KR100817267B1

KR100817267B1 - 냉각재킷

Info

Publication number: KR100817267B1
Application number: KR1020060029422A
Authority: KR
Inventors: 다카유키 아타라시; 마사토 나카니시
Original assignee: 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: DE602006017136D1; TW200638183A; EP1708263B1; JP4551261B2; KR20060105637A; CN100394352C; US20060219387A1; JP2006287017A; CN1841265A; EP1708263A1; US7721788B2

Abstract

본 발명은 발열소자로부터의 열에 대한 열저항을 저감하고, 냉각능력이 뛰어 난 냉각재킷을 제공하는 것이다.

이를 위하여 본 발명에서는 전자기기에 탑재한 발열소자(300)의 발열을 내부에 흐르는 액체냉매에 전달하여 냉각하는 냉각재킷은, 발열소자의 표면에 접촉하는 전열면(111)과, 이것에 수직방향으로 연장한 복수의 벽부(113)를 구비하고, 벽부의 사이에 액체냉매의 유로(114)를 형성한 베이스부(110)와, 베이스부의 주위에 설치되어 액체냉매를 유도하는 통로를 형성한 커버부(120)를 구비하고 있고, 베이스부는 부채형상으로 형성된 유로와, 베이스부의 중앙부에 정점부를 형성하고 있고, 접촉되는 발열소자에 대하여 열적으로 등방적인 형상을 구비하고 있다.

Description

냉각재킷{COOLING JACKET}

도 1은 본 발명의 일 실시형태가 되는 냉각재킷의 전체 구성을 나타내는 전개사시도,

도 2는 상기 냉각재킷에 있어서의 발열체의 열확산을 설명하기 위한 도,

도 3은 본 발명의 다른 실시형태가 되는 냉각재킷의 전체구성을 나타내는 전개 사시도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 냉각재킷 110 : 베이스부

111 : 전열면 112 : 정점부

113 벽부 114 : 유로

120 : 커버부 121 : 가이드부

122 : 유입관 123 : 배출관

300 : 발열체

본 발명은 발열을 그 내부에 흐르는 액체냉매에 전달하는 냉각재킷에 관한 것으로, 특히 예를 들면 데스크탑형의 퍼스널 컴퓨터나 서버, 또한 노트형 퍼스널 컴퓨터 등, 그 내부에 발열소자인 반도체 집적회로 소자를 탑재한 각종 전자기기에 있어서, 상기 발열소자의 효율적인 냉각을 가능하게 하는 액냉시스템에 있어서 사용되는 냉각재킷에 관한 것이다.

종래, 데스크탑형의 퍼스널 컴퓨터나 서버, 또한 노트형 퍼스널 컴퓨터 등의 전자기기에서는 그 박스체의 내부에 발열체인 CPU(Central Processing Unit)로 대표되는 반도체 집적회로 소자를 구비하고 있고, 그 때문에 통상 발열소자의 정상적인 동작을 확보하기 위하여 냉각이 필요하게 되어 있다. 이와 같은 냉각을 실현하기 위하여 종래 일반적으로는 히트싱크(heat sink)라 불리우는 핀을 일체로 형성한 전열체를 상기 발열소자에 열적으로 접속하여 설치하고, 그것에 냉각풍을 보내는 팬을 구비한 소위 공냉식의 냉각 시스템에 의하여 행하여지고 있었다.

그러나, 최근 상기 발열소자인 반도체 집적회로 소자의 소형화 및 고집적화, 또한 그 고기능화에 따라 발열소자에서의 발열이 증대함과 동시에, 발열부위의 국소화 등도 생기고 있어, 그 때문에도 종래의 공냉식의 냉각 시스템 대신에 예를 들면 물 등의 냉매를 사용한 냉각효율이 높은 액냉식 냉각 시스템이 주목받고, 또한 채용되어 오고 있다.

상기한 전자기기에서 사용되고, 냉각효율이 높은 액냉식의 냉각 시스템으로서는 예를 들면 이하의 특허문헌 등에 의해서도 알 수 있는 바와 같이 일반적으로 발열체인 CPU의 표면에, 소위 수열 또는 냉각재킷이라 불리우는 부재를 직접 탑재하고, 한편, 이 수열재킷의 내부에 형성된 유로 내에 액체냉매를 흐르게 한다. 즉, CPU 로부터의 발열을 상기 재킷 내를 흐르는 냉매에 전달하고, 나아가 발열체를 고효율로 냉각하는 것이다. 또한 이와 같은 액냉식의 냉각 시스템에서는 통상 상기 냉각재킷을 수열부로 하여 히트 사이클이 형성되어 있고, 구체적으로는 상기 액체냉매를 사이클 내로 순환시키기 위한 순환펌프, 상기 액체냉매의 열을 외부로 방열하기 위한 방열부인 라디에이터, 또한 필요에 따라 사이클의 일부에 설치된 액체냉매를 저류하기 위한 냉매 탱크를 구비하고 있고, 그리고 이들을 예를 들면 금속제의 튜브나 고무 등의 탄성체로 이루어지는 튜브를 거쳐 접속하고 있다.

[특허문헌 1]

일본국 특개평6-266474호 공보

[특허문헌 2]

일본국 특개평7-142886호 공보

그런데, 상기 종래기술에 의하여 알 수 있는 시스템 내에 액체냉매를 적극적으로 순환하는 액냉 시스템에서는 발열체로부터의 열을 액체냉매에 전열하는 냉각재킷은 구리나 알루미늄 등의 금속제의 박스체 내에 액체냉매의 유로를 형성하고, 또는 금속판에 금속 파이프를 용접한 구조가 일반적이었다. 그러나 최근 특히 현저한 발열소자에서의 발열량의 증대에 따라 그 냉각능력을 향상하는 것이 강하게 요구되고 있고, 예를 들면 라디에이터에서는 전동팬을 더 설치하여 강제적으로 방열을 촉진하는 것이 행하여지고 있으나, 그러나 냉각재킷의 전열의 향상에 대해서는 반드시 충분한 개량이 행하여지고는 있지 않았다.

즉, 상기로부터도 분명한 바와 같이 종래의 냉각재킷에서는 라디에이터로 방 열되어 냉각된 액체냉매가, 그 금속 박스체 내에 형성된 유로 내로 흘러 든다. 그 때 냉각재킷의 베이스부(발열소자의 표면에 접촉하는 금속판 부분)에서는 발열체인 예를 들면 LSI로부터의 열을 확산하여 액체냉매에 전열하게 되나, 그러나 종래의 구조가 되는 냉각재킷에서는 상기 베이스부는 단지 금속 평판에 액체냉매와의 접액 면적을 확대하기 위한 복수의 벽부를 형성하고 있을 뿐으로, 열은 금속 평판의 평면방향으로는 확산되나, 그러나 수직방향(즉 벽부 내)으로는 확산되기 어려운 구조이었다. 즉, 종래의 냉각재킷에서는 상기 베이스부에서 벽부에 의해 접액 면적을 확대하여도 벽부로부터 액체냉매에 효율 좋게 열이 전달되지 않아 열저항이 큰 것이 되었다. 그 때문에 냉각재킷에 의하여 반드시 충분한 냉각능력을 얻을 수 없다는 문제점이 지적되고 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 종래기술에 있어서의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 구체적으로는 발열소자로부터의 열의 전달을 개량하여 그 열저항을 저감하고, 나아가 냉각능력이 뛰어난 냉각재킷을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 의하면 상기한 목적을 달성하기 위하여, 먼저 박스체 내에 발열소자를 구비한 전자기기의 상기 발열소자의 발열을 그 내부에 흐르는 액체냉매에 전달하여 냉각하는 냉각재킷에 있어서, 상기 냉각재킷은 액체냉매의 유로를 형성한 베이스부와 커버를 가지고, 상기 베이스부는 발열소자의 표면에 접촉하는 전열면과, 상기전열면에 대하여 수직방향으로 연장되는 돌기부와, 상기 전열면과 상기 돌 기부에 대하여 수직방향으로 연장하여 형성한 복수의 벽부를 구비하고, 상기 복수의 벽부 사이에 액체냉매의 유로를 형성하고, 상기 커버는 상기 베이스부의 주위에 설치되고, 상기 베이스부로 액체냉매를 유도하는 통로를 형성하는 냉각재킷이 제공된다.

또 본 발명에 의하면 상기한 냉각재킷에 있어서, 상기 베이스부의 상기 돌기부는 그 폭이 상기 전열면의 중심으로부터 떨어짐에 따라 작아지는 것이 바람직하고, 또 상기 베이스부의 벽부의 사이에 설치된 액체냉매의 유로는 부채형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한 상기한 냉각재킷에 있어서, 상기 베이스부의 돌기부는 상기 전열면의 중앙부에 대하여 정점부를 형성하고, 상기 정점부의 양측에 상기 부채형상의 액체냉매의 유로가 형성되어 있는 것이 바람직하다.

아울러, 본 발명에서는 역시 상기한 목적을 달성하기 위하여 박스체 내에 발열소자를 구비한 전자기기의 상기 발열소자의 발열을 그 내부에 흐르는 액체냉매에 전달하여 냉각하는 냉각재킷에 있어서, 상기 발열소자의 표면에 접촉하는 전열면과, 상기 전열면에 대하여 수직방향으로 연장하여 형성한 복수의 벽부를 구비하고, 상기복수의 벽부 사이에 액체냉매의 유로를 형성한 베이스부와, 그리고 상기 베이스부의 주위에 설치되어 상기 베이스부로 액체냉매를 유도하는 통로를 형성한 커버부를 구비하고 있고, 상기 베이스부는 상기 전열면에 접촉되는 상기 발열소자에 대하여 열적으로 등방적인 형상을 구비하고 있는 냉각재킷이 제공된다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 첨부한 도면을 사용하여 상세하게 설명한다.

먼저, 첨부한 도 1은 본 발명의 일 실시형태가 되는 냉각재킷의 구성이, 그 전개 사시도에 의하여 나타나 있다. 또한 이 냉각재킷은 예를 들면 데스크탑형의 퍼스널 컴퓨터나 서버, 또는 노트형 퍼스널 컴퓨터 등, 박스체의 내부에 발열하는 발열소자(예를 들면, CPU 등)를 구비한 전자기기에 있어서, 여기서는 도시 생략하나, 라디에이터, 구동펌프, 탱크 등과 함께, 소위 액냉 시스템의 일부를 구성하는 것이다. 또한 이들 구성부품은 금속제의 튜브 등에 의하여 접속되고, 그 사이클 내에는 예를 들면 물이나 에틸렌글리콜 등의 액체냉매가 봉입된다.

본 발명이 되는 냉각재킷(100)은 도면으로부터도 분명한 바와 같이 예를 들면, 구리, 알루미늄 등의 열전도성이 뛰어난 금속으로 형성된 베이스부(110)와, 상기 베이스부(110)의 위로부터 그 주위를 둘러 싸도록 설치되는 커버부(120)로 구성되어 있다. 또한 이 베이스부(110)는 그 하면을 상기 CPU로 대표되는 발열소자의 표면에 예를 들면 전열성의 그리스 등을 거쳐 접촉하는 전열면(111)으로 한다. 또 이 베이스부(110)는 그 중앙부에 정점부(112)를 가지는 솔리드(안쪽)부로 이루어지고, 그리고 상기 전열면(111)에 대하여 직각으로, 또한 상기 정점부(112)에도 직각인 방향으로 연장하여 상기 정점부(112)에 일체로 형성한 복수의 벽부(113, 113)를 구비하고 있다. 그리고 도면에서도 분명한 바와 같이 이들 복수의 벽부(113) 사이에는 대략 부채형상의 유체통로(114)가 상기 정점부(112)의 방향으로 적층되어, 다수가 형성되어 있다.

한편, 상기한 베이스부(110)에는 그 윗쪽으로부터 주위를 둘러 싸도록 외형 대략 박스형상으로 형성된 커버부(120)가 설치된다. 또한 이 커버부(120)의 일부(도면의 예에서는 아래 쪽 가이드부(121)의 전후)에는, 액체냉매를 내부로 유입하 기 위한 유입관(122)과 함께 그것을 외부로 배출하기 위한 배출관(123)이 설치되어 있다. 또한, 이 커버부(120)는, 상기 베이스부(110)에 대하여 액밀하게 설치되어 있다. 그 때문에 유입관(122)으로부터 유입한 액체냉매는, 도면에 화살표로 나타내는 바와 같이 한쪽(도면의 오른쪽)의 가이드부(121)로부터 벽부(113, 113)의 사이에 형성된 대략 부채형의 유로(114)를 통하여 일단 상기 커버부(120)의 상부에 모아진다. 그 후 다른쪽(도면의 왼쪽) 벽부(113, 113)의 사이에 형성된 대략 부채형의 통로(114)를 통하여 가이드부(121)에 이르고, 그리고 배출관(123)으로부터 외부로 배출되게 된다.

이때 첨부한 도 2에 나타내는 바와 같이 상기 베이스부(110)의 전열면(111)에는, 예를 들면 전열성이 뛰어난 그리스(150) 등을 사이에 두고 발열체인 LSI 칩(300)이 접촉하여 즉, 열적으로 접속하고 있고, 그 때문에 이 발열체(300)로부터의 열은 단지 상기 베이스부(110)의 전열면(111)을 따라 가로방향으로 확산될 뿐만 아니라, 또한 베이스부(110)의 정점부(112)로의 방향(수직방향)으로도 확산되는 것이 가능해진다(도면에 있어서 파선의 화살표를 참조). 즉, 상기한 베이스(110)의 구조에 의하면 그 전열면(111)에 접촉하여 배치되는 발열체(300)의 열을 등방적으로 또한 다방향으로 확산하는 것이 가능해져, 벽부(113)를 거쳐 벽 사이를 흐르는 액체냉매에의 열전달이 더욱 효과적으로 행하여지게 된다. 그 때문에 상기 베이스부(110)에 있어서의 열저항을 저하하는 것이 가능해지고, 나아가 냉각재킷(100)의 효율을 대폭으로 향상하는 것이 가능해진다.

또한 상기한 구성에 있어서, 전열면으로부터의 등방적인 열의 확산 및 벽부 의 표면적을 가능한 한 크게 하는 것을 고려한 경우, 도 2에 나타내는 바와 같이 베이스부의 솔리드부(사선부)의 단면형상은, 전열면(111)에 대하여 평행방향 및 전열면의 중앙으로부터 수직방향으로 연장되고, 또한 그 폭이 각각 전열면의 중심으로부터 떨어짐에 따라 서서히 작아지도록 하는 것이 바람직하다. 그러나 보다 간략화한 형상(예를 들면 각각의 폭이, 전열면으로부터의 거리에 따라 직선적으로 작아지는[즉, 대략 3각형의 유로(114), 또는 변화되지 않고 폭이 같은 방형의 유로(114)]로 하여도 되고, 그 경우에도 상기와 대략 동일한 효과를 얻을 수 있다.

다음에 첨부한 도 3에는 본 발명의 다른 실시형태가 되는 냉각재킷의 구성을 나타낸다. 또한 그 밖의 실시형태에서는 상기 도 1에 나타낸 구조와는 달리 상기 커버부(120)의 윗쪽에 유입관(122)을 설치하고, 액체냉매를 베이스부(110)의 정점부(112)로부터 그 양쪽에 형성한 부채형의 유로(114)에 액체냉매를 흘린다.

또한, 베이스부(110)의 양측에 형성한 부채형의 유로(114)를 통과한 액체냉매는 그후, 커버부(120)의 양측에 설치된 배출관(123, 123)으로부터 외부로 배출되게 된다(도면에 있어서 화살표를 참조). 또한 그 밖의 실시형태가 되는 냉각재킷에 있어서도 상기한 실시형태와 마찬가지로 상기한 베이스부(110)의 구조에 의하면, 그 전열면(111)에 접촉하여 배치되는 발열체(300)의 열을, 등방적으로 확산하는 작용을 한다. 그 때문에 상기 베이스부(110)에 있어서의 열저항을 저하하는 것이 가능해지고 나아가 냉각재킷(100)의 효율을 대폭으로 상승하는 것이 가능해진다. 또 액체냉매를 상기와는 반대의 방향으로 흘려, 즉 상기 커버부(120)의 양측의 하부로부터 그 윗쪽을 향하여 흘리는 것도 가능하며, 역시 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또, 베이스부의 솔리드부(사선부)의 단면형상은 상기와 마찬가지로 전열면(111)에 대하여 평행방향 및 전열면의 중앙으로부터 수직방향으로 연장되고, 또한 그 폭이 각각 전열면의 중심으로부터 떨어짐에 따라 서서히 작아지도록(즉, 부채형의 유로) 하는 것이 바람직하나, 그러나 더욱 간략화한 형상(예를 들면 각각의 폭이, 전열면으로부터의 거리에 따라 직선적으로 작아지는 또는 변화되지 않고 등폭)이어도 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있는 것은 물론일 것이다.

이상으로 설명한 본 발명에 의하면, 발열소자로부터의 열의 전달을 개량함으로써 그 열저항을 저감하고, 나아가 냉각능력이 뛰어난 냉각재킷을 제공한다는 뛰어 난 효과를 발휘한다.

Claims

박스체 내에 발열소자를 구비한 전자기기의 상기 발열소자의 발열을 그 내부에 흐르는 액체냉매에 전달하여 냉각하는 냉각재킷에 있어서,

상기 냉각재킷은, 액체냉매의 유로를 형성한 베이스부와 커버를 가지고, 상기베이스부는, 발열소자의 표면에 접촉하는 전열면과, 상기 전열면에 대하여 수직방향으로 연장하는 돌기부와, 상기 전열면과 상기 돌기부에 대하여 수직방향으로 연장하여 상기 돌기부에 일체로 형성한 복수의 벽부를 구비하고, 상기 복수의 벽부 사이에 액체냉매의 유로를 형성하고,

상기 커버는, 상기 베이스부의 주위에 설치되고, 상기 베이스부로 액체냉매를 유도하는 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 냉각재킷.
제 1항에 있어서,

상기 베이스부의 상기 돌기부는, 그 폭이 상기 전열면의 중심으로부터 떨어짐에 따라 작아지는 것을 특징으로 하는 냉각재킷.
제 1항에 있어서,

상기 베이스부의 벽부의 사이에 설치된 액체냉매의 유로는, 부채형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각재킷.
제 3항에 있어서,

상기 베이스부의 돌기부는, 상기 전열면의 중앙부에 대하여 정점부를 형성하고, 상기 정점부의 양쪽에 상기 부채형상의 액체냉매의 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각재킷.
박스체 내에 발열소자를 구비한 전자기기의 상기 발열소자의 발열을 그 내부에 흐르는 액체냉매에 전달하여 냉각하는 냉각재킷에 있어서,

상기 발열소자의 표면에 접촉하는 전열면과, 상기 전열면에 대하여 수직방향으로 연장하는 돌기부와, 상기 전열면에 대하여 수직방향으로 연장하여 상기 돌기부에 일체로 형성한 복수의 벽부를 구비하고, 상기 복수의 벽부 사이에 액체냉매의 유로를 형성한 베이스부 ; 및

상기 베이스부의 주위에 설치되고, 상기 베이스부로 액체냉매를 유도하는 통로를 형성한 커버부를 구비하고 있고,

상기 베이스부는, 상기 전열면에 접촉되는 상기 발열소자에 대하여 열적으로 등방적인 형상을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 냉각재킷.