JP2007035901A - Heat receiver and cooling device provided with the same - Google Patents
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Abstract
【課題】放熱フィンの隙間の液流路を流れる液体冷媒との接触面にマイクロフィンを形成し、その液体冷媒を放熱フィンに接触する接触面積を増大させ冷却性能を向上する受熱器及びそれを備えた冷却装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の受熱器1は、一対の液循環路を接続して内部に液体冷媒を流す受熱器であって、一方の面には発熱体13と熱接続する受熱面2bを有し他方の面には複数の放熱フィン3を形成した受熱板2と、受熱板2に放熱フィン3を収容するように組み合わされて、受熱板2との空間が液体冷媒の流路の一部を構成するケーシング4とを備え、放熱フィン3の液体冷媒との接触面に複数のマイクロフィン3aを形成した。
【選択図】図2A heat receiver for improving cooling performance by forming a micro fin on a contact surface with a liquid refrigerant flowing through a liquid flow path in a gap of a radiating fin and increasing the contact area where the liquid refrigerant contacts the radiating fin. An object of the present invention is to provide a cooling device provided.
A heat receiver 1 of the present invention is a heat receiver that connects a pair of liquid circulation paths and allows a liquid refrigerant to flow therein, and has a heat receiving surface 2b that is thermally connected to a heating element 13 on one surface. The other surface is combined with the heat receiving plate 2 having a plurality of heat radiating fins 3 and the heat receiving plate 2 so as to accommodate the heat radiating fins 3, and the space between the heat receiving plate 2 is a part of the flow path of the liquid refrigerant. And a plurality of micro fins 3 a are formed on the contact surface of the radiating fin 3 with the liquid refrigerant.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、パーソナルコンピュータ等に使われるマイクロプロセッシングユニット(以下、MPUと称する)等の発熱する半導体素子、またはその他の発熱部を有する電子部品などの発熱電子部品を液体冷媒の循環による冷却に用いられる受熱器と、その受熱器を備えた冷却装置に関するものである。 The present invention uses a heat-generating electronic component such as a semiconductor element that generates heat such as a microprocessing unit (hereinafter referred to as MPU) used in a personal computer or the like, or an electronic component having other heat-generating parts, for cooling by circulation of a liquid refrigerant. The present invention relates to a heat receiver and a cooling device including the heat receiver.
最近のコンピュータなどの電子機器におけるデータ処理の高速化の動きはきわめて急速であり、MPUなどの発熱電子部品のクロック周波数は以前と比較して格段に大きなものになってきているので、その発熱量が増大している。このため、各発熱電子部品が動作温度範囲を越えてしまい、その結果電子部品の誤動作や熱破壊を招くことが少なからず発生している。 The speed of data processing in recent electronic devices such as computers is very rapid, and the clock frequency of heat-generating electronic components such as MPU has become much larger than before, so the amount of heat generated Has increased. For this reason, each heat generating electronic component exceeds the operating temperature range, and as a result, malfunctions and thermal destruction of the electronic components often occur.
従って、その電子機器内に実装された各発熱電子部品を動作温度範囲内に保つことは、それらの各発熱電子部品を正常に動作させることとなり、その結果、その電子機器を安定して操作できるようにするための重要な課題となってきている。 Therefore, keeping each heat generating electronic component mounted in the electronic device within the operating temperature range causes the heat generating electronic component to operate normally, and as a result, the electronic device can be stably operated. It has become an important issue to do so.
従来のように発熱電子部品の放熱方法として複数個の放熱フィンから構成されたヒートシンクを発熱電子部品に直接接触させて自然放熱する方法だけでなく、そのヒートシンクをファン装置で送風冷却する方法、受熱部からヒートパイプを用いて放熱部に熱接続したヒートシンクモジュールにおいてその放熱部をファン送風により強制的に送風冷却する方法、或いは、液体冷媒をポンプにより強制的に液循環させ受熱部から放熱部へ熱輸送を行なった液冷却方式による冷却装置などが必要不可欠になっており、今後さらにそれら冷却装置の冷却能力の向上と併せて小型軽量化も必要とされている。 As a conventional heat dissipation method for heat-generating electronic components, not only a heat sink composed of a plurality of heat-dissipating fins is brought into direct contact with the heat-generating electronic components for natural heat dissipation, but also a method in which the heat sink is blown and cooled by a fan device, heat receiving In the heat sink module that is thermally connected to the heat radiating part using a heat pipe, the heat radiating part is forcibly blown and cooled by fan blowing, or the liquid refrigerant is forced to circulate by a pump and the heat receiving part is transferred to the heat radiating part. Liquid cooling type cooling devices that transport heat are indispensable, and further improvements in the cooling capacity of these cooling devices are required in the future as well as reduction in size and weight.
そこで、半導体素子の小型化及び高集積化に対応した受熱器として、例えば(特許文献1)に記載されたように、より液体冷媒の液流路内の圧力損失を低減しながらコンパクト化を実現できる受熱器が提案されている。 Therefore, as described in (Patent Document 1), for example, as described in (Patent Document 1), as a heat receiver corresponding to miniaturization and high integration of semiconductor elements, a compact design is realized while reducing pressure loss in the liquid flow path of liquid refrigerant. Possible heat receivers have been proposed.
図10(a)は(特許文献1)に記載の受熱器の分解斜視図、図10(b)は(特許文献1)に記載の受熱器の部分断面図を示しており、例えば、一辺が約15mmの方形の中板101の両主面に、複数の溝102a、102bを化学エッチング等の公知の手段により、例えば、幅が50μm程度で、深さが300μm程度に設定してほぼ等間隔で平行に形成することにより、複数の放熱フィン107a、107bを構成している。
FIG. 10A shows an exploded perspective view of the heat receiver described in (Patent Document 1), and FIG. 10B shows a partial cross-sectional view of the heat receiver described in (Patent Document 1). A plurality of
ここで、中板101の周縁部は残し、フィン107a、107bの頂面は、その周縁部よりも高さが低くなるようにしている。
Here, the peripheral portion of the
中板101の両主面上には、その全面を覆うようにカバープレート103a,103bが張り合わされており、これらのカバープレート103a,103bには、液体冷媒の供給口及び排出口を構成するため、貫通孔104a,105a並びに104b,105bが両主面のそれぞれに設けられている。また、カバープレート103aの中板101に接続される主面と反対側の主面上には半導体素子106が設けられている。
例えば、カバープレート103aの貫通孔104a及びカバープレート103bの貫通孔105bを液体冷媒の供給口として適用し、残りの貫通孔105a,104bを液体冷媒の排出口として適用することにより、中板101の両主面とカバープレート103a,103bとの間に設けられた液体冷媒の液流路に、液体冷媒を対向流となるように流すことができ、これにより、液体冷媒の流れ方向の温度勾配が緩和され、受熱器の内の温度分布を平均化することが可能となっている。
For example, by applying the through
また、図10(b)に示すように放熱フィン107a,107bの頂面とカバープレート103a,103bとの間に一定の間隙を設け、複数の溝102a,102bにより構成される微小な液体冷媒の液流路を連結して流路面積を拡大することにより、液体冷媒が流れる際の圧力損失の低減を図っている。これにより、液体冷媒が受熱器に設けられた液体冷媒の液流路内をスムーズに流れるようになり、十分な冷却効果が発揮されるようになるため、冷却対象である半導体素子106が破壊される心配もなくなり信頼性が向上する。
Further, as shown in FIG. 10B, a certain gap is provided between the top surfaces of the
なお、本図においては、半導体素子106を一方のカバープレート103aのみに設けているが、他方のカバープレート103bの中板101に接続される主面と反対側の主面上にも半導体素子106を設けて、同時に冷却するようにしてもよい。
In this figure, the
一方、冷却性能を改善した別の受熱器の構造としては、例えば(特許文献2)のように、受熱器の一方の外面に熱接続された半導体素子などの発熱体の熱を、その反対側に位置する受熱器の内面に形成した複数の平板状の放熱フィンや棒状の放熱フィンに熱伝導することによって、その発熱体から受熱した熱を受熱器の内部を流れる液体冷媒に効率的に放熱できる構造も提案されている。
しかしながら、前述した(特許文献1)の受熱器では、受熱器そのものを薄型でコンパクトにすることは容易であるが、中板の両主面上に別々の液体冷媒の液流路が形成されているため、それぞれの液流路に対して液体冷媒の供給口と排出口を設ける必要があるので、その受熱器に接続する液循環路の構造がより複雑になるという課題があった。 However, in the heat receiver of (Patent Document 1) described above, it is easy to make the heat receiver itself thin and compact, but separate liquid flow paths for liquid refrigerant are formed on both main surfaces of the intermediate plate. Therefore, since it is necessary to provide the supply port and the discharge port of the liquid refrigerant for each liquid flow path, there is a problem that the structure of the liquid circulation path connected to the heat receiver becomes more complicated.
また、発熱体と熱接続し最も温度の高くなる受熱面の反対側の面は、内部を流れる液体冷媒との接触面が平面であるため液体冷媒との実効的な接触面積が小さいうえ、その発熱体の受熱面から放熱性のよい複数の放熱フィンが形成された中板の両主面までは周縁部を介した長い熱伝導経路となり熱抵抗が大きくなるため、効率的かつ十分な放熱を行なうことが困難となるという課題もあった。 In addition, the surface on the opposite side of the heat receiving surface that is thermally connected to the heating element and has the highest temperature has a small contact area with the liquid refrigerant flowing through the inside, and the effective contact area with the liquid refrigerant is small. From the heat-receiving surface of the heating element to both main surfaces of the intermediate plate on which a plurality of heat-dissipating fins are formed, a long heat conduction path through the peripheral edge increases the thermal resistance, so efficient and sufficient heat dissipation There was also a problem that it was difficult to perform.
さらに、(特許文献2)の受熱器では、発熱体が熱接続され最も温度の高くなる受熱面の反対側に面に複数の放熱フィンが形成されているので、発熱体から放熱フィンまでの熱伝導経路は短くなり、より効率的な放熱が可能となるが、単純な形状の放熱フィンであるため発熱量の大きな発熱体に対応する場合には十分な冷却性能が得られないという課題があった。 Furthermore, in the heat receiver of (Patent Document 2), a plurality of radiating fins are formed on the surface opposite to the heat receiving surface where the heating element is thermally connected and the temperature becomes highest. Although the conduction path is shortened and more efficient heat dissipation is possible, there is a problem that sufficient cooling performance cannot be obtained when dealing with a heating element with a large calorific value because the heat dissipation fins have a simple shape. It was.
一方では、このような受熱器を備えた冷却装置を搭載する電子機器の薄型軽量化などに伴い当然受熱器を小型化する必要もあり、限られた受熱器内の空間を流れる液体冷媒と放熱フィン間の接触面積を大きくするため平板状の放熱フィンの間隔を狭めていくのと相反して液体冷媒の液流路が小さくなるので、圧力損失が増大し循環する液体冷媒の流量が減少してしまい冷却性能が低下するという課題もあった。 On the other hand, with the reduction in thickness and weight of electronic devices equipped with such a cooling device equipped with a heat receiver, it is naturally necessary to reduce the size of the heat receiver. Contrary to narrowing the space between the flat fins to increase the contact area between the fins, the liquid flow path of the liquid refrigerant becomes smaller, so the pressure loss increases and the flow rate of the circulating liquid refrigerant decreases. As a result, there is a problem that the cooling performance is lowered.
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、受熱器の構造を改良し、放熱フィンの隙間の液流路を流れる液体冷媒との接触面にマイクロフィンを形成し、その液体冷媒をマイクロフィンに衝突させ微小な乱流を強制的に発生させることにより撹拌効果が得られるだけでなく、平板状の放熱フィン間のマイクロフィンが液体冷媒との接触面積を増大することにもなるので、少ない液体冷媒の流量でも容易に冷却性能を向上でき、小型化への対応も容易な受熱器を提供することを目的とする。 The present invention solves such a conventional problem, improves the structure of the heat receiver, forms micro fins on the contact surface with the liquid refrigerant flowing through the liquid flow path in the gap of the heat radiating fins, and the liquid Not only can the stirring effect be obtained by forcing the refrigerant against the micro fins to forcibly generate micro turbulence, but the micro fins between the flat radiating fins also increase the contact area with the liquid refrigerant. Therefore, an object of the present invention is to provide a heat receiver that can easily improve the cooling performance even with a small liquid refrigerant flow rate and can easily cope with downsizing.
上記目的を達成するために、本発明に係わる受熱器は、一対の液循環路を接続して内部に液体冷媒を流す受熱器であって、一方の面には発熱体と熱接続する受熱面を有し他方の面には複数の放熱フィンを形成した受熱板と、受熱板に放熱フィンを収容するように組み合わされて、受熱板との空間が液体冷媒の流路の一部を構成するケーシングとを備え、放熱フィンの液体冷媒との接触面に複数のマイクロフィンを形成したことを主要な特徴としている。 In order to achieve the above object, a heat receiver according to the present invention is a heat receiver that connects a pair of liquid circulation paths and allows a liquid refrigerant to flow inside, and has one surface that is thermally connected to a heating element. And the other surface has a heat receiving plate formed with a plurality of heat dissipating fins, and the heat receiving plate accommodates the heat dissipating fins, and the space with the heat receiving plate forms part of the flow path of the liquid refrigerant. The main feature is that a plurality of micro fins are formed on the contact surface of the radiating fin with the liquid refrigerant.
本発明の受熱器によれば、液体冷媒との熱交換を促進して、少ない液体冷媒の流量でも容易に冷却性能を向上でき、小型化への対応も容易にできるという効果を奏する。 According to the heat receiver of the present invention, the heat exchange with the liquid refrigerant is promoted, the cooling performance can be easily improved even with a small flow rate of the liquid refrigerant, and it is possible to easily cope with downsizing.
本発明の請求項1記載の発明は、一対の液循環路を接続して内部に液体冷媒を流す受熱器であって、一方の面には発熱体と熱接続する受熱面を有し他方の面には複数の放熱フィンを形成した受熱板と、受熱板に放熱フィンを収容するように組み合わされて、受熱板との空間が液体冷媒の流路の一部を構成するケーシングとを備え、放熱フィンの液体冷媒との接触面に複数のマイクロフィンを形成することにより、まず発熱体が熱接続され最も温度の高くなる受熱面の反対側に面に複数の放熱フィンが形成されているので、発熱体から放熱フィンまでの熱伝導経路は短くなり熱抵抗が小さくなるので、より効率的に発熱体の熱を放熱フィンの隙間の液流路を流れる液体冷媒に熱伝達することができる。
The invention according to
しかも、放熱フィンの液体冷媒との接触面に複数のマイクロフィンを形成しその放熱フィンの隙間の液流路を流れる液体冷媒をマイクロフィンに衝突させ微小な乱流を強制的に発生させることにより伝熱量の小さい層流境界層の撹拌・剥離作用が得られるだけでなく、平板状の放熱フィン間のマイクロフィンが液体冷媒との接触面積を増大することにもなるので、液体冷媒との熱交換が促進され、少ない液体冷媒の流量でも容易に冷却性能を向上でき、小型化への対応も容易な受熱器を提供できる。 In addition, by forming a plurality of micro fins on the contact surface of the radiating fin with the liquid refrigerant, the liquid refrigerant flowing through the liquid flow path between the radiating fins collides with the micro fin to forcibly generate a minute turbulent flow. Not only can the agitation / separation action of the laminar boundary layer with a small amount of heat transfer be obtained, but the micro fins between the flat radiating fins will also increase the contact area with the liquid refrigerant. Exchange can be promoted, and the cooling performance can be easily improved even with a small liquid refrigerant flow rate, and a heat receiver that can easily cope with downsizing can be provided.
本発明の請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明に従属する発明で、液循環路の吸込側に位置する吸込路と連通し放熱フィンの延設方向に液体冷媒を供給する冷媒供給路を備えたことを特徴とする受熱器であって、液循環路の吸込側に位置する吸込路と連通する冷媒供給路を経由させ放熱フィンの延設方向に液体冷媒を供給することにより放熱フィンと略平行で且つ複数の放熱フィンの隙間の液流路に対して均一的な流量の液体冷媒を送り込むことができるので、簡素な構造にも拘わらず液体冷媒の滞留も少なく液流路内に液体冷媒を安定して流すことができ、冷却性能を向上することができる。
The invention according to
本発明の請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明に従属する発明で、マイクロフィンを平板状とし液体冷媒の流れる方向へ延設したことを特徴とする受熱器であって、放熱フィンの隙間の液流路を流れる液体冷媒を平板状のマイクロフィンに衝突させ微小な乱流を強制的に発生させることにより伝熱量の小さい層流境界層の撹拌・剥離作用が得られるだけでなく、放熱フィンの液体冷媒との接触面に形成されたマイクロフィンも平板状であるため液体冷媒との接触面積を大幅に増大することにもなるので、液体冷媒との熱交換が促進され少ない液体冷媒の流量でも容易に冷却性能を向上できる。 A third aspect of the present invention is a heat receiver according to the first aspect of the present invention, characterized in that the microfin is formed in a flat plate shape and extends in a direction in which the liquid refrigerant flows. The liquid refrigerant flowing through the liquid flow path between the fins collides with the flat micro fins to forcibly generate minute turbulent flow, so that the laminar boundary layer with a small heat transfer can be stirred and separated. In addition, since the micro fin formed on the contact surface of the radiating fin with the liquid refrigerant is also flat, the contact area with the liquid refrigerant is greatly increased, so heat exchange with the liquid refrigerant is promoted and reduced. The cooling performance can be easily improved even with the flow rate of the liquid refrigerant.
本発明の請求項4記載の発明は、請求項1記載の発明に従属する発明で、マイクロフィンをピン状とし液体冷媒の流れる方向へ千鳥状に配列したことを特徴とする受熱器であって、放熱フィンの液体冷媒との接触面に形成されたマイクロフィンが液体冷媒との接触面積を増大するだけでなく、ピン状のマイクロフィンが液体冷媒の流れる方向へ千鳥状に配列され、放熱フィンの隙間の液流路を流れる液体冷媒をピン状のマイクロフィンに衝突させ微小な乱流を強制的に発生させることにより伝熱量の小さい層流境界層の撹拌・剥離作用が得られるので、液体冷媒との熱交換が促進され少ない液体冷媒の流量でも容易に冷却性能を向上できる。
The invention described in
本発明の請求項5記載の発明は、請求項3または4記載の発明に従属する発明で、マイクロフィンの全高を相互に異なる高さとしたことを特徴とする受熱器であって、例えば、隣接する放熱フィンの所定のマイクロフィンを相互に突き合わせて接合できる高さに設定すればそのマイクロフィン間の直接的な熱伝導性を得ることができ発熱体から放熱フィンまでの熱伝導経路は短くなり熱抵抗が小さくなるので、放熱フィンを受熱板と略平行となるように配置しても受熱板との良好な熱伝導性を確保することができる。
The invention according to claim 5 of the present invention is an invention dependent on the invention according to
或いは、部分的にマイクロフィンの全高を小さくすれば受熱器の内部を流れる液体冷媒の圧力損失を低減することができるので、発熱量の大きな発熱体を冷却する場合などにも液体冷媒の流量を容易に増やすことができる。 Alternatively, if the total height of the micro fins is partially reduced, the pressure loss of the liquid refrigerant flowing inside the heat receiver can be reduced. Therefore, the flow rate of the liquid refrigerant can be reduced even when cooling a heating element that generates a large amount of heat. It can be increased easily.
本発明の請求項6記載の発明は、請求項1記載の発明に従属する発明で、マイクロフィンをエッチングにより形成したことを特徴とする受熱器であって、平板状の放熱フィンを薄肉化しても容易にその表面上に細密なマイクロフィンを形成することができるので、放熱フィンのさらなる狭ピッチ化が可能となり液体冷媒との接触面積を大きくすることができ冷却性能を向上できる。
The invention described in
また、機械加工や切削加工ではなくエッチングによりマイクロフィンを形成しているので、そのマイクロフィンの形状、高さ、大きさ、配列などを受熱器の構造や冷却効果などにより適宜選定することが容易となりその量産性もよくなる。 In addition, since the micro fins are formed by etching instead of machining or cutting, it is easy to select the shape, height, size, arrangement, etc. of the micro fins as appropriate depending on the structure of the heat receiver and the cooling effect. The mass productivity is improved.
本発明の請求項7記載の発明は、請求項1記載の発明に従属する発明で、放熱フィンを相互に接合し積層構造体としたことを特徴とする受熱器であって、放熱フィンを薄肉化してもそれらを複数個を略平行に並べた積層構造体にすることにより容易に受熱板の受熱面と反対側の面への放熱フィンの形成が可能となり、放熱フィンが相互に接合されているので熱伝導性も良好となる。
The invention according to claim 7 of the present invention is an invention dependent on the invention according to
本発明の請求項8記載の発明は、請求項7記載の発明に従属する発明で、放熱フィンの液体冷媒の流れる方向と略平行に位置する端部を相互に接合した積層構造体としたことを特徴とする受熱器であって、放熱フィンの端部が相互に接合されその隙間に液体冷媒の液流路を形成することができ、積層構造体が液供給側と液排出側のみが開放された密閉構造となり、受熱器内での液体冷媒の迂回や滞留も少なく液流路内を安定して流すことができるので、熱交換が効率的に行われ冷却性能をさらに向上することができる。
The invention according to
本発明の請求項9記載の発明は、請求項1記載の発明に従属する発明で、放熱フィンを受熱板に対して略垂直に配置したことを特徴とする受熱器であって、発熱体から放熱フィンまでの伝熱経路を最短距離に設定できるので、受熱面と放熱フィンの間の熱抵抗が小さくなり、放熱フィンの表面温度を受熱面と接触した発熱体の表面温度により近づけることができるので、熱交換が効率的に行われ冷却性能が向上する。
The invention according to claim 9 of the present invention is an invention dependent on the invention according to
本発明の請求項10記載の発明は、請求項1記載の発明に従属する発明で、放熱フィンを受熱板に対して略平行に配置したことを特徴とする受熱器であって、放熱フィンの隙間で形成される液流路が受熱板と略平行に配置されるので、発熱体の受熱器を装着する側の方向に大きな実装空間が得られず受熱器を薄型化する必要がある場合でも、その放熱フィンを容易に拡大して液体冷媒との接触面積を大きくでき、冷却性能を向上することができる。
The invention described in
本発明の請求項11記載の発明は、請求項1記載の発明に従属する発明で、受熱器内に液体冷媒を循環させる遠心ポンプを備えたことを特徴とする受熱器であって、受熱器内に液体冷媒を液循環路内で循環させるポンプ機能を有しているので、この受熱器を備えた冷却装置では、別体のポンプを必要せず、装置全体の小型軽量化が容易となる。
The invention described in
本発明の請求項12記載の発明は、請求項1記載の受熱器を備えたことを特徴とする冷却装置であって、その冷却装置の受熱器は放熱フィンの液体冷媒との接触面にマイクロフィンを形成し、その放熱フィンの隙間の液流路を流れる液体冷媒をマイクロフィンに衝突させ微小な乱流を強制的に発生させることにより伝熱量の小さい層流境界層の撹拌・剥離作用が得られ、平板状の放熱フィン間のマイクロフィンが液体冷媒との接触面積を増大することにもなるので、液体冷媒との熱交換が促進され少ない液体冷媒の流量でも容易に冷却性能を向上でき、小型軽量化にも対応が容易となる。 According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a cooling device comprising the heat receiver according to the first aspect, wherein the heat receiver of the cooling device has a microscopic surface on the contact surface of the radiating fin with the liquid refrigerant. By forming the fins, the liquid refrigerant flowing through the liquid flow path between the radiating fins collides with the micro fins to forcibly generate a minute turbulent flow, thereby agitating / separating the laminar boundary layer with a small heat transfer amount. As a result, the micro fins between the flat radiating fins also increase the contact area with the liquid refrigerant, so that heat exchange with the liquid refrigerant is promoted and the cooling performance can be easily improved even with a small liquid refrigerant flow rate. Therefore, it is easy to cope with the reduction in size and weight.
本発明の請求項13記載の発明は、一方の面には発熱体と熱接続する受熱面を有し他方の面には複数の放熱フィンを形成した受熱板と、受熱板に放熱フィンを収容するように組み合わされて、受熱板との空間が液体冷媒の流路の一部を構成するケーシングとを備え、放熱フィンの液体冷媒との接触面に複数のマイクロフィンを形成した受熱器の製造方法であって、放熱フィンの表面にマイクロフィンをエッチングにより形成する第1工程と、放熱フィンを相互に接合して積層構造体にする第2工程と、積層構造体を受熱板に接合する第3工程とを備えた受熱器の製造方法であって、薄肉化した放熱フィンの表面上にも容易に細密なマイクロフィンを形成でき、しかも従来の機械加工や切削加工では製作が困難であった平板状の放熱フィンを薄肉化して狭ピッチで並べることにも対応可能となるので、冷却性能を向上した受熱器の量産性が向上し安価な製造が可能となる。 According to a thirteenth aspect of the present invention, a heat receiving plate having a heat receiving surface thermally connected to a heating element on one surface and a plurality of heat dissipating fins formed on the other surface, and the heat receiving fins are accommodated in the heat receiving plate. And a heat receiving plate comprising a casing whose space with the heat receiving plate forms part of the flow path of the liquid refrigerant, wherein a plurality of micro fins are formed on a contact surface of the heat radiating fin with the liquid refrigerant. The method includes a first step of forming micro fins on the surface of the radiation fin by etching, a second step of joining the radiation fins to each other to form a laminated structure, and a second step of joining the laminated structure to the heat receiving plate. A method of manufacturing a heat receiver having three processes, which can easily form fine micro fins on the surface of a thinned heat radiation fin, and is difficult to manufacture by conventional machining or cutting. Thin flat fins Also it becomes possible to cope with by arranging a narrow pitch turned into improves mass productivity of the heat receiver having improved cooling performance becomes possible inexpensive manufacture.
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。なお、各図面において、受熱面側を下方、ケーシング側を上方として説明した。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each drawing, the heat receiving surface side is described as the lower side and the casing side as the upper side.
(実施例1)
図1〜図4において、図1は本発明の実施例1における受熱器の一部切り欠き斜視図で、図2は図1のラインA−A断面図で、図3は本発明の実施例1における受熱板の上面の要部斜視図で、図4(a)は図3のラインB−B断面図で、図4(b)は図3のラインC−C断面図で、図5(a)は本発明の実施例1におけるマイクロフィンをピン状とした変形例のラインB−B断面図で、図5(b)は本発明の実施例1におけるマイクロフィンをピン状とした変形例のラインC−C断面図である。
Example 1
1 to 4, FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a heat receiver in
まず、図1に基づいて遠心ポンプを備えた受熱器1の主要な構成について説明するが、受熱板2、放熱フィン3、及びケーシング4を除く他の構成部材については後述するのでそれらを省略して図示した。
First, the main configuration of the
略円柱形状の外形を有する受熱器1の底面は、半導体素子などの発熱体(図示せず)と接触し後述する受熱面を介して良好な熱接続を得られるように銅、銅合金、アルミニウム等の熱伝導性の良好な金属材料により製作された受熱板2で構成されており、その受熱板2の上面には矢印で示した方向に液流路を形成するように複数の平板状の放熱フィン3が左右方向に所定のピッチで平行に形成されている。
The bottom surface of the
そして、受熱板2の上面に形成された放熱フィン3を収容するように、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリフェニレンエーテル(PPE)等の樹脂成型で製作されたケーシング4が組み合わされており、受熱板2との空間が受熱器1の内部を流れる液体冷媒の液流路の一部を構成している。
And the
一方、ケーシング4の側壁には、図示しない冷却装置の一対の液循環路を接続する吸込路5と吐出路6が設けられており、吸込路5から矢印で示したように流入した液体冷媒は、受熱器1の内部を流れながら放熱フィン3との熱交換を行った後に吐出路6より矢印で示したように受熱器1の外部へ流出する。
On the other hand, the side wall of the
次に、図2に基づいて遠心ポンプを備えた受熱器1の内部構成について詳細に説明する。
Next, based on FIG. 2, the internal structure of the
図2において、遠心ポンプを構成する羽根車7は受熱器1の略中心部に軸支され、オープン型の羽根7aが羽根車7の表面に略放射状に複数個立設され、マグネットロータ8が羽根車7の内周側方に設けられている。ここで、羽根車7はマグネットロータ8と別体で構成してもよいが、マグネットロータ8となる部分に着磁させた一体型の羽根車7とするのが好適である。
In FIG. 2, an impeller 7 constituting a centrifugal pump is pivotally supported at a substantially central portion of the
この羽根車7が液体冷媒内で回転すると、羽根7aの外周側における液体冷媒の圧力は羽根7aの周縁の方が羽根車7の入口(図1のKで示した中央の部分)より高くなり、またその羽根車7の入口の圧力は小孔7bによって連通した羽根車7の裏側圧力と略同一であるから、液体冷媒は羽根車7の裏面を通り、小孔7bを抜けて入口へ少量還流する。これにより小孔7bがない場合と比較して羽根車7へスラスト力が軽減され羽根車7の回転がよりスムーズになる。
When the impeller 7 rotates in the liquid refrigerant, the pressure of the liquid refrigerant on the outer peripheral side of the
なお、この受熱器1の遠心ポンプは小型で一般の遠心ポンプに対して数十分の一、若しくは数百分の一以下の大きさであり、一例としてその諸元を示すと、厚さ3mm〜50mm、半径方向代表寸法10mm〜100mm、回転数は1000rpm〜8000rpm、ヘッド0.5m〜10m程度のポンプである。
The centrifugal pump of the
次に、マグネットロータ8の内周側にはステータ9が設けられ、磁界を発生させるコイル10がステータ9に巻かれ、回路基板11にはコイル5に電流を流す電気回路が実装されている。ここで、ステータ9は渦電流損失を少なくするため珪素鋼板を複数枚積層して構成されることが望ましく、コイル10としては絶縁皮膜のついた銅線が適しており、コイル10の線径と巻数は使用される電源電圧、線積率を鑑み最適化される。
Next, a stator 9 is provided on the inner peripheral side of the
そして、図示していないが、回路基板11上には、マグネットロータ8の回転位置を検出するホール素子、電流方向切り替え用のトランジスタやダイオードが実装されている。
Although not shown, a Hall element for detecting the rotational position of the
また、ケーシング4は羽根車7を収容すると同時に羽根車7により遠心方向の推進力を与えられた液体冷媒をその側面に接続された吐出路6の方向へ導き、また吸込路5もケーシング4の側面の同じ方向に接続されている。
In addition, the
さらに、ケーシング4はその形状が複雑であり、加えてある程度の耐熱性が要求されることから、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリフェニレンエーテル(PPE)等の樹脂成型での製作がより好適である。
Furthermore, since the
反面、ケーシング4を金属材料で製作することは、ステータ9等の磁気回路が発生する磁束変動により渦電流損失を発生させるので好ましくない。
On the other hand, it is not preferable to manufacture the
そして、ポンプ室12ではオープン型の羽根7aにより推進力を与えられた液体冷媒が吐出路6へと導かれる。
Then, in the
一方、受熱板2は熱伝導性グリース等(図示せず)を介し2点鎖線で示した半導体素子などの発熱体13と直接的に接触するので、その表面はなるべく平面度を高くし、高熱伝導率で放熱性のよい銅、銅合金、アルミニウム等の金属材料を用いて、鋳造、鍛造、機械加工やこれらの組み合わせの加工方法により製作される。
On the other hand, the
また、この受熱板2には熱伝導性のよい金属材料を用いているので、その剛性が高まり、受熱器1を強い力でケーシング4を発熱体13の方向へ押圧しても、その応力による受熱板2の変形を抑えることができ、発熱体13と受熱面2bの間に隙間ができることを防ぐことができる。そしてその強い力で発熱体13に押圧できれば、発熱体13と受熱面2bの間に塗布されている熱伝導性グリース(図示せず)を薄く伸ばすことができ、これによって熱伝導性グリースでの熱抵抗を小さくすることができ、製品の振動・衝撃落下時の部品外れを予防することができる。
Further, since the
さらに、ケーシング4は受熱板2の外周部に形成された鍔部2aと当接しながら組み合わされ、その内部の空間であるポンプ室12などの所定の空間が液体冷媒の液流路の一部を構成する。
Further, the
ここで、受熱板2の下部には2点鎖線で示した半導体素子などの発熱体13との接触面である受熱面2bが設けられ、その反対側の面には複数の放熱用突起である放熱フィン3が配置され、その放熱フィン3はその隙間の液流路を流れる液体冷媒と接触しながら熱交換し、発熱体13から受け取った熱を効率的に液体冷媒に伝える働きを行なう。
Here, a
平板状の放熱フィン3は放熱面積を容易に増加させることができる上に、この放熱フィン3の隙間の液流路を通過する液体冷媒に対して大きな流路抵抗となることを抑制しているので、小さな圧力損失となり十分な流量を確保することができる。
The
さらに、複数の放熱フィン3の液体冷媒との接触面には複数の平板状のマイクロフィン3aが液体冷媒の流れる方向へ延設されており、放熱フィン3の隙間の液流路を流れる液体冷媒を平板状のマイクロフィン3aに衝突させ微小な乱流を強制的に発生させることにより伝熱量の小さい層流境界層の撹拌・剥離作用が得られるだけでなく、放熱フィン3の液体冷媒との接触面に形成されたマイクロフィン3aも平板状であるため液体冷媒との接触面積を大幅に増大することにもなるので、液体冷媒との熱交換が促進され少ない液体冷媒の流量でも容易に冷却性能を向上できる。
Further, a plurality of flat
また、複数の放熱フィン3は冷媒供給路14から周回伝熱室15の方向、つまり液体冷媒が流れる方向へそれぞれが略平行となるように延設されており、しかも吸込路5と連通した冷媒供給路14を経由して放熱フィン3の延設方向に液体冷媒を供給し、放熱フィン3と略平行で且つ複数の放熱フィン3の隙間の液流路に対して均一的な流量の液体冷媒が送り込まれているので、簡素な構造にも拘わらず液体冷媒の滞留も少なく液流路内に液体冷媒を安定して流すことができ、冷却性能を向上することができる。
The plurality of radiating
さらに、平坦な円板形状の受熱板2は、受熱面2bより受熱した熱を受熱面2bの反対側の面に形成された放熱フィン3へ伝熱し易い構造となっており、その放熱フィン3は、ケーシング4に収容され受熱板2に対して略垂直に配置されているので、受熱面2bから放熱フィン3までの伝熱経路が最短距離に設定できる。
Further, the flat disc-shaped
つまり、伝熱経路が短いということは、受熱面2bと放熱フィン3の間の熱抵抗が小さいことを意味し、放熱フィン3の表面温度を受熱面2bと接触した発熱体13の表面温度により近づけることができるので、液体冷媒と接触しながらその広範囲に対して効率的に熱交換を行なわれ冷却性能が向上する。
That is, the short heat transfer path means that the thermal resistance between the
一方、吸込路5から矢印で示したように流入した液体冷媒は冷媒供給路14を経由し複数の放熱フィン3の隙間の液流路を熱交換しながら通過し周回伝熱室15へ流れ込み、隔壁部材16の円筒壁16aにぶつかりながら進行方向に対して左右の2方向に分流され、この周回伝熱室15で後続の液体冷媒と混ざり合いながら、最終的には隔壁部材16の周回伝熱室15側に形成された貫通穴16bを通過してポンプ室12に送り出される。
On the other hand, the liquid refrigerant that has flowed in from the suction passage 5 as shown by an arrow passes through the
ここで、放熱フィン3の周回伝熱室15側の一部にマイクロフィン3aを形成していないのは、その部分の流路抵抗を減らし、液体冷媒を直接的に放熱フィン3の間より貫通穴16bを通過させてポンプ室12側に送り出すのを容易にするためのものである。
Here, the
つまり、液体冷媒が前述したように受熱板2の中央部に流入し、隔壁部材16の貫通穴16bを通過してポンプ室12側に送り出されるまでの間、発熱体13より受熱した熱が伝熱され高温になった放熱フィン3の表面と羽根車7の回転運動により循環駆動された液体冷媒が接触するので、液体冷媒は効率よく放熱フィン3と熱交換を行なうことができる。
That is, as described above, the heat received from the
そして、その放熱フィン3は平板状であり液体冷媒の流れる方向と略平行となるように冷媒供給路14から周回伝熱室15の方向へ延設されているので、流路抵抗が小さくしかも液体冷媒との接触面積を格段に増やせ、熱交換効率を高めている。
The radiating
ここで、受熱器1の構成についてさらに図2に基づいて説明すると、ケーシング4の中心にはインサート成型により耐食性の高いステンレス等の材質で製作されたシャフト17が一体的に固定され、羽根車7を回転自在に軸支している。
Here, the structure of the
また、前述した皿形状の隔壁部材16はケーシング4と嵌合してポンプ室12を形成し、そのケーシング4と受熱板2の鍔部2aとの間に挟装されたOリング等のシール部材18はケーシング4と受熱板2の間から液体冷媒が漏れるのを防止し、周回伝熱室15は隔壁部材16と受熱板2との間に形成された閉路となっている。
Further, the above-described dish-shaped
この隔壁部材16についても、ケーシング4と同様に形状が複雑であり、耐熱性が要求されることから、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリフェニレンエーテル(PPE)等の樹脂成型での製作が好適である。
The
以上説明した受熱器1を組み立てるときは、まず、隔壁部材16を装着した後ケーシング4とインサート成型により一体的に固定されたシャフト17に羽根車7を挿入する。次いで、ケーシング4に受熱板2を嵌合し、ねじ等(図示せず)を用いて固定される。
When assembling the
一方、別工程でステータ9にコイル10を巻回し、さらに羽根車7を回転駆動する電子部品を実装した回路基板11をステータ9に取り付けておく。この組み立て体をケーシング4のくぼみの中に挿入した後、充填剤(図示せず)を流し込み、その後恒温槽等を用いてその充填剤を硬化させる。
On the other hand, the
充填剤を使用する理由は回路基板11に実装された電子部品の放熱のためと、万が一に液体冷媒が漏れた場合でも回路基板11に直接触れないようにし信頼性を向上するためであり、そのような充填剤としてはエポキシ系のポッティング剤が好ましい。
The reason for using the filler is to dissipate the electronic components mounted on the
次にこの受熱器1に備えられた遠心ポンプの作用について説明する。まず、回路基板11を動作させ、ステータ9に交番磁界を発生させると、この交番磁界によりマグネットロータ8と一体化された羽根車7が回転し、液体冷媒に運動量を与え中央部が負圧となる。
Next, the operation of the centrifugal pump provided in the
これにより、液体冷媒は吸込路5から流入して吸込連通口16dを通り、受熱板2と隔壁部材16で挟まれた空間である冷媒供給路14に流入する。流入した液体冷媒は発熱体13の真上に位置する高温の放熱フィン3の熱を効率的に奪う。
As a result, the liquid refrigerant flows from the suction passage 5, passes through the suction communication port 16 d, and flows into the
その後、液体冷媒は放熱フィン3に沿って流れた後、その流出側端部に達し、周回伝熱室15の中で隔壁部材16の円筒壁16aにぶつかりながら進行方向に対して左右の2方向に分流される。そして分流された液体冷媒はそれぞれ周回伝熱室15を周回し、羽根車7の入口(図1のKで示した中央の部分)が負圧であるため再び放熱フィン3の中心部に吸引され、隔壁部材16の周回伝熱室15側に形成された貫通穴16bからポンプ室12へ送り出される。
Thereafter, the liquid refrigerant flows along the radiating
ポンプ室12に送り出された液体冷媒は、最終的に羽根車7の回転運動により遠心方向の推力となる運動量を与えられてポンプ室12の外周部へと導かれ、矢印で示したように吐出路6から流出される。
The liquid refrigerant sent to the
以上のように、実施例1の遠心ポンプを備えた受熱器1は、受熱した熱を受熱板2や放熱フィン3の表面より液体冷媒に伝える機能に加えて、ケーシング4と受熱板2との間の所定位置に隔壁部材16を設けて羽根車7を回転運動させるポンプ機能を有しているので、この受熱器1を備えた冷却装置では、液体冷媒の循環駆動用の別体のポンプを必要しないため、装置全体の小型軽量化を容易に実現することができる。
As described above, the
次に、図3〜図4を用いて、受熱板2の上面に形成された放熱フィン3について詳細に説明する。まず、図3で示したように、平坦な円板形状の受熱板2の上面の略中央に少し窪んだ矩形の凹部2cが形成されており、その凹部2cの内面に複数の放熱フィン3で構成された積層構造体19がろう材20で接合されている。
Next, the
この積層構造体19は、例えば、板厚が0.1mm〜1.0mmの範囲の銅、銅合金、アルミニウム、銀などの熱伝導性よい金属板を選定した場合は、あらかじめ液体冷媒の流れる方向と略平行に位置する上下方向の端部やマイクロフィン3aを形成する領域を残してエッチングにより肉厚方向で0.05mm〜0.9mmの板厚まで薄肉化したものを狭ピッチで複数並べ、その上下方向の端部をろう材20を用いて相互に接合して製作されたものである。
For example, when a metal plate with good thermal conductivity such as copper, copper alloy, aluminum, silver, or the like having a plate thickness in the range of 0.1 mm to 1.0 mm is selected as the
つまり、放熱フィン3の液体冷媒との接触面に、マイクロフィン3aをエッチングにより形成したことを特徴としており、平板状の放熱フィン3を薄肉化しても容易にその表面上に細密なマイクロフィン3aを形成することができるので、放熱フィン3のさらなる狭ピッチ化が可能となり液体冷媒との接触面積を大きくすることができ冷却性能を向上できる。
That is, the
さらに、機械加工や切削加工ではなくエッチングによりマイクロフィン3aを形成しているので、そのマイクロフィン3aの形状、高さ、大きさ、配列などを受熱器1の構造や冷却効果などにより適宜選定すればよい。
Furthermore, since the
なお、本実施例では、細密加工に適したエッチングによりマイクロフィン3aを形成したが、他の加工方法として、ワイヤー放電加工、レーザー加工、粉末焼結、精密鍛造なども量産性やコストを考慮して選択してもよい。
In this embodiment, the
次に、図4(a)は図3のラインB−B断面図を示しており、受熱板2の略中央の凹部2cの内面にろう材20で接合された積層構造体19を構成するそれぞれの放熱フィン3は、上下の端部がろう材20で相互に接合され受熱板2に対して略垂直となるように均等間隔で配置され、受熱面2bから受けた熱を放熱フィン3までの伝熱経路が最短距離となるように設定されている。
Next, FIG. 4A is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 3, each of which constitutes a
従って、受熱面2bと放熱フィン3の間の熱抵抗が小さくなり、放熱フィン3の表面温度を受熱面2bと接触した発熱体13の表面温度により近づけることができるので、熱交換が効率的に行われ冷却性能が向上する。
Accordingly, the thermal resistance between the
また、この積層構造体19を構成する複数の放熱フィン3の隙間21はエッチングにより除去された部分に相当し、この狭小な隙間21を液体冷媒が流れるときに放熱フィン3と液体冷媒との熱交換が行われており、この液体冷媒との接触面に複数の平板状のマイクロフィン3aが形成され、その放熱フィン3の隙間21の液流路を流れる液体冷媒をマイクロフィン3aに衝突させ微小な乱流を強制的に発生させることにより伝熱量の小さい層流境界層の撹拌・剥離作用が得られるだけでなく、複数の放熱フィン3の間のマイクロフィン3aが液体冷媒との接触面積を増大することにもなるので、液体冷媒との熱交換が促進され、少ない液体冷媒の流量でも容易に冷却性能を向上できる。
Further, the
さらに、放熱フィン3の液体冷媒の流れる方向と略平行に位置する上側端部3bと下側端部3cがろう材20で相互に接合された積層構造体19となっているので、その隙間21に液体冷媒の液流路を形成することができ、積層構造体19が液供給側と液排出側のみが開放された密閉構造となり、受熱器1内での液体冷媒の迂回や滞留も少なく液流路内を安定して流すことができ、熱交換が効率的に行われ冷却性能をさらに向上することができる。
Furthermore, since the
一方、図4(b)は図3のラインC−C断面図を示しており、平板状のマイクロフィン3aが矢印で示した液体冷媒が流れる方向、つまり液供給側端部3dから液排出側端部3eの方向へ延設されており、放熱フィン3の隙間21の液流路を流れる液体冷媒を複数の平板状のマイクロフィン3aに衝突させ微小な乱流を強制的に発生させることにより伝熱量の小さい層流境界層の撹拌・剥離作用が得られるだけでなく、放熱フィン3の液体冷媒との接触面に形成されたマイクロフィン3aも平板状であるため液体冷媒との接触面積を大幅に増大することにもなるので、液体冷媒との熱交換が促進され少ない液体冷媒の流量でも容易に冷却性能を向上できる。
On the other hand, FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 3, and the direction in which the liquid refrigerant flows through the flat
なお、ここでマイクロフィン3aは液供給側端部3dから液排出側端部3eまで液体冷媒の流れる方向へ連続的に延設するのが好ましいが、より大きな層流境界層の撹拌・剥離作用を得たい場合には、マイクロフィン3aを液体冷媒の流れる方向へ断続的に形成しても構わない。
Here, it is preferable that the
次に、図5(a)は、本発明の実施例1における受熱器のマイクロフィン3aをピン状とした変形例のラインB−B断面図で、この場合も、狭小な隙間21を液体冷媒が流れることにより放熱フィン3と液体冷媒との熱交換が行われており、この液体冷媒との接触面に複数のピン状のマイクロフィン3aが形成され、その放熱フィン3の隙間21の液流路を流れる液体冷媒をマイクロフィン3aに衝突させ微小な乱流を強制的に発生させることにより伝熱量の小さい層流境界層の撹拌・剥離作用が得られるだけでなく、複数の放熱フィン3の間のマイクロフィン3aが液体冷媒との接触面積を増大することにもなるので、液体冷媒との熱交換が促進され、少ない液体冷媒の流量でも容易に冷却性能を向上できる。
Next, Fig.5 (a) is line BB sectional drawing of the modification which made the
さらに、図5(b)は、本発明の実施例1おけるマイクロフィン3aをピン状とした変形例のラインC−C断面図で示したように、マイクロフィン3aをピン状とし矢印で示した液体冷媒の流れる方向へ千鳥状に配列されているので、放熱フィン3の液体冷媒との接触面に形成されたマイクロフィン3aが液体冷媒との接触面積を増大するだけでなく、ピン状のマイクロフィン3aが液体冷媒の流れる方向へ千鳥状に配列され、放熱フィン3の隙間21の液流路を流れる液体冷媒をピン状のマイクロフィン3aに衝突させ微小な乱流を強制的に発生させることにより伝熱量の小さい層流境界層の撹拌・剥離作用が得られるので、液体冷媒との熱交換が促進され少ない液体冷媒の流量でも容易に冷却性能を向上できる。
Further, FIG. 5 (b) shows the
なお、本実施例においては、平板状やピン状のマイクロフィン3aについて説明したが、形状、高さ、大きさ、配列などは受熱器1の構造やその冷却効果などにより適宜選定すればよく、平板状とピン状のマイクロフィン3aが混在するような形状でも構わない。
In this embodiment, the plate-like or pin-
また、マイクロフィン3aの形状は、平板状やピン状が好ましいが、円錐状、翼状、三角状、波状等同様の作用、効果を有するものであれば他の形状でも構わない。
Further, the shape of the
(実施例2)
図6〜図7において、図6(a)は本発明の実施例2における受熱器の一部切り欠き斜視図で、図6(b)はそのラインD−D断面図で、図7(a)〜(d)は本発明の実施例2における受熱器のマイクロフィンの変形例を示したラインD−D断面図である。
(Example 2)
6-7, FIG. 6A is a partially cutaway perspective view of the heat receiver in the second embodiment of the present invention, FIG. 6B is a sectional view taken along the line DD, and FIG. ) To (d) are line DD sectional views showing modifications of the micro fins of the heat receiver in the second embodiment of the present invention.
まず、図6(a)を用いて、本発明の実施例2における受熱器1の主要な構成について説明するが、実施例1において説明したものと同様のものについては同一の符号を付けてその説明の一部を省略する。
First, the main configuration of the
略直方体の外形を有する受熱器1の底面は、半導体素子などの発熱体(図示せず)と接触し後述する受熱面2bを介して良好な熱接続を得られるように銅、銅合金、アルミニウム等の熱伝導性の良好な金属材料により製作された受熱板2で構成されており、その受熱板2の上面には矢印で示した方向に液流路を形成するように複数の平板状の放熱フィン3が上下方向に所定のピッチで略平行に形成されている。
The bottom surface of the
そして、その受熱板2の上面に形成された放熱フィン3を収容するように、同じく銅、銅合金、アルミニウム等の熱伝導性の良好な金属材料により製作されたケーシング4が組み合わされており、ケーシング4と受熱板2との空間により受熱器1の内部を流れる液体冷媒の液流路の一部を構成している。
And, in order to accommodate the radiating
一方、ケーシング4の両側の側壁には、図示しない冷却装置の一対の液循環路を接続する吸込路5と吐出路6がそれぞれ設けられており、吸込路5から矢印で示したように流入した液体冷媒は、受熱器1の内部を流れながら放熱フィン3との熱交換を行った後に矢印で示したように吐出路6から受熱器1の外部へ流出する。
On the other hand, a suction path 5 and a
ここで、複数の放熱フィン3は冷媒供給路14から冷媒排出路22の方向へ略平行となるように延設されており、しかも吸込路5と連通した冷媒供給路14を経由して放熱フィン3の延設方向に液体冷媒を供給し、放熱フィン3と略平行で且つ複数の放熱フィン3の隙間21の液流路に対して均一的な流量の液体冷媒を送り込んでいるので、簡素な構造にも拘わらず液体冷媒の滞留も少なく液流路内に液体冷媒を安定して流すことができ、冷却性能を向上することができる。
Here, the plurality of radiating
また、図6(b)で示されるように放熱フィン3は、平坦な長方形状の受熱板2の上面の略中央の凹部2cに放熱フィン3で構成された積層構造体19がろう材20で接合されている。
In addition, as shown in FIG. 6B, the
この積層構造体19は、実施例1と同様に、例えば、板厚が0.1mm〜1.0mmの範囲の銅、銅合金、アルミニウム、銀などの熱伝導性よい金属板を選定した場合は、あらかじめ液体冷媒の流れる方向と略平行に位置する左右方向の端部やマイクロフィン3aを形成する領域を残してエッチングにより肉厚方向で0.05mm〜0.9mmの板厚まで薄肉化したものを狭ピッチで複数並べ、その左右方向の端部をろう材20を用いて相互に接合して製作されたものである。
For example, when the
つまり、放熱フィン3の液体冷媒の流れる方向と略平行に位置する右側端部3fと左側端部3gがろう材20で相互に接合された積層構造体19となっているので、その隙間21に液体冷媒の液流路を形成することができ、積層構造体19が液供給側と液排出側のみが開放された密閉構造となり、受熱器1内での液体冷媒の迂回や滞留も少なく液流路内を安定して流すことができるので、熱交換が効率的に行われ冷却性能をさらに向上することができる。
That is, since the
また、放熱フィン3の液体冷媒との接触面に、平板状のマイクロフィン3aがエッチングにより液体冷媒の流れる方向へ延設されており、放熱フィン3の隙間21の液流路を流れる液体冷媒を平板状のマイクロフィン3aに衝突させ微小な乱流を強制的に発生させることにより伝熱量の小さい層流境界層の撹拌・剥離作用が得られるだけでなく、放熱フィン3の液体冷媒との接触面に形成されたマイクロフィン3aも平板状であるため液体冷媒との接触面積を大幅に増大することにもなるので、液体冷媒との熱交換が促進され少ない液体冷媒の流量でも容易に冷却性能を向上できる。
Further, flat
さらに、機械加工や切削加工ではなくエッチングによりマイクロフィン3aを形成するのが好ましく、そのマイクロフィン3aの形状、高さ、大きさ、配列などは受熱器1の構造や冷却効果などにより適宜選定すればよく、高細密な加工に適している。
Furthermore, it is preferable to form the
なお、本実施例では、エッチングによりマイクロフィン3aを形成したが、他の加工方法として、レーザー加工、粉末焼結、精密鍛造なども量産性やコストを考慮して選択してもよい。
In this embodiment, the
また、放熱フィン3はケーシング4に収容され受熱板2に対して略平行に配置されているので、放熱フィン3の隙間21で形成される液流路も受熱板2と略平行となり、この受熱器1を装着する側の方向に大きな実装空間が得られず受熱器1を薄型化する必要がある場合でも、その放熱フィン3を容易に拡大して液体冷媒との接触面積を大きくでき、冷却性能を向上することができる。
Further, since the
なお、ここでマイクロフィン3aは図6(a)で示したように液体冷媒の流れる方向、つまり、液供給側端部3dから液排出側端部3eの方向へ連続的に延設するのが好ましいが、より大きな層流境界層の撹拌・剥離作用を得たい場合には、マイクロフィン3aを液体冷媒の流れる方向へ断続的に形成しても構わない。
Here, as shown in FIG. 6A, the
次に、本発明の実施例2における受熱器のマイクロフィンの変形例のラインD−D断面図である図7(a)で示したように、放熱フィン3の液体冷媒の流れる方向と略平行に位置する右側端部3fと左側端部3gと同様に隣接する放熱フィン3のマイクロフィン3aを相互に突き合わせてろう材20で接合できる高さに設定すれば、そのマイクロフィン3a間の直接的な熱伝導性を得ることができ発熱体(図示せず)から放熱フィン3までの熱伝導経路は短くなり熱抵抗が小さくなるので、放熱フィン3を受熱板2と略平行となるように配置しても受熱板2との良好な熱伝導性を確保することができる。
Next, as shown in FIG. 7A, which is a line DD sectional view of a modification of the micro fin of the heat receiver in the second embodiment of the present invention, it is substantially parallel to the flow direction of the liquid refrigerant in the radiating
また、図7(b)で示したように、マイクロフィン3aの全高を相互に異なる高さに設定すれば、受熱器1の内部を流れる液体冷媒の圧力損失を低減することができるので、発熱量の大きな発熱体を冷却する場合などにも液体冷媒の流量を容易に増やすことができる。
Further, as shown in FIG. 7B, if the total height of the
さらに、平板状のマイクロフィン3aを、図7(c)で示したように同一幅で異なるピッチで配列したり、図7(d)で示したように幅が相互に異なるように配置したりしてもよく、さらに、より大きな層流境界層の撹拌・剥離作用を得たい場合には、マイクロフィン3aを液体冷媒の流れる方向へ断続的に形成しても構わない。
Furthermore, the flat
なお、マイクロフィン3aの形状、高さ、大きさ、配列などは受熱器1の構造や冷却効果などを考慮して適宜選定すればよく、実施例1の場合と同様にピン状のマイクロフィン3aとしてもよいし、平板状とピン状のマイクロフィン3aが混在するような形状でも構わない。
The shape, height, size, arrangement, and the like of the
また、マイクロフィン3aの形状は、平板状やピン状が好ましいが、円錐状、翼状、三角状、波状等同様の作用、効果を有するものであれば他の形状でも構わない。
Further, the shape of the
次に、図8(a)〜(e)は本発明の実施例2における受熱フィンの製造方法を示す正面図であり、この図を用いて受熱器1の放熱フィン3の製造方法について段階的に説明する。
Next, FIGS. 8A to 8E are front views showing a method for manufacturing the heat receiving fins according to the second embodiment of the present invention, and a stepwise method for manufacturing the
まず、図8(a)は、銅、銅合金、アルミニウム、銀などの熱伝導性のよい放熱フィン3のエッチング前の状態を示しており、その放熱フィン3を狭ピッチで並べるために0.1〜1.0mmの範囲の薄い板厚のものが選定されている。次に、図8(b)は、その放熱フィン3の上下方向に位置する両面の所定の領域に感光性のレジスト23を塗布した後の状態を示している。
First, FIG. 8A shows a state before etching of the
そして、図8(c)は放熱フィン3の表面にマイクロフィン3aをエッチングにより形成する第1工程後の状態を示した図で、放熱フィン3が例えば銅又は銅合金の金属板であれば、塩化第二鉄の溶液を吹き付けてレジスト23が塗布されていない領域、すなわち、放熱フィン3の左右方向の右側端部3fと左側端部3g、そしてマイクロフィン3aが形成される領域を残して上下方向均等に肉厚方向で0.05〜0.9mmの板厚となるまで薄肉化されるので、放熱フィン3の表面に所定のマイクロフィン3aが形成されている。
FIG. 8C is a view showing a state after the first step of forming the
さらに、図8(d)は放熱フィン3を相互に接合して積層構造体19にする第2工程後の状態を示した図で、エッチングにより所定のマイクロフィン3aを形成した放熱フィン3を複数重ね合わせて右側端部3fと左側端部3gをろう材20で相互に接合された積層構造体19であり、放熱フィン3を薄肉化しても容易に製造が可能で、ろう材20で相互に接続されているので熱伝導性も良好となっている。
Further, FIG. 8D is a view showing a state after the second step in which the radiating
そして最後に、図8(e)は、積層構造体19を受熱板2に接合する第3工程後の状態を示した図で、受熱板2の受熱面2bと反対側の面の凹部2cに積層構造体19がろう材20を用いて接合されており、放熱フィン3の液体冷媒の流れる方向と略平行に位置する右側端部3fと左側端部3gをろう材20で相互に接合した積層構造体19の隙間21に液体冷媒の液流路を形成することができ、その積層構造体19が液供給側と液排出側のみが開放された密閉構造となり、受熱器1内での液体冷媒の迂回や滞留も少なく液流路内を安定して流すことができるので、熱交換が効率的に行われ冷却性能をさらに向上することができる。
Finally, FIG. 8 (e) is a diagram showing a state after the third step in which the
以上説明したように、本発明の受熱器1の製造方法は、一方の面には図示しない発熱体と熱接続する受熱面2bを有し他方の面には複数の放熱フィン3を形成した受熱板2と、受熱板2に放熱フィン3を収容するように組み合わされて、受熱板2との空間が液体冷媒の流路の一部を構成するケーシング4とを備え、放熱フィン3の液体冷媒との接触面に複数のマイクロフィン3aを形成した受熱器1の製造方法であって、放熱フィン3の表面にマイクロフィン3aをエッチングにより形成する第1工程と、放熱フィン3を相互に接合して積層構造体19にする第2工程と、積層構造体19を受熱板2に接合する第3工程とを備えており、薄肉化した放熱フィン3の表面上にも容易に細密なマイクロフィン3aを形成でき、しかも従来の機械加工や切削加工では製作が困難であった平板状の放熱フィン3をエッチングにより薄肉化して狭ピッチで並べることにも対応可能となるので、冷却性能を向上した受熱器1の量産性が向上し安価な製造が可能となる。
As described above, the method of manufacturing the
なお、以上の説明において、積層構造体19において放熱フィン3を相互に接合するろう材20や放熱フィン3と受熱板2の間を接合するろう材20としては、放熱フィン3や受熱板2の金属材料として銅や銅合金を用いた場合は、熱伝導性のよい銀、銅、金、白金、ニッケル等が望ましいが、他の金属のろう材やはんだでもよく、熱伝導性、生産性、価格などを考慮して適宜選択すればよい。
In the above description, the
さらに、十分な熱伝導性が得られれば、本実施例のようなろう付けとは異なる抵抗溶接、レーザ溶接、かしめなど他の方法を用いて接合しても構わない。 Furthermore, as long as sufficient thermal conductivity is obtained, other methods such as resistance welding, laser welding, and caulking other than brazing as in the present embodiment may be used for joining.
(実施例3)
図9は、本発明の実施例3における冷却装置をノートPCに実装した全体構成図である。
(Example 3)
FIG. 9 is an overall configuration diagram in which the cooling device according to the third embodiment of the present invention is mounted on a notebook PC.
ここで、電子機器であるノートPCの筐体24の内部には冷却装置が搭載され、そのノートPCのキーボード25の下に、MPU等の発熱体13と接触して受熱する実施例1に記述した遠心ポンプを備えた受熱器1が実装されている。発熱体13は基板26に実装され、ノートPCのディスプレイの背面(裏側)には発熱体13から受熱した液体冷媒の熱を外部に放熱する放熱器27が配置されており、一対の液循環路28の両端には受熱器1と放熱器27のそれぞれと接続されていて、その閉路中を液体冷媒が循環している。
Here, a cooling device is mounted inside a
なお、この液体冷媒としては、エチレングリコール水溶液やプロピレングリコール水溶液等の不凍液が適当であり、受熱板2の材料として銅や銅合金等を使用するため、防食添加剤を添加するのが望ましい。
As the liquid refrigerant, an antifreeze solution such as an ethylene glycol aqueous solution or a propylene glycol aqueous solution is appropriate, and since copper, copper alloy, or the like is used as the material of the
一方、放熱器27は、熱伝導率が高く放熱性のよい材料、例えば銅、銅合金、アルミニウム等の薄板材で構成され、その内部に液体冷媒の液流路とリザーブタンクなどが形成され、一対の液循環路28は、配管レイアウトの自由度を確保するため、フレキシブルでガス透過性の少ないゴム、例えばブチルゴムなどのゴムチューブで構成されている。
On the other hand, the
また、放熱器27に強制的に空気を当てて冷却効果を向上する目的でファン装置を別に設けてもよい。
Further, a fan device may be separately provided for the purpose of forcibly applying air to the
従って、この冷却装置の受熱器1には一対の液循環路28が接続され内部に液体冷媒を流しており、実施例1で説明したように、放熱フィン3の液体冷媒との接触面にマイクロフィン3aを形成し、その放熱フィン3の隙間21の液流路を流れる液体冷媒をマイクロフィン3aに衝突させ微小な乱流を強制的に発生させることにより伝熱量の小さい層流境界層の撹拌・剥離作用が得られ、平板状の放熱フィン3間のマイクロフィン3aが液体冷媒との接触面積を増大することにもなるので、液体冷媒との熱交換が促進され少ない液体冷媒の流量でも容易に冷却性能を向上できる。
Therefore, a pair of
しかも、本実施例の受熱器1は、ポンプ機能も有しているので、別体のポンプを必要せず、ノートPCの筐体24全体の小型軽量化を容易に実現することができる。
In addition, since the
本発明は、電子機器に搭載された発熱体を液体冷媒の循環により冷却する冷却装置に適用することができる。 The present invention can be applied to a cooling device that cools a heating element mounted on an electronic device by circulation of a liquid refrigerant.
1 受熱器
2 受熱板
2a 鍔部
2b 受熱面
2c 凹部
3 放熱フィン
3a マイクロフィン
3b 上側端部
3c 下側端部
3d 液供給側端部
3e 液排出側端部
3f 右側端部
3g 左側端部
4 ケーシング
5 吸込路
6 吐出路
7 羽根車
7a 羽根
7b 小孔
8 マグネットロータ
9 ステータ
10 コイル
11 回路基板
12 ポンプ室
13 発熱体
14 冷媒供給路
15 周回伝熱室
16 隔壁部材
16a 円筒壁
16b 貫通穴
16c 吸込連通口
17 シャフト
18 シール部材
19 積層構造体
20 ろう材
21 隙間
22 冷媒排出路
23 レジスト
24 筐体
25 キーボード
26 基板
27 放熱器
28 液循環路
K 羽根車の入口
DESCRIPTION OF
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| JP2005216738A JP2007035901A (en) | 2005-07-27 | 2005-07-27 | Heat receiver and cooling device provided with the same |
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| JP2007035901A true JP2007035901A (en) | 2007-02-08 |
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009295869A (en) * | 2008-06-06 | 2009-12-17 | Hitachi Ltd | Cooling device of electronic apparatus |
| JP2014036193A (en) * | 2012-08-10 | 2014-02-24 | Uacj Corp | Cooling plate and cooling device |
| CN104020826A (en) * | 2013-03-01 | 2014-09-03 | 蔡柏彬 | Water cooling device/apparatus |
| CN104019684A (en) * | 2013-03-01 | 2014-09-03 | 蔡柏彬 | Water-cooling module |
| JP2014220452A (en) * | 2013-05-10 | 2014-11-20 | 三菱電機株式会社 | Cooler for electronic component |
| CN116313892A (en) * | 2021-12-20 | 2023-06-23 | 细美事有限公司 | Cooling unit, heat treatment device equipped with same, and heat treatment method |
| CN118055598A (en) * | 2023-12-25 | 2024-05-17 | 惠州市富的旺旺实业发展有限公司 | Liquid cooling radiator and manufacturing process thereof |
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- 2005-07-27 JP JP2005216738A patent/JP2007035901A/en active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009295869A (en) * | 2008-06-06 | 2009-12-17 | Hitachi Ltd | Cooling device of electronic apparatus |
| CN101600326B (en) * | 2008-06-06 | 2011-11-16 | 株式会社日立制作所 | Electronic apparatus cooling device |
| JP2014036193A (en) * | 2012-08-10 | 2014-02-24 | Uacj Corp | Cooling plate and cooling device |
| CN104020826A (en) * | 2013-03-01 | 2014-09-03 | 蔡柏彬 | Water cooling device/apparatus |
| CN104019684A (en) * | 2013-03-01 | 2014-09-03 | 蔡柏彬 | Water-cooling module |
| CN104019684B (en) * | 2013-03-01 | 2016-06-29 | 蔡柏彬 | Water-cooled module |
| CN104020826B (en) * | 2013-03-01 | 2018-05-18 | 蔡柏彬 | Water cooling plant |
| JP2014220452A (en) * | 2013-05-10 | 2014-11-20 | 三菱電機株式会社 | Cooler for electronic component |
| CN116313892A (en) * | 2021-12-20 | 2023-06-23 | 细美事有限公司 | Cooling unit, heat treatment device equipped with same, and heat treatment method |
| CN118055598A (en) * | 2023-12-25 | 2024-05-17 | 惠州市富的旺旺实业发展有限公司 | Liquid cooling radiator and manufacturing process thereof |
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