JP2014222745A - 冷却構造体、基板ユニット、システム基板体及び電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】両面に発熱素子が搭載された基板に対し、発熱素子を効果的に冷却可能で、しかも基板の高密度配置を可能にする。
【解決手段】内部を冷却液ＣＬが流れ、パッケージ基板１４の一方の面の第１発熱素子２２に接触する第１冷却部材と、パッケージ基板１４の他方の面の第２発熱素子２４に接触する第２冷却部材と、第１冷却部材と第２冷却部材とで熱伝導を可能にする熱伝導部材と、第１冷却部材に設けられ冷却液の供給路と接続される供給側接続部材と、第１冷却部材に設けられ冷却液の排出路と接続される排出側接続部材と、を有する。
【選択図】図１Ｃ

Description

本願の開示する技術は、冷却構造体、基板ユニット、システム基板体及び電子機器に関する。
基板に搭載された発熱素子に対し、内部を冷却液（液冷媒）が流れる冷却板を用いて冷却する構造が採られることがある（例えば特許文献１参照）。
また、基板には、両面に発熱部品が搭載されたものがある。さらに、基板は、電子機器内において、複数備えられることがある（例えば特許文献２参照）。
特開平９−２１４１６１号公報 特開平８−１３９４８１号公報
基板の両面の発熱素子を効果的に冷却すると共に、複数の基板を電子機器に高密度に配置することが望まれる。
本願の開示技術は、両面に発熱素子が搭載された基板に対し、発熱素子を効果的に冷却可能で、しかも基板の高密度配置を可能にすることが目的である。
本願の開示する技術では、基板の一方の面の第１発熱素子に第１冷却部材が接触し、第１冷却部材の内部を冷却液が流れる。基板の他方の面の第２発熱素子には第２冷却部材が接触する。第１冷却部材と第２冷却部材とは熱伝導部材により熱伝導が可能となる。第１冷却部材には、供給側接続部材により冷却液が供給され、排出側接続部材から排出される。
本願の開示する技術によれば、両面に発熱素子が搭載された基板に対し、発熱素子を効果的に冷却可能で、しかも基板の高密度配置が可能である。
第１実施形態の基板ユニットをシステム基板と共に示す正面図である。 第１実施形態の基板ユニットをシステム基板と共に示す図１Ａの１Ｂ−１Ｂ線断面図である。 第１実施形態の基板ユニットをシステム基板と共に示す図１Ａの１Ｃ−１Ｃ線断面図である。 第１実施形態の冷却構造体を示す正面図である。 第１実施形態の冷却構造体を示す平面図である。 第１実施形態の冷却構造体を示す側面図である。 第１実施形態の冷却液接続部材を非接続状態で示す断面図である。 第１実施形態の冷却液接続部材を接続状態で示す断面図である。 第１実施形態のシステム基板体を示す斜視図である。 第１実施形態のシステム基板体を示す平面図である。 第１実施形態の電子機器を示す平面図である。 第２実施形態の基板ユニットをシステム基板と共に図１Ｂと同様の断面で示す断面図である。 第３実施形態の基板ユニットをシステム基板と共に図１Ｃと同様の断面で示す断面図である。 第４実施形態の基板ユニットをシステム基板と共に図１Ｃと同様の断面で示す断面図である。 第５実施形態の基板ユニットをシステム基板と共に図１Ｂと同様の断面で示す断面図である。
第１実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１Ａ〜図１Ｃには、第１実施形態の基板ユニット１２が示されている。基板ユニット１２は、パッケージ基板１４と、冷却構造体１６と、を有している。また、図５及び図６には、第１実施形態のシステム基板体１８が示されている。システム基板体１８は、システム基板２０と、複数の基板ユニット１２とを有している。パッケージ基板１４は、基板の一例である。
図１Ｂ及び図１Ｃから分かるように、パッケージ基板１４は板状に形成されている。パッケージ基板１４の一方の面１４Ａには、第１発熱素子２２が搭載されている。なお、図１Ａ及び図１Ｃ図面では、第１発熱素子２２を２つ示しているが、一方の面１４Ａに１つ、又は３つ以上の第１発熱素子２２が搭載されていてもよい。
パッケージ基板１４の他方の面１４Ｂには、第２発熱素子２４が搭載されている。図面ででは、第２発熱素子２４を２つ示しているが、他方の面１４Ｂに１つ、又は３つ以上の複数の第２発熱素子２４が搭載されていてもよい。
第１発熱素子２２及び第２発熱素子２４の具体例としては、集積回路やその他の電子部品を挙げることができるが、要するに、パッケージ基板１４に搭載されると共に発熱する素子であれば、これらに限定されない。
パッケージ基板１４には、第１発熱素子２２、第２発熱素子２４及び、これら以外の電子部品を電気的に接続する回路パターンが形成されている。さらに、パッケージ基板１４の縁部１４Ｅ（図１Ａでは下側の縁部）には、外部機器（本実施形態ではシステム基板２０）との電気的な接続用の電気コネクタ２６が設けられている。電気コネクタ２６は、後述するように、外部機器コネクタ６４（図１Ａ参照）に対し矢印Ａ１方向へ接近され、接続される。電気コネクタ２６は、電気接続部材の一例である。
冷却構造体１６は、第１冷却液部材２８、第２冷却液部材３０及び冷却液移動部材３２、３４を有している。第１冷却液部材２８は、第１冷却部材の一例である。第２冷却液部材３０は、第２冷却部材の一例である。冷却液移動部材３２、３４は、連結部材の一例である。
第１冷却液部材２８は、中空の板状に形成されている。そして、第１冷却液部材２８は、２つの第１発熱素子２２におけるパッケージ基板１４と反対側の面（反対面２２Ｓ）の全面に接触することが可能なサイズに形成されている。本実施形態では、パッケージ基板１４の法線方向（図１Ｂ及び図１Ｃに示される矢印Ａ２方向）に見て、第１冷却液部材２８はシステム基板２０よりも小型に形成されている。
図２Ａ〜図２Ｃにも示されるように、第１冷却液部材２８の板厚方向の中間部分は、液体が流動可能な流動空間３６とされている。特に本実施形態では、図１Ａから分かるように、流動空間３６が、パッケージ基板１４の法線方向（矢印Ａ２方向）に見て、２つの第１発熱素子２２の全面に重なる形状とされている。
また、第１冷却液部材２８の外縁部分では流動空間３６が塞がれており、液体の漏出が抑制されている。流動空間３６には、冷却液ＣＬが流動する。冷却液ＣＬとしては、水や、オイル、不凍液等を用いることができる。
なお、第１発熱素子２２がこのように複数存在する場合は、たとえば、１つの第１冷却液部材２８で、すべての第１発熱素子２２に接触する形状に形成されていてもよい。さらに、複数の第１発熱素子２２で個別に（あるいはグループ化した場合はグループ別に）第１発熱素子２２に接触するように、第１冷却液部材２８が分割されていてもよい。第１冷却液部材２８をこのように分割した場合は、それぞれの第１冷却液部材２８に冷却液ＣＬが流れるように、第１冷却液部材２８を相互に接続すればよい。
システム基板２０には、冷却液ＣＬの供給路３８及び排出路４０が設けられている。後述するように、供給路３８と排出路４０とは、循環路４４（図７参照）で接続されており、冷却液ＣＬが循環可能になっている。
第１冷却液部材２８と供給路３８との間には、冷却液供給部材５２が設けられている。また、第１冷却液部材２８と排出路４０との間には、冷却液排出部材５４が設けられている。
冷却液供給部材５２は、第１冷却液部材２８の縁部２８Ｅに設けられた供給側接続部材５６と、システム基板２０の供給路３８に設けられた供給用接続部材５８とを有している。また、冷却液排出部材５４は、第１冷却液部材２８の縁部２８Ｅに設けられた排出側接続部材６０と、システム基板２０の排出路４０に設けられた排出用接続部材６２とを有している。
供給側接続部材５６は、供給用接続部材５８と接続され、排出側接続部材６０は、排出用接続部材６２と接続される。以下では、このように、供給側接続部材５６が供給用接続部材５８に接続され、排出側接続部材６０が排出用接続部材６２に接続された状態を、単に「接続状態」という。接続状態では、供給路３８から供給された冷却液ＣＬを、冷却液供給部材５２を経て流動空間３６へと流すと共に、流動空間３６の冷却液ＣＬを、冷却液排出部材５４を経て排出路４０へ排出することが可能になる。
図示の例では、供給側接続部材５６と排出側接続部材６０とを、第１冷却液部材２８の同一の縁部２８Ｅに設けている。さらに、供給側接続部材５６の供給用接続部材５８に対する接続方向は、外部機器コネクタ６４に対する電気コネクタ２６の接続方向（図１Ａに示される矢印Ａ１方向）と一致している。さらに、排出側接続部材６０の排出用接続部材６２に対する接続方向も、外部機器コネクタ６４に対する電気コネクタ２６の接続方向（矢印Ａ１方向）と一致している。
また、電気コネクタ２６が外部機器コネクタ６４に接続されるとき、同時に、供給側接続部材５６が供給用接続部材５８に接続されるように、供給側接続部材５６の、供給用接続部材５８に対する接続位置や、接続に必要な移動量が調整されている。
さらに、電気コネクタ２６が外部機器コネクタ６４に接続されるとき、同時に、排出側接続部材６０が排出用接続部材６２に接続されるように、排出側接続部材６０の、排出用接続部材６２に対する接続位置や、接続に必要な移動量が調整されている。
第２冷却液部材３０は、中空の板状に形成されている。そして、２つの第２発熱素子２４におけるパッケージ基板１４と反対側の面（反対面２４Ｓ）の全面に接触することが可能なサイズに形成されている。本実施形態では、パッケージ基板１４の法線方向（矢印Ａ２方向）に見て、第２冷却液部材３０はシステム基板２０よりも小型に形成されている。
図２Ｂ〜図２Ｃにも示されるように、第２冷却液部材３０の板厚方向の中間部分は、液体が流動可能な流動空間６６とされている。特に本実施形態では、図１Ａから分かるように、流動空間６６が、パッケージ基板１４の法線方向（矢印Ａ２方向）に見て、２つの第２発熱素子２４の全面に重なる形状とされている。また、第２冷却液部材３０の外縁部分では流動空間６６が塞がれており、液体の漏出が抑制されている。
２つの冷却液移動部材３２、３４は、第１冷却液部材２８と第２冷却液部材３０との間に配置されている。冷却液移動部材３２、３４により、第１冷却液部材２８の流動空間３６と、第２冷却液部材３０の流動空間６６とで、冷却液ＣＬの移動が可能となる。
パッケージ基板１４には、冷却液移動部材３２、３４にそれぞれ対応した位置に、貫通孔６８が形成されている。冷却液移動部材３２、３４が貫通孔６８内に位置した状態で、第１冷却液部材２８と第２冷却液部材３０とが冷却液移動部材３２、３４により接続されている。
図示の例では、図１Ａから分かるように、冷却液移動部材３２は、冷却液供給部材５２の上方に設けられており、冷却液移動部材３４は、冷却液排出部材５４の上方に設けられている。これにより、第１冷却液部材２８に供給された冷却液ＣＬの一部が、冷却液移動部材３２を経由して第２冷却液部材３０に移動する。また、第２冷却液部材３０の冷却液ＣＬは、冷却液移動部材３４を経由して第１冷却液部材２８に移動する。
冷却液移動部材３２、３４の配置高さ（図１Ａにおける上下方向の位置）は特に限定されないが、図示の例では、冷却液移動部材３２、３４はいずれも、第１冷却液部材２８の高さ方向の中間部分で、且つ同一の高さに設けている。これにより、冷却液移動部材３２、３４の高さが高さ方向の上部あるいは下部にある構造と比較して、第２冷却液部材３０の流動空間６６において、冷却液ＣＬの水平方向へのスムーズな流れが実現されている。さらに、冷却液移動部材３２、３４の高さが、異なっている構造と比較しても、第２冷却液部材３０の流動空間６６において、冷却液ＣＬの水平方向へのスムーズな流れが実現されている。
冷却液供給部材５２、冷却液排出部材５４及び冷却液移動部材３２、３４は、同一の基本的構造を有している。以下では、冷却液供給部材５２、冷却液排出部材５４及び冷却液移動部材３２、３４を総称して冷却液接続部材７０とし、図３及び図４を用いて、構造を説明する。
冷却液接続部材７０は、冷却液ＣＬの流れ方向の上流側に位置する接続プラグ７２と、下流側に位置する接続ソケット７４とを有している。以下において、冷却液ＣＬの流れ方向（矢印Ｆ１方向）の上流及び下流をそれぞれ、単に「上流」及び「下流」と言う。
接続プラグ７２は、円筒状のプラグ外筒７６を有している。プラグ外筒７６の下流側は環状のプラグ外環部７８である。
さらに、プラグ外環部７８から下流側には、プラグ外筒７６よりも小径な円筒状のプラグ内筒８０が配置されている。プラグ内筒８０の上流側端面８０Ｓはプラグ外環部７８に接触しているが、径方向には移動可能となるように、保持部材によって保持されている。
プラグ外筒７６の下流側には、接続ソケット７４との接続時にソケット外筒８６が部分的に収容される収容筒部８２が形成されている。
プラグ内筒８０の内周面は、上流側の大径面８０Ａと、下流側の小径面８０Ｂ、及び大径面８０Ａと小径面８０Ｂとに連続するよう大径面８０Ａ側から小径面８０Ｂ側へと内径が漸減されたテーパ面８０Ｃを有する形状である。
プラグ内筒８０の内側には、プラグ内筒８０の小径面８０Ｂの内径と等しい外径を有する円柱状のプラグピン８４が配置されている。プラグピン８４は、プラグ外筒７６内に配置されたプラグ側スプリング８５によって下流側に付勢されている。ただし、プラグピン８４の下流側への移動は、プラグピン８４の下流側端面８４Ｔがプラグ内筒８０の下流側端面８０Ｔと面一になった位置でストッパにより制限される。この状態では、プラグピン８４の外周面が、プラグ内筒８０の小径面８０Ｂに隙間なく接触しており、プラグ内筒８０とプラグピン８４の間での冷却液ＣＬの流動が阻止される。
これに対し、プラグピン８４がプラグ側スプリング８５の付勢力に抗して上流側へと移動し、プラグピン８４の外周面がプラグ外筒７６の小径面８０Ｂから離れると、プラグ内筒８０とプラグピン８４の間で冷却液ＣＬの流動が可能になる。
接続ソケット７４は、円筒状のソケット外筒８６を有している。ソケット外筒８６の上流側は環状のソケット環部８８となっており、さらに、ソケット外筒８６よりも下流側には、環状のガイド環部９０が固定されている。
ソケット環部８８とガイド環部９０の間には、ソケット外筒８６よりも小径のソケット内筒９２が配置されている。
ソケット内筒９２の内側には、略円柱状のソケットピン９４が収容され、冷却液ＣＬの流れ方向に移動不能となるように、ソケット外筒８６等に固定されている。ソケットピン９４の外周面は、上流側の大径部９４Ａと、下流側の小径部９４Ｂ、及び、大径部９４Ａと小径部９４Ｂとに連続するように大径部９４Ａから小径部９４Ｂへ外径が漸減されたテーパ部９４Ｃを有する形状である。
ソケット内筒９２は、ソケット外筒８６内に配置されたソケット側スプリング９６によって上流側に付勢されている。ただし、ソケット内筒９２の上流側への移動は、ソケット内筒９２の上流側端部９２Ｔがソケットピン９４の上流側端部９４Ｔと略面一になった位置で、ストッパにより制限される。この状態では、ソケットピン９４の大径部９４Ａが、ソケット内筒９２の内周面に隙間なく接触しており、ソケット内筒９２とソケットピン９４との間での冷却液ＣＬの移動が阻止される。
これに対し、ソケット内筒９２がソケット側スプリング９６の付勢力に抗して下流側へと移動し、ソケット内筒９２の内周面がソケットピン９４の外周部から離れると、ソケット内筒９２とソケットピン９４との間で冷却液ＣＬの流動が可能になる。
なお、ソケット内筒９２の外周面はガイド環部９０の内周面に接触している。これにより、ソケット内筒９２の移動が、ガイド環部９０によってガイドされる。
接続プラグ７２と接続ソケット７４との接続時には、図４に示されるように、接続プラグ７２と接続ソケット７４とが相対的に接近される。すなわち、接続プラグ７２を矢印Ａ３方向に移動させるか、接続ソケット７４を矢印Ａ４方向に移動させる（両方を移動させてもよい）。そして、プラグ内筒８０の下流側端部とソケット内筒９２の上流側端部とが接触し、プラグピン８４の下流側端部とソケットピン９４の上流側端部とも接触する。
接続プラグ７２と接続ソケット７４とをさらに接近方向へと相対移動させると、プラグ内筒８０がソケット側スプリング９６の付勢力に抗してソケット内筒９２を下流側へ移動させる。また、ソケット内筒９２がプラグ側スプリング８５の付勢力に抗してプラグ内筒８０を上流側に移動させる。そして、図４から分かるように、ソケットピン９４のテーパ部９４Ｃが、プラグ内筒８０のテーパ面８０Ｃとの対向位置まで押し込まれると、プラグ外筒７６から、プラグ内筒８０、ソケット内筒９２を経てソケット外筒８６へと冷却液ＣＬが流動可能な状態となる。これが、接続状態である。
接続状態では、接続プラグ７２と接続ソケット７４とは、ロック機構により、相対的に離間しないようにロックされるが、このロックは、解除部材の操作により解除可能である。
なお、図４から分かるように、接続状態では、収容筒部８２とソケット環部８８との間に間隙９８が生じている。この間隙９８により、接続時における接続方向（矢印Ａ３、Ａ４方向）での位置のバラつきを吸収できる。さらに、ソケット外筒８６と収容筒部８２の間には、ソケット外筒８６の径方向（冷却液の流れ方向から見て垂直の方向）にも間隙９９が生じている。また、プラグ内筒８０は、プラグ外筒７６に対し冷却液の流れ方向から見て垂直方向に移動可能である。接続プラグ７２と接続ソケット７４との接続時には、プラグ内筒８０を適切な接続位置に維持しつつ、接続プラグ７２と接続ソケット７４との径方向での位置ずれを吸収して接続できる。
なお、ソケット環部８８とガイド環部９０の間には、シールリング１００が配置されている。シールリング１００は、弾性を有する材料（ゴムや樹脂等）によって環状に形成されており、ソケット外筒８６の内周面に密着している。また、ソケット内筒９２及び
プラグ内筒８０は、それぞれの外周面がシールリング１００に密着しつつ、矢印Ａ３方向及び矢印Ａ４方向に摺動するようになっている。シールリング１００により、接続状態においてソケット外筒８６とプラグ内筒８０との間を冷却液ＣＬが通過することが抑制されている。
そして、図１Ａに示されるように、冷却液供給部材５２では、接続プラグ７２が供給用接続部材５８として供給路３８に取り付けられ、接続ソケット７４が供給側接続部材５６として第１冷却液部材２８に取り付けられる。冷却液排出部材５４では、接続プラグ７２が排出側接続部材６０として第１冷却液部材２８に取り付けられ、接続ソケット７４が排出用接続部材６２として排出路４０に取り付けられる。冷却液移動部材３２では、接続プラグ７２が第１冷却液部材２８に取り付けられ、接続ソケット７４が第２冷却液部材３０に取り付けられる。冷却液移動部材３４では、接続プラグ７２が第２冷却液部材３０に取り付けられ、接続ソケット７４が第１冷却液部材２８に取り付けられる。
なお、 接続プラグ７２及び接続ソケット７４の形状や大きさは、部位に応じて適宜調整される。
図５及び図６に示されるように、システム基板体１８は、１つのシステム基板２０に対し、このシステム基板２０に搭載される複数の基板ユニット１２を有している。本実施形態では、システム基板体１８は、システム基板２０上に、複数の基板ユニット１２が、１または複数（図示の例では２列）の搭載列１０２を成すように列状に搭載されている。
基板ユニット１２は、それぞれの搭載列１０２において、システム基板２０が互いに平行になるように、システム基板２０と垂直に立設される。基板ユニット１２では、システム基板２０、第１冷却液部材２８及び第２冷却液部材３０が互いに平行になっているので、システム基板体１８の全体において、すべてのシステム基板２０、第１冷却液部材２８及び第２冷却液部材３０が平行に配置されている。また、それぞれの搭載列１０２では、システム基板２０の法線方向に見て、システム基板２０どうしは互いに重なるように配置されている。
図７に示されるように、電子機器１０４は、筐体１０６を有している。筐体１０６内に、システム基板体１８が配置されている。
さらに筐体１０６内には、循環路４４が配置されており、循環路４４、供給路３８、排出路４０によって、冷却液ＣＬが循環される循環経路１０８を成している。
循環路４４にはポンプ４６、タンク４８及び冷却装置５０が備えられている。ポンプ４６を駆動することで、冷却液ＣＬを、循環経路１０８で循環させることができる。
タンク４８は、冷却液ＣＬの一部を貯留することができる。冷却装置５０は、基板ユニット１２のそれぞれから排出された冷却液ＣＬを冷却することができる。
次に、本実施形態の作用を説明する。
冷却構造体１６を有する基板ユニット１２では、パッケージ基板１４の一方の面１４Ａの第１発熱素子２２に第１冷却液部材２８が接触し、他方の面１４Ｂの第２発熱素子２４に、第２冷却液部材３０が接触している。そして、図７に示されるように、冷却装置５０で冷却された冷却液ＣＬが、ポンプ４６の駆動により、供給路３８を流れる。そして、図１Ａ〜図１Ｃに示されるように、第１冷却液部材２８の流動空間３６及び、第２冷却液部材３０の流動空間６６に供給されて流動する。したがって、パッケージ基板１４の両面に搭載された発熱素子を、効果的に冷却することが可能である。
特に、第１発熱素子２２に対しては、冷却された冷却液ＣＬが第１冷却液部材２８の流動空間３６に供給され、流動する。したがって、第１発熱素子２２の冷却にあたって冷却液ＣＬが供給されない構造と比較して、効果的に第１発熱素子２２を冷却することが可能である。
また、第１実施形態では、第２発熱素子２４に対しても、冷却された冷却液ＣＬが第１冷却液部材２８を経て第２冷却液部材３０の流動空間６６に供給され、流動する。したがって、第２発熱素子２４の冷却にあたって冷却液ＣＬが供給されない構造と比較して、効果的に第２発熱素子２４を冷却することが可能である。
第１発熱素子２２及び第２発熱素子２４からの熱により温度上昇した冷却液ＣＬは、冷却構造体１６の外部に排出され、あらたな冷却液ＣＬが冷却構造体１６の内部（流動空間３６）に供給される。このため、連続的に第１発熱素子２２及び第２発熱素子２４を冷却することが可能である。
第１実施形態では、第１冷却液部材２８と第２冷却液部材３０とで、冷却液移動部材３２、３４により、冷却液ＣＬが移動する。すなわち、第１冷却液部材２８に供給された冷却液ＣＬを第２冷却液部材３０にも供給し、第２冷却液部材３０により第２発熱素子２４を冷却できる。また、第２発熱素子２４からの熱により温度上昇した冷却液ＣＬを、第１冷却液部材２８を経由して排出できる。
第１実施形態では、冷却液移動部材３２は、第１冷却液部材２８に取り付けられた接続プラグ７２と、第２冷却液部材３０に取り付けられた接続ソケット７４とを有している。また、冷却液移動部材３４は、第２冷却液部材３０に取り付けられた接続プラグ７２と、第１冷却液部材２８に取り付けられた接続ソケット７４とを有している。したがって、パッケージ基板１４の一方の面１４Ａ側と他方の面１４Ｂ側とから、それぞれ第１冷却液部材２８と第２冷却液部材３０とで挟み込むように接近させ、接続プラグ７２と接続ソケット７４とを接続できる。このように、パッケージ基板１４を第１冷却液部材２８と第２冷却液部材３０とで挟み込んで接続すれば、第１冷却液部材２８と第２冷却液部材３０との間で冷却液ＣＬを移動可能な構造が実現できる。
第１冷却液部材２８は、２つの第１発熱素子２２の全面に接触している。したがって、いずれかの第１発熱素子２２において反対面２２Ｓに部分的に接触する構造と比較して、第１発熱素子２２を冷却する効果が高い。
同様に、第２冷却液部材３０は、２つの第２発熱素子２４の全面に接触している。したがって、いずれかの第２発熱素子２４において反対面２４Ｓに部分的に接触する構造と比較して、第２発熱素子２４を冷却する効果が高い。
冷却構造体１６では、冷却液移動部材３２、３４が、パッケージ基板１４の貫通孔６８を通っている。したがって、冷却液移動部材３２、３４がパッケージ基板１４を貫通せず、パッケージ基板１４の縁部１４Ｅのさらに外側に配置された構造と比較して、冷却液移動部材３２、３４が出っ張らず、冷却構造体１６として小型化を図ることができる。
冷却構造体１６では、供給側接続部材５６の供給用接続部材５８に対する接続方向と、排出側接続部材６０の排出用接続部材６２に対する接続方向とが同一（図１Ａに示される矢印Ａ１方向）である。したがって、冷却構造体１６をシステム基板２０に接続する際に、供給側接続部材５６の供給用接続部材５８に対する接続と、排出側接続部材６０の排出用接続部材６２に対する接続（接続部材の接続）とを、一連の動作で行うことができ、接続が容易である。
パッケージ基板１４は電気コネクタ２６を有している。この電気コネクタ２６をシステム基板２０の外部機器コネクタ６４と電気的に接続することで、パッケージ基板１４とシステム基板２０との電気信号や電力の授受が可能となる。
さらに、基板ユニット１２では、電気コネクタ２６の外部機器コネクタ６４に対する接続方向が、供給側接続部材５６の供給用接続部材５８に対する接続方向と同一（矢印Ａ１方向）である。基板ユニット１２をシステム基板２０に搭載する際に、上記した冷却液接続部材７０の接続に加えて、電気コネクタ２６の外部機器コネクタ６４に対する接続も一連の動作で行うことができる。
板状の第１冷却液部材２８及び第２冷却液部材３０は、板状のパッケージ基板１４と平行になっている。したがって、第１冷却液部材２８及び第２冷却液部材３０の少なくとも一方がパッケージ基板１４と非平衡である構造と比較して、基板ユニット１２の全体としての厚みＴ１（図６参照）を抑制することができる。
システム基板体１８では、図５及び図６に示されるように、システム基板２０上に、複数の基板ユニット１２が垂直に立設して搭載されている。たとえば、システム基板２０上に、パッケージ基板１４とシステム基板２０とが平行になるように並べて搭載した構造と比較して、基板ユニット１２の１つあたりの搭載面積が少なくて済むので、高密度に基板ユニット１２を搭載することが可能である。
加えて、基板ユニット１２では、冷却液ＣＬが第１冷却液部材２８に直接的に供給される構造であり、第１冷却部材２８と他の部材との間で熱交換するための部材が不要である。このように熱交換のための部材が不要であることで、基板ユニット１２どうしを接近させて配置することができるので、高密度に基板ユニット１２を搭載することが可能である。
さらに、板状の第１冷却液部材２８と、同じく板状の第２冷却液部材３０が、基板１４と平行に配置されている。これにより、第１冷却液部材２８や第２冷却液部材３０が板状でない構造と比較して、基板ユニット１２を接近させて配置することができるので、高密度に基板ユニット１２を搭載することが可能である。
特に、複数の基板ユニット１２は、それぞれの搭載列１０２内では、パッケージ基板１４が互いに平行になるように搭載されている。したがって、パッケージ基板１４が非平行になるように基板ユニット１２がシステム基板２０に搭載された構造と比較して、基板ユニット１２の間隔を一定で且つ狭くすることができるので、高密度に基板ユニット１２を搭載することが可能である。
しかも、それぞれの搭載列１０２では、パッケージ基板１４の法線方向に見てパッケージ基板１４どうしが重なっている。したがって、パッケージ基板１４の法線方向に見てパッケージ基板１４が重ならない構造と比較して、搭載列１０２の幅Ｗ１（図６参照）が短くなるので、高密度に基板ユニット１２を搭載することが可能である。
システム基板２０には、冷却液ＣＬの供給路３８及び排出路４０が設けられている。供給路３８により、冷却液ＣＬを第１冷却液部材２８に供給することが可能である。また、排出路４０により、第１冷却液部材２８から排出させ、回収することが可能である。
特に、本実施形態では、１つの搭載列１０２において、供給路３８及び排出路４０をそれぞれ１本のみ設けている。１つの搭載列１０２の複数の基板ユニット１２で、供給路３８及び排出路４０が共通化されるので、複数の基板ユニット１２で個別に供給路や排出路を設けた構造と比較して、簡素な構造を実現可能である。
また、図７から分かるように、２つの搭載列１０２で供給路３８は隣り合うように配置されている。これにより、２つの循環路４４を部分的に近接配置でき、近接部分で冷却液ＣＬの流れ方向を同じにできる。このように近接配置された２つの循環路４４にポンプ４６、タンク４８及び冷却装置５０を配置することで、２つの循環経路１０８で、ポンプ４６、タンク４８及び冷却装置５０を共通化できる。
システム基板体１８は、図７に示されるように、循環装置（ポンプ４６）と、冷却装置５０とを有している。循環装置により、冷却液ＣＬを循環経路１０８において循環させることができる。また、冷却装置５０では、冷却に用いられて温度上昇した冷却液ＣＬの温度を低下させることができる。これにより、第１冷却液部材２８内（流動空間３６）及び第２冷却液部材３０内（流動空間６６）の冷却液ＣＬを、より低温の冷却液ＣＬに入れ替えることが可能であるため、第１冷却液部材２８及び第２冷却液部材３０の冷却能力が維持される。
電子機器１０４では、システム基板体１８を有しているので、パッケージ基板１４の両面の発熱素子（第１発熱素子２２及び第２発熱素子２４）を効果的に冷却できると共に、パッケージ基板１４の高密度配置が可能である。
次に、第２〜第５実施形態について説明する。以下の各実施形態において、システム基板体及び電子機器の全体的構成は略同一であるので、図示を省略する。また、以下の各実施形態において、第１実施形態と同一の要素、部材等については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図８には、第２実施形態の冷却構造体１１６及び基板ユニット１１２が示されている。
第２実施形態では、第１実施形態の冷却液移動部材３２、３４に代えて、通液管１１８、１２０が、設けられている。通液管１１８、１２０は、第１冷却液部材２８及び第２冷却液部材３０と一体成形されている。したがって、第１冷却液部材２８と第２冷却液部材３０とが、通液管１１８、１２０によって一体成形されている。
通液管１１８、１２０はいずれも筒状に形成されており、内部を冷却液ＣＬが移動可能である。これにより、第１冷却液部材２８と第２冷却液部材３０との間で、冷却液ＣＬが移動可能である。通液管１１８、１２０はいずれも、冷却液移動部材の一例であり、さらには、連結部材の一例である。
このような構造の第２実施形態では、通液管１１８、１２０（連結部材）が第１冷却液部材２８及び第２冷却液部材３０と一体成形されるので、第１実施形態絵と比較して、構造が簡素である。
なお、第２実施形態では、通液管１１８、１２０が第１冷却液部材２８及び第２冷却液部材３０と一体成形されるため、通液管１１８、１２０がパッケージ基板１４を貫通した構造とすることは難しい。しかし、図８から分かるように、パッケージ基板１４の外縁（図示の例では側方の外縁）のさらに外側に通液管１１８、１２０が位置するような構造とすればよい。
図９には、第３実施形態の冷却構造体１３６及び基板ユニット１３２が示されている。
第３実施形態では、第１実施形態の第２冷却液部材３０に代えて、伝熱部材１３８が設けられている。伝熱部材１３８は金属製であり、図示の例では板状に形成されている。第３実施形態では、伝熱部材１３８は、２つの第２発熱素子２４の反対面２２Ｓの全面に接触することが可能なサイズに形成されている。伝熱部材１３８は、第２冷却部材の一例である。
なお、第３実施形態及び、後述する第４実施形態では、パッケージ基板１４の貫通孔６８を、パッケージ基板１４の上部及び下部に１つずつ、合計で２つ形成した例を挙げている。貫通孔６８の数及び位置は特に限定されず、たとえば、貫通孔６８を、パッケージ基板１４を法線方向（矢印Ａ１方向）に見たときの角部の近傍にそれぞれ１つずつ、合計で４つ形成した構造でもよい。さらには、第１実施形態や第２実施形態において、第３実施形態と同様に、貫通孔６８を、パッケージ基板１４の上部及び下部に１つずつ形成した構造でもよい。
第１冷却液部材２８には、パッケージ基板１４の２つの貫通孔６８にそれぞれ対応した位置で、突出部１４０が形成されている。突出部１４０のそれぞれは、筒状に形成されると共に、先端部分が底板１４０Ｂによって閉塞されている。突出部１４０の内部は第１冷却液部材２８の流動空間３６とつながっており、冷却液ＣＬが循環する。
第１冷却液部材２８が第１発熱素子２２に接触し、伝熱部材１３８が第２発熱素子２４に接触した状態で、突出部１４０の先端（底板１４０Ｂ）が伝熱部材１３８に接触するように、突出部１４０の突出長が決められている。
このような構造の第３実施形態では、第１発熱素子２２は、第１実施形態と同様に、第１冷却液部材２８により冷却することができる。
また、第３実施形態では、第２発熱素子２４の熱は伝熱部材１３８に伝わる。伝熱部材１３８は金属製なので、たとえば樹脂等の部材と比較して熱伝導率が高く、熱が伝熱部材１３８の全体へと拡散されやすい。伝熱部材１３８には、第１冷却液部材２８の突出部１４０の底板１４０Ｂが接触しており、さらに、突出部１４０の内部では冷却液ＣＬが循環している。したがって、突出部１４０により、伝熱部材１３８を冷却することができる。換言すれば、伝熱部材１３８で第２発熱素子２４から受けた熱が、突出部１４０との接触部分へと移動しやすい。そして、突出部１４０から、伝熱部材１３８の熱が冷却液ＣＬへと伝わる。これにより、突出部１４０が無い構造（あるいは伝熱部材１３８に接触しない構造）と比較して、伝熱部材１３８が第２発熱素子２４を冷却する効果が高い。
また、第３実施形態では、第１実施形態と比較して、冷却液移動部材３２、３４を設ける必要がないので、部品点数が少なくて済み、低コスト化を図ることが可能である。
なお、第３実施形態に関し、伝熱部材１３８において突出部１４０と接触する部分は、平坦である必要はない。たとえば、突出部１４０に向かうように部分的に突出させた形状としてもよい。この場合は、突出部１４０の突出長を短くできる。さらには、突出部１４０の先端部分が部分的に収容されるように凹ませた形状としてもよい。
同様に、突出部１４０の底板１４０Ｂに関しても、平板状である必要はない。ただし、突出部１４０の底板１４０Ｂと伝熱部材１３８との接触部分を平面状とすれば、たとえば点状に接触する構造と比較して、接触面積を広く確保でき、熱伝導性を高める点で優れる。
図１０には、第４実施形態の冷却構造体１４６及び基板ユニット１４２が示されている。
第４実施形態では、第１実施形態の第２冷却液部材３０に代えて、伝熱部材１４８が設けられている。第４実施形態の伝熱部材１４８は、第３実施形態の伝熱部材１３８と同様に、金属によって板状に形成されている。伝熱部材１４８は、２つの第２発熱素子２４の反対面２２Ｓの全面に接触することが可能なサイズに形成されており、第２冷却部材の一例である。
第１冷却液部材２８と伝熱部材１４８の間には、パッケージ基板１４の２つの貫通孔６８に挿通される接触部材１５０が配置されている。接触部材１５０は、たとえば金属によって成形されており、第１冷却液部材２８と伝熱部材１４８の双方に接触している。なお、接触部材１５０としては、金属部分が中実状であってもよいが、たとえば、金属部分は中空状に形成して内部に液体を封入しておき、この液体の蒸発と凝縮のサイクルを繰り返すことで熱伝導可能な構造としてもよい。
このような構造の第４実施形態では、第１発熱素子２２は、第１実施形態と同様に、第１冷却液部材２８により冷却することができる。
また、第４実施形態では、第２発熱素子２４の熱は伝熱部材１４８に伝わる。伝熱部材１４８は金属製なので、たとえば樹脂等の部材と比較して熱伝導率が高く、熱が伝熱部材１４８の全体へと拡散されやすい。伝熱部材１４８は接触部材１５０と接触しており、さらに接触部材１５０は第１冷却液部材２８と接触している。したがって、接触部材１５０を介して、伝熱部材１４８の熱を第１冷却液部材２８へと移動させることができる。換言すれば、伝熱部材１４８で第２発熱素子２４から受けた熱が、接触部材１５０を介して第１冷却液部材２８へと移動しやすい。したがって、接触部材１５０を介して伝熱部材１４８の熱が第１冷却液部材２８へ移動しない構造と比較して、伝熱部材１４８が第２発熱素子２４を冷却する効果が高い。
第４実施形態では、第１冷却液部材２８と伝熱部材１４８との間に接触部材１５０を介在させており、第１冷却液部材２８と伝熱部材１４８とで熱伝導可能に接続する構造、特に第１冷却液部材２８の構造を単純化できるので、低コスト化を図ることが可能である。
図１１には、第５実施形態の冷却構造体１５６及び基板ユニット１５２が示されている。
第５実施形態では、第１実施形態と同様の第１冷却液部材２８及び第２冷却液部材３０を有しているが、冷却液排出部材５４の位置が、第１冷却液部材２８の下方ではなく、第２冷却液部材３０の下方である。すなわち、冷却液排出部材５４の位置が第２冷却液部材３０の下方となるように、排出側接続部材６０及び排出用接続部材６２（いずれも第１実施形態として図示した図１Ａ等参照）の位置が設定されている。
また、冷却液移動部材３４の向きが、第１実施形態とは反対であり、冷却液ＣＬが第１冷却液部材２８から第２冷却液部材３０へ流れる向きである。
このような構造の第５実施形態では、供給路３８から冷却液ＣＬが第１冷却液部材２８に供給され、さらに冷却液移動部材３２、３４の双方で、第１冷却液部材２８から第２冷却液部材３０へ流れる。そして、第２冷却液部材３０から排出路４０へ冷却液ＣＬが排出される。
第５実施形態では、基板ユニット１５２を図１１のように上方から見た状態で、冷却液供給部材５２と冷却液排出部材５４とを結ぶ線ＤＬが、基板ユニット１５２の中心部分あるいはその近傍を通る。そして、基板ユニット１５２を、冷却液供給部材５２では第１冷却液部材２８側で、冷却液排出部材５４では第２冷却液部材３０側で支持する。このため、安定的にシステム基板２０上に基板ユニット１５２を搭載できる。
以上、第２〜第５のいずれの実施形態においても、パッケージ基板１４の一方の面１４Ａの第１発熱素子２２に第１冷却液部材２８が接触し、他方の面１４Ｂの第２発熱素子２４に、第２冷却部材（第２冷却液部材３０、伝熱部材１３８、１４８）が接触している。そして、図７に示されるように、冷却装置５０で冷却された冷却液ＣＬが、ポンプ４６の駆動により、第１冷却液部材２８の流動空間３６及び、第２冷却液部材３０の流動空間６６に供給されて流動する。したがって、パッケージ基板１４の両面に搭載された発熱素子を、効果的に冷却することが可能である。
上記の第１〜第５の各実施形態のシステム基板体では、すべての基板ユニットでパッケージ基板１４が相互に平行に配置されている構造に限られない。すなわち、少なくとも２つの基板ユニットで、それぞれのパッケージ基板１４が平行になるように配置されていれば、パッケージ基板１４が非平行に配置された構造よりも、システム基板体において基板ユニットの高密度な実装が可能である。
本願の電子機器としては、システム基板上に複数の基板が搭載されるシステム基板体を備えた電子機器であれば、特に限定されない。電子機器の例としては、大型のコンピュータやサーバ等を挙げることができる。
以上、本願の開示する技術の実施形態について説明したが、本願の開示する技術は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
本明細書は、以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
内部を冷却液が流れ、基板の一方の面の第１発熱素子に接触する第１冷却部材と、
前記基板の他方の面の第２発熱素子に接触する第２冷却部材と、
前記第１冷却部材と前記第２冷却部材とで熱伝導を可能にする熱伝導部材と、
前記第１冷却部材に設けられ、前記冷却液の供給路と接続される供給側接続部材と、
前記第１冷却部材に設けられ、前記冷却液の排出路と接続される排出側接続部材と、
を有する冷却構造体。
（付記２）
前記第２冷却部材の内部を冷却液が流れ、
前記熱伝導部材が、前記第１冷却部材の内部と前記第２冷却部材の内部と連通し、前記冷却液が移動する空間を有する付記１に記載の冷却構造体。
（付記３）
前記熱伝導部材が、
前記第１冷却部材及び前記第２冷却部材と一体成形された付記２に記載の冷却構造体。
（付記４）
前記熱伝導部材が、前記第２冷却部材に接触し、前記第１冷却部材内の前記冷却液が循環される空間を有する付記１に記載の冷却構造体。
（付記５）
前記第１冷却部材が、前記第１発熱素子の全面に接触する形状であり、
前記第２冷却部材が、前記第２発熱素子の全面に接触する形状である付記１〜付記４のいずれか１つに記載の冷却構造体。
（付記６）
前記第１冷却部材及び前記第２冷却部材が前記基板と平行である付記１〜付記５のいずれか１つに記載の冷却構造体。
（付記７）
基板の一方の面の第１発熱素子に接触し、内部を冷却液が流れる第１冷却部材と、
前記基板の他方の面の第２発熱素子に接触し、内部を冷却液が流れる第２冷却部材と、
前記第１冷却部材と前記第２冷却部材との間で前記冷却液を移動させる冷却液移動部材と、
前記第１冷却部材に設けられ、前記冷却液の供給路と接続される供給側接続部材と、
前記第２冷却部材に設けられ、前記冷却液の排出路と接続される排出側接続部材と、
を有する冷却構造体。
（付記８）
前記供給側接続部材の前記供給路との接続方向と、前記排出側接続部材の前記排出路との接続方向とが同一である付記１〜付記７のいずれか１つに記載の冷却構造体。
（付記９）
基板と、
前記基板の一方の面の第１発熱素子と、
前記基板の他方の面の第２発熱素子と、
付記１〜付記８のいずれか１つに記載の冷却構造体と、
を有し、
板状の前記第１冷却部材が前記第１発熱素子に接触し、
板状の前記第２冷却部材が前記第２発熱素子に接触している基板ユニット。
（付記１０）
前記基板に設けられ、外部機器と電気的に接続される電気接続部材、
を有する付記９に記載に基板ユニット。
（付記１１）
前記供給側接続部材の前記供給路との接続方向と、前記排出側接続部材の前記排出路との接続方向と、前記電気接続部材の前記外部機器との接続方向とがいずれも同方向である付記１０に記載の基板ユニット。
（付記１２）
前記熱伝導部材が、前記基板を貫通して前記第１冷却部材と前記第２冷却部材とを熱伝導可能に接続している付記９に記載に基板ユニット。
（付記１３）
システム基板と、
前記システム基板上に立設して搭載される付記９〜付記１２のいずれか１つに記載の複数の基板ユニットと、
を有するシステム基板体。
（付記１４）
前記システム基板が、
前記供給側接続部材が接続され冷却液を第１冷却部材に供給する供給路と、
前記排出側接続部材が接続され冷却液が第１冷却部材から排出される排出路と、
を有する付記１３に記載のシステム基板体。
（付記１５）
前記供給路と前記排出路とで前記冷却液を循環させる循環装置と、
前記循環装置で循環される液体を冷却して前記冷却液とする冷却装置と、
を有する付記１４に記載のシステム基板体。
（付記１６）
複数の前記基板ユニットの少なくとも２つが、前記基板が互いに平行になるよう配置されている付記１３〜付記１５のいずれか１つに記載にシステム基板体。
（付記１７）
付記１３〜付記１６のいずれか１つに記載のシステム基板体を有する電子機器。
１２ 基板ユニット
１４ パッケージ基板（基板）
１４Ａ 一方の面
１４Ｂ 他方の面
１６ 冷却構造体
１８ システム基板体
２０ システム基板
２２ 第１発熱素子
２４ 第２発熱素子
２６ 電気コネクタ（電気接続部材）
２８ 第１冷却液部材（第１冷却部材）
３０ 第２冷却液部材（第２冷却部材）
３２ 冷却液移動部材（連結部材）
３４ 冷却液移動部材（連結部材）
３８ 供給路
４０ 排出路
５６ 供給側接続部材
６０ 排出側接続部材
７０ 冷却液接続部材（連結部材）
１０４ 電子機器
１１２ 基板ユニット
１１６ 冷却構造体
１１８、１２０ 通液管（連結部材）
１３２ 基板ユニット
１３６ 冷却構造体
１３８ 伝熱部材（受熱部材の一例）
１４０ 突出部
１４２ 基板ユニット
１４６ 冷却構造体
１４８ 伝熱部材（受熱部材の一例）
１５０ 接触部材
１５２ 基板ユニット
１５６ 冷却構造体

Claims (10)

  1. 内部を冷却液が流れ、基板の一方の面の第１発熱素子に接触する第１冷却部材と、
    前記基板の他方の面の第２発熱素子に接触する第２冷却部材と、
    前記第１冷却部材と前記第２冷却部材とで熱伝導を可能にする熱伝導部材と、
    前記第１冷却部材に設けられ、前記冷却液の供給路と接続される供給側接続部材と、
    前記第１冷却部材に設けられ、前記冷却液の排出路と接続される排出側接続部材と、
    を有する冷却構造体。
  2. 前記第２冷却部材の内部を冷却液が流れ、
    前記熱伝導部材が、前記第１冷却部材の内部と前記第２冷却部材の内部と連通し、前記冷却液が移動する空間を有する請求項１に記載の冷却構造体。
  3. 前記熱伝導部材が、前記第１冷却部材及び前記第２冷却部材と一体成形された請求項２に記載の冷却構造体。
  4. 前記熱伝導部材が、前記第２冷却部材に接触し、前記第１冷却部材内の前記冷却液が循環される空間を有する請求項１に記載の冷却構造体。
  5. 前記供給側接続部材の前記供給路との接続方向と、前記排出側接続部材の前記排出路との接続方向とが同一である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の冷却構造体。
  6. 基板と、
    前記基板の一方の面の第１発熱素子と、
    前記基板の他方の面の第２発熱素子と、
    請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の冷却構造体と、
    を有し、
    板状の前記第１冷却部材が前記第１発熱素子に接触し、
    板状の前記第２冷却部材が前記第２発熱素子に接触している基板ユニット。
  7. 前記基板に設けられ、外部機器と電気的に接続される電気接続部材、
    を有する請求項６に記載に基板ユニット。
  8. 前記供給側接続部材の前記供給路との接続方向と、前記排出側接続部材の前記排出路との接続方向と、前記電気接続部材の前記外部機器との接続方向とがいずれも同方向である請求項７に記載の基板ユニット。
  9. システム基板と、
    前記システム基板上に立設して搭載される請求項６〜請求項８のいずれか１項に記載の複数の基板ユニットと、
    を有するシステム基板体。
  10. 請求項９に記載のシステム基板体を有する電子機器。
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