JP2002013856A - 半導体集積回路用液冷式冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却能率に優れかつ大きなスペースを必要と
しない半導体集積回路用液冷式冷却装置を提供する。 【解決手段】 冷却部材１１と、冷却液が流れる冷却液
循環路１２と、冷却液用熱交換器１４と、冷却液循環用
遠心式ポンプ１３とを備えている。ポンプ１３は、これ
の回転軸方向に伸びる筒状ケーシング１３ａを有してい
るとともに排気ファン９により送られる風の下流側にか
つ遠心式ポンプ１３の回転軸と排気ファン９の回転軸と
が同一線上に位置するように配される。両回転軸と同一
線上に位置しかつ両回転軸を一体に駆動する駆動軸を有
するポンプ・ファン兼用駆動装置１６が設けられてい
る。循環路１２の一部が、ケーシング１３ａの周りに螺
旋状に配され、ケーシング１３ａの周面に、多数の放熱
フィンが、循環路１２の螺旋状部分１２ａを避けて設け
られている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は筐体内に配された半
導体装置用の冷却装置に関する。詳しくは、液冷式冷却
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パーソナルコンピュータの筐体内に配さ
れる半導体集積回路の冷却はヒートシンクを用いて強制
対流空冷方式で行われているのが通常である。ところ
で、半導体集積回路である中央演算処理装置（以下、Ｃ
ＰＵという）の動作速度は近年めざましく速くなり、こ
れにともなってＣＰＵの発熱量が増大している。発熱量
が増大すると、強制対流空冷方式による冷却装置では対
処しきれなくなり、筐体内の温度がＣＰＵの設計温度よ
り上昇する可能性が生じる。これは、ＣＰＵや筐体内に
配された他の半導体集積回路の動作速度の低下という問
題を引き起こす。

【０００３】そこで、この発熱量の増大に対処し、筐体
内を適切な温度に保ってＣＰＵを動作させるために、Ｃ
ＰＵの冷却を液冷式で行うことが提案されている。

【０００４】この種の液冷式冷却装置として、半導体集
積回路の熱を奪う冷却部材と、冷却部材を冷却する冷却
液が流れる冷却液循環路と、冷却液用熱交換器と、冷却
液を循環させる遠心式ポンプと、ポンプを駆動するモー
タとを備えた液冷式冷却装置がある。なお、冷却液とし
ては通常、水が用いられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、省スペース
の要求から近年は筐体の小型化が求められている。しか
し、上記従来の半導体装置用液冷式冷却装置は、筐体内
に、ポンプ、ポンプを駆動するためのモータおよび冷却
液用熱交換器を配する必要があるため、強制対流空冷方
式の冷却装置を収める場合に比べて筐体が大きくなると
いう問題が生じる。

【０００６】本発明は、上記問題を解決することを課題
とし、冷却能率に優れかつ筐体内において大きなスペー
スを必要としない液冷式冷却装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の半導体装置用液冷式冷却装置は、排気ファン
を有する筐体内に配されている半導体集積回路用液冷式
冷却装置であって、半導体集積回路の熱を奪う冷却部材
と、冷却部材を冷却する冷却液が流れる冷却液循環路
と、冷却液用熱交換器と、冷却液を循環させる遠心式ポ
ンプとを備えた液冷式冷却装置において、遠心式ポンプ
が、これの回転軸方向に伸びる筒状ケーシングを有して
いるとともに排気ファンにより送られる風の下流側にか
つ遠心式ポンプの回転軸と排気ファンの回転軸とが同一
線上に位置するように配され、両回転軸と同一線上に位
置しかつ両回転軸を一体に駆動する駆動軸を有するポン
プ・ファン兼用駆動装置が設けられ、冷却液循環路の一
部が、遠心式ポンプのケーシングの周りに螺旋状に配さ
れ、遠心式ポンプのケーシングの周面に、多数の放熱フ
ィンが、冷却液循環路の螺旋状部分を避けて冷却液循環
路の螺旋状部分より外側に突出するように形成され、冷
却液用熱交換器が、冷却液循環路における螺旋状部分と
放熱フィンとにより構成されていることを特徴とする、
ものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。

【０００９】図１〜図４を参照して本発明における第１
の実施形態の液冷式冷却装置について説明する。

【００１０】なお、以下の説明においては図１の右を
前、左を後といい、図１の上を右、下を左というものと
する。また、本明細書における「螺旋状」という語に
は、この部分を正面から見たさいの形状が円形である場
合だけでなく正面からみて例えば四角形状やその他の多
角形状をなしている場合も含むものとする。

【００１１】まず、図１と図３とを参照して本発明の液
冷式冷却装置が適用されるパーソナルコンピュータにつ
いて簡単に説明する。

【００１２】図１は、いわゆるタワー型と称せられるデ
スクトップ型パーソナルコンピュータの筐体(1)の水平
断面を示している。筐体(1)の前面には外気取入口(1a)
が、後面には内気排出口(1b)が形成されている。そし
て、筐体(1)内には内気排出口(1b)から空気を外部に排
出するための排気ファン(9)が配されている。

【００１３】ファン(9)は、これの下流側に、後に述べ
る液冷式冷却装置のポンプ等を配する必要があるので筐
体(1)内の奥まった位置に、すなわち排出口(1b)と前後
に間隔をおいて配されている。また、筐体(1)内の右部
にはマザーボード(2)が垂直状態で配置され、マザーボ
ード(2)の左面に設けられたソケット(3)にＣＰＵ(4)が
垂直状態で取り付けられている。

【００１４】図４に示すように、ＣＰＵ(4)は、ソケッ
ト(3)に差し入れられたＣＰＵ回路搭載基板(4a)と基板
(4a)に取り付けられたＣＰＵ本体(4b)と、これの後面を
覆うカバーと、基板(4a)の前側に配された押さえ枠(8)
とを備え、カバー(5)と押さえ枠(8)とが対をなすクリッ
プ(6)(7)により挟み止められているものである。そし
て、押さえ枠(8)により、後に述べる液冷式冷却装置の
冷却板(11)がＣＰＵ本体(4b)に面接触した状態で取り付
けられている。

【００１５】以下、液冷式冷却装置(10)について説明す
る。液冷式冷却装置(10)は、ＣＰＵ(4)を冷却するため
のものであり、先に述べた冷却板(11)と、冷却板(11)を
冷却するための冷却水が流れる冷却水循環路(12)と、冷
却水を循環させる遠心式ポンプ(13)と、冷却液用の熱交
換器(14)とを備えている。

【００１６】図４に示すように冷却板(11)は、ＣＰＵ本
体(4b)に面接触してＣＰＵ本体(4b)の熱を奪うものであ
り、冷却板(11)の内部には冷却水循環路(12)の一部を構
成する冷却水路が形成されている。なお、冷却板(11)は
熱伝導性に優れた材質、例えばアルミニウム製であるこ
とが好ましい。

【００１７】遠心式ポンプ(13)は、これの回転軸方向に
伸びる筒状ケーシング(13a)を有している。ケーシング
(13a)の後端壁右側には冷却水流入口が、後端壁左側に
は冷却液流出口がそれぞれ形成され、各口に冷却水循環
路(12)が接続されてポンプ(13)により冷却液循環路(12)
中の冷却水が循環される。さらに、ポンプ(13)は、排気
ファン(9)により送られる風の下流側にかつ遠心式ポン
プ(13)の回転軸（図示略）と排気ファン(9)の回転軸と
が同一線上に位置するように配されている。

【００１８】ケーシング(13a)内は前後に二分割され、
ケーシング(13a)における後側部分に羽根車（図示略）
などの各種部品が配されている。ケーシング(13a)にお
ける前側部分にはポンプ(13)の羽根車およびファン(9)
を駆動するための電動モータ（ポンプ・ファン兼用駆動
装置）(16)が配されている。図示は省略したが、モータ
(16)の回転軸はファン(9)および羽根車の回転軸と直結
されている。また、モータ(16)は図示しない制御装置に
接続されており、筐体(1)内の温度により回転数が制御
されるようになされている。

【００１９】循環路(12)におけるポンプ(13)に流入する
冷却液が流れる部分の一部がケーシング(13a)の周囲に
螺旋状に配されている。以下、この螺旋状部分を符号(1
2a)で示す。そして、ケーシング(13a)の周面には、ケー
シング(13a)の軸方向と平行な放熱フィン(15)が、放射
状に多数形成されている。各放熱フィン(15)は、螺旋状
部分(12a)より外側に突出し、螺旋状部分(12a)を避ける
ためのスリット(15a)が複数形成されている。スリット
(15a)の幅は、循環路(12)を形成する配管の直径とほぼ
等しく循環路(12)と放熱フィン(15)とは接触している。
このように、熱交換器(14)は、放熱フィン(15)および循
環路(12)における螺旋状部分(12a)により構成される。

【００２０】上記のような構成を有する液冷式冷却装置
(10)においては、モータ(16)によりファン(9)およびポ
ンプ(13)が駆動される。ポンプ(13)が駆動されると冷却
水が循環し、冷却板(11)によって奪われたＣＰＵ(4)の
熱が熱交換器(14)へと運ばれ、熱交換器(14)において放
熱される。

【００２１】一方、ファン(9)により送られた風は、放
熱フィン(15)間を通って排出口(1b)から筐体(1)外部に
排出される。このように放熱フィン(15)間をファン(9)
から送られた風が通ることにより放熱フィン(15)での放
熱が促進される。

【００２２】さらに、モータ(16)の回転数の変化により
ファン(9)による送風量とポンプ(13)による冷却水循環
量とが同調して増減するので、例えば筐体(1)内の温度
が上昇した場合などは、モータ(16)の回転数を上げるの
みでファン(9)による送風量およびポンプ(13)による冷
却水循環量がともに増大し、ＣＰＵ(4)の温度および筐
体(1)内の温度を下げることができる。すなわち、この
液冷式冷却装置(10)では、必要時に必要量の送風量およ
び冷却水循環量を容易に得ることができる。

【００２３】なお、ポンプ(13)のケーシング(13a)と放
熱フィン(15)とは押出形材により一体に構成し、この後
フィン(15)にスリット(15a)を形成するとよい。

【００２４】つぎに図５を参照して本発明における第２
の実施形態の液冷式冷却装置(20)について説明する。な
お、第１の実施形態の液冷式冷却装置(10)と同一部分に
は同一の符号を付けて説明は省略する。

【００２５】この液冷式冷却装置(20)は、ケーシング(1
3a)の周面に軸方向に間隔をおいてかつ周方向に間隔を
おいて複数の放熱フィン(21)が形成されているものであ
り、軸方向に隣り合う放熱フィン(21)間を、冷却水循環
路におけるケーシング(13a)の周りに螺旋状に配された
部分(22)が通るようになされているものである。この冷
却装置(20)においては、螺旋状部分(22)は扁平管により
構成されている。

【００２６】この液冷式冷却装置(20)の動作は、第１の
実施形態の液冷式冷却装置(10)と同じである。

【００２７】放熱フィン(21)は、ケーシング(13a)から
放射状に突出しかつ軸方向に伸びる多数の板状突起とを
一体に成型した後、板状突起の複数部分を切り落として
形成するとよい。

【００２８】なお、本発明の液冷式冷却装置の各部の構
成は上記実施形態のものには限られない。例えば、上記
の実施形態ではポンプ(13)のケーシング(13a)は、いず
れも円筒状であるが、ケーシングは角筒状であってもよ
い。この場合、放熱フィンは、ケーシングの各周面に対
して垂直状に突出するように配するとよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明の液冷式冷却装置においては、遠
心式ポンプとファンとが同一の駆動装置により駆動さ
れ、かつ遠心式ポンプのケーシングに放熱フィンが形成
されているとともに放熱フィンに形成されたスリット
を、または軸方向に隣り合う放熱フィン間を循環路が通
ることにより熱交換器が形成されている。

【００３０】このように熱交換器とポンプとが一体に構
成され、さらにファンとポンプの駆動装置が兼用され、
ファンから放熱フィンに風が送られるので本発明の液冷
式冷却装置は、冷却能率に優れかつ筐体内において大き
なスペースを必要としない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における第１の実施形態の半導体装置用
液冷式冷却装置が適用されたパーソナルコンピュータの
筐体内を示す水平断面図である。

【図２】同液冷式冷却装置のポンプおよび熱交換器を示
す側面図である。

【図３】同液冷式冷却装置のポンプおよび熱交換器を示
す正面図である。

【図４】同液冷式冷却装置における冷却部材およびこれ
が取り付けられたＣＰＵを示す図である。

【図５】本発明における第２の実施形態の半導体装置用
冷却装置における図２相当の図である。

【符号の説明】

(1) 筐体 (4) ＣＰＵ (9) 排気ファン (10)(20) 液冷式冷却装置 (11) 冷却部材（冷却板） (12) 冷却水循環路（冷却液循環路） (12a)(22)螺旋状部分 (13) 遠心式ポンプ (13a) 筒状ケーシング (14) 熱交換器 (15)(21) 放熱フィン (16) モータ（ポンプ・ファン兼用駆動装置）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武 幸一郎 堺市海山町６丁224番地 昭和アルミニウ ム株式会社内 Ｆターム(参考） 3L044 AA04 BA06 CA14 DA01 DB01 DB02 EA04 FA02 FA03 FA04 KA04 5E322 AA05 AA11 BA05 BB03 DA01 FA01 5F036 BB01 BB43

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気ファンを有する筐体内に配されてい
   る半導体集積回路を冷却するための半導体集積回路用液
   冷式冷却装置であって、 半導体集積回路の熱を奪う冷却部材と、冷却部材を冷却
   する冷却液が流れる冷却液循環路と、冷却液用熱交換器
   と、冷却液を循環させる遠心式ポンプとを備えた液冷式
   冷却装置において、 遠心式ポンプが、これの回転軸方向に伸びる筒状ケーシ
   ングを有しているとともに排気ファンにより送られる風
   の下流側にかつ遠心式ポンプの回転軸と排気ファンの回
   転軸とが同一線上に位置するように配され、両回転軸と
   同一線上に位置しかつ両回転軸を一体に駆動する駆動軸
   を有するポンプ・ファン兼用駆動装置が設けられ、 冷却液循環路の一部が、遠心式ポンプのケーシングの周
   りに螺旋状に配され、 遠心式ポンプのケーシングの周面に、多数の放熱フィン
   が、冷却液循環路の螺旋状部分を避けて冷却液循環路の
   螺旋状部分より外側に突出するように形成され、 冷却液用熱交換器が、冷却液循環路における螺旋状部分
   と放熱フィンとにより構成されていることを特徴とす
   る、半導体集積回路用液冷式冷却装置。