JPH07142886A - 電子機器冷却装置 - Google Patents
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- JPH07142886A JPH07142886A JP5284855A JP28485593A JPH07142886A JP H07142886 A JPH07142886 A JP H07142886A JP 5284855 A JP5284855 A JP 5284855A JP 28485593 A JP28485593 A JP 28485593A JP H07142886 A JPH07142886 A JP H07142886A
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Abstract
した装置でも、発熱部材の発生熱を放熱部である金属筐
体壁まで効率良く輸送し発熱部材を冷却する。 【構成】 発熱部材と金属筐体壁とをフレキシブル構造
の熱輸送デバイスにより熱的に接続した。熱輸送デバイ
スは発熱部材1に取り付けた液流路を有する扁平状の受
熱ヘッダ14、液流路を有し金属筐体10の壁に接触さ
せた放熱部材16、及び両者を接続するフレキシブルチ
ューブ18で構成され、内部に封入した液を放熱部材に
内蔵した液駆動機構により受熱ヘッダと放熱部との間で
駆動あるいは循環させた。これにより、発熱部材と筐体
壁とが部品配列に左右されることなく容易に接続される
と共に、液の駆動により高効率で熱が輸送される。放熱
部においては、放熱部材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。
Description
り、特に半導体素子を冷却し所定の温度に保つようにし
た電子回路基板の冷却に好適な電子機器冷却装置に関す
る。
900号公報、特開平3−255697号公報、実開平
5−29153号公報に記載のように、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、特開昭55−71092号公報に記載
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。
63−250900号公報、特開平3−255697号
公報、実開平5−29153号公報の例では、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、特開昭55−71092号公報の例において
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。
もに狭い空間内に搭載された装置であっても、部品配列
に左右されずに、発熱部材で発生する熱を放熱部である
金属筐体壁まで効率良く輸送し、発熱部材を所定の温度
に冷却する電子機器冷却装置を提供することにある。
に、本発明の電子機器冷却装置は、金属筐体壁を放熱部
とし、発熱部材と金属筐体壁とをフレキシブルな構造を
有する熱輸送手段によって熱的に接続した。熱輸送手段
は、発熱部材に取り付けられる内部に液流路を形成した
扁平状のヘッダ部材、金属筐体壁に接触もしくは金属筐
体壁に一体成型した流路を有する放熱部、及び、両者を
接続するフレキシブルチュ−ブで構成され、内部に封入
した液を、液駆動機構を設けて発熱部材に取り付けたヘ
ッダと放熱部との間で液振動あるいは液循環させるよう
にしたものである。また、発熱部材に取り付けた受熱板
と金属筐体壁とを部品配列に応じて折り曲げた細径のヒ
−トパイプで接続した。また、複数の発熱部材が搭載さ
れる配線基板を金属筐体壁に対抗させて配置し、発熱部
材と金属筐体壁との間に柔軟かつ高熱伝導率の部材をは
さみ込んだ。
は、発熱部材に接触させたヘッダと金属筐体壁に接触も
しくは金属筐体壁に、一体成型した放熱部材との接続に
フレキシブルチュ−ブを用いているので、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、部品配
列に左右されることなく、発熱部材と放熱部である筐体
壁とが容易に接続されるとともに、液の駆動により高効
率で熱が輸送される。放熱部においては、放熱部材と金
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。
に応じて折り曲げた細径のヒ−トパイプで接続すること
により、発熱部材で発生する熱が金属製筐体壁まで、部
品配列に左右されることなく効率良く輸送される。放熱
部においては、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。ま
た、複数の発熱部材と金属筐体壁との間が柔軟な部材で
接続されるので、発熱部材間に高さのばらつきがあって
も各々の発熱部材と金属製筐体壁とが効率良く熱的に接
続されるとともに、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。
参照して説明する。図1に、本発明の第1の実施例を示
す。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、受熱ヘッダ14、放熱ヘッダ1
6、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、受熱ヘッダ14、放熱ヘッダ16、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。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、配線基板等が搭載された本体側の
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。熱輸送
デバイスの詳細は、図2で示したものと同様である。た
だし、図2で示した放熱ヘッダにおいては、液駆動機構
が放熱ヘッダ全体の厚さを規定している。したがって、
極めて狭い実装空間しか得られないような装置において
は、液駆動装置を放熱ヘッダから分離して設置してもよ
い。
施例では、電子機器は図6と同様な構成になっており、
熱輸送デバイスとして直径2mm前後の細径ヒ−トパイ
プ50を用いている。ヒ−トパイプ50は、1本、又
は、複数本で発熱量の特に大きい半導体素子12を冷却
する。ヒ−トパイプの端部は、半導体素子面が一様な温
度に冷却されるようにアルミあるいは銅の受熱板48を
介して半導体素子で発生する熱がヒ−トパイプに伝熱さ
れる。ヒ−トパイプと受熱板とは溶接あるいは嵌合によ
って小さい接触熱抵抗で接続される。一方、放熱側は、
ヒ−トパイプが放熱面である金属製筐体10の壁面に直
接取付けられる。筐体壁には、U字状の溝部52が一体
成型で設けられており、ヒ−トパイプをこのU字状の溝
部52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。なお、本実施例では細径のヒ−トパイプを用いてい
るので、部品配列に応じて折り曲げて配置し、それぞれ
のヒートパイプをそれぞれ任意の場所に配置することが
できる。従って、本実施例によれば、部品の配列状態に
かかわらず半導体素子で発生する熱を効率良く放熱部に
輸送することができるとともに、放熱部と金属製筐体と
がヒ−ト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
ため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、極めて少ない空間であっても細長部のみ
の設置スペ−スでよく、かつ、高い放熱性能が得られ
る。
および第8の実施例を示す。本実施例の電子機器は、配
線基板2等が収納される筐体10の上部に表示装置8が
設置されており、実装空間が極めて制限されている。図
8では、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、受熱ヘッダ14、
放熱ヘッダ16、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。半導体素子1
2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、配線基板等
を搭載した筐体10の壁面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、直接ねじ止めなどの手段によって金属製筐体1
0の壁と熱的かつ物理的に取り付けられる。取り付け位
置は、筐体側面など比較的スペ−スに余裕のある場所で
あるが、特に、制限されることはない。なぜなら、放熱
部において、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、筐体壁の広い面積を有効に放熱面
として利用できるとともに、フレキシブルチューブ18
によって受熱ヘッダ14と放熱ヘッダ16が部品配列に
左右されずに接続できるためである。
構成になっており、熱輸送デバイスとしてヒ−トパイプ
50を用いている。ヒ−トパイプ50は、1本、又は、
複数本で発熱量の特に大きい半導体素子12を冷却す
る。ヒ−トパイプ50の端部は、図7に示した例と同
様、金属製の受熱板48を介して半導体素子で発生する
熱がヒ−トパイプ50に伝熱される。一方、放熱側は、
ヒ−トパイプが放熱面である金属製筐体10の壁面(本
体側面など)に直接取付けられる。筐体10の壁には、
U字状の溝部52が一体成型で設けられており、ヒ−ト
パイプ50をこのU字状の溝部52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、ヒ
−トパイプと金属製筐体とは細長部のみの設置スペ−ス
でよく、筐体内で放熱のために使用できる空間が極めて
少ない電子機器あっても、効率の良い放熱ができる。
実施例においては、電子機器を構成する配線基板2のう
ち、発熱量の特に大きい半導体素子12a,12bを含
む基板を別の電子回路基板54として分離し、両者をコ
ネクタ56で電気的に接続している。分離する電子回路
部は、回路の動作速度を考慮して複数の半導体素子を含
むことができる。高発熱部を含む基板54は、発熱量の
特に大きい半導体素子面を金属筐体10に対向させて設
置し、半導体素子面と金属筐体との間に柔軟性を有しか
つ熱伝導性に優れた部材である高熱伝導柔軟部材58
(たとえば、Siゲル、もしくは、袋状に形成したフィ
ルム中に熱伝導性グリスを封入したもの等)をはさみこ
んでいる。図10では、筐体底面部を放熱面とした例を
示したが、本実施例によれば、スペ−スが許せば、筐体
上面部あるいは側面部を放熱面としてもよい。本実施例
によれば、複数の発熱部材と金属筐体壁との間が柔軟な
部材で接続されるので、発熱部材間に高さのばらつきが
あっても各々の発熱部材と金属製筐体壁とが効率良く熱
的に接続されるとともに、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
るとともに、筐体壁が部分的に高い温度になることがな
い。
本実施例は図10と同様な構造で、電子機器を構成する
配線基板2を、発熱量の特に大きい半導体素子12a,
12bを含む面を金属筐体10に対向させて設置し、半
導体素子面と金属筐体との間に高熱伝導柔軟部材58を
はさみこんでいる。図11では、図10と同様、筐体底
面部を放熱面とした例を示したが、たとえば、キ−ボー
ド4を支持している金属板60を放熱面として、図中に
点線で示すように、配線基板2及び高熱伝導柔軟部材5
8を設置しても良い。
の部材とともに狭い空間内に搭載された装置であって
も、部材の配置状態に左右されずに、高発熱半導体素子
で発生する熱を放熱部まで効率良く輸送するとともに、
放熱部が金属製筐体壁に接続されているので、熱が広く
筐体壁に拡散され筐体壁の広い面積を有効に放熱面とし
て利用でき、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。
Claims (11)
- 【請求項1】 複数の半導体素子を搭載した電子回路基
板、及び、その周辺装置が、金属面を有する筐体内に収
容されてなる電子機器の冷却装置において、前記複数の
半導体素子のうち任意の場所に設置された特定の半導体
素子に設けた受熱部と、前記筐体の任意の場所の金属壁
面に設けた放熱部と、前記受熱部と前記放熱部とを任意
の場所を経由して接続する熱輸送手段とからなることを
特徴とする電子機器冷却装置。 - 【請求項2】 複数の半導体素子を搭載した電子回路基
板、及び、その周辺装置が、金属面を有する筐体内に収
容されてなる電子機器の冷却装置において、前記複数の
半導体素子のうち任意の場所に設置された特定の半導体
素子と、前記筐体の任意の場所の金属壁面とのそれぞれ
に、内部に液流路を備えたヘッダを設け、前記ヘッダ及
び液駆動手段をフレキシブルチューブで接続することに
より、前記ヘッダ間で液を駆動させてなる熱輸送手段を
備えたことを特徴とする電子機器冷却装置。 - 【請求項3】 複数の半導体素子を搭載した電子回路基
板、及び、その周辺装置が、金属面を有する筐体内に収
容されてなる電子機器の冷却装置において、前記複数の
半導体素子のうち任意の場所に設置された特定の半導体
素子と、前記筐体の任意の場所の金属壁面とのそれぞれ
に、内部に液流路を備えたヘッダを設け、前記ヘッダ及
び液駆動手段をフレキシブルチューブで接続することに
より、前記ヘッダ間で液を往復運動するように駆動させ
てなる熱輸送手段を備えたことを特徴とする電子機器冷
却装置。 - 【請求項4】 複数の半導体素子を搭載した電子回路基
板、及び、その周辺装置が、金属面を有する筐体内に収
容されてなる電子機器の冷却装置において、前記複数の
半導体素子のうち任意の場所に設置された特定の半導体
素子と、前記筐体の任意の場所の金属壁面とのそれぞれ
に、内部に液流路を備えたヘッダを設け、前記ヘッダ及
び液駆動手段をフレキシブルチューブで接続することに
より、前記ヘッダ間で液を循環するように駆動させてな
る熱輸送手段を備えたことを特徴とする電子機器冷却装
置。 - 【請求項5】 請求項3または4記載の電子機器冷却装
置において、前記熱輸送手段は、前記筐体の金属壁面に
接続される少なくとも一つのヘッダの内部に形成される
流路が、前記筐体の金属壁面に一体形成されていること
を特徴とする電子機器冷却装置。 - 【請求項6】 請求項3または4記載の電子機器冷却装
置において、前記熱輸送手段は、前記筐体壁に接続され
る少なくとも一つのヘッダが、筐体壁面に沿って形成し
た嵌合構造によって設置した金属パイプで構成されてい
ることを特徴とする電子機器冷却装置。 - 【請求項7】 請求項3または4記載の電子機器冷却装
置において、前記液駆動手段は前記ヘッダ内に内蔵され
ていることを特徴とする電子機器冷却装置。 - 【請求項8】 複数の半導体素子を搭載した電子回路基
板、及び、その周辺装置が、金属面を有する筐体内に収
容されてなる電子機器の冷却装置において、前記複数の
半導体素子のうち任意の場所に設置された特定の半導体
素子に金属板を取り付け、該金属板に一本もしくは複数
本のヒ−トパイプの一端を接続し、他端を前記筐体の壁
面に沿って形成した嵌合構造によって設置したことを特
徴とする電子機器冷却装置。 - 【請求項9】 請求項1、2、3、4または8記載の電
子機器冷却装置において、前記筐体壁にはフィンが形成
されていることを特徴とする電子機器冷却装置。 - 【請求項10】 複数の半導体素子を搭載した電子回路
基板、及び、その周辺装置が、金属面を有する筐体内に
収容されてなる電子機器の冷却装置において、前記半導
体素子を搭載した電子回路基板の特定の半導体素子の搭
載された面を前記筐体の金属壁面に対向して設置し、前
記半導体素子と前記筐体の金属壁面との間に、柔軟性の
ある熱伝導部材をはさみ込んだことを特徴とする電子機
器冷却装置。 - 【請求項11】 請求項10記載の電子機器冷却装置に
おいて、前記半導体素子と前記筐体内に収容した金属製
部材との間に、柔軟性のある熱伝導部材をはさみ込んだ
ことを特徴とする電子機器冷却装置。
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