JPWO2013172004A1 - 冷却装置の接続構造、冷却装置、および冷却装置の接続方法 - Google Patents

Abstract

相変化方式を用いた冷却装置においては、高い熱輸送性能を得ようとすると冷却対象である発熱体との間の熱抵抗が増大し、充分な冷却性能が得られないため、本発明の冷却装置の接続構造は、開口部を備えた接続板と、弾性変形し得る薄板状の押圧板と、押圧板が、冷却装置を構成する受熱部を覆って配置した状態で、押圧板と接続板を固定する第１の固着部と、基板上に装着された発熱体と受熱部が当接して開口部に配置された状態で、接続板と基板を固定する第２の固着部、とを有する。

Description

本発明は、半導体装置や電子装置等と冷却装置との接続構造に関し、特に、冷媒の気化と凝縮の相変化サイクルによって熱の輸送・放熱を行う相変化冷却方式による冷却装置の接続構造、冷却装置、および冷却装置の接続方法に関する。

近年、半導体装置や電子装置などの高性能化、高機能化に伴い、それらの発熱量も増大している。そのため、熱輸送能力が大きい冷却装置が必要となっている。冷媒の気化と凝縮の相変化サイクルによって熱の輸送・放熱を行う相変化冷却方式による冷却装置は、ヒートシンク等に比べ熱輸送能力を向上させることができる。そのため、発熱量の大きな半導体装置や電子装置などの冷却装置として期待されている。

このような相変化冷却方式を用いた冷却装置（以下では、「相変化冷却装置」とも言う）の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された関連する相変化冷却装置は、回路基板に搭載された中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）など発熱源としての半導体デバイスを冷却するために用いられる。関連する相変化冷却装置は、半導体デバイスの表面に取り付けられた沸騰部とラジエータを備えた凝縮部を備え、これらの間に蒸気管と液戻り管からなる一対の配管が取り付けられている。ここで関連する相変化冷却装置は、その内部を大気圧の略１／１０程度の減（低）圧状態に保たれ、液体冷媒である水の相変化により、電動ポンプなどの外部動力なしで冷媒液を循環することの出来るサーモサイフォンを構成している。

関連する相変化冷却装置において、発熱源である半導体デバイスで発生した熱は、沸騰部へ伝達される。その結果、沸騰部では、伝達された熱により液体冷媒である水が減圧下で沸騰して蒸発し、発生した蒸気は沸騰部から蒸気管を通って凝縮部へ導かれる。そして、凝縮部では、冷媒蒸気が冷却ファンなどによって送風される空気により冷却されて液体（水）となり、その後、重力により液戻り管を通って再び沸騰部へ還流する。

一方、電子機器の小型化、薄型化に伴い、小型化、薄型化に対応した半導体装置等と冷却装置との接続構造が必要とされている。このような薄型化を図ることができる電子機器に搭載される冷却装置の接続構造の一例が特許文献２に記載されている。

特許文献２に記載された関連する電子機器においては、筐体内に回路基板、第１および第２の発熱体、第１および第２のサブヒートパイプ、メインヒートパイプ、第１および第２の押圧部材、ヒートシンク、および冷却ファンが設けられている。第１の押圧部材は、第１のサブヒートパイプの第１の部分を第１の発熱体に向けて押圧し、第１のサブヒートパイプと第１の発熱体との間の熱接続を強固にする。このとき、第１のサブヒートパイプは、第１の押圧部材によって第１の発熱体に向けて押圧されることで、第１の発熱体のダイの傾きや形状に追従して撓むことでできる。このため、第１のサブヒートパイプは、第１の発熱体のダイへの片当たりなどが生じにくい。

また、関連する電子機器では、比較的大きな長さを有し、比較的厚く形成されて高い熱輸送性能が確保されたメインヒートパイプを発熱体からオフセットした位置に配置するとともに、このメインヒートパイプと発熱体との間にサブヒートパイプを設けている。すなわち、関連する電子機器では、回路基板および発熱体に対して薄く形成された平板状のサブヒートパイプを重ねるとともに、比較的厚いメインヒートパイプを発熱体に重ならない領域に配置している。このような構成により、放熱構造の全体を薄型化することが可能になり、電子機器の薄型化を実現することができる、としている。

特開２０１１−０４７６１６号公報（段落「００２３」〜「００４９」、図１） 特開２０１１−１０６７９３号公報（段落「００１１」〜「００７９」、図２〜図５）

上述した特許文献２に記載された関連する電子機器では、サブヒートパイプを発熱体に密着させたときに、発熱体のダイの傾きや表面形状に応じてサブヒートパイプが柔軟に変形するように、サブヒートパイプは薄く形成している。しかし、薄型のヒートパイプでは高い熱輸送性能が得られないため、電子機器の冷却性能が低下する、という問題があった。

一方、特許文献１に記載された関連する相変化冷却装置では、冷媒が気液二相流として移動するため、ヒートパイプに比べ高い熱輸送性能が得られる。ここで関連する相変化冷却装置の沸騰部は、充分な量の冷媒を貯蔵し、気相冷媒の内圧上昇による変形等を防止するため、銅などの熱伝導性に優れた金属を用いて堅固な箱状に構成される。しかし、このような沸騰部は機械的な柔軟性を有さないため、沸騰部および発熱体の形状バラツキにより、沸騰部と発熱体の間で片当たりや荷重の不均一が生じる。そのため、沸騰部と発熱体との界面における熱抵抗が増大し充分な冷却性能が得られない、という問題があった。

このように、関連する冷却装置においては、高い熱輸送性能を得ようとすると冷却対象である発熱体との間の熱抵抗が増大し、充分な冷却性能が得られない、という問題があった。

本発明の目的は、上述した課題である、相変化方式を用いた冷却装置においては、高い熱輸送性能を得ようとすると冷却対象である発熱体との間の熱抵抗が増大し、充分な冷却性能が得られない、という課題を解決する冷却装置の接続構造、冷却装置、および冷却装置の接続方法を提供することにある。

本発明の冷却装置の接続構造は、開口部を備えた接続板と、弾性変形し得る薄板状の押圧板と、押圧板が、冷却装置を構成する受熱部を覆って配置した状態で、押圧板と接続板を固定する第１の固着部と、基板上に装着された発熱体と受熱部が当接して開口部に配置された状態で、接続板と基板を固定する第２の固着部、とを有する。

本発明の冷却装置は、冷媒を貯蔵し、発熱体からの熱量を受熱する受熱部と、開口部を備えた接続板と、弾性変形し得る薄板状の押圧板と、押圧板が受熱部を覆って配置した状態で、押圧板と接続板を固定する第１の固着部と、基板上に装着された発熱体と受熱部が当接して開口部に配置された状態で、接続板と基板を固定する第２の固着部、とを有する。

本発明の冷却装置を用いた電子機器は、基板と、基板上に搭載された発熱体と、冷媒を貯蔵し、発熱体からの熱量を受熱する受熱部と、開口部を備えた接続板と、弾性変形し得る薄板状の押圧板と、押圧板が受熱部を覆って配置した状態で、押圧板と接続板を固定する第１の固着部と、発熱体と受熱部が開口部に配置された状態で、接続板と基板を固定する第２の固着部と、受熱部で気化した気相冷媒を凝縮液化させて放熱を行う放熱部と、放熱部と受熱部を接続する配管、とを有し、第１の固着部は、受熱部と発熱体が当接密着した状態で、押圧板と接続板を固定し、第２の固着部は、受熱部と発熱体が当接密着した状態で、接続板と基板を固定する。

本発明の冷却装置の接続方法は、開口部を備えた接続板を形成し、冷却装置を構成する受熱部を開口部に配置し、弾性変形し得る薄板状の押圧板を、受熱部を覆うように配置し、押圧板と接続板を接続し、接続板を、発熱体を装着した基板上に、発熱体が開口部に収容されるように配置する。

本発明の冷却装置の接続構造によれば、相変化方式を用いた冷却装置において、高い熱輸送性能が得られる構成とした場合であっても、充分な冷却性能が得られる。

本発明の第１の実施形態に係る冷却装置の接続構造を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態による冷却装置の構成を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態による冷却装置の構成を示す側面図である。 本発明の第３の実施形態に係る冷却装置を用いた電子機器の構成を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る冷却装置を用いた電子機器の構成を示す側面図である。 本発明の第３の実施形態に係る冷却装置を用いた電子機器の別の構成の一部を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る冷却装置を用いた電子機器のさらに別の構成の一部を示す斜視図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る冷却装置の接続構造１００を示す断面図である。冷却装置の接続構造１００は、開口部１１１を備えた接続板１１０、弾性変形し得る薄板状の押圧板１２０、第１の固着部１３０、および第２の固着部１４０を有する。第１の固着部１３０は、押圧板１２０が、冷却装置を構成する受熱部２１０を覆って配置した状態で、押圧板１２０と接続板１１０を固定する。第２の固着部１４０は、基板３１０上に装着された発熱体３２０と受熱部２１０が当接して開口部１１１に配置された状態で、接続板１１０と基板３１０を固定する。

ここで押圧板１２０は、第１の固着部１３０の作用により、一部が板バネ状に弾性変形する。それによって受熱部２１０の形状のバラツキを吸収する。このとき、第２の固着部１４０が発熱体３２０と受熱部２１０を当接した状態で固定することにより、発熱体３２０と受熱部２１０の接触面全体を均等な力で押圧することが可能となる。したがって、本実施形態の冷却装置の接続構造１００によれば、特許文献２に記載された関連する電子機器における場合とは異なり、発熱体と密着させるために受熱部２１０が機械的な柔軟性を有する必要はない。つまり、受熱部２１０として堅固な容器を備えた受熱部を用いることが可能となる。そのため、本実施形態の冷却装置の接続構造１００を、高い熱輸送性能が得られる相変化冷却装置に用いることができる。

ここで押圧板１２０は、一部を切り欠いた切欠部を備えた構成とすることができる。これにより、押圧板１２０が受熱部２１０を覆った状態における弾性変形量を調整することが可能である。また、第２の固着部１４０は、締結部とバネ部を備えた構成とすることができる。バネを用いることによって、発熱体３２０と受熱部２１０の接触面全体を均等な力で押圧するように制御することがより容易となる。

また、本実施形態による冷却装置の接続方法によれば、まず、開口部を備えた接続板を形成し、冷却装置を構成する受熱部を開口部に配置する。そして、弾性変形し得る薄板状の押圧板を、受熱部を覆うように配置し、押圧板と接続板を接続する。続いて、接続板を、発熱体を装着した基板上に、発熱体が開口部に収容されるように配置する。さらに、受熱部と発熱体を当接密着させた状態で、押圧板と接続板を固定し、かつ接続板と基板を固定する。

上述した構成とすることにより、本実施形態の冷却装置の接続構造１００および冷却装置の接続方法によれば、相変化方式を用いた冷却装置において、高い熱輸送性能が得られる構成とした場合であっても、充分な冷却性能が得られる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２Ａ、図２Ｂは、本発明の第２の実施形態による冷却装置１０００の構成を示す図であり、図２Ａは斜視図、図２Ｂは側面図である。冷却装置１０００は、冷媒を貯蔵し、発熱体からの熱量を受熱する受熱部２１０、開口部を備えた接続板１１０、弾性変形し得る薄板状の押圧板１２０、第１の固着部１３０、および第２の固着部１４０を有する。ここで第１の固着部１３０は図１に示したように、押圧板１２０が受熱部２１０を覆って配置した状態で、押圧板１２０と接続板１１０を固定する。また第２の固着部１４０は、基板上に装着された発熱体と受熱部２１０が当接して開口部に配置された状態で、接続板１１０と基板３１０を固定する。

冷却装置１０００はさらに、受熱部２１０で気化した気相冷媒を凝縮液化させて放熱を行う放熱部２２０、および放熱部２２０と受熱部２１０を接続する配管を備える。ここで、放熱部２２０が接続板１１０上に配置している構成とすることができる。また配管は、受熱部２１０の上部と放熱部２２０の上部を接続する第１の配管２３１と、受熱部２１０の側面と放熱部２２０の下部を接続する第２の配管２３２を含む。

冷却装置１０００においては、冷媒に低沸点の材料を用い、受熱部２１０に冷媒を注入した後に真空排気することにより、受熱部２１０の内部は常に冷媒の飽和蒸気圧に維持することができる。冷媒としては例えば、絶縁性を有し不活性な材料であるハイドロフロロカーボンやハイドロフロロエーテルなどの低沸点冷媒を用いることができる。また、受熱部２１０および放熱部２２０を構成する材料には、熱伝導特性に優れた金属、例えばアルミニウム、銅などを用いることができる。

冷却装置１０００は、受熱部２１０の底面に例えば中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：ＣＰＵ）などの発熱体を配置し、受熱部２１０と熱的に接続して使用する。発熱体からの熱量が受熱部２１０を介して冷媒に伝達され、冷媒が気化する。このとき、発熱体からの熱量は気化熱として冷媒に奪われるため、発熱体の温度上昇が抑制される。

受熱部２１０において気化した気相冷媒は、第１の配管２３１を通って放熱部２２０に流入する。気相冷媒は放熱部２２０内で放熱し、凝縮液化する。このように、冷却装置１０００は冷媒の気化と凝縮のサイクルによって熱の輸送・放熱を行う相変化冷却方式を用いた構成である。

上述したように本実施形態による冷却装置１０００は、受熱部２１０と放熱部２２０が配管２３１、２３２によって接続された相変化型冷却器が、開口部を備えた接続板１１０に取り付けられた構成である。ここで押圧板１２０は、接続板１１０と接続される際に第１の固着部１３０の作用により、一部が板バネ状に弾性変形する。それによって受熱部２１０の形状のバラツキを吸収する。このとき、第２の固着部１４０が発熱体と受熱部２１０を当接した状態で固定することにより、発熱体と受熱部２１０の接触面全体を均等な力で押圧することが可能となる。そのため、受熱部２１０と発熱体との界面における熱抵抗を低減することができ、充分な冷却性能を得ることができる。

また、本実施形態の冷却装置の接続方法によれば、まず、開口部を備えた接続板１１０を形成し、冷却装置を構成する受熱部２１０を開口部に配置する。また、受熱部で気化した気相冷媒を凝縮液化させて放熱を行う放熱部２２０を、接続板１１０上に配置し、放熱部２２０と受熱部２１０を配管で接続する。

続いて、弾性変形し得る薄板状の押圧板１２０を、受熱部２１０を覆うように配置し、押圧板１２０と接続板１１０を接続する。続いて、接続板１１０を、発熱体を装着した基板上に、発熱体が開口部に収容されるように配置する。さらに、受熱部２１０と発熱体を当接密着させた状態で、押圧板１２０と接続板１１０を固定し、かつ接続板１１０と基板を固定する。

上述した構成とすることにより、本実施形態の冷却装置１０００および冷却装置の接続方法によれば、相変化方式を用いた冷却装置において、高い熱輸送性能が得られる構成とした場合であっても、充分な冷却性能が得られる。

次に、本実施形態による冷却装置１０００について、さらに詳細に説明する。

本実施形態による冷却装置１０００を構成する相変化冷却器は、発熱体からの熱を受けて内部に貯蔵した冷媒を気相状態に相変化させる受熱部２１０と、その気相冷媒を外部に設けたファン等を用いて熱を奪い、液相状態に相変化させる放熱部２２０により構成される。受熱部２１０と放熱部２２０は２つの配管、つまり第１の配管２３１と第２の配管２３２によりそれぞれ接続されている。また相変化冷却器においては、重力による作用を用いて冷媒を循環させるため、放熱部２２０は受熱部２１０よりも鉛直上方に配置した部分を含んで構成されている。

本実施形態による冷却装置１０００は、図２Ａ、図２Ｂに示すように、上述した相変化冷却器、それを設置する開口部を備えた接続板１１０、および押圧板１２０を含んで構成される。ここで押圧板１２０は、接続板１１０の開口部に相変化冷却器の受熱部２１０を配置した状態で、受熱部２１０の発熱体と当接する面と反対側の面を覆って配置している。

接続板１１０は、第１の固着部１３０の作用により発生する受熱部２１０と発熱体を当接密着させる力によっては、大きな変形を生じない程度の厚みを有する。接続板１１０の開口部は受熱部２１０を収容する。開口部の大きさは、受熱部２１０が発熱体と接触する面の大きさと略同程度の大きさとすることができる。好適には、受熱部２１０の外形から約０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍ程度拡張した大きさとすることが望ましい。このような構成とすることにより、受熱部２１０を発熱体に適切に取り付けることが可能となる。すなわち、受熱部２１０の配置位置が接触する面の面内方向でずれが生じ、そのため受熱部２１０と発熱体が当接密着する面の面積が減少することを回避することができる。

接続板１１０は、押圧板１２０を固定するための、例えば、ねじ穴を、開口部の周辺領域に備える。このねじ穴は第１の固着部１３０の一部を構成する。また、接続板１１０は、外周近傍領域、例えば、四角形状の４隅に、基板または筐体との締結に必要となる締結部品を挿入するための穴を備える。この穴は第２の固着部１４０の一部を構成する。そして、この穴とねじ等の締結部材により、相変化冷却器が配置された接続板１１０と基板とを締結する。

図２Ａ、図２Ｂに示すように、上述した相変化冷却器の放熱部２２０は、接続板１１０の上に配置している。このような構成とすることにより、放熱部２２０に働く力を接続板１１０に分散することができる。そのため、外部から本実施形態による冷却装置１０００に力が作用した場合、機械的強度が弱い配管の接続部に作用する力を低減することが可能となる。

それに対して、特許文献１に記載された関連する相変化冷却装置においては、沸騰部（受熱部）は半導体デバイスの表面上に固定されるが、凝縮部（放熱部）は筐体に固定されず、受熱部と放熱部を接続する配管によってのみ支持されている。そのため、放熱部に外部から何らかの衝撃が加わると、配管が損傷しやすく相変化冷却器の動作に支障が生じやすい、という問題があった。しかし、本実施形態の冷却装置１０００によれば、上述したように、かかる問題を回避することができる。

また、特許文献１に記載された関連する相変化冷却装置においては、沸騰部（受熱部）を半導体デバイスの表面上に搭載する場合、受熱部と発熱体との界面における熱抵抗が上昇し、冷却性能が低下するという問題があった。すなわち、特許文献１に記載された関連する受熱部は、配管によって接続されている放熱部の自重により、重心が中心からずれている。そのため、受熱部を半導体デバイスの表面上に搭載するときに、受熱部と発熱体との接触面を平行に保つのが困難だからである。しかし、本実施形態の冷却装置１０００によれば、上述したように、放熱部２２０は接続板１１０の上に配置し、接続板１１０が放熱部２２０を支持している。そのため、受熱部２１０が放熱部２２０の自重から受ける影響を抑制することができる。そのため、本実施形態の冷却装置１０００によれば、放熱部の自重により受熱部と発熱体との接触面が傾き、冷却性能が低下するという問題を回避することができる。

押圧板１２０は、上述したように接続板１１０上に取り付けられ、受熱部２１０の発熱体との接触面と反対側の面を覆って取り付けられる。押圧板１２０は、好適には薄板状の金属を用いて構成されるが、弾性変形し得る材料であれば、これに限られない。

押圧板１２０を薄板状の弾性体で構成することにより、受熱部２１０と発熱体を当接密着させる際に、受熱部２１０および発熱体の製造ばらつき等により生じた微小な凹凸を吸収することできる。そのため、受熱部２１０を発熱体の接触する面に均等に押し付けることが可能となる。このとき、微小な凹凸の吸収に伴い、受熱部２１０の位置が変動する場合が生じ得る。しかし、この場合であっても、配管によりこの変動が吸収されるので、冷却装置１０００の動作に支障が生じることはない。すなわち、受熱部２１０と放熱部２２０を接続する配管は、曲げに対し変形しやすい構成であるため、配管が変形することにより受熱部２１０の位置の変動を吸収することが可能である。また、押圧板１２０が、一部を切り欠いた切欠部を備える構成とすることにより、弾性変形量を調整可能とし、受熱部２１０の位置の変動を吸収することとしてもよい。さらに、接続板１１０の上に配置した放熱部２２０の位置を調整することによっても、受熱部２１０の位置の変動を吸収することができる。具体的には例えば、受熱部２１０の位置の変動に応じて、放熱部２２０を構成するラジエータを傾斜させることができる。

次に、本実施形態の冷却装置１０００による効果についてさらに説明する。

本実施形態によれば、冷却装置１０００を基板に配置された発熱体の上に搭載する作業が容易になる。接続板１１０を基板または筐体に固定することにより、受熱部２１０を発熱体に搭載することができるからである。また、受熱部２１０を押圧するバネ性を有する押圧板１２０により、発熱体と受熱部２１０の接触面を均等な力で押し付けることが可能となる。

また、放熱部２２０等に外部から衝撃力が加わった場合であっても、配管等が損傷しにくくなる。放熱部２２０に外部から衝撃が加わっても、放熱部２２０が固定された接続板１１０に衝撃の一部が伝えられ、締結部材を通じて基板または筐体に逃がされる。そのため、配管が損傷する可能性を低減することができる。

また本実施形態によれば、相変化冷却器を取り付ける際の自由度が増大し、相変化冷却器を用いる汎用性が拡大する。その理由は、接続板１１０を基板または筐体に締結部材等を用いて固定するので、仮に基板または筐体に設けられた固定用の穴寸法、穴間の位置が変更となった場合であっても、接続板１１０を変更するだけで対応することができるからである。

さらに本実施形態によれば、相変化冷却器の装着工程を簡略化することができる。相変化冷却器は内部に冷媒を封入し密閉した状態で動作させる必要がある。そのため、あらかじめ配管と受熱部および放熱部をろう付け等により溶着し、冷媒を封入した後に冷媒注入口を密閉する必要がある。密閉する工程には、かしめ、溶接、またはバルブ等が一般には用いられる。しかし相変化冷却器は形状が複雑であるため、相変化冷却器を装着する工程の処理に著しい困難が生じる可能性がある。すなわち、密閉する工程の後に、受熱部または放熱部を基板に固定するための穴を加工しようとしても、工具を目的の位置に設置できない事態などが生じる可能性がある。しかし本実施形態によれば、相変化冷却器を構成する受熱部２１０を、接続板１１０の開口部１１１に取り付け、それを押圧板１２０で押さえる工程だけで取り付けることができる。そのため、相変化冷却器の装着を簡易に行うことができる。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図３Ａ、図３Ｂは、本発明の第３の実施形態による冷却装置を用いた電子機器２０００の構成を示す図であり、図３Ａは斜視図、図３Ｂは側面図である。冷却装置を用いた電子機器２０００は、基板３１０、基板上３１０に搭載された発熱体３２０、受熱部２１０、放熱部２２０、および受熱部２１０と放熱部２２０を接続する配管２３０を有する。受熱部２１０は冷媒を貯蔵し、発熱体３２０からの熱量を受熱する。放熱部２２０は受熱部２１０で気化した気相冷媒を凝縮液化させて放熱を行う。

冷却装置を用いた電子機器２０００はさらに、開口部１１１を備えた接続板１１０、弾性変形し得る薄板状の押圧板１２０、第１の固着部１３０、および第２の固着部１４０を有する。第１の固着部１３０は、押圧板１２０が受熱部２１０を覆って配置した状態で、押圧板１２０と接続板１１０を固定する。このとき第１の固着部１３０は、受熱部２１０と発熱体３２０が当接密着した状態で、押圧板１２０と接続板１１０を固定する。また、第２の固着部１４０は、発熱体３２０と受熱部２１０が開口部１１１に配置された状態で、接続板１１０と基板３１０を固定する。このとき第２の固着部１４０は、受熱部２１０と発熱体３２０が当接密着した状態で、接続板１１０と基板３１０を固定する。

本実施形態による冷却装置を用いた電子機器２０００は、受熱部２１０と放熱部２２０を配管２３０で接続した相変化冷却器を備えた構成である。そして図３Ａ、図３Ｂに示すように、本実施形態の冷却装置を用いた電子機器２０００においては、接続板１１０に固定された相変化冷却器が、基板３１０に搭載された発熱体３２０上に実装される。基板３１０としては、ＣＰＵなどの電子部品を搭載する電子回路基板、例えばマザーボード等を用いることができる。

相変化冷却器と発熱体３２０の固定は、接続板１１０と第２の固着部１４０を介して行われる。第２の固着部１４０は具体的には例えば、接続板１１０に設けた穴と、その穴に装填される締結部を含んで構成される。このとき、第２の固着部１４０は図４に示すように、ねじ等の締結部１４１とバネ部１４２を備えた構成とすることができる。バネを用いることによって、発熱体３２０と受熱部２１０を押圧し、密着させる圧力の制御がより容易となる。さらに押圧板１２０の作用とともに、受熱部２１０および発熱体３２０の製造ばらつき等による凹凸形状による影響を吸収し、発熱体３２０と受熱部２１０との接触面をより均等な力で押圧することが可能となる。

また図５に示すように、放熱部２２０を接続板１１０上に配置する際に、放熱部２２０にＬ字形状の固定板２２２を取り付け、締結部材によって接続板１１０と固定することとしてもよい。このとき、固定板２２２は弾性変形し得る金属製の薄板で構成することが望ましい。その理由は以下の通りである。すなわち、押圧板１２０によって受熱部２１０を発熱体に向けて押圧する際に、接触面で均等な力が作用するためには、押圧板１２０が変形し受熱部２１０の形状のバラツキを吸収する必要がある。このとき、受熱部２１０と配管２３０によって接続される放熱部２２０が可動域を備えていることが必要となるからである。

以上述べたように、本実施形態の冷却装置を用いた電子機器２０００によれば、発熱体と受熱部の接触面全体が均等な力で押圧された状態で密着固定されるので、受熱部と発熱体との界面における熱抵抗を低減することができる。すなわち、受熱部と放熱部を配管で接続した相変化方式の冷却装置を用いた場合であっても、充分な冷却性能を備えた電子機器が得られる。

本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。

この出願は、２０１２年５月１６日に出願された日本出願特願２０１２−１１２４９８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１００ 冷却装置の接続構造
１１０ 接続板
１１１ 開口部
１２０ 押圧板
１３０ 第１の固着部
１４０ 第２の固着部
１４１ 締結部
１４２ バネ部
２１０ 受熱部
２２０ 放熱部
２２２ 固定板
２３０ 配管
２３１ 第１の配管
２３２ 第２の配管
３１０ 基板
３２０ 発熱体
１０００ 冷却装置
２０００ 冷却装置を用いた電子機器

Claims (10)

1. 開口部を備えた接続板と、
   弾性変形し得る薄板状の押圧板と、
   前記押圧板が、冷却装置を構成する受熱手段を覆って配置した状態で、前記押圧板と前記接続板を固定する第１の固着手段と、
   基板上に装着された発熱体と前記受熱手段が当接して前記開口部に配置された状態で、前記接続板と前記基板を固定する第２の固着手段、とを有する
   冷却装置の接続構造。
2. 冷媒を貯蔵し、発熱体からの熱量を受熱する受熱手段と、
   開口部を備えた接続板と、
   弾性変形し得る薄板状の押圧板と、
   前記押圧板が前記受熱手段を覆って配置した状態で、前記押圧板と前記接続板を固定する第１の固着手段と、
   基板上に装着された前記発熱体と前記受熱手段が当接して前記開口部に配置された状態で、前記接続板と前記基板を固定する第２の固着手段、とを有する
   冷却装置。
3. 請求項２に記載した冷却装置において、
   前記受熱手段で気化した気相冷媒を凝縮液化させて放熱を行う放熱手段と、
   前記放熱手段と前記受熱手段を接続する配管をさらに備え、
   前記放熱手段は、前記接続板上に配置している
   冷却装置。
4. 請求項２または３に記載した冷却装置において、
   前記配管は、前記受熱手段の上部と前記放熱手段の上部を接続する第１の配管と、前記受熱手段の側面と前記放熱手段の下部を接続する第２の配管を含む
   冷却装置。
5. 請求項２から４のいずれか一項に記載した冷却装置において、
   前記押圧板は、一部を切り欠いた切欠部を備える
   冷却装置。
6. 請求項２から５のいずれか一項に記載した冷却装置において、
   前記第２の固着手段は、締結手段とバネ部を備える
   冷却装置。
7. 基板と、
   前記基板上に搭載された発熱体と、
   冷媒を貯蔵し、前記発熱体からの熱量を受熱する受熱手段と、
   開口部を備えた接続板と、
   弾性変形し得る薄板状の押圧板と、
   前記押圧板が前記受熱手段を覆って配置した状態で、前記押圧板と前記接続板を固定する第１の固着手段と、
   前記発熱体と前記受熱手段が前記開口部に配置された状態で、前記接続板と前記基板を固定する第２の固着手段と、
   前記受熱手段で気化した気相冷媒を凝縮液化させて放熱を行う放熱手段と、
   前記放熱手段と前記受熱手段を接続する配管、とを有し、
   前記第１の固着手段は、前記受熱手段と前記発熱体が当接密着した状態で、前記押圧板と前記接続板を固定し、
   前記第２の固着手段は、前記受熱手段と前記発熱体が当接密着した状態で、前記接続板と前記基板を固定する
   冷却装置を用いた電子機器。
8. 開口部を備えた接続板を形成し、
   冷却装置を構成する受熱部を前記開口部に配置し、
   弾性変形し得る薄板状の押圧板を、前記受熱部を覆うように配置し、
   前記押圧板と前記接続板を接続し、
   前記接続板を、発熱体を装着した基板上に、前記発熱体が前記開口部に収容されるように配置する
   冷却装置の接続方法。
9. 請求項８に記載した冷却装置の接続方法において、
   前記受熱部と前記発熱体を当接密着させた状態で、前記押圧板と前記接続板を固定し、かつ前記接続板と前記基板を固定する
   冷却装置の接続方法。
10. 請求項８または９に記載した冷却装置の接続方法において、
    前記受熱部で気化した気相冷媒を凝縮液化させて放熱を行う放熱部を、前記接続板上に配置し、
    前記放熱部と前記受熱部を配管で接続する
    冷却装置の接続方法。

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