JP3947797B2

JP3947797B2 - 三次元実装型放熱モジュール

Info

Publication number: JP3947797B2
Application number: JP15275997A
Authority: JP
Inventors: 久輝赤地
Original assignee: アクトロニクス株式会社
Priority date: 1997-05-08
Filing date: 1997-05-08
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2017-05-08
Also published as: JPH10306990A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は機器筐体内に配設される多数の発熱体を冷却する為の放熱器の構造に関するものであり、特に多数の発熱体が小単位ユニット毎に搭載された小型放熱器により個別に冷却したり、またこの小型放熱器が立体的に構築されたユニット毎に冷却したりする小型放熱器である放熱モジュールの新規な構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の機器内における多数の発熱体の冷却には、それらの発熱体を共通のコールドプレート上または共通の大型ヒートシンク上に実装して冷却する一括冷却方式が採られることが最も普遍的であり、この方式は冷却システムの簡素化と実装コスト低減の為に大きな効果がある。図７は従来の一括冷却方式の放熱手段の１例を示す側面略図である。２１はピン群型のヒートシンクであり、２２はコールドプレート、２３は発熱部品群である。発熱部品群２３の発熱熱量は、コールドプレート２２により一括して吸収され、ヒートシンク２１を介して冷却対流７の中に一括放熱される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
然し半導体応用技術の近来の進展により、機器が大幅に小型化され、機器内の部品実装が高密度化され、機器内の温度上昇傾向が高まり、機器内発熱体の冷却は重要な課題となりつつあり、上述の如き従来の一括冷却方式では機器内高温化対策は不十分になりつつある。従来方式の冷却手段において課題となっている問題点は以下の通りである。
（１）実装部品の中には小型大発熱量の部品の多くが混在するようになり従来の一括冷却方式では、冷却不十分となる部品やその反面一部部品では過冷却となる部品も発生する。即ち小型大発熱量の部品を十分に冷却する為には従来方式では放熱器全体として冷却効率が低下し、また放熱部の全容積が過大となる。
（２）一括冷却方式では冷却対流の流体温度が下流側に至る程温度上昇することは避けられず、また冷却対流は圧力損失に下流側に至る程流速が低下することも避けられない。従って上流側部品と下流側部品の間に冷却効果の差異に依る大きな温度差が発生し、機器内実装密度が高くなるにつれてこの温度差の低減の要望が強くなった。
（３）機器内の小型複雑化により、一括冷却方式では新鮮対流の適正な導入流路や廃棄対流の適正な排出流路の形成が困難となり、機器内の温度分布が非適切となる例が増加しつつある。
（４）機器の小型複雑化と共に実装設計の自由度が低下し、また小型になった機器の内容積に比較して一括冷却方式ではコールドプレート等の冷却手段の容積が過大となり、実装部品及び発熱体及びその冷却手段等の機器内における配置の最適化が極めて困難となりつつある。
（５）機器の小型複雑化と共に実装設計の多様化も進展し、立体的な実装の必要性が増加しつつあり、放熱器も従来の一括冷却方式では冷却困難な例が増加しつつある。これに対応するために個別放熱器の三次元的配設の必要性が強まりつつある。
【０００４】
【問題点を解決する為の手段】
前項で説明した問題点発生要因から、問題点を解決する為の手段としては発熱体毎の個別冷却方式を採り、放熱器個別に適切な冷却容積を与えることにより放熱部が全体として占める総容積を縮小することが望まれる。また一括冷却方式に対しては一般的には不利となる発熱体一個あたりの放熱部容積を可能な限り縮小することが望まれる。然し他の一面として個別の放熱器としての製造コストを低減させる為には可能な限り設計を標準化して放熱器の種類を少なく押さえることが望まれる。更に個別冷却化により分散配置される小型放熱器の放熱の為に、導入または排出される対流流路の総容積が拡大することを出来るだけ防ぐことが望まれる。これらの二律背反する要望を満足せしめる為には、実装技術上のブレークスルーが必要となる。
【０００５】
実装技術上のブレークスルーの手段としては放熱部を２個〜４個の発熱体の共用として、小単位ユニット即ち放熱モジュールを構成し、放熱モジュール毎の個別冷却方式を採り、その容積の縮小を図ると共に、放熱部は放熱器の中心部に配置し冷却対流はこの中心部を流すように構成することにより冷却効率を改善する発想が得られた。更に従来の平面的放熱部実装から、三次元組立てが可能で立体的実装化が可能な構造に変更してスペースファクタを改善すると共に実装自由度を大きくする発想が得られた。これらの発想の導入により本発明の放熱モジュールは次の如き構造となった。
【０００６】
機器筐体内に配設される多数の発熱体を４個以下の小ユニットを一単位として小型放熱器に搭載して冷却する小単位ユニット毎の個別冷却方式の単位放熱器として適用されるか、この小型放熱器の所定の個数が三次元的に組合わせ構築されたユニット型放熱器に発熱体群を搭載して冷却するユニット冷却方式の単位放熱器として適用されるか、何れかの冷却方式の単位放熱器として適用される放熱モジュールの構造であって、放熱モジュールはピン群、プレートフィン群、リボン状プレートヒートパイプの蛇行フィン等の放熱フィン群が六面体形状に並列集合せしめられて構成された空冷放熱部が中心に配置されて、放熱モジュール全体が六面体に構成されてあり、それ自身４面以下の数の複数面に発熱体を三次元実装することが可能な小型放熱器であって、この六面体放熱モジュール内を冷却対流がフィン群に直交して通流する対流吸入口面と対流排出口面の、二面を除く残余の四面の中の所定の面には、夫々に冷却対象となる発熱体が搭載されるべき、熱拡散性能の良好な金属からなる受熱平板が、空冷放熱部の外表面と熱伝導性良好な手段で接合一体化されて配設されてあり、これらの受熱平板の中の所定の受熱平板の、冷却対流の流れに平行な側の両端縁の所定の部分は接合面より外側に延長拡大せしめられてあり、この延長拡大部分には隣接して連結接続される他の放熱モジュールの受熱板の延長拡大部分と、相互に着脱自在に三次元的に連結接続することの可能な連結手段が設けられてあることを特徴とする三次元実装型の放熱モジュール。
【０００７】
図１は本発明の小型放熱器である放熱モジュールの基本構造及び第１実施例を説明する斜視図である。１は空冷放熱部であってピン群、プレートフィン群、リボン状プレートヒートパイプの蛇行フィン群等の放熱フィン群の並列集合体で六面体に構成されてあり、放熱モジュールの中心部に配置されてある。２−１、２−２は受熱平板であって夫々に発熱体３−１、３−２が搭載される。受熱平板２−１、２−２は夫々にフィン群外部表面４−１、４−２と伝熱性良好な手段で接合一体化されてある。５−１、５−２は受熱平板２−１、２−２の延長拡大部で、隣接する他の放熱モジュールとの連結手段６が設けられてある。７は冷却用対流であって空冷放熱部１の内部を通流している。
【０００８】
【作用】
以上の如き本発明の放熱モジュールの構成は以下の如く作用する。
（１）空冷放熱部１の放熱効率が大幅に向上し、発熱体３の群を冷却する為のシステムが全体として小容積化される。
本発明の基礎となる重要な構成要素は空冷放熱部１が形成する六面体の外表面４−１、４−２の夫々に発熱体３−１、３−２が搭載された受熱平板２−１、２−２が接合一体化されて六面体の放熱モジュールが構成されてある点である。従来の放熱構造の如く受熱平板２−１のみから熱量が供給される場合はフィン群１の根本では熱抵抗はゼロであり先端部に近い程熱抵抗は増大する。即ちフィン温度は根本では最高となり、先端部において最低となる。この点は換言するとフィン群１が最も有効に利用されている部分は根本部分であって先端部に近付くに従って無効利用の割合が増加していることになる。本発明の構成ではフィン群１の先端部分には受熱平板２−２が接合されてこの部分からも熱量が供給される。この熱量はフィン群１の無効利用部分を有効に活用して放熱作用を発揮する。フィン効率６０％のフィン群１に本発明を実施し、二倍の熱入力を与えた場合場合はフィン群１は１００％有効に利用されて放熱能力の不足は２０％のみとなる。即ち本発明の構成を実施した場合はフィン群１を増設または拡大しないでも僅かな温度上昇のみで二倍の放熱能力を与えることが可能となる。
【０００９】
（２）蛇行細管ヒートパイプ技術の有効な応用が可能になり、それに依り放熱モジュールに搭載可能な発熱体３が増加し、放熱効率が更に向上し、発熱体３の群を冷却する為のシステムが全体として更に小容積化される。
空冷放熱部１が図１の如く蛇行細径トンネルヒートパイプを内蔵したリボン状プレートヒートパイプの蛇行成形フィン群で形成されてある場合、プレートヒートパイプは蛇行フィンの両先端のターン部だけでなく側面プレート部も良好な熱量輸送性能があるから、受熱平板は２−１、２−２だけでなく側面部にも受熱平板２−３、２−４及び発熱体３−３、３−４を設けることが出来る。図３にはそのような放熱モジュールの適用状態を略図で示してある。この場合は放熱モジュールには１個の空冷放熱部１に３個、または４個の発熱体を搭載することが可能となり、空冷放熱部１の利用効率は更に向上する。また３面に３個の発熱体を設けた放熱モジュールは三相電源配線に対応する発熱体の実装に適用する場合に便利である。またこのような蛇行成形フィン群を空冷放熱部１とした放熱モジュールはヒートパイプであるにも拘らず如何なる保持姿勢でも性能が変化しない特性を有するから三次元組立のユニット組み立てに際し、如何なる姿勢に組み合わせることも可能な優れた特性を有する。
【００１０】
従来多数の発熱体を一括冷却する方式の大型大容量のヒートシンクで両面に発熱体を搭載したものがあるが適用目的は本発明とは全く異なるものであり、またこのような顕著な放熱効果の改善が得られるものではなかった。本発明の放熱モジュールは小ユニットの個別冷却方式の放熱器における受熱平板２枚〜４枚と放熱フィン部１個を立体化接合する構造のものであり、このような小型放熱器の構造は、従来は全く着眼されなかった新規な構造である。
【００１１】
（３）放熱モジュールはそれ自身冷却風洞としての機能を併有するので冷却効率を向上せしめると共に冷却風洞の配設スペースが小容積化される。
空冷放熱部１の端面が受熱平板２−１、２−２等により閉鎖された本発明の放熱モジュールは内部を流れる冷却対流が外部に散逸することが極めて少ないので、冷却対流とフィン群の熱交換効率が高い点に大きな特徴がある。特にフィン群が図１の如くプレートフィン群である場合は放熱モジュールはフィン側面と受熱平板とにより四周が閉鎖され、小断面形状の風洞としての機能を発揮し、冷却対流の散逸に因る冷却効率の損失は殆どゼロになる。またフィン群１がピンフィンである場合は、受熱平板２−１、２−２の延長拡大部分５−１、５−２の端縁を薄肉平板で相互に連結して、四面を完全閉鎖することに依り、放熱モジュールは完全な小断面形状の風洞を具備した小型放熱器となる。このような構造の放熱モジュールは夫々に小型のファンを取りつけて夫々個別単独の放熱装置として適用することも可能である。
【００１２】
（４）この様に小断面形状の風洞としての機能を併有する本発明の放熱モジュールは小断面形状の風洞と密閉連結することが可能である。このことに依り機器筐体の外部から小断面形状の風洞を介して放熱モジュール内に新鮮対流を直接導入することが可能となり、また熱交換を完了した対流排気を小断面形状の風洞を介して放熱モジュール内から直接機器筐体の外部雰囲気中に廃棄することを可能ならしめる。このことは発熱体は筐体内に、空冷放熱部は風洞内に、完全分離されることを意味し、冷却対流の冷却効率を上昇せしめると共に放熱器の放熱部から散逸する廃熱に因る機器内の他の実装部品の予期せぬ温度上昇の発生を防ぎ、機器及び機器内実装部品の信頼性を向上せしめる。
【００１３】
この場合の小断面形状風洞内に配設する強制対流用小型冷却ファンの機器筐体に対する相対的配設位置は必ずしも機器内である必要はなく、小断面形状風洞の対流排出口または吸入口における機器筐体壁面に配設してファンの保守を容易ならしめることが出来る。この点は機器の保守点検を容易ならしめ機器管理上極めて大きな利点となる。またこの場合の小断面形状の風洞には必ずしも夫々に小型ファンを配設する必要はなく、またその取り付け位置は機器筐体の筐体壁面の内外何れに設けても良く、更にまた機器の筐体壁面の内外を含む所定の位置に設けられた、大型強力ファンを内蔵する整流室にて、対流廃気の排出用小断面形状風洞群、または外気導入用小断面形状風洞群の端末を合流せしめ、一括して排気または吸気を実施することも出来る。
【００１４】
（５）このような本発明の放熱モジュールに連結される小断面形状の風洞は細い断面形状とすることが出来るから、コルゲート型風洞の如き可撓性風洞を適用することが可能であり、このことは機器筐体内における実装設計上の自由度が高くなる利点があると共に高密度実装を容易ならしめる利点もある。
【００１５】
（６）本発明の放熱モジュールはその外面に発熱体を搭載し、その風冷放熱部は放熱モジュールが形成する小断面形状の風洞内に配置されるから、この放熱モジュールと対流吸入用小断面形状風洞及び対流排出用小断面形状風洞との連結接合を気密に実施することに依り、機器筐体内全体を完全気密に構成して発熱体の放熱を実施することが出来る。このことは機器筐体内を常に清浄に維持し、筐体内の実装部品の信頼性を大幅に向上せしめる。
【００１６】
（７）放熱モジュールの空冷放熱部１を比較的大型の自然空冷放熱部１として形成し、従って自ら比較的大型となった放熱モジュールの風洞とこれと気密に連結される対流吸入用風洞及び対流排出用風洞の全てを密閉筐体内において直列かつ垂直に保持された風洞連結体として構成して、密閉機器筐体内の床面壁から天井壁面を貫通連結して図３に例示の如く外気が貫流する風洞として配設される場合は、放熱モジュールが形成する風洞の外側面に相当する受熱平板２−１、２−２、２−３、２−４等に搭載された発熱体３−１、３−２、３−３、３−４等は風洞連結体内側面が総合的に発揮する煙突効果に依り強力に自然空冷される。密閉筐体内における発熱体の自然空冷の実施は、従来極めて困難とされ殆ど不可能であるとされてきた。然し本発明を上述の如く実施することに依りこの極めて困難な課題を完全に解決することになる。
【００１７】
（８）本発明の放熱モジュールの他の重要な構成要素としては図１の如く受熱平板２−１、２−２の延長拡大部５−１、５−２、５−３、５−４に設けられた他の隣接する放熱モジュールとの連結手段６がある。これは図２に例示の如く放熱モジュールの所定の個数を所定の三次元構造体として自在に組み立てて、所望する形状の所望する冷却容量の放熱体に構築することを可能にする。この放熱モジュールは図１の如く空冷放熱部１を蛇行細径トンネルヒートパイプを内蔵したリボン状プレートヒートパイプのサーペンタイン曲げ加工により形成されたフィン群で構成する場合は如何なる保持姿勢でも性能が変化しない特性が与えられ、ヒートパイプ方式としては最も優れた放熱モジュールとなる。この如何なる姿勢でも性能が悪化しない特性はヒートパイプ方式であるにも拘らず三次元実装を可能にする。三次元実装は機器筐体内における、発熱体群及び放熱器群の実装上のスペースファクタを大いに改善せしめる。
【００１８】
【実施例】
［第一実施例］図１は本発明の放熱モジュールの第一実施例を斜視図で示してある。受熱平板２−１、２−２は冷却対流７の流れ方向に平行な且つ対向する二面に設けられてあり、更にこの対向する二枚の受熱平板２−１、２−２の受熱部の大きさは並列配置された放熱フィン群即ち空冷放熱部１の両端末が形成する二平面の大きさであることを特徴とし、他の隣接する放熱モジュールと三次元的に連結接続する手段としては、それら二面の受熱平板２−１、２−２の冷却対流７の流れ方向に平行する両側端縁が冷却対流７の流れ方向に直交する方向に所定の長さだけ延長拡大されてあり、その延長拡大部５−１、５−２、５−３、５−４には、フィン群が接合されてある面を内側と称した場合の内側方向または外側方向に直角の曲げ加工が施されてあり、この曲げ加工により受熱面に直交する平面となった部分に、他の隣接する放熱モジュールの受熱平板の延長拡大部分と相互に着脱自在に三次元的に連結接続する為の貫通孔６が設けられてあることを特徴としている。それらの構成の作用及び各部の作用の詳細については前述の作用の項で詳細に述べたので省略する。
【００１９】
図２は隣接する放熱モジュール１と相互に連結し三次元組立て実装を実施した本実施例の適用例の一例を示す略図である。本適用例は３個の放熱モジュール１を受熱平板２の延長拡大部５の貫通孔６を利用して連結してある。図では発熱体３−１、３−２、３−３が３枚の受熱平板２で形成される配線スペース１５の中で対向せしめられてある。このような配設はこれらの発熱体が三相配線で相互に近接して配設することが望まれるＩＧＢＴに適用して有効である。発熱体３−４、３−５、３−６としてはこの様な近接配置の必要のない発熱体が搭載される。この適用例では従来の平面実装の３個分の実装面積に６個の発熱体を実装することを可能にしている。
この様に本発明の放熱モジュールの立体実装はスペースファクタを大幅に改善すると共に、機器の特徴に応じた最適実装を可能にする。
【００２０】
［第二実施例］図３は本発明の放熱モジュールの第二実施例の説明の側面図である。本実施例の放熱モジュールは図の如く空冷放熱部１は蛇行細径トンネルヒートパイプを内蔵したリボン状プレートヒートパイプの蛇行フィン群で構成されてあり、受熱平板２−１、２−２、２−３、２−４はその四面接合配設されてあることを特徴としている。この受熱平板の配設は三相電気配線の都合で３面に接合する場合もある。３−１、３−２、３−３、３−４は受熱平板の夫々に搭載された発熱体である。発熱体３は受熱平板２の夫々に１個を搭載することに限定するものではなく、複数個が搭載されても良く、また異品種部品が搭載されても良い。この場合は蛇行細径トンネルヒートパイプの作用に依り、通常のヒートパイプ方式では全く得られない性能である如何なる保持姿勢でも性能が変化しないという優れた特性が与えられた放熱モジュールとなる。この如何なる姿勢でも性能が悪化しない特性はヒートパイプ方式であるにも拘らず三次元組立てのユニット構成を容易にする。
この実施例においては受熱平板２−１、２−２、２−３、２−４とプレートヒートパイプ空冷放熱部の外側面とで覆われた角管状部分は完全な密閉状態の風洞となり、空冷放熱部１の内部を通過する対流を散逸せしめることが全く無いので放熱モジュールの放熱効率は極めて良好になる。
【００２１】
［第三実施例］図４、図５は夫々本発明放熱モジュールの第三実施例を説明する筐体内部構造の略図であり、図４は冷却システムが強制対流放熱の場合の実施例図、図５は冷却システムが自然対流放熱の場合の実施例図である。
各放熱モジュールの冷却対流導入口８及び廃気対流排出口９は夫々に冷却対流導入風洞１０及び廃気対流排出風洞１１と気密に連結されて延長されてあり、夫々の風洞の他の端末は機器筐体の壁面の所定の部分に設けられた所定の構造の冷却対流導入口８及び廃気対流排出口９に連結されてあり、冷却システムが強制対流方式である場合には夫々の風洞の冷却対流導入口８及び、または廃気対流排出口９における機器筐体壁面若しくは風洞端末には対流発生用ファン１２が配設されてあり、冷却システムが自然対流方式である場合は放熱モジュール１と各延長風洞１０、１１、１１−１との連結体は垂直に保持されその開口部は筐体天井壁面１３−１と筐体床壁面１３−２に設けられてあることを特徴としている。
【００２２】
図４における７−１はファン１２により発生される強制対流であって、小型断面形状の冷却対流導入風洞１０を通過し、放熱モジュール１に導入されて発熱体３を冷却し、廃気対流排出風洞１１を通過して外部雰囲気中に熱量を廃棄する。この間に対流は機器筐体内に散逸することが全く無い。従って機器筐体は密閉筐体とすることが可能で筐体内は清浄低温に維持することが出来る。また対流発生用ファン１２は筐体を開くこと無く外部から保守することが出来る特徴がある。
【００２３】
図５における７−２は自然体流であって、放熱モジュール１と各延長風洞１０、１１、１１−１との連結体の強力な煙突効果によって発生する強力な対流風である。この強力な対流風は風洞連結体を通過する間に放熱モジュール１を介して発熱体３を冷却した後、ファンの助け無しで廃熱を外部雰囲気中に廃棄する。この間に対流は機器筐体内に散逸することが全く無い。従って機器筐体が密閉筐体であっても筐体内は清浄低温に維持することが出来る。即ち従来は殆ど不可能とされてきた密閉筐体内発熱体の自然空冷の実用化を初めて可能にする。
【００２４】
［第四実施例］図６は本発明の第四実施例を説明する筐体内部構造の略図である。放熱モジュール六面体１の対流流路となる二平面を除いた四平面を囲んで接合された受熱平板２及び、または補助平板が相互に連結されて構成される、放熱モジュール１の冷却風洞が、放熱モジュール毎に個別夫々に併設された対流導入風洞１０及び対流排出風洞１１と気密に連結されてあり、これらの対流導入風洞１０若しくは対流排出風洞１１の何れか一方の風洞の端末は全風洞に共通する大型の整流室１４に連結合流せしめられ、この整流室１４には大型強力な外気吸入用共通ファン１２、若しくは廃気排出用共通ファン１２の何れかが配設されてあり、これにより総ての放熱モジュールの風洞は共通ファン１２を介して機器外雰囲気と連通されてあることを特徴としている。
【００２５】
図６においては共通ファン１２として発生圧力の高い強力型のものを用い、且つ風量の大きなものを用いることにより、対流導入風洞１０、対流排出風洞１１は細径可撓性風洞を適用することを可能にしている。これにより機器筐体における共通ファン１２と複数この放熱モジュール１との相対的位置は高い自由度で選択することが出来る。これは本発明放熱モジュール１の極めて重要な特徴であり、放熱モジュール１が三次元組立が可能な構造であることにより本第４実施例は初めて有効に活用される。図６は平面図であるからこの放熱システムは大きな容積を占めているかの如く見えるが、放熱モジュール１が三次元的に組み立てられてあり、対流導入排出風洞１０、１１が細径可撓性であるから、図６の実際は立体的配置であり、実際の占有容積は小さいものである。また本実施例は放熱モジュール１がそれ自身小型であり、且つ細径風洞形状であり、細径可撓性の対流導入排出風洞１０、１１と連結可能であることにより実施することが可能である。
【００２６】
【発明の効果】
放熱部を中心とし六面体に構成され、受熱平板が二〜四面に接合された、三次元組立ての容易な且つ小断面積風洞としての機能を併有する本発明の小型放熱モジュールの構成は、従来の平面的一括冷却方式に替えて、発熱体群の小ユニット毎の個別冷却の実施が可能になり、更にこれを立体的に実装することが可能になった。これにより実装設計の自由度が大きくなるとともに、スペースファクタが大幅に改善された。更に冷却対流は散逸することなく、発熱体群の中心部を流れるように構成することが可能になった。これにより冷却効率が上昇した。更に冷却対流を密閉筐体内に散逸することなく吸入排出せしめることが可能になり機器内を清浄に且つ低温に維持することに成功した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放熱モジュールの基本構造及び第一実施例を説明する斜視図である。
【図２】本発明の放熱モジュールの第一実施例の三次元組立て構成の一例を示す説明図である。
【図３】本発明の放熱モジュールの第二実施例の説明図である。
【図４】本発明の放熱モジュールの第三実施例の一例の筐体内部構造の説明図である。
【図５】本発明の放熱モジュールの第三実施例の他の一例の筐体内部構造の説明図である。
【図６】本発明の放熱モジュールの第四実施例の筐体内部構造の説明図である。
【図７】従来の一括冷却方式の放熱手段の１例を示す側面略図である。
【符号の説明】
１放熱モジュール
１−１空冷放熱部
２受熱平板
３発熱体
４フィン群先端部平面
５受熱平板の延長拡大部
６連結用貫通孔
７冷却対流
７−１強制対流
７−２自然対流
８冷却対流導入口
９廃気対流排出口
１０冷却対流導入風洞
１１廃気対流排出風洞
１１−１連結風洞
１２対流発生用ファン
１３筐体壁
１３−１筐体天井壁面
１３−２筐体床壁面
１４整流室
１５配線スペース
２１ヒートシンク
２２コールドプレート
２３発熱部品群

Claims

機器筐体内に配設される多数の発熱体を４個以下の小ユニットを一単位として小型放熱器に搭載して冷却する小単位ユニット毎の個別冷却方式の単位放熱器として適用されるか、この小型放熱器の所定の個数が三次元的に組合わせ構築されたユニット型放熱器に発熱体群を搭載して冷却するユニット冷却方式の単位放熱器として適用されるか、何れかの冷却方式の単位放熱器として適用される放熱モジュールの構造であって、放熱モジュールはピン群、プレートフィン群、リボン状プレートヒートパイプの蛇行フィン等の放熱フィン群が六面体形状に並列集合せしめられて構成された空冷放熱部が中心に配置されて、モジュール全体が六面体に構成されてあり、それ自身４面以下の数の複数面に発熱体を三次元実装することが可能な小型放熱器であって、この六面体放熱モジュール内を冷却対流がフィン群に直交して通流する対流吸入口面と対流排出口面の二面を除く残余の四面の中の、所定の面には、夫々に冷却対象となる発熱体が搭載されるべき、熱拡散性能の良好な金属からなる受熱平板が、空冷放熱部の外表面と熱伝導性良好な手段で接合一体化されて配設されてあり、これらの受熱平板の中の所定の受熱平板の、冷却対流の流れに平行な側の両端縁の所定の部分は接合面より外側に延長拡大せしめられてあり、この延長拡大部分には隣接して連結接続される他の放熱モジュールの受熱板の延長拡大部分と相互に着脱自在に三次元的に連結接続することの可能な連結手段が設けられてあることを特徴とする三次元実装型放熱モジュール。
受熱平板は対流風の流れ方向に平行な且つ対向する二面に設けられてあり、更にこの対向する二平板の大きさは並列配置された放熱フィン群の両端末が形成する二平面の大きさであることを特徴とし、隣接する他の放熱モジュールと三次元的に連結接続する手段としては、それら二面の受熱平板の冷却対流の流れ方向に平行する両側端縁が冷却対流の流れ方向に直交する方向に所定の長さだけ延長拡大されてあり、その延長拡大部分はフィン群との接合面の側を内側と称した場合の内側方向または外側方向に直角の曲げ加工が施されてあり、この曲げ加工により受熱面に直交する平面となった部分をも含む受熱平板の延長拡大部分に、隣接する放熱モジュールと三次元的に相互に連結する為の連結手段が設けられてあることを特徴とする請求項１に記載の三次元実装型放熱モジュール。
空冷放熱部はリボン状プレートヒートパイプの蛇行フィン群で構成されてあり、受熱平板はその四面若しくは三面に接合配設されてあることを特徴とする請求項１に記載の三次元実装型放熱モジュール。
各放熱モジュールの冷却対流導入口及び廃気対流排出口は夫々に冷却対流導入風洞及び廃気対流排出風洞と気密に連結されて延長されてあり、夫々の風洞の他の端末は機器筐体の壁面の所定の部分に設けられた所定の構造の冷却対流導入口及び廃気対流排出口に連結されてあり、冷却システムが自然対流方式である場合は放熱モジュールと延長風洞との連結体は垂直に保持されその開口部は機器筐体の天井壁面と床壁面に設けられてあり、冷却システムが強制対流方式である場合には夫々の風洞の冷却対流導入口及び、または廃気対流排出口における機器筐体壁面若しくは風洞端末には対流発生用ファンが配設されてあることを特徴とする請求項１に記載の三次元実装型放熱モジュール。
放熱モジュールの所定の個数が三次元的に組合わせ構築されたユニット型放熱器の構成単位である各六面体放熱モジュールにおける冷却対流流路となる二平面を除いた四平面を構成する受熱平板及び補助放熱平板の各両端縁が相互に連結密閉されて、各モジュール放熱器の冷却風洞として構成されてあり、これらの風洞は各放熱モジュール毎に個別夫々に併設された新鮮対流導入風洞及び廃気対流排出風洞とに連結されて延長されてあり、これらの対流導入風洞若しくは対流排出風洞の何れか一方の風洞の端末は共通の圧力調整室にて合流せしめられ、この圧力調整室はその中に外気導入用共通ファン、若しくは廃気排出用共通ファンの何れかが配設されてあり、これにより総ての放熱モジュールの風洞は圧力調整室を介して機器外雰囲気と連通されてあることを特徴とする請求項１に記載の三次元実装型放熱モジュール。