JP6201511B2

JP6201511B2 - 電子機器

Info

Publication number: JP6201511B2
Application number: JP2013168982A
Authority: JP
Inventors: 潤田口
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2013-08-15
Filing date: 2013-08-15
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2033-08-15
Also published as: EP2838330A2; EP2838330A3; US9600039B2; US20150049430A1; JP2015037161A

Description

本発明は、電子機器に関する。

昨今、電子計算機や情報処理装置等の各種電子機器において、高密度実装化が進んでいる。このような背景下、複数の高発熱電子部品が基板上に実装されることがある。また、電子部品の発熱量自体も増加する傾向にあり、基板上の発熱密度が大きくなっている。このような電子機器を冷却するために各種冷却装置が提案されており、例えば、電子部品とこれらの冷却装置の実装効率を向上させる技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００９−１４７３８２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された電子機器を含め、従来の電子機器は、実装効率の点でさらなる改良の余地を有している。

そこで、本明細書開示の電子機器は、基板の実装効率を向上することを課題とする。なお、本課題に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の課題の1つとして位置付けることができる。

本明細書開示の電子機器は、第１挿通孔が形成された第１重ね合わせ部を備え、基板上に設けられた冷却対象部品に当接させて設置される第１冷却部材と、第２挿通孔が形成されるとともに、前記第１重ね合わせ部と重ねられる第２重ね合わせ部を備え、前記基板上に設けられた冷却対象部品に当接させて設置される第２冷却部材と、前記第１挿通孔と前記第２挿通孔とに挿通されるとともに、弾性部材を介して前記第１重ね合わせ部と前記第２重ね合わせ部とを連結する連結部材と、を備え、前記基板において、前記連結部材によって連結された前記第１重ね合わせ部及び前記第２重ね合わせ部と対向する領域に、配線領域又は部品実装領域が形成されている。

第１冷却部材と第２冷却部材とを連結部材で連結した状態で基板上に実装することで、双方の基板への固定領域を縮小することができ、縮小した領域を配線領域、実装領域とすることができるため、基板の実装効率を向上することができる。

本明細書開示の電子機器によれば、基板の実装効率を向上することができる。

図１は第１実施形態の電子機器を示す説明図である。図２（Ａ）は第１実施形態の電子機器が備える冷却装置の平面図、図２（Ｂ）は正面図である。図３（Ａ）〜（Ｄ）は第１実施形態の電子機器が備える冷却板の四面図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）は左側面図である。図４（Ａ）は第２実施形態の電子機器が備える冷却装置の平面図、図４（Ｂ）は正面図である。図５（Ａ）は第３実施形態の電子機器が備える冷却装置の平面図、図５（Ｂ）は正面図である。図６（Ａ）〜（Ｄ）は第３実施形態の電子機器が備える冷却板の四面図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）は左側面図である。図７（Ａ）は第４実施形態の電子機器が備える冷却装置の平面図、図７（Ｂ）は正面図である。図８（Ａ）〜（Ｄ）は第４実施形態の電子機器が備える冷却板の四面図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）は左側面図である。図９は第５実施形態の電子機器が備える冷却装置の平面図である。図１０（Ａ）〜（Ｄ）は第５実施形態の電子機器が備える冷却板の四面図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）は左側面図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては、説明の都合上、実際には存在する構成要素が省略されていたり、寸法が実際よりも誇張されて描かれていたりする場合がある。

（第１実施形態）
まず、図１乃至図３を参照しつつ第１実施形態の電子機器１００について説明する。図１は第１実施形態の電子機器１００を示す説明図である。図２（Ａ）は第１実施形態の電子機器１００が備える冷却装置３０の平面図、図２（Ｂ）は正面図である。図３（Ａ）〜（Ｄ）は第１実施形態の電子機器１００が備える冷却板１３の四面図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）は左側面図である。

図１を参照すると、第１実施形態の電子機器１００は、サーバ等の情報処理装置である。電子機器１００は、内部に多くの基板１１を備える。なお、電子機器として、他の機器を対象としてもよい。図２（Ａ）、（Ｂ）を参照すると、基板１１上に、それぞれ冷却対象部品となる、すなわち、冷却が必要となる発熱部品である電子部品１２が隣接して実装されている。冷却が必要となる電子部品１２としては、例えば、インターコネクト用のLarge Scale Integrated circuit（ＬＳＩ）や、Central Processing Unit（ＣＰＵ）がある。また、その他の部品を冷却対象の電子部品１２とすることもできる。基板１１上には、冷却装置１０が実装されている。冷却装置１０は、２枚の冷却板１３を備える。具体的に、第１冷却部材に相当する第１冷却板１３ａと、第２冷却部材に相当する第２冷却板１３ｂを備える。第１冷却板１３ａと、第２冷却板１３ｂは、ともに冷却板１３であり、同一物である。冷却板１３は、冷媒導排出口１４を備え、内部に冷媒を流通させることによって電子部品１２を冷却する。冷媒導排出口１４には、冷媒導入管１５、連結管１６、冷媒導排出管１７のいずれかが取り付けられ、第１冷却板１３ａ及び第２冷却板１３ｂの内部に冷媒を循環させる。図３（Ａ）、（Ｂ）を参照しつつ、冷却板１３について説明する。

冷却板１３は、第１挿通孔１３１ａが形成された第１重ね合わせ部１３１を備える。また、冷却板１３は、第２挿通孔１３２ａが形成された第２重ね合わせ部１３２を備える。第１挿通孔１３１ａ及び第２挿通孔１３２ａは、後述する連結ねじ１８ａを挿通させることができる形状であればよく、一部が開放された切欠き状に形成されていてもよい。

第１重ね合わせ部１３１と第２重ね合わせ部１３２は、それぞれ相互に係合する段差部となっている。具体的に、第１重ね合わせ部１３１は、その下側に第２重ね合わせ部１３２が配置できるように、周囲よりも薄い段差部となっている。一方の第２重ね合わせ部１３２は、その上側に第１重ね合わせ部１３１が配置できるように、周囲よりも薄い段差部となっている。なお、第２重ね合わせ部１３２は、凹状に形成されており、後述する弾性部材２０を収容できるようになっている。第１重ね合わせ部１３１と第２重ね合わせ部１３２とが段差部となっていることにより、重ね合わせた状態の第１冷却板１３ａ及び第２冷却板１３ｂの厚みを押さえることができる。

このような、冷却板１３は、それぞれ基板１１上に設置された電子部品１２に当接させて設置される第１冷却板１３ａ及び第２冷却板１３ｂとして準備される。そして、第１重ね合わせ部１３１と第２重ね合わせ部１３２とが重ねられ、弾性部材２０を介して連結ねじ１８ａ及び固定ナット１８ｂによって、連結される。ここで、連結ねじ１８ａ及び固定ナット１８ｂは、連結部材に相当する。連結ねじ１８ａは、第１挿通孔１３１ａ、第２挿通孔１３２ａ及び基板１１に設けられた第３挿通孔１１ａとに挿通され、固定ナット１８ｂが締めつけられる。すなわち、連結ねじ１８ａは、基板１１に固定されている。このように第１重ね合わせ部１３１と第２重ね合わせ部１３２とが共締めされ、連結されることにより、第１冷却板１３ａと第２冷却板１３ｂとが一体とされた状態で第１冷却板１３ａ及び第２冷却板１３ｂが基板１１に固定される。このため、第１冷却板１３ａと第２冷却板１３ｂを基板１１に固定するために用いる部材の数を減らすことができる。すなわち、第１冷却部板１３ａと第２冷却部板１３ｂとを連結ねじ１８ａ及び固定ナット１８ｂで連結した状態で基板１１上に実装することで、双方の基板１１への固定領域を縮小することができる。この縮小した領域を配線領域、実装領域とすることができるため、基板１１の実装効率が向上する。例えば、四角形の冷却板１３の四隅をねじ留めする場合、２枚の冷却板１３を基板１１に固定するためには、８箇所のねじ留め箇所が必要となる。これに対し、第１実施形態の冷却装置１０では、６箇所でねじ留めが行われており、２箇所分の領域を縮小することができる。また、電子部品１２を近接配置することができ、この点でも、実装密度が向上する。

図３を参照すると、連結ねじ１８ａの頭部と第１重ね合わせ部１３１との間には弾性部材２０が介装されている。また、第１重ね合わせ部１３１と第２重ね合わせ部１３２との間にも弾性部材２０が介装されている。このような弾性部材２０は、第１冷却板１３ａと第２冷却板１３ｂの姿勢の自由度を高めている。電子部品１２は、その高さや、表面の平滑度が異なることがある。また、電子部品１２の上面の基板表面に対する角度にバラツキがあることがある。冷却板１３は、冷却効率を高めるために、このような電子部品１２の上面にできるだけ密着させることが望ましい。冷却装置１０は、第１冷却板１３ａ及び第２冷却板１３ｂを備え、それぞれの姿勢を柔軟に変化させることで、電子部品１２への密着度を確保している。

冷却装置１０は、第１冷却板１３ａ、第２冷却板１３ｂをそれぞれ弾性部材２０を介して基板１１に固定する固定ねじ１９ａ及び固定ナット１９ｂを備える。固定ねじ１９ａは、弾性部材２０に挿通され、さらに第１挿通孔１３１ａ又は第２挿通孔１３２ａに挿通される。第１挿通孔１３１ａ又は第２挿通孔１３２ａに挿通された固定ねじ１９ａは、基板１１に設けられた第３挿通孔１１ａに挿通される。そして、固定ねじに１９ａには、固定ナット１９ｂが締めつけられる。ここで、固定ねじ１９ａ及び固定ナット１９ｂは、固定部材に相当する。弾性部材２０を介装させることにより、第１冷却板１３ａ、第２冷却板１３ｂの姿勢を柔軟に変化させることができる。これにより、第１冷却板１３及び第２冷却板１３ｂの電子部品１２への密着度を高め、冷却効率を向上している。

このように冷却装置１０は、第１冷却部板１３ａの一部分と、第２冷却部板１３ｂの一部分とを重ね、連結ねじ１８ａ及び固定ナット１８ｂにより弾性部材２０を介した状態で連結する。そして、第１冷却部板１３ａと第２冷却部材１３ｂとを、それぞれ基板１１上に設けられた電子部品１２に当接して設置する。これにより、基板１１の実装効率を向上させつつ、高い冷却効果を得ることができる。

なお、第１実施形態の冷却装置１０は、冷却板１３を用いているが、冷却板１３に代えて、ヒートシンクを採用してもよい。また、第１実施形態では、弾性部材として、コイルスプリングが採用されているが、コイルスプリングに代えて従来周知の他のバネ材を用いてもよい。また、第１実施形態では、電子部品１２と冷却板１３との間に配置される冷却シートが省略されているが、冷却シートを配置してもよい。

（第２実施形態）
つぎに、図４（Ａ）、（Ｂ）を参照しつつ、第２実施形態の冷却装置３０について説明する。図４（Ａ）は第２実施形態の電子機器１００が備える冷却装置３０の平面図、図４（Ｂ）は正面図である。第２実施形態の冷却装置３０は、以下の点で、第１実施形態の冷却装置１０と異なる。すなわち、冷却装置１０は、２つの冷却板１３を連結しているのに対し、冷却装置３０は、３つの冷却板１３を直列的に連結している。具体的に、冷却装置３０は、第１冷却板１３ａ、第２冷却板１３ｂ及び第３冷却板１３ｃを備える。冷却装置３０における第２冷却板１３ｂと第３冷却板１３ｃとの関係は、第１冷却板１３ａと第２冷却板１３ｂとの関係と共通する。このように、冷却板１３を直列的に増加させることができる。冷却板１３の数が増加しても、第１重ね合わせ部１３１と第２重ね合わせ部１３２とが重ねられた箇所において、両者が共締めされるため、各冷却板１３を基板１１に固定するために用いる部材の数を減らすことができる。また、各冷却板１３の姿勢の自由度を高め、電子部品１２への密着度を高め、冷却効率を向上させることができる。

なお、第１実施形態と共通する構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。第２実施形態の説明におけるこのような取り扱いは、以後の各実施形態の説明においても同様とする。

（第３実施形態）
つぎに、図５（Ａ）乃至図６（Ｄ）を参照しつつ、第３実施形態の冷却装置５０について説明する。図５（Ａ）は第３実施形態の電子機器１００が備える冷却装置５０の平面図、図５（Ｂ）は正面図である。図６（Ａ）〜（Ｄ）は第３実施形態の電子機器が備える冷却板５３の四面図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）は左側面図である。

第３実施形態の冷却板５３は、第１実施形態の冷却板１３と同様に、第１重ね合わせ部５３１、第２重ね合わせ部５３２を備える。第１重ね合わせ部５３１には、第１挿通孔５３１ａが設けられ、第２重ね合わせ部５３２には、第２挿通孔５３２ａが設けられている。冷却板５３には、これに加え、固定ねじ１９ａが挿通させる挿通孔５５が設けられている。図５（Ａ）、（Ｂ）を参照すると、第１冷却板５３ａと第２冷却板５３ｂとは、第１冷却板５３ａの第１重ね合わせ部５３１と第２冷却板５３ｂの第２重ね合わせ部５３２とを重ねた状態で連結ねじ１８ａ及び固定ナット１８ｂで連結されている。連結ねじ１８ａ及び固定ナット１８ｂで連結された第１冷却板５３ａと第２冷却板５３ｂは、６ヶ所で固定ねじ１９ａ及び固定ナット１９ｂによって基板１１へ固定されている。ここで、連結ねじ１８ａは、第１実施形態と異なり、基板１１に設けられた第３挿通孔１１ａには、挿通されていない。このため、図５（Ｂ）の示す領域Ｘを配線領域や部品実装領域として利用することができる。このように、第３実施形態の冷却装置５０は、第１実施形態と同様に基板１１の実装効率を向上することができる。

（第４実施形態）
つぎに、図７（Ａ）乃至図８（Ｄ）を参照しつつ、第４実施形態の冷却装置７０について説明する。図７（Ａ）は第４実施形態の電子機器１００が備える冷却装置７０の平面図、図６（Ｂ）は正面図である。図８（Ａ）〜（Ｄ）は第４実施形態の電子機器１００が備える冷却板７３の四面図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）は左側面図である。

第４実施形態の冷却装置７０は、四角形に配置された４つの冷却板７３、具体的に、第１冷却板７３ａ、第２冷却板７３ｂ、第３冷却板７３ｃ及び第４冷却板７３dを備えている。冷却板７３は、第１重ね合わせ部７３１、第２重ね合わせ部７３２を備える。第１重ね合わせ部７３１には、第１挿通孔７３１ａが設けられ、第２重ね合わせ部７３２には、第２挿通孔７３２ａが設けられている。ここで、第１重ね合わせ部７３１は、図８（Ａ）に示すように、冷却板７３を上方から観たときに、冷却板７３の側方へ突出した凸部である。具体的に、第１重ね合わせ部７３１は、四角形である冷却板７３の辺縁から側方へ突出した凸部となっている。一方の第２重ね合わせ部７３２は凸部である第１重ね合わせ部７３１が嵌合する凹部である。凸部は、四角形である冷却板７３の二辺にそれぞれ設けられ、凹部は、残りの二辺に設けられている。第１冷却板７３ａと第２冷却板７３ｂは、辺縁が対向する位置において、凸部が凹部に嵌合するように第１重ね合わせ部７３１と第２重ね合わせ部７３２が重ね合わされ、連結ねじ１８ａ及び固定ナット１８ｂで連結されている。そして、第２冷却板７３ｂと第３冷却板７３ｃ、第３冷却板７３ｃと第４冷却板７３ｄ、第４冷却板７３ｄと第１冷却板７３ａが第１冷却板７３ａと第２冷却板７３ｂとの関係と同様の要領で連結されている。そして、その他の箇所が固定ねじ１９ａ及び固定ナット１９ｂによって基板１１に固定されている。

例えば、四角形の冷却板７３の四隅をねじ留めする場合、４枚の冷却板７３を基板１１に固定するためには、１６箇所のねじ留め箇所が必要となる。これに対し、第４実施形態の冷却装置７０では、１２箇所でねじ留めが行われており、４箇所分の領域を縮小することができる。また、電子部品１２を近接配置することができ、この点でも、実装密度が向上する。

（第５実施形態）
つぎに、図９乃至図１０（Ｄ）を参照しつつ、第５実施形態の冷却装置９０について説明する。図９は第５実施形態の電子機器１００が備える冷却装置９０の平面図である。図１０（Ａ）〜（Ｄ）は第５実施形態の電子機器１００が備える冷却板９３の四面図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）は左側面図である。

第５実施形態の冷却装置９０は、三角形に配置された３つの冷却板９３、具体的に、第１冷却板９３ａ、第２冷却板９３ｂ及び第３冷却板９３ｃを備えている。冷却板９３は、六角形であり、二つの第１重ね合わせ部９３１、二つの第２重ね合わせ部９３２を備える。第１重ね合わせ部９３１には、第１挿通孔９３１ａが設けられ、第２重ね合わせ部９３２には、第２挿通孔９３２ａが設けられている。ここで、第１重ね合わせ部９３１は、図１０（Ａ）に示すように、冷却板９３を上方から観たときに、冷却板９３の側方へ突出した凸部である。具体的に第１重ね合わせ部９３１は、六角形である冷却板９３の辺縁から側方へ突出した凸部となっている。一方の第２重ね合わせ部９３２は凸部である第１重ね合わせ部９３１が嵌合する凹部である。凸部は、六角形である冷却板９３の二辺にそれぞれ設けられ、凹部は、他の二辺に設けられている。第１冷却板９９ａと第２冷却板９３ｂは、辺縁が対向する位置において、第１重ね合わせ部９３１と第２重ね合わせ部９３２が重ね合わされ、連結ねじ１８ａ及び固定ナット１８ｂで連結されている。そして、第２冷却板９３ｂと第３冷却板９３ｃ、第３冷却板９３ｃと第１冷却板９３ａが第１冷却板９３ａと第２冷却板９３ｂとの関係と同様の要領で連結されている。そして、その他の箇所が固定ねじ１９ａ及び固定ナット１９ｂによって基板１１に固定されている。

このような配列としても個々でねじ留めする場合と比較して、ねじ留めに用いられる領域を縮小することができる。また、電子部品１２を近接配置することができ、この点でも、実装密度が向上する。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１０、３０、５０、７０、９０冷却装置
１１基板
１２電子部品（冷却対象部品）
１３ａ、５３ａ、７３ａ、９３ａ第１冷却板（第１冷却部材）
１３ｂ、５３ｂ、７３ｂ、９３ｂ第２冷却板（第２冷却部材）
１３１、５３１、７３１、９３１第１重ね合わせ部
１３１ａ、５３１ａ、７３１ａ、９３１ａ第１挿通孔
１３２、５３２、７３２、９３２第２重ね合わせ部
１３２ａ、５３２ａ、７３２ａ、９３２ａ第２挿通孔
１８ａ連結ねじ
１８ｂ固定ナット
２０弾性部材
１００電子機器

Claims

第１挿通孔が形成された第１重ね合わせ部を備え、基板上に設けられた冷却対象部品に当接させて設置される第１冷却部材と、
第２挿通孔が形成されるとともに、前記第１重ね合わせ部と重ねられる第２重ね合わせ部を備え、前記基板上に設けられた冷却対象部品に当接させて設置される第２冷却部材と、
前記第１挿通孔と前記第２挿通孔とに挿通されるとともに、弾性部材を介して前記第１重ね合わせ部と前記第２重ね合わせ部とを連結する連結部材と、
を備え、
前記基板において、前記連結部材によって連結された前記第１重ね合わせ部及び前記第２重ね合わせ部と対向する領域に、配線領域又は部品実装領域が形成された電子機器。
前記連結部材は、前記基板に設けられた第３挿通孔を介して前記基板に固定される請求項１に記載の電子機器。
前記第１重ね合わせ部と前記第２重ね合わせ部は、相互に係合する段差部をそれぞれ備える請求項１又は２に記載の電子機器。
前記第１重ね合わせ部は前記第１冷却部材を上方から観たときに、前記第１冷却部材の側方へ突出した凸部であり、前記第２重ね合わせ部は前記凸部が嵌合する凹部である請求項１又は２に記載の電子機器。
前記第１重ね合わせ部と前記第２重ね合わせ部との間に弾性部材が配置される請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電子機器。
前記第１冷却部材又は前記第２冷却部材を弾性部材を介して前記基板に固定する固定部材を備える請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電子機器。