KR20050081814A

KR20050081814A - 전자 기기의 냉각 시스템 및 그것을 사용한 전자 기기

Info

Publication number: KR20050081814A
Application number: KR1020040014824A
Authority: KR
Inventors: 스즈끼오사무
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2004-03-05
Publication date: 2005-08-19
Also published as: TW200529730A; TWI243011B; US20050178529A1; JP2005229047A; EP1577739A2; CN1658122A

Abstract

본 발명의 과제는 냉각 효율이 높은 냉각 시스템을 구비한 데스크탑형이나 노트형이라 불리우는 퍼스널 컴퓨터나 서버 등을 제공하는 것이다.

하우징(100) 내에 냉각을 필요로 하는 CPU(200)를 탑재하고, 이 CPU를 냉각하는 액랭 시스템은 수열(냉각) 재킷(50)과, 라디에이터(60)와, 순환 펌프(70)를 구비하여 발열 소자인 CPU로부터 열을 내부로 흐르는 액체 냉매로 전달하는 수열(냉각) 재킷(50)은 그 하면에 부착된 확산판(90)을 갖는다. 이 확산판은 그 내부에 형성된 밀폐 공간 내에 물 등의 작동 유체(94)를 봉입하는 동시에, 그 일부에 접촉하여 설치된 히터 엘리먼트(95)를 구비하고, 이 히터 엘리먼트(95)에는 펄스형의 전력이 공급된다. 이에 의해, 그 일부가 발포 및 소멸을 반복하여 작동 유체로 진동을 부여하여 확산판 전체에 열을 확산한 후, 수열(냉각) 재킷으로 전달된다. 혹은, 직접 방열 핀(300)에 접속해도 된다.

Description

전자 기기의 냉각 시스템 및 그것을 사용한 전자 기기 {COOLING SYSTEM OF ELECTRONIC DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE USING THE SAME}

본 발명은, 데스크탑형이나 노트형이라 불리우는 퍼스널 컴퓨터나 서버 등의 전자 기기이며, 특히 그 내부에 탑재한 발열 소자인 반도체 집적 회로 소자를 효율적으로 냉각하는 것이 가능한 전자 기기의 냉각 시스템 및 그것을 이용한 전자 기기에 관한 것이다.

데스크탑형이나 노트형이라 불리우는 퍼스널 컴퓨터나 서버 등의 전자 기기에 있어서의 발열체인 반도체 집적 회로 소자, 특히 CPU(Central Processing Unit)로 대표되는 발열 소자의 냉각은, 통상 그 정상적인 동작을 확보하기 위해 냉각을 필요로 한다. 그로 인해, 종래, 일반적으로는 히트 싱크라 불리우는 핀을 일체로 형성한 전열체와, 또한 그것에 냉각풍을 이송하는 팬을 이용함으로써 그 냉각이 실현되고 있었다. 그러나, 최근 상기 발열 소자인 반도체 집적 회로 소자의 점점 소형화 및 고집적화는 발열 소자에 있어서의 발열 부위의 국소화 등이 생기고 있고, 그로 인해서도 종래의 공냉식 냉각 시스템 대신에, 예를 들어 물 등의 냉매를 이용한 냉각 효율이 높은 액냉식 냉각 시스템이 주목받고 있다.

즉, 상기 데스크탑형이나 노트형이라 불리우는 퍼스널 컴퓨터나 서버 등에 있어서 이용되는 냉각 효율이 높은 액냉식 냉각 시스템은, 예를 들어 이하의 특허 문헌 1 내지 5에 의해서도 알려진 바와 같이, 일반적으로 발열체인 CPU의 표면에, 소위 수열(냉각) 재킷이라 불리우는 부재를 직접 탑재하고, 한편 이 수열 재킷의 내부에 형성된 유로 내에 액상의 냉매를 통류시켜 CPU로부터의 발열을 상기 재킷 내를 흐르는 냉매로 전달하고, 아울러 발열체를 고효율로 냉각하는 것이다. 또한, 이러한 액냉식 냉각 시스템에서는, 통상 상기 냉각 재킷을 수열부로 하는 히트 사이클이 형성되어 있고, 구체적으로는 상기 액체 냉매를 사이클 내에 순환시키기 위한 순환 펌프, 상기 액체 냉매의 열을 외부로 방열하기 위한 방열부인, 소위 라디에이터, 또는 필요에 따라서 사이클의 일부에 설치된 냉매 탱크를 구비하고 있고, 그리고 이들을 금속제의 튜브나, 또는 고무 등의 탄성체로 이루어지는 튜브를 거쳐서 접속하여 구성되어 있다.

한편, 종래 전자 기기에 탑재되는 반도체 소자 등의 발열체로부터의 열을 확산(전달)하기 위한 장치로서, 예를 들어 고열 전도재로 이루어지는 상부판과 하부판의 접합면에 루프형의 홈을 형성하여 이들 양 판을 상기 루프형 홈이 대향하도록 포개어 접합하고, 또한 그 내부에 히트 파이프를 형성하는 열확산판은 이미, 예를 들어 이하의 특허 문헌 6에 의해 알려져 있다.

덧붙여, 일반적으로 발열체로부터의 열을 수송하는 열수송 소자로서는, 예를 들어 내부에 봉입한 유체를 구동시킴으로써 열을 수송하는 것이 이미 알려져 있다. 예를 들어, 이하의 특허 문헌 7에 개시된 장치에 있어서는, 그 위에 복수의 반도체 소자(발열체)가 탑재된 배선 기판으로부터 열을 수송하므로, 형성된 액유로의 일부에 모세관으로 구성되고, 또한 그 일부에 전기적인 가열 수단을 구비함으로써 모세관 내부의 액을 펄스적으로 가열, 돌발 비등시키고, 이 돌발 비등시의 기화에 수반하는 급격한 압력 상승에 의해 상기 액을 구동한다. 또한, 액체의 진동을 이용하여 열을 전달하는 원리에 대해서는, 예를 들어 이하의 비특허 문헌 1에 상세하게 설명한다. 또한, 히트 파이프나 액체의 진동을 이용하여 열을 전달하는 장치를 내장한 용기를 이용하여 소비 전력이 큰 반도체 칩의 발열을 분산하기 위한 구조가 이하의 비특허 문헌의 도10에 개시되어 있다.

[특허 문헌 1]

일본 특허 공개 2003-304086호 공보

[특허 문헌 2]

일본 특허 공개 2003-22148호 공보

[특허 문헌 3]

일본 특허 공개 2002-182797호 공보

[특허 문헌 4]

일본 특허 공개 2002-189536호 공보

[특허 문헌 5]

일본 특허 공개 2002-188876호 공보

[특허 문헌 6]

일본 특허 공개 2002-130964호 공보

[특허 문헌 7]

일본 특허 공개 평7-286788호 공보

[비특허 문헌 1]

오자와 마모루 외 5명, "액체 진동에 의한 열전달의 촉진"(제228 내지 235 페이지), 50권 530호(1990-10), 일본 기계 학회 논문집(B편)

[비특허 문헌 2]

제트. 제이 주오, 엘. 알. 후버 및 에이. 엘. 필립스(Z.J.Zuo, L.R.Hoover and A.L.Phillips), 높은 동력 전자 장치의 열적 처리를 위한 집적된 열 구조("An integrated thermal architecture for thermal management of high power electronics"), 제317 내지 336 페이지, 차세대 전자 시스템에서의 열시도(국제 국제 열 협회의 절차) [Thermal Challenges in Next Generation Electronic System(PROCEEDINGS OF INTERNATIONAL CONFERENCE THERMES 2002)], 2002년 1월 13일부터 16일의 미국 뉴멕시코 산타페 페프이(SANTA FE, NEW MEXICO, USA, 13-16 JANUARY 2002)

그런데, 상기 데스크탑형이나 노트형이라 불리우는 퍼스널 컴퓨터나 서버 등에 있어서 이용되는 종래 기술이 되는 액냉식 냉각 시스템에서는 CPU와 같은 발열 소자의 냉각을 상기한 냉각 효과가 높은 수열(냉각) 재킷에 직접 탑재하여 실현하고 있지만, 그러나 통상 발열 소자인 CPU는, 특히 최근에 있어서의 반도체 소자의 고집적도화에 수반하여 그 표면적도 작아지고 있다. 이에 대해, 수열(냉각) 재킷은 그 내부의 유로에 액체 냉매를 통류하는 구성으로부터도 그 표면적은 크고, 그로 인해 이 수열(냉각) 재킷의 표면적에 대해 발열 소자인 CPU가 접촉하는 면적은 매우 작은 것이 되어 있다.

이와 같이, 이 수열(냉각) 재킷에 대해 발열 소자인 CPU가 접촉하는 면적이 매우 작은 경우, CPU 내에서 발생한 열은 상기 수열(냉각) 재킷과의 접촉면 및 그 주변부로 확산되고, 그 후 재킷 내를 흐르는 액체 냉매로 전달되어 외부로 배출되게 되지만, 그러나 그 접촉 면적이 작은 경우에는, 열이 그 주변부로도 다소 확산되었다고 해도 재킷의 전체에 확산되는 일은 없고, 그로 인해 수열(냉각) 재킷에 의한 발열 소자의 냉각 효율은 저하되어 버린다. 즉, CPU와의 접촉 위치로부터 비교적 떨어진 위치에서는 재킷 내를 흐르는 액체 냉매에의 발열의 전달은 충분히 행해지지는 않고, 그로 인해 수열(냉각) 재킷에 의한 냉각 능력을 충분히 살리는 일 없이 그 일부의 능력만을 이용하고 있게 되어 있었다.

그래서, 본 발명에서는 이러한 종래 기술에 있어서의 문제점에 비추어, 즉 상기 데스크탑형이나 노트형이라 불리우는 퍼스널 컴퓨터나 서버 등에 있어서 이용되는 데 적합하고, 전열성의 부재의 내부에 충전한 열전도성의 액체를 진동시켜 열수송 및 확산을 촉진하는 열수송 및 확산 소자를 이용함으로써 냉각 효율을 높인 냉각 시스템과, 그리고 이러한 냉각 시스템을 구비한 전자 기기를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

즉, 본 발명에 따르면, 상술한 목적을 달성하기 위해, 우선 하우징 내에 그 정상적인 동작을 확보하기 위해 냉각을 필요로 하는, 발열하는 반도체 소자를 탑재한 전자 기기의 냉각 시스템이며, 상기 하우징 내 또는 그 일부에 상기 반도체 소자에 열적으로 접속된 열확산 소자를 구비하고 있고, 상기 열확산 소자는 전열성 부재로 이루어지는 판형 부재의 내부에 잠열이 큰 작동 유체를 봉입하는 동시에, 그 일부에는 상기 열전도성의 액체를 진동시키는 작동기를 구비하고 있고, 상기 열확산 소자는 그 한 쪽 표면에 상기 발열 반도체 소자를 탑재하고, 상기 발열 반도체 소자로부터의 열을 상기 열확산 소자의 다른 쪽 표면으로 수송하고, 또한 상기 다른 쪽 표면으로부터 전열하는 전자 기기의 냉각 시스템이 제공되어 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 전자 기기의 냉각 시스템에 있어서, 상기 열확산 소자의 다른 쪽 표면에는 방열판을 부착해도 좋고, 또는 상기 반도체 소자에 열적으로 접속되어 그 발열을 내부에서 진동하는 액체 냉매로 전달하여 냉각하는 냉각 재킷을 부착해도 좋다. 또한, 상기 열확산 소자 내에 충전된 상기 열전도성의 액체를 진동시키는 작동기를 2개의 지지체 주위에 권취 장착한 히터선에 의해 구성하는 것이 바람직하고, 특히 상기 히터선을 니크롬선으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 따르면, 상기 2개의 지지체 주위에 권취 장착한 히터선으로 구성된 작동기를 상기 판형 부재의 내부에 있어서, 상기 다른 쪽 면에 가까이 하여 충전된 상기 구동유체 내에 침지하여 배치하는 것이 바람직하고, 또는 상기 판형 부재에 있어서의 상기 한 쪽 표면의 내측 벽면이며, 상기 작동기에 근접한 부분에 친수 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

다음에, 본 발명에 따르면, 마찬가지로 상술한 목적을 달성하기 위해, 하우징 내에 발열하는 반도체 소자이며, 그 정상적인 동작을 확보하기 위해 냉각을 필요로 하는 소자를 탑재한 전자 기기이며, 상기 하우징 내 또는 그 일부에 적어도 이하의 것을 구비한 액랭 시스템을 구비하고 있고, 반도체 소자에 열적으로 접속되어 그 발열을 내부에 통류하는 액체 냉매로 전달하기 위한 냉각 재킷과, 상기 냉각 재킷에 있어서 액체 냉매로 전달된 열을 기기의 외부로 방출하는 라디에이터와, 그리고 상기 냉각 재킷과 상기 라디에이터를 포함하는 루프에 상기 액체 냉매를 순환하기 위한 순환 펌프, 그리고 이러한 구성에 있어서, 또한 상기 냉각 재킷은 상기 발열 반도체 소자로부터의 열을 확산하기 위한 열확산 수단을 거쳐서 상기 발열 반도체 소자의 표면에 접촉되어 있는 전자 기기가 제공된다.

그리고, 본 발명에 따르면, 상기에 기재한 전자 기기에 있어서 상기 발열 반도체 소자로부터의 열을 상기 냉각 재킷으로 수송하기 위한 상기 열확산 수단은 그 내부에 진동하는 잠열이 큰 작동 유체를 봉입하는 밀폐 공간을 구비하고, 또한 상기 냉각 재킷의 표면과 대략 같은 표면 형상을 갖는 전열성이 우수한 판형 부재에 의해 구성되고, 그 일부에 있어서 상기 작동 유체에 침지하여 상기 작동 유체를 진동하기 위한 작동기가 설치되어 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 그 내부에 진동하는 잠열이 큰 작동 유체를 봉입한 상기 열확산 수단의 상기 밀폐 공간은 그 일부에, 내부에 기체를 봉입한 버퍼부를 형성하고 있다. 또한, 상기 내부에 진동하는 잠열이 큰 작동 유체를 봉입하는 상기 밀폐 공간은 상기 열확산 수단의 내부에 복수, 병렬로 형성되고, 또한 그 일단부를 상기 버퍼부에 의해 접속하여 빗살형으로 형성하고 있다. 그리고, 상기에 기재한 전자 기기에 있어서, 상기 열확산 수단은 상기 밀폐 공간 내에 봉입된 작동 유체의 일부에 접촉하여 마련된 가열 수단을 구비하고 있고, 상기 가열 수단에는 펄스형의 전력을 공급하여 상기 작동 유체에 진동을 부여한다.

또한, 본 발명에 따르면, 마찬가지로 상술한 목적을 달성하기 위해 하우징 내에 발열하는 반도체 소자이며, 그 정상적인 동작을 확보하기 위해 냉각을 필요로 하는 소자를 탑재한 전자 기기이며, 상기 하우징 내 또는 그 일부에, 상기 반도체 소자에 열적으로 접속된 열확산 소자와, 방열판을 구비하고 있고, 상기 열확산 소자는 전열성 부재로 이루어지는 판형 부재의 내부에 열전도성의 액체를 충전하는 동시에, 그 일부에는 상기 열전도성의 액체를 진동시키는 작동기를 구비하고 있고, 또한 상기 열확산 소자는 그 한 쪽 표면에 상기 발열 반도체 소자를 탑재하고, 상기 발열 반도체 소자로부터의 열을 확산하여 상기 열확산 소자의 다른 쪽 표면으로 수송하고, 상기 방열판은 상기 열확산 소자의 다른 쪽 표면에 부착되어 있고, 상기 열확산 소자를 거쳐서 수송된 상기 발열 반도체 소자로부터의 열을 그 표면으로부터 외부로 전열하는 전자 기기가 제공되어 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 첨부한 도면을 이용하여 상세하게 설명한다.

우선, 첨부한 도2는 본 발명의 일실시 형태가 된다, 액랭 시스템을 구비한 전자 기기의 전체 구성의 일예가 나타나 있다. 또한, 본 예에서는, 예를 들어 데스크탑형의 퍼스널 컴퓨터의 본체 부분에 본 발명을 적용한 경우에 대해 나타내고 있다.

우선, 데스크탑형의 퍼스널 컴퓨터의 본체 부분은, 도시한 바와 같이, 예를 들어 금속판을 정육면체 형상으로 형성하여 이루어지는 하우징(100)을 구비하고 있고, 그 전방면 패널부(101)에는 전원 스위치를 포함하는 각종 스위치나 접속 단자나 인디케이터 램프 등이 설치되어 있고, 또한 그 내부에는 플로피(등록 상표) 디스크나 CD, DVD 등의 각종 외부 정보 기록 매체를 구동하는 드라이버 장치(102)가 상기 전방면 패널부(101)에 개구되도록 배치되어 있다. 또한, 도면 중 부호 103은 상기 하우징(100) 내에 설치된, 예를 들어 하드디스크 장치로 이루어지는 기억부를 나타내고 있다. 또한, 도면 중 참조 부호 104는 상기 하우징(100) 상에 덮이는 덮개를 나타내고 있다.

한편, 상기 하우징(100)의 배면측에는 본 발명이 되는 액랭 시스템을 구비한 전자 회로부(105)가 배치되어 있고, 또한 도면 중 부호 106은 상용 전원으로부터 상기 드라이버 장치(102), 기억부(103), 전자 회로부(105)를 포함하는 각 부로 원하는 전원을 공급하기 위한 전원부를 나타내고 있다.

다음에, 첨부한 도3에는 상기에 그 개략 구성을 설명한 전자 장치, 즉 데스크탑형의 퍼스널 컴퓨터에 있어서의 전자 회로부(105)가, 특히 그 주요한 구성부인 발열 소자, 즉 CPU를 탑재하는 수열 재킷(50)을 중심으로 하여 도시되어 있다. 또한, 본 예에서는, 상기 발열 소자인 CPU의 칩(200)은 상기 수열 재킷(50)의 하면측에 직접 접촉되어 탑재되어 있고, 그로 인해 여기서는 도시되어 있지 않다.

그리고, 이 전자 회로부(105)는, 도면으로부터도 명백한 바와 같이 상기 CPU를 탑재하는 수열(냉각) 재킷(50)과, 상기 CPU로부터의 발열을 장치의 외부로 방열하는 라디에이터부(60)와, 냉각 시스템을 형성하기 위한 순환 펌프(70)를 구비하고 있고, 또한 이들에 의해 열사이클을 구성하는 각 부에 액체 냉매(예를 들어, 물, 또는 프로필렌글리콜 등, 소위 부동액을 소정의 비율로 혼합한 물 등)를 통류하기 위한 유로가, 예를 들어 금속으로 형성되거나, 또는 고무 등의 탄성체로 형성되고, 또한 그 표면에 금속 피막 등을 실시하여 이루어지는 내부의 액체 냉매가 외부로 누설되기 어려운 튜브(배관)(81, 82…)를 접속함으로써 형성되어 있다. 또한, 상기 라디에이터부(60)의 일부에는 그 구성 요소인 다수의 핀(61)으로 송풍하고, 또한 상기 수열 재킷(50)으로부터 반송된 열을 강제적으로 방열하기 위한 평판형의 팬(62, 62…)(본 예에서는 복수, 예를 들어 3개)이 장치의 외부를 향해 부착되어 있다.

즉, 도면으로부터도 명백한 바와 같이, 상기 라디에이터부(60)는 튜브(배관)(81)에 의해 순환 펌프(70)에 접속되고, 또한 튜브(배관)(82)를 거쳐서 수열 재킷(50)으로 접속되고, 그 후, 튜브(배관)(84)를 거쳐서 다시 상기 라디에이터부(60)로 복귀되는 루프를 구성하고 있다. 즉, 순환 펌프(70)의 작용에 의해 상술한 액체 회로 내에는 상술한 물, 또는 부동액의 혼합액이 액체 냉매로서 순환한다.

그리고, 첨부한 도1에는 상기한 수열 재킷(50)과 함께 그 하면측에 부착되는 열확산판(히트 스프레더)(90)의 상세한 구조가 도시되어 있다. 이 도면으로부터도 명백한 바와 같이, 수열 재킷(50)은, 예를 들어 동이나 알루미늄을 포함하는 금속 등 열전도율이 높은 물질로 이루어지는 판형 부재로 형성되어 있고, 그 내부에는 그 전체에 걸쳐서 상기한 액체 냉매가 흐르도록, 예를 들어 본 예에서는 사행하여 유로(51)가 형성되어 있다. 또한, 도면 중 부호 52, 53은 각각 이 수열 재킷(50)으로 액체 냉매를 도입 또는 배출하기 위한 입구와 출구를 나타내고 있다.

한편, 상기한 열확산판(히트 스프레더)(90)은, 마찬가지로 열전도율이 높은 금속 등의 판형 부재로 형성되고, 도면으로부터도 명백한 바와 같이 상기 수열 재킷(50)의 하면에 접촉하므로, 그 표면을 재킷(50)의 표면과 동일한 형상 및 치수로 하고 있다. 그리고, 이 열확산판(90)에는, 예를 들어 나타낸 예에서는 수열 재킷(50)과의 접촉면 상에 있어서, 단면 형상이 원형, 또는 구형인 미세한 단면적(수㎟ 정도)의 홈(91, 91…)이 그 1변에 평행하게 복수개가 형성되어 있고, 또한 이들 복수의 홈(91)은 각각 한 쪽의 단부(도면의 좌측 하방 부분)에 있어서, 소위 버퍼부로서 형성된 공통의 홈(92)에 접속되어 있다. 즉, 이 열확산판(90)을 상기 수열 재킷(50)의 하면에 부착하여 고정함으로써, 상기한 복수의 통로(91, 91…)와 버퍼부(92)에 의해 빗살형의 밀폐된 공간이 내부에 형성된다. 또한, 그 때 수열 재킷(50)의 하면측에도 상기와 같은 홈(91, 92…)이 형성되어 이들이 대향하여 접합되어도 좋다. 또한, 이들 폐지 공간 중 각각의 통로(91, 91…)의 내부에는 이하에도 상세하게 설명하지만, 예를 들어 물[순수(純水)] 등으로 대표되는 잠열이 큰 유체[작동 유체(94)]가 봉입된다.

또한, 그 다른 쪽의 단부(도면의 우측 상방 부분)에는 각각 이하에도 그 상세하게 서술하는 가열 부재인, 소위 히터 엘리먼트(95, 95…)가 배치되어 있다. 또한, 도면에는 이들 히터 엘리먼트(95, 95…)에 펄스형의 가열 전력을 공급하기 위한 도전선(96)과 펄스 전력 발생 회로(97)가 도시되어 있다. 그리고, 상기와 같이 하여 열확산판(90)과 일체로 조립하여 형성된 상기 수열 재킷(50)은 이 도면에도 도시한 바와 같이, 예를 들어 배선 기판(210) 상에 탑재된 발열 소자인 CPU(200)의 표면에 면접촉하도록 하여 부착된다.

첨부한 도4에는 상기 열확산판(90)의 내부에 형성된 복수의 통로(91, 91…)의 다른 쪽 단부에 부착되는 히터 엘리먼트(95)에 대해 이를 확대하여 도시한다. 즉, 이 히터 엘리먼트(95)는, 예를 들어 세라믹 등의 무기 재료로 이루어지는 통형의 부재(보빈)(951) 주위에, 예를 들어 니크롬선 또는 스테인레스 등의 가는 선(952)(예를 들어, 선 직경 0.1 ㎜ 정도)을 나선형으로 권취 부착하고, 그 후 그 표면에 코팅 등을 실시하여 고정한 것이다. 혹은, 이 지지체인 통형의 부재(보빈)(951)를, 예를 들어 금속이나 그 밖의 도전성의 재료로 형성하는 경우에는, 우선 그 표면에는 전기 절연성의 무기 부재를 피복하는 것이 바람직하다. 이는 그 내부에 형성되는 통로 내에 충전되는 작동 유체(94)인 물이나 그 밖의 유기 재료(예를 들어, 부동액인 프로필렌글리콜 등)와의 접촉에 의해 변화되는 것을 방지하기 위해서이다.

또한, 상기 작동 유체(94)의 봉입은, 예를 들어 상술한 열확산판(90)을 상기 수열 재킷(50)과 일체로 접합할 때, 상기 복수의 통로(91)의 내부에 작동 유체(94)인 물 등의 액체 냉매를 주입함으로써 행한다. 또는, 여기서는 도시하지 않지만, 통로(91)와 수열 재킷(50)의 표면 사이에 연통하는 포트를 설치해 두고, 이곳으로부터 작동 유체(94)를 봉입해도 좋다. 또한, 이 작동 유체(94)의 봉입에 대해서는 작동 유체의 특성에 따라서 봉입 압력을 변경하거나, 혹은 봉입시에 불응축 가스의 기상부(예를 들어, 공기)를 혼입한다.

다음에, 첨부한 도5는 상기한 열확산판(90)의 일부이며, 상기 작동 유체(94)의 구동 수단을 구성하는 히터 엘리먼트(95)가 그 내부에 형성된 통로(91) 내에 부착된, 소위 상기 다른 쪽의 단부를 확대하여 도시하는 단면도이다. 또한, 상기에도 도시하였지만, 이 니크롬선 등의 가는 선(952)으로 구성되는 히터 엘리먼트(95)에는 발열 전력을 공급하기 위한 배선이 형성되어 있고, 그들 배선을 거쳐서 펄스 전력 발생 회로(97)로부터의 전력이 상기 히터 엘리먼트(95)에 대해 간헐적으로, 또한 펄스형으로 공급된다. 또한, 이 때의 펄스 주파수는, 예를 들어 상기 작동 유체(94)의 종류나 통로(91)의 치수에도 의존하지만, 대강 수십㎐ 내지 수백㎐ 정도이다. 또한, 이러한 펄스 전력 공급 수단으로서는, 예를 들어 상기 열확산판(90)의 일부에 전자 회로로서 형성하거나, 혹은 상기 배선 기판(210) 상에 형성하고, 또한 상기 배선 기판(210) 상에 탑재되는 CPU(200)의 일부를 이용하는 것 등에 의해 구성하는 것도 가능할 것이다. 또한, 여기서는 도시하지 않지만, 상기 CPU(200)에 대해 구동 전력을 공급하는 전원으로부터 그 일부를 이용하는 것도 가능하고, 이러한 구성은 회로의 간소화의 면으로부터 유리할 것이다.

계속해서, 상기에 그 구성을 설명한 열확산판(히트 스프레더)(90)에 있어서의 열의 전달(확산) 작용에 대해 상기 도5를 참조하면서 설명한다.

우선, 상술한 펄스 전력 발생 회로(97)로부터 펄스형으로 전력이 공급되면, 상기 도5에 도시한 상기 히터 엘리먼트(95)의 니크롬 가는 선(952)에 있어서 열로 변환된다. 이 펄스형의 열에 의해, 상기 통로(91) 내의 작동 유체(94)(예를 들어, 본 예에서는 물)는 급격(펄스형)하게 가열되고, 이에 의해 기화(돌발 비등)되어 상기 히터 엘리먼트(95)의 내부나 그 근방, 즉 작동 유체(94) 내의 일부에 그 증기에 의한 기포(S)를 발생한다. 그 후, 이 펄스형 전력의 공급이 정지되면 상기 니크롬 가는 선(952)에 의한 가열은 정지되고, 상기에서 발생한 작동 유체의 증기(4a)는 소멸된다.

이와 같이, 상기 히터 엘리먼트(95)를 구성하는 니크롬 가는 선(952)에 대해 상술한 펄스형의 전력을 연속적으로 공급하는 것에 따르면, 상기 통로(91)의 단부[즉 히터 엘리먼트(95)를 설치한 위치]에서는 그 내부에 봉입된 작동 유체(94)가 그 증기의 발생 및 소멸에 의해 기포(94a)의 발생과 소멸을 반복한다. 그리고, 이 돌발 비등시, 그 기화에 수반하는 급격한 압력 상승 및 그것에 수반하는 기포의 팽창에 의해 작동 유체(94)에는 진동이 발생하고(도면 중 화살표 참조), 그리고 이 발생한 진동에 의해 작동 유체(94)가 진동되게 된다. 즉, 통로(91) 내의 작동 유체(94)의 진동에 수반하여 상기 CPU(200)로부터의 열은, 우선 이 열확산판(히트 스프레더)(90)의 동작에 의해 그 평면 상에서 전달 및 확산되게 된다.

즉, 첨부한 도6에도 도시한 바와 같이, 발열 소자인 CPU(200)에서 발생한 열은 상기 열확산판(히트 스프레더)(90)에 의해 적어도 상기 CPU(200)의 표면에 비교해도 충분한 영역에 걸쳐서 평면적으로 전달 및 확산되고, 그 후, 상기 수열 재킷(50)으로 전달하여 그 내부의 유로(51)에 흐르는 액체 냉매로 전달되어 외부로 배출된다. 그리고, 이 때, 상술한 바와 같이 상기 열확산판(90)의 작용에 의해 상기 CPU(200)에서 발생한 열의 수열 재킷(50)에의 전달 면적이 현저히 증대되게 되고, 즉 수열 재킷(50)의 전체에 걸쳐서 널리 확산되게 되고, 그로 인해 수열(냉각) 재킷에 의한 발열 소자의 냉각 효율이 향상된다. 즉, CPU와의 접촉 위치로부터 비교적 떨어진 위치에서도 상기 수열 재킷 내를 흐르는 액체 냉매에의 발열의 전달이 행해지고, 그로 인해 수열(냉각) 재킷에 의한 냉각 능력을 충분히 살리는 것이 가능해진다. 그리고, 이러한 냉각 시스템은, 특히 데스크탑형이나 노트형이라 불리우는 퍼스널 컴퓨터나 서버 등에 있어서 이용되는 데 적합하고, 그로 인해 열확산판(히트 스프레더)을 부착함으로써 수열(냉각) 재킷을 충분히 이용함으로써, 더욱 냉각 효율을 높인 냉각 시스템을 구비한 전자 기기를 제공하는 것이 가능해진다.

또한, 상기한 실시예에서는, 특히 열확산판(히트 스프레더)(90)에 있어서는, 그 히터 엘리먼트(95)를 구성하는 가는 선(952)으로서는 펄스형의 전력의 공급에 의한 가열에 의해 작동 유체(94) 내에 기포를 발생시킬 때의 특성이 양호하므로, 특히 니크롬 가는 선으로서 설명하였지만, 그러나, 상기한 구성 대신에, 예를 들어 상기 히터 엘리먼트(95)를 절연막(예를 들어, SiO₂막)을 거쳐서, 예를 들어 폴리실리콘, 탄탈 화합물(TaN)의 층 등을 적층함으로써, 즉 저항막으로서 형성하는 것도 가능할 것이다.

계속해서, 첨부한 도7에는 본 발명이 되는 냉각 시스템을 구비한 전자 기기에 있어서, 특히 그 열확산판(히트 스프레더)의 다른 실시예가 되는 구조가 도시되어 있다. 즉, 이 도면으로부터도 명백한 바와 같이, 이 밖의 실시예에서는 상기 열확산판(90)을 구성하는 통로(91)나 버퍼부(92)나 히터 엘리먼트(95)를 상하 2층으로 적층하는 통로(91')나 버퍼부(92')나 히터 엘리먼트(95')와 함께 그 통로(91, 91')를 형성하는 방향을 서로 직교하도록 형성되어 있다. 또한, 이러한 구성에 따르면, 도면 중 화살표로 나타낸 바와 같이 상기 발열 소자인 CPU(200)에서 발생한 열은 서로 직교하면서 평면형으로, 전방향으로 확산되고, 아울러 상기 수열 재킷(50)의 전체로 전달되게 된다. 즉, 마찬가지로 데스크탑형이나 노트형이라 불리우는 퍼스널 컴퓨터나 서버 등에 있어서 이용되는 수열(냉각) 재킷을 보다 충분히 이용함으로써, 그 냉각 효율을 더욱 높인 냉각 시스템으로 하여 보다 효율적인 냉각을 실현하게 된다.

다음에, 첨부한 도8의 (a) 및 (b)에는 본 발명의 또 다른 실시예가 되는 열확산판(히트 스프레더)(90)의 구조가 도시되어 있다. 즉, 이 또 다른 실시예에서는, 상기 열확산판(히트 스프레더)(90)의 하면(99)의 근방에는 복수의 온도 센서(98, 98…)가 설치되어 있고, 그리고 상기 열확산판(90)을 구성하는 각 통로(91)의 작동 유체(94)는 각각 개별적으로 구동 및 동작되도록 구성되어 있다.

즉, 이 또 다른 실시예가 되는 열확산판(히트 스프레더)에서는, 펄스 전력 공급 회로(97)는 상기 열확산판(90)의 기판 내에 배치한 온도 센서(98)로부터의 온도 검출 신호를 이용하여 열확산판(90)의 하면(99)에 있어서의 국소적 온도 상승 위치를 검출하고, 그리고 각 통로(91)에 설치된 히터 엘리먼트(95)에 공급하는 구동 전력을 선택적으로 제어한다. 즉, 열확산판(90)에 있어서, 국소적 온도 상승이 발생한 부분에 대응하는 통로(91)의 히터 엘리먼트(95)에 대해서만 그 펄스형의 전력을 공급한다(구동함). 이에 의해, 열확산판 전체가 아닌, 필요한 부분에 있어서만 열전달(확산)의 촉진을 실현하는 것이 가능해지고, 보다 효율이 높은 열확산판(히트 스프레더)을 실현하는 것이 가능해진다.

다음에, 첨부한 도9 및 도10에는 본 발명의 실시예가 되는 열확산판(히트 스프레더)(90)의 또 다른 구조가 도시되어 있다. 즉, 도9에 도시된 열확산판(90)에서는 상기 통로(91)를 복수개가 아닌 단 1개의 홈에 의해 형성하고, 또한 그 홈을 열확산판의 표면 전체에 걸쳐서 지그재그형에 따라서 형성된 예를 나타내고 있다. 또한, 도시한 바와 같이, 본 예에서는 통로(91) 내의 작동 유체(94)를 구동하기 위한 수단(즉, 작동기)인 히터 엘리먼트(95)는 도면의 상방의 좌측에 설치되어 있고, 이에 대해 그 내부에 불응축 가스인 공기를 봉입한 버퍼부(92)는 이 히터 엘리먼트(95)가 형성된 위치와는 반대측(도면의 하측)에 형성되어 있다.

또한, 도10의 예에서는, 마찬가지로 형성되는 통로(91)는 1개의 홈으로 구성되어 있고, 열확산판의 표면 전체에 걸쳐서 지그재그형에 따라서 형성되어 있지만, 그 양단부가 서로 접속되어 전체적으로 원환형으로 되어 있다. 또한, 이 도면의 예에서는 구동 수단을 구성하는 히터 엘리먼트(95)는 도면의 우측 중앙부에 설치되어 있고, 또한 버퍼부(92)는 이 히터 엘리먼트(95)가 형성된 위치와는 반대(도면의 좌측)에 형성되어 있다.

즉, 열확산판(히트 스프레더)(90)에 형성되는 통로(91)에 대한 상기 다른 예에서는 통로(91)를 형성하는 홈은 1개이고, 또한 그 구동 수단을 구성하는 히터 엘리먼트(95)도 단 1개이므로, 그 제조가 용이하고, 특히 비교적 소형이고 저렴한 열확산판(히트 스프레더)에 적합하다.

다음에, 첨부한 도11 및 도12에는 본 발명의 다른 실시예가 되는 열확산판(히트 스프레더), 특히 그 히터 엘리먼트가 배치된 부분의 확대 단면도가 도시되어 있다. 즉, 이 밖의 실시예가 되는 열확산판(히트 스프레더)(90)에서는, 예를 들어 히터 엘리먼트(990)를, 선 직경 0.1 ㎜ 정도인 니크롬 또는 스테인레스의 가는 선(991)을 도12의 (a) 및 (b)에도 명백한 바와 같이, 세라믹 등의 무기 재료로 이루어지는 한 쌍의 평행하게 늘어선 지지체(992, 992) 주위에 권취하고, 그 외형이 대략 판형으로 형성된 것이다. 즉, 히터 엘리먼트(990)는 그 전열 면적(표면적)이 크고, 또한 그 열용량이 작아지도록 구성하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 지지체(992)의 재질은 열전도율이 작고, 또한 열용량이 작은 것이 바람직하다. 또한, 도면 중 부호 993은 상기 한 쌍의 지지체(992, 992)를 그 양단부에서 지지하는 동시에, 상기 히터 엘리먼트(990)를 열확산판(90) 내에 형성된 홈(91)의 내부에 있어서, 소정의 위치에 부착하기 위한 지지체이고, 부호 994는 전극을 나타내고 있다. 또한, 상기한 히터 엘리먼트(990)로부터의 열누설을 작게 하기 위해, 상기한 지지체(993)는 가능한 한 그 단면이 작고, 또한 열전도율이 작은 부재로 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 도11에도 명백한 바와 같이, 대략 판형으로 형성한 히터 엘리먼트(990)는 상기 홈(91)의 내부에 있어서, 도면의 하면(즉, 열을 외부로 수송 배출하는 측의 면)으로부터의 거리가 도면의 상면(즉, 발열 소자가 접촉하는 측의 면)으로부터의 거리보다도 커지는 위치에, 또한 이들 면과 평행하게 배치되어 있다. 또한, 홈(91)의 벽면의 일부, 특히 상기 히터 엘리먼트(990)에 대향하는 부분은, 예를 들어 거칠기 등에 의해, 소위 친수 가공이 실시되어 있다. 또한, 도면 중 부호 94도, 상기와 마찬가지로 상기 홈(91)의 내부에 충전된 작동 유체(94)를 나타내고 있고, 이 도면으로부터도 명백한 바와 같이, 이 히터 엘리먼트(990)도 또한 상기 홈(91)의 내부에 충전된 작동 유체(94) 내에 침지하여 배치되어 있다.

다음에, 첨부한 도13에는 상술한 히터 엘리먼트(990)에 펄스형 전력을 공급하여 구동하였을 때의 상태가 도시되어 있다.

우선, 도13의 (a)는 상기 히터 엘리먼트(990)가 통전하고 있을 때의 상태를 도시하고 있고, 이 통전에 의한 히터 엘리먼트(990)의 발열에 의해, 이에 접촉하는 작동 유체(94)인 물의 일부가 돌발 비등하여 발생한 기체(수증기)(S)에 의한 압력에 의해, 상기 홈(91)의 내부에 충전된 작동 유체(94)를 도면에 화살표로 나타내는 방향으로 이동한다(압출함).

한편, 도13의 (b)는 상기 히터 엘리먼트(990)가 비통전이 되어 있을 때의 상태를 도시하고 있고, 이 비통전에 수반하여 히터 엘리먼트(990)의 온도는 급저하된다. 이 때, 상기에서 발생한 증기(S)는 적어도 상기 히터 엘리먼트(990)의 온도보다도 낮은 온도 레벨에서 정상적으로 열을 빼앗는 냉각부, 즉 홈(91)의 내부에 있어서 도면의 하면(즉, 열을 외부로 수송 및 배출하는 측의 면)의 내벽면에서 응축되어 액체(W)로 복귀된다. 이 때, 수증기(S)의 소멸에 의해, 홈(91)의 내부에 충전된 작동 유체(94)가 도면에 화살표로 나타내는 방향으로 이동된다(복귀됨). 즉, 상기한 동작을 반복함으로써 작동 유체(94)를 진동시킨다.

또한, 이 때, 작동 유체(94)인 물이 일단 증기(S)가 된 후, 완전히 액체(W)로 복귀되지 않고, 이것이 기포로서 히터 엘리먼트(990)의 근방에 남는 것도 고려된다. 그로 인해, 상기 히터 엘리먼트(990)의 위치는 그 가열 표면이 확실하게 응축되어 액체(W)와 접촉하는 위치에 적절하게 실험 등에 의해 확인하여 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 상술한 바와 같이, 홈(91)의 벽면의 일부에 거칠기 등에 의해 친수 가공이 실시되어 있으면, 그 부분에 액체(W)가 응축되기 쉬워진다. 그로 인해, 상기 히터 엘리먼트(990)(특히, 히터선)의 표면에도 이러한 친수 가공을 실시하는 것도 바람직하다.

다음에, 첨부한 도14에는 상기 히터 엘리먼트(990)의 변형예(다른 구조)를 나타내고 있다. 즉, 본 예에서는 도면으로부터도 명백한 바와 같이, 지지체(992)를 3개 이용한 것으로, 히터선(991)을 양측의 한 쌍의 지지체(992, 992) 사이에 복수회 권취하고, 그 후 남은 지지체(992)에 의해 중앙부의 히터선(991)을 도면의 하방으로 밀어내려 형성하고 있다. 이러한 구성에 따르면, 상기 히터 엘리먼트(990)의 가열 표면의 대부분을 가능한 한, 냉각부[즉, 홈(91)의 내부에 있어서, 도면 하측의 내벽면]에 가까이 하는 것이 가능해지고, 히터 엘리먼트(990)와 응축한 액체(W)와의 접촉 면적을 증대시킬 수 있다. 환언하면, 히터 엘리먼트(990)에 의한 작동 유체(94)의 구동(진동)을 보다 확실하게 실현하는 것이 가능해진다.

또한, 첨부한 도15에는 상기한 히터 엘리먼트(990')를 열용량이 작고, 또한 열전도율이 높은 재료로 이루어지는 부재의 내부에 수납한 구조가, 또한 첨부한 도16에는 히터 엘리먼트(990")를 막대형 지지체(992)의 주위에 마찬가지로 니크롬 또는 스테인레스의 가는 선(991)으로 이루어지는 히터선을 권취한 구성이 도시되어 있다. 또한, 도16에 도시한 구성의 히터 엘리먼트(990")는 상기 열확산판(90)의 측벽에 형성한 개구부로부터 삽입된다.

계속해서, 첨부한 도17에는 본 발명의 다른 실시예가 되는 전자 장치의 냉각 시스템이 도시되어 있고, 본 예에서는 상술한 액랭 시스템을 이용하지 않고, 상기에 그 상세 구조를 설명한 열확산판(90)의 한 쪽 면에는 상기 발열 소자인 CPU(200)를, 다른 쪽 면에 방열판(방열 핀)(300)을 부착하고 있다. 이러한 구성에 의해서도 CPU(200)에서 발생한 열은 상기 열확산판(90)의 작용에 의해 방열 핀(300)까지 수송되고, 그 후 이 방열 핀(300)을 거쳐서 기기의 외부로 방열되게 된다. 또한, 이러한 구성에 따르면, 예를 들어 발열 소자인 CPU(200)를 부착하는 위치와, 방열 핀(300)을 부착할 수 있는 위치가 떨어져 있는 경우에 유리하다.

또한, 첨부한 도18에는 상기한 구성에 있어서, 방열 핀(300)을 상기 열확산판(90)의 다른 쪽 면 전체에 부착한 예가 나타나 있다. 또한, 이러한 구성에 따르면, 발열 소자인 CPU(200)의 면적이 작음에도 불구하고, 면적이 큰 방열 핀(300) 전체를 유효하게 이용할 수 있게 된다. 또한, 도19는 상기한 도18에 도시한 열확산판(90)을 상방(도18에서 c방향으로서 화살표로 나타냄)으로부터 본 전체의 도면을 도시하고 있다.

또한, 상기한 다양한 실시예에서는 열확산판(히트 스프레더)(90)에 있어서의 열의 전달(확산)을 행하기 위해, 그 내부에 형성한 복수의 통로(홈)(91) 내에 봉입된 작동 유체(94)를 진동하기 위한 수단인 작동기로서는, 주로 상기한 히터 엘리먼트에 의해 작동 유체(94)를 가열하고, 아울러 기포(거품)를 발생하는 것으로서 설명하였지만, 그러나 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기한 열구동 방식으로서는, 상술한 실시예에다가, 또한 (1) 상기 작동 유체로서, 상기한 액체 대신에 기체를 채용하고, 이 기체를 가열 및 냉각에 의해 팽창 및 수축을 반복하여 진동을 시키는 것도 가능하다. 또한, 그 경우에도 상기와 마찬가지로 열확산판 내에 봉입되는 기체는 잠열이 큰 유체가 채용된다. 또는, (2) 예를 들어 바이메탈을 가열 수단과 조합하여 이용함으로써, 상기 작동 유체에 진동을 부여하는 것도 가능하다. 또한, (3) 그 일부에 기억 형상 합금을 이용함으로써도 마찬가지로 상기 작동 유체에 진동을 부여하는 것도 가능할 것이다. 또한, 상기한 열구동 방식과는 다르지만, 예를 들어 피에조 소자 등의 압전 소자를 이용함으로써 상기 작동 유체에 진동을 부여하는 것도 가능하다.

즉, 상술한 본 발명에 따르면, 예를 들어 CPU 등 소자의 소형화, 고집적화에 의해 그 면적이 작은 발열 소자에서 발생한 열을, 상술한 열확산 소자 및 수단을 이용함으로써 방열판 또는 냉각 재킷으로 전달하는 것이 가능해지므로, 발열 소자의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 특히 열확산 소자 및 수단을 방열판, 또는 냉각 재킷으로 부착하여 발열 소자로부터의 발열을, 열확산 소자 및 수단을 거쳐서 방열판, 또는 냉각 재킷으로 전달하는 것에 따르면, 상기 열확산 소자 및 수단에 의해 열이 방열판, 또는 냉각 재킷의 충분한 영역에 걸쳐서 광범하게 수송 및 확산된 후, 접촉하는 기체 또는 액체의 냉매로 전달되어 외부로 배출되게 된다. 이와 같이, 상기 열확산 소자 및 수단의 작용에 따르면, 상기 발열 소자에서 발생한 열의 방열판, 또는 냉각 재킷에의 전달 면적이 현저히 증대됨으로써, 발열 소자의 냉각 효율이 향상된다.

특히, 열확산 소자를 그 내부에 액체 냉매가 흐르는 냉각 재킷으로 부착한 경우, CPU와의 접촉 위치로부터 비교적 떨어진 위치에서도 상기 냉각 재킷 내를 흐르는 액체 냉매에의 열의 전달이 확실하게 행해지고, 그로 인해 냉각 재킷에 의한 냉각 능력을 충분히 살리는 것이 가능해진다. 그리고, 이러한 냉각 시스템은, 특히 데스크탑형이나 노트형이라 불리우는 퍼스널 컴퓨터나 서버 등의 전자 기기에 있어서 이용되는 데 적합하다.

도1은 본 발명의 일실시예가 되는 전자 장치의 냉각 시스템에 있어서의, 특히 수열 재킷과 열확산판의 구체적 구성의 일예를 나타내기 위한 일부 전개 사시도.

도2는 본 발명의 일실시예가 되는 전자 장치에 있어서의, 특히 그 전자 회로부의 냉각 시스템을 도시하기 위한 사시도.

도3은 상기에 도시한 냉각 시스템을 탑재한, 예를 들어 데스크탑형 퍼스널 컴퓨터의 내부에 있어서의 각부의 배치의 일예를 나타내는 일부 전개 사시도.

도4는 상기 열확산판에 형성되는 복수의 홈의 내부에 각각 설치되는 히터 엘리먼트의 일예를 나타내는 일부 확대 사시도.

도5는 상기 열확산판에 있어서의 열확산 동작의 원리를 나타내기 위한 상기 홈과 그 내부의 히터 엘리먼트를 도시하는 일부 확대 사시도.

도6은 상기 열확산판에 있어서의 열확산 동작의 원리를 나타내기 위한 상기 열확산판과 수열 재킷과 CPU를 도시하는 단면도.

도7은 본 발명이 되는 전자 장치의 냉각 시스템에 있어서의, 특히 상기 열확산판의 다른 실시예가 되는 구조를 도시하는 일부 단면을 포함하는 사시도.

도8은 본 발명이 되는 전자 장치의 냉각 시스템에 있어서의 상기 열확산판의 또 다른 실시예가 되는 구조를 도시하기 위한 단면도와 상면도.

도9는 본 발명이 되는 전자 장치의 냉각 시스템에 있어서의 상기 열확산판의 또 다른 구조를 도시하는 상면도.

도10은 마찬가지로 본 발명이 되는 전자 장치의 냉각 시스템에 있어서의 상기 열확산판의 또 다른 구조를 도시하는 상면도.

도11은 본 발명의 다른 실시예가 되는 열확산판(히트 스프레더)의 히터 엘리먼트가 배치된 부분의 확대 단면도.

도12는 상기한 히터 엘리먼트의 구체적인 구조를 도시하는 상면 및 측면도.

도13은 상기한 다른 실시예가 되는 열확산판(히트 스프레더)의 동작을 설명하기 위한 부분 확대 단면도.

도14는 상기한 히터 엘리먼트의 변형예를 나타내기 위한 측면도와 사시도.

도15는 상기한 히터 엘리먼트의 다른 변형예를 나타내는 부분 확대 단면도.

도16은 마찬가지로 상기한 히터 엘리먼트의 또 다른 변형예를 나타내는 부분 확대 단면도.

도17은 본 발명의 다른 실시예가 되는 열확산판을 이용한 전자 장치의 냉각 시스템을 도시하는 측면 단면도.

도18은 마찬가지로 본 발명의 또 다른 실시예가 되는 열확산판을 이용한 전자 장치의 냉각 시스템을 도시하는 측면 단면도.

도19는 상기 도18에 있어서의 c 방향으로부터 본 열확산판을 이용한 전자 장치의 냉각 시스템의 상면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 수열(냉각) 재킷

60 : 라디에이터부

62, 62 : 팬

70 : 순환 펌프

81, 82 : 튜브(배관)

90 : 열확산판(히트 스프레더)

91 : 홈(통로)

92 : 홈(버퍼부)

95 : 히터 엘리먼트

200 : CPU 칩

S : 구동액의 증기

Claims

하우징 내에 그 정상적인 동작을 확보하기 위해 냉각을 필요로 하는, 발열하는 반도체 소자를 탑재한 전자 기기의 냉각 시스템이며,

상기 하우징 내 또는 그 일부에 상기 반도체 소자에 열적으로 접속된 열확산 소자를 구비하고 있고, 상기 열확산 소자는 전열성 부재로 이루어지는 판형 부재의 내부에 잠열이 큰 작동 유체를 봉입하는 동시에, 그 일부에는 상기 열전도성의 액체를 진동시키는 작동기를 구비하고 있고, 상기 열확산 소자는 그 한 쪽 표면에 상기 발열 반도체 소자를 탑재하고, 상기 발열 반도체 소자로부터의 열을 상기 열확산 소자의 다른 쪽 표면으로 수송하고, 아울러 상기 다른 쪽 표면으로부터 전열하는 것을 특징으로 하는 전자 기기의 냉각 시스템.
제1항에 있어서, 상기 열확산 소자의 다른 쪽 표면에는 방열판을 부착한 것을 특징으로 하는 전자 기기의 냉각 시스템.
제1항에 있어서, 상기 열확산 소자의 다른 쪽 표면에는 상기 반도체 소자에 열적으로 접속되어 그 발열을 내부에서 진동하는 액체 냉매로 전달하여 냉각하는 냉각 재킷을 부착한 것을 특징으로 하는 전자 기기의 냉각 시스템.
제1항에 있어서, 상기 열확산 소자 내에 충전된 상기 열전도성의 액체를 진동시키는 작동기를 2개의 지지체 주위에 권취 장착한 히터선에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 전자 기기의 냉각 시스템.
제4항에 있어서, 상기 히터선을 니크롬선으로 한 것을 특징으로 하는 전자 기기의 냉각 시스템.
제4항에 있어서, 상기 2개의 지지체 주위에 권취 장착한 히터선으로 구성된 작동기를 상기 판형 부재의 내부에 있어서, 상기 다른 쪽 면에 가까이 하여 충전된 상기 구동 유체 내에 침지하여 배치한 것을 특징으로 하는 전자 기기의 냉각 시스템.
제4항에 있어서, 상기 판형 부재에 있어서의 상기 한 쪽 표면의 내측 벽면인, 상기 작동기에 근접한 부분에 친수 처리를 실시한 것을 특징으로 하는 전자 기기의 냉각 시스템.
하우징 내에 발열하는 반도체 소자이며, 그 정상적인 동작을 확보하기 위해 냉각을 필요로 하는 소자를 탑재한 전자 기기이며,

상기 하우징 내 또는 그 일부에 적어도 이하의 것을 구비한 액랭 시스템을 구비하고 있고,

반도체 소자에 열적으로 접속되어 그 발열을 내부에 통류하는 액체 냉매로 전달하기 위한 냉각 재킷과,

상기 냉각 재킷에 있어서 액체 냉매로 전달된 열을 기기의 외부로 방출하는 라디에이터와, 그리고,

상기 냉각 재킷과 상기 라디에이터를 포함하는 루프에 상기 액체 냉매를 순환하기 위한 순환 펌프와,

그리고, 이러한 구성에 있어서, 또한,

상기 냉각 재킷은 상기 발열 반도체 소자로부터의 열을 확산하기 위한 열확산 수단을 거쳐서 상기 발열 반도체 소자의 표면에 접촉되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
제8항에 있어서, 상기 발열 반도체 소자로부터의 열을 상기 냉각 재킷으로 확산하기 위한 상기 열확산 수단은 그 내부에 진동하는 잠열이 큰 작동 유체를 봉입하는 밀폐 공간을 구비하고, 또한 상기 냉각 재킷의 표면과 대략 같은 표면 형상을 갖는 전열성이 우수한 판형 부재에 의해 구성되고, 그 일부에 있어서 상기 작동 유체에 침지하여 상기 작동 유체를 진동하기 위한 작동기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
제9항에 있어서, 그 내부에 진동하는 잠열이 큰 작동 유체를 봉입한 상기 열확산 수단의 상기 밀폐 공간은 그 일부에, 내부에 기체를 봉입한 버퍼부를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
제9항에 있어서, 상기 내부에 진동하는 잠열이 큰 작동 유체를 봉입하는 상기 밀폐 공간은 상기 열확산 수단의 내부에 복수, 병렬로 형성되고, 또한 그 일단부를 상기 버퍼부에 의해 접속하여 빗살형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
제10항에 있어서, 상기 열확산 수단은 상기 밀폐 공간 내에 봉입된 작동 유체의 일부에 접촉하여 설치된 가열 수단을 구비하고 있고, 상기 가열 수단에는 펄스형의 전력을 공급하여 상기 작동 유체에 진동을 부여하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
하우징 내에 발열하는 반도체 소자이며, 그 정상적인 동작을 확보하기 위해 냉각을 필요로 하는 소자를 탑재한 전자 기기이며,

상기 하우징 또는 그 일부에 상기 반도체 소자에 열적으로 접속된 열확산 소자와, 방열판을 구비하고 있고,

상기 열확산 소자는 전열성 부재로 이루어지는 판형 부재의 내부에 열전도성의 액체를 봉입하는 동시에, 그 일부에는 상기 열전도성의 액체를 진동시키는 작동기를 구비하고 있고, 또한 상기 열확산 소자는 그 한 쪽 표면에 상기 발열 반도체 소자를 탑재하고, 상기 발열 반도체 소자로부터의 열을 확산하여 상기 열확산 소자의 다른 쪽 표면으로 수송하고,

상기 방열판은 상기 열확산 소자의 다른 쪽 표면에 부착되어 있고, 상기 열확산 소자를 거쳐서 수송된 상기 발열 반도체 소자로부터의 열을 그 표면으로부터 외부로 전열하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.