CN101142866B - 吸热构件、冷却装置及电子机器 - Google Patents

吸热构件、冷却装置及电子机器 Download PDF

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Abstract

在印刷电路板(1)上，安装有高度各异的电子零件(CPU元件(2a)、电容器(2b)及线圈元件(2c))。以与高度最低的CPU元件(2a)的上表面接触，与电容器(2b)及线圈元件(2c)的侧表面接触的方式，将吸热构件(3)设置在印刷电路板(1)的上方。在吸热构件(3)中，形成用来使冷却介质循环的流路(4)。在CPU元件(2a)中产生的热量，从其上表面经吸热构件(3)传递到流路(4)内的冷却介质，在电容器(2b)和线圈元件(2c)中产生的热量，从其侧表面经吸热构件(3)传递到流路(4)内的冷却介质。

Description

吸热构件、冷却装置及电子机器
技术领域
本发明涉及吸收发自电子零件的热量的吸热构件、用于冷却发热的多个电子零件的冷却装置以及使用该冷却装置的电子机器，尤其涉及用来高效率地冷却安装在基板上时高度不同的多个电子零件的吸热构件、冷却装置及使用该冷却装置的电子机器。 
背景技术
台式计算机、笔记本型的计算机、移动通信机器等电子机器的CPU元件、线圈元件、电容器等多个电子零件设置在印刷电路板上。近年来，存在随着电子机器的处理的高速化、高功能化、高性能化，这些电子零件的工作中的发热量增加的倾向。为了使电子机器的稳定工作持续，必须使发自电子零件的热量迅速散发到外部而提高散热性。 
因此，一般将冷却这些电子零件的空冷式的冷却装置装备在电子机器中。此冷却装置，具备吸收电子零件的热量使其散发的散热器和向此散热器发送冷却风的冷却风扇。如上所述，电子机器的发热量，由于预料今后也将继续增加，其对策是所希望的。 
在空冷式的冷却装置中，为了使冷却性能提高，采取散热器大型化、提高冷却风扇的性能等对策。但是，在使用大型散热器的情况下，存在为了组装此大型散热器而使电子机器也成为大型化的问题。另一方面，为了提高冷却风扇的性能，必须使风扇结构大型化或增加冷却风扇的转速等等，在这些方法中，不可避免存在电子机器大型化或风扇噪音增大的问题。特别是，在笔记本型计算机中，除了冷却性能，便携性即机器的大小及重量是重要的，静音性即工作时安静也是重要的要素，而上述的提高冷却性能的对策却与此相反。
因此，提出了利用具有远远高于空气的比热的水等的液体作为冷却介质的液冷式的冷却系统(比如，参照专利文献1：日本专利特开2001-24372号公报)。 
在专利文献1中公开的电子机器(笔记本型的计算机)的冷却装置中，公开了将设置于本体中的电子零件、设置于显示单元体中的散热部和设置于本体中的泵用管子连接，使冷却介质在管子内部循环而使发自电子零件的热量传递到散热部。在这种情况下，为了能从电子零件向冷却介质高效散热，一般设置使板状的吸热构件与电子零件的上表面接触，使吸热构件所吸收的热量散发到在吸热构件上形成的管子内部流过的冷却介质。 
发明内容
在成为散热处理的对象的电子零件为一个时，通过使该电子零件的上表面与吸热构件结合就可以有效地进行热传递。但是，很少有成为散热处理的对象的电子零件为一个的这样的电子机器，在大部分的电子机器中，分散设置多种成为散热处理的对象的电子零件。这多种电子零件，相互间尺寸不同，在安装到印刷电路板上时，其高度各异。对于具有这样高度各异的多个电子零件的电子机器，有必要使各电子零件的热量高效率地传递到吸热构件。 
然而，对于具有高度各异的多个电子零件的电子机器，在适用使板状的吸热构件与电子零件的上表面接触的现有的方法时，由于吸热构件为倾斜配置，吸热构件与电子零件的接触面积减小，所以存在不能有效地进行热传递的问题。 
本发明系有鉴于上述问题而完成的发明，其目的在于即使是在成为冷却对象的多个电子零件的高度各异时，也能提供可以对这些电子零件进行有效冷却的吸热构件、冷却装置及电子机器。 
本发明的吸热构件的特征在于，在吸收发自安装于支持体上的高度各异的多个电子零件的热量的板状的吸热构件中，在厚度方向上形成使上述多个电子零件的高度高的一部分电子零件嵌合并与该电子 零件的侧表面接触的一个或多个孔。 
本发明的吸热构件的特征在于，在吸收发自安装于支持体上的高度各异的多个电子零件的热量的吸热构件中，设置有冷却介质的流路，形成使上述多个电子零件的高度高的一部分电子零件嵌合并使该电子零件的侧表面与上述流路接触的一个或多个孔。 
由于在本发明的吸热构件中形成嵌合高度高的电子零件的孔，嵌合的电子零件的侧表面与吸热构件接触。另外，高度低的电子零件，其上表面与吸热构件接触。因此，即使是在水平配置吸热构件时，由于高度各异的全部电子零件和吸热构件的接触面积可以取得很大，可以使全部电子零件高效率地散热。另外，由于是利用流过设置的流路内的冷却介质传递发自电子零件的热量，与空冷式相比，冷却性能更高。 
本发明的冷却装置的特征在于，其结构为在冷却安装于支持体上的高度各异的多个电子零件的装置中，具有在其厚度方向上形成使上述多个电子零件的高度高的一部分电子零件嵌合并与该电子零件的侧表面接触的一个或多个孔的板状的吸热构件，上述多个电子零件的高度低的一部分电子零件的上表面与上述吸热构件的下表面接触。 
本发明的冷却装置的特征在于，其结构为在冷却安装于支持体上的高度各异的多个电子零件的装置中，设置有冷却介质的流路，具有形成使上述多个电子零件的高度高的一部分电子零件嵌合并使该电子零件的侧表面与上述流路接触的一个或多个孔的吸热构件，上述多个电子零件的高度低的一部分电子零件的上表面与上述吸热构件的下表面接触。 
在本发明的冷却装置中，在吸热构件的孔中嵌合高度高的电子零件，嵌合的电子零件的侧表面与吸热构件接触。就是说，高度最低的电子零件，其上表面与吸热构件的下表面接触，高度比其高的其余的电子零件的侧表面与吸热构件接触。因此，即使是在水平配置吸热构件时，在安装于支持体的高度各异的全部电子零件和吸热构件之间可以得到十分大的接触面积，可以使全部电子零件高效率地散热。
在上述冷却装置中，设置有覆盖嵌合于吸热构件的孔中的高度高的电子零件的侧表面的传热体。因此，可以增加从电子零件的侧表面向吸热构件传递的热量，散热的效率更高。 
本发明的电子机器的特征在于，其结构包括印刷电路板；安装于该印刷电路板上的高度各异的多个电子零件；在其厚度方向上形成使该多个电子零件的高度高的一部分电子零件嵌合并与该电子零件的侧表面接触的一个或多个孔，上述多个电子零件的高度低的一部分电子零件的上表面与其下表面接触的一个或多个板状的吸热构件；以及使该吸热构件吸收的热量向外部散发的散热部。 
本发明的电子机器的特征在于，其结构包括印刷电路板；安装于该印刷电路板上的高度各异的多个电子零件；设置有冷却介质的流路，在与上述流路大致垂直的方向上形成使上述多个电子零件的高度高的一部分电子零件嵌合并与该电子零件的侧表面接触的一个或多个孔，上述多个电子零件的高度低的一部分电子零件的上表面与其下表面接触的一个或多个吸热构件；以及使该吸热构件吸收的热量向外部散发的散热部。 
在本发明的电子机器中，在吸热构件的孔中嵌合的高度高的电子零件，其侧表面与吸热构件接触，高度低的电子零件，其上表面与吸热构件接触。因此，即使是在水平配置吸热构件的场合，由于在安装于印刷电路板上的高度各异的全部电子零件和吸热构件的接触面积可以取得很大，可以使全部电子零件高效率地散热。另外，在电子零件间存在极端巨大的高度差时，或在多个电子零件组装复杂时，也可以设置高度位置不同，分别形成嵌合电子零件的孔的多个吸热构件。 
在本发明中，因为使高度高的电子零件嵌合于在吸热构件中形成的孔中，即使是在水平配置一片吸热构件时，由于嵌合的高度高的电子零件，其侧表面与吸热构件接触，而高度低的电子零件，其上表面与吸热构件接触，任何一个都可以得到大的接触面积，发自高度各异的全部电子零件的热量可以高效率地为吸热构件所吸收。 
在本发明中，因为是利用流过设置于吸热构件中的流路内的冷却 介质传递发自电子零件的热量，与空冷式相比，可以得到更高的冷却性能。 
在本发明中，因为设置有传热体覆盖嵌合于吸热构件的孔的高度高的电子零件的侧表面，可以增加从电子零件的侧表面向吸热构件传递的热量，散热的效率更高。 
附图说明
图1为本发明的电子机器的立体图。 
图2为实施方式1所涉及的吸热构件的平面图。 
图3为实施方式1所涉及的冷却装置的侧视图。 
图4为实施方式1所涉及的冷却装置的俯视图。 
图5为实施方式2所涉及的冷却装置的俯视图。 
图6为沿着图5的A-A线的剖面图。 
图7为实施方式3所涉及的吸热构件的平面图。 
图8为实施方式3所涉及的冷却装置的侧视图。 
图9为实施方式3所涉及的冷却装置的俯视图。 
图10为实施方式4所涉及的吸热构件的平面图。 
图11为实施方式4所涉及的冷却装置的侧视图。 
附图标记说明 
1：印刷电路板，2：电子零件，2a：CPU元件(电子零件)，2b：电容器(电子零件)，2c：线圈元件(电子零件)，3、3a、3b、3c、3d：吸热构件，4、4a、4b、4c、4d：流路，5b、5c：孔，7b、7c：传热体，10：冷却装置，20：电子机器，23：散热片。 
具体实施方式
下面参照表示本发明的实施方式的附图对本发明进行具体说明。另外，本发明并不限定于以下的实施方式。 
图1为本发明的电子机器的立体图。此电子机器20，比如，是笔记本型计算机。本发明的电子机器20，具有本体侧的第1框体21 和显示部侧的第2框体22。 
在第1框体21内的印刷电路板1上分散安装有高度各异的多种电子零件2(2a、2b、2c)。另外，在第1框体21内，设置有与高度低的电子零件2(2a)的上表面接触，与高度高的电子零件2(2b、2c)的侧表面接触的板状的吸热构件3。在吸热构件3中形成有用于使水、丙二醇系水溶液等冷却介质循环的流路4，在各电子零件2中发生的热量经吸热构件3传递到流路4内的冷却介质。关于此吸热构件3的结构，在以下的各实施方式中予以详述。 
此流路4与在第2框体22中作为散热部而安装的散热片23中形成的流路24连通。在流路4中间设置有泵25，通过对泵25进行驱动可使冷却介质在流路4、流路24内循环。另外，在第1框体21内，在第2框体22和散热片23中间设置有送出冷却用的空气的风扇26。 
下面对散热处理进行说明。在散热处理时，使散热片23处于开启状态。在多个电子零件2(2a、2b、2c)中分别产生的热量经吸热构件3传递到流路4内的冷却介质，该冷却介质在流路24内流动，热量从散热片23向外部散发。此时，在第2框体22和散热片23之间从风扇26送出冷却用的空气而得到更大的散热效果。 
下面对包含本发明的特征部分即吸热构件3的冷却装置的结构予以详述。 
(实施方式1) 
图2为实施方式1所涉及的吸热构件3的平面图，图3为实施方式1所涉及的冷却装置10的侧视图，而图4为其俯视图。 
在印刷电路板1上，比如，安装有3种电子零件(CPU元件2a、电容器2b和线圈元件2c)。CPU元件2a、电容器2b及线圈元件2c在印刷电路板1上的高度不同，分别为L1、L2及L3(L1<L2<L3)，CPU元件2a是高度最低的电子零件。 
板状的吸热构件3，比如，由铝、铜等热传导性良好的金属构成，具有刚性。在吸热构件3中形成具有与高度高的电容器2b及线圈元件2c的剖面形状一致的形状的多个孔5b、5c，这些孔5b、5c可以分 别嵌合电容器2b和线圈元件2c。于是，在经热结合材料6与高度最低的CPU元件2a的上表面接触的同时，以电容器2b及线圈元件2c嵌合于孔5b、5c中与其侧表面相接触的方式将吸热构件3设置于印刷电路板1的上方。 
另外，在吸热构件3中形成用来使丙二醇系水溶液等冷却介质循环的从流入口11到达流出口12的流路4。流路4在电容器2b及线圈元件2c的周边形成为将其包围，在CPU元件2a附近在其上方以蛇行方式形成。孔5b、5c，在吸热构件3的厚度方向上，换言之，在与流路4大致垂直的方向上形成。 
另外，通过对安装电子零件(CPU元件2a、电容器2b及线圈元件2c)的印刷电路板1以使电容器2b及线圈元件2c嵌合于孔5b、孔5c的方式覆盖吸热构件3，制作这种结构的冷却装置10。 
下面对散热处理进行说明。在CPU元件2a中产生的热量，从其上表面经吸热构件3传递到流路4内的冷却介质。另一方面，在电容器2b、线圈元件2c中产生的热量，从其侧表面经吸热构件3传递到流路4内的冷却介质。冷却介质在流路24内流动，热量从散热片23散发到外部(参照图1)。 
在实施方式1的冷却装置10中，由于高度低的电子零件(CPU元件2a)以其上表面与吸热构件3接触，高度高的电子零件(电容器2b及线圈元件2c)嵌合于吸热构件3的孔5b、5c中以其侧表面与吸热构件3接触，即使是在水平(与印刷电路板1平行)配置吸热构件3时，在安装于印刷电路板1上的高度各异的全部电子零件(CPU元件2a、电容器2b及线圈元件2c)和吸热构件3之间可以得到充分大的接触面积，可以使全部电子零件高效率地散热。 
(实施方式2) 
图5为实施方式2所涉及的冷却装置10的俯视图，图6为沿着图5的A-A线的剖面图。在图5及图6中，对于与图1～图4为同一或同样的部分赋予同一编号。 
在实施方式2中，设置有管状的传热体7b及传热体7c以覆盖嵌 合于吸热构件3的孔5b、5c的高度高的电子零件(电容器2b及线圈元件2c)的侧表面整个区域。传热体7b、7c与吸热构件3一样，比如，由铝、铜等热传导性良好的金属构成。 
另外，通过在将传热体7b及传热体7c外嵌于安装在印刷电路板1上的电容器2b及线圈元件2c上之后对于印刷基板1覆盖吸热构件3以使电容器2b及线圈元件2c嵌合于孔5b、孔5c，制作这种结构的冷却装置10。 
下面对散热处理进行说明。在CPU元件2a中产生的热量，与实施方式1一样，从其上表面经吸热构件3传递到流路4内的冷却介质。另一方面，在电容器2b、线圈元件2c中产生的热量，从其侧表面经传热体7b、7c、吸热构件3传递到流路4内的冷却介质。冷却介质在流路24内流动，热量从散热片23散发到外部(参照图1)。 
在实施方式2的冷却装置10中，对于高度各异的全部电子零件当然可以得到与散热效率可以很高的实施方式1一样的效果，此外，由于在高度高的电容器2b及线圈元件2c的侧表面上设置传热体7b及传热体7c，来自其侧表面被吸热构件3吸收的热量增加，故散热效率可以更高。 
(实施方式3) 
图7(a)、(b)为实施方式3所涉及的吸热构件3a、3b的平面图，图8为实施方式3所涉及的冷却装置10的侧视图，图9为其俯视图。在图7～图9中，对于与图1～图6为同一或同样的部分赋予同一编号。 
在实施方式3中，在安装于印刷电路板1上的电子零件间(CPU元件2a和线圈元件2c间)存在极端巨大的高度差。在实施方式3中，比如，对由铝、铜等热传导性良好的金属构成的2片板状的吸热构件3a、3b改变其设置高度地设置成为两层。 
下侧的第一层的吸热构件3a的设置高度，与上述的吸热构件3一样，大致等于电子零件中高度最低的CPU元件2a的高度，上侧的第二层的吸热构件3b设置高度大致等于电容器2b的高度。在第一层的吸热构件3a中形成形状符合电容器2b和线圈元件2c的剖面形状 的多个孔5b、5c，这些孔5b、孔5c可以分别与电容器2b、线圈元件2c嵌合(参照图7(a))。在上侧的第二层吸热构件3b中形成形状符合高度最高的线圈元件2c的剖面形状的孔5c，孔5c可以与线圈元件2c嵌合(参照图7(b))。 
另外，在吸热构件3a中形成有用于使冷却介质循环的从流入口11a到达流出口12a的流路4a，在吸热构件3b中，形成有用于使冷却介质循环的从流入口11b到达流出口12b的流路4b。流路4a在CPU元件2a附近在其上方以蛇行方式形成，在电容器2b及线圈元件2c的周边形成为将其包围。流路4b在线圈元件2c周边形成为将其包围。这些流路4a及4b合流并与散热片23的流路24连通。 
于是，与上述吸热构件3一样，在经热结合材料6与高度最低的CPU元件2a的上表面接触的同时，以电容器2b及线圈元件2c嵌合于孔5b、5c中与其侧表面相接触的方式将第一层的吸热构件3a设置于印刷电路板1的上方。另外，在经热结合材料9与电容器2b的上表面接触的同时，以线圈元件2c嵌合于孔5c中与其侧表面相接触的方式将第二层的吸热构件3b设置于吸热构件3a的上方。 
下面对散热处理进行说明。在CPU元件2a中产生的热量，从其上表面经吸热构件3a传递到流路4a内的冷却介质。另外，在电容器2b、线圈元件2c的下部产生的热量，从其侧表面经吸热构件3a传递到流路4a内的冷却介质。在电容器2b的上部产生的热量，从其上表面经吸热构件3b传递到流路4b内的冷却介质。另外，在线圈元件2c的上部产生的热量，从其侧表面经吸热构件3b传递到流路4b内的冷却介质。冷却介质在流路24内流动，热量从散热片23散发到外部(参照图1)。 
在多个电子零件的高度相差极大的场合，高度高的电子零件的上部的热量吸收是困难的。于是，在实施方式3的冷却装置10中，吸热构件为多层结构，电子零件的上部的热量利用吸热构件3b可以很容易吸收。 
(实施方式4)
图10(a)、(b)为实施方式4所涉及的吸热构件3c、3d的平面图，图11为实施方式4所涉及的冷却装置10的侧视图。在图10、图11中，对于与图1～图9为同一或同样的部分赋予同一编号。在实施方式4中，与实施方式3一样，对2片板状的吸热构件3c、3d改变其设置高度地设置成为两层。 
在第一层的吸热构件3c中形成为可使电容器2b及线圈元件2c一起通过的大小的开口8(参照图(10))。在上侧的第二层的吸热构件3d中形成有形状符合高度最高的线圈元件2c的剖面形状的孔5c，孔5c可以将线圈元件2c嵌合(参照图10(b))。 
另外，在吸热构件3c中，形成有用于使冷却介质循环的从流入口11c到达流出口12c的流路4c，在吸热构件3d中，形成有用于使冷却介质循环的从流入口11d到达流出口12d的流路4d。流路4c在CPU元件2a附近在其上方以蛇行方式形成，流路4d在线圈元件2c周边形成为将其包围。这些流路4c及4d合流并与散热片23的流路24连通。 
于是，与上述吸热构件3一样，在经热结合材料6与高度最低的CPU元件2a的上表面接触的同时，以使电容器2b及线圈元件2c一起通过开口8的方式将第一层的吸热构件3c设置于印刷电路板1的上方。另外，在经热结合材料9与电容器2b的上表面接触的同时，以线圈元件2c嵌合于孔5c中与其侧表面相接触的方式将第二层的吸热构件3d设置于吸热构件3c的上方。 
下面对散热处理进行说明。在CPU元件2a中产生的热量，从其上表面经吸热构件3c传递到流路4c内的冷却介质。在电容器2b中产生的热量，从其上表面经吸热构件3d传递到流路4d内的冷却介质。在线圈元件2c中产生的热量，从其侧表面经吸热构件3d传递到流路4d内的冷却介质。冷却介质在流路24内流动，热量从散热片23散发到外部(参照图1)。 
在实施方式4的冷却装置10中，因为吸收发自发热量大的CPU元件2a的热量的吸热构件3c和吸收发自发热量不太大的电容器2b 及线圈元件2c的热量的吸热构件3d是独立设置的，吸热构件3c及吸热构件3d的热量互不干涉地进行吸热处理。 
在实施方式3、4的冷却装置10中，当然可以得到与可对高度各异的全部电子零件高效率散热的实施方式1、2同样的效果。另外，在电子零件间存在极端巨大的高度差时，或在多个电子零件组装复杂时，通过将吸热构件制作成为上述的多层打通结构，可以利用多层吸热构件高效率地吸收发自各电子零件的热量，可以谋求提高散热特性。 
另外，在上述各实施方式中，是将冷却介质的流路形成在吸热构件中，但也可以不形成流路，而是形成与其侧表面接触使电子零件嵌合的孔的吸热构件，对这种结构的吸热构件当然也可以适用本发明。 
另外，在上述各实施方式中，是将吸热构件的形状设为矩形形状，但因为只要电子零件存在的区域是吸热构件即可，所以也可以根据电子零件的安装模式设定吸热构件的形状。在这种情况下，因为吸热构件的体积减小，成本可以降低。

Claims (5)

1.一种吸热构件，是吸收发自安装于支持体上的高度各异的多个电子零件的热量的板状的吸热构件，其特征在于：
在厚度方向上形成使上述多个电子零件的高度高的一部分电子零件嵌合并与该电子零件的侧表面接触的一个或多个孔。
2.一种吸热构件，是吸收发自安装于支持体上的高度各异的多个电子零件的热量的吸热构件，其特征在于：
设置有冷却介质的流路，形成使上述多个电子零件的高度高的一部分电子零件嵌合并使该电子零件的侧表面与上述流路接触的一个或多个孔。
3.一种冷却装置，是对安装于支持体上的高度各异的多个电子零件进行冷却的装置，其特征在于：
具有在其厚度方向上形成使上述多个电子零件的高度高的一部分电子零件嵌合并与该电子零件的侧表面接触的一个或多个孔的板状的吸热构件，
上述多个电子零件的高度低的一部分电子零件的上表面与上述吸热构件的下表面接触。
4.一种冷却装置，是对安装于支持体上的高度各异的多个电子零件进行冷却的装置，其特征在于：
设置有冷却介质的流路，具有形成使上述多个电子零件的高度高的一部分电子零件嵌合并使该电子零件的侧表面与上述流路接触的一个或多个孔的吸热构件，
上述多个电子零件的高度低的一部分电子零件的上表面与上述吸热构件的下表面接触。
5.一种电子机器，其特征在于包括：
印刷电路板；
安装于该印刷电路板上的高度各异的多个电子零件；
在其厚度方向上形成使该多个电子零件的高度高的一部分电子零件嵌合并与该电子零件的侧表面接触的一个或多个孔，上述多个电子零件的高度低的一部分电子零件的上表面与其下表面接触的一个或多个板状的吸热构件；以及
使该吸热构件吸收的热量向外部散发的散热部。
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