JPS63251779A - 電子計算機の冷却装置 - Google Patents

電子計算機の冷却装置

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JPS63251779A JP62086663A JP8666387A JPS63251779A JP S63251779 A JPS63251779 A JP S63251779A JP 62086663 A JP62086663 A JP 62086663A JP 8666387 A JP8666387 A JP 8666387A JP S63251779 A JPS63251779 A JP S63251779A
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    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
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    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子計算機の冷却装置に係り、特に冷却装置の
部材の腐食状態がモニタリングされ、耐食信頼性の大き
い冷却袋はに関する。
〔従来の技術〕
電子計算機は年々、高密度、大容量化されるに従い、半
導体LSIの発熱密度が大幅に上昇する傾向にある。従
来、電子計算機の冷却方式は、ファンにより風を内部に
送り込む所謂強制空冷方式が用いられて来た。しかし、
上述の如く電子計算機の大容量化に伴ない発熱量が増え
ているため、強制空冷から液体冷却が必要になって来た
従来の液体による冷却方式は、特開昭60−16014
9号、特開昭60−160150号、特開昭52−16
981号等に開示されているように、LSI発熱素子を
効率良く冷却することを主体としたものである。
液体による冷却方式として、第2図に示すような可撓ベ
ローズを有する冷却構造体が知られている。
即ち、可撓性を有するステンレス鋼或いはニッケル製の
ベローズ1に冷却水へラダ2、及び冷却板3(例えば5
iC)からなる構成部材を接合し、冷却水を流す。また
基板5上に設置されたLSIチップ4を冷却板3に接触
させ、LSIチップ4の発熱を冷却板3に熱伝達し、更
に冷却板3を冷却液によって冷却し、除熱がなされる。
ここで冷却液としては種々の観点から水が最も一般的に
用いられる。
この冷却構造体は種々の材温で構成されている。
このため、これらの各種の構成材料はハンダ若しくはロ
ウ材料により接合される。この接合は冷却構造体の組立
及び補修等のために融点の異なった数種のハンダが使用
される。例えば、第2図に示す冷却構造体において3種
類の接合部があり、ベローズ1と冷却板3との接合部A
にはAu−Ge(融点365℃)、冷却水路本体とベロ
ーズ1との接合部BにはI n −A g −P b 
(融点149℃)、及び冷却水へラダフタと冷却水ヘッ
ダ2との接合部CにはSn−Ag(融点221°C)の
ハンダが使用される。構成部材はこれらのハンダにより
水密に接合され、冷却水が流される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
冷却構造体において、上記接合部は異種の金属材料が接
触された状態で冷却水にさらされることになり、これら
の金属の電位差に起因する異種金属接触腐食が発生する
。本発明者らの検討にょれば、純水中における冷却装置
の構成部材、例えばステンレス鋼、ニッケル等は腐食速
度が約0.1μm / Yと非常に小さいのに対し、上
記接合部材、例えばハンダ材、ロウ材等をステンレス鋼
と接触した場合の接合部の腐食速度は約100μm/Y
と非常に大きい。このために冷却構造体の耐食信頼性は
上記冷却構成材料の接合部の耐食性によって大きく左右
される。
また、冷却水としては、不純物例えばCQ″″イオン等
が含まれていると冷却構成材料の腐食が促進されるので
、不純物の極度に除かれた純水が使用される。また、こ
の純水中の溶存酸素が可能な限り低濃度に抑えられるこ
とにより一層防食効果が期待される。しかし、この様な
純水が用いられても上記接合部材料は他の構成部材の材
料に比し耐食性が劣ることは否定されない。
また、最近開発されている大型電子計算機ではその性能
の優れている点もさることながら、信頼性が極めて重要
である。このために冷却装置の構成材料の腐食、特に接
合部の異常腐食(異種金属接触腐食)に伴なう冷却水の
漏洩は致命的な問題になっている。
上記従来技術の水冷却装置は、電子計算機の発熱部を冷
却する装置であるが、冷却装置材料の腐食、特に接合部
の異常腐食の検知、及びその対策については全く配慮さ
れておらず、耐食信頼性に問題があった。従って、本発
明の目的は上記従来技術の問題点を解決し、耐食信頼性
の高い電子計算機の冷却装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の電子計算機の冷却装置は、複数個の半導体を備
えたモジュールに冷却液を供給してなる電子計算機冷却
装置において、前記半導体素子に接して冷却構造体が設
けられ、前記冷却構造体の内部の構成部材、特に接合部
の部材が冷却液により腐食されて溶存される部材成分を
測定する測定装置、及び前記冷却構造体の部材成分の異
常腐食をモニタリングするモニタリング装置が設けられ
た装置である。
また1本冷却装置の前記測定装置は電気伝導度測定装置
又は/及びイオン分析装置が使用され。
また眞記冷却構造体の部材がステンレス鋼、ニッケル等
であり、その部材の接合部の材質はAu−Ge、Sn−
Ag、In−Ag−Pb等からなるハンダ材、あるいは
ロウ材が用いられる。
また、前記モニタリング装置は、前記測定装置の測定値
に応じて冷却液を浄化装置に導入する制御装置、及び前
記冷却構造体の部材の異常腐食を表示する警報装置に接
続されており、更に冷却液の純度測定値に応じて自動的
に冷却液を通常の循環流路から浄化装置への導流路に切
り換える流路制御装置に接続されていることが好適であ
る。
尚、電子計算機の冷却液系統の特定場所に冷却液の電気
伝導測定装置やイオン分析装置が備えられる。その特定
場所は冷却液が電子計算機を出た後の流路で、冷却液の
浄化装置の前が望ましい。
この浄化装置としてイオン交換樹脂塔及び脱酸素樹脂塔
が設けられる。冷却液として防食の点から純水が使用さ
れるが、腐食により生成したイオン類及びリークにより
混入される酸素は浄化装置で除去され、冷却水の純度が
一定に保たれるようにされる。
〔作用〕
本発明は、冷却液系統に設けられたイオン分析装置によ
り、冷却液、特に冷却水中の個々のイオン址をイオン種
別に連続的に測定する。この測定により特定のイオン種
が増えつづけると構成金属材料との関連で、冷却液系統
のどの部位に使われている材料の腐食が激しいか推定で
きる。更に、材料の組成比と冷却液中に溶出されたイオ
ン種の量を対比することにより、金属材料のある種の成
分のみが溶出される選択腐食などの異常腐食が察知され
る。即ち、通常の状態では冷却装置の構成部材は腐食に
より溶出されるイオン成分量が極く微是であるが、接合
部材料は腐食され易いので、その接合部の部材成分の溶
出が著しく大きくなる。
この冷極構造体の接合には、成分の異なった数種のハン
ダ材が使用されているので、腐食により冷却液中に溶出
された成分の種類及び量を測定解析することにより、腐
食部の位置及び腐食状況を推測することができる。例え
ば接合部ハンダの異種金属接触腐食により溶出されたハ
ンダ成分が測定され、Pb、Sn、In、Ag、Ge等
が連続的に測定、解析される。各ハンダ特有の成分検出
により、どの部位の接合個所に異種金属接触腐食が発生
しておるかが推測される。
また、電気伝導度測定装置により冷却液の電気伝導度を
測定して、冷却装置材料全体の平均的な腐食量が同時に
検出される。水中における電気伝導度は水中におけるイ
オンにより電子が運ばれることにより行なわれる。従っ
て冷却水の電気伝導度が高くなることは、水中に存在す
るイオン量が増えることに対応する。冷却水中のイオン
は水の解難によるH+ 、○H−の他に冷却装置構成材
料の腐食に伴なって溶出される金属イオンに依存する。
すなわち、冷却装置構成材料の腐食と冷却水の電気伝導
度の相関関係を予め把握しておいて、電気伝導度の変化
を連続測定することにより、冷却装置の部材の腐食の総
量を知り、腐食程度が検出される。
上記のようにイオン分析装置及び電気伝導度測定装置か
らの測定値をモニタリング装置で設定値と比較し、測定
値が設定値より大きくなれば、冷却液は自動的に通常の
流路から切り換えて浄化装置に送られ、冷却液中の金属
イオン、溶存酸素をイオン交換樹脂や脱酸素樹脂により
除去する。これに併せて冷却液中に溶存する金属イオン
量が多くなれば警報装置に表示し、冷却装置部材の点検
補修を早急に耐策できる。従って電子計算機の冷却装置
に電気伝導度測定系及びイオン分析系、これに加えて浄
化装置を作動させるモニタリング装置が設けられている
ので、電子計算機の冷却装置は高い信頼性を有し得る。
〔実施例〕
本発明の電子計算機の冷却装置を第1図に示す。
冷却水6は電気伝導度0.1μs/anの高純度の純水
が使用される。この冷却水6はポンプ7により電子計算
機8の複数個の半導体を備えたモジュールの冷却部に送
られ、熱交換されて発熱したLSI素子は冷却されると
同時に、冷却水6は昇温され、冷却水タンク9に流入さ
れる。冷却水タンク9内には冷凍110に連結された熱
交換器11が設けられており、電子計算機内の発熱体を
冷却して昇温された冷却水6は冷却水タンク9の中で再
び冷却される。次いで冷却水タンク9から出た冷却水6
は再び流量制御装置17で制御され、電子計算機8の冷
却部に送られる。このとき、冷却水6はその一部が冷却
水分岐バルブ12でサンプリング流路の冷却水サンプリ
ング管13を通って電気伝導度測定装置14に導入され
、冷却水6の電気伝導度が測定される。次いで冷却水6
はイオン分析装置15に導入され、冷却水6の中のイオ
ンの種類と量が測定され、測定後の水はドレン管16か
ら排出される。その電気伝導度により冷却水6中に溶存
する金属量が分析されて腐食量が検出される。また、イ
オン分析により1例えば冷却水6中のInが多量に検出
された場合は、冷却水へラダフタと冷却水ヘッダ本体2
との接合部C(第2図参照)、或いはSnが多量に検出
された場合は冷却水流路本体2とベローズ1との接合部
13(第2図参照)、或いはGeが多量に検出された場
合はベローズ1と冷却板3との接合部A(第2図参照)
の腐食が異り;りに進行されていることが検知される。
尚、サンプリングされる冷却水6は極めて少量で、ドレ
ン管16から放出されても影響は余り無い。
また、電気伝導度測定装置14及びイオン分析装置15
には制御装置18が接続され、電気伝導度及びイオン分
析測定値が入力される。また制御装置は冷却水6を浄化
装置20に導入する流量制御バルブ19、及び冷却水6
の循環路の流量制御バルブ17に接続される。制御装置
18には予めインプットされた基準とされる電気伝導度
及びイオン種の量と腐食との相関関係により、 ifi
g定された電気伝導度及びイオン種の量から腐食状態が
解析される。若し解析により測定された冷却水6の電気
伝導度及びイオン種の量が設定値以上になったとき、制
御装置18の指示により流量制御バルブ17を閉じ、流
量制御バルブ19を開き、冷却水6は浄化装置20に導
入される。浄化装置20はイオン交換樹脂、及び脱酸素
樹脂が充填され、冷却水6中の金属イオンや溶存酸素が
除去される。
冷却水6は浄化装置20で浄化され、ポンプ7により電
子計算機8の冷却部に送られる。また、再び冷却水6の
電気伝導度及びイオン量が設定値以下に戻れば、制御装
置18の制御により自動的に流量制御バルブ17を開き
、流量制御バルブ19を閉じ、冷却水6は通常の冷却系
路に流され、電子計算機8は冷却される。
更に、制御装置18にはg報装置21が付帯される。制
御装置18により電気伝導度の積算値が計算され、これ
により冷却水6中の溶存する金属1度から冷却装置材料
の腐食総量が警報装置21に表示される。同時に、制御
′gl置18によりイオン種の解析結果及びイオン量の
積算値の解析結果から、冷却装置の腐食された接合部、
及びその接合部の材料の異常腐食について警報が表示さ
れる。
〔発明の効果〕
本発明の電子計算機の冷却装置は、冷却液の電気伝導度
a[lI定値及びイオン分析装置が設けられて冷却装置
の構成部材の腐食状況、特に異常腐食を検出し、モニタ
リング装置により冷却液の浄化、及び警報を表示するよ
うに構成されているので、冷却系統の腐食による冷却液
の漏洩等のトラブルを事前に予測して対策することが可
能となり、極めて高い信頼性を有する冷却装置にするこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の電子計算機の冷却装置の構成図を示し
、第2図は可撓ベローズ水冷却構造体の断面図を示す。       ゛ 1・・・ベローズ、2・・・冷却水ヘッダ、3・・冷却
板。 4・・・LSIチップ、5・・・基板、6・・・冷却水
、7・・・ポンプ、8・・・電子計算機、9・・・冷却
水タンク、10・・・冷凍機、14・・・電気伝導度測
定装置、15・・・イオン分析装置、18・・・制御装
置(モニタリング装置)、20・・・浄化装置、21・
・・警報装置、A。 B、C・・・接合部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、複数個の半導体を備えたモジュールに冷却液を供給
    してなる電子計算機の冷却装置において、前記半導体素
    子に接して冷却構造体が設けられ、前記冷却構造体の内
    部の構成部材が冷却液により腐食されて溶存される部材
    成分を測定する測定装置、及び前記冷却構造体の部材成
    分の異常腐食をモニタリングするモニタリング装置が設
    けられていることを特徴とする電子計算機の冷却装置。 2、特許請求の範囲第1項において、前記測定装置が電
    気伝導度測定装置又は/及びイオン分析装置であること
    を特徴とする電子計算機の冷却装置。 3、特許請求の範囲第1項又は第2項において、前記冷
    却構造体の部材がステンレス鋼、ニッケルであり、その
    部材の接合部がAu−Ge、Sn−Ag、In−Ag−
    Pbからなるハンダ材又はロウ材であることを特徴とす
    る電子計算機の冷却装置。 4、特許請求の範囲第1項ないし第3項の何れかの項に
    おいて、前記モニタリング装置が、前記測定装置の測定
    値に応じて冷却液を浄化装置に導入する制御装置、及び
    前記冷却構造体の部材の異常腐食を表示する警報装置に
    接続されたことを特徴とする電子計算機の冷却装置。 5、特許請求の範囲第4項において、前記モニタリング
    装置は、冷却液の純度測定値に応じて自動的に冷却液を
    通常の循環流路から浄化装置への導流路へ切り換える流
    路制御装置に接続されていることを特徴とする電子計算
    機の冷却装置。
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