JP2001119181A - 電子部品の冷却装置及び電子機器 - Google Patents
電子部品の冷却装置及び電子機器Info
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Abstract
の冷却効率を向上させた電子部品の冷却構造を提供す
る。 【解決手段】基板14に実装された発熱量の大きいプロ
セサ14aから熱を伝達される伝熱プレート15と、伝
熱プレート15に対し、熱伝達可能に取り付けられた放
熱フィン16、17とを設け、放熱フィン16,17
が、基板14に実装されている、プロセサ14aよりも
発熱量が低い低発熱素子14bに向かって延在すること
により、プロセサ14aから伝達された熱の少なくとも
一部を、低発熱素子14bの近傍において放熱するの
で、電気素子が限られた空間内に配置されている場合で
も、プロセサ14aの近傍と低発熱素子14bの近傍と
における発熱密度の差を緩和することにより、電気素子
の冷却効率をより高めることができる。
Description
やUNIXサーバなどに内蔵された電子部品の冷却構造
に関する。
クにおいて、中枢的役割を果たすPCサーバやUNIX
サーバなどにおいては、複数の基板ユニットが搭載され
ており、その基板ユニットには、プロセサを代表とする
発熱量の大きな集積回路素子あるいはパッケージが1つ
または複数個搭載されている。
て特に高性能化が進み、1チップにおける半導体の搭載
数が激増しているため、それに応じてプロセサの発熱量
が増大しているという実情がある。しかるに、かかる発
熱により、プロセサの温度がその動作保証温度(一般に
80℃〜100℃)を超えると、プロセサとしての正常
な機能が損なわれる恐れがある。
334374号には、プロセサのような高発熱チップの
裏面に伝熱体を取り付け、かかる伝熱体を、多数の放熱
フィンを取り付けたヒートシンクベース板に差し込んで
熱伝達経路を形成し、それにより高発熱チップが発生し
た熱を効率よく放熱できる冷却構造が開示されている。
CサーバやUNIXサーバは、ラックなどに多層的に積
み上げて用いられることが多い。従って、狭い場所に多
数のサーバを設置できるようにするために、サーバの形
状をより薄くすることが望まれている。ところが、上述
した従来技術では以下に述べる理由により、サーバの形
状を薄くすることが困難という問題がある。
却構造の一つの目的は、高発熱チップが発生した熱が、
他のチップに伝達されないようにすることである。この
目的を達成すべく、ヒートシンクベース板は、これらの
チップから大きく離隔しており、そのため高発熱チップ
とヒートシンクベース板とを連結する伝熱体は、側方か
ら見て略Z字状に折れ曲がった形状を有している。この
ような構成を有しているため、高発熱チップの冷却風下
流側に配置されたチップ(以下、低発熱チップとする)
と伝熱体との間には、大きなスペースが形成され、それ
により低発熱チップへの熱伝達が抑止されることとな
る。
形状をより薄くしようとすると、例えば積層された基板
間隔を狭くしなくてはならず、それに応じてヒートシン
クベース板と基板との間隔が狭くなることになってしま
う。ところが、かかる間隔が狭くなると、低発熱チップ
近傍に設けられた熱伝達防止用のスペースが小さくなっ
て、低発熱チップへの熱伝達素子という従来技術の上述
した目的が達成されなくなる。また、ヒートシンクベー
ス板と基板との間隔が狭くなると、低発熱チップに対
し、冷却風上流側に配置された伝熱体が冷却風の円滑な
流れを更に妨げるようになり、冷却風が当たりにくくな
るエリアと、当たりやすくなるエリアとが生じる恐れが
ある。今後益々プロセサの高性能化が推進され、それに
より発熱量も増大すると考えられることから、このよう
な従来技術の構成では、より薄い形状のサーバを形成す
ることは困難であるといえる。
ため、発熱量にも寸法にもバラツキがある。高発熱素子
であるプロセサ近傍のエリアでは、局所的に発熱密度大
となるが、低発熱素子である集積回路素子あるいはパッ
ケージ等が搭載されるエリアでは、それに比較して小さ
な発熱密度になる。例えば冷却風量を増大させることに
よって、発熱密度が大きいエリアの温度を動作保証温度
以下に下げようとすると、それにつれて発熱密度が小さ
いエリアの温度も過剰に下がり、本来冷却が必要でない
エリアまでも冷却してしまうという問題が生じる。特
に、騒音抑制の観点から冷却ファンの回転数も制限され
ており、そのような状況下では、発熱密度分布の不均一
は、サーバの薄型化を妨げる一つの要因となり得る。
的は、発熱密度分布の不均一の緩和を図り、電子部品の
冷却効率を向上させた電子部品の冷却構造を提供するこ
とにある。
く、本発明の電子部品の冷却構造は、基板上に実装され
た第1の発熱素子から熱を伝達される伝熱体と、前記伝
熱体に対し、熱伝達可能に取り付けられた放熱体と、を
有し、前記放熱体は、前記第1の発熱素子よりも発熱量
が低く且つ前記基板に実装されている第2の発熱体に向
かって延在すると共に、該第1の発熱素子及び前記伝熱
体の組み合わせと、該組み合わせより実装高さの低い前
記第2の発熱素子との実装高さの差により生じたスペー
スにも形成されることを特徴とする。
第1の発熱素子から熱を伝達される伝熱体と、前記伝熱
体に対し熱伝達可能に取り付けられると共に、前記第1
の発熱素子よりも発熱量が低く且つ前記基板に実装され
ている第2の発熱体に向かって延在し、該第1の発熱素
子及び前記伝熱体の組み合わせと、該組み合わせより実
装高さの低い前記第2の発熱素子との実装高さの差によ
り生じたスペースにも形成される放熱体と、を有する基
板ユニットを備え、少なくとも一つの該基板ユニットを
含んだ複数の実装ユニットが多層的に積み上げられて構
成されていることを特徴とする。
に実装された第1の発熱素子から熱を伝達される伝熱体
と、前記伝熱体に対し、熱伝達可能に取り付けられた放
熱体と、を有し、前記放熱体は、前記第1の発熱素子よ
りも発熱量が低く且つ前記基板に実装されている第2の
発熱体に向かって延在すると共に、該第1の発熱素子及
び前記伝熱体の組み合わせと、該組み合わせより実装高
さの低い前記第2の発熱素子との実装高さの差により生
じたスペースにも形成されるので、素子が限られた空間
内に配置されている場合でも、かかる伝熱体及び放熱体
を介して、前記第1の発熱素子の近傍と前記第2の発熱
素子の近傍とにおける発熱密度の差を緩和することによ
り、前記第1の発熱素子の冷却効率をより高めることが
できる。
る材料と高熱伝導性を有し熱伝導異方性を有する材料と
の少なくとも一方から形成されているプレートであれ
ば、これを適宜配置することによって熱伝達を効率よく
行うことができる。尚、熱伝導等方性を有する材料と
は、例えば銅やアルミニウムなどの金属であり、熱伝導
異方性を有する材料とは、例えばカーボングラファイト
のような材料を言うが、これらに限られることはない。
ヒートパイプが組み込まれていれば、かかるヒートパイ
プを介して熱伝達をより効率よく行うことができる。
イプと第2のヒートパイプとが組み込まれ、前記プレー
トの面方向に向かって、前記第1のヒートパイプは第1
の方向に延在し、前記第2のヒートパイプは前記第1の
方向とは異なる第2の方向に延在するよう配置され、各
ヒートパイプの交差点において、一方のヒートパイプが
他方のヒートパイプを逃げる形状を有するように配置さ
れていれば、プレートの2次元方向において熱伝達を効
率よく行うことができると共に、両ヒートパイプをコン
パクトに前記プレートに組み込むことができ、例えば前
記プレートの厚さをより薄くできる。
行に延在し、前記基板に実装された部品を避けるための
切り欠き及び穴の少なくともー方を有するようになって
いれば、前記基板に実装される部品の大小に関わらず、
より広範囲にプレートを延在させることができる。
する距離の異なる複数の部分からなるようにすれば、例
えば基板に対して垂直に配置された小基板モジュールな
ど背の高い部品を避けるようにして、プレートを折り曲
げて配置することもでき、それにより前記基板に実装さ
れる部品の大小に関わらず、より広範囲にプレートを延
在させることができる。る
により連結されていれば、例えば背の高い部品と、背の
低い部品との近傍に、それぞれ別体のプレートを配置し
て、ヒートパイプで連結することもでき、それにより前
記基板に実装される部品の大小に関わらず、より広範囲
にプレートを配置することができる。又、ヒートパイプ
が、冷却用空気流の流れ方向に交差する方向に配置され
た場合でも、その断面が円形であれば、冷却用空気流の
流れを大きく妨げることはない。
された第1の発熱素子から熱を伝達される伝熱体と、前
記伝熱体に対し熱伝達可能に取り付けられると共に、前
記第1の発熱素子よりも発熱量が低く且つ前記基板に実
装されている第2の発熱体に向かって延在し、該第1の
発熱素子及び前記伝熱体の組み合わせと、該組み合わせ
より実装高さの低い前記第2の発熱素子との実装高さの
差により生じたスペースにも形成される放熱体と、を有
する基板ユニットを備え、少なくとも一つの該基板ユニ
ットを含んだ複数の実装ユニットが多層的に積み上げら
れて構成されているので、素子が限られた空間内に配置
されている場合でも、かかる伝熱体及び放熱体を介し
て、前記第1の発熱素子の近傍と前記第2の発熱素子の
近傍とにおける発熱密度の差を緩和することにより、前
記第1の発熱素子の冷却効率をより高めることができる
ため、各実装ユニットの厚さをより薄くでき、電子機器
の全高を増大させることなく、より多数の実装ユニット
を積み上げることができる。
ついて図面を用いて説明する。図1は、本発明の第1の
実施の形態にかかる電子部品の冷却構造を含むUNIX
サーバの集合体を示す一部省略斜視図である。電子機器
であるUNIXサーバの集合体1は、本実施の形態にお
いては5つのUNIXサーバ装置10の集合体である。
他の装置10’が搭載されても良い。すなわち、UNI
Xサーバの集合体1は、プロセサを搭載した複数のUN
IXサーバ装置(実装ユニット)10を組み合わせて、
特定の仕様に合わせたり、拡張性を持たせるようにして
いるのである。
ボックス状のラック2の内部側壁には、開口2aから奥
側に延在するレール(不図示)が形成されており、UN
IXサーバ装置10は、かかるレールに沿って開口2a
からラック2内へ差し込まれて取り付けられるようにな
っている。ラック2内に取り付けられたUNIXサーバ
装置10は、相互に配線を介して接続されて、一体のU
NIXサーバの集合体あるいは個別の装置の集まりとし
て機能する。尚、本実施の形態においては、UNIXサ
ーバ装置10は、ラック2内に縦に積まれているが、か
かるラック2を横倒しにして使用することもできる。
0が積層されてUNIXサーバの集合体1を構成するよ
うになっているので、ラック2の高さを一定とすると、
UNIXサーバ装置2が薄ければ、より多くのUNIX
サーバ装置10をラック2内に収納させることができ、
それによりUNIXサーバの集合体1の性能を向上さ
せ、あるいは設置スペース効率を向上させることができ
る。
ーバ装置10の一つを示す一部省略斜視図である。図2
においては、カバー12が上方に取り外された状態で示
されている。カバー12とで筐体を構成する矩形板状の
ベース11は、その左方端に、2つのファン13aを含
む冷却ユニット13を設置している。尚、ファン13a
を駆動するモータなどは省略されている。
示)の支柱11aによって支持された基板14が配置さ
れている。基板14には様々な電子部品が搭載されて、
一つの電子回路を構成している。より具体的には、50
〜60W程度の比較的発熱の大きな集積回路素子/パッ
ケージ(以下、プロセサとする)14aや、2〜3W程
度の比較的発熱の小さい集積回路素子/パッケージ14
bが、基板14上に半田で直に接続されたり、コネクタ
を介して実装されている。プロセサ14aの数は、UN
IXサーバの集合体1の仕様により、1であったり複数
であったりするが、図2においては、単一のプロセサ1
4aが実装された例を示している。理解を容易とすべ
く、外部と信号や電力の伝達を行うコネクタ、各種コン
デンサや抵抗、金具などの機構部品や、電力を供給する
ためのDC−DCコンバータなどは、図示及び説明を省
略する。
て矢印方向に見た図である。図2,3において、集積回
路素子/パッケージ14a、14bの上方には、ほぼ基
板14と同範囲に延在する伝熱プレート15が配置され
ている。伝熱体である伝熱プレート15は、他の集積回
路素子/パッケージ14bよりも高さのあるプロセサ1
4aの上面に接触するようにして配置され、そこから水
平方向(冷却ユニット13の冷却風が流れる方向)に延
在している。
触は、直接行われても良いが、伝熱性に優れた部材、例
えば信越化学株式会社から上市されている商品名:放熱
シリコーンゴムシートTC−TXタイプ、又は同社から
上市されている商品名:放熱用オイルコンパウンドG7
50/G751、あるいは東レ・ダウコーニング・シリ
コーン株式会社から上市されている商品名:SC102
放熱用コンパウンドを介して接触が行われると、熱抵抗
が減少してより好ましい。
る。図4に示すように、伝熱プレート15の内部には薄
い空洞15aが形成されており、かかる空洞15a内に
は、低沸点溶媒としてのフルオロカーボンFが封入され
ている。伝熱プレート15は、銅やアルミニウムなどの
金属のように熱の伝導性が高く、熱伝導等方性を有する
材料から形成されても良く、またカーボングラファイト
など、所定の方向に熱伝導性が高い熱伝導異方性を有す
る材料から形成されても良い。熱伝導異方性を有する材
料を用いて伝熱プレート15を形成した場合には、図4
に示す水平方向において高い熱伝導性を発揮するように
設置すると、プロセサ14aの冷却効率が高くなるので
好ましい。
面及び下面には、多数の金属(銅やはアルミなど)箔状
の放熱フィン16及び17が、垂直方向に延在するよう
にして取り付けられている。伝熱プレート15に放熱体
である放熱フィン16、17を取り付ける場合、直接取
り付けても良いが、伝熱性に優れた部材、例えば信越化
学株式会社から上市されている商品名:放熱シリコーン
ゴムシートTC−TXタイプ、又は同社から上市されて
いる商品名:放熱用オイルコンパウンドG750/G7
51、あるいは東レ・ダウコーニング・シリコーン株式
会社から上市されている商品名:SC102放熱用コン
パウンドを介して接触が行われると、熱抵抗が減少する
ので好ましい。又、伝熱プレート15に放熱フィン1
6、17を接着により取り付ける場合には、東レ・ダウ
コーニング・シリコーン株式会社から上市されている商
品名:SE4420放熱用接着剤を用いると、良好な熱
伝導性を維持しながらも接着が行われるのでより好まし
い。
放熱フィン16は、図3において一点鎖線で示すカバー
12と、伝熱プレート15とで規定される領域の、ほぼ
全体にわたって延在するようになっており、それにより
放熱面積を大きく確保している。
られる放熱フィン17は、伝熱プレート15のプロセサ
14aに直接もしくは間接的に当接する領域(図5の領
域15b)を除いて、ほぼ全面にわたって形成されてい
るが、他の集積回路素子/パッケージ14bを避けるよ
うな形状を有している。基板14と、素子14a、14
bと、伝熱プレート15と、放熱フィン16,17とで
基板ユニットを構成する。より具体的に、放熱フィン1
7の形状について説明する。
5及び放熱フィン16,17を一体的に取り外して示す
斜視図である。図5において、手前側から2番目の放熱
フィン17を例にとって説明すると、放熱フィン17に
は4箇所に、矩形状の切欠部17aが形成されており、
図2,3に示すように、基板14上に、伝熱プレート1
5及び放熱フィン16,17を設置したときに、その放
熱フィン17が、下方の4つの集積回路素子/パッケー
ジ14bに接触しないように、例えば2〜3mm程度の
所定のスキマができるようにしている。かかるスキマが
存在するため、集積回路素子/パッケージ14bは放熱
フィン17にぶつからないと共に、プロセサ14aから
伝達される熱が、伝熱プレート15及び放熱フィン17
を介して、他の集積回路素子/パッケージ14bに直接
伝達されることを防止している。原則的に他の放熱フィ
ン17も同様な形状を有するが、図5において奥側の6
枚の放熱フィン17は、プロセサ14aに接触する領域
15bを確保するため、手前側の放熱フィン17に比べ
て短くなっている。
10の冷却効率に関して考察する。図6は、一般的な放
熱フィンの風速1m/sec時の冷却特性[(放熱フィ
ン)の熱抵抗Rout]を示すグラフである。一例とし
て、サイズが30mm角のプロセサパッケージ14aが
あり、その内部熱抵抗Rinを0.2deg/W,発熱
量Piを50W,冷却ユニット13から供給される冷却
風の温度Taを30℃と仮定したときに、プロセサチッ
プ14aのジャンクション温度を、動作及び信頼性を保
証する80℃以下に抑止しなければならないとする。
5mm立方の放熱フィンを設けたとして、細かい条件は
一切無視して、1m/secの風速を供給した場合のプ
ロセサチップのジャンクション温度Tj1を求めれば Tj1=P×(Rin+Rout)+Ta (1) となる。図6よりRout=約2.3deg/Wである
ことがわかり、従って上式のTj1は、計算上155℃
となるので冷却不可となる。
ート15を設けて、水平方向に熱を伝えてやり、基板1
4とカバー12との間で規定される空間内に可能な範囲
で最大限に広がる放熱フィン16,17から熱を逃がし
てやることにより、筐体内のデッドスペースを利用して
プロセサパッケージ14aの見かけの放熱フィンサイズ
を例えば50mm×35mm×l00mmに拡大するこ
とができる。かかる場合のRoutは、図6により0.
8deg/Wとなり、Tj2=80℃となって十分な冷
却が確保されることとなる。
サ14aから伝達された熱によって、伝熱プレート15
の空洞15a内におけるフルオロカーボンFに対流が生
じるため、いわゆるヒートサイフォンの効果を利用し
て、伝熱プレート15の上下面に取り付けられた放熱フ
ィン16,17全体に効率よく熱を伝達できる。又、U
NIXサーバ装置10の筐体内のデッドスペースに放熱
フィン16,17を延在させることによって、冷却ユニ
ット13からの冷却風との間で効率よく熱交換を行え、
それにより高発熱素子であるプロセサ14aのジャンク
ション温度を低下させ、もってUNIXサーバ装置10
の信頼性を維持することができる。
子/パッケージへの伝熱防止を優先していたために、U
NIXサーバ装置10の筐体内で温度分布が不均一にな
るという問題があった。これに対し、本実施の形態によ
れば、低発熱である集積回路素子/パッケージ14bの
近傍でも放熱を行うことによって、筐体内の温度分布を
一様な状態に近づけることにより、より小さな筐体内で
も効率よく高発熱素子であるプロセサ14aの冷却を行
えるため、UNIXサーバ装置10を図1の如くラック
2に積層するタイプのUNIXサーバあるいはPCサー
バの集合体に適している。又、将来的により高発熱化す
ると考えられるプロセサを搭載するUNIXサーバある
いはPCサーバの集合体などにも対応できる。
ト15が、プロセサ14aから水平方向に筐体全体にわ
たって延在しているため、冷却ユニット13から水平方
向に流れる冷却風が、伝熱プレート15によって妨げら
れることが極力抑止され、それによりプロセサ14aの
冷却効率をより向上させることができる。また、基板1
4に平行して延在する基板14上のプロセサ14aにサ
ーマルコンパウンドや高熱伝導性接着剤など高熱伝導性
充填剤を介して、厚さ1mm以下の極めて薄い熱接合形
態を実現することができ、高い冷却性能が期待できる。
尚、厚さ1mm以下でなくても、基板14cに対向して
いるため、比較的距離の短い熱接続形態が取り易いとい
う利点がある。
を示す図であり、図7(a)はその伝熱プレートの上面
図であり、図7(b)はその正面図である。尚、図7
(a)において、放熱フィンは省略されており、また矢
印の方向に冷却風が流れるものとする。図7に示す伝熱
プレート115は、図4に示す伝熱プレートと同様な材
料から形成されているが、内部に空洞は形成しておら
ず。その代わりに複数のヒートパイプ115aを埋設し
てなる。
ヒートパイプ115aが、伝熱プレート115の内部に
埋設され、冷却風の流れる方向に延在するようになって
いる。中空であるヒートパイプ115aの内部には、例
えば金属繊維及び水もしくはアルコールが封入されてい
るが、ヒートパイプの構成については良く知られている
ので、以下に詳細は記載しない。
示)から伝達された熱によって、伝熱プレート115に
埋設されたヒートパイプ115aの内部において水もし
くはアルコールの対流や蒸発、凝縮が生じるため、いわ
ゆるヒートパイプの効果を利用して、伝熱プレート11
5の上下面に取り付けられた放熱フィン(不図示)全体
に効率よく熱を伝達できる。
を示す、図7(a)と同様な図である。図8において、
本実施の形態が、図7に示す第2の実施の形態と異なる
点は、伝熱プレート115に埋設されたヒートパイプ1
15bが単一であるという点である。より具体的には、
ヒートパイプ115bは、矢印に示す冷却風の流れ方向
に沿って延在し、伝熱プレート115から出たところで
折り曲げられて逆進するというように、上方から見て蛇
行する形状となっている。
プ115bが、伝熱プレート115の2次元方向に配置
されているので、プロセサ(不図示)から伝達された熱
を、ヒートパイプ115bを介して、2次元的に伝達で
きるため、伝熱プレート115の上下面に取り付けられ
た放熱フィン(不図示)全体に効率よく熱を伝達でき
る。
の形態を示す、図7(a)と同様な上面図であり、図9
(b)は、図7(b)と同様な側面図である。図9にお
いて、本実施の形態が、図7に示す第2の実施の形態と
異なる点は、伝熱プレート115に埋設された複数のヒ
ートパイプ115c、115dが直交して配置されてい
るという点である。より具体的には、6本のヒートパイ
プ115cは、矢印に示す冷却風の流れ方向と平行に配
置され、4本のヒートパイプ115dは、図9(b)に
おいて明らかなように、ヒートパイプ115cの上方
で、それらに直交するように配置されている。プロセサ
14aが、複数のヒートパイプ115c、115dにま
たがるようにして配置される程度に、ヒートパイプ11
5c、115dの配置間隔を調整すると好ましい。尚、
ヒートパイプ115c、115dの構成自体は、第2の
実施の形態と同様である。
5c、115dが、伝熱プレート115の2次元方向に
配置されており、プロセサ(不図示)から伝達された熱
は、第3の実施の形態のヒートパイプ115bに比して
全長の短いヒートパイプ115c、115dを介して、
2次元的に迅速に伝達できるため、伝熱プレート115
の上下面に取り付けられた放熱フィン(不図示)全体に
効率よく熱を伝達できる。
態を示す斜視図である。本実施の形態が、図9に示す第
4の実施の形態と異なる点は、2枚のプレートからなる
伝熱プレート215に埋設された複数のヒートパイプ1
15e、115fが略同一面に直交配置されているとい
う点である。より具体的には、伝熱プレート215の下
半部215aの上面には、縦横に溝215cが形成され
ており、かかる溝内にヒートパイプ115e、115f
が配置されている。尚、伝熱プレート215の上半部は
省略されて示されている。
された5本のヒートパイプ115eは直線状であるが、
これらの上方において交差するように配置される4本の
ヒートパイプ115fは、各交差点で上方に折れ曲がっ
た曲がり部115hを形成し、ヒートパイプ115eと
の干渉を防止している。
分断面図である。下半部215aとで伝熱プレート21
5を構成する上半部215bには、ヒートパイプ115
fの曲がり部115hとの干渉を回避すべく逃げ部とし
てのくりぬき孔215dが形成されている。尚、くりぬ
き孔215dは、凹部であっても良い。
5e、115fが、伝熱プレート115の2次元方向に
配置されており、プロセサ(不図示)から伝達された熱
は、2次元的に迅速に伝達できるため、伝熱プレート1
15の上下面に取り付けられた放熱フィン(不図示)全
体に効率よく熱を伝達できる。更に、第4の実施の形態
とは異なり、ヒートパイプ115e、115fはほぼ同
一面内に配置されているため、伝熱プレート215の厚
さをより薄くできるため、UNIXサーバ装置の薄型化
を図ることができる。
れたドータボードと呼ばれる小基板モジュールが適宜取
り付けられることがある。かかる場合、基板に対して、
小基板モジュールは垂直方向に取り付けられることが多
いので、伝熱プレートとの干渉が問題となる。以下の実
施の形態によれば、小基板モジュールとの干渉を回避で
きる。
態を示す斜視図である。本実施の形態が、図4乃至7に
示す実施の形態と異なる点は、伝熱プレート315の一
部が切り欠かれている点である。より具体的には、図1
2において、基板14の一角に4枚の小基板モジュール
14cが、基板14に対し垂直に配置されている。伝熱
プレート315は、小基板モジュール14cが設けられ
ている領域に、矩形状の切り欠き315aを形成してい
る。その他の点では、伝熱プレート315は、上述した
伝熱プレートと同様の構成を有しており、図12におい
ては不図示の放熱フィンが、その上下面に取り付けられ
ている。
5が、小基板モジュール14cが設けられている領域に
矩形状の切り欠き315aを形成しているので、伝熱プ
レート315と小基板モジュール14cとの相互の干渉
を防止できるため、小基板モジュール14cを設けたU
NIXサーバ装置においても、効率的にUNIXサーバ
装置内部の冷却を図ることができる。尚、小基板モジュ
ールなど背の高い電子部品との干渉を避けるため、伝熱
プレートに設けるものは、切り欠きに限らず、例えばく
りぬき孔であっても良い。
の高い電子部品との干渉を避けるため、伝熱プレートの
一部を切り欠いたりすると、切り欠いた部分の放熱フィ
ンが削除されるため、その分だけ放熱面積が減少して、
冷却効率が低下する恐れがある。以下の実施の形態によ
れば、かかる問題を解消もしくは緩和できる。
態を含むUNIXサーバ装置を示す断面図である。本実
施の形態が、図4乃至7に示す実施の形態と異なる点
は、伝熱プレート415が2ステージ構成となっている
点である。より具体的には、伝熱プレート415は、高
発熱素子であるプロセサ14cの上面に直接又は間接的
に接触し、水平に延在する第1プレート部415aと、
プロセサ14cより背の高い小基板モジュール14cの
上方で水平に延在する第2プレート部415bと、第1
プレート部415aと第2プレート部415bの端部同
士を連結する垂直プレート部415cとから構成されて
いる。
矢印XIV方向に見た図である。図13,14に示すよう
に、第1プレート部415aの上面には放熱フィン41
6aが取り付けられ、その下面には放熱フィン417a
が取り付けられているが、かかる構成は上述した実施の
形態とほぼ同様である。一方、第2プレート部415b
の上面には放熱フィン416bが取り付けられ、その下
面には放熱フィン417bが取り付けられている。
板モジュール14cを避けるため、第1プレート部41
5aに対して上方にシフトしているが、そのため、一点
鎖線で示すカバー12の下面との間隔が小さくなってい
るので、第2プレート部415bの上面に取り付けられ
た放熱フィン416bは、第1プレート部415aに取
り付けられた放熱フィン416aに対して高さの低いも
のとなっている。
面と、小基板モジュール14cとの間隔がある程度存在
すれば、ここに放熱フィンを取り付けることもできる
が、常にある程度の間隔が存在するとは限らない。一
方、小基板モジュール14cは、その背は高いが、厚さ
は比較的薄いことが多い。そこで、図14に示すよう
に、小基板モジュール14cの側方に、放熱フィン41
7bを延在させるようにすれば、放熱面積を広く確保す
ることができる。
を2ステージ構成にすると、垂直プレート部415c
が、冷却ユニット13からの冷却風に対して正対し、そ
の流れを阻止するという問題がある。以下の実施の形態
によれば、かかる問題を解消もしくは緩和することがで
きる。
態を示す斜視図である。図15に示す実施の形態は、図
13,14に示す実施の形態と同様に、第1プレート部
515aと第2プレート部515bとからなる2ステー
ジ構成を有しているが、伝熱プレート515の垂直プレ
ート部515cに、6つの開口515dが形成されてい
る点が異なっている。
515dが形成されているので、図15の矢印に示す方
向に流れる冷却ユニット(不図示)からの冷却風は、開
口515dを通過して、第2プレート515bの下方に
流れるので、プロセサの冷却効率をより高めることがで
きる。
熱プレート415は、垂直プレート部415cで折れ曲
がってはいるものの、例えば図4に示す構成の如く内部
に一続きの空洞を設けることができ、それにより第2プ
レート部415bへの熱伝達性を確保することができ
る。ところが、図15に示す構成の如く、第2プレート
部515cに開口515dを形成すると、伝熱プレート
515の内部に空洞を設けることが困難となる。これに
対し、以下に述べる実施の形態によれば、かかる問題を
解消もしくは緩和することができる。
態を示す斜視図である。図16に示す実施の形態は、図
15に示す実施の形態と同様に、第1プレート部615
aと第2プレート部615bとからなる2ステージ構成
を有しているが、垂直プレート部は設けられておらず、
従って第1プレート部615aと第2プレート部615
bとは分離した構成となっている。
のヒートパイプ615cは、クランク状に折れ曲がった
後、第2プレート部615bへと延在し、そこで埋設さ
れている。すなわち、ヒートパイプ615cは、第1プ
レート部615aと第2プレート部615bとの間で、
外気に対して露出している。尚、ヒートパイプ615c
の内部構成に関しては、図7に示す実施の形態と同様で
あるので、その説明を省略する。
のプロセサから第1プレート部615aに伝達された熱
を、ヒートパイプ615cを介して効率よく第2プレー
ト部615bへと伝達でき、それにより冷却効率を高め
ることができる。また、ヒートパイプ615cは、第1
プレート部615aと第2プレート部615bとの間
で、外気に対して露出しているので、露出部分が冷却風
によって冷却され易くなるという利点がある。
ートの変形例を示す部分斜視図である。図17に示す実
施の形態は、図16に示す実施の形態と同様に、6本の
ヒートパイプ615cを設けているが、第1プレート部
615aと第2プレート部615bとの間の露出部分
に、3枚の放熱フィン615dを接触させつつ取り付け
ている。放熱フィン615dは、水平方向に延在してい
るので、矢印方向に流れる冷却風の流れを阻止しないよ
うになっている。
プ615cが、第1プレート部615aと第2プレート
部615bとの間で、外気に対して露出し、かつ露出し
た部分に放熱フィン615cを取り付けているので、放
熱フィン615cを介して冷却風との間で熱交換が効率
よく行われることとなり、不図示のプロセサの冷却効率
をより高めることができる。
じて、基板上の電子部品の配置が異なることが多い。か
かる場合、伝熱プレートに取り付けられる放熱フィンの
位置が不変であると、電子部品との干渉を招く恐れがあ
る。しかしながら、UNIXサーバ装置の仕様毎に、異
なる形状の伝熱プレートを製造すると、そのコストが増
大する。以下の実施の形態によれば、かかる問題を解消
もしくは緩和することができる。
形態を示す斜視図である。図18において、放熱フィン
716を取り付ける前の伝熱プレート715が示されて
いる。伝熱プレート715の上下面には、正規格子状に
配置されたねじ孔715aが形成されている。尚、図1
8においては、伝熱プレート715は上述した実施の形
態とは天地を逆としており、すなわち不図示の基板に対
向する面が上面となっている。
ン716aを1枚のベース716b上に取り付けてい
る。かかるフィンユニット716は、不図示のねじを任
意のねじ孔715aに螺合させることによって、不図示
の基板の電子部品(プロセサを含む)を避けることがで
きる伝熱プレート715上の任意の位置に、取り付けら
れるようになっている。尚、伝熱プレート715の両面
で、かかる取り付けが可能である。
置の仕様などに応じて、電子部品の配置関係が変わった
場合には、適宜フィンユニット716の取り付け位置を
変更することによって、部品の共通化を図り、コストを
低く抑えることができる。従って、電子部品が所与の配
置で量産されるUNIXサーバ装置に対しては、部品数
を削減することができ、コストダウンが期待できる。ま
た放熱フィンを伝熱プレートにアセンブリするなどの手
間が不要となる。伝熱プレートは1種とし、何種類かの
フィンを組み合わせることにより、搭載部品形状や素子
の発熱量に対して柔軟に対応できる冷却構造を実現でき
る。
に示すように、長さを異ならせた放熱フィン716cの
両端下部に、突起716dを設け、電子部品の配置関係
に応じて、適切な長さの放熱フィン716cを選択し、
突起716dを適宜ねじ孔715aに差し込むことによ
って、かかる放熱フィン716cを伝熱プレート715
に取り付けることも考えられる。UNIXサーバ装置の
種類が多い場合などに、搭載される部品形状に応じて任
意の長さの放熱フィンを設けることができる。フィンの
交換も容易であるため、柔軟性が増すという利点もあ
る。
いたUNIXサーバ装置の変形例を示す図である。図1
9においては、伝熱プレート515の第2プレート部5
15bが、筐体の一部を構成している。より具体的に
は、カバー512の上部がくり抜かれており、かかるく
りぬき部に、第2プレート部515bが丁度収まって、
カバー512の上面と面一となるようになっている。冷
却ユニット13からの冷却風は、矢印で示すように、伝
熱プレート515の開口515dを通過して、左方から
右方へと流れるようになっている。その他の構成に関し
ては、図12乃至図14の構成と同様であるため、以下
に詳細は記載しない。
図15の実施の形態に比し、第2プレート部515bに
取り付けられた放熱フィン517の面積を維持しつつ、
更に第2プレート部515bの上面を筐体外に露出させ
ることによって、プロセサ14aの冷却効率をより高め
ることができる。又、第2プレート部515bが筐体の
―部となるため、UNIXサーバ装置をより薄くするこ
とができる。
いたUNIXサーバ装置の変形例を示す図である。図1
9においても、伝熱プレート615の第2プレート部6
15bが、筐体の一部を構成している。より具体的に
は、カバー612の上部がくり抜かれており、かかるく
りぬき部に、第2プレート部615bが丁度収まって、
カバー612の上面と面一となるようになっている。本
変形においては、小型の冷却ユニット813が、第1プ
レート部615a上に配置されており、冷却ユニット8
13からの冷却風は、矢印で示すように、第1プレート
部615aと第2プレート部615bとの間に露出した
ヒートパイプ615c間を通過して、左方から右方へと
流れるようになっている。その他の構成に関しては、図
13乃至図15の構成と同様であるため、以下に詳細は
記載しない。
図15の実施の形態に比し、第2プレート部615bに
取り付けられた放熱フィン517の面積を維持しつつ、
更に第2プレート部615bの上面を筐体外に露出させ
ることによって、プロセサ14aの冷却効率をより高め
ることができる。このように冷却効率を高めることがで
きたので、本変形例の如く冷却ユニット813を小型化
することができ、それによりコスト低減を図ることがで
きる。又、冷却ユニット813を筐体内の伝熱プレ―ト
615上に搭載することにより省スぺース化が期待でき
る。
形態を含むUNIXサーバ装置を示す部分断面図であ
る。伝熱プレート715の冷却ユニット13側における
端部715aは、楔状となっており、矢印方向に流れる
冷却風の流れをより円滑にすることができる。尚、端部
715aは、楔状でなく流線型であっても良い。
より説明したが、本発明はこれらに限定されるものでは
なく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能
である。例えば、伝熱プレートに取り付けられる放熱フ
ィンは、多孔状とすることにより、より放熱面積を確保
することができるし、又放熱フィンの代わりに、多数の
ピンを設けることもできる。
熱を伝達される伝熱体と、前記伝熱体に対し、熱伝達可
能に取り付けられた放熱体と、を有し、前記放熱体は、
前記第1の発熱素子よりも発熱量が低く且つ前記基板に
実装されている第2の発熱体に向かって延在すると共
に、該第1の発熱素子及び前記伝熱体の組み合わせと、
該組み合わせより実装高さの低い前記第2の発熱素子と
の実装高さの差により生じたスペースにも形成されるこ
とを特徴とする電子部品の冷却装置。 (請求項2) 前記放熱体は、前記伝熱体に取り付けら
れた多数のフィン又はピンの少なくとも一方であること
を特徴とする請求項1に記載の電子部品の冷却装置。 (請求項3) 前記放熱体と前記第2の発熱素子との間
には、所定のスキマが設定されていることを特徴とする
請求項1記載の電子部品の冷却装置。 (請求項4) 前記伝熱体は、熱伝導等方性を有する材
料と高熱伝導性を有し熱伝導異方性を有する材料との少
なくとも一方から形成されているプレートであることを
特徴とする請求項1記載の電子部品の冷却装置。 (請求項5) 前記プレートは、内部に1つまたは複数
の空洞を有し、前記空洞には低沸点の冷媒が封入されて
いることを特徴とする請求項4記載の電子部品の冷却装
置。 (請求項6) 前記プレートには、1つまたは複数のヒ
ートパイプが組み込まれていることを特徴とする請求項
4記載の電子部品の冷却装置。 (請求項7) 前記プレートには、第1のヒートパイプ
と第2のヒートパイプとが組み込まれ、前記プレートの
面方向に向かって、前記第1のヒートパイプは第1の方
向に延在し、前記第2のヒートパイプは前記第1の方向
とは異なる第2の方向に延在するよう配置され、各ヒー
トパイプの交差点において、一方のヒートパイプが他方
のヒートパイプを逃げる形状を有することを特徴とする
請求項6に記載の電子部品の冷却装置。 (請求項8) 前記プレートが、前記第1のヒートパイ
プと前記第2のヒートパイプとを挟持する一対のヒート
パイプであり、少なくとも一方のプレートには、ヒート
パイプとの交差点で、前記一方のヒートパイプの逃げ形
状に合わせて、凹部もしくは孔が形成されていることを
特徴とする請求項7に記載の電子部品の冷却装置。 (請求項9) 前記プレートは、前記基板に対して平行
に延在し、前記基板に実装された部品を避けるための切
り欠き及び穴の少なくとも一方を有することを特徴とす
る請求項4乃至8のいずれかに記載の電子部品の冷却装
置。 (請求項10) 前記プレートは、前記基板から隔離す
る距離の異なる複数の部品からなることを特徴とする請
求項4乃至9のいずれかに記載の電子部品の冷却装置。 (請求項11) 前記プレートの各部分は、ヒートパイ
プにより連結されていることを特徴とする請求項4乃至
9のいずれかに記載の電子部品の冷却装置。 (請求項12) 前記ヒートパイプにも放熱フィンを設
けたことを特徴とする請求項11に記載の電子部品の冷
却装置。 (請求項13) 前記伝熱体と前記放熱体とは、高熱伝
導性充填剤を介在させて接合されることを特徴とする請
求項1乃至12のいずれかに記載の電子部品の冷却装
置。 (請求項14) 前記第1の発熱素子と前記伝熱体とは
高熱伝導性充填剤を介在させて接合されることを特徴と
する請求項1乃至13のいずれかに記載の電子部品の冷
却装置。 (請求項15) 前記放熱体に対して冷却用空気流を供
給する供給ユニットが、前記伝熱体に対して取り付けら
れていることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか
に記載の電子部品の冷却装置。 (請求項16) 前記伝熱体は、前記冷却用空気流に抗
する面に、1つあるいは複数の通し穴を形成しているこ
とを特徴とする請求項15に記載に電子部品の冷却装
置。 (請求項17) 前記伝熱体の、前記冷却用空気流に抗
する端部は先細形状となっていることを特徴とする請求
項15又は16に記載の電子部品の冷却装置。 (請求項18) 前記放熱体を、前記伝熱体に対して任
意の位置に取り付ける取り付け手段を有することを特徴
とする請求項1乃至17のいずれかに記載の電子部品の
冷却装置。
基板上に実装された第1の発熱素子から熱を伝達される
伝熱体と、前記伝熱体に対し、熱伝達可能に取り付けら
れた放熱体と、を有し、前記放熱体は、前記第1の発熱
素子よりも発熱量が低く且つ前記基板に実装されている
第2の発熱体に向かって延在すると共に、該第1の発熱
素子及び前記伝熱体の組み合わせと、該組み合わせより
実装高さの低い前記第2の発熱素子との実装高さの差に
より生じたスペースにも形成されるので、素子が限られ
た空間内に配置されている場合でも、かかる伝熱体及び
放熱体を介して、前記第1の発熱素子の近傍と前記第2
の発熱素子の近傍とにおける発熱密度の差を緩和するこ
とにより、前記第1の発熱素子の冷却効率をより高める
ことができる。
された第1の発熱素子から熱を伝達される伝熱体と、前
記伝熱体に対し熱伝達可能に取り付けられると共に、前
記第1の発熱素子よりも発熱量が低く且つ前記基板に実
装されている第2の発熱体に向かって延在し、該第1の
発熱素子及び前記伝熱体の組み合わせと、該組み合わせ
より実装高さの低い前記第2の発熱素子との実装高さの
差により生じたスペースにも形成される放熱体と、を有
する基板ユニットを備え、少なくとも一つの該基板ユニ
ットを含んだ複数の実装ユニットが多層的に積み上げら
れて構成されているので、素子が限られた空間内に配置
されている場合でも、かかる伝熱体及び放熱体を介し
て、前記第1の発熱素子の近傍と前記第2の発熱素子の
近傍とにおける発熱密度の差を緩和することにより、前
記第1の発熱素子の冷却効率をより高めることができる
ため、各実装ユニットの厚さをより薄くでき、電子機器
の全高を増大させることなく、より多数の実装ユニット
を積み上げることができる。
冷却構造を含むUNIXサーバの集合体を示す一部省略
斜視図である。
つを示す一部省略斜視図である。
見た図である。
体的に取り外して示す斜視図である。
ある。
る。
る。
態を示す上面図であり、図9(b)は、その側面図であ
る。
図である。
図である。
IXサーバ装置を示す断面図である。
に見た図である。
図である。
図である。
を示す部分斜視図である。
視図である。
サーバ装置の変形例を示す図である。
サーバ装置の変形例を示す図である。
NIXサーバ装置を示す部分断面図である。
5、715 伝熱プレート 16,17、416a、416b、417a、417
b、516,517、716a、716c 放熱フィン 115a、115b、115c、115d、115e、
115f、615cヒートパイプ
Claims (8)
- 【請求項1】 基板上に実装された第1の発熱素子から
熱を伝達される伝熱体と、 前記伝熱体に対し、熱伝達可能に取り付けられた放熱体
と、を有し、 前記放熱体は、前記第1の発熱素子よりも発熱量が低く
且つ前記基板に実装されている第2の発熱体に向かって
延在すると共に、該第1の発熱素子及び前記伝熱体の組
み合わせと、該組み合わせより実装高さの低い前記第2
の発熱素子との実装高さの差により生じたスペースにも
形成されることを特徴とする電子部品の冷却装置。 - 【請求項2】 前記伝熱体は、熱伝導等方性を有する材
料と高熱伝導性を有し熱伝導異方性を有する材料との少
なくとも一方から形成されているプレートであることを
特徴とする請求項1記載の電子部品の冷却装置。 - 【請求項3】 前記プレートには、1つまたは複数のヒ
ートパイプが組み込まれていることを特徴とする請求項
2記載の電子部品の冷却装置。 - 【請求項4】 前記プレートには、第1のヒートパイプ
と第2のヒートパイプとが組み込まれ、前記プレートの
面方向に向かって、前記第1のヒートパイプは第1の方
向に延在し、前記第2のヒートパイプは前記第1の方向
とは異なる第2の方向に延在するよう配置され、各ヒー
トパイプの交差点において、一方のヒートパイプが他方
のヒートパイプを逃げる形状を有することを特徴とする
請求項3に記載の電子部品の冷却装置。 - 【請求項5】 前記プレートは、前記基板に対して平行
に延在し、前記基板に実装された部品を避けるための切
り欠き及び穴の少なくともー方を有することを特徴とす
る請求項2記載の電子部品の冷却装置。 - 【請求項6】 前記プレートは、前記基板から隔離する
距離の異なる複数の部分からなることを特徴とする請求
項2記載の電子部品の冷却装置。 - 【請求項7】 前記プレートの各部分はヒートパイプに
より連結されていることを特徴とする請求項6記載の電
子部品の冷却装置。 - 【請求項8】 基板上に実装された第1の発熱素子から
熱を伝達される伝熱体と、 前記伝熱体に対し熱伝達可能に取り付けられると共に、
前記第1の発熱素子よりも発熱量が低く且つ前記基板に
実装されている第2の発熱体に向かって延在し、該第1
の発熱素子及び前記伝熱体の組み合わせと、該組み合わ
せより実装高さの低い前記第2の発熱素子との実装高さ
の差により生じたスペースにも形成される放熱体と、 を有する基板ユニットを備え、 少なくとも一つの該基板ユニットを含んだ複数の実装ユ
ニットが多層的に積み上げられて構成されていることを
特徴とする電子機器。
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