JP2006074029A - 熱輸送デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】発熱する電子部品が他の部材とともに狭い空間内に搭載された電子機器であっても、部品配列に左右されずに、発熱部品で発生する熱を放熱部である筐体壁まで効果的に輸送する。
【解決手段】内部の液流路によって冷却対象の電子部品の熱を伝える受熱部14と、内部に液流路を有する放熱部16と、受熱部14と放熱部16とを連結する循環経路18に備えられた液駆動装置とを備え、放熱部16と液駆動装置とが基材上の予め設定された位置に搭載され、基材の外部に循環経路18を介して受熱部14が接続されている。
【選択図】図1
【解決手段】内部の液流路によって冷却対象の電子部品の熱を伝える受熱部14と、内部に液流路を有する放熱部16と、受熱部14と放熱部16とを連結する循環経路18に備えられた液駆動装置とを備え、放熱部16と液駆動装置とが基材上の予め設定された位置に搭載され、基材の外部に循環経路18を介して受熱部14が接続されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、熱輸送デバイスに係り、特に電子機器を構成する電子部品を冷却し所定の温度に保つのに好適な電子機器の冷却技術に関する。
従来の電子装置は、特許文献1〜3に記載のように、独立の金属板、もしくは、筐体の一部を構成する金属板を、発熱部材と金属筐体壁との間に介在させ、発熱部材で発生する熱を放熱部である金属筐体壁まで熱伝導により輸送して放熱している。また、特許文献4に記載のように、金属筐体壁面にヒ−トパイプを形成し、発熱部材を熱的に金属筐体壁と接続することによって、発熱部材で発生する熱を金属筐体壁で放熱している。
上記特許文献1〜3の例では、発熱部材から金属筐体壁までの伝熱経路が、筐体壁の厚さ1mm前後の薄い断面でしかないので効率よく熱伝導されない。したがって、発熱量の増大に十分対応することができなかった。また、部品配列によっては、必ずしも、金属筐体壁までが短い伝導距離にあるとは限らない。そのため、発熱部材を筐体近辺に配置するなど、部品配列あるいは筐体構造が制限されていた。一方、高性能が要求される電子機器などにおいて、発熱部材を含む部品配列は、電子回路の高速化に起因する配線長さなどの関係で、性能に大きな影響を及ぼす。したがって、従来例では、電子機器のコンパクト化、高性能化が妨げられていた。また、特許文献4の例においても同様に、発熱部材を直接、金属筐体壁に接続しなければならず、発熱部材を含む部品配列あるいは筐体構造が制限されていた。そのため、最適な部品配列を得ることを優先させた場合、発熱部材に個別に放熱フィンを設置する等の方策が必要となり、筐体が大きくならざるを得なかった。
本発明は、発熱する電子部品が他の部材とともに狭い空間内に搭載された電子機器であっても、部品配列に左右されずに、発熱部品で発生する熱を放熱部まで効果的に輸送することを課題とする。
上記課題を解決するために電子機器に収容されて当該電子機器の基板に搭載された発熱部品を冷却する熱輸送デバイスは、前記発熱部品に熱接続するとともに内部に通流する冷却液に前記発熱部品の発生熱を伝える受熱部と、前記受熱部で発熱部品の発生熱を吸熱した冷却液の放熱をおこなう液流路と前記受熱部との間で冷却液が循環するように冷却液を駆動する液駆動機構を有し、自然対流により前記液流路の冷却液を冷却する放熱部と、前記受熱部と前記放熱部との間で冷却液が循環するように前記受熱部と前記放熱部を接続するフレキシブルチューブを備える構成とし、前記受熱部と前記放熱部の2つの部材を有し、前記受熱部は前記フレキシブルチューブを介して前記放熱部に部品配列に左右されずに接続するようにした。
すなわち、本発明の熱輸送デバイスによれば、受熱部と放熱部とを液循環流路で連結して冷却液を循環させるようにしているから、非常に狭い筐体内に多数の部品が実装された状態においても、部品配列に左右されることなく、電子部品と放熱部とを容易に連結できるとともに、冷却液を循環させることにより高効率で受熱部の熱を放熱部に輸送することができる。
本発明によれば、発熱する電子部品が他の部材とともに狭い空間内に搭載された電子機器であっても、部品配列に左右されずに、発熱部品で発生する熱を放熱部まで効果的に輸送することができる。
以下、本発明のいくつかの実施例を、図面を参照して説明する。図1に、本発明の第1の実施例を示す。図示のように、電子機器は、複数の半導体素子を搭載した配線基板2、キ−ボード4、ディスク装置6、表示装置8などからなり、金属製の筐体10の中に収容されている。配線基板2に搭載された半導体素子のうち、発熱量の特に大きい半導体素子12は、受熱部である受熱ヘッダ14、放熱部である放熱ヘッダ16、循環経路であるフレキシブルチューブ18等で構成される熱輸送デバイスによって冷却される。図示したように、半導体素子12と受熱ヘッダ14とはサ−マルコンパウンド、あるいは、高熱伝導シリコンゴムなどを挟んで接触させ、半導体素子12で発生する熱を効率よく受熱ヘッダ14に伝える。さらに、半導体素子12に接続された受熱ヘッダ14はフレキシブルチューブ18によって、表示装置8の背面部の筐体壁に設置された放熱ヘッダ16に接続されている。放熱ヘッダ16は、サ−マルコンパウンド、あるいは、高熱伝導シリコンゴムを介して、もしくは、直接ねじ20止めなどの手段によって金属製筐体壁と熱的かつ物理的に取り付けられる。
受熱ヘッダ14、放熱ヘッダ16の内部には流路が形成され、液体が封入されている。さらに、放熱ヘッダ16の内部には液駆動装置が組み込まれており、受熱ヘッダ14と放熱ヘッダ16との間で液が駆動される。液体の駆動は、両者間での往復動、あるいは、循環による。受熱ヘッダ14と放熱ヘッダ16間はフレキシブルチュ−ブによって接続されるので、非常に狭い筐体内に多数の部品が実装された状態においても、実装構造に左右されることなく、高発熱半導体素子と放熱部である筐体壁とが容易に接続できるとともに、熱輸送が液の駆動によって行われるので、高発熱半導体素子で発生する熱は、効果的に放熱ヘッダに輸送される。放熱部においては、放熱ヘッダと金属製筐体壁とが熱的に接続されているので、金属製筐体の高い熱伝導率のために熱が広く筐体壁に拡散され高い放熱性能が得られる。したがって、効率的に半導体素子を冷却することができる。
図2に、図1で用いている熱輸送デバイスの詳細を示す。受熱ヘッダ14、放熱ヘッダ16の内部にはフィンが設けられており、液流路を形成するとともにヘッダ壁より内部の液体に効率よく熱を伝える。さらに、放熱ヘッダ16は、内部に液駆動機構を内蔵している。受熱ヘッダ14は、半導体素子12などの発熱部材(発熱部材1ともいう)の大きさに応じて任意の大きさに設定でき、発熱部材1に接触などの手段によって熱的に接続される。また、金属板(銅、アルミなど)に金属パイプを溶接した構造であってもよい。一方、放熱ヘッダ内部の液駆動機構は、一例として、流路の一部をシリンダ22としピストン24をモータ26及びリンク機構28によって往復駆動させる機構を示した。放熱ヘッダ16は、金属製の筐体10の壁に取り付けられるが、取付け構造として筐体壁にネジ止め用のボス30をダイカスト成型時に一体で形成してもよい。また、受熱ヘッダ14と放熱ヘッダ16を接続するフレキシブルチューブ18は、樹脂製でよく内径2mm前後のものを用いる。したがって、受熱ヘッダ14、放熱ヘッダ16とも薄型化が可能で、狭い空間に実装された高発熱半導体素子であっても効果的に冷却できる。
図3に本発明の第2の実施例を示す。本実施例においては、放熱ヘッダ16の取付けられる金属製筐体10のうち表示部側の筐体の内側にフィン32a,32bが一体成型で設けられている。フィン32aの高さは、放熱ヘッダ16の厚さと同程度で、表示器の取り付けに支障をきたさないようにする。また、互いに直角方向にフィンを設けることによって筐体に高い剛性を持たせることができる。ただし、機器使用時において、水平方向になるフィン32bは、鉛直方向のフィン32aよりも高さを低くし、自然対流による上昇空気の流動を妨げないようにしている。さらに、筐体に空気孔34を設け自然対流放熱を促進している。
図4に本発明の第3の実施例を示す。本実施例においては、熱輸送デバイスを構成する放熱ヘッダの流路36が、金属製筐体10の壁面に金属筐体成型時にダイカストによる一体成型で直接形成されている。放熱ヘッダの流路36は、フレキシブルチューブ18と接続されたフタ38によって密閉され、発熱半導体素子に取り付けられる受熱ヘッダ14と放熱ヘッダの流路36との間で、フレキシブルチューブ18を介して別途設けられる液駆動装置40によって液体が駆動される。液体の駆動は、小型ポンプによる液循環、もしくは、図2で一例として示した液駆動機構が用いられる。本実施例によれば、放熱ヘッダと放熱面である金属製筐体壁面との接触熱抵抗がなくなるので効果的な放熱ができるとともに、放熱ヘッダの流路が金属筐体成型時にダイカストによる一体成型で形成されるため複雑な流路構造の形成も可能である。
図5に本発明の第4の実施例を示す。本実施例においては、熱輸送デバイスを構成する放熱部が金属製のパイプ42であって、金属製筐体10に直接取付けられる。金属製パイプ42は、フレキシブルチューブ18にコネクタ44a,44bによって接続され、発熱半導体素子に取り付けられる受熱ヘッダと金属製パイプ42との間で、フレキシブルチューブ18を介して別途設けられる液駆動装置によって液体が駆動される。なお、金属製パイプは、フレキシブルチュ−ブと同程度の内径(2mm前後)のものをもちいる。一方、筐体壁には、U字状の溝部46が一体成型で設けられており、金属製パイプをこのU字状の溝部46に嵌め込むことによって、特に、溶接などの手段によらなくても効率良く熱的に接続することが可能である。本実施例によれば、放熱部と金属製筐体とが金属製パイプによる線状の接触であっても、金属製筐体の高い熱伝導率のために熱が広く筐体壁に拡散されるとともに、簡単な構造で筐体壁全面に液流路を構成する金属製パイプを設置することも可能で、筐体壁の広い面積を有効に放熱面として利用できる。このため、高い放熱性能が得られる。
図6に本発明の第5の実施例を示す。電子機器は、複数の半導体素子を搭載した配線基板2、キ−ボード4、ディスク装置6、表示装置8などからなり、金属製の筐体10の中に収容されている。配線基板2に搭載された半導体素子のうち、発熱量の特に大きい半導体素子12は、受熱ヘッダ14、放熱ヘッダ16、フレキシブルチューブ18等で構成される熱輸送デバイスによって冷却される。半導体素子12と受熱ヘッダ14とはサ−マルコンパウンド、あるいは、高熱伝導シリコンゴムなどを挟んで接触させ、半導体素子12で発生する熱を効率よく受熱ヘッダ14に伝える。さらに、半導体素子12に接続された受熱ヘッダ14はフレキシブルチューブ18によって、配線基板等が搭載された本体側の筐体壁に設置された放熱ヘッダ16に接続されている。放熱ヘッダ16は、サ−マルコンパウンド、あるいは、高熱伝導シリコンゴムを介して、もしくは、直接ねじ止めなどの手段によって金属製筐体壁と熱的かつ物理的に取り付けられる。受熱ヘッダ14、放熱ヘッダ16の内部には流路が形成され、液体が封入されている。熱輸送デバイスの詳細は、図2で示したものと同様である。ただし、図2で示した放熱ヘッダにおいては、液駆動機構が放熱ヘッダ全体の厚さを規定している。したがって、極めて狭い実装空間しか得られないような装置においては、液駆動装置を放熱ヘッダから分離して設置してもよい。
図7に本発明の第6の実施例を示す。本実施例では、電子機器は図6と同様な構成になっており、熱輸送デバイスとして直径2mm前後の細径ヒ−トパイプ50を用いている。ヒ−トパイプ50は、1本、又は、複数本で発熱量の特に大きい半導体素子12を冷却する。ヒ−トパイプの端部は、半導体素子面が一様な温度に冷却されるようにアルミあるいは銅の受熱板48を介して半導体素子で発生する熱がヒ−トパイプに伝熱される。ヒ−トパイプと受熱板とは溶接あるいは嵌合によって小さい接触熱抵抗で接続される。一方、放熱側は、ヒ−トパイプが放熱面である金属製筐体10の壁面に直接取付けられる。筐体壁には、U字状の溝部52が一体成型で設けられており、ヒ−トパイプをこのU字状の溝部52に嵌め込むことによって、特に、溶接などの手段によらなくても効率良く熱的に接続することが可能である。なお、本実施例では細径のヒ−トパイプを用いているので、部品配列に応じて折り曲げて配置し、それぞれのヒートパイプをそれぞれ任意の場所に配置することができる。従って、本実施例によれば、部品の配列状態にかかわらず半導体素子で発生する熱を効率良く放熱部に輸送することができるとともに、放熱部と金属製筐体とがヒ−トパイプによる線状の接触であっても、金属製筐体の高い熱伝導率のために熱が広く筐体壁に拡散されるため筐体壁の広い面積を有効に放熱面として利用できる。このため、極めて少ない空間であっても細長部のみの設置スペ−スでよく、かつ、高い放熱性能が得られる。
図8および図9に、それぞれ本発明の第7および第8の実施例を示す。本実施例の電子機器は、配線基板2等が収納される筐体10の上部に表示装置8が設置されており、実装空間が極めて制限されている。
図8では、配線基板2に搭載された半導体素子のうち、発熱量の特に大きい半導体素子12は、受熱ヘッダ14、放熱ヘッダ16、フレキシブルチューブ18等で構成される熱輸送デバイスによって冷却される。半導体素子12と受熱ヘッダ14とはサ−マルコンパウンド、あるいは、高熱伝導シリコンゴムなどを挟んで接触させ、半導体素子12で発生する熱を効率よく受熱ヘッダ14に伝える。さらに、半導体素子12に接続された受熱ヘッダ14はフレキシブルチューブ18によって、配線基板等を搭載した筐体10の壁面に設置された放熱ヘッダ16に接続されている。放熱ヘッダ16は、サ−マルコンパウンド、あるいは、高熱伝導シリコンゴムを介して、もしくは、直接ねじ止めなどの手段によって金属製筐体10の壁と熱的かつ物理的に取り付けられる。取り付け位置は、筐体側面など比較的スペ−スに余裕のある場所であるが、特に、制限されることはない。なぜなら、放熱部において、金属製筐体の高い熱伝導率のために熱が広く筐体壁に拡散され、筐体壁の広い面積を有効に放熱面として利用できるとともに、フレキシブルチューブ18によって受熱ヘッダ14と放熱ヘッダ16が部品配列に左右されずに接続できるためである。
一方、図9では、電子機器は図8と同様な構成になっており、熱輸送デバイスとしてヒ−トパイプ50を用いている。ヒ−トパイプ50は、1本、又は、複数本で発熱量の特に大きい半導体素子12を冷却する。ヒ−トパイプ50の端部は、図7に示した例と同様、金属製の受熱板48を介して半導体素子で発生する熱がヒ−トパイプ50に伝熱される。一方、放熱側は、ヒ−トパイプが放熱面である金属製筐体10の壁面(本体側面など)に直接取付けられる。筐体10の壁には、U字状の溝部52が一体成型で設けられており、ヒ−トパイプ50をこのU字状の溝部52に嵌め込むことによって、特に、溶接などの手段によらなくても効率良く熱的に接続することが可能である。本実施例によれば、ヒ−トパイプと金属製筐体とは細長部のみの設置スペ−スでよく、筐体内で放熱のために使用できる空間が極めて少ない電子機器あっても、効率の良い放熱ができる。
図10に本発明の第9の実施例を示す。本実施例においては、電子機器を構成する配線基板2のうち、発熱量の特に大きい半導体素子12a,12bを含む基板を別の電子回路基板54として分離し、両者をコネクタ56で電気的に接続している。分離する電子回路部は、回路の動作速度を考慮して複数の半導体素子を含むことができる。高発熱部を含む基板54は、発熱量の特に大きい半導体素子面を金属筐体10に対向させて設置し、半導体素子面と金属筐体との間に柔軟性を有しかつ熱伝導性に優れた部材である高熱伝導柔軟部材58(たとえば、Siゲル、もしくは、袋状に形成したフィルム中に熱伝導性グリスを封入したもの等)をはさみこんでいる。図10では、筐体底面部を放熱面とした例を示したが、本実施例によれば、スペ−スが許せば、筐体上面部あるいは側面部を放熱面としてもよい。本実施例によれば、複数の発熱部材と金属筐体壁との間が柔軟な部材で接続されるので、発熱部材間に高さのばらつきがあっても各々の発熱部材と金属製筐体壁とが効率良く熱的に接続されるとともに、金属製筐体の高い熱伝導率のために熱が広く筐体壁に拡散され高い放熱性能が得られるとともに、筐体壁が部分的に高い温度になることがない。
図11に本発明の第10の実施例を示す。本実施例は図10と同様な構造で、電子機器を構成する配線基板2を、発熱量の特に大きい半導体素子12a,12bを含む面を金属筐体10に対向させて設置し、半導体素子面と金属筐体との間に高熱伝導柔軟部材58をはさみこんでいる。図11では、図10と同様、筐体底面部を放熱面とした例を示したが、たとえば、キ−ボード4を支持している金属板60を放熱面として、図中に点線で示すように、配線基板2及び高熱伝導柔軟部材58を設置しても良い。
2…配線基板、4…キ−ボード、6…ディスク装置、8…表示装置、10…金属製筐体、12…半導体素子発熱部材、14…受熱ヘッダ、16…放熱ヘッダ、18…フレキシブルチューブ、20…ねじ、22…シリンダ、24…ピストン、26…モータ、28…リンク機構、30…ボス、32a,32b…フィン、34…空気孔、36…流路、38…フタ、40…液駆動装置、42…金属製パイプ、44a,44b…コネクタ、46…U字状の溝部、48…受熱板、50…ヒ−トパイプ、52…U字状の溝部、54…電子回路基板、56…コネクタ、58…高熱伝導柔軟部材、60…金属板。
Claims (1)
- 電子機器に収容されて当該電子機器の基板に搭載された発熱部品を冷却する熱輸送デバイスにおいて、
前記発熱部品に熱接続するとともに内部に通流する冷却液に前記発熱部品の発生熱を伝える受熱部と、
前記受熱部で発熱部品の発生熱を吸熱した冷却液の放熱をおこなう液流路と前記受熱部との間で冷却液が循環するように冷却液を駆動する液駆動機構を有し、自然対流により前記液流路の冷却液を冷却する放熱部と、
前記受熱部と前記放熱部との間で冷却液が循環するように前記受熱部と前記放熱部を接続するフレキシブルチューブを備え、
前記受熱部と前記放熱部の2つの部材を有し、前記受熱部は前記フレキシブルチューブを介して前記放熱部に部品配列に左右されずに接続することを特徴とする熱輸送デバイス。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2005233896A JP2006074029A (ja) | 2005-08-12 | 2005-08-12 | 熱輸送デバイス |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2005233896A JP2006074029A (ja) | 2005-08-12 | 2005-08-12 | 熱輸送デバイス |
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Country Status (1)
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Cited By (3)
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WO2014030376A1 (en) * | 2012-08-23 | 2014-02-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electronic apparatus |
US9277675B2 (en) | 2012-08-23 | 2016-03-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electronic apparatus |
US9277676B2 (en) | 2012-08-23 | 2016-03-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electronic apparatus |
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2005
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US9277675B2 (en) | 2012-08-23 | 2016-03-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electronic apparatus |
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