JP3755535B2

JP3755535B2 - 熱輸送デバイス

Info

Publication number: JP3755535B2
Application number: JP2005233897A
Authority: JP
Inventors: 繁男大橋; 敏夫畑田; 伸司田中
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2005-08-12
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2021-03-15
Also published as: JP2005353098A

Description

本発明は、熱輸送デバイスに係り、特に電子機器を構成する電子部品を冷却し所定の温度に保つのに好適な電子機器の冷却技術に関する。

従来の電子装置は、特許文献１〜３に記載のように、独立の金属板、もしくは、筐体の一部を構成する金属板を、発熱部材と金属筐体壁との間に介在させ、発熱部材で発生する熱を放熱部である金属筐体壁まで熱伝導により輸送して放熱している。また、特許文献４に記載のように、金属筐体壁面にヒ−トパイプを形成し、発熱部材を熱的に金属筐体壁と接続することによって、発熱部材で発生する熱を金属筐体壁で放熱している。

特開昭６３−２５０９００号公報特開平３−２５５６９７号公報実開平５−２９１５３号公報特開昭５５−７１０９２号公報

上記従来例で、特許文献１〜３の例では、発熱部材から金属筐体壁までの伝熱経路が、筐体壁の厚さ１ｍｍ前後の薄い断面でしかないので効率よく熱伝導されない。したがって、発熱量の増大に十分対応することができなかった。また、部品配列によっては、必ずしも、金属筐体壁までが短い伝導距離にあるとは限らない。そのため、発熱部材を筐体近辺に配置するなど、部品配列あるいは筐体構造が制限されていた。一方、高性能が要求される電子機器などにおいて、発熱部材を含む部品配列は、電子回路の高速化に起因する配線長さなどの関係で、性能に大きな影響を及ぼす。したがって、従来例では、電子機器のコンパクト化、高性能化が妨げられていた。また、特許文献４の例においても同様に、発熱部材を直接、金属筐体壁に接続しなければならず、発熱部材を含む部品配列あるいは筐体構造が制限されていた。そのため、最適な部品配列を得ることを優先させた場合、発熱部材に個別に放熱フィンを設置する等の方策が必要となり、筐体が大きくならざるを得なかった。

本発明は、発熱する電子部品が他の部材とともに狭い空間内に搭載された電子機器であっても、部品配列に左右されずに、発熱部品で発生する熱を放熱部まで効果的に輸送することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明は、内部に複数の半導体素子が搭載された配線基板を収容するとともに該配線基板の上側にキーボードを配してなる本体と、該本体の一側縁に該本体に対して開閉可能に連結されてなる表示装置を備えた電子機器に用いられる熱輸送デバイスを、前記複数の半導体素子のいずれかひとつの発熱部品に接続されて内部に通流する冷却液に発熱部品の発生熱を伝える受熱部と、前記表示装置の背面の内面に設置され、前記受熱部で発熱部品の発生熱を吸熱した冷却液を通流して前記表示装置の背面に熱拡散して前記冷却液の放熱をおこなう放熱部と、前記受熱部と前記放熱部との間で前記冷却液が循環するように前記受熱部を前記放熱部に接続するフレキシブルチューブにより構成した。これにより、前記放熱部と前記受熱部は、前記電子機器の部品配置に左右されず接続されるか、あるいは、前記放熱部と前記受熱部は、前記表示装置の開閉により相対的に位置変位可能に接続するようにした。

すなわち、本発明の熱輸送デバイスによれば、発熱部品である電子部品に接触させて取り付けられる受熱部と、電子機器に一体的に取り付けられる放熱部とを液循環流路で連結して冷却液を循環させるようにしているから、非常に狭い筐体内に多数の部品が実装された状態においても、部品配列に左右されることなく、発熱電子部品と放熱部とを容易に連結できるとともに、冷却液を循環させることにより高効率で受熱部の熱を放熱部に輸送することができる。

本発明によれば、発熱する電子部品が他の部材とともに狭い空間内に搭載された電子機器であっても、部品配列に左右されずに、発熱部品で発生する熱を放熱部まで効果的に輸送することができる。

以下、本発明のいくつかの実施例を、図面を参照して説明する。図１に、本発明の第１の実施例を示す。図示のように、電子機器は、複数の半導体素子を搭載した配線基板２、キ−ボード４、ディスク装置６、表示装置８などからなり、金属製の筐体１０の中に収容されている。配線基板２に搭載された半導体素子のうち、発熱量の特に大きい半導体素子１２は、受熱部である受熱ヘッダ１４、放熱部である放熱ヘッダ１６、液循環流路であるフレキシブルチューブ１８等で構成される熱輸送デバイスによって冷却される。図示したように、半導体素子１２と受熱ヘッダ１４とはサ−マルコンパウンド、あるいは、高熱伝導シリコンゴムなどを挟んで接触させ、半導体素子１２で発生する熱を効率よく受熱ヘッダ１４に伝える。さらに、半導体素子１２に接続された受熱ヘッダ１４はフレキシブルチューブ１８によって、表示装置８の背面部の筐体壁に設置された放熱ヘッダ１６に接続されている。放熱ヘッダ１６は、サ−マルコンパウンド、あるいは、高熱伝導シリコンゴムを介して、もしくは、直接ねじ２０止めなどの手段によって金属製筐体壁と熱的かつ物理的に取り付けられる。

受熱ヘッダ１４、放熱ヘッダ１６の内部には流路が形成され、液体が封入されている。さらに、放熱ヘッダ１６の内部には液駆動装置が組み込まれており、受熱ヘッダ１４と放熱ヘッダ１６との間で液が駆動される。液体の駆動は、両者間での往復動、あるいは、循環による。受熱ヘッダ１４と放熱ヘッダ１６間はフレキシブルチュ−ブによって接続されるので、非常に狭い筐体内に多数の部品が実装された状態においても、実装構造に左右されることなく、高発熱半導体素子と放熱部である筐体壁とが容易に接続できるとともに、熱輸送が液の駆動によって行われるので、高発熱半導体素子で発生する熱は、効果的に放熱ヘッダに輸送される。放熱部においては、放熱ヘッダと金属製筐体壁とが熱的に接続されているので、金属製筐体の高い熱伝導率のために熱が広く筐体壁に拡散され高い放熱性能が得られる。したがって、効率的に半導体素子を冷却することができる。

図２に、図１で用いている熱輸送デバイスの詳細を示す。受熱ヘッダ１４、放熱ヘッダ１６の内部にはフィンが設けられており、液流路を形成するとともにヘッダ壁より内部の液体に効率よく熱を伝える。さらに、放熱ヘッダ１６は、内部に液駆動機構を内蔵している。受熱ヘッダ１４は、半導体素子１２などの発熱部材（発熱部材１ともいう）の大きさに応じて任意の大きさに設定でき、発熱部材１に接触などの手段によって熱的に接続される。また、金属板（銅、アルミなど）に金属パイプを溶接した構造であってもよい。一方、放熱ヘッダ内部の液駆動機構は、一例として、流路の一部をシリンダ２２としピストン２４をモータ２６及びリンク機構２８によって往復駆動させる機構を示した。放熱ヘッダ１６は、金属製の筐体１０の壁に取り付けられるが、取付け構造として筐体壁にネジ止め用のボス３０をダイカスト成型時に一体で形成してもよい。また、受熱ヘッダ１４と放熱ヘッダ１６を接続するフレキシブルチューブ１８は、樹脂製でよく内径２ｍｍ前後のものを用いる。したがって、受熱ヘッダ１４、放熱ヘッダ１６とも薄型化が可能で、狭い空間に実装された高発熱半導体素子であっても効果的に冷却できる。

図３に本発明の第２の実施例を示す。本実施例においては、放熱ヘッダ１６の取付けられる金属製筐体１０のうち表示部側の筐体の内側にフィン３２ａ，３２ｂが一体成型で設けられている。フィン３２ａの高さは、放熱ヘッダ１６の厚さと同程度で、表示器の取り付けに支障をきたさないようにする。また、互いに直角方向にフィンを設けることによって筐体に高い剛性を持たせることができる。ただし、機器使用時において、水平方向になるフィン３２ｂは、鉛直方向のフィン３２ａよりも高さを低くし、自然対流による上昇空気の流動を妨げないようにしている。さらに、筐体に空気孔３４を設け自然対流放熱を促進している。

図４に本発明の第３の実施例を示す。本実施例においては、熱輸送デバイスを構成する放熱ヘッダの流路３６が、金属製筐体１０の壁面に金属筐体成型時にダイカストによる一体成型で直接形成されている。放熱ヘッダの流路３６は、フレキシブルチューブ１８と接続されたフタ３８によって密閉され、発熱半導体素子に取り付けられる受熱ヘッダ１４と放熱ヘッダの流路３６との間で、フレキシブルチューブ１８を介して別途設けられる液駆動装置４０によって液体が駆動される。液体の駆動は、小型ポンプによる液循環、もしくは、図２で一例として示した液駆動機構が用いられる。本実施例によれば、放熱ヘッダと放熱面である金属製筐体壁面との接触熱抵抗がなくなるので効果的な放熱ができるとともに、放熱ヘッダの流路が金属筐体成型時にダイカストによる一体成型で形成されるため複雑な流路構造の形成も可能である。

図５に本発明の第４の実施例を示す。本実施例においては、熱輸送デバイスを構成する放熱部が金属製のパイプ４２であって、金属製筐体１０に直接取付けられる。金属製パイプ４２は、フレキシブルチューブ１８にコネクタ４４ａ，４４ｂによって接続され、発熱半導体素子に取り付けられる受熱ヘッダと金属製パイプ４２との間で、フレキシブルチューブ１８を介して別途設けられる液駆動装置によって液体が駆動される。なお、金属製パイプは、フレキシブルチュ−ブと同程度の内径（２ｍｍ前後）のものをもちいる。一方、筐体壁には、Ｕ字状の溝部４６が一体成型で設けられており、金属製パイプをこのＵ字状の溝部４６に嵌め込むことによって、特に、溶接などの手段によらなくても効率良く熱的に接続することが可能である。本実施例によれば、放熱部と金属製筐体とが金属製パイプによる線状の接触であっても、金属製筐体の高い熱伝導率のために熱が広く筐体壁に拡散されるとともに、簡単な構造で筐体壁全面に液流路を構成する金属製パイプを設置することも可能で、筐体壁の広い面積を有効に放熱面として利用できる。このため、高い放熱性能が得られる。

本発明の第１の実施例の斜視図。図１の実施例の詳細斜視図。本発明の第２の実施例の斜視図。本発明の第３の実施例の構成説明図。本発明の第４の実施例の斜視図。

符号の説明

２…配線基板、４…キ−ボード、６…ディスク装置、８…表示装置、１０…金属製筐体、１２…半導体素子発熱部材、１４…受熱ヘッダ、１６…放熱ヘッダ、１８…フレキシブルチューブ、２０…ねじ、２２…シリンダ、２４…ピストン、２６…モータ、２８…リンク機構、３０…ボス、３２ａ，３２ｂ…フィン、３４…空気孔、３６…流路、３８…フタ、４０…液駆動装置、４２…金属製パイプ、４４ａ，４４ｂ…コネクタ、４６…Ｕ字状の溝部。

Claims

内部に複数の半導体素子が搭載された配線基板を収容するとともに該配線基板の上側にキーボードを配してなる本体と、該本体の一側縁に該本体に対して開閉可能に連結されてなる表示装置を備えた電子機器に用いられる熱輸送デバイスにおいて、
前記複数の半導体素子のいずれかひとつの発熱部品に接続されて内部に通流する冷却液に発熱部品の発生熱を伝える受熱部と、
前記表示装置の背面の内面に設置され、前記受熱部で発熱部品の発生熱を吸熱した冷却液を通流して前記表示装置の背面に熱拡散して前記冷却液の放熱をおこなう放熱部と、
前記受熱部と前記放熱部との間で前記冷却液が循環するように前記受熱部を前記放熱部に接続するフレキシブルチューブを備え、
前記放熱部と前記受熱部は、前記フレキシブルチューブを介して前記電子機器の部品配置に左右されず接続されることを特徴とする熱輸送デバイス。
内部に複数の半導体素子が搭載された配線基板を収容するとともに該配線基板の上側にキーボードを配してなる本体と、該本体の一側縁に該本体に対して開閉可能に連結されてなる表示装置を備えた電子機器に用いられる熱輸送デバイスにおいて、
前記複数の半導体素子のいずれかひとつの発熱部品に接続されて内部に通流する冷却液に発熱部品の発生熱を伝える受熱部と、
前記表示装置の背面の内面に設置され、前記受熱部で発熱部品の発生熱を吸熱した冷却液を通流して前記表示装置の背面に熱拡散して前記冷却液の放熱をおこなう放熱部と、
前記受熱部と前記放熱部との間で前記冷却液が循環するように前記受熱部を前記放熱部に接続するフレキシブルチューブを備え、
前記放熱部と前記受熱部は、前記フレキシブルチューブを介して前記表示装置の開閉により相対的に位置変位可能に接続すること特徴とする熱輸送デバイス。