Aは、蓋部20aおよび枠部20bにより構成されている。これに対して、図16に示されるように、電子機器100Cでは、第1の筐体20Cは、枠部20bおよび放熱機能付蓋部20cにより構成されている。すなわち、電子機器100Cでは、放熱機能付蓋部20cが、電子機器100Aの蓋部20aの代わりに設けられている。この点で、両者は相違する。また、電子機器100Cでは、ポンプ50を備えている点で、電子機器100Aと相違する。
図16に示されるように、第1の筐体20Cは、枠部20bと、放熱機能付蓋部20cとを備えている。枠部20bの構成は、上述した通りである。放熱機能付蓋部20cは、蓋部20aに放熱機能を付加したものである。放熱機能付蓋部20cは、回路基板10の第1の主面11と向かい合うように設けられる。放熱機能付蓋部20cは、弾性部材Pを介して、枠部20bと結合される。
放熱機能付蓋部20cの上面(図16紙面の上側の面)の上には、複数の放熱フィン21が取り付けられている。放熱フィン21は、平板状に形成されている。図16に示されるように、放熱フィン21は、鉛直方向Gに沿って延出するように形成されている。
また、放熱機能付蓋部20cの内部には、図16に示されるように、冷媒COOの循環路22が形成されている。なお、放熱機能付蓋部20cの材料には、アルミニウムやアルミニウム合金などの熱伝導性部材が用いられる。
ポンプ50は、循環路22の冷媒COOの出入口付近に取り付けられている。ポンプ50は、冷媒COOが循環路22内を循環するのを促進する。
以上、電子機器100Cの構成について、説明した。
つぎに、電子機器100Cの製造方法について説明する。まず、発熱体Hが取り付けられた回路基板10を準備する。つぎに、枠部20bを、回路基板10の第1の主面11上に接着剤やネジ止めなどにより取り付ける。また、放熱機能付蓋部20cおよび枠部20bの間に弾性部材Pを介在させて、放熱機能付蓋部20cをネジ止めなどにより枠部20bに結合する。これにより、第1の筐体20Cと回路基板10の間に密閉空間が形成される。また、変形抑制部30を第2の主面12に取り付ける。そして、第1の筐体20Cと回路基板10との間の空間内に冷媒COOを充填する。
第1の筐体20Cと回路基板10との間の空間内に冷媒COOを充填する方法については、電子機器100や100Bの製造方法と同様である。
以上の通り、電子機器100Cの製造方法について、説明した。
次に、電子機器100Cの動作説明をする。回路基板10上の発熱体Hが発熱すると、液相冷媒LP−COOが、発熱体Hの表面で、発熱体Hの熱によって沸騰し、気相冷媒GP−COOに相変化する。これにより、気相冷媒GP−COOの気泡が発生する。この相変化により生じる気化熱(潜熱)によって、発熱体Hで生じる熱を放熱する。この結果、発熱体Hが冷却される。
気相冷媒GP−COOは、液相冷媒LP−COO内を鉛直方向Gの上方へ上昇し、液相冷媒LP−COOの液面上を抜けて、さらに鉛直方向Gの上方へ上昇する。そして、発熱体Hの熱によって沸騰した気相冷媒GP−COOは、第1の筐体20の内壁面と接触することにより冷却されると、再び液相冷媒LP−COOに相変化する。この液相冷媒LP−COOは、第1の筐体20内を鉛直方向Gの下方へ下降し、回路基板10側に溜まり、発熱体Hの冷却に再び用いられる。
ここで、気相冷媒GP−COOは、ポンプ50の動力によって、循環路22を循環される。これにより、気相冷媒GP−COOが第1の筐体20Cと接触する面積を、電子機器100と比較して、大きくすることができる。この結果、より効率よく発熱体Hの熱を放熱することができる。
また、第1の筐体20Cで受けた発熱体Hの熱は、放熱フィン21を介して外気へ放熱される。
以上の通り、第1の実施の形態の第3の変形例である電子機器100Cにおいて、放熱部(放熱機能付蓋部20c)の内部には、冷媒COOが循環できるように循環路22が形成されている。このように、循環路22を設けて、冷媒COOを循環させることで、冷媒COOが第1の筐体20Cと接触する面積を、電子機器100と比較して、大きくすることができる。この結果、より効率よく発熱体Hの熱を放熱することができる。また、ポンプ50により、冷媒COOを循環路22に循環させることで、冷媒COOの循環を早めることができるので、さらに効率よく発熱体Hの熱を冷却できる。
<第2の実施の形態>
本発明の第2の実施の形態における電子機器100Dの構成について、図に基づいて説明する。
図17は、電子機器100Dの構成を示す断面図であって、図20のF−F切断面における断面を示す図である。図18は、電子機器100Dの構成を示す断面図であって、図19のG−G切断面における断面を示す図である。図19は、電子機器100Dの構成を示す側面図である。図20は、電子機器100Dの構成を示す上面図である。
なお、図17および図19には、鉛直方向Gが示されている。また、図17〜図20では、図1〜図16で示した各構成要素と同等の構成要素には、図1〜図16に示した符号と同等の符号を付している。
図17〜図20を参照して、電子機器100Dは、回路基板10と、第1の筐体20と、変形抑制部30Aとを備えている。電子機器100Dは、電子機器10と同様に、収容ラック200に取り付けることができる。なお、電子機器100Dは、たとえば、通信装置やサーバーなどに組み込まれる電子モジュールに用いることができる。
ここで、電子機器100Dと電子機器100とを比較する。図1に示されるように、電子機器100では、変形抑制部30は、回路基板10の第2の主面12に取り付けられていた。これに対して、図17および図18に示されるように、電子機器100Dでは、変形抑制部30Aは、回路基板10の第1の主面11に取り付けられている。この点で両者は互いに相違する。
図17〜図20を参照して、変形抑制部30Aは、板部材である。変形抑制部30Aは、回路基板10の第1の主面11に取り付けられている。これにより、回路基板10と変形抑制部30Aにより合板を形成できる。この合板の許容応力度は、一般的に、回路基板10だけの構成と比較して、大きくなる。この結果、回路基板10が冷媒COOの自重や圧力により変形することを抑制できる。
また、変形抑制部30Aは、開口部31を備えている。開口部31の大きさは、発熱体Hの外形に合せて設定されている。発熱体Hは、開口部31の内側に配置されている。このように、変形抑制部30Aは、第1の主面11のうちで、少なくとも、発熱体Hの実装領域を被覆しないように設けられている。これにより、変形抑制部30Aと発熱体Hとが干渉しないように、変形抑制部30Aを第1の主面11に取り付けることができる。併せて、変形抑制部30Aによって遮断されることなく、発熱体Hの熱を冷媒COOに伝達させることができる。なお、発熱体H以外の電子部品が第1の主面11上に実装されている場合、これらの電子部品と干渉しないように、変形抑制部30Aを設けてもよい。変形抑制部30Aは、例えば、接着剤や、ネジ止めなどにより、回路基板10に取り付けられる。
変形抑制部30Aの材料には、例えば、鉄やステンレス合金などが用いられる。また、少なくとも、冷媒COO、発熱体H、第1の筐体20等の自重が加わるとともに、冷媒COOが液相冷媒LP−COOから気相冷媒GP−COOに相変化した際に生じる圧力に耐えうる剛性となるように、変形抑制部30Aは形成される。
以上、電子機器100Dの構成について説明した。
以上の通り、本発明の第2の実施の形態における電子機器100Dにおいて、変形抑制部30Aは、回路基板10の第1の主面11に取り付けられた板部材である。このような構成であっても、板部材である変形抑制部30が回路基板10の第2の主面12に取り付けられた電子機器100と同様に、冷媒COOや発熱体Hなどの自重や圧力によって、回路基板10が変形することを抑制できる。また、回路基板10の変形を抑制できるので、回路基板10と第1の筐体20の接合部にて回路基板10と第1の筐体20の間に隙間が生じることを抑制できる。
したがって、本発明の第2の実施の形態における電子機器100Dによれば、回路基板10および第1の筐体20で囲われた空間内に発熱体Hと冷媒COOを閉じ込める場合であっても、冷媒COOの漏洩や回路基板に形成された配線の切断などの不具合を抑制することができる。
また、本発明の第2の実施の形態における電子機器100Dにおいて、第1の主面11に取り付けられる板部材である変形抑制部30Aは、第1の主面11のうちで、発熱体Hの実装領域の領域を被覆しないように設けられている。これにより、変形抑制部30Aと発熱体Hとが干渉しないように、変形抑制部30Aを第1の主面11に取り付けることができる。
つぎに、本発明の第2の実施の形態における電子機器の変形例である電子機器100DDの構成について、図に基づいて説明する。
図21は、電子機器100DDの構成を示す断面図であって、電子機器100DDを上側から視た断面を示す図である。図22は、電子機器100DDの構成を示す断面図であって、電子機器100DDを側面側から視た図である。なお、図21は、図17に相当する図であり、図22は、図18に相当する図である。なお、図21には、鉛直方向Gが示されている。また、図21〜図22では、図1〜図20で示した各構成要素と同等の構成要素には、図1〜図20に示した符号と同等の符号を付している。
図21および図22を参照して、電子機器100DDは、回路基板10と、第1の筐体20と、変形抑制部30Bを備えている。電子機器100DDは、電子機器10と同様に、収容ラック200に取り付けることができる。なお、電子機器100DDは、たとえば、通信装置やサーバーなどに組み込まれる電子モジュールに用いることができる。
ここで、電子機器100DDと電子機器100Dとを比較する。図17および図18に示されるように、電子機器100Dでは、ひとつの発熱体Hが回路基板10の第1の主面11の上に実装されている。これに対して、図21および図22に示されるように、電子機器100DDでは、複数の発熱体H1〜H5が回路基板10の第1の主面11の上に実装されている。また、電子機器100DDでは、変形抑制部30Bは開口部31および凹部32を有する。これに対して、電子機器100Dでは、変形抑制部30Aは開口部31を有するが凹部32を有さない。これらの点で、電子機器100Dおよび電子機器100DDは互いに相違する。
図21および図22を参照して、発熱体H1〜H5は、回路基板10の第1の主面11の上に実装されている。ここで、発熱体H1の発熱量は、発熱体H2〜H5と比較して、最も大きいものとする。すなわち、発熱体H1の発熱量は、全ての発熱体H1〜H5の発熱量の中で最も高く設定されている。
図21および図22を参照して、変形抑制部30Bは、板部材である。変形抑制部30Bは、回路基板10の第1の主面11に取り付けられている。これにより、回路基板10と変形抑制部30Bにより合板を形成できる。この合板の許容応力度は、一般的に、回路基板10だけの構成と比較して、大きくなる。この結果、回路基板10が冷媒COOの自重や圧力により変形することを抑制できる。
変形抑制部30Bは、開口部31および凹部32を備えている。開口部31の大きさは、発熱体H1の外形に合せて設定されている。発熱体H1は、開口部31の内側に配置されている。このように、変形抑制部30Bは、第1の主面11の領域のうちで、複数の発熱体H1〜H5の中で最も発熱量の大きい発熱体H1の実装領域を、被覆しないように設けられている。これにより、変形抑制部30Bと発熱体H1とが干渉しないように、変形抑制部30Bを第1の主面11に取り付けることができる。併せて、変形抑制部30Bによって遮断されることなく、最も発熱量の大きい発熱体H1の熱を冷媒COOに効率よく伝達させることができる。
また、図21に示されるように、凹部32は、回路基板10の第1の主面11と向かい合う面に形成されている。凹部32内には、発熱体H2〜H5が収容される。すなわち、凹部32内には、複数の発熱体H1〜H5から最も発熱量の大きい発熱体H1を除いた発熱体H2〜H5が収容される。これにより、発熱体H1〜H5と変形抑制部30Bが干渉しないようしつつ、発熱体H1の実装領域以外の領域に開口部31を形成しないで、変形抑制部30Bを第1の主面11に取り付けることができる。この結果、発熱体H1〜H5の実装領域の全てに開口部31を形成した場合と比較して、変形抑制部30Bの剛性を高くすることができる。
なお、図21および図22に示す例では、5つの発熱体H1〜H5が設けられているが、これに限定されない。また、2つの凹部32が設けられているが、凹部32は1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。また、図21および図22に示す例では、1つの開口部31が設けられているが、変形抑制部30Bの剛性を確保できる場合には、複数の開口部31を設けても良い。
変形抑制部30Bは、例えば、接着剤や、ネジ止めなどにより、回路基板10に取り付けられる。変形抑制部30Bの材料には、例えば、鉄やステンレス合金などが用いられる。また、少なくとも、冷媒COO、発熱体H1〜H5、第1の筐体20等の自重が加わるとともに、冷媒COOが液相冷媒LP−COOから気相冷媒GP−COOに相変化した際に生じる圧力に耐えうるような剛性となるように、変形抑制部30Bは形成される。
以上、電子機器100DDの構成について説明した。本発明の第2の実施の形態における電子機器100DDは、電子機器100Dと同様の効果を奏することができる。
<第3の実施の形態>
本発明の第3の実施の形態における電子機器100Eの構成について、図に基づいて説明する。
図23は、電子機器100Eの構成を示す断面図であって、図26のH−H切断面における断面を示す図である。図24は、電子機器100Eの構成を示す断面図であって、図25のJ−J切断面における断面を示す図である。図25は、電子機器100Eの構成を示す側面図である。図26は、電子機器100Eの構成を示す上面図である。
なお、図23および図25には、鉛直方向Gが示されている。また、図23〜図26では、図1〜図22で示した各構成要素と同等の構成要素には、図1〜図22に示した符号と同等の符号を付している。
図23〜図26を参照して、電子機器100Eは、回路基板10Aと、第1の筐体20と、第2の筐体60とを備えている。電子機器100Eは、電子機器10と同様に、収容ラック200に取り付けることができる。なお、電子機器100Eは、たとえば、通信装置やサーバーなどに組み込まれる電子モジュールに用いることができる。
ここで、電子機器100Eと電子機器100とを比較する。図1に示されるように、電子機器100Eでは、第2の筐体60がさらに設けられている点で、電子機器100と相違する。また、電子機器100Eは、回路基板10Aに貫通孔15が形成されている点で電子機器100と相違する。
図23に示されるように、第2の筐体60は、回路基板10Aの第2の主面12との間で発熱体Hおよび冷媒COOを封じるように、第2の主面12に取り付けられる。また、第2の筐体60は、コネクタ部13の裏面を被覆しないように、第2の主面12に取り付けられている。
第2の筐体60は、回路基板10の第2の主面12との間で、第2の主面12のうちで発熱体Hの実装領域に対応する領域を少なくとも含むように、第2の主面12に取り付けられている。併せて、第2の筐体60は、回路基板10Aを介して第1の筐体20との間で冷媒COOを密閉するように、第2の主面12に取り付けられている。
また、第2の筐体60は、第1の筐体20と同様に、フランジ部Fを有している。図23に示されるように、フランジ部Fは、第2の筐体60の側面の外周から突出するように形成されている。第2の筐体60の材料には、熱伝導性部材が用いられ、例えばアルミニウムやアルミニウム合金などが用いられる。
なお、第2の筐体60は、たとえば、接着剤やネジ止めなどにより、回路基板10Aの第2の主面12に取り付けられる。このとき、第2の筐体60のフランジ部Fと、回路基板10Aの第2の主面12とが、接着剤やネジ止めなどにより、接合される。なお、好ましくは、第2の筐体60のフランジ部Fと、回路基板10Aの第2の主面12の間には、弾性部材として、ゴム状のパッキン等が介在される。これにより、第2の筐体60のフランジ部Fと、回路基板10Aの第2の主面12の間に隙間が発生することを抑制できる。この結果、第2の筐体60のフランジ部Fと回路基板10Aの第2の主面12の間から、冷媒COOが漏れ出すのを抑制できる。
なお、第2の筐体60のフランジ部Fは、第1の筐体20のフランジ部Fと同様に、必須の構成ではなく、省略することができる。この場合、第2の筐体60の側面の鉛直方向Gの上方側端部(図23紙面にて下側端部)と、回路基板10Aの第2の主面12とが、接着剤などにより、接合される。
回路基板10Aは、貫通孔15を有する。貫通孔15は、回路基板10Aにて、第1の主面11および第2の主面12の間を貫通するように形成されている。すなわち、貫通孔15は、第1の主面11と第1の筐体20の間で形成される第1の空間K1と、第2の主面12と第2の筐体60の間で形成される第2の空間K2との間で、冷媒COOが行き来できるように、回路基板10Aに形成されている。これにより、冷媒COOが、第1の空間K1(第1の主面11側)と、第2の空間K2(第2の主面12側)の間を行き来することができる。
なお、貫通孔15は、第1の空間K1と、第2の空間K2とを接続する接続部としても機能する。また、貫通孔15は、回路基板10Aの変形を抑制する変形抑制部としても機能する。
変形抑制部および接続部としての貫通孔15を設けることにより、上述の通り、冷媒COOが、第1の空間K1(第1の主面11側)と、第2の空間K2(第2の主面12側)の間を行き来することができる。
これにより、回路基板10Aに加わる冷媒COOの自重や圧力を緩和することができる。この結果、貫通孔15は、冷媒COOの自重や圧力によって、変形することを抑制できる。また、少なくとも、冷媒COO、発熱体H、第1の筐体20等の自重が加わるとともに、冷媒COOが液相冷媒LP−COOから気相冷媒GP−COOに相変化した際に生じる圧力によって回路基板10Aが弾性限界に達しないように、貫通孔15の大きさや数は調整することができる。
冷媒COOは、回路基板10Aを介して接合された第1の筐体20と第2の筐体60の間の空間内に、密閉された状態で閉じこめられる。このため、第1の筐体20と第2の筐体60との間の空間(第1の空間K1および第2の空間K2)内に、液相冷媒LP−COOを注入した後に真空排気することにより、第1の筐体20と第2の筐体60との間の空間内を常に冷媒COOの飽和蒸気圧に維持する。なお、第1の筐体20と第2の筐体60との間の空間内に冷媒COOを充填する方法については、後述の電子機器100Eの製造方法の説明の中で詳しく説明する。
以上、電子機器100Eの構成について説明した。
つぎに、電子機器100Eの製造方法について、説明する。
まず、発熱体Hが取り付けられた回路基板10Aを準備する。つぎに、第1の筐体20を接着剤やネジ止めなどにより回路基板10Aの第1の主面11上に取り付ける。また、第2の筐体60を接着剤やネジ止めなどにより回路基板10Aの第2の主面12上に取り付ける。そして、第1の筐体20と第2の筐体60との間の空間内に冷媒COOを充填する。
第1の筐体20と第2の筐体60との間の空間内に冷媒COOを充填する方法については、電子機器100と同様に、次の通りである。
たとえば、第1の筐体20の上面(図21にて紙面上側の面)に予め設けられている冷媒注入孔(不図示)から、第1の筐体20と回路基板10Aとの間の空間(第1の空間K1)内に冷媒COOを注入する。回路基板10Aには貫通孔15が形成されているので、冷媒COOは、重力によって、貫通孔15を介して、第2の筐体60と回路基板10Aとの空間(第2の空間K2)内に流れ込む。そして、冷媒COOが所定量に達したら、冷媒注入孔を閉じる。
また、第1の筐体20の上面(図21にて紙面上側の面)に予め設けられている空気排除用孔(不図示)を介して、真空ポンプ(不図示)などを用いて、第1の筐体20と第2の筐体60との間の空間(第1の空間K1および第2の空間K2)内から、空気を排除する。そして、空気排除用孔を閉じる。このようにして、第1の筐体20と第2の筐体60との間の空間内に冷媒COOを密閉する。これにより、第1の筐体20と第2の筐体60との間の空間内の圧力は冷媒COOの飽和蒸気圧と等しくなり、第1の筐体20と第2の筐体60との間の空間内に密閉された冷媒COOの沸点が室温近傍となる。なお、冷媒注入孔を空気排除用孔として共用してもよい。
以上の通り、電子機器100Eの製造方法について、説明した。
次に、電子機器100Eの動作説明をする。回路基板10A上の発熱体Hが発熱すると、液相冷媒LP−COOが、発熱体Hの表面で、発熱体Hの熱によって沸騰し、気相冷媒GP−COOに相変化する。これにより、気相冷媒GP−COOの気泡が発生する。この相変化により生じる気化熱(潜熱)によって、発熱体Hで生じる熱を放熱する。この結果、発熱体Hが冷却される。
気相冷媒GP−COOは、液相冷媒LP−COO内を鉛直方向Gの上方へ上昇し、液相冷媒LP−COOの液面上を抜けて、さらに鉛直方向Gの上方へ上昇する。そして、発熱体Hの熱によって沸騰した気相冷媒GP−COOは、第1の筐体20の内壁面と接触することにより冷却されると、再び液相冷媒LP−COOに相変化する。この液相冷媒LP−COOは、第1の筐体20内を鉛直方向Gの下方へ下降し、第2の筐体60側に溜まり、発熱体Hの冷却に再び用いられる。
ここで、変形抑制部および接続部としての貫通孔15が、回路基板10Aに設けられている。これにより、上述の通り、冷媒COOが、第1の空間K1(第1の主面11側)と、第2の空間K2(第2の主面12側)の間を行き来することができる。このため、第1の空間K1と、第2の空間K2の間の圧力差を低減できる。
したがって、回路基板10Aに加わる冷媒COOの自重や圧力を緩和することができる。この結果、貫通孔15は、冷媒COOの自重や圧力によって、変形することを抑制できる。また、回路基板10Aの変形を抑制できるので、回路基板10と第1の筐体20の接合部にて回路基板10と第1の筐体20の間に隙間が生じることを抑制できる。
したがって、回路基板10および第1の筐体20で囲われた空間内に発熱体Hと冷媒COOを閉じ込める場合であっても、冷媒COOの漏洩や回路基板に形成された配線の切断などの不具合を抑制することができる。
つぎに、図27および図28を用いて、電子機器100Eの姿勢が変わった場合について説明する。
図27は、電子機器100Eの構成を示す断面図であって、第2の筐体60が鉛直方向Gの上方側に配置されるように、電子機器100Eを設置したときの図である。
図27に示されるように、たとえば、第2の筐体60が鉛直方向Gの上方側に配置されるように電子機器100Eを設置した場合であっても、冷媒COOが、貫通孔15を介して、第1の空間K1(第1の主面11側)と、第2の空間K2(第2の主面12側)の間を行き来することができる。このため、第1の空間K1(第1の主面11側)と、第2の空間K2(第2の主面12側)との間の圧力差を低減できる。
図28は、電子機器100Eの構成を示す断面図であって、回路基板10Aが鉛直方向Gに沿って配置されるように、電子機器100Eを設置したときの図である。
図28に示されるように、回路基板10Aが鉛直方向Gに沿って配置されるように電子機器100Eを設置した場合であっても、冷媒COOが、貫通孔15を介して、第1の空間K1(第1の主面11側)と、第2の空間K2(第2の主面12側)の間を行き来することができる。このため、第1の空間K1(第1の主面11側)と、第2の空間K2(第2の主面12側)との間の圧力差を低減できる。
以上の通り、電子機器100Eが図27および図28に示されるような姿勢になっても、第1の空間K1(第1の主面11側)と、第2の空間K2(第2の主面12側)との間の圧力差を低減できる。したがって、電子機器100Eが図27および図28に示されるような姿勢になっても、回路基板10Aに加わる冷媒COOの自重や圧力を緩和することができる。この結果、貫通孔15は、冷媒COOの自重や圧力によって、変形することを抑制できる。
以上のように、本発明の第3の実施の形態における電子機器100Eは、第2の筐体60をさらに備えている。第2の筐体60は、回路基板10Aの第1の主面11の反対側の主面である第2の主面12との間で、第2の主面12のうち発熱体Hに対応する領域を少なくとも含みつつ、且つ、回路基板10Aを介して第1の筐体20との間で冷媒COOを密閉するように、第2の主面12に取り付けられている。また、変形抑制部は、回路基板10Aの第1の主面11と第1の筐体20の間で形成される第1の空間K1と、回路基板10Aの第2の主面12と第2の筐体60の間で形成される第2の空間K2とを、冷媒が行き来できるように接続する接続部である。
このように、第2の筐体60をさらに設けて、回路基板10Aの第1の主面11と第1の筐体20の間で形成される第1の空間K1と、回路基板10Aの第2の主面12と第2の筐体60の間で形成される第2の空間K2を形成することができる。このとき、第1の空間K1および第2の空間K2を接続する接続部が、冷媒が第1の空間K1および第2の空間K2の間を行き来できるように、設けられている。このため、第1の空間K1と、第2の空間K2の間の圧力差を低減できる。
したがって、回路基板10Aに加わる冷媒COOの自重や圧力を緩和することができる。この結果、接続部は、冷媒COOの自重や圧力によって、変形することを抑制できる。また、回路基板10Aの変形を抑制できるので、回路基板10Aと第1の筐体20の接合部にて回路基板10と第1の筐体20の間に隙間が生じることを抑制できる。同様に、回路基板10Aと第2の筐体60の接合部にて回路基板10Aと第2の筐体60の間に隙間が生じることを抑制できる。
本発明の第3の実施の形態における電子機器100Eにおいて、接続部は、第1の空間K1および第2の空間K2の間で冷媒COOが行き来できるように、回路基板10Aに形成された貫通孔15である。これにより、冷媒COOが、回路基板10Aの貫通孔15を介して、第1の空間K1および第2の空間K2の間を行き来することができる。このため、第1の空間K1と、第2の空間K2の間の圧力差を低減できる。
したがって、回路基板10Aに加わる冷媒COOの自重や圧力を緩和することができる。この結果、貫通孔15は、冷媒COOの自重や圧力によって、変形することを抑制できる。また、回路基板10Aの変形を抑制できるので、回路基板10と第1の筐体20の接合部にて回路基板10と第1の筐体20の間に隙間が生じることを抑制できる。同様に、回路基板10Aと第2の筐体60の接合部にて回路基板10Aと第2の筐体60の間に隙間が生じることを抑制できる。
<第4の実施の形態>
本発明の第4の実施の形態における電子機器100Fの構成について、図に基づいて説明する。
図29は、電子機器100Fの構成を示す断面図であって、図32のK−K切断面における断面を示す図である。図30は、電子機器100Fの構成を示す断面図であって、図31のL−L切断面における断面を示す図である。図31は、電子機器100Fの構成を示す側面図である。図32は、電子機器100Fの構成を示す上面図である。
なお、図29および図31には、鉛直方向Gが示されている。また、図29〜図32では、図1〜図28で示した各構成要素と同等の構成要素には、図1〜図28に示した符号と同等の符号を付している。
図29〜図32を参照して、電子機器100Fは、回路基板10と、第1の筐体20Fと、第2の筐体60Fと、配管70とを備えている。電子機器100Fは、電子機器10と同様に、収容ラック200に取り付けることができる。なお、電子機器100Fは、たとえば、通信装置やサーバーなどに組み込まれる電子モジュールに用いることができる。
ここで、電子機器100Fと電子機器100とを比較する。図29に示されるように、電子機器100Fでは、第2の筐体60Fと配管70がさらに設けられている点で、電子機器100と相違する。
また、電子機器100Fと電子機器100Eとを比較する。図29に示されるように、電子機器100Fでは、配管70がさらに設けられている点で、電子機器100Eと相違する。
図29〜図32を参照して、配管70は、第1の筐体20Fおよび第2の筐体60Fに接続されている。すなわち、配管70の一端部は、第1の筐体20Fの開口部23に接続されている。配管70の他端部は、第2の筐体60Fの開口部63に接続されている。
配管70は、変形抑制部および接続部として、第1の空間K1および第2の空間K2の間で冷媒COOが行き来できるように、第1の空間K1および第2の空間K2を接続する。なお、電子機器100Fでは、第1の空間K1は、回路基板10の第1の主面11と第1の筐体20Fの間で形成される空間である。また、第2の空間K2は、回路基板10Fの第2の主面12と第2の筐体60Fの間で形成される空間である。
ここで、変形抑制部および接続部としての配管70が設けられている。これにより、上述の通り、冷媒COOが、第1の空間K1(第1の主面11側)と、第2の空間K2(第2の主面12側)の間を行き来することができる。このため、第1の空間K1と、第2の空間K2の間の圧力差を低減できる。
したがって、回路基板10に加わる冷媒COOの自重や圧力を緩和することができる。この結果、配管70は、冷媒COOの自重や圧力によって、変形することを抑制できる。また、回路基板10の変形を抑制できるので、回路基板10と第1の筐体20Fの接合部にて回路基板10と第1の筐体20Fの間に隙間が生じることを抑制できる。同様に、回路基板10と第2の筐体60Fの接合部にて回路基板10と第2の筐体60Fの間に隙間が生じることを抑制できる。
したがって、第1の筐体20Fおよび第2の筐体60Fで囲われた空間内に発熱体Hと冷媒COOを閉じ込める場合であっても、冷媒COOの漏洩や回路基板に形成された配線の切断などの不具合を抑制することができる。
以上の通り、本発明の第4の実施の形態における電子機器100Fにおいて、接続部は、第1の空間K1および第2の空間K2の間で冷媒COOが行き来できるように、第1の空間K1および第2の空間K2を接続する配管70である。これにより、冷媒COOが、配管70を介して、第1の空間K1および第2の空間K2の間を行き来することができる。このため、第1の空間K1と、第2の空間K2の間の圧力差を低減できる。
したがって、回路基板10に加わる冷媒COOの自重や圧力を緩和することができる。この結果、配管70は、冷媒COOの自重や圧力によって、変形することを抑制できる。また、回路基板10の変形を抑制できるので、回路基板10と第1の筐体20Fの接合部にて回路基板10と第1の筐体20Fの間に隙間が生じることを抑制できる。同様に、回路基板10と第2の筐体60Fの接合部にて回路基板10と第2の筐体60Fの間に隙間が生じることを抑制できる。
上記の実施の形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
[付記1]
発熱体が取り付けられた回路基板と、
前記回路基板の第1の主面との間で前記発熱体および冷媒を密閉するように、前記第1の主面に取り付けられる第1の筐体と、
前記回路基板の変形を抑制する変形抑制部と、を備えた電子機器。
[付記2]
前記冷媒は、液相冷媒および気体冷媒に相変化することができる付記1に記載の電子機器。
[付記3]
前記変形抑制部は、前記回路基板のうちで、前記第1の主面、および前記第1の主面と反対側の主面である第2の主面のいずれか一方または双方に取り付けられた板部材である付記1または2に記載の電子機器。
[付記4]
前記第1の主面に取り付けられる板部材は、前記第1の主面のうちで、前記発熱体の実装領域を被覆しないように設けられている付記3に記載の電子機器。
[付記5]
前記第1の筐体は、前記回路基板の前記第1の主面と向かい合う蓋部と、前記蓋部の外周部を囲う枠部とを含んで構成される付記1〜4のいずれか1項に記載の電子機器。
[付記6]
前記蓋部および前記枠部の間に設けられた弾性部材をさらに備え、前記蓋部および前記枠部の間で前記弾性部材を圧縮することにより、前記回路基板の第1の主面と前記第1の筐体との間で前記発熱体および冷媒を密閉する付記5に記載の電子機器。
[付記7]
前記第1の筐体に取り付けられる放熱部をさらに備えた付記1〜6のいずれか1項に記載の電子機器。
[付記8]
前記放熱部の内部には、前記冷媒が循環できるように循環路が形成されている付記7に記載の電子機器。
[付記9]
前記回路基板上に設けられ、他の電子部品と接続するコネクタ部をさらに備え、
前記第1の筐体は、前記コネクタ部を被覆しないように、前記第1の主面に取り付けられている付記1〜8のいずれか1項に記載の電子機器。
[付記10]
前記回路基板の前記第1の主面の反対側の主面である第2の主面との間で、前記第2の主面のうち前記発熱体の実装領域に対応する領域を少なくとも含みつつ、且つ、前記回路基板を介して第1の筐体との間で前記冷媒を密閉するように、前記第2の主面に取り付けられる第2の筐体をさらに備え、
前記変形抑制部は、前記回路基板の前記第1の主面と前記第1の筐体の間で形成される第1の空間と、前記第2の主面と前記第2の筐体の間で形成される第2の空間とを、前記冷媒が行き来できるように接続する接続部である付記1または2に記載の電子機器。
[付記11]
前記接続部は、前記第1の空間および前記第2の空間の間で前記冷媒が行き来できるように、前記回路基板に形成された貫通孔である付記10に記載の電子機器。
[付記12]
前記接続部は、前記第1の空間および前記第2の空間の間で前記冷媒が行き来できるように、前記第1の空間および前記第2の空間を接続する配管である付記10に記載の電子機器。
[付記13]
付記1〜12のいずれか1項に記載の電子機器と、
前記電子機器が取り付けられる収容ラックと、を備えた電子装置。
[付記14]
付記9に記載の電子機器と、
前記コネクタ部と接続する収容ラック側コネクタ部を備え、前記電子機器が取り付けられる収容ラックと、を備えた電子装置。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
10、10A 回路基板
11 第1の主面
12 第2の主面
13 コネクタ部
15 貫通孔
20、20A、20C、20F 第1の筐体
20a 蓋部
20b 枠部
20c 放熱機能付蓋部
21 放熱フィン
22 循環路
23 開口部
30、30A、30B 変形抑制部
31 開口部
32 凹部
40 放熱部
41 放熱フィン
50 ポンプ
60、60F 第2の筐体
63 開口部
70 配管
90 前面カバー
100、100A、100B、100C、100D、100DD 電子機器
100E、100F 電子機器
200 収容ラック
210 筐体
220 回路基板
223 収容ラック側コネクタ部
1000 電子装置
F フランジ部
H 発熱体
K1 第1の空間
K2 第2の空間

Claims (8)

  1. 発熱体が取り付けられた回路基板と、
    前記回路基板の第1の主面との間で前記発熱体および冷媒を密閉するように、前記第1の主面に取り付けられる第1の筐体と、
    前記回路基板の変形を抑制する変形抑制部と、を備え
    前記変形抑制部は、前記回路基板のうちで、前記第1の主面、および前記第1の主面と反対側の主面である第2の主面のいずれか一方または双方に、前記第1の主面または前記第2の主面に沿って、取り付けられた板部材である電子機器。
  2. 前記冷媒は、液相冷媒および気体冷媒に相変化することができる請求項1に記載の電子機器。
  3. 前記第1の主面に取り付けられる板部材は、前記第1の主面のうちで、前記発熱体の実装領域を被覆しないように設けられている請求項に記載の電子機器。
  4. 前記第1の筐体は、前記回路基板の前記第1の主面と向かい合う蓋部と、前記蓋部の外周部を囲う枠部とを含んで構成される請求項1〜のいずれか1項に記載の電子機器。
  5. 前記蓋部および前記枠部の間に設けられた弾性部材をさらに備え、前記蓋部および前記枠部の間で前記弾性部材を圧縮することにより、前記回路基板の第1の主面と前記第1の筐体との間で前記発熱体および冷媒を密閉する請求項に記載の電子機器。
  6. 前記第1の筐体に取り付けられる放熱部をさらに備えた請求項1〜のいずれか1項に記載の電子機器。
  7. 前記回路基板上に設けられ、他の電子部品と接続されるコネクタ部をさらに備え、
    前記第1の筐体は、前記コネクタ部を被覆しないように、前記第1の主面に取り付けられている請求項1〜のいずれか1項に記載の電子機器。
  8. 請求項に記載の電子機器と、
    前記コネクタ部と接続する収容ラック側コネクタ部を備え、前記電子機器が取り付けられる収容ラックと、を備えた電子装置。
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