JP2005203528A - 冷却部材および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 エレクトロニクスモジュール内部に実装された電子部品と、電子部品を冷却する冷却部材内部の冷媒との間で、電子部品と冷媒との温度差をより小さく抑える冷却部材を得ることを目的とする。
【解決手段】 発熱性の電子部品を収容し冷媒の流れる内部流路の形成されたエレクトロニクスモジュールと、エレクトロニクスモジュールの内部流路と連通する複数の供給口と排出口が設けられ、供給口を通じて各エレクトロニクスモジュールの内部流路へ冷媒を供給する供給流路と、排出口を通じて各エレクトロニクスモジュールの内部流路から冷媒を排出する排出流路と、供給流路及び排出流路を内包する構造部材とを備えた。
【選択図】 図３

Description

本発明は、発熱性の電子部品を実装したエレクトロニクスモジュールを冷却する冷却部材および、冷却部材を備えた電子機器に関する。

従来の電子機器において、冷媒の流れる冷却板に複数のエレクトロニクスモジュールを接触させて、複数のエレクトロニクスモジュールを効率的に冷却する冷却構造が知られている。この冷却板は、冷媒の流れる流路溝を加工した薄肉平板と均一厚さの極めて薄い平板を接合して構成される。したがって、上記冷却板内には薄肉平板で囲まれた矩形断面の流路が構成されこの内部を冷媒が流れる。流路に冷媒が流れだすと冷却板内の内圧が上昇し内圧上昇により平板が膨張してその表面がエレクトロニクスモジュールに密着しエレクトロニクスモジュールと冷却板間の空気層を減じ、接触熱抵抗を減じて、エレクトロニクスモジュール内の電子部品の発生した熱を放熱することができる（例えば特許文献１参照）。

特公平３−２２０７４号公報（第３頁、図３）

従来のエレクトロニクスモジュールの冷却部材として利用される冷却板は、内部に冷媒が流れる冷却板の外壁表面とエレクトロニクスモジュールの外壁表面とを接触させて冷却するため、エレクトロニクスモジュール内部に実装された電子部品と冷媒間の熱伝達率は必ずしも大きくない。そのため、エレクトロニクスモジュール内部に収納された電子部品の高出力化、高密度実装化、稼動率の向上に伴なって発熱量が増大した場合に、電子部品の発熱量を十分に移送することができず、電子部品と冷媒との間に高温度差を生じて、電子部品の温度が許容できない温度に上昇するという問題があった。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、エレクトロニクスモジュール内部に実装された電子部品と、電子部品を冷却する冷却部材内部の冷媒との間で、その温度差をより小さく抑える冷却部材を得ることを目的とする。

この発明による冷却部材は、発熱性の電子部品を収容し冷媒の流れる内部流路の形成されたエレクトロニクスモジュールが、複数個取付けられるとともに、当該各エレクトロニクスモジュールの内部流路と連通する複数の供給口と排出口が設けられた実装面と、上記実装面に設けられた供給口を通じて、上記各エレクトロニクスモジュールの内部流路へ冷媒を供給する供給流路と、上記供給流路と離間配置され、上記実装面に設けられた排出口を通じて、上記各エレクトロニクスモジュールの内部流路から冷媒を排出する排出流路と、外壁の一部に上記実装面を形成するとともに、上記供給流路及び排出流路を内包する構造部材とを備えたものである。

この発明によれば、内部に冷媒が流れる流路を有するエレクトロニクスモジュールを、当該モジュールへ冷媒を供給する供給流路と当該モジュールから冷媒を排出する排出流路を備えた冷却部材に対して実装することにより、エレクトロニクスモジュール内部の電子部品の直下に直接冷媒を流すことができるため、電子部品と冷媒間の熱伝達率は大きくなり、電子部品と冷媒間の温度差を小さくすることができる。

実施の形態１．
図１（ａ）はこの本発明の実施の形態１において、例えば電子走査アンテナ装置のようにエレクトロニクスモジュール（以下、モジュール）が規則正しく配列された電子機器の斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａにおける断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂにおける断面図である。

モジュール１は、高出力増幅器、低雑音増幅器等の電子部品２を内蔵し、電子部品２の保護や所定の性能を得るために冷却を必要とする。モジュール１はシャーシ５の上に複数個アレイ状に配置されている。冷却部材としての冷却板３は、内部に冷媒の流れる流路を有しており、複数のモジュール１は冷却板３の上下面に実装される。モジュール１の取付面は、冷却板３の上下面の外壁の一部を構成する実装面に接触して配置される。冷却板３の内部の冷媒は、冷却板に沿った方向４１に流れ、モジュール１の内部に設けられた流路に分配される。モジュール1の内部の電子部品２で発生した熱はモジュール１の内部流路に流れる冷媒に伝達される。モジュール１の内部流路に流れる冷媒は、冷却板３の冷媒が流れる別の流路に排出され、その流路に従い流れる。モジュール１の内部流路に流れる冷媒に伝達された熱は、その流れにより移送される。

図２は実施の形態１による冷却板の構成例を示す図であり、図３は図２のC−Cにおける断面部を拡大した図である。なお、図３では図示を簡略化するために、冷却板３の外壁の一方面にのみモジュール１を実装した例を示しており、冷却板の内部流路が一方面のみでモジュール１の内部流路と接続した例を説明しているが、モジュール１は冷却板の両面に実装されても良く、その場合は冷却板の両面でモジュール１の内部流路が冷却板の内部流路と接続する。

図２において、冷却板３は、外壁の内部に冷媒４の供給流路である供給管21と、冷媒４の排出流路である排出管22とを設けた、構造部材６で構成される。構造部材６の両側には、水密的に接合したマニホールド７が接続される（マニホールド７は図中に部分断面で示す）。マニホールド７には弁30が水密的に接合される。構造部材６の一つの実装面に複数個のモジュール１が実装され、構造部材６とモジュール１は水密的に接合される。構造部材６に設けられた供給管21と排出管22は直線的流路であり、供給管21の流れの最下流側に配置されたモジュール１より下流の位置で密閉構造部８により密閉され、排出管22の流れの最上流側に配置されたモジュール１より上流の位置で密閉構造部８により密閉される。冷却部材６には冷媒の供給管21に接続された冷却板の冷媒供給口23と冷媒の排出管22に接続された冷却板の冷媒排出口24が設けられている。

図３において、供給管21と冷却板の冷媒供給口23の間には、冷媒に含まれる異物を捕獲する着脱自在のフィルタ２９が設けられて互いに連通している。また、排出管22と冷却板の冷媒排出口24の間にも、冷媒に含まれる異物を捕獲する着脱自在のフィルタ２９が設けられて互いに連通している。モジュール１には、電子部品２が実装されているキャリア５４の直下を、冷媒４が直接流れるためのモジュール内部流路27が設けられている。モジュール１にはモジュール内部流路27に接続されたモジュールの冷媒供給孔25と、モジュール内部流路27に接続されたモジュールの冷媒排出孔26が設けられている。冷却板の冷媒供給口23とモジュールの冷媒供給孔25、及び冷却板の冷媒排出口24とモジュールの冷媒排出孔26は、樹脂製のシール部材28を用いて夫々水密的に接合される。例えば、図に示すように、冷媒供給口23の内周面にシール部材28の側面外周を当接させ、シール部材28の一方の端面を冷媒供給口23の底面に当接させる。シール部材28の他方の端面は冷媒供給孔25の外縁でモジュール１の接合面と接触して、シール部材28が厚み方向に押し潰れた状態で配置されている。冷媒供給口23、冷媒供給口2４、冷媒供給孔25、及び媒供給孔26は、円筒形状の穴が好適であるが、水密的に接合できれば他の形状でも良い。

構造部材６とモジュール１との間には、断熱部材９が配置されている。断熱部材９の代わりに、空隙を設けて断熱構造を構成しても良い。構造部材６の冷媒４の供給管21と排出管22との間には、断熱部材１０が配置される。断熱部材９の代わりに、空隙や他の冷媒流路を設けて断熱構造を構成しても良い。

図４は実施の形態１によるモジュール１の構造を示す図であり、モジュール１は、底壁が冷却部材６に水密的に接合されて電子部品２を収納する箱型形状のモジュールケース５１と、モジュールケース５１の側壁上面に接合されてモジュールケース５１とともに電子部品２を内包するモジュールカバー５３から構成される。モジュールケース５１は、底壁の内側面に内壁５２が形成され、この内壁５２の上面に電子部品２を直接的に実装するキャリア５４が接合されて、キャリア５４が中壁を構成する。モジュールケース５１はキャリア５４を接合することにより、モジュール内部流路２７を構成する。キャリア５４はアルミ合金や銅タングステンのような熱伝導性の部材で構成される。

弁30及びマニホールド７を経由して供給される冷媒４は構造部材６の供給管21を通り、
各モジュール１のモジュール内部流路27に分配される。各モジュール１のモジュール内部流路27を通過した冷媒４は構造部材６の排出管22に合流され、マニホールド７及び弁30を経由して排出される。したがって、電子部品２で発生した熱は、電子部品２の直下のモジュール内部流路27を流れる冷媒４にキャリア５４を通じて直接的に伝達され、冷媒４の流れに従い移送される。また、モジュールの外壁と冷却版の外壁との接触による間接的な熱伝導が不要となり、電子部品と冷媒との間でキャリア５４を介して直接熱伝導させることができる。

以上により、この実施の形態では、発熱性の電子部品を内蔵し内部に冷媒が流れる流路を有すモジュールを複数個実装し、そのモジュールの内部流路へ冷媒を供給する供給管とモジュールの内部流路から冷媒を排出する排出管を備えたことによって、冷媒がモジュール内部の電子部品の直下を流れるため、電子部品と冷媒間の熱伝達率は大きく、電子部品と冷媒間の温度差は小さくなり、電子部品の温度を低減できる。また、冷媒の供給管と排出管を別に備えることにより、複数のモジュールの各モジュールには供給管からほぼ同一温度の冷媒が供給されるため、各モジュールの電子部品の温度はほぼ等しくなる。

また、冷媒の供給管と冷媒の排出管を同一の構造部材に設け、その構造部材の少なくとも一面に複数個のモジュールを実装し、その構造部材のモジュールを実装する側の面に、冷媒の供給管に接続された冷媒供給口と冷媒の排出管に接続された排出口を有し、モジュールにおける上記構造部材に実装する側の面に、モジュール内部流路に接続された冷媒供給孔と排出孔を有して、構造部材の冷媒供給口とモジュールの冷媒供給孔を水密的に接合し、構造部材の冷媒排出口とモジュールの冷媒排出孔を水密的に接合したことにより、この冷却板ではモジュールの支持構造と冷媒のモジュールへの供給管と排出管を一体化することができ、構造の簡素化が図れる。また、冷媒がモジュール内部の電子部品の直下を流れるため、電子部品と冷媒間の熱伝達率は大きく、電子部品と冷媒間の温度差は小さく電子部品の温度を低減できる。

また、冷媒の供給管を流れの下流側を密閉した直線的流路で構成し、冷媒の排出管を流れの上流側を密閉した直線的な流路で構成し、モジュール内部の流路に接続された複数個のモジュールの冷媒供給孔と排出孔を、冷媒の供給管に接続された冷媒供給口と冷媒の排出管に接続された排出口にそれぞれ水密的に接続し、複数個のモジュールの内部に並列的に冷媒を供給することにより、この冷却板では冷媒の供給管と排出管を、構造部材の穴開け加工とその片側の溶接による密閉から成る簡単な製造方法で得ることができる。また、冷媒の供給管と排出管を別に備えることにより、複数のモジュールの各モジュールには供給管からほぼ同一温度の冷媒が供給されるため各モジュールの電子部品の温度はほぼ等しくなる。また、冷媒がモジュール内部の電子部品の直下を流れるため、電子部品と冷媒間の熱伝達率は大きく、電子部品と冷媒間の温度差は小さく電子部品の温度を低減できる。

また、モジュールと、冷媒の供給管及び冷媒の排出管との間に断熱部材による断熱構造を有することにより、この冷却板ではモジュール内部に実装された電子部品で発生した熱が、構造部材に設けた冷媒の供給管に流れる冷媒に直接伝達されないため、供給管に流れる冷媒の温度への影響を防止できるため、複数のモジュールへ供給される冷媒の温度は等しくなり、各モジュールの電子部品の温度はほぼ等しくなる。また構造部材に設けた冷媒の排出管に流れる冷媒からモジュールへの熱の伝達も防止できる。また、冷媒がモジュール内部の電子部品の直下を流れるため、電子部品と冷媒間の熱伝達率は大きく、電子部品と冷媒間の温度差は小さく電子部品の温度を低減できる。

また、冷媒の供給管と冷媒の排出管との間に断熱材を有することにより、この冷却板では構造部材に設けた冷媒の排出管に流れる冷媒から、構造部材に設けた冷媒の供給管への熱の伝達が防止され供給管の冷媒の温度上昇が抑制されるため、複数のモジュールへ供給される冷媒の温度は等しくなり、各モジュールの電子部品の温度はほぼ等しくなる。また、冷媒がモジュール内部の電子部品の直下を流れるため電子部品と冷媒間の熱伝達率は大きく、電子部品と冷媒間の温度差は小さく電子部品の温度を低減できる。

また、モジュールの冷媒供給孔及び冷媒排出孔と、構造部材の冷媒供給口及び冷媒排出口とを、シール部材により水密的に接合することにより、この冷却板では、モジュール内部流路に冷媒を供給及び排出する経路を有するとともに、構造部材からモジュールを容易に分離することができ、メンテナンス性に優れる。また、冷媒がモジュール内部の電子部品の直下を流れるため、電子部品と冷媒間の熱伝達率は大きく、電子部品と冷媒間の温度差は小さく電子部品の温度を低減できる。

また、モジュールの冷媒供給孔及び冷媒排出孔と、構造部材の冷媒供給口及び冷媒排出口との接合部に着脱自在なフィルタを有することにより、この冷却板では、構造部材に設けた冷媒の供給管及び排出管からモジュール内部流路への異物の混入を防止でき、モジュール内部流路のつまりを防止できる。また、冷媒がモジュール内部の電子部品の直下を流れるため、電子部品と冷媒間の熱伝達率は大きく、電子部品と冷媒間の温度差は小さく電子部品の温度を低減できる。

さらに、モジュールは、外側に冷媒供給孔及び排出孔を有し内側に流路の一部を構成する内壁を一体的に設けたケースと、その内壁に水密的に接合する、発熱性の電子部品を搭載する熱伝導性のキャリア（中壁）から構成することにより、この冷却板では、構造部材に設けた冷媒の供給管から、モジュール内部流路を経由し、構造部材に設けた冷媒の排出管に冷媒を流す流路を簡単な構造で得られる。また、冷媒がモジュール内部の電子部品の直下を流れるため、電子部品と冷媒間の熱伝達率は大きく、電子部品と冷媒間の温度差は小さく電子部品の温度を低減できる。

この発明の実施の形態1を示す図である。 この発明の実施の形態1を示す図である。 この発明の実施の形態１における冷却板の断面図である。 この発明の実施の形態1のモジュールの構造を示す斜視図である。

符号の説明

１ モジュール、２ 電子部品、３ 冷却板、４ 冷媒、５ シャーシ、６ 構造部材、７ マニホールド、８ 密閉構造部、９ 断熱部材、１０ 断熱部材、２１ 供給管、２２ 排出管、２３ 冷媒供給口、２４ 冷媒排出口、２５ 冷媒供給孔、２６ 冷媒排出孔、２７ モジュールの内部流路、２８ シール部材、２９ フィルタ 、３０ 弁、４１ 流れ方向、５１ モジュールケース、５２ 内壁、５３ モジュールカバー、５４ キャリア。

Claims (8)

1. 発熱性の電子部品を収容し冷媒の流れる内部流路の形成されたエレクトロニクスモジュールが、複数個取付けられるとともに、当該各エレクトロニクスモジュールの内部流路と連通する複数の供給口と排出口が設けられた実装面と、
   上記実装面に設けられた供給口を通じて、上記各エレクトロニクスモジュールの内部流路へ冷媒を供給する供給流路と、
   上記供給流路と離間配置され、上記実装面に設けられた排出口を通じて、上記各エレクトロニクスモジュールの内部流路から冷媒を排出する排出流路と、
   外壁の一部に上記実装面を形成するとともに、上記供給流路及び排出流路を内包する構造部材と
   を備えた冷却部材。
2. 上記供給流路と上記排出流路を同一の構造部材に一体的に形成し、
   上記供給口は、上記各エレクトロニクスモジュールの内部流路に形成された冷媒の供給孔と水密的に接続されるとともに、
   上記排出口は、上記エレクトロニクスモジュールの内部流路に形成された冷媒の排出孔と水密的に接続されることを特徴とした請求項１記載の冷却部材。
3. 上記供給流路を流れの下流側を密閉した直線的流路で構成し、当該供給流路に対して上記各エレクトロニクスモジュールの内部流路を並列的に接続するとともに、
   上記排出流路を流れの上流側を密閉した直線的な流路で構成し、当該排出流路に対して上記各エレクトロニクスモジュールの内部流路を並列的に接続したことを特徴とする請求項１記載の冷却部材。
4. 上記エレクトロニクスモジュールと上記供給流路及び排出流路との間に、断熱部材または空隙を設けたことを特徴とする請求項１記載の冷却部材。
5. 上記供給流路と上記排出流路の間に断熱部材または他の冷媒流路を設けたことを特徴とする請求項１記載の冷却部材。
6. 上記エレクトロニクスモジュールの供給孔及び排出孔と、上記構造部材の供給口及び排出口とを、シール部材により水密的に接合することを特徴とする請求項２記載の冷却部材。
7. 上記エレクトロニクスモジュールの供給孔及び排出孔と、上記構造部材の供給口及び排出口との水密的な接合部に、着脱自在なフィルタを配置したことを特徴とする請求項２記載の冷却部材。
8. 発熱性の電子部品と、上記電子部品を載置する熱伝導性の中壁と、離間配置された供給孔および排出孔の設けられた底壁と、上記中壁と底壁の間に形成され、上記供給孔から流入した冷媒を上記排出孔から流出する内部流路とを有した複数のエレクトロニクスモジュールと、
   上記各エレクトロニクスモジュールを一部に載置する外壁と、上記外壁の一部に形成され上記各エレクトロニクスモジュール底壁の供給孔と夫々水密的に接続された複数の供給口と、上記外壁の一部に形成され上記各エレクトロニクスモジュール底壁の排出孔と夫々水密的に接続された複数の排出口と、上記外壁に内包され上記各供給口と連通して冷媒を分配供給する供給流路と、上記外壁に内包され上記各排出口と連通し冷媒を合流して排出する排出流路とを有した冷却部材
   とを備えた電子機器。

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