TW540292B - Electronic machine apparatus - Google Patents
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Description
540292 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明(i) 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於利用循環的液態冷媒,來冷卻發熱的半 導體元件之電子機器裝置的發明。 【習知技術】 作爲具備熱管的電子機器裝置之習知技術,例如有臼 本特開平1 -84699號公報、特開平2-244748號公報。 藉由熱管、水冷方式的冷卻,由於沒有使用如送風裝 置般的消耗電力的零件,效率佳、能夠使藉由熱傳導所達 成的冷卻更加地高效率化。 作爲藉由水冷方式之冷卻裝置的習知技術,例如有臼 本特開平5 - 3 3 5 4 5 4號公報、特開平6-9 7 3 3 8號公報、特開平6 - 1 2 5 1 8 8號公報。 又,作爲具備藉由水冷方式的冷卻裝置之個人電腦( 以下稱爲電腦)的習知技術,例如有日本特開平6 -2 6 6 4 7 4號公報、特開平7 - 1 4 2 8 8 6號公報。 其中,特別是在日本特開平6 - 2 6 6 4 7 4號公報 中,係針對一種筆記型電腦,係由:承載發熱元件,而在 其上部具備鍵盤的本體框體;以及具備顯示面板,可轉動 地安裝在本體框體上的顯示裝置框體,所構成的筆記型電 腦,揭示出: 將受熱套安裝在發熱元件上,而利用連接管將設置在 顯示裝置框體內的散熱管以及泵,連接在一起的構造。 進而,在日本特開平7 - 1 4 2 8 8 6號公報中,係 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) "" -4- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁j 裝 •訂- -線 540292 經濟部智慧財產局8工消費合作社印製 A7 _________B7_五、發明説明(2) 針對日本特開平6 - 2 6 6 4 7 4號公報的技術,揭示出 將框體以金屬製成的例子。 【發明所欲解決之課題】 上述筆記型電腦,由於具有散熱管的顯示側框體,經 常相對於具有受熱套的本體框體,進行開閉動作,所以鉸 鏈部分,一定必須要以撓性管來連結。 又,近年來的電腦,不論是筆記型、桌上型或是伺服 器等,皆被要求小型化;而在這些電子機器的內部,必須 拉引水冷用的配管,而希望該配管爲撓性管。 可是,撓性管會有管內的水分透過的問題存在,在上 述習知技術中,並未考慮到關於水分不會透過的材質。 亦即,當使用水分透過率大的撓性管的情況,所保存 的水量降低,而會產生無法進行發熱元件的冷卻的問題。 又,在本體框體與可轉動之顯示側框體之間的鉸鏈部 ,由於顯示裝置框體的開閉,而會對其反覆地施加負載, 因此撓性管發生磨耗,發生水洩漏的問題。 又,撓性管以彎曲半徑小的狀態下,在框體內被拉引 ,長期地保持在該形狀的情況下,因屈曲(buckling)而塞住 流路,會由於流量降低而發生無法進行發熱元件的冷卻的 問題。 本發明的目的在於提供一種電子機器裝置,藉由減少 從連接管透過的冷媒透過量、防止由於連接管的磨耗所導 致的漏水、以及防止由於連接管的屈曲所導致的流量降低 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 訂 線· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -5- 540292 A7 B7 五、發明説明(」 〇 等手段’長期且安定地進行半導體元件的冷卻。 【解決課題所用的手段】 上述目的,係針對一種具備: 在其內部搭載半導體元件的框體; 與此半導體元件傳熱地連接的受熱構件; 被配置在前述框體的內面側之散熱構件; 在此散熱構件和前述受熱構件之間,驅動液態冷媒的 液體驅動手段;以及 貯留前述液態冷媒的槽; 而且,利用管將此槽、前述散熱構件以及受熱構件連 接之形態的電子機器裝置, 藉由前述管的全部或是一部份,係由丁基橡膠所形成 的手段來達成。 又,上述目的,係藉由:前述管的全部或是一部份, 係由丁腈橡膠、含氟橡膠、乙烯-丙儲橡膠、聚環氧氯丙 院橡膠或是多硫化橡膠所形成的手段來達成。 又’上述目的’係錯由:前述管,以公式2表示的冷 媒透過量Q ’在保有冷媒量Q以下; q = 27T . Ρ · L · Δρ . t/ (1 n (r 2/r 1)).....(公式 2)的手段來達成。 又,上述目的,係藉由:在前述管的彎曲部,安裝防 止磨耗和屈曲用的保護帶的手段來達成。 又,上述目的,係藉由:在前述管的彎曲部的外周, 安裝防止磨耗和屈曲用的保護管;此保護管,其內徑比前 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) I-----^——^-I^ — I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -6 - 540292 A7 B7 五、發明説明(4) 述連接管的外徑大的手段來達成。 又,上述目的,係藉由··前述管,係配合彎曲部的形 狀,預先加以彎曲成形的手段來達成。 【本發明之實施形態】 電子機器裝置’在所謂的個人電腦(以下稱爲電腦) 中,有可以攜帶的筆記型電腦和主要在桌上使用的桌上型 電腦。 這些電腦,每年皆要求更加地高速處理化、大容量化 ,而滿足此要求的結果,半導體元件(以下稱爲C P U ) 的發熱溫度變高。此傾向,可以想像以後仍將持續下去。 相對於此,目前的電腦,如前所述,大多係利用風扇 等強制氣冷式或熱傳導式。此種冷卻方式的散熱能力有其 限制;而有可能無法追上前述高放熱傾向的C P U的放熱 量。但是,對於強制氣冷式,雖然有可能藉由使風扇高速 旋轉或是使風扇大型化來加以對應,可是,這將與電腦的 低噪音化或是薄型化的發展趨勢相反,而不切實際。 另一方面,作爲取代習知的氣冷式散熱的散熱方式, 有使水等的冷卻媒體循環來冷卻C P U的裝置。 此冷卻裝置,主要是被使用在企業或是銀行內所使用 的大型電腦的冷卻,係一種利用泵來強制地使冷卻水循環 ,利用專用的冷凍機來進行冷卻的大型裝置。 因此,對於時常移動的筆記型電腦、或是具有配合事 務所內的配置變更而移動的可能性的桌上型電腦,上述利 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) I--------I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 540292 A7 B7 五、發明説明(5) 用水的冷卻裝置,即使將此冷卻裝置作成小型化,也無法 搭載在該電腦中。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於是,如上述習知技術,雖然開始硏討各種可以搭載 在小型電腦中之利用水的冷卻裝置,但是,該習知技術申 請當時,半導體元件的發熱溫度沒有如近年來的高,即使 是現在,具備水冷裝置的電腦,也尙未商品化。 相對於此,本發明藉由採用小型泵;將形成電腦本體 的外型之框體,以散熱性佳的鋁合金或是鎂合金等形成, 水冷裝置的大幅小型化能夠實現,而成爲可以搭載在電腦 中的裝置。 可是,當要搭載此水冷裝置時,會有新的問題。特別 是筆記型電腦,由於頻繁地折疊顯示器,因此至少將受熱 部和散熱配管部分連接的鉸鏈部分的配管,必須使用撓性 管。對使用撓性管之實際的機器進行各種硏究的結果,發 現管內的水分會透過管的表面而蒸發到外部,導致發生水 量降低的問題。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此,本發明進行儘量地抑制水從撓性管透過的材質 之撓性管的硏究的結果,而找到了水的透過量少的材質。 以下,根據第1圖來說明本發明的第1實施形態。 第1圖係具備本發明的筆記型電腦的立體圖。 在第1圖中,內部設有冷卻液的流路之受熱套2,被 連接在被安裝在電腦本體側之框體7中的半導體元件5上 。此受熱套2與泵1連接。在顯示裝置框體8的顯示面板 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -8 - 540292 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明(β) 6 背面,設置槽6、散熱管4。泵1、受熱套2、槽6以及 散熱管4 ’利用連接管3 ,連接成如圖所示的閉迴路狀態 ;而在這些構件的內部,塡充水等的冷媒。連接管3,從 增加泵1、受熱套2、槽6以及散熱管4的配置的自由度 、連接鉸鏈部Α到1 8 0度爲止反覆地旋轉的角度來考量 ,希望爲有機材料管。 又,若考慮筆記型電腦、桌上型電腦的框體容積以及 冷卻C P U所需的最少水的液體量,希望爲1 〇 c c〜 5〇〇c c 。 另外,構成此連接管3的有機材料管,由於水或是滷 水等的冷媒會透過,若長期間地運轉,所保有的水量會降 低,而導致無法充分地冷卻半導體元件5。 例如,在7 0 t的水(冷媒)環境下,使用矽橡膠管 (外徑5 m m、內徑3 m m、長度3 0 0 m m )的情況, 5年後,判明有1 5 5 0 c c的水透過。又,矽橡膠的水 分透過度爲73〇xlO_0g/mm2/24h/(atm/mm)。亦即,所保有的 水量全部透過。 因此,本發明,作爲連接管,係採用具有公式1之化 學構造的丁基橡膠之管材;丁基橡膠,具有水分等的液體 透過度小、對於水以及滷水的耐藥品性(耐溶解性)優異 的特性。 【公式1】 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝- 訂 線· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -9- 540292 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明(7)
Γ CH3 ' ch3 I -GH2-c- —CH 一 CHf I ch3 η X 例如,在7 〇 °c的水(冷媒)環境T ’使用丁基橡媵 管(外徑5 m m、內徑3 m m、長度3 0 0 m m )的情況 ,5年後,判明有4 _ 4 c c的水透過。丁基橡膠的水分 透過度爲2 . 1 x l〇'6g/mm2/24h/(atm/mm) °又’取代丁基橡膠 ,同樣的,也可以使用液體透過度小的丁腈橡膠' 含氟橡 膠、乙烯-丙烯橡膠、聚環氧氯丙院橡膠或是多硫化橡膠 〇 從另外的觀點來考量’爲了確保在保證期間中的冷卻1 系統的信賴性,連接管的液體透過量’被要求在所保有的 冷媒量以下,亦即’以下述的關係式(公式2 )來表示之 連接管的冷媒透過量Q ’在保有冷媒量Q以下。 Q = 27r.P.L.Z\p· t/(ln (r2/rl) )-·· ·(公式 2) 在此,P爲在使用最高溫度中的冷媒的透過度、L爲 連接管的總長度、△ P爲在最高溫度中的管內外壓力差( 蒸氣壓差)、t爲使用最長時間、r 1爲管的內徑、r 2 爲管的外徑。上述液體透過量,當無法滿足在保有冷媒量 以下的條件時,在保證期間內,需要補充冷媒。 另外,丁基橡膠,一般係被應用在汽車的水箱連接用 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (请先閱讀背面之注意事項存填寫本頁)
-10- 540292 A7 B7 五、發明説明(8) 配管、輪胎管等之中,已知其有優異的耐熱性、耐透過性 〇 第2圖係表示第2實施例之筆記型電腦的立體圖。 在第2圖中,連接泵1、受熱套2、連接管3以及散 熱管4的連接管3,係由有機材料管3 1和金屬配管3 2 所構成。作爲金屬配管3 2,可以使用不銹鋼管、銅管等 〇 藉由設置此金屬配管3 2,由於能夠一邊保持泵1、 受熱套2之配置的自由度,一邊使有機材料管3 1的長度 ,隨著液體透過量爲0的金屬配管3 2的使用,而相對應 的減少,結果,能夠降低從連接管3透過的液體透過量。 又,金屬配管32,若配合泵1、受熱套2的位置, 而預先彎曲,則容易安裝。又,對於金屬配管3 2和印刷 電路基板等導體之間的短路問題,若在金屬配管3 2的表 面上,施加絕緣層,則可以避免。 對於本實施例的有機材料管,其液體透過量要在保有 冷媒量以下;亦即,以公式2表示的連接管的冷媒透過量 d,被要求在保有冷媒量Q以下;以丁基橡膠爲首,多硫 化橡膠、含氟橡膠、聚環氧氯丙烷橡膠、乙烯-丙烯橡膠 是適當的。 第3圖係表示根據本發明的第3實施例之通過本體框 體7和顯示裝置框體8之間的連接管3。 在第3圖中,將磨耗防止用的保護帶9安裝在連接管 3的周圍。此保護帶9,其摩擦係數越低磨耗量越少,進 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -11 - 540292 Α7 Β7 五、發明説明(9) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 而其效果越高。保護帶9爲螺旋狀、環狀等,只要可以一 邊維持可動性,一邊保護連接管3之與本體框體7或是顯 示側框體8接觸的部分,不論從任何方向來安裝皆可以。 又,上述保護帶9 ,由於能夠將連接管的形狀保持在彎曲 狀態,可以防止連接管3的屈曲情況的發生。連接管3, 如第1實施例般,係使用丁基橡膠等的液透過少的材質。 第4圖係表示在本體框體和顯示裝置框體之間的鉸鏈 部的立體圖。 在第4圖中,顯示裝置框體8,由於每次使用,最多 開閉至1 8 0度,所以連接管3與本體框體7或是顯示裝 置框體8接觸而磨耗。 第5圖(a ) 、( b )係表示連接管的使用前和長期 使用後的狀態的圖。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如第5圖(a )所示,連接管3的初期狀態,形成完 美的曲率;但是,如第5圖(b )所示,在曲率半徑小的 狀態下’長期使用的情況,連接管3由於潛變(creep)現象 而屈曲’塞住流路,而於流量降低而導致無法充分地冷卻 半導體元件5。 第6 Η係表示將保護帶安裝在本體框體和顯示裝置框 體之間的鉸鏈部以外的管上之圖。 在第6圖中,在連接泵1、受熱套2、散熱管4以及 槽6的連接管之中,將連接管3彎曲來安裝的情況,藉由 安裝保護帶9 ’由於能夠將連接管的形狀保持在彎曲狀態 ’可以防止屈曲的情況發生,能夠長時間冷卻半導體元件 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210X297公着) -12- 540292 A 7 _B7_ 五、發明説明(^ 5 ° 第7圖(a )、(b )係表不根據本發明的第4實施 例之通過本體框體和顯示裝置框體之連接管的圖。 第7圖(a )係表示當顯示裝置框體閉合時的連接管 的狀態;連接管3,如前實施例般,係使用丁基橡膠等的 液透過少的材質。爲了防止連接管3的磨耗和屈曲,在連 接管3的外周,安裝其內徑比連接管的外徑大的保護管 1 0。藉由此手段,除了具有與上述保護帶9相同的磨耗 防止和屈曲防止的效果以外,具有節省安裝保護帶的勞力 和時間之優點。進而,預先使保護管1 0沿著連接管之彎 曲的形狀來加以成形,具有不會由於保護管1 0的彈性恢 復而對連接管3施加額外的負載之優點。保護管1 0的內 面,由於與連接管3接觸;而其外表面則與本體框體7或 是顯示裝置框體8接觸,所以希望使用低摩擦係數的材料 ,例如含氟樹脂管。 第7圖(b )係表示將顯示裝置框體開啓1 8 0度時 的連接管的狀態之圖;其效果與第7圖(a )相同。 再者,如第7圖所示,保護管係由2個零件所構成; 其構造爲:在本體框體7和顯示裝置框體8之間的鉸鏈部 ,即使旋轉1 8 0度,保護管也不會扭轉變形,而僅連接 管會扭轉變形。 第8圖係表示將保護管安裝在本體框體和顯示裝置框 體之間的鉸鏈部以外的管上之圖。 在第8圖中,在連接泵1、受熱套2、散熱管4、槽 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -13- 540292 A7 B7 五、發明説明(d 6的連接管之中,在使連接管3彎曲來安裝的情況,藉由 安裝保護管1 0,由於能夠將連接管的形狀保持在彎曲狀 態,所以能夠防止屈曲,能夠長時間冷卻半導體元件5。 根據本發明的第5實施例的連接管3,係按照泵1、 受熱套2、散熱管4以及槽6的配置,配合其彎曲部而預 先加以成形。因此,由於連接管沒有承受彎曲負載,不會 發生屈曲。也可以將預先成形的連接管,應用在通過本體 框體和顯示裝置框體之間的連接管3。 【發明之效果】 若根據本發明,由於可以減少從連接管透過的冷媒透 過量、防止由於連接管的磨耗所導致的漏水、以及防止由 於連接管的屈曲所導致的流量降低,所以能夠提供長期且 安定地冷卻半導體元件的電子機器裝置。 【圖面之簡單說明】 第1圖係根據本發明的第1實施例之使用冷卻系統的 筆記型電腦的立體圖。 第2圖係根據本發明的第2實施例之使用冷卻系統的 筆記型電腦的立體圖。 第3圖係表示根據本發明的第3實施例之通過本體框 體和顯示裝置框體之間的連接管的圖。 第4圖係表示在本體框體和顯示裝置框體之間的鉸鏈 部的立體圖。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Μ規格(21〇Χ297公釐) I-----^--^--^—— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 540292 A7 _____ B7 五、發明説明(^ 第5圖係說明連接管的屈曲現象的圖。 第6圖係表示根據本發明的第3實施例之別的連接管 的圖。 第7圖係表示根據本發明的第4實施例之通過本體框 體和顯不裝置框體之間的連接管的圖。 第8圖係表示根據本發明的第5實施例之別的連接管 的圖。 【符號說明】 1 :泵 2 :受熱套 3 :連接管 4 :散熱管 5 :半導體元件 6 ··槽 7 :本體框體 8:顯示裝置框體 9 :保護帶 1 0 :保護管 3 1 :有機材料管 3 2 :金屬配管 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS )八4規格(210X 297公釐) I 批衣1T^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -15-
Claims (1)
- 540292 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8六、申請專利範圍1 1 . 一種電子機器裝置,係針對具備: 在其內部搭載半導體元件的框體; 與此半導體元件傳熱地連接的受熱構件; 被配置在前述框體的內面側之散熱構件; 在此散熱構件和前述受熱構件之間,驅動液態冷媒的 液體驅動手段;以及 貯留前述液態冷媒的槽; 而且,利用管將此槽、前述散熱構件以及受熱構件連 接之形態的電子機器裝置,其特徵爲: 前述管的全部或是一部份,係由丁基橡膠所形成。 2 .如申請專利範圍第1項所述的電子機器裝置,其 中前述管的全部或是一部份,係由丁腈橡膠、含氟橡膠、 乙烯-丙烯橡膠、聚環氧氯丙烷橡膠或是多硫化橡膠所形 成。 3 .如申請專利範圍第1項所述的電子機器裝置,其 中前述管,以公式2表示的冷媒透過量Q,在保有冷媒量 Q以下; Q = 2兀.P-L· ΔΡ · t/ (in U2/r 1) ) · · ·(公式 2)。 4 .如申請專利範圍第1項所述的電子機器裝置,其 中在前述管的彎曲部,安裝防止磨耗和屈曲用的保護帶。 5 .如申請專利範圍第1項所述的電子機器裝置,其 中在前述管的彎曲部的外周,安裝防止磨耗和屈曲用的保 護管;此保護管,其內徑比前述連接管的外徑大& 6 ·如申請專利範圍第1項所述的電子機器裝置,其 本紙張尺度適用中國國家襟準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -16- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1T540292 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍2 中前述管 係配合彎曲部的形狀 預先加以彎曲成形 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1T經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 17
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