JPH07122869A - 電子装置の冷却機構およびその冷却方法 - Google Patents

電子装置の冷却機構およびその冷却方法

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JPH07122869A
JPH07122869A JP6083047A JP8304794A JPH07122869A JP H07122869 A JPH07122869 A JP H07122869A JP 6083047 A JP6083047 A JP 6083047A JP 8304794 A JP8304794 A JP 8304794A JP H07122869 A JPH07122869 A JP H07122869A
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Japan
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cooling
electronic
circuit board
expander
heat pipe
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JP6083047A
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Johan O Hilbrink
オー．ヒルブリンク ヨハン
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NCR International Inc
NCR Voyix Corp
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AT&T Global Information Solutions Co
AT&T Global Information Solutions International Inc
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20709—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for server racks or cabinets; for data centers, e.g. 19-inch computer racks
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  • Thermal Sciences (AREA)
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  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 修理やメンテナンスの際に回路基板の取り外
しや交換を容易に行うことができる電子装置の冷却機構
およびその冷却方法を提供する。 【構成】 電子装置に搭載された電子部品(28)を冷却す
るための設備。数個の配線基板(22)が電気的に背面板(2
0)と接続すると共に、ヒートパイプ(38)を介して背面板
(20)と接続している。ヒートパイプ(38)は配線基板(22)
に取り付けられ、基板上の部品と冷却システム間に接続
を与える。背面板(20)上の対応するコネクタから電気接
続部を分離することにより、付設されたヒートパイプ(3
8)を有する配線基板(22)を背面板(20)から取り外す一
方、冷却システム部分を形成するエキスパンダ(14)のソ
ケットからヒートパイプ(38)の終端を同時に取り外すこ
とができる。必要ならば、ヒートパイプの終端を受ける
ためのソケットを両側に装備するエキスパンダを用い、
そのエキスパンダの両側に背面板が配置されていてもよ
い。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に電子装置の冷却
に関し、特に、回路基板に搭載された電子装置が中央集
中方式で冷却されるような機構およびその冷却方法に関
するものである。その冷却機構は、回路基板に固定する
と共に回路基板から取り外すことのできる分離部を有し
ている。
【０００２】
【従来の技術】ＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）製
法をを用いてつくられたマイクロプロセッサは、冷却時
に高い処理能力を発揮する。その処理のインクリメント
（増分）は２５度の冷却で１０％であり、液体窒素７７
Ｋの温度下におかれたＮＣＲ社ＮＣＲ３２０００チップ
を使用して確認されている。
【０００３】さらに進んだマイクロプロセッサチップは
高消費電力で処理されるはずであるから、そういった場
合には、特別な設備がチップ冷却のために必要となる。
一般にその設備は、空気流を用いて冷却するヒートシン
ク（冷却用放熱器）の使用を含んでいるが、マイクロプ
ロセッサチップの消費電力が増加するにつれて、空冷に
代わるものが効果を発揮するかもしれない。能動的な冷
却システムをチップ冷却のために考慮するならば、その
冷却システムもまたプロセッサの処理を向上させるため
に利用することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】データ処理システムの
回路基板に搭載された電子部品に能動的な冷却システム
を適用した場合、そこで起こりえる障害のひとつとして
は、その冷却システム構造により、システムの個々の回
路基板の取り外しや交換が妨げられることがあげられ
る。それらの回路基板は修理やメンテナンス、またはそ
の他の目的で定期的に取り外したり交換する必要がある
ため、その冷却システム構造が回路基板の取り外しや交
換を妨げないような設備の提供が望まれている。
【０００５】それゆえ本発明は、回路基板上の電子部品
の冷却システムにおいて、回路基板と共に取り外すこと
のできる冷却システムの構成部分を設け、回路基板の取
り外しや交換を容易にするような電子装置の冷却機構お
よびその冷却方法を提供する。
【０００６】また本発明は、基板上の電子部品の冷却の
ために改良されたシステムにおいて、その冷却システム
と電子装置の電気的接続部とが並設されているような電
子装置の冷却機構およびその冷却方法を提供する。
【０００７】また本発明は、基板上の電子部品の冷却の
ために改良されたシステムにおいて、能動的な冷却シス
テムが少なくともいくらかの部品に使用される一方、基
板上の残りの部品は従来通りに空気流で冷却されるよう
な電子装置の冷却機構およびその冷却方法を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、電子回路部品
と、その電子回路部品を搭載した回路基板と、電子回路
部品を冷却する冷却媒体を供給するエキスパンダと、回
路基板が着脱可能に接続する背面板と、回路基板に搭載
された電子回路部品に接続すると共にエキスパンダと着
脱可能に接続するヒートパイプとを設け、回路基板を背
面板から取り外す際に、同時にヒートパイプをエキスパ
ンダから取り外すものである。
【０００９】
【作用】電子システムの部品を冷却する本発明の冷却シ
ステムにおいて、数個のプロセッサ回路基板は電気的に
背面板と接続すると共に、ヒートパイプを介して熱的に
背面板と接続している。ヒートパイプは基板に取り付け
られ、基板上の部品と冷却システムとの間に効果的な接
続を与える。ヒートパイプのエキスパンダに対する接続
は、基板の背面板に対する電気的接続と同じ配置関係を
有している。そして、背面板とエキスパンダに設けられ
た各々のコネクタから基板とヒートパイプを引き抜くこ
とにより、付設されたヒートパイプを有する回路基板を
プロセッサから取り外すことができる。各熱コネクタは
対応するヒートパイプの端が挿入されるソケットを有し
ており、適宜部品パッケージとエキスパンダの熱コネク
タにも、ヒートパイプの端が挿入されるソケットが設け
られている。また、感熱ペーストや潤滑油によって、コ
ネクタ要素間のかすかなスペースをさらに熱伝導性のあ
るものにすることができる。
【００１０】
【実施例】（まず、図１〜６を用いて本発明の一実施例
を説明する。）データ処理システムのような電子装置１
０が示されている図１において、電子装置１０は冷却シ
ステム１１を有しており、電子部品を低い温度で作動
し、その処理能力を高めることができる。この冷却シス
テム１１はコンプレッサ１２を有し、適切な配管１６，
１８によってエキスパンダ１４と接続している。
【００１１】図１および図５において最も良く示されて
いるように、冷却される電子システムはハウジング８内
に適切に収納されており、背面板２０のような支持構造
と複数のプリント配線基板２２を有している。プリント
配線基板２２上のコネクタ２６に係合する背面板２０上
の適切なコネクタ２４によって、プリント配線基板２２
は着脱可能に背面板２０に取り付けられている（図４参
照）。各プリント配線基板２２には、少なくとも一つの
電子部品２８が取り付けられており、その配線基板２２
の表面では、規格通り印刷されて設けられた適当な導体
３０が部品２８からコネクタ２６に伸びている。したが
って電気信号は、導体３０とコネクタ２４，２６を介
し、部品２８と背面板２０上の適合する電子部品との間
で伝送される。
【００１２】各々の電子部品２８は、図６に示すよう
に、超小型電子チップを熱パッケージの中に有してお
り、そこで集積回路３２が、集積回路ソケット３４によ
り配線基板２２と接続している。そしてこの回路は絶縁
体パッケージ３６に囲まれている。電子回路パッケージ
の一形態は、その組立方法と共に、発明者ジョアン・オ
ー・ヒルブリンクより本出願の譲渡人に譲渡されて１９
９３年３月１日に米国特許庁に出願された同時係属出願
０８／０２４１２９に示されており、ここではそれを参
照例として援用する。
【００１３】各々の電子部品２８は、冷却目的のため、
ヒートパイプ３８によって冷却システム１１のエキスパ
ンダ１４に接続されている。冷却される装置からエキス
パンダ１４のような冷却ユニットに熱を運ぶために適当
なヒートパイプ３８は、多くの市場販路から経済的な値
段で手に入れることができる。その製造業者のひとつと
して、ペンシルベニアのバーミンガムにあるサーマコア
社があり、市販ユニットとして手に入るヒートパイプを
製造している。そのヒートパイプは１ｃｍ2 の断面につ
き５０Ｗの効率で熱を運ぶことができる。このヒートパ
イプ３８は、膨張性フォームなどの適当な材料でつくら
れた外部絶縁チューブ４０、ステンレススティールなど
の適当な材料でつくられた筒状のハウジング４２、編み
込みで形成された銅メッシュなどの適当な材料でつくら
れ、中央孔４６を有する環状芯４４からなり、液状で作
用するアンモニアのような流体が芯４４を通ってエキス
パンダ１４から電子部品２８に移動し、芯４４経由で電
子部品２８に再び移動するそのサイクルを再開する前
に、ガスの状態で中央孔４６を通り、冷却と液化のため
にエキスパンダ１４に戻る。
【００１４】種々の配線基板２２のヒートパイプ３８は
電子部品２８から伸び、背面板の穿設孔４７を通りエキ
スパンダ１４と接続する。穿設孔４７でのヒートパイプ
３８の嵌め合いは比較的緩く設けられ、ヒートパイプ３
８とエキスパンダ１４との各接続部がたやすく取り外せ
るようになっている。それゆえ、修理やメンテナンスの
ために、コネクタ２４と２６とを切断して関連する配線
基板２２を背面板２０から取り出す場合には、ヒートパ
イプ３８をエキスパンダ１４から道具を使用することな
くたやすく取り外すことができる。このように、配線基
板２２とシステムの残りの部分との電気的および冷却の
ための接続は、並行した方法を用いて同時に結び合わさ
れ、または遮断される。
【００１５】図２に最も良く示されているように、ヒー
トパイプ３８とエキスパンダ１４との接続は、ヒートパ
イプ３８のハウジング４２と芯４４が、その取り外しを
直ちに可能にする充分なクリアランスでもって、エキス
パンダ１４の壁５２に設けられた穿設孔５０を通り、エ
キスパンダ１４の本体５６の開口部５４に伸びている。
エキスパンダ・コレット５８は開口５４内に幾分緩やか
に嵌まり、その内側に内部孔６０を有し、取り外しを直
ちに可能にする充分なクリアランスでもって、ヒートパ
イプ３８のハウジング４２の終端の一方を受けている。
コレット５８は開口部５４内部で、コイルバネ６２によ
りヒートパイプ３８に抗して付勢される。しかしなが
ら、温度変化に応じたヒートパイプ３８の膨張および収
縮を見込んで調節し、ヒートパイプ３８と電子部品２８
との直接的な接触を設ける必要があるならば、コレット
５８はバネ６２に抗して自由に動く。開口部５４は、エ
キスパンダ本体５６とヒートパイプ３８間の熱伝導性を
高めるために、必要に応じ、熱潤滑油６１でその内部を
満たすことができる。そしてコレット５８とエキスパン
ダ本体５６間の熱移動が、コレット５８によってエキス
パンダ本体５６の表面に生じた比較的広い表面領域でさ
らに調節される。
【００１６】電子部品２８に対するヒートパイプ３８の
もう一方の終端は図３の断面図に示されている。ここ
で、絶縁パッケージ３６には空洞６４が備えられてお
り、ヒートパイプ３８のハウジング４２の終端が配設さ
れる。空洞内部でのハウジング４２の嵌め合いはかすか
に緩くなっており、ここでヒートパイプ３８と絶縁パッ
ケージ３６との接続を密にして熱伝導性を高めるため
に、空洞６４内部に熱潤滑油６６を用いることができ
る。そしてバネ６２（図示せず）がヒートパイプ３８と
電子部品２８とを直接接触させるために使用される。
【００１７】図５に最も良く示されているように、各々
のヒートパイプ３８は、ベース７２を有する少なくとも
一つの支持ブラケット（受金）７０で配線基板２２に固
定されており、この支持ブラケット７０はヒートパイプ
３８を受ける側に半円形の凹部７４を有している。そし
てクランプ（締金）７６が凹部７４にヒートパイプ３８
を固定するために使用される。クランプ７６はファスナ
（取り付け金物）７８により固定される。
【００１８】次に、本発明の第二の実施例を図７に示
す。本実施例においては、コンプレッサ１２とエキスパ
ンダ１４からなる冷却装置１１が、エキスパンダ１４の
別々の側に配置された二つの異なる背面板８０および８
２に付設された電子部品を冷却するために使用されてい
る。そして、少なくとも一つの配線基板８４が背面板８
０に連接し、少なくとも一つの配線基板８６が背面板８
２に連接している。また、電子部品８８と９０とが配線
基板８４上に配置され、電子部品９２と９４とが配線基
板８６上に配置されている。ここで、図１〜６の実施例
（第一の実施例）に関して上記に開示されたのと同じや
り方で、導電パス９６とヒートパイプ９８とが各々の電
子部品８８，９０，９２，９４に結びつけられる。この
図７の第二の実施例は、エキスパンダ１４が二つ以上の
背面板と共に使用されるのを可能にする。実際に、縦方
向に延長されたエキスパンダは、その両側で複数の背面
板と接続して背面板に連接する電子部品を冷却すること
ができる。
【００１９】本発明は、好ましい実施例を用いて説明し
たが、（本発明は本実施例に限定されるものではな
く、）本発明の範囲内で変形および変更を加えることが
可能である。
【００２０】
【発明の効果】上述したように本発明は、回路基板上の
電子部品の冷却システムにおいて、回路基板と共に取り
外すことのできる冷却機構が、少なくとも一部の電子部
品に設けられているので、修理やメンテナンスの際に発
生する回路基板の取り外しや交換を容易に行うことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 冷却システムが連接された電子装置の回路基
板と背面板とを示す本発明の一実施例の斜視図である。
【図２】 冷却システムエキスパンダへのヒートパイプ
の接続を示す部分断面図である。
【図３】 電子部品パッケージへのヒートパイプの接続
を示す部分断面図である。
【図４】 半導体部品とヒートパイプを搭載した回路基
板を背面板とエキスパンダから切り離して示す分解組立
図である。
【図５】 図４の５−５線で切り取った断面図であり、
回路基板へのヒートパイプの取り付け方を示す図であ
る。
【図６】 図４の６−６線で切り取った断面図であり、
電子部品パッケージの内部構成を示す図である。
【図７】 エキスパンダを挟んで反対側に置かれた二つ
の背面板を有する冷却システムのエキスパンダと電子装
置に組み付けられた回路基板との結合を示す本発明の第
二の実施例の組立完了図である。
【符号の説明】
１４ エキスパンダ ２０ 背面板 ２２ 配線基板 ２８ 電子部品 ３８ ヒートパイプ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電子回路部品と、 前記電子回路部品を搭載した回路基板と、 前記電子回路部品を冷却する冷却媒体を供給する冷却装
    置と、 前記回路基板が着脱可能に接続する支持部と、 前記回路基板に搭載された前記電子回路部品に接続する
    と共に前記冷却装置と着脱可能に接続する熱移動部とを
    設け、 前記熱移動部が前記冷却装置から取り外されると共に前
    記回路基板が前記支持構造から直ちに取り外されること
    を特徴とする電子装置の冷却機構。
  2. 【請求項２】 （ａ）回路基板上に電子部品を搭載する
    ステップと、 （ｂ）前記回路基板を支持部に着脱可能に接続するステ
    ップと、 （ｃ）前記電子部品を冷却する冷却装置を設けるステッ
    プと、 （ｄ）前記回路基板に搭載された前記電子部品に接続す
    ると共に前記冷却装置に接続する熱移動部を設けるステ
    ップとを有し、 電子装置から前記電子部品が直ちに取り外されることを
    特徴とする電子装置の冷却方法。
  3. 【請求項３】 支持部に着脱可能に接続する回路基板に
    搭載された電子部品に適用される冷却装置を有し、前記
    回路基板に搭載され前記電子部品に接続すると共に前記
    冷却装置に着脱可能に接続する熱交換部を有する電子装
    置の冷却方法において、 （ａ）前記回路基板を前記支持構造から取り外すステッ
    プと、 （ｂ）前記熱交換部を前記冷却装置から同時に取り外す
    ステップとを有する電子装置の冷却方法。
JP6083047A 1993-04-26 1994-04-21 電子装置の冷却機構およびその冷却方法 Pending JPH07122869A (ja)

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