TWI519936B - An electronic computer with a cooling system - Google Patents

Description

具備冷卻系統的電子計算機

本發明係關於一種具備冷卻系統的電子計算機。

IT機器係於基板上安裝有數個CPU、記憶體、及控制元件，並藉由機架背面的背板對該基板進行電源供給與訊號收授。

近年，為了提高處理龐大資料的能力，CPU及記憶體的高密度裝配之必要性成為不可缺少的。因此形成：將於基板兩面安裝有CPU、記憶體、及控制元件的模組機板，以百片作為單位，安裝於大型主機板上的構造。因此，就CPU及記憶體的維護和保養的觀點來看，該模組基板的可拆裝性是必要的。

作為關於此種模組基板的先前技術，在日本特開2009-16605號公報(專利文獻1)中揭示，散熱面的不一致消失，成為可效率良好地散熱並使裝置小型、輕量化，並且組裝性良好的散熱構造體及該製造方法。

此外，就「為了覆蓋被設置於電子電路基板 表面上的全體電子元件，而具備倒置盤狀的第一電子元件熱傳導蓋，且為了覆蓋全體的電子元件，更進一步在背面側具備倒置盤狀的第二電子元件熱傳導蓋」的先前技術而言，已存有日本特開2005-223099號公報(專利文獻2)。

此外，就「藉由使安裝有熱導管的第1散熱板從上方、而第2散熱板從下方挾持電路基板而形成保持」的先前技術而言，已存有日本特開2008-010768號公報(專利文獻3)。

且，作為先前技術，於特開2010-080507號公報(專利文獻4)中揭示，搭載於配線板上成為主要發熱源的CPU，被熱能連接於熱虹吸管的一側之外部側面，熱虹吸管的另一側之外部側面，安裝有複數的熱導管，並且各熱導管的一端係安裝在發熱量小的元件表面上，呈熱能連接。

此外，作為先前技術，於特開平08-12537號公報(專利文獻5)中揭示，透過印刷基板所內建之金屬核心使發熱元件冷卻，並設有「被設在印刷基板與導引部之間」的固定構件、及「與導引部形成熱能連接，而將熱量傳導至流體」的冷卻板，將印刷基板固定於導引部而將印刷基板的金屬核心熱能連接於導引部。

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本特開2009-016605號公報

專利文獻2：日本特開2005-223099號公報

專利文獻3：日本特開2008-010768號公報

專利文獻4：日本特開2010-080507號公報

專利文獻5：日本特開平08-12537號公報

如上所述，IT機器係於基板上安裝有數個CPU、記憶體、及控制元件，並藉由機架背面的背板對該基板進行電源供給與訊號收授。

另外，如上所述，近年為了處理龐大資料，將於基板兩面安裝有CPU、記憶體、及控制元件的模組基板成為主流。將該模組基板以百片作為單位安裝於大型的主機板上，就維護、保養的觀點來看，該模組基板的可拆裝性是必要的。

即，有必要提供一種冷卻構造，係將兩面安裝之模組基板安裝在主機板上時，可將模組基板的熱量運往屋外等的遠處，並且容易拆裝模組基板的冷卻構造。

對此，上述之專利文獻1~5所記載之技術中，使用空氣冷卻時由於空間狹小，故需要大型送風電扇；或者當使用兩面安裝之模組基板時，背面半導體元件無法藉由熱虹吸管冷卻。由於該熱虹吸管係被螺絲固定在 CPU上，故模組基板的拆裝是不可能的，關於這些問題並沒有受到任何關切。

本發明的目的係為了提供一種電子計算機，該電子計算機具備將模組基板的背面側半導體元件的熱量傳導至熱虹吸管使模組全體冷卻，藉此為省電且低噪音之冷卻系統。

為了達成上述目的之本發明，是具備：於兩面安裝有半導體元件之模組基板、安裝有複數片該模組基板之主機板、搭載有複數片該主機板之主機櫃之電子計算機，該電子計算機具備：與安裝在前述模組基板的單面之前述半導體元件形成熱能連接之熱虹吸管、與安裝在前述模組基板的其中一面之前述半導體元件形成熱能連接之金屬板，並且，設置有熱傳導構件及按壓構件，該熱傳導構件係用於：將已對安裝在前述模組基板的其中一面之前述半導體元件之熱能進行了熱傳導的前述金屬板之熱量，熱傳導至前述熱虹吸管；該按壓構件係用於：將前述熱虹吸管與前述金屬板按壓至安裝於前述模組基板之前述半導體元件。

此外為了達成上述目的，本發明較佳為：前述按壓構件是由貫穿前述熱虹吸管，並使設在前述金屬板的突起部接近前述熱虹吸管的面而形成接觸的螺絲所構成為佳。

此外為了達成上述目的，本發明較佳為：前述按壓構件是由夾入前述熱虹吸管及前述金屬板之夾子所構成為佳。

此外為了達成上述目的，本發明較佳為：前述夾子係具備彈性之金屬構件，且呈U字狀之髮夾形狀為佳。

此外為了達成上述目的，本發明較佳為：前述按壓構件是由夾介於前述金屬板及前述主機板之間的板簧所構成為佳。

此外為了達成上述目的，本發明較佳為：前述板簧係具備彈性之金屬構件，且與前述金屬板接觸的面呈平坦面為佳。

根據本發明，可提供一種具備冷卻系統的電子計算機，該冷卻系統係藉由將模組基板的背面側半導體元件的熱量傳導至熱虹吸管使模組全體冷卻，為省電且低噪音。

1‧‧‧CPU板

2‧‧‧CPU

3‧‧‧記憶體

4‧‧‧控制元件

5‧‧‧表面

6‧‧‧背面

7‧‧‧主機板

8‧‧‧背面側

9‧‧‧信號連接器

10‧‧‧光模組

11‧‧‧插入方向

12‧‧‧正面側

13‧‧‧電源連接器

14‧‧‧光連接器

16‧‧‧電源單元

17‧‧‧熱虹吸管

18‧‧‧熱通道

19‧‧‧機架

20‧‧‧熱交換器

23‧‧‧金屬板

23a‧‧‧突起部

23b‧‧‧空間

25‧‧‧螺絲

26‧‧‧夾子

27‧‧‧板簧

27a‧‧‧平面部

29‧‧‧熱連接器

30‧‧‧電源用匯流排

31‧‧‧熱傳導薄片

〔圖1〕說明本發明之實施例中CPU板安裝形式的圖。

〔圖2〕說明本發明之實施例中主機板安裝形式的斜 視圖。

〔圖3〕說明本發明之實施例中計算機系統之機架的部份斜視圖。

〔圖4〕說明本發明之實施例中計算機系統之機架的斜視圖。

〔圖5〕本發明之實施例1中插入CPU板之前的主機板周圍的正面圖。

〔圖6〕本發明之實施例1中插入CPU板之時的主機板周圍的正面圖。

〔圖7〕本發明之實施例1中安裝CPU板之後的主機板周圍的正面圖。

〔圖8〕本發明之實施例2中插入CPU板之時的主機板周圍的正面圖。

〔圖9〕本發明之實施例3中安裝CPU板之後的主機板周圍的正面圖。

〔圖10〕本發明之實施例3中插入CPU板之時的主機板周圍的正面圖與板簧的斜視圖。

〔圖11〕本發明之實施例3中安裝CPU板之後的主機板周圍的正面圖。

〔圖12〕本發明之各實施例中安裝CPU板之後的主機板周圍的俯視圖。

以下使用圖式詳細說明本發明之實施方式。

實施例1

圖1為表示CPU板的形狀，圖1(a)為從表面所見的斜視圖。圖1(b)為從背面所見的斜視圖。圖1(c)為圖1(a)的A-A剖面圖。本說明書中，將至少安裝有CPU之模組基板稱為CPU板。

在圖1(a)中，於CPU板1的表面5安裝有CPU2、記憶體3、及控制元件4。

在圖1(b)中，於CPU板1的背面6露出有記憶體3。此係因為如圖1(c)所示，記憶體3被安裝在CPU板1的表面5及背面6兩面的緣故。

圖2表示搭載有多數片圖1中說明的CPU板之主機板的斜視圖。

於圖2中，搭載多數片光模組10及多數片CPU板10而構成主機板7。該主機板7係成為可從正面側12方向往插入方向11插拔。因此於主機板7之背面側8安裝有光連接器14與訊號連接器9及電源連接器13，並形成利用背面側8執行與其他主機板之間的連接。

主機板7之插入方向11係成為從正面側12方向進行。在進行CPU板1的維護時，可將其從主機板7的正面側12方向抽出來。

圖3，係從斜上方的方向觀看「將圖2所說明的主機板7搭載於機架19之狀態」時的部份斜視圖。

在圖3中，機架19係於機架兩側面搭載有供 電用的電源單元16。主機板7係搭載有熱虹吸管17。此外，於電源單元16的內側安裝有藉氣化熱進行熱輸送的熱通道18。上述熱虹吸管17係成為可一次冷卻4片份之CPU板1。也就是說，1片熱虹吸管17對4片CPU板1形成熱能接觸並形成覆蓋。在本實施例中揭示有8片熱虹吸管17，故CPU板1總數為32片。

此外，一個熱通道18係擴張至熱虹吸管17的兩台份之寬度為止，藉此可對上述熱虹吸管17的兩台份一起進行熱輸送。另外，本實施例雖然是以1台熱虹吸管17對應4片CPU板1，以1台熱通道18對應2台熱虹吸管17來進行熱輸送，但關於片數以及台數之增減就構造上之觀點來看係可能的。另外，本圖中12為正面方向。

圖4為從側面看圖3中說明的機架19之斜視圖。

在圖4中，機架19中於上下方向搭載有無數個主機板7。於機架19的背面側8存有電源用匯流排30，有效率地對主機板7進行供電。為了使主機板7容易拆裝，在正面側12並沒有搭載構造物。此外，於機架19的頂部裝設有熱交換器20，與安裝在機架19側面的熱通道18形成熱能連接。

作為該熱能連接的範例，是藉由熱通道18側的蒸氣、頂部的熱交換器20的單相液相所進行。此外，本圖中12為正面方向。

圖5為從正面側觀看「將插入CPU板之前的主機板周圍」時所見之圖。

在圖5中，於主機板7的上部安裝有扁平型熱導管或金屬板23(以下稱為金屬板23)。於該金屬板23的上部安裝有熱虹吸管17並具有空間23b。此外，於金屬板23與熱虹吸管17之相對面，以及金屬板23的突起部23a，裝設有熱傳導薄片31。

主機板7與熱虹吸管17之間的高度方向長度為固定，金屬板23成為可在主機板7與熱虹吸管17之間移動。

圖6為從正面觀看「將插入CPU板之後的主機板周圍」時所見之圖。

在圖6中，於熱虹吸管17安裝有螺絲25。該螺絲25的位置係位於：與從位於熱虹吸管17下方之金屬板23往上方突出之突起部23a對向的位置。此外，將第5圖所說明的熱傳導薄片31配置成：接觸於被安裝在CPU板1之CPU2、記憶體3、控制元件4(未圖示)的上方或是下方。

即，如圖6所示，首先將金屬板23嵌入主機板7與熱虹吸管17之間的空間23b。該金屬板23設有突起部23a而形成特定高度之空間23b。成為於該空間23b插入CPU板1。突起部23a係藉由螺絲25固定於熱虹吸管17。

因此，藉由鎖緊螺絲25使金屬板23之突起 部23a靠近熱虹吸管17，並且使CPU板1表面的CPU2及記憶體3，與熱虹吸管17形成熱能接觸。另一方面，CPU板1背面的記憶體3係隔著熱傳導薄片31與金屬板23形成熱能接觸。

圖7是從正面側觀看「實施例1中，安裝CPU板之後的主機板周圍」時所見之圖。

在圖7中，藉由鎖緊螺絲25使金屬板23從主機板7側往熱虹吸管17側移動。透過貼於熱虹吸管17的熱傳導薄片31與貼於金屬板23的熱傳導薄片31，使CPU板1的上面(表面)側與熱虹吸管17形成熱能連接，並使CPU板1的下面(背面)側與金屬板23形成熱能連接。並且，金屬板23藉由其突起部23a與熱虹吸管17形成熱能連接。

根據以上所述，可將CPU板1上面側之半導體元件(CPU1、記憶體2、控制元件4)的熱能熱輸送至熱虹吸管17。並且，可將CPU板1下面側的半導體元件(記憶體2)的熱能從金屬板23經由突起部23a，熱輸送至熱虹吸管17。

如此一來，根據本實施例，由於安裝於CPU板1背面的記憶體3之熱能，可從金屬板23經由突起部23a熱傳導至熱虹吸管17，因此構造簡單且有效率地冷卻記憶體3。

此外，為了CPU板1的交換或是維護而抽出時，可將螺絲25放鬆使金屬板23下降，藉此擴張空間 23b。藉由該空間23b之擴張，可使CPU板1簡單地被抽出來。

實施例2

圖8(a)為實施例2中主機板周圍的正面圖，圖8(b)為夾子的側面圖。

在圖8(a)中，本實施例係將夾子26設置成作為使熱虹吸管17與金屬板23形成熱能連接者。該夾子26如圖8(b)所示，係呈U字狀之髮夾形狀，以夾子26夾入熱虹吸管17與金屬板23，而對「被熱虹吸管17及金屬板23所包夾的CPU板1」加壓。

與CPU板1上面側之半導體元件，(CPU1、記憶體2、控制元件4)接觸的熱虹吸管17之面，貼有熱傳導薄片31。此外，與CPU板1下面側之半導體元件(記憶體2)接觸的金屬板23之面，也貼有熱傳導薄片31。

圖9為將實施例2中安裝CPU板之後的主機板周圍，從正面側所見之圖。

在圖9中，夾子26從水平方向插入，藉此使金屬板23從主機板7側往熱虹吸管17側移動。本實施例與圖7為同樣情況，藉由熱虹吸管17與扁平型熱導管或金屬板23，隔著熱傳導薄片31，使CPU板1的上面(表面)側與熱虹吸管17形成熱能連接，並使CPU板1的下面(背面)側與扁平型熱導管或金屬板23形成熱能連 接。並且，扁平型熱導管或金屬板23係藉由該突起部與熱虹吸管17形成熱能連接。

藉由上述，可將CPU板1上面側之半導體元件(CPU1、記憶體2、控制元件4)的熱能熱輸送至熱虹吸管17。並且，可將CPU板1下面側之半導體元件(記憶體2)的熱能透過扁平型熱導管或金屬板23，熱輸送至熱虹吸管17。

如以上所述，根據本實施例，因記憶體3的熱能從金屬板23往夾子26熱傳導，並從夾子26往熱虹吸管17熱傳導，故可有效地對記憶體3進行散熱。此外在本實施例中是藉由夾子26來進行熱虹吸管17與金屬板23之熱能連接，故不僅拆裝作業極為簡單，構造也很便宜。

又，本實施例之夾子26的形狀雖然為U字狀，但並不限定於此形狀，亦可為ㄈ字狀。

實施例3

圖10(a)為實施例3中主機板周圍的正面圖，圖10(b)為表示板簧形狀之圖。

在圖10(a)中，本實施例係將板簧27插入金屬板23與主機板7之間。該板簧27的位置係在金屬板23全面，或是金屬板23上具有突起部23a之部份。此外，與圖6的情況相同，配置成：使圖5中所說明的熱傳導薄片31，位在「被安裝於CPU板1之CPU2、記憶體 3、控制元件4」的上方或下方。

板簧27如圖10(b)所示，係將具有彈性之金屬板折成山型。由於在本實施例中有必要將平板上的金屬板23往上推，故為了與金屬板23呈面接觸而形成平面部27a。將該板簧27插入於金屬板23與主機板7之間時，板簧27係以被壓縮的狀態插入，藉此成為一直將金屬板23往上推的狀態。

又，板簧27並未限定於圖10(b)中的形狀，只要為能夠將金屬板23往上推者，不管是何種形狀皆可。

圖11，是從正面側觀看「實施例3中，已安裝CPU板之後的主機板周圍」時所見之圖。

在圖11中，一旦藉由板簧27之彈性所產生的上推特性，使金屬板23從主機板7側往熱虹吸管17側移動時，將使突起部23a接觸於熱虹吸管17。隔著貼於熱虹吸管17的熱傳導薄片31與貼於金屬板23的熱傳導薄片31，使CPU板1的上面(表面)側與熱虹吸管17形成熱能連接，並使CPU板1的下面(背面)側與金屬板23形成熱能連接。並且，金屬板23藉由該突起部23a與熱虹吸管17形成熱能連接。

根據以上的說明，可將CPU板1上面側之半導體元件(CPU1、記憶體2、控制元件4)的熱能熱輸送至熱虹吸管17。並且，可將CPU板1下面側之半導體元件(記憶體2)的熱能透過扁平型熱導管或金屬板23，熱 輸送至熱虹吸管17。

根據本實施例，藉由板簧27讓金屬板23被往上推，使金屬板23的突起部23a與熱虹吸管17接觸，可使記憶體3的熱能散熱。

圖12，是從上面側觀看「實施例1~3中，安裝CPU板之後的主機板周圍」時所見之圖。

在圖12中，雖於本圖並未記載上述實施例1~3的螺絲25、夾子26、板簧27，但熱連接器29成為「用來連接熱虹吸管17與金屬板23之突起部23a」的部位。訊號連接器9、電源連接器13，是用來導通CPU板1與主機板之間的訊號、電源的構件。訊號連接器9與電源連接器13的方向、及熱連接器29的方向，係成為不會在CPU板1的插入方向11上形成干涉。藉此，CPU板1的拆裝可容易地進行。

藉由形成上述之構造，可提供一種冷卻系統：在伺服器、記憶裝置、網路機器等，對於將「搭載著處理用CPU、記憶體、及控制元件的模組基板」安裝於大型基板的電子計算機，可容易拆裝模組基板。

根據上述的說明，冷卻系統及搭載著冷卻系統的電子計算機，由於未使用冷卻用風扇，故能達成能源的節省，且可降低由風扇所產生的噪音。此外，可將模組基板的背面側半導體元件之熱能朝熱虹吸管傳遞，使模組全體冷卻。藉由螺絲、或夾子、或板簧的裝設、拆卸，可提供一種「模組機板容易拆裝」的電子計算機。

並且本發明，在伺服器、記憶裝置、網路機器等，對於將「搭載著處理用CPU、記憶體、及控制元件的模組基板」安裝於大型基板的電子計算機，可容易地對模組基板進行拆裝。

1‧‧‧CPU板

7‧‧‧主機板

11‧‧‧插入方向

12‧‧‧正面側

16‧‧‧電源單元

17‧‧‧熱虹吸管

18‧‧‧熱通道

19‧‧‧機架

Claims (6)

1. 一種具備冷卻系統的電子計算機，具有：於兩面安裝有半導體元件之模組基板、安裝有複數片該模組基板之主機板、搭載有複數片該主機板之主機櫃，其特徵為具備：與安裝在前述模組基板的單面之前述半導體元件形成熱能連接之熱虹吸管、與安裝在前述模組基板的其中一面之前述半導體元件形成熱能連接之金屬板，並且，設置有熱傳導構件及按壓構件，該熱傳導構件係用於：將已對安裝在前述模組基板的其中一面之前述半導體元件之熱能進行了熱傳導的前述金屬板之熱量，熱傳導至前述熱虹吸管；該按壓構件係用於：將前述熱虹吸管與前述金屬板按壓至安裝於前述模組基板之前述半導體元件。
2. 如請求項1所述之具備冷卻系統的電子計算機，其中前述按壓構件是由：貫穿前述熱虹吸管，並使設在前述金屬板的突起部接近前述熱虹吸管的面而形成接觸的螺絲所構成。
3. 如請求項1所述之具備冷卻系統的電子計算機，其中前述按壓構件是由：夾入前述熱虹吸管及前述金屬板之夾子所構成。
4. 如請求項3所述之具備冷卻系統的電子計算機，其中前述夾子係具備彈性之金屬構件，且呈U字狀之髮夾形狀。
5. 如請求項1所述之具備冷卻系統的電子計算機，其中前述按壓構件是由：夾介於前述金屬板及前述主機板之間的板簧所構成。
6. 如請求項5所述之具備冷卻系統的電子計算機，其中前述板簧係具備彈性之金屬構件，且與前述金屬板接觸的面呈平坦面。