JP3315649B2 - 電子機器 - Google Patents
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- H01L2224/4809—Loop shape
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Description
ム等で使用される電子機器に関する。
積された演算部、その演算部で処理される命令やデータ
を演算部の処理能力を落とさないように高速で動作する
キャッシュ部、そのキャッシュ部に送られる命令やデー
タを格納するメモリ部、そして、そのメモリにプログラ
ムやデータを読みだしてくる周辺機器等から構成され
る。また、演算部を複数有して並列動作するシステムに
おいては、複数の演算部からアクセス可能な共有メモリ
部を有する。特に、演算部とキャッシュ部は動作速度を
向上するために高いクロック周波数で動作しており、デ
ータの変化が多く消費電力が高くなると共に発熱量が増
大している。
強制空冷、液冷、浸漬冷却等がある。自然空冷は冷却能
力が低いために小型で発熱量の少ないコンピュータに用
いられる。強制空冷と液冷は処理能力の高いコンピュー
タに用いられる。浸漬冷却はジョセフソン素子等を用い
た実験設備的な特殊なコンピュータ等で主に利用され
る。
に演算回路の規模が大きく、複数のLSI203を搭載
したマザーボード201によって、演算回路が構成され
る。このようなマザーボードは発熱量が多いために、冷
却液で冷却される冷却プレート206によって冷却され
る。冷却プレート206には、発熱素子であるLSI2
03に対向する部分にベローズ207が設けられてお
り、このベローズ207をLSI203に接触させて冷
却を行う。この冷却プレート206に使用される冷媒
は、図示されない熱交換器により室温程度にまで冷却さ
れており、その冷媒はLSI203の熱を吸収して図示
されない熱交換器へ戻る。また、ベローズ207はLS
I203に密着するように、バネ性を有しており冷却プ
レート206をマザーボード201に対して所定の位置
へ取り付けるのみでLSI203とベローズ207との
熱的接続が可能となっている。
に、図示はしていないがマザーボード201の両面にL
SI203が搭載されており、その両面に搭載されたL
SI203を冷却するためにマザーボード201を挟む
形で2つの冷却プレート206が配置されている。この
ため、マザーボードの異常が発見されたときや、ハード
ウェアのバージョンアップに伴う交換が生じた時には、
筐体に取り付けられた冷却プレート206を取り外し、
その後マザーボード201を取り外す必要があった。
って、LSI203の処理能力の向上と共に発熱量も上
昇することになる。しかし、冷却水の流量を増加するに
は冷却プレートや配管等の耐圧性を向上する必要がある
が、限られたスペースに配置しなければならない冷却プ
レート等をこれ以上大型化することはできない。また、
冷却水の温度を室温以下に下げるとマザーボードに水滴
が付いてしまい動作不良あるいは故障の原因となってし
まう。そして、マザーボード201と冷却プレート20
6とを熱的に接続する面積はLSI203とベローズ2
07との接触面のみであるが、この面積を増加すること
は装置の構造を全く変える必要があり難しい。よって、
冷却性能を向上するにはこの接触面の熱抵抗を減らす必
要があった。そこで、ベローズ207をLSI203に
押しつける力をさらに大きくすると、LSI203やマ
ザーボード201が損傷してしまい、また、冷却プレー
ト206を取り付ける時にも大きな力が必要となり保守
性が悪くなってしまう。そこで、LSI203とベロー
ズ207との間に低融点の金属を挟み、その低融点の金
属を溶かして冷却プレートの取り付け及び取り外しを行
うことで、密着力を増加させて熱抵抗を減らしていた。
却プレートの取り付け及び取り外しの度に、マザーボー
ドと冷却プレートの間に低融点金属の溶融点よりも高い
温度のホットエアーを吹きつけるという大変な作業が必
要となり保守性が極めて悪くなっていた。一方近年の大
型コンピュータはCMOS技術の発達により図48に示
すように、放熱フィン204を用いた強制空冷が用いら
れている。図47に示すマザーボード201に記載した
演算回路と同程度の規模の回路が近年の微細加工技術に
より1チップ化し、従来では複数のマザーボードで構成
されていた演算回路がマルチチップモジュール202、
1つで構成可能となっている。しかも、回路が縮小した
ことで信号線が短くなり、より高いクロックで動作可能
となるとともに、CMOS技術特有の省電力により液冷
を用いる必要がなくなっている。このようにマザーボー
ド201当たりの演算能力が格段に上がると共に、冷却
方式を液冷から強制空冷としたことで保守性も向上して
いる。
よって、冷却プレートを設置する必要が無くなり、直接
マザーボードを交換することが可能となる。また、配管
が必要でないことから、マザーボード上で放熱フィンを
細分化することが可能となり、マザーボード上の部品の
単位であるマルチチップモジュール毎に放熱フィンを設
置することができる。これにより、マルチチップモジュ
ールに放熱フィンを取り付けたまま扱うことができるの
で、冷却プレートやマザーボードを取り外すことなく、
部品の交換を行うことが可能となった。
発達を持ってしても、回路の縮小化および回路の縮小化
に伴う高クロック動作に限界が生じてきている。特開平
1−318295で開示されるように半導体素子は低温
になればなる程反応が早くなり高クロックでの動作が可
能であることが判っており、現在必要とされている処理
性能の要求を満たすためにはこのような技術を導入せざ
るを得なくなってきている。しかし、半導体素子の冷却
技術は、一般的には自然空冷、強制空冷、液冷の3種類
が一般的であり、これらの冷却技術は半導体自体の発熱
による熱破壊を防止するために冷却する技術である。一
方浸漬冷却は、ジェセフソン素子等を冷却するのに用い
たりすることから、素子の動作温度を維持するための冷
却方法として実現されているが、保守性に問題があり通
常のコンピュータへの適用は難しい。
で動作させるための動作温度にまで冷却し、かつ、半導
体回路の動作時においてもその動作温度を維持するため
の室温以下となる冷却構造を、保守性を考慮した実用性
のある構造で提供することである。
は、マザーボードと、該マザーボードに取り付けられる
複数のマルチチップモジュールと、該マルチチップモジ
ュールに取り付けられた放熱部材と、該マルチチップモ
ジュールを冷却するために該放熱部材と接触可能な複数
の冷却部材と、該冷却部材を室温以下に冷却する冷凍装
置と、複数の該冷却部材をそれぞれ弾性部材を介して一
括して保持する冷却部材保持機構とを備え、該冷却部材
保持機構はほぼ平坦な部材からなり、該冷却部材保持機
構は該冷却部材が該放熱部材に接近し又は遠ざかるよう
にスライド機構に沿って移動可能であり、かつ、該冷却
部材保持機構は支点のまわりで回転可能であることを特
徴とする。
で冷却部材の着脱を行うことができる。これによりマザ
ーボードと冷却部材との分離が容易となり保守性を十分
に確保した冷却構造を実現することができる。また、シ
ステム構成によりマルチチップモジュールの数を増減す
る場合に、冷却部材の選択的な配置が容易に行え実用性
の高い構成となる。マルチチップモジュールの保守を行
う場合には、冷却部材保持機構をスライド機構に沿って
外側へ引き出し、ドアのように回転させると、マザーボ
ードに搭載されたマルチチップモジュールが露出され
る。
ができる。冷却部材は固定部材(例えばねじ)によって
マルチチップモジュールに取り付けられた放熱部材に固
定される。従って冷却部材は放熱部材に密着して電子素
子を確実に冷却することができ、固定部材(例えばね
じ)を釈放することで液冷特有の冷却水の漏れといった
面倒なことを考慮することなく冷却部材とマルチチップ
モジュールとを機械的に分離できる。
フローティング支持されている。従って、冷却部材を固
定部材(例えばねじ)によって放熱部材に固定する場合
に、冷却部材と放熱部材との間のずれを保証しつつ、さ
らに、冷却部材を放熱部材から引き離す時や近接させる
時に、冷却部材が複数あっても冷却部材保持機構を移動
させるだけで一度に作業することができるので、保守の
場合には冷却部材保持機構をのみを操作するだけでよ
く、マザーボードやマルチチップモジュールに対して非
常に保守性の高い冷却機構が実現できる。
口及び該冷媒出口の間に延びる冷媒通路とを有し、室温
以下の冷媒を循環させるので、効率的にマルチチップモ
ジュールを冷却する。
マザーボードに接近し又は遠ざかるように形成された可
動の部分を含む。従って、例えば単一のマルチチップモ
ジュールを保守する場合には、冷却部材保持機構の1つ
の可動の部分のみを開いて、そのマルチチップモジュー
ルを露出させることができる。マルチチップモジュール
はコネクタによってマザーボードに取り付けられ、冷却
部材保持機構の可動部分はコネクタの脱着手段と連動す
るように構成されている。こうすれば、1つのマルチチ
ップモジュールを保守する場合に、冷却部材保持機構の
1つの可動の部分のみを開いたときに、そのマルチチッ
プモジュールがマザーボードからも釈放される。
接続するための多数の接続ピンと複数の半導体チップを
取り付けた共通の基板で、他方の面には冷却部材が取り
付けられて冷却性能を有する基板からなる。このような
マルチチップモジュールは演算回路の一纒まり毎に形成
され、例えば8並列の演算回路からなるコンピュータシ
ステムを実現する場合には8つのマルチチップモジュー
ルをマザーボードに搭載することになる。
ーボードに取り付けられた複数のマルチチップモジュー
ルと、該マザーボードに取り付けられる複数の電子素子
と、該マルチチップモジュールに取り付けられた放熱部
材と、該マルチチップモジュールを冷却するために該放
熱部材と接触可能な複数の冷却部材と、該電子素子を空
冷するために該電子素子の近傍に配置される追加の冷却
部材と、該冷却部材及び該追加の冷却部材を室温以下に
冷却する冷凍装置と、該冷却部材及び該追加の冷却部材
を一括して保持する冷却部材保持機構とを備え、前記マ
ザーボード上に、該電子素子と平行なピンを配置して、
該ピンが通る穴を該追加の冷却部材又はそれと一体的な
部材に設けることで、冷却部材保持機構を移動させて該
追加の冷却部材を該電子素子の近傍に配置するときに、
該ピンがガイドの役目をし、該電子素子と該追加の冷却
部材との位置決めを行い、該追加の冷却部材又はそれと
一体的な部材と該電子素子とが接触するのを防ぐように
したことを特徴とする電子機器を提供する。
例について説明する。図1は本発明の実施例のコンピュ
ータシステム10を示す図である。コンピュータシステ
ム10は、CPU等のシステム主要部を構成する複数の
マルチチップモジュールを有する電子機器12と、その
他の周辺機器14とを含む。システム主要部を構成する
電子機器12のマルチチップモジュールは高速作動のた
めに冷却を必要とするので、電子機器12に隣接して冷
凍装置16が設けられる。
コンデンサ、及びエバポレータを含み、冷凍装置16内
の温度を室温以下の低温にするものである。冷凍装置1
6内にはタンク18及びポンプ20が配置され、冷凍装
置16内で室温以下の温度に冷却された冷媒(水)が矢
印Aによって示されるようにタンク18からポンプ20
によって電子機器12内へ送られ、電子機器12を出た
冷媒は冷凍装置16に戻され、再び冷却される。
置される。乾燥装置22はシリカゲルロータ等の乾燥又
は除湿手段を含み、乾燥空気は破線の矢印Bによって示
されるように乾燥装置22から電子機器12へ送られ、
電子機器12を出た乾燥空気冷媒は乾燥装置22に戻さ
れ、再び乾燥される。このようにして、電子機器12へ
乾燥空気を送ることにより、強く冷却される電子機器1
2の内部で結露するのを防止するようになっている。
ある。図3は図2の電子機器12の一部を示す図、図4
は図2の電子機器12の残りの一部を示す図である。図
2から図4において、電子機器12はケーシング24を
含む。ケーシング24の側壁は取り外した状態で示され
る。箱構造26がケーシング24内に配置され、フレー
ム28が箱構造26内に配置される。箱構造26はドア
26aを有する。
られ、複数の第1の電子素子32及び複数の第2の電子
素子群34がマザーボード30に取付けられる。さら
に、第1の電子素子32を冷却するための板状の冷却部
材(図6の56)を一括して保持した冷却部材保持機構
36が設けられる。冷却部材56はマルチチップモジュ
ール(第1の電子素子)32に相対して配置される。冷
却部材保持機構36は冷却部材56に接続されるホース
38を有する。また、冷却部材保持機構36は後で説明
するように第2の電子素子群34の冷却部材(図29の
114)をも保持している。
一部をなすホース40、42が箱構造26の下部に取付
けられている。ホース40、42は断熱材44で取り囲
まれている。ホース38は後で説明するマニホールドを
介してホース40、42に接続される。さらに、乾燥装
置22から延びるダクト46が箱構造26の下部に取付
けられている。
(CMOS)を共通の基板に取り付けたチップモジュー
ルからなり、このようなチップモジュールはマルチチッ
プモジュール(MCM)と呼ばれ、システム主要部とし
てCPUを構成する。第2の電子素子群34は複数の第
2の電子素子34aを含み(図29)、第2の電子素子
34aは例えばRAM用半導体チップをプリント基板に
取付けてなるものである。第1の電子素子32及び第2
の電子素子群34は同じマザーボード30に取付けられ
ている。
レーム28が箱構造26内に配置され且つ箱構造26が
ケーシング24内に配置されたときに、電源装置48は
図示しないコードによりマザーボード30に接続され、
マザーボード30を介して第1の電子素子32及び第2
の電子素子群34に電力を供給する。電源用コードを通
す穴50が図3の箱構造26に示される。電源用コード
を穴50に通し、マザーボード30に接続した後で、穴
50は密封される。
第1の電子素子32及び第2の電子素子群34を示す。
コネクタ52がマザーボード30に取付けられており、
第1の電子素子32はコネクタ52にプラグインされる
ようになっている。ヒートシンクとも呼ばれる放熱板5
4が第1の電子素子32に固定されている。板状の冷却
部材56は放熱板54に接触せしめられ、よって第1の
電子素子32を冷却することができる。冷却部材56は
冷却部材保持機構36に保持され、冷媒を通されてい
る。また、第2の電子素子群34の第2の電子素子34
aのためのコネクタ53がマザーボード30に取付けら
れている。
持機構36を示す断面図、図7は冷却部材保持機構36
を示す正面図である。冷却部材保持機構36は概略マザ
ーボード30と同様な大きさの平面的な部材であり、冷
却部材56を保持すべき位置(第1の電子素子32と対
向する位置)に冷却部材56よりもわずかに大きな開口
部36aを有する。冷却部材56は開口部36a内に配
置され、ばね58によって開口部36aの側壁に支持さ
れている。つまり、冷却部材56はフローティング状に
冷却部材保持機構36に保持され、マザーボード30と
フレーム28の対向誤差を吸収する。
放熱板54に接触せしめられる位置にくるように形成さ
れている。ホース38が冷却部材56に接続され、冷媒
が冷却部材56内部の冷媒通路を通る。好ましくは、冷
却部材56がねじ60によって放熱板54に固定される
ようになっている。従って、冷却部材56は放熱板54
に密着し、放熱板54を介して第1の電子素子32を効
果的に冷却することができる。
示す図である。図9は外側へスライドした位置にある冷
却部材保持機構36を示し、図10はスライドした後で
回転した位置にある冷却部材保持機構36を示す図であ
る。図11は図10の冷却部材保持機構36を示す平面
図である。図4、図8、図9、図10に示すように、箱
構造26内に配置されるフレーム28は両側部にスライ
ドガイド62を有し、冷却部材保持機構36はスライド
ガイド62に沿ってスライド可能なスライド部64を有
する。よって、冷却部材保持機構36は複数の冷却板部
材56とともにマザーボード30に接近し又は遠ざかる
ように移動可能である。
に接近した位置にある状態が図8に示され、冷却部材保
持機構36がマザーボード30から離れた位置にある状
態が図9に示されている。さらに、冷却部材保持機構3
6はスライド部64に設けられた支点66のまわりでド
アのように全体的に回転可能である。従って、図10及
び図11に示すように、冷却部材56及び冷却部材保持
機構36が引き出された後、冷却部材保持機構36の支
点66を中心に冷却部材56及び冷却部材保持機構36
が一括でドアのように回転し、マザーボード30全体に
対してシステム主要部の保守や交換を容易に行うことが
できる。
構36が全体的に移動する構成を示したが、図12及び
図13は冷却部材保持機構36が部分的に移動する構成
を示す。図7に示されるように、冷却部材保持機構36
は各冷却部材56を配置する開口部36aよりも少し大
きな区分された領域36Xを示す。図12及び図13は
冷却部材保持機構36の区分された領域36Xを示す。
とともにマザーボード30に接近し又は遠ざかるように
形成された可動の部分36Yを含む。可動の部分36Y
は冷却部材保持機構36の区分された領域36Xに設け
た支点68のまりわで回転可能に設けられ、図12に示
すように冷却部材56が放熱部材54に接触する位置
と、図13に示すように冷却部材56が放熱部材54か
ら離れた位置との間で移動可能である。従って、可動の
部分36Yを開くことによって、問題のある第1の電子
素子32について保守や交換を行うことができる。な
お、可動の部分36Yは第2の電子素子群34の位置に
も設けられる。
の電子素子32をマザーボード30に取り付けるコネク
タ52が示されている。コネクタ52はカム70を回転
させるによってボード30に脱着できるようになってい
る。冷却部材保持機構36の可動の部分36Yはリンク
72によってカム70に連結されており、可動の部分3
6Yを動かすとカム70が回転してコネクタ52が脱着
されるようになっている。従って、冷却部材保持機構3
6の可動の部分36Yを開くと、コネクタ52及び第1
の電子素子32を取り外すことができる。本発明では、
冷媒供給手段はホース38、40、42を介して冷却部
材56に室温以下の冷媒を供給するようになっている。
従って、第1の電子素子32は効果的に冷却され、高速
で作動することができる。冷却部材56に室温以下の冷
媒を供給することによって、低コストでシステム性能を
向上させる。好ましくは、冷媒供給手段は冷却部材56
に3℃以上で10℃以下の水を供給する。さらに好まし
くは、冷媒供給手段は冷却部材56に3℃以下の不凍液
を入れた水を供給する。
うに、箱構造26は実質的に密閉容器として形成され
る。好ましくは、箱構造26は30℃、70%RH、湿
球温度26℃以下の環境下にて水分浸入量が1g/日以
下の密閉箱である。マザーボード30と、電子素子3
2、34aと、放電部材54と、冷却部材56と、冷却
部材保持機構36とが、箱構造26内に収容される。図
14から図16においては、マザーボード30のみが代
表的に示されている。箱構造26を密閉構造とし、乾燥
空気を循環させることによって、箱構造26内の電子素
子32、34a近傍の露点を冷媒の供給温度以下にし、
電子素子32、34aが結露の影響を受けないようにす
る。
て箱構造26内に乾燥空気を供給し、箱構造26内の水
分を除去する。そして、図15に示されるように、箱構
造26は乾燥装置22から供給された空気の流れと乾燥
装置22へ戻る空気の流れを分離する仕切り壁74を含
むとよい。また、箱構造26内部にダクト46及びファ
ン76の少なくとも一方を設け、乾燥装置22からの乾
燥空気が箱構造26内にスムーズに循環するようにす
る。このようにして、箱構造26内の水分を除去し、電
子素子32、34aが水分の影響を受けないようにす
る。
分と断熱層のない部分を設ける。断熱層を設けた方が箱
構造26内の温度を低く維持できる。しかし、箱構造2
6の外側の外気温度が箱構造26の内部の空気の温度よ
りも高いと、箱構造26の外面において結露する。ま
た、箱構造26の外側の外気温度が箱構造26の内部の
温度よりも低いと、箱構造26の内部が過熱することが
ある。これらを防止するために、箱構造26の壁に部分
的に断熱層を設けるのがよい場合がある。
のみに断熱層78を設けた。これは箱構造26の下側部
分が低温になりやすいのに対応する。図15において
は、乾燥装置22からの乾燥空気の循環の下流側のみに
断熱層78を設けた。これは乾燥空気の循環の下流側が
低温になりやすいのに対応する。又、内部で空気を積極
的にかくはんすることにより箱構造内部の環境を均一化
し、乾燥装置立上げ時においては湿気がのこりやすい微
細隙間部の湿度も急速短時間で低下せしめることが可能
となる。図16においては、マザーボード30上の電子
素子32、34aの表面に対向する該箱構造の内面のみ
に輻射断熱層78を設けた。これは冷却部材56の表面
からの冷気により低温になりやすいのに対応する。
子32との間の狭い空間に発熱体80を設けた例を示す
図である。発熱体80は制御手段82によってリード線
84を介して通伝される。図18は乾燥装置22の作動
を開始してから箱構造26内の湿度の変化を示す図であ
る。曲線Pはマザーボード30と第1の電子素子32と
の間の狭い空間(例えば図17において位置P)におけ
る湿度の変化を示し、曲線Qは第1の電子素子32の周
囲の広い空間(例えば図17において位置Q)の湿度の
変化を示す。乾燥装置22の作動を開始すると、第1の
電子素子32の周囲の広い空間においては空気の流れが
大きいので湿度は比較的に早く低下するが、曲線Pはマ
ザーボード30と第1の電子素子32との間の狭い空間
においては空気の流れが小さいので湿度の低下は遅い。
従って、第1の電子素子32の冷却を行うと、第1の電
子素子32上で結露が生じる可能性がある。
22の稼働の初期の一定期間内に、電力を供給され、マ
ザーボード30と第1の電子素子32との間の狭い空間
に存在する水分を蒸発させるとともに上昇気流を生じさ
せ、マザーボード30と第1の電子素子32との間の狭
い空間の湿度を第1の電子素子32の周囲の広い空間の
湿度にできるだけ早く近づける。なお、この場合、発熱
体80を特別に設けなくてもよいが、第1の電子素子3
2を発熱体80として利用してもよい。
素子32との間の狭い空間に乾燥空気を導入する空気導
入手段86を設けた例を示す図である。空気導入手段8
6は小さなチューブとして形成され、乾燥空気は乾燥装
置22によって空気流れとして導入される。この場合に
も、乾燥装置22の稼働の初期の一定期間内に、マザー
ボード30と第1の電子素子32との間の狭い空間の湿
度を第1の電子素子32の周囲の広い空間の湿度にでき
るだけ早く近づける。
部材56aを示す平面図、図21は冷却部材56の断面
図である。冷却部材56は2つの板部材56a、56b
を重ねて、ロウ付け等により接合される。冷却部材56
は冷媒通路88、冷媒入口90、冷媒出口92を有す
る。冷媒通路88は、一つの板部材56aの表面に溝状
に設けた複数の並列な流路88aにより形成されてい
る。
4つの並列な流路88aにより形成されている。冷却部
材56の冷媒通路56は蛇行状に曲がっており、複数の
並列な流路88aは曲がり部において合流している。4
つの並列な流路88aが2往復している。これによっ
て、冷媒が冷却板56の表面に広く分布し、有効な冷却
面の面積を増大し、冷却効率を高めることができる。
部材56aの他の例を示す平面図である。この例では、
冷却部材56の冷媒通路56の2つの並列な流路88a
からなり、2つの並列な流路88aが5往復している。
図23は冷却部材56を構成する一つの板部材56aの
他の例を示す平面図である。この例では、冷却部材56
の冷媒通路56の3つの並列な流路88aからなり、3
つの並列な流路88aが3往復している。
部材56の冷媒通路56の圧力損失は冷却部材56の伝
熱面積1cm2 当たり700Pa以下であり、冷却性能
は冷却部材56の伝熱面積1cm2 当たり7623℃/
W以下である、ことが好ましい。図24は冷却部材56
及び放熱部材54の表面粗度をパラメータとした荷重と
熱抵抗との関係を示す図である。図24から分かるよう
に、表面粗さが小さくなるほど、熱抵抗は小さくなり、
放熱部材54から冷却部材56への熱の移動が容易にな
る。図24には、表面粗度が、0.025μm、0.0
5μm、0.1μm、0.2μm、0.8μmの例が示
されている。冷却部材56及び放熱部材54の表面の表
面粗度Raが中心線平均粗さで0.2μm以下であれ
ば、熱抵抗はそれほど荷重をかけなくても満足できるレ
ベルにある。
付け方法の例を示す断面図である。スペーサ94が第1
の電子素子32と放熱部材54との間に隙間を保つよう
に、マザーボード30と放熱部材54との間に配置され
る。スペーサ取付け手段96がマザーボード30に設け
られており、スペーサ取付け手段96はスペーサ94が
第1の電子素子32と放熱部材54との間に隙間を保つ
ようにスペーサ94の位置を調節可能である。放熱部材
54はスペーサ94によって定められた所定の位置で放
熱部材取付け手段98によって固定される。冷却部材5
6は上記したように放熱部材54に取付けられる。この
ようにして、冷却部材保持機構36によって一括して保
持される冷却部材56が放熱部材54に対して確実に接
触するようになっている。
2の放熱面と放熱部材54の受熱面との間に充填されて
いる。高熱伝導性材料100は第1の電子素子32の放
熱面と放熱部材54の受熱面との間の隙間を埋めるコン
パウンドである。図26は放熱部材54と冷却部材56
の取付け方法の他の例を示す断面図である。この例で
は、放熱部材54の放熱面と冷却部材56の受熱面とを
圧力をかけて接触させる加圧手段102を備えた。これ
によって、冷却部材56は放熱部材54に確実に接触
し、第1の電子素子32を有効に冷却することができ
る。実施例においては、加圧手段102は膨張可能な容
器であり、この容器に流体を注入することで容器が膨張
して冷却部材56を放熱部材54側に加圧する。加圧手
段102は冷却部材56と支持壁104との間にある。
材56の取付け方法の他の例を示す断面図である。この
例では、スペーサ94は放熱部材54に対して垂直方向
に可動である。すなわち、スペーサ94は放熱部材54
の穴に挿入されるスペーサピンとして形成され、スペー
サ94の先端はマザーボード30に設けた受け座96に
当接するようになっている。スペーサ94の先端はマザ
ーボード30に設けた受け座96に当接した状態で、第
1の電子素子32と放熱部材54との間に隙間を保つよ
うに、スペーサ94を放熱部材54に対して位置決め
し、位置決めした後スペーサ94を接着剤106によっ
て放熱部材54に固定する。
に隙間を保つためには、第1の電子素子32の放熱面に
所定の厚さのシートをのせ、その上から放熱部材54を
のせた状態でスペーサ94の位置決めを行うとよい。ス
ペーサ94を接着した後に放熱部材54をスペーサ94
とともに取り外し、第1の電子素子32の放熱面にコン
パウンドを塗布する。それから、放熱部材54をスペー
サ94とともに取り付けて、ねじ108によって固定す
る。冷却部材56はねじ60によって放熱部材54に固
定される。
aの冷却について説明する図である。CPUを構成する
第1の電子素子32の冷却は、上記したように、冷却部
材56が放熱部材54に直接に接触することによって行
われる。これに対して、RAM用の第2の電子素子34
aの冷却は、冷却部材114が第2の電子素子34aに
接触されることなく、空冷により行われる。
を示す図である。上記したように、第2の電子素子群3
4は列をなして配置された複数の第2の電子素子34a
を含み、各第2の電子素子34aはRAM用半導体チッ
プ110をプリント基板112に取付けてなるものであ
る。プリント基板112がマザーボード30に垂直に配
置され、プリント基板112の一端がマザーボード30
に取付けられる。
冷媒を供給される冷却部材114は、第2の電子素子3
4aの間に挿入される。すなわち、冷却部材114が第
2の電子素子34aの近傍に配置され、冷却空気によっ
て空冷される。第2の電子素子34aはこうして冷却さ
れ、それによって温められた空気が箱構造26内の湿度
低下効果をもたらす。
の例を示す図である。この例では、冷却部材114が第
2の電子素子34aの列(第2の電子素子群34)の実
質的に外側にあり、熱伝導体116が冷却部材114に
接続され、熱伝導体116が第2の電子素子34aの間
に挿入される。こうして、第2の電子素子34aは冷却
部材114及び熱伝導体116によって空気層を介して
冷却される。
の冷却の他の例を示す図である。この例では、冷却部材
114が第2の電子素子34aの列(第2の電子素子群
34)の実質的に外側にあり、熱伝導体116が冷却部
材114に接続され、熱伝導体116が第2の電子素子
34aの間に挿入される。図30では、冷却部材114
がマザーボード30と平行に配置されていたのに対し
て、図31及び図32では、冷却部材114がマザーボ
ード30と垂直に配置され、2つの冷却部材114が第
2の電子素子群34の両側にある。この構成によれば、
上記したように第2の電子素子34aの冷却を行うこと
ができるとともに、冷却部材114及び熱伝導体116
がある状態で、第2の電子素子34aの挿抜を行うこと
もできる。
の例を示す図である。冷却部材114及び熱伝導体11
6は図31及び図32と同様にに配置されている。この
例では、冷却部材114は第2の電子素子34aをマザ
ーボード30に設けられたコネクタに挿入するためのレ
ール118を有する。つまり、冷却部材114と第2の
電子素子34aとは図33で紙面に対して垂直な方向
(図31の紙面上で水平方向)に相対移動可能であり、
冷却部材114及び熱伝導体116を挿入及び排出する
ときや、第2の電子素子34aの挿抜を行うときに、第
2の電子素子34aの傾きを抑制して、冷却部材114
及び熱伝導体116と第2の電子素子34aとが接触す
るのを防ぐ。
の例を示す図である。この例では、冷却部材114及び
熱伝導体116が図31及び図32と同様に設けられ、
熱伝導体116中にヒートパイプが挿入されている。よ
って、第2の電子素子34aから冷却部材114への熱
移送能力を高めるようにしている。図35は第2の電子
素子34aの冷却の他の例を示す図である。冷却部材1
14及び熱伝導体116は図31及び図32と同様にに
配置されている。この例では、ピン120がマザーボー
ド30に第2の電子素子34a及び冷却部材114と平
行に設けられており、このピン120が通る穴122を
冷却部材114又はそれと一体的な部材に設けてある。
従って、冷却部材保持機構36を移動させて熱伝導体1
16を第2の電子素子34aの間に挿入するときに、ピ
ン120がガイドの役目をし、第2の電子素子34aと
冷却部材114との位置決めを行い、第2の電子素子3
4aと冷却部材114とが接触するのを防ぐようにして
いる。
の例を示す図である。冷却部材114及び熱伝導体11
6は図31及び図32と同様にに配置されている。この
例では、第2の電子素子34aのためのコネクタ53の
ラッチ機構124を工具126によって操作可能にし、
冷却部材114及び熱伝導体116がある状態で、第2
の電子素子34aの挿抜を行うことができるようにして
いる。
却部材114の構造の例を示す図である。図20及び図
21に示した冷却部材56と同様に、冷却部材114は
2つの板部材114a、114bを重ねて、ロウ付け等
により接合される。冷却部材114は冷媒通路128、
冷媒入口130、冷媒出口132を有する。冷媒通路1
28は、一つの板部材114aの表面に設けた溝として
形成されている。冷媒入口130、冷媒出口132には
ニップル134、136が取付けられる。
一つの板部材114bの外面に138で示す位置にロウ
付けされる。図38は第2の電子素子34aのための冷
却部材114の構造の他の例を示す図である。この例で
は、冷却部材114は、第1の板140aと、第2の板
140bと、第1及び第2の板の間に配置されるスペー
サ142とからなる。第1の板140aとスペーサ14
2と第2の板140bとはシールリング144を介して
密封状に互いに接合される。
置するための環状溝146及び冷媒通路を形成するため
の貫通穴148を有する。第1の板140a及び第2の
板140bは冷媒通路の一部を形成する貫通穴150
a、150bを有する。スペーサ142の貫通穴148
は環状溝146の内部に形成される。第1及び第2の板
140a、140bの貫通穴150a、150bは互い
に上下交互になっており、且つ第1の板140aとスペ
ーサ142と第2の板140bとが接合されたときに環
状溝146の内部にくるように形成される。
に、第1の板140aとスペーサ142と第2の板14
0bに対し、スペーサ142及び第3の板が組み合わせ
られる。第3の板は第1の板140a又は第2の板14
0bと基本的に同じ構造のものである。よって、第2の
板140b−スペーサ142−第1の板140a−スペ
ーサ142−第2の板140bの密着積層体を形成す
る。この積層体の積層数は変えることができる。
される。端板152は冷媒通路の一部を形成する溝15
2a、シールリング144のための環状溝152b及び
出入り口を有する。ニップル152cが出入り口に取付
けられる。この積層体の他端部には端板152と同様の
端板(図示せず)が配置される。第1の板140aとス
ペーサ142と第2の板140b(及び第3の板140
c)からなる積層体は、ボルト154によって一体化さ
れる。ボルト154は挿入穴154aに通され、ナット
(図示せず)に締着される。
ら入った冷媒は、溝152a、貫通穴150a、150
b、及び貫通穴148によって形成される冷媒通路を蛇
行状に流れることができる。さらに、図38から明らか
なように、第1及び第2の板140a、140bはスペ
ーサ142よりも大きく、第1及び第2の板140a、
140bのスペーサ142よりも外側に(前記積層体よ
りも外側に)張り出した部分は熱伝導体116として作
用する。すなわち、第1及び第2の板140a、140
b及びスペーサ142の積層体の部分は、例えば図29
から図36の冷却部材114として作用し、第1及び第
2の板140a、140bの外側張出部分は例えば図3
0から図36の熱伝導体116として作用する。
のための冷却部材114の構造の他の例を示す図であ
る。この実施例の基本的な構成は前の実施例と同様であ
る。図38及び図39の実施例ではボルト154がシー
ルリング144の外側に配置されていたのに対して、こ
の実施例ではボルト154がシールリング144の内側
に配置される。貫通穴150a、150bが一部の挿入
穴154aを兼ねることができる。
却部材114の構造の他の例を示す図である。この実施
例は図37の実施例の特徴と図38の実施例の特徴とと
を組み合わせたものである。冷却部材114は2つの板
部材114a、114bをシールリング144を介して
重ねて形成したものであり、2つの板部材114a、1
14bはボルト154により一体化される。ニップル1
34もボルト154により取付けられる。熱伝導体11
6はロウ付け138により板部材114aに固定され
る。
4を構成する板114a、114bをロウ付けにより接
合してなる構成(図37)はコンパクトであってより簡
単に製造できる。しかし、ロウ付け時に板114a、1
14bが加熱されるので、やわらかくなって変形するこ
とがある。また、ロウ付けしてあると、冷媒通路がつま
ったりした場合に、リペアすることが難しい。これに対
して、板140a、140bをシールリング144を介
して重ね合わせ、ボルト154等によって結合する構成
は、そのようなロウ付けの問題を解決することができ
る。
給手段のホース38の配置の例を示す図である。冷媒供
給用のマニホールド160Lと、冷媒排出用のマニホー
ルド162Lとが、冷却部材保持機構36の下端部に水
平に取付けられている。さらに、冷媒供給用のマニホー
ルド160Uと、冷媒排出用のマニホールド162Uと
が、冷却部材保持機構36の上端部に水平に取付けられ
ている。図2に示した冷凍装置16から延びるホース4
0、42は、これらのマニホールド160L、162
L、160U、162Uに接続されている。
14を示している。最上段の冷却部材114について
は、ホース38は上段のマニホールド160U、162
Uにほぼ垂直に接続され、ホース38は互いにパラレル
に接続されている。2段目の冷却部材56については、
ホース38は上段のマニホールド160U、162Uに
ほぼ垂直に接続され且つ冷却部材56の領域で水平に延
び、隣接する冷却部材56のホース38はシリアルに接
続されている。
38は下段のマニホールド160L、162Lにほぼ垂
直に接続され且つ冷却部材56の領域で水平に延び、隣
接する冷却部材56のホース38は互いにシリアルに接
続されている。最下段の冷却部材114については、ホ
ース38は下段のマニホールド160L、162Lにほ
ぼ垂直に接続され、隣接する冷却部材114のホース3
8は互いにパラレルに接続されている。
ス38が他の冷却部材56、114を垂直方向に跨ぐこ
とがなく、各冷却部材56、114が図12及び図13
のように水平な軸線のまわりで開閉動作されるときにホ
ース38が邪魔になることがなく、電子素子32、34
の保守や交換を容易に行うことができる。さらに、図4
4に示されるように、上段のマニホールド160U、1
62Uは段違いに配置され、下段のマニホールド160
L、162Lは段違いに配置されている。このような配
管を行うことにより、同じマニホールド160U、16
2U、160L、162Lを使用してホース38の配管
を最も簡単にでき、上記した特徴を実現できる。
給手段のホース38の配置の他の例を示す図である。こ
の例では、ホース38は、カプラ164によりマニホー
ルド160L、162Lに接続される。マニホールド及
びホースは図43のような構成であってもよい。図46
は冷却部材保持機構36での冷媒供給手段のホース38
の配置の他の例を示す図である。この例では、ホース3
8は、カプラ164によりマニホールド160に接続さ
れる。さらに、カプラ164内部にはストッパが設けら
れており、冷媒を抜くことなく、ホース38と冷却部材
とを分離することができる。
マザーボードにマルチチップモジュールを搭載するコン
ピュータを、室温以下となる冷却部材を用いて冷却する
ことで高クロック動作が可能となり、マルチチップモジ
ュールの交換を含む保守を容易に行うことができる。
図である。
る。
る。
である。
面図である。
構を示し図である。
材保持機構を示す図である。
る。
示す図である。
である。
る。
る。
発熱体を設けた例を示す図である。
度の変化を示す図である。
空間に乾燥空気を導入する空気導入手段を設けた例を示
す図である。
図である。
示す平面図である。
示す平面図である。
タとした荷重と熱抵抗との関係を示す図である。
断面図である。
示す断面図である。
示す平面図である。
る。
る。
る。
る。
る。
る。
る。
を示す図である。
の例を示す図である。
図である。
図である。
の例を示す図である。
の例を示す図である。
の配置の例を示す図である。
の配置の他の例を示す図である。
の配置の他の例を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 マザーボードと、該マザーボードに取り
付けられた複数のマルチチップモジュールと、該マルチ
チップモジュールに取り付けられた放熱部材と、該マル
チチップモジュールを冷却するために該放熱部材と接触
可能な複数の冷却部材と、該冷却部材を室温以下に冷却
する冷凍装置と、複数の該冷却部材をそれぞれ弾性部材
を介して一括して保持する冷却部材保持機構とを備え、
該冷却部材保持機構はほぼ平坦な部材からなり、該冷却
部材保持機構は該冷却部材が該放熱部材に接近し又は遠
ざかるようにスライド機構に沿って移動可能であり、か
つ、該冷却部材保持機構は支点のまわりで回転可能であ
ることを特徴とする電子機器。 - 【請求項2】 マザーボードと、該マザーボードに取り
付けられた複数のマルチチップモジュールと、該マザー
ボードに取り付けられる複数の電子素子と、該マルチチ
ップモジュールに取り付けられた放熱部材と、該マルチ
チップモジュールを冷却するために該放熱部材と接触可
能な複数の冷却部材と、該電子素子を空冷するために該
電子素子の近傍に配置される追加の冷却部材と、該冷却
部材及び該追加の冷却部材を室温以下に冷却する冷凍装
置と、該冷却部材及び該追加の冷却部材を一括して保持
する冷却部材保持機構とを備え、前記マザーボード上
に、該電子素子と平行なピンを配置して、該ピンが通る
穴を該追加の冷却部材又はそれと一体的な部材に設ける
ことで、冷却部材保持機構を移動させて該追加の冷却部
材を該電子素子の近傍に配置するときに、該ピンがガイ
ドの役目をし、該電子素子と該追加の冷却部材との位置
決めを行い、該追加の冷却部材又はそれと一体的な部材
と該電子素子とが接触するのを防ぐようにしたことを特
徴とする電子機器。
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