JP2017163012A

JP2017163012A - 電子機器

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Publication number: JP2017163012A
Application number: JP2016046644A
Authority: JP
Inventors: 隆史一ノ瀬; Takashi Ichinose; 山本　岳; Takashi Yamamoto; 岳山本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2036-03-10
Also published as: US20170265336A1; US9974212B2; JP6690314B2

Abstract

【課題】システムを停止することなく電子部品を交換でき、且つ長期間の信頼性を確保できる液浸冷却方式の電子機器を提供する。【解決手段】電子機器１０は、冷媒１２を入れた冷媒槽１１と、電子部品１７と、電子部品１７と電気的に接続されたスルーカード１８と、一端側がスルーカード１８に密着して電子部品１７を密閉する袋２７とを有する。そして、電子部品１７は、袋２７内に密閉された状態で冷媒槽１１の冷媒１２中に浸漬されている。【選択図】図１

Description

本発明は、液浸冷却方式の電子機器に関する。

近年、データセンターにおいて、ストレージ等の電子部品を高密度に実装することが要求されている。一方、電子機器の高性能化に伴い、電子機器に用いられる電子部品の発熱量が増加している。

発熱量が大きい電子部品を高密度に実装すると、電子部品の温度が許容上限温度を超えてしまい、誤動作や故障の原因となる。そのため、発熱量が大きい電子部品を高密度に実装しても十分に冷却できる冷却方法が要求されている。

そのような冷却方法の一つとして、電子部品を冷媒中に浸漬して冷却することが提案されている。

例えば、冷媒としてフッ素系の不活性液を使用し、電子部品を不活性液中に直接浸漬する液浸冷却方式の電子機器が提案されている。しかし、一般的に流通しているハードディスク等の電子部品は、不活性液に直接接触することは考慮されていない。そのため、この種の電子部品を不活性液体中に直接浸漬して長期間使用する場合、信頼性が十分とはいえない。

そこで、電子部品を耐液性の袋に入れて冷媒中に浸漬する冷却方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平４−３７２１５９号公報

データセンターでは、一部の電子部品が故障してもシステムに支障が出ないように冗長性をもたせている。また、それらの電子部品はシステムが稼働している状態で交換可能な構造（いわゆる、ホットスワップ）となっている。

しかしながら、上述の電子部品を袋に入れて冷媒中に浸漬する方法では、袋の上側が開放されており、電子部品は冷媒槽の上方に配置された回路基板にコネクタを介して接続するようになっている。そのため、電子部品を交換するためにはシステムを停止し、基板を上方に持ち上げてから電子部品を交換することになる。

開示の技術は、システムを停止することなく電子部品を交換でき、且つ長期間の信頼性を確保できる液浸冷却方式の電子機器を提供することを目的とする。

開示の技術の一観点によれば、冷媒を入れた冷媒槽と、電子部品と、前記電子部品と電気的に接続されたスルーカードと、一端側が前記スルーカードに密着して前記電子部品を密閉する袋とを有し、前記電子部品が前記袋内に密閉された状態で前記冷媒槽の冷媒中に浸漬されていることを特徴とする電子機器が提供される。

上記の電子機器によれば、システムを停止することなく電子部品を交換でき、且つ長期間の信頼性を確保できる。

図１は、実施形態に係る電子機器の概略図である。図２は、電子部品とスルーカードとの接続状態を示す斜視図である。図３は、スルーカードを拡大して示す斜視図である。図４は、袋に密閉された状態の電子部品を示す斜視図である。図５は、スルーカードの樹脂部と袋との接合部を拡大して示す斜視図である。図６（ａ），（ｂ）は、電子部品の密閉方法を示す模式図である。図７（ａ），（ｂ）は、電子部品の交換方法を示す図（その１）である。図８（ａ），（ｂ）は、電子部品の交換方法を示す図（その２）である。図９（ａ）は樹脂部の厚さを電子部品の厚さよりも小さくした電子機器の例を示す図、図９（ｂ）は樹脂部の厚さを電子部品の厚さよりも大きくした電子機器の例を示す図である。図１０は、電子部品を横置きにした例を示す図である。

以下、実施形態について、添付の図面を参照して説明する。

図１は、実施形態に係る電子機器の概略図である。

図１に示すように、本実施形態に係る電子機器１０は、冷媒１２を入れた冷媒槽１１を有する。この冷媒槽１１は、配管１４ａ，１４ｂを介して、冷媒１２を冷却する冷却装置１３に接続される。冷却装置１３として、例えば空冷式又は水冷式のチラーを使用することができる。

配管１４ｂの途中にはポンプ１５が配置されており、このポンプ１５により、冷媒槽１１と冷却装置１３との間で冷媒１２が循環するようになっている。冷媒１２として、例えばハイドロフルオロエーテル等の不活性液（電気的不活性液）を使用することができる。なお、冷媒１２として使用可能な不活性液はフッ素系に限定されない。

冷媒槽１１の底部には回路基板（バックプレーン又はミッドプレーン）１６が配置されている。また、冷媒１２中には複数の電子部品１７が、袋２７内に密閉された状態で浸漬されている。それらの電子部品１７は、スルーカード１８を介して回路基板１６と電気的に接続されている。

なお、冷媒１２として使用する不活性液は絶縁性が高いため、回路基板１６及びスルーカード１８の配線等が冷媒１２に接触していても、短絡等の不具合は発生しない。また、本実施形態では、電子部品１７がハードディスクの場合について説明している。

図２は電子部品１７とスルーカード１８との接続状態を示す斜視図、図３はスルーカード１８を拡大して示す斜視図である。但し、図２では袋２７の図示を省略している。

スルーカード１８は、基板２１と、基板２１の一方の側に配置されて回路基板１６に接続されるコネクタ２２ａと、基板２１の他方の側に配置されて電子部品１７に接続されるコネクタ２２ｂとを有する。

基板２１には、コネクタ２２ａ，２２ｂ間を電気的に接続するための配線（図示せず）が設けられている。また、基板２１のうちコネクタ２２ａとコネクタ２１ｂとの間の部分は、モールド成形された樹脂により覆われている。以下、モールド成形された樹脂の部分を、樹脂部２３と呼ぶ。

図４は、袋２７に密閉された状態の電子部品１７を示す斜視図である。また、図５はスルーカード１８の樹脂部２３と袋２７との接合部を拡大して示す斜視図である。

袋２７は筒状に形成され、その一方の端部側はスルーカード１８の樹脂部２３の周囲に熱溶着（ヒートシール）されている。図５の網目状にハッチングした部分は、袋２７を樹脂部２３に熱溶着した部分を示している。

また、袋２７の他方の端部側は、電子部品１７をスルーカード１８に接続し、袋２７内を減圧した後に、熱溶着等の方法により密閉される。このように、本実施形態では、耐液性の袋２７内に電子部品１７を密閉することで、電子部品１７が冷媒１２に直接接触することを回避している。

袋２７は冷媒１２に対する耐性を有し、樹脂部２３に十分な強度で接合できるものであればよく、例えばポリエチレン、ポリプロピレン又はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂により形成される。

図６（ａ），（ｂ）は、電子部品１７の密閉方法を示す模式図である。

図６（ａ）のように、筒状に形成された袋２７の一方の端部側を、予めスルーカード１８の樹脂部２３に熱溶着しておく。そして、袋２７内に電子部品１７を入れ、電子部品１７をスルーカード１８のコネクタ２２ｂに接続する。

次に、袋２７の他方の端部側を減圧装置（図示せず）に接続して袋２７内を減圧する。例えば電子部品１７を冷媒中に０．３ｍの深さで浸漬する場合、電子部品１７は冷媒１２から約６ｋＰａの圧力を受ける。

従って、袋２７内の圧力を大気圧よりも約６ｋＰａ以上低くすれば、袋２７と電子部品１７との間に熱伝導率が低い空気の層が介在することを回避でき、袋２７と電子部品１７とが密着する。

その後、図６（ｂ）に示すように、袋２７の他方の端部側を熱溶着し、電子部品１７を袋２７内に密閉する。

なお、本実施形態では袋２７の一方の端部側を樹脂部２３の周囲に熱溶着しているが、袋２７と樹脂部２３とを接着剤により接合してもよい。

また、本実施形態では袋２７の他方の端部側を熱溶着により密閉しているが、袋２７の他方の端部側は接着剤で密閉してもよく、クリップ等により密閉してもよい。クリップで密閉した場合、クリップを外すことにより、袋２７を破くことなく電子部品１７を袋２７から取り出すことができる。

図７（ａ），（ｂ），図８（ａ），（ｂ）は、電子部品１７の交換方法を示す図である。図７（ａ），（ｂ）は冷媒槽１１を斜め上方から見たときの斜視図であり、図８（ａ），（ｂ）は冷媒槽１１の模式断面図である。

図７（ａ），図８（ａ）に示すように、冷媒槽１１内には複数の電子部品１７が冷媒１２中に浸漬されている。各電子部品１７は、図４に示すように、スルーカード１８に接続された状態で袋２７内に密閉されている。

ここで、１台の電子部品１７が故障した場合、図７（ｂ），図８（ｂ）に示すように、故障した電子部品１７を、スルーカード１８ごと回路基板１６から取り外す。そして、故障した電子部品１７に替えて正常な電子部品１７を回路基板１６に装着する。交換する電子部品１７も、スルーカード１８に接続され、袋２７により密閉されている。

以下、本実施形態の効果について説明する。

本実施形態では、電子部品１７を袋２７内に密閉した状態で冷媒１２中に浸漬するので、電子部品１７と冷媒１２とが直接接触しない。そのため、電子部品１７を冷媒１２中に長期間浸漬しても、冷媒１２に起因する不具合が発生するおそれがなく、信頼性が高い。

また、本実施形態では、スルーカード１８に接続した状態で袋２７により電子部品１７を密閉し、スルーカード１８ごと電子部品１７を回路基板１６から取り外す構造としている。このため、システムがホットスワップに対応している場合、システムを停止することなく電子部品１７を交換できる。

更に、本実施形態では、袋２７内を減圧しているので、袋２７と電子部品１７とが密着し、袋２７と電子部品１７との間に熱伝導率が低い空気層が介在することを回避できる。このため、電子部品１７で発生した熱は素早く冷媒１２に移動し、電子部品１７を適切に冷却できる。

本願発明者らは、上述の実施形態に係る電子機器を実際に製造してその冷却能力を調べた。その結果、不活性液体中に３．５インチのハードディスクを０．３ｍの深さで浸漬した場合、ハードディスクを規格値（６０℃）以下の温度で長時間使用できることを確認した。なお、ハードディスクの消費電力は１０ｋＷであり、冷媒の温度は２５℃とした。この場合、ベンダー指定温度測定部で約３℃の温度上昇がみられた。

ところで、上述の実施形態では、図９（ａ）に示すように、袋２７の一端側をスルーカード１８の樹脂部２３に熱溶着しており、樹脂部の厚さｔを電子部品１７の厚さＴよりも小さくしている。仮に、図９（ｂ）に示すように樹脂部２３の厚さｔを電子部品１７の厚さＴよりも大きくすると、電子部品１７を高密度に配置することが困難になる。このため、スルーカード１８の樹脂部２３の厚さｔは、電子部品１７の厚さＴよりも小さくすることが好ましい。

本実施形態では、電子部品１７がハードディスクの場合について説明したが、電子部品１７はハードディスクに限定されず、ＳＳＤ（Solid State Drive）等であってもよい。また、電子部品１７は、図９（ａ）に示すように縦置きでもよく、図１０に示すように横置きでもよい。

１０…電子機器、１１…冷媒槽、１２…冷媒、１３…冷却装置、１４ａ，１４ｂ…配管、１５…ポンプ、１６…回路基板、１７…電子部品、１８…スルーカード、２１…基板、２２ａ，２２ｂ…コネクタ、２３…樹脂部、２７…袋。

Claims

冷媒を入れた冷媒槽と、
電子部品と、
前記電子部品と電気的に接続されたスルーカードと、
一端側が前記スルーカードに密着して前記電子部品を密閉する袋とを有し、
前記電子部品が前記袋内に密閉された状態で前記冷媒槽の冷媒中に浸漬されていることを特徴とする電子機器。
前記スルーカードは、
前記冷媒槽内に配置された回路基板と接続される第１のコネクタと、
前記電子部品に接続される第２のコネクタと、
前記第１のコネクタと前記第２のコネクタとの間に設けられた樹脂部とを有し、
前記袋は前記樹脂部の周囲に密着していることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
前記樹脂部の厚さが、前記電子部品の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
前記袋は筒状に形成され、一方の端部側が前記樹脂部の周囲に密着され、他方の端部側が溶着、接着剤又はクリップにより閉じられていることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
前記袋内が減圧されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子機器。
前記冷媒が電気的不活性液であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子機器。