JP3494188B2 - 集積回路素子用冷却装置 - Google Patents

集積回路素子用冷却装置

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JP3494188B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、集積回路素子用冷却装
置に関し、特に水等の冷媒により効率的な冷却を可能に
した集積回路素子用冷却装置に関する。
【0002】近年、例えば大型電子計算機の分野におい
ては、演算速度の高速化、処理容量の大容量化に伴い、
発熱量の大きいLSI等の集積回路素子が多用されるよ
うになっている。このような集積回路素子を効率的に冷
却するためには、水等の冷媒を用いることが有効であ
り、効率的な冷却が可能で信頼性の高い集積回路素子用
冷却装置が要望されている。
【0003】
【従来の技術】従来、基板に実装された集積回路素子に
適用される冷却装置として、内部に冷媒が通る流通路を
有し、その一面には上記集積回路素子に対応して冷却エ
レメントを有するコールドプレートを備えたものが公知
である。
【0004】この冷却装置は、冷却エレメントの頂部が
集積回路素子に密着するようにして使用される。また、
冷却装置からの冷媒の漏れ出しを検知するための技術と
しては、冷却装置の下方に受皿を配置しておき、そこに
溜まった冷媒をフロー式スイッチ等により検知するよう
にしたものが採用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術によ
る場合、冷媒の漏れが発生してからこれを検知するに至
までに長期的な時間差が発生し、集積回路素子その他の
電子部品に信頼性上問題となる影響を与える可能性があ
った。
【0006】よって、本発明の目的は、冷媒の漏れを早
期にしかも確実に検知することができる集積回路素子用
冷却装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によると、基板に
実装された集積回路素子に適用される冷却装置であっ
て、内部に冷媒が通る流通路を有し、その一面には複数
集積回路素子に対応してその各集積回路素子の横に各
個が位置する複数の冷却エレメントを有するコールドプ
レートと、該冷却エレメントが上記集積回路素子に
密着するように上記コールドプレートを上記基板に固定
する該コールドプレートの外周縁部に沿う枠型形状の
ウジングと、該ハウジング内であって、前記複数の冷却
エレメントの少なくとも下方に設けられ、電気抵抗の変
化を検知することにより該ハウジング内での上記冷媒の
漏れを検知するセンサとを備えた冷却装置が提供され
る。
【0008】冷媒が水である場合には、センサとして
は、水の付着による電気抵抗の変化を検知するものを使
用可能である。以下の説明では、冷媒が水であるとす
る。集積回路素子が複数ある場合には、これに伴って冷
却エレメントを各集積回路素子に対応させて複数設ける
ことができる。
【0009】
【作用】本発明によると、水漏れを検知するセンサをハ
ウジング内に設けているので、水漏れを早期にしかも確
実に検知することができるようになる。
【0010】この作用は、集積回路素子が複数ある場合
に特に顕著である。即ち、各集積回路素子に対して複数
の冷却エレメントが設けられている場合、その内の一つ
の冷却エレメントに何らかの原因で水漏れが発生したと
きに、従来技術では水漏れ発生から検知までに長期的な
時間差が発生していたが、本発明ではセンサをハウジン
グ内に設けているので、水漏れの早期における検知が可
能になるのである。
【0011】
【実施例】以下本発明の実施例を添付図面に沿って詳細
に説明する。図1は本発明を適用可能な大型電算機のマ
ザーボードの斜視図である。マザーボード2には複数の
(図では9個の)モジュール基板4が搭載されており、
各基板4にはそれぞれ複数の集積回路素子が実装されて
いる。そして、この集積回路素子の冷却を行うために各
モジュール基板4には冷却装置6が取り付けられてい
る。
【0012】このようなマザーボードにおける漏水を検
知する技術として、マザーボード2の下部に輪郭線8で
示されるように受皿8を設けておくことについては前述
した通りである。この実施例では、漏水センサは各冷却
装置6の内部に収容されている。
【0013】図2は本発明の第1実施例を示す冷却装置
の主要部の正面図、図3は同冷却装置の断面図である。
図3によく示されるように、モジュール基板4の表面に
は複数の集積回路素子10が実装されている。
【0014】符号12は冷却体となるコールドプレート
を表しており、このコールドプレート12はその内部に
冷却水が通る流通路14を有している。また、コールド
プレート12は、その一面に集積回路素子10の各々に
対応する複数の冷却エレメント16を有している。
【0015】そして、冷却エレメント16の各々の頂部
がそれぞれ各集積回路素子10に密着するように、コー
ルドプレート12はハウジング18により基板4に固定
されている。ハウジング18は、例えば、基板4及びコ
ールドプレート12の外周縁部に沿う枠型形状のもので
ある。
【0016】流通路14は各冷却エレメント16の内部
に連通しており、流通路14内に冷却水を通すことで、
集積回路素子10に対する効率的な冷却が可能になる。
冷却エレメント16の詳細な構成例については別の実施
例で説明する。
【0017】図2によく示されるように、冷却エレメン
ト16はコールドプレート12上に複数個設けられてお
り、センサ20は冷却エレメント16の下方に位置する
ようにハウジング18内に収容されている。この実施例
では、冷媒が水であるので、センサ20としては、例え
ば、水の付着による電気抵抗の変化を検知するものを採
用可能である。
【0018】センサ20は、図3に示されるように、コ
ールドプレート12に固定される帯状の絶縁体基板22
と、この絶縁体基板22の冷却エレメント16側の面に
形成される少なくとも2本の導体パターン24とを含ん
でいる。この構成によると、導体パターン24間のイン
ピーダンスの高低によりセンサ20への水の付着を検出
することができる。
【0019】この実施例によると、センサ20をハウジ
ング18内に設けているので、従来技術による場合と比
較して漏水の発生からその検知までの時間を大幅に短縮
することができる。
【0020】図4は本発明の第2実施例を示す冷却装置
の主要部の正面図である。この実施例は、各冷却エレメ
ント16を囲むようにして配置されるセンサ20が採用
されている点で特徴付けられる。図3に示される断面構
成のセンサ20は、この第2実施例のようなセンサの配
置形態に適している。
【0021】第1実施例においては、冷却エレメント1
6からの漏水を検知するために、センサ20が冷却素子
16よりも下方に位置させておくことが要求されるの
で、冷却装置を図1の基板4に取り付けるに際して、冷
却装置の向きが限定されている。これに対して、本実施
例では、上述のようなセンサ20の配置形態が採用され
ているので、冷却装置の向きが限定されない。尚、冷却
装置の取り付けについては、ネジ等を用いた通常の方法
を用いることができる。
【0022】図5は本発明の第3実施例を示す冷却装置
の斜視図である。この実施例では、冷却装置は、前述の
センサの検知出力に基づき水漏れの有無を判定するため
の回路基板26を備えており、この回路基板26は例え
ばコールドプレート12の外面に取り付けられる。符号
28は判定出力を外部回路に供給するための信号線を表
している。
【0023】回路基板26によって実現される回路は、
例えば、センサ20(図3参照)の導体パターン24間
のインピーダンスを電圧信号に変換する手段と、この電
圧信号を予め定められた基準電圧と比較する手段とを含
む。この場合、電圧信号と基準電圧の大小関係に従って
水漏れの有無が判定される。
【0024】この実施例によると、それぞれの冷却装置
からの判定出力を集めて容易にアラーム装置等を実現す
ることができるので、マザーボード2(図1参照)にお
けるアラーム等のための配線及び接続を最小限に抑える
ことができる。
【0025】図6は本発明の第4実施例を示す冷却装置
の断面図である。符号30はコールドプレート12の基
板4側に形成された開口を表しており、開口30は集積
回路素子10の各々に対応して複数形成されている。
【0026】冷却エレメント16は、可撓性を有するベ
ローズ32と、集積回路素子10に密着する伝熱板34
とからなる。ベローズ32の第1端はフランジ36を介
してコールドプレート12に開口30にて結合されてお
り、ベローズ32の第2端は伝熱板34により閉塞され
ている。
【0027】冷却エレメント16がベローズ32を有し
ていると、集積回路素子10の実装高さのばらつき等に
かかわらず常に伝熱板34を集積回路素子10に密着さ
せることができる。この例では、流通路14内に流れる
冷却水が冷却エレメント16の内部に良好に行き渡るよ
うに、流通路14には冷却エレメント16内に突出する
仕切板38が設けられている。
【0028】そして、この冷却装置は、基板4への取り
付けの作業に際しての冷却エレメント16の基板4平面
方向における位置の確定を容易にするために、図7の
(A)に示されるようなガイドブロック40を有してい
る。ガイドブロック40は、冷却エレメント16の各々
が収容される複数の縦孔42を有しており、また、この
ガイドブロック40は、各縦孔42間を連通する横孔4
4をさらに有している。
【0029】ガイドブロック40に横孔44を設けてい
るのは、冷却エレメント16において例えばベローズ3
2で漏水が発生したときに、漏れ出した水がより早くセ
ンサ20に到達するようにするためである。
【0030】また、このようなガイドブロック40を用
いると、縦孔42の端部に段差を形成しておき、この段
差部分にフランジ36を着座させることで、各冷却エレ
メント16をそれぞれ独立にコールドプレート12に固
定することなくガイドブロック40のコールドプレート
12への取り付け作業のみによってこの冷却装置を容易
に組み立てることができる。
【0031】図6に示された例では、ガイドブロック4
0の縦孔42の途中部分に各横孔44を形成している
が、図7の(B)に示すように、ガイドブロック40の
コールドプレート12側に半割状の横孔(溝)44′を
形成しても良い。
【0032】また、横孔44′を一方向にのみ形成する
のではなく、図7の(C)に示されるように、横孔4
4′に直行する方向にさらに横孔46を形成しても良
い。図8は本発明の第5実施例を示す冷却装置の断面図
である。この実施例は、図6の第4実施例と対比して、
冷却エレメント16の途中部分にシール材48を設けて
いる点で特徴付けられる。
【0033】シール材48は、例えば、図9に示される
ように、リング状の内周部48Aとこの内周部48Aと
一体に設けられる比較的薄い外周部48Bとからなる。
シール材48の材質は例えばゴムである。
【0034】シール材48はガイドブロック40の横孔
44と集積回路素子10との間に位置しており、内周部
48Aは冷却エレメント16に密着し、外周部48Bは
ガイドブロック40の縦孔42に密着している。
【0035】このようなシール材48を各冷却エレメン
ト16とガイドブロック40の縦孔42との間に配置し
ておくことによって、最も漏水が生じやすいベローズ3
2或いはベローズ32とコールドプレート12の接合部
分で漏水が発生した場合に、集積回路素子10の被水を
防止することができる。
【0036】冷却エレメント16の伝熱板34自体にお
いては殆ど漏水が生じることがないので、シール材48
は伝熱板34に接触していることが望ましい。この場
合、シール材48の冷却エレメント16長手方向の移動
を防止するために、伝熱板34にシール材の内周部48
Aに対応する形状の溝を形成しておいても良い。
【0037】図10は本発明の第6実施例を示す冷却装
置の断面図である。この実施例は、図3の第1実施例と
対比して、センサ20とハウジング18の間に吸水性の
フィラー50を設けている点で特徴付けられる。
【0038】フィラー50は、例えば、高分子ポリマー
を用いた吸水シートである。このようなフィラー50を
採用することにより、漏水が発生したときに漏れ出した
水を一時的にフィラー50に吸収させておくことができ
るので、冷却水がモジュール外部に漏れ出してマザーボ
ード等における種々の部品を傷めることが防止される。
【0039】図11は本発明の第7実施例を示す電子計
算機等の装置の断面図である。例えば図1に示されるマ
ザーボード2をロッカ52内に収容するに際して、マザ
ーボード2を予め定められた方向に傾斜しているもので
ある。
【0040】具体的には、冷却装置6により冷却される
集積回路素子が実装されている基板4を集積回路素子の
側に傾斜されている。こうしておくことにより、冷却装
置において漏水が発生したときに、集積回路素子の
を防止することができる。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
冷媒の漏れ出しを早期にしかも確実に検知することがで
きる集積回路素子用冷却装置の提供が可能になるという
効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の冷却装置を適用可能なマザーボードの
斜視図である。
【図2】本発明の第1実施例を示す冷却装置の主要部の
正面図である。
【図3】本発明の第1実施例を示す冷却装置の断面図で
ある。
【図4】本発明の第2実施例を示す冷却装置の主要部の
正面図である。
【図5】本発明の第3実施例を示す冷却装置の斜視図で
ある。
【図6】本発明の第4実施例を示す冷却装置の断面図で
ある。
【図7】ガイドブロックの例を示す斜視図である。
【図8】本発明の第5実施例を示す冷却装置の断面図で
ある。
【図9】シール材の斜視図である。
【図10】本発明の第6実施例を示す冷却装置の断面図
である。
【図11】本発明の第7実施例を示す装置の断面図であ
る。
【符号の説明】
2 マザーボード 4 基板(モジュール基板) 6 冷却装置 10 集積回路素子 12 コールドプレート 16 冷却エレメント 18 ハウジング 20 センサ

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板に実装された集積回路素子に適用さ
    れる冷却装置であって、内部に冷媒が通る流通路を有
    し、その一面には複数の集積回路素子に対応してその各
    集積回路素子の横に各個が位置する複数の冷却エレメン
    トを有するコールドプレートと、 該冷却エレメントが上記集積回路素子に密着するよ
    うに上記コールドプレートを上記基板に固定する該コー
    ルドプレートの外周縁部に沿う枠型形状のハウジング
    と、 該ハウジング内であって、前記複数の冷却エレメントの
    少なくとも下方に設けられ、電気抵抗の変化を検知する
    ことにより該ハウジング内での上記冷媒の漏れを検知す
    るセンサとを備えた冷却装置。
  2. 【請求項2】 上記コールドプレートは、上記流通路に
    連通する開口をさらに有し、 上記冷却エレメントは、該開口にその第1端が結合され
    るベローズと、該ベローズの第2端を閉塞する伝熱板と
    からなり、 該伝熱板が上記集積回路素子に密着する請求項1に記載
    の冷却装置。
  3. 【請求項3】 上記冷媒は水であり、 上記センサは水の付着による電気抵抗の変化を検知する
    請求項1に記載の冷却装置。
  4. 【請求項4】 上記センサの検知出力に基づき水漏れの
    有無を判定するための回路基板をさらに備えた請求項1
    に記載の冷却装置。
  5. 【請求項5】 上記センサは上記複数の冷却エレメント
    を囲むように配置される請求項に記載の冷却装置。
  6. 【請求項6】 上記冷却エレメントの各々が収容される
    複数の縦孔を有するガイドブロックをさらに備え、 該ガイドブロックは上記各縦孔間を連通する横孔をさら
    に有している請求項に記載の冷却装置。
  7. 【請求項7】 上記縦孔内で上記冷却エレメントの頭部
    に対応する空間と根本部に対応する空間を隔てるシール
    材をさらに備えた請求項に記載の冷却装置。
  8. 【請求項8】 上記センサと上記ハウジングの間に設け
    られる吸水性のフィラーをさらに備えた請求項1に記載
    の冷却装置。
  9. 【請求項9】 上記基板が上記集積回路素子の側に傾斜
    して配置される請求項1に記載の冷却装置。
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