JP2016018953A - Cold plate - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電子素子などの発熱体に密着させられ、かつ、その電子部品の熱を運び去るための冷却媒体が供給されるコールドプレートに関するものである。 The present invention relates to a cold plate that is brought into close contact with a heating element such as an electronic element and is supplied with a cooling medium for carrying away heat of the electronic component.
例えば、特許文献1には、ベースプレートと、そのベースプレートを覆って箱状の空間を形成する蓋部とによって構成されるコールドプレートが記載されている。上記のベースプレートには複数のフィンが形成されており、それらのフィンの上辺は底辺より短く形成されている。つまり各フィンの両端部が切り欠かれており、それらの切り欠いた部分と蓋部とによって形成される空間がいわゆるヘッダーとされている。各ヘッダーに連通する貫通孔が上記の蓋部に形成されている。各貫通孔にはパイプが接続されており、それらのパイプは、コールドプレートの高さ方向に延びている。
For example,
上記の特許文献1に記載された構成では、上記のパイプは、コールドプレートの高さ方向に延びているから、コールドプレートの全体としての高さは、前記パイプの高さあるいは長さを含むことになる。つまり、特許文献1に記載された構成では、全体としての高さが高くなってしまう。また、コールドプレートの内部に、いわゆるヘッダーが形成されているため、その分、各フィンの面積が小さくなってしまい、熱性能が低下する。
In the configuration described in
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであって、全体としての高さを低くすることができ、また、熱性能を向上させることができるコールドプレートを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made paying attention to the above technical problem, and an object thereof is to provide a cold plate capable of reducing the overall height and improving the thermal performance. It is what.
この発明は、上記の目的を達成するために、ベースプレートとカバーとによって構成される中空部に設けられた複数のフィンと、前記中空部に冷却媒体を供給するための供給管と、前記中空部から前記冷却媒体を排出するための排出管と、前記フィン同士の間に形成された冷却媒体流路とを備えたコールドプレートにおいて、前記カバーの上面における前記フィンの両端部の上部に対応する位置に、各冷却媒体流路に連通しかつ各冷却媒体流路に前記冷却媒体を分配して供給するための分配部が設けられ、一方の前記分配部に前記上面と平行な方向に延びた前記供給管が連通され、他方の前記分配部に前記上面と平行な方向に延びた前記排出管が連通されていることを特徴とするものである。 To achieve the above object, the present invention provides a plurality of fins provided in a hollow portion constituted by a base plate and a cover, a supply pipe for supplying a cooling medium to the hollow portion, and the hollow portion In a cold plate provided with a discharge pipe for discharging the cooling medium from the cooling medium and a cooling medium flow path formed between the fins, positions corresponding to upper portions of both ends of the fin on the upper surface of the cover A distribution portion that communicates with each cooling medium flow path and distributes and supplies the cooling medium to each cooling medium flow path, and extends to one of the distribution sections in a direction parallel to the upper surface. A supply pipe is communicated, and the other distribution part is communicated with the discharge pipe extending in a direction parallel to the upper surface.
また、この発明では、一方の前記分配部は、前記上面と平行な方向に延びた前記供給管のパイプエンドであり、他方の前記分配部は、前記上面と平行な方向に延びた前記排出管のパイプエンドであってよい。 In the present invention, one of the distribution portions is a pipe end of the supply pipe extending in a direction parallel to the upper surface, and the other distribution portion is the discharge pipe extending in a direction parallel to the upper surface. It may be a pipe end.
さらに、この発明では、前記冷却媒体の圧力による前記カバーの変形を抑制するための補強部材を備え、その補強部材は前記分配部同士の間における前記カバーの上面に接合されていてよい。 Furthermore, in this invention, the reinforcing member for suppressing the deformation | transformation of the said cover by the pressure of the said cooling medium is provided, The reinforcing member may be joined to the upper surface of the said cover between the said distribution parts.
そして、この発明では、冷却対象物が実装された固定部に固定するための固定部材を有し、その固定部材は前記ベースプレートおよび前記カバーを横切るように前記分配部同士の間に配置され、かつ、前記冷却対象物に前記ベースプレートを密着させた状態で前記固定部に取り付けられていてよい。 And in this invention, it has a fixing member for fixing to a fixing part where a cooling subject is mounted, the fixing member is arranged between the distribution parts so as to cross the base plate and the cover, and The base plate may be attached to the fixed object in a state where the base plate is in close contact with the object to be cooled.
この発明によれば、ベースプレートとカバーとによって構成される空間を有効に活用してその隅までフィンを設けることができる。これにより、フィンの面積を拡大でき、フィンでの熱伝達率を向上できる。その結果、コールドプレートの熱性能を向上できる。また、供給管および排出管はカバーの上面と平行な方向に延びているから、コールドプレートの全体としての高さを従来になく低くすることができる。 According to the present invention, it is possible to effectively use the space formed by the base plate and the cover and to provide the fins to the corners. Thereby, the area of a fin can be expanded and the heat transfer rate in a fin can be improved. As a result, the thermal performance of the cold plate can be improved. Further, since the supply pipe and the discharge pipe extend in a direction parallel to the upper surface of the cover, the overall height of the cold plate can be made lower than ever.
(実施例1)
図1は、この発明に係るコールドプレートの一例を示す断面図である。コールドプレート1は、中空平板状の部材であって、ベースプレート2の上面にカバー3を液密状態に取り付けて構成されている。それらのベースプレート2とカバー3との接続部分はろう付けされている。コールドプレート1の内部には、その長さと平行な方向に複数のフィン4が設けられている。それらのフィン4は、ベースプレート2の表面に一定の間隔で起立して形成されている。各フィンは一例として冷間鍛造もしくは切削加工などによって形成することができる。また、ここに示す例では、各フィン4は、後述するように、パイプエンドがカバー3の上面3aに設けられていることにより、コールドプレート1の内部空間を有効に活用してその隅まで設けられている。つまり、フィン4の伝熱面積が従来になく拡大されている。各フィン4の上辺は底辺より若干短く形成されており、各フィン4の長手方向での両端部はテーパー状になっている。なお、各フィン4の上辺を、これに対応するカバー3の内面にろう付けするとすれば、コールドプレート1の内部空間に冷却媒体を供給し、その内圧が高い場合におけるコールドプレート1の膨張変形を効果的に抑制できる。隣接するフィン4同士の間の隙間が冷却媒体の流路とされている。それらの流路を以下の説明では、冷却媒体流路7と記す。なお、上記のベースプレート2およびカバー3などは、冷却対象物および冷却媒体との間で熱を伝達する必要があるので、熱伝導性を有する素材で構成されていることが好ましく、例えば銅、ステンレス、アルミニウム、あるいは、それらの合金などを使用することが好ましい。なおまた、ベースプレート2とカバー3とによって構成されるコールドプレート1の内部空間が、この発明における中空部に相当している。
Example 1
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a cold plate according to the present invention. The
図2は、この発明におけるカバーの一部を分解して示す図である。カバー3の上面3aにおける各冷却媒体流路7の両端部の上部に対応する部分に、貫通孔5,6が形成されている。各貫通孔5,6は、図2に示すように、フィン4同士の間の冷却媒体流路7に連通している。それらの冷却媒体流路7に冷却媒体を供給するための供給管8のパイプエンド9が、一方の貫通孔5を覆って連通されている。そのパイプエンド9は、図1に示すように、一方の貫通孔5側に開口した矩形断面をなし、その開口部の開口幅および長さは一方の貫通孔5と同じに形成されている。つまり冷却媒体は、このパイプエンド9および一方の貫通孔5を介して各冷却流体流路7に分配して供給されるようになっており、パイプエンド9がいわゆるヘッダーあるいは分配部として機能する。そのパイプエンド9は、ここに示す例では、矩形状に形成されているが、これに替えて半円筒形状に形成されていてもよい。これと同様に、各冷却媒体流路7を流動した冷却媒体をコールドプレート1の外部に排出するための排出管10のパイプエンド11が、他方の貫通孔6を覆って連通されている。各パイプエンド9,11は、図2に示す例では、この発明に係るコールドプレート1の構成を説明する都合上、カバー3と分離して記載しているが、カバー3と一体に形成されている。なお、上述した各パイプエンド9,11が、この発明における分配部に相当している。また、上述した供給管8およびそのパイプエンド9が、この発明における供給管に相当し、上述した排出管10およびそのパイプエンド11が、この発明における排出管に相当している。
FIG. 2 is an exploded view of a part of the cover according to the present invention. Through
図3は、図1に示すコールドプレート1の上視図であり、図4は、図3に示す矢視Aの側面図である。上述した供給管8および排出管10は、図3に示すように、コールドプレート1の長手方向に対して直交し、かつ、互いに反対方向に延びている。また、供給管8および排出管10は、図4に示すように、カバー3の上面3aと平行な方向に配置されている。そのため、コールドプレート1の高さは、図1の上下方向でのベースプレート2の下面から各パイプエンド9,11の上面までの寸法となっている。またこうすることにより、コールドプレート1に対してその横方向から冷却媒体を供給したり排出したりできるようになっている。例えば、コールドプレート1に隣接して配置した他のコールドプレート(図示せず)の供給管と前記供給管8とを容易に連結し、前記他のコールドプレートの排出管と前記排出管10とを容易に連結することができるようになっている。
3 is a top view of the
上記のベースプレート2の下面の中央部分が、電子部品12などの発熱源に密着させられる熱接触面13となっており、その熱接触面13は、電子部品12との熱伝達率を向上させるために平坦に形成されている。上記の電子部品12は、基板14などの固定部に実装されている。なお、図1には、熱接触面13と電子部品12とを離間して記載してある。上述した電子部品12が、この発明における冷却対象物に相当し、上述した基板14が、この発明における固定部に相当している。
The central portion of the lower surface of the
次いで、上記構成のコールドプレート1の作用について簡単に説明する。各冷却媒体流路7が各パイプエンド9,11のいわゆる分配空間より狭いため、各冷却媒体流路7での圧力損失は各パイプエンド9,11での圧力損失より高い。そのため、供給管8を介して一方のパイプエンド9に供給された冷却媒体は、一方のパイプエンド9での冷却媒体の圧力が各冷却媒体流路7での圧力損失に相当する圧力より高い場合に、一方のパイプエンド9から各冷却媒体流路7に分配されて供給される。この場合に、冷却媒体は、その圧力が高くまた流速が大きく、さらに、各フィン4および各冷却媒体流路7の上方から各冷却媒体流路7に供給されるため、乱流あるいは噴流の状態でパイプエンド9から各冷却媒体流路7に分配される。各フィン4は、上述したように、コールドプレート1の内部空間の隅まで形成されているため、噴流の状態の冷却媒体は、一方の貫通孔5の下側に配置された各フィン4の一方の端部に衝突する。冷却媒体が噴流の状態であることにより、冷却媒体とフィン4の一方の端部との間での熱伝達率が向上する。また冷却媒体は各冷却媒体流路7に沿って他方のパイプエンド11に向かって流動する。その際に、冷却媒体は、ベースプレート2およびフィン4との間で熱交換を行って、それらのベースプレート2およびフィン4に伝達された電子部品12の熱を運び去る。他方のパイプエンド11では、各冷却媒体流路7を流動してきた冷却媒体が集合し、排出管10を介してコールドプレート1の外部に排出される。
Next, the operation of the
したがって、上記構成のコールドプレート1では、カバー3の上部に各パイプエンド9,11が設けられているため、その分、コールドプレート1の内部空間を有効に活用してその隅までフィン4を形成できる。これにより、フィン4の伝熱面積を従来になく拡大でき、その熱伝達率を向上できる。またそれらのフィン4の一方の端部に、噴流の状態で冷却媒体を衝突させることができるため、これによってもフィン4での熱伝達率を向上できる。それらの結果、コールドプレート1の熱性能を従来になく向上できる。また、各パイプエンド9,11は、カバー3に対していわゆるビードあるいはリブとして機能するから、カバー3の板厚を特に増大することなくその強度を向上できる。例えば、カバー3におけるフィン4の各端部に対応する部分でのコールドプレート1の内圧によるカバー3の膨張変形を抑制できる。さらに、供給管8および排出管10の各パイプエンド9,11が、カバー3の上面3aと平行な方向に延びて配置されているから、コールドプレート1の高さに供給管8および排出管10の高さが含まれることがなく、全体としての高さを抑制できる。また、各パイプエンド9,11が上述したようにヘッダーあるいは分配部として機能するため、前記ヘッダーあるいは分配部を別に設ける必要がなく、その分、部品点数を削減できる。
Therefore, in the
(第2実施例)
図5は、この発明に係るコールドプレートの他の例を示す断面図であり、ここに示す例は、コールドプレート1の内圧によるカバー3の中央部分の変形を抑制するために、その中央部分に補強板15を接合した例である。その補強板15は、矩形もしくは方形の薄板状に形成されており、その板厚は、図5に示す例では、各パイプエンド9,11の高さに相当する厚さより薄く形成されている。その素材には一例としてステンレスが使用される。図6は、図5に示すコールドプレート1の上視図であり、この図5に示すように、補強板15の長さは各パイプエンド9,11同士の間の長さより短く、その幅はカバー3の幅より短く形成されている。この補強板15はろう付けあるいははんだ付けなどによってカバー3の上面3aの中央部分に接合されている。上述した補強板15が、この発明における補強部材に相当している。
(Second embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the cold plate according to the present invention. In the example shown here, in order to suppress the deformation of the central part of the
図5および図6に示す構成のコールドプレート1では、カバー3の上面3aの中央部分に補強板15が接合されているため、上記の中央部分に高い圧力が作用するとしても、その圧力による前記中央部分での膨張変形を抑制できる。なお、このようにカバー3の中央部分の膨張変形を補強板15によって抑制できるため、各フィン4の上辺とカバー3の内面とをろう付けしない場合であっても、カバー3における強度を向上できる。また、補強板15の厚さは、各パイプエンド9,11の高さに相当する厚さより薄いため、全体としての高さが増大することがない。
In the
(第3実施例)
図7は、この発明に係るコールドプレートの更に他の例を示す断面図であり、ここに示す例は、固定板16によって基板14にコールドプレート1を固定した例である。その固定板16は、例えば長方形の薄板状に形成されており、その板厚は各パイプエンド9,11の高さに相当する厚さより薄く形成されている。その素材には一例としてステンレスが使用される。図8は、図7に示すコールドプレート1の上視図であり、この図8に示すように、固定板16は、カバー3の上面3aの中央部分に、コールドプレート1を横断するように配置されている。また、固定板16の四隅に、例えばボルトやネジなどの留め具17が設けられており、その留め具17によって基板14に固定板16を取り付けるようになっている。上述した固定板16が、この発明における固定部材に相当している。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing still another example of the cold plate according to the present invention. In this example, the
図7および図8に示す構成のコールドプレート1の固定方法について簡単に説明すると、例えば先ず、電子部品12の上面にベースプレート2の熱接触面13を熱伝達可能に密着させる。次いで、カバー3の上面3aにおける中央部分にコールドプレート1を横断するように固定板16を配置し、その状態で、留め具17によって基板14に固定板16を取り付ける。こうすることにより、基板14にコールドプレート1を固定する。
The fixing method of the
したがって、図7および図8に示す構成のコールドプレート1では、固定板16によって基板14にコールドプレート1を固定するため、留め具17によって基板14にコールドプレート1を直接固定する場合に比較して、コールドプレート1の反りを抑制することができる。そのため、電子部品12にコールドプレート1の熱接触面13を均一に密着させることができる。また、カバー3の上面3aにおける中央部分に固定板16が押しつけられるため、その固定板16によって冷却媒体の圧力による中央部分の膨張変形を抑制できる。さらに、固定板16の厚さは、各パイプエンド9,11の高さに相当する厚さより薄いため、全体としての高さが増大することがない。
Therefore, in the
1…コールドプレート、 2…ベースプレート、 3…カバー、 3a…カバーの上面、 4…フィン、 8…供給管、 9,11…パイプエンド(分配部)、 10…排出管。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記カバーの上面における前記フィンの両端部の上部に対応する位置に、各冷却媒体流路に連通しかつ前記各冷却媒体流路に前記冷却媒体を分配して供給するための分配部が設けられ、
一方の前記分配部に前記上面と平行な方向に延びた前記供給管が連通され、他方の前記分配部に前記上面と平行な方向に延びた前記排出管が連通されている
ことを特徴とするコールドプレート。 A plurality of fins provided in a hollow part constituted by a base plate and a cover; a supply pipe for supplying a cooling medium to the hollow part; and a discharge pipe for discharging the cooling medium from the hollow part; In a cold plate provided with a cooling medium flow path formed between the fins,
Distributing portions that communicate with the cooling medium flow paths and distribute and supply the cooling medium to the cooling medium flow paths are provided at positions corresponding to the upper portions of both end portions of the fins on the upper surface of the cover. ,
The supply pipe extending in a direction parallel to the upper surface is communicated with one of the distributors, and the discharge pipe extending in a direction parallel to the upper surface is communicated with the other distributor. Cold plate.
他方の前記分配部は、前記上面と平行な方向に延びた前記排出管のパイプエンドであることを特徴とする請求項1に記載のコールドプレート。 One of the distributors is a pipe end of the supply pipe extending in a direction parallel to the upper surface,
2. The cold plate according to claim 1, wherein the other distribution portion is a pipe end of the discharge pipe extending in a direction parallel to the upper surface.
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