JP6085196B2

JP6085196B2 - 両面実装冷却板

Info

Publication number: JP6085196B2
Application number: JP2013048212A
Authority: JP
Inventors: 益子　耕一; 耕一益子; 将宗松田
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2033-03-11
Also published as: JP2014175539A

Description

この発明は、電子部品や電子機器等に実装され、通電されて作動することにともなって発熱する発熱体素子を冷却する冷却板に関し、特に発熱体素子で生じる熱を、内部で流動する熱輸送媒体に伝達することにより、発熱体素子を冷却する冷却板に関するものである。

近年、パソコンなどの電子機器は、電子制御を行うための電子回路が設けられた基板上に中央演算処理装置（ＣＰＵ）やマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）ならびにハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）等の高性能な電気・電子部品を実装している。これらの電気・電子部品は、高速での演算、制御等の処理を行うために、集積度および動作周波数の速度がきわめて高くなり、そのため動作中に電気・電子部品自体が高温になり多量の熱を放出する発熱体となる。

このような発熱体を熱輸送媒体の循環により冷却するように構成した装置の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された構造を簡単に説明すると、冷媒が内部で循環するコールドプレートの両面に、発熱する電源ユニットがそれぞれ密着されている。このようにコールドプレートの両面に発熱する電源ユニットを密着することで、よりコンパクトな空間で冷却することができるとされている。

特開平５−１９８９６４号公報

ところで、発熱体を冷却する場合、放熱フィンをコールドプレートの内部に一体的に形成することで、熱輸送媒体とコールドプレートとの伝熱性が高まり、発熱体に対する冷却効果がより高められることが知られている。しかしながら、放熱フィンはコールドプレート内部における対面するどちらか一方の内面側に形成されるため、コールドプレートの両面に発熱体が密着された場合、一方の放熱フィンが形成された面側よりも、他方の面側の冷却効果が低下してしまうおそれがある。他方の面側の冷却効果を向上させるためには、コールドプレートを大型化するか、もしくは、放熱フィンが一体に形成されていない面側と放熱フィンとを一体的に接合することが考えられる。しかしながら、平板状であるコールドプレートの内部で溶接やろう接などの加工を施すには、加工作業に必要なコールドプレート内部の空間が狭いために困難な作業を余儀なくされ、これを避けるとすれば作業空間を大きくすることに伴ってコールドプレートが大型化してしまうおそれがある。

この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、省スペースで、発熱体が接触されている冷却板の各外面を均等に冷却することができる冷却板を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、全体として中空平板状に形成されるとともに、互いに対向する一対の外壁部の外面が、動作することにより発熱する電子部品から熱を受ける受熱部とされ、その受熱部の熱を奪って受熱部を冷却する冷却用流体が内部に流通させられる冷却板において、一方の前記外壁部の内面で、前記受熱部に対応する箇所に、他方の前記外壁部の内面に向けて延びた複数の第１放熱フィンが垂設され、かつ他方の前記外壁部の内面で、前記受熱部に対応する箇所に、一方の前記外壁部の内面に向けて延た複数の第２放熱フィンが垂設され、これら第１放熱フィンと第２放熱フィンとは、その厚さ方向に間隔をあけて配置され、前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとは、前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとのいずれか一方の放熱フィン同士の間に他方の放熱フィンが挟まれるように前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとの幅方向に互いにずれており、前記第１放熱フィンと前記他方の外壁部の内面との間に隙間があいており、前記第２放熱フィンと前記一方の外壁部の内面との間に隙間があいており、前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとには、前記厚さ方向から見た場合に前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとが互いに重なっている部分と互いに重なっていない部分とがあり、前記中空部のうち前記第１放熱フィンもしくは前記第２放熱フィンの幅方向での一方の端部に対向する側面部でかつ前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとの厚さ方向での一方の端部に前記中空部に前記冷却用流体を流入させる流入用パイプが接続されるとともに、前記中空部のうち前記第１放熱フィンもしくは前記第２放熱フィンの幅方向での他方の端部に対向する側面部でかつ前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとの厚さ方向での他方の端部に前記中空部から前記冷却用流体を流出させる流出用パイプが接続されていることを特徴とするものである。

また、請求項２の発明は、全体として中空平板状に形成されるとともに、互いに対向する一対の外壁部の外面が、動作することにより発熱する電子部品から熱を受ける受熱部とされ、その受熱部の熱を奪って受熱部を冷却する冷却用流体が内部に流通させられる冷却板において、一方の前記外壁部の内面で、前記受熱部に対応する箇所に、他方の前記外壁部の内面に向けて延びた複数の第１放熱フィンが垂設され、かつ他方の前記外壁部の内面で、前記受熱部に対応する箇所に、一方の前記外壁部の内面に向けて延びた複数の第２放熱フィンが垂設され、これら第１放熱フィンと第２放熱フィンとは、その厚さ方向に間隔をあけて配置され、前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとは、前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとの幅方向に互いにずれており、前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとの幅方向での端部側に前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとの前記厚さ方向から見た場合に前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとが重なっていずに所定のクリアランスがあいている部分があり、前記中空部のうち前記第１放熱フィンもしくは前記第２放熱フィンの幅方向での一方の端部に対向する側面部でかつ前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとの厚さ方向での一方の端部に前記中空部に前記冷却用流体を流入させる流入用パイプが接続されるとともに、前記中空部のうち前記第１放熱フィンもしくは前記第２放熱フィンの幅方向での他方の端部に対向する側面部でかつ前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとの厚さ方向での他方の端部に前記中空部から前記冷却用流体を流出させる流出用パイプが接続されていることを特徴とするものである。

また、請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記第１放熱フィンは、前記他方の外壁部３の内面に向けて延びてその他方の外壁部の内面に接触し、前記第２放熱フィンは、前記一方の外壁部２の内面に向けて延びてその一方の外壁部の内面に接触していることを特徴とする冷却板である。

また、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明において、前記流入用パイプは、前記第２放熱フィン同士の間に向けて開口し、前記流出用パイプは、前記第１放熱フィン同士の間に向けて開口していることを特徴とする冷却板である。

さらに、請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明において、前記一方の外壁部における前記受熱部に前記第１放熱フィンの位置に一致させて所定の前記電子部品が配置され、かつ前記他方の外壁部における前記受熱部に前記第２放熱フィンの位置に一致させて他の前記電子部品が配置され、前記所定の電子部品と前記他の電子部品とは前記第１放熱フィンおよび前記第２放熱フィンの幅方向に互いにずれて位置していることを特徴とする冷却板である。

この発明によれば、一方の外壁部の内面で、発熱する電子部品から熱を受ける受熱部に対応する箇所に、他方の外壁部の内面に向けて延びた複数の第１放熱フィンが垂設されており、また他方の外壁部の内面で、受熱部に対応する箇所に、一方の外壁部の内面に向けて延びた複数の第２放熱フィンが垂設されている。これら第１放熱フィンと第２放熱フィンとは、その厚さ方向に間隔をあけて配置されている。外壁部に放熱フィンを垂設する加工作業は、冷却板の内部ではなく解放空間で行うことができるため、その作業を容易に行うことができる。さらに、冷却板の内部に加工作業に必要な空間を考慮する必要がなくなることで、互いに向き合う外壁部をより接近させて、第１放熱フィンと第２放熱フィンとをその厚さ方向に間隔をあけて配置するように構成することができるため、冷却板を薄くすることができる。そして、それら放熱フィンは受熱部に対応する箇所の両内面にそれぞれ形成されるため、電子部品が接触された外壁部の各外面を均等に冷却することができる。したがって、省スペースで、電子部品が接触されている冷却板の各外面を均等に冷却することができる。

また、この発明によれば、一方の外壁部の内面で、発熱する電子部品から熱を受ける受熱部に対応する箇所に、他方の外壁部の内面に向けて延びた複数の第１放熱フィンが垂設されており、また他方の外壁部の内面で、受熱部に対応する箇所に、一方の外壁部の内面に向けて延びた複数の第２放熱フィンが垂設されている。一方の外壁部における受熱部と他方の外壁部における受熱部とは、各放熱フィンの幅方向にずれて配置され、かつそれぞれの受熱部に対応して設けられている第１放熱フィンと第２放熱フィンとがそれぞれの幅方向にずれて配置されている。外壁部に放熱フィンを垂設する加工作業は、冷却板の内部ではなく解放空間で行うことができるため、その作業を容易に行うことができる。さらに、冷却板の内部に加工作業に必要な空間を考慮する必要がなくなることで、互いに向き合う外壁部をより接近させて、第１放熱フィンと第２放熱フィンとをその厚さ方向に間隔をあけて配置するように構成することができるため、冷却板を薄くすることができる。そして、それら放熱フィンは、各放熱フィンの幅方向にずれて配置されれた受熱部に対応する箇所の各内面にそれぞれ形成されるため、電子部品が接触された外壁部の各外面を均等に冷却することができる。したがって、省スペースで、電子部品が接触されている冷却板の各外面を均等に冷却することができる。

（ａ）はこの発明に係る冷却板の具体例を示す長手方向に沿う横断面図である。（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う垂直断面図である。（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う縦断面図である。この発明に係る冷却板の具体例を示す斜視図である。（ａ）はこの発明に係る冷却板の他の具体例を示す長手方向に沿う横断面図である。（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う垂直断面図である。（ｃ）は図３（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う縦断面図である。

つぎに、この発明を具体例に基づいて説明する。この発明は、基板上に実装された発熱体に間接的または直接的に両面でそれぞれ接触し、発熱体の熱を受ける受熱部から冷却用流体に伝達させて、発熱体を冷却する冷却板に関するものである。例えば、その発熱体は、パーソナルコンピュータなどのエレクトロニクス機器に設けられ、基板上に実装される中央演算処理装置（ＣＰＵ）やマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）等の高性能な半導体チップならびにハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）等があげられる。

冷却板（コールドプレート）１は、図１および図２に示すように、全体として平板状に形成されている。また、冷却板１は、その内部１ａが中空であって、その断面が矩形状に形成されている。冷却板１の対面する外壁部２，３の外面２ａ，３ａには、基板４，５上に実装された電子部品（発熱体）６，７が、基板４，５を介して熱伝達可能に間接的にそれぞれ接触している。また、動作することにより電子部品６，７から生じた熱が基板４，５を介して伝達される各外壁部３，４の外面部分２ｂ，３ｂを、受熱部と呼ぶこととする。なお、冷却板は、その外部の熱を内部を流動する冷却用流体に伝達する必要があるため、熱伝導性を有する材料で構成されていることが好ましい。例えば、冷却板は、銅あるいは銅合金などによって形成されることが好ましい。

また、冷却板１には、図２に示すように、その内部１ａを冷却用流体が流動するように、冷却用流体が流入する流入口に流入用パイプ８が一方の側面部９に設けられ、冷却用流体が流出する流出口に流出用パイプ１０が他方の側面部１１に設けられている。

冷却板１の内部１ａを流れる冷却用流体は、発熱体から吸収した熱を冷却板１の外に排出するために一般的に用いられているものでよく、例えば冷水を用いている。

また、一方の外壁部２には、その内面２ｃで受熱部２ｂに対応する箇所に、他方の外壁部３の内面３ｃに向けて延びた複数の第１放熱フィン１２が一体的に垂設されている。言い換えると、第１放熱フィン１２は、その厚さ方向に所定の間隔をあけて列を成すように、一方の外壁部２の内面２ｃに一体的に複数形成されている。これら第１放熱フィン１２は、平板状であって、一方の外壁部２の内面２ｃに対面する他方の外壁部３の内面３ｃに向かって延び出ている。これら第１放熱フィン１２は、一方の外壁部２から伝達された電子部品６の熱を冷却用流体に伝達するように構成されている。

また、他方の外壁部３には、その内面３ｃで受熱部３ｂに対応する箇所に、一方の外壁部２の内面２ｃに向けて延びた複数の第２放熱フィン１３が垂設されている。言い換えると、第２放熱フィン１３は、その厚さ方向に所定の間隔をあけて列を成すように、他方の外壁部３の内面３ｃに一体的に複数形成されている。これら第２放熱フィン１３は、平板状であって、一方の外壁部２の内面２ｃに向かって延び出ている。この第２放熱フィン１３は、他方の受熱部３ｂから伝達された他の電子部品７の熱を冷却用流体に伝達するように構成されている。なお、第１放熱フィンが一体に形成された一方の外壁部と第２放熱フィンが一体に形成された他方の外壁部とは、同一の構成でもよい。

そして、第１放熱フィン１２と第２放熱フィン１３とは、それらの厚さ方向に間隔をあけて配置されている。具体的には、第１放熱フィン１２におけるフィン１２ａは、第２放熱フィン１３の列におけるフィン１３ａと他のフィン１３ｂとのその厚さ方向の間で、挟まれるように配置される。言い換えると、第１放熱フィン１２と第２放熱フィン１３とは、厚さ方向に間隔をあけて配置されるとともに、それらの幅方向に互いにずれて配置されている。なお、第１放熱フィンが一体に形成された一方の外壁部と第２放熱フィンが一体に形成された他方の外壁部とが同一の構成である場合には、放熱フィンが形成された２つの外壁部をその放熱フィンが互いに向き合うように配置されるとともに、それら放熱フィンがその厚さ方向に間隔をあけて配置されるように構成されている。

外壁部２，３に放熱フィン１２，１３を一体的に垂設する加工作業は、冷却板１の内部１ａではなく解放空間で行うことができるため、その作業を容易に行うことができる。さらに、冷却板１の内部１ａにおいて加工作業に必要な空間が必要なくなることで、互いに向き合う外壁部２，３をより接近させて、第１放熱フィン１２と第２放熱フィン１３とをその厚さ方向に間隔をあけて配置するように構成することができるため、冷却板１を薄くすることができる。また、第１放熱フィン１２が一体に形成された一方の外壁部２と第２放熱フィン１３が一体に形成された他方の外壁部３とが同一の構成である場合には、放熱フィン１２，１３と外壁部２，３とが一体となった同一の構成のものを対に配置して冷却板１を構成することができるため、製造コストを低減させることができる。

そして、発熱した電子部品６により受熱部２ｂに伝達された熱は、外壁部２の内面２ｃで受熱部２ｂに対応する箇所に一体的に形成された第１放熱フィン１２に伝熱された後に、第１放熱フィン１２を介して冷却用流体に伝熱される。また、他の電子部品７より他方の受熱部３ｂに伝達された熱は、その内面３ｃで受熱部３ｂに対応する箇所に一体的に形成された第２放熱フィン１３に伝熱された後に、第２放熱フィン１３を介して冷却用流体に伝熱される。したがって、それら放熱フィン１２，１３は、受熱部２ｂ，３ｂに対応する内面２ｃ，３ｃにそれぞれ形成されるため、外壁部２，３の両外面２ａ，３ｂにおける電子部品６，７を均等に冷却することができる。

したがって、省スペースで、電子部品が接触している冷却板の各外面を均等に冷却することができる。

次に、この発明に係る冷却板の他の具体例について説明する。冷却板１４の構成は、前述の具体例における構成とほぼ同様のものであるため、その説明は省略し、受熱部と放熱フィンとに係る構成についてのみ説明する。

図３（ｂ）に示すように、一方の外壁部２における受熱部２ｄと他方の外壁部３における受熱部３ｄとは、各放熱フィン１５，１６の幅方向にずれて配置されている。言い換えると、一方の外壁部２の外面２ａに配置されている電子部品６と、他方の外壁部３の外面３ａに配置されている他方の電子部品７とは、各放熱フィン１５，１６の幅方向にずれて配置されている。

第１放熱フィン１５は、図３（ａ）および図３（ｃ）に示すように、一方の外壁部２の外面２ａの受熱部２ｄに対応した内面２ｃの箇所に一体的に形成され、その第１放熱フィン１５の厚さ方向に所定の間隔をあけた状態で列を形成している。また、この第１放熱フィン１５の他方端１５ａは、他方の外壁部３の内面３ｃ側に延び出て内面３ｃに接触している。

第２放熱フィン１６は、他方の外壁部３の外面３ａの受熱部３ｄに対応した内面３ｃの箇所に一体的に形成され、その第２放熱フィン１６の厚さ方向に所定の間隔をあけた状態で列を形成している。この第２放熱フィン１６の他方端１６ａは、一方の外壁部２の内面２ｃ側に延び出て内面に接触している。
これら第１放熱フィン１５と前記第２放熱フィン１６とは、それぞれの幅方向にずれて配置されている。また、第１放熱フィン１５の列と第２放熱フィン１６の列との水平方向の間にはクリアランスが設けられている。

したがって、この発明に係る冷却板の他の具体例は、この発明に係る冷却板の具体例と同様の効果を得ることができる。

１…冷却板（コールドプレート）、２…一方の外壁部、２ｂ…（一方の外壁部の）受熱部、２ｃ…（一方の外壁部の）内面、３…他方の外壁部、３ｂ…（他方の外壁部の）受熱部、３ｃ…（他方の外壁部の）内面、１２…第１放熱フィン、１３…第２放熱フィン。

Claims

全体として中空平板状に形成されるとともに、互いに対向する一対の外壁部の外面が、動作することにより発熱する電子部品から熱を受ける受熱部とされ、その受熱部の熱を奪って受熱部を冷却する冷却用流体が内部に流通させられる冷却板において、
一方の前記外壁部の内面で、前記受熱部に対応する箇所に、他方の前記外壁部の内面に向けて延びた複数の第１放熱フィンが垂設され、
かつ他方の前記外壁部の内面で、前記受熱部に対応する箇所に、一方の前記外壁部の内面に向けて延た複数の第２放熱フィンが垂設され、
これら第１放熱フィンと第２放熱フィンとは、その厚さ方向に間隔をあけて配置され、
前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとは、前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとのいずれか一方の放熱フィン同士の間に他方の放熱フィンが挟まれるように前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとの幅方向に互いにずれており、
前記第１放熱フィンと前記他方の外壁部の内面との間に隙間があいており、
前記第２放熱フィンと前記一方の外壁部の内面との間に隙間があいており、
前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとには、前記厚さ方向から見た場合に前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとが互いに重なっている部分と互いに重なっていない部分とがあり、
前記中空部のうち前記第１放熱フィンもしくは前記第２放熱フィンの幅方向での一方の端部に対向する側面部でかつ前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとの厚さ方向での一方の端部に前記中空部に前記冷却用流体を流入させる流入用パイプが接続されるとともに、前記中空部のうち前記第１放熱フィンもしくは前記第２放熱フィンの幅方向での他方の端部に対向する側面部でかつ前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとの厚さ方向での他方の端部に前記中空部から前記冷却用流体を流出させる流出用パイプが接続されている
ことを特徴とする冷却板。
全体として中空平板状に形成されるとともに、互いに対向する一対の外壁部の外面が、動作することにより発熱する電子部品から熱を受ける受熱部とされ、その受熱部の熱を奪って受熱部を冷却する冷却用流体が内部に流通させられる冷却板において、
一方の前記外壁部の内面で、前記受熱部に対応する箇所に、他方の前記外壁部の内面に向けて延びた複数の第１放熱フィンが垂設され、
かつ他方の前記外壁部の内面で、前記受熱部に対応する箇所に、一方の前記外壁部の内面に向けて延びた複数の第２放熱フィンが垂設され、
これら第１放熱フィンと第２放熱フィンとは、その厚さ方向に間隔をあけて配置され、
前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとは、前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとの幅方向に互いにずれており、
前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとの幅方向での端部側に前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとの前記厚さ方向から見た場合に前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとが重なっていずに所定のクリアランスがあいている部分があり、
前記中空部のうち前記第１放熱フィンもしくは前記第２放熱フィンの幅方向での一方の端部に対向する側面部でかつ前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとの厚さ方向での一方の端部に前記中空部に前記冷却用流体を流入させる流入用パイプが接続されるとともに、前記中空部のうち前記第１放熱フィンもしくは前記第２放熱フィンの幅方向での他方の端部に対向する側面部でかつ前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとの厚さ方向での他方の端部に前記中空部から前記冷却用流体を流出させる流出用パイプが接続され
ていることを特徴とする冷却板。
前記第１放熱フィンは、前記他方の外壁部３の内面に向けて延びてその他方の外壁部の内面に接触し、
前記第２放熱フィンは、前記一方の外壁部２の内面に向けて延びてその一方の外壁部の内面に接触している
ことを特徴とする請求項２に記載の冷却板。
前記流入用パイプは、前記第２放熱フィン同士の間に向けて開口し、
前記流出用パイプは、前記第１放熱フィン同士の間に向けて開口している
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の冷却板。
前記一方の外壁部における前記受熱部に前記第１放熱フィンの位置に一致させて所定の前記電子部品が配置され、かつ
前記他方の外壁部における前記受熱部に前記第２放熱フィンの位置に一致させて他の前記電子部品が配置され、
前記所定の電子部品と前記他の電子部品とは前記第１放熱フィンおよび前記第２放熱フィンの幅方向に互いにずれて位置している
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の冷却板。