TW200529732A - Electronic apparatus having liquid cooling system therein - Google Patents

Description

200529732 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是屬於稱爲桌上型和筆記型的個人電腦和伺服 器等的電子機器，特別是有關可將搭載在其內部之屬於發 熱元件的半導體積體電路元件，利用液體冷媒效率性冷卻 之具備液冷系統的電子機器。 【先前技術〕 稱爲桌上型和筆記型的個人電腦和伺服器等的電子機 器之屬於發熱體的半導體積體電路元件，特別是以CPU (Central Processing Unit)爲代表的發熱元件的冷卻， 通常爲了確保其正常的動作必須冷卻。因此，以往一般是 藉由採用一體形成稱爲吸熱設備的散熱片的傳熱體、和對 此吹送冷卻的風扇，實現其冷卻。但近年屬於上述發熱元 件的半導體積體電路元件的小型化及高積體化，會產生發 熱元件的發熱部位局部化等，因此亦取代以往氣冷式的冷 卻系統，而使用例如水等冷媒之冷卻效率高的液冷式冷卻 系統就很受注目。 即，應用於稱爲上述桌上型和筆記型的個人電腦和伺 服器等之冷卻效率高的液冷式冷卻系統，例如經由以下的 專利文獻等即知，一般是在屬於發熱體的CPU表面，直 接載置所謂稱爲受熱（冷卻）套的構件，一方面，使液狀 冷媒於形成在該受熱套之內部的流路內流通，將來自CPU 的發熱傳遞到流至上述套內的冷媒，而且以高效率冷卻發 -5- 200529732 (2) 熱體。再者，相關的液冷式冷卻系統通常是形成以上述冷 卻套當作受熱部的熱循環，具體上是屬於欲令上述液體冷 媒在循環內循環的循環幫浦，欲將上述液體冷媒的熱度散 熱的外部的放熱部’具備所謂散熱部，而且配合需要設置 在循環的一部分的冷媒槽，並將該些中介著金屬製的管件 或由例如橡膠等彈性體所製成的管件加以連接所構成的。 〔專利文獻1〕日本特開2003 - 304086號公報 〔專利文獻2〕日本特開2003— 022148號公報 〔專利文獻3〕日本特開2002 — 182797號公報 〔專利文獻4〕日本特開2002 — 189536號公報 〔專利文獻5〕日本特開2002 — 188876號公報 【發明內容】 〔發明欲解決的課題〕 可是，就作爲上述習知技術冷卻系統來看，藉由將欲 在循環內循環上述液體冷媒的冷媒路徑利用橡膠等彈性體 等所製成的管件而構成的情況，液體冷媒會產生經由 化 從其管壁面漏出到其外部的現象，因此，將冷媒路徑經長 期封入到相關的循環內是很困難的。於是，當作習知技術 的冷卻系統通常是將冷媒槽設置在循環內，而且，補充漏 出到外部的液體冷媒所實行。 但將供補充液體冷媒漏出到外部的冷媒槽設置在循環 內的時候，即，雖該冷媒槽更需要設置在機器的框體內， 但特別是來看近年有關機器強調小型化的要求來看，爲了 冬 200529732 (3) 在機器的框體內部設置相關的冷媒槽，確保充分的空間變 困難。再者，此情形特別是由其可搬性來看，特別是加上 其小型化並強烈要求薄型化之要求的所謂筆記型的個人電 腦就很顯著。此外，更認爲在相關的冷媒槽的框體內的設 置，貯留在其內部的液體冷媒有可能會往槽外部漏出，就 這而言未必是好的解決手段。即，假設其內部的冷媒液從 冷媒槽漏出時，設置在該框體之內部的其它零件，特別是 對電子零件而言會受到甚大的損害。 一方面，取代上述的橡膠等之彈性體，若藉由利用銅 等之金屬形成的管件’如上述，即可防止因液體冷媒 化 從管壁面漏出。但是將相關之銅等金屬製的管件作爲在循 環內供液體冷媒循環的通路時，由其可塑性來看，認爲將 相關的液冷系統搭載在機器框體內部的組裝作業，或其後 進行維修時的作業會受到阻礙。特別是具有如上述構成的 冷卻系統來看，直接接觸到屬於發熱元件的CPU表面而 配置’而且，爲了其發熱向著屬於放熱部的散熱部傳遞的 構件’將向著上述冷卻套導通液體冷媒的配管利用金屬製 的管件構成時，自由移動該冷卻套的位置很困難，因此， 組裝時的安裝作業或維修時，其取下的同時，其安裝作業 很麻煩。 於是，若根據本發明，有鑑於上述習知技術的問題 點’即提供一將構成液冷系統之要素間供液體冷媒的配 管’特別是冷卻套周圍的配管，利用金屬製的管件減低液 體冷媒漏出的同時，就連冷卻套的組裝作業中，其位置可 -Ί - 200529732 (4) 自由移動的構造，而且提供具備實用性優之冷卻效率高的 液冷式冷卻系統的電子機器爲目的。 〔用以解決課題的手段〕 若根據本發明，爲了達成上述的目的乃先提供一屬於 在框體內具備屬於發熱的半導體元件之爲了確保其正常的 動作必須冷卻之元件的電子機器，在該框體內或其一部分 $少具備以下構件的液冷系統，於半導體元件所發熱連接 之供其發熱傳遞到流通於內部的液體冷媒的冷卻套、和將 傳遞到前述冷卻套的液體冷媒的熱氣往機器外部排放的散 熱部、和供前述液體冷媒在包括前述冷卻套與前述散熱部 的迴路循環的循環幫浦；且就相關構成來看，更將供液體 &媒往前述冷卻套流通的配管利用金屬製的管加以構成的 同時，該管是屬於可將前述冷卻套的位置自由的配置在前 述框體內的管之具備液冷系統之電子機器。 再者，若根據本發明，就前述所記載的電子機器來 看’將供液體冷媒流通到前述冷卻套的配管形成螺旋狀， 或者也可在其中途形成伸縮囊，更可沿著前述冷卻套的一 側邊能轉動的被安裝。此外，若根據本發明，將供液體冷 媒流通到前述冷卻套的配管利用銅管構成爲佳。 〔發明效果〕 即，若根據上述本發明，連機器之組裝作業時或其維 修時也不會妨礙其作業，且不設冷媒槽，而且能將機器小 -8- 200529732 (5) 型化的同時，經特定長期間不必補充液體冷 可得到能進行機器動作之具備冷卻系統的電 效果。 【實施方式】 〔用以實施發明的最佳形態〕 以下針對本發明的實施形態，採用所附 明。 首先，所附的第2圖爲本發明的其中一 示具備液冷系統的電子機器的整體構成之一 例乃針對將本發明應用於例如桌上型個人電 的情形而示。 首先，桌上型的個人電腦的本體部分， 例如具備將金屬板形成立方狀所形成的框體 面面板部1 01設有包括電源開關的各種開關 指示燈等，此外，在其內部以在上述前面面 開口的方式配置驅動碟片和C D、D V D等的 媒體的各種驅動裝置]〇 2。此外，圖中的符 在上述框體1 〇 〇內，例如表示以硬碟裝置 部。此外’圖中的参照符號】〇4是表示覆 】〇 〇上的蓋板。 一方面，在上述框體丨00的背面側乃如 示，在其內部設有配置著具備本發明之液冷 ife d 1 0 5的空|曰]°此外’圖中的符號]〇 6是 媒，發揮所謂 子機器優異的 圖面做詳細說 實施形態，表 例。再者，本 腦的本體部分 乃如圖所示， 100，在其前 、連接端子、 板部1 0 1形成 外部資訊記錄 號]〇 3是設置 所製成的記憶 蓋在上述框體 圖中以虛線所 系統的電子電 表示欲從商用 200529732 (6) 電源對包括上述驅動裝置丨〇 2、記憶部1 0 3、電子電路部 1 0 5的各部供給所希望電源的電源部。 其次’在所附的第3圖乃於上述說明其槪略構成的電 子裝置，即桌上型個人電腦的電子電路部]〇 5，特別是屬 於其主要構成部的發熱元件，即以搭載CPU的受熱套50 爲中心而示。再者，本例中，屬於上述發熱元件的 CPU 晶片2 0 〇是直接接觸而搭載在上述受熱套5 〇的下面側， 因此’在此並未圖示。 而且，該電子電路部105由圖即可明白，藉由搭載上 述CPU的受熱（冷卻）套5〇、和將來自上述cpu的發熱 散熱到裝置外部的散熱部6 0、和供形成冗長型冷卻系統 的循環幫浦7 〇、和經由該些將供液體冷媒（例如將水或 丙二醇等所謂不凍液，以特定比例混合的水等）在構成熱 循環的各部流通的流路，藉由例如以金屬形成的內部的液 體冷媒難以往外部洩漏的管件（配管）8〗、8 2而連接。 此外，在上述散熱邰6 0的一部分，送風到屬於其構成要 素的多數散熱片6 ]，而且欲強制性將從上述受熱套5 〇搬 迭的熱氣散熱的平板狀風扇6 2、6 2…（本例爲複數例如3 個）則是向者裝置外部被安裝。再者，該受熱（冷卻）套 5〇是在例如以銅等傳熱性高的金屬所製成的板狀構件的 內部形成冷卻通路，在其通路內流通上述的液體冷媒，而 且將來自CPU的發熱向外部消除（移動）。 接者，在所附的第1圖（a )以更具體的形成表示上 述的受熱套5 〇、和連接在該受熱套的金屬（例如銅）製 -10- 200529732 (7) 的管件（配管）8 1、8 2。即，由該圖亦可明白，爲了將液 體冷媒出入上述受熱套5 0，安裝在其上面側的一封金屬 製的管件（配管）8 1、8 2，是互相並列在其上部，且螺旋 狀捲繞而配置。即，上述一對金屬製的管件（配管）8 1、 8 2，是藉由形成在其中途的螺旋狀部的作用，在圖中亦如 以箭頭所示，可將安裝在其前端的受熱套5〇，亦包括旋 轉方向在上下左右自由的移動。 更具體的也如所附的第]圖（b )所示，在本例’供 上述散熱部6 0及液體冷媒循環驅動的循環幫浦7 〇，是利 用構成上述機器的框體1 0 0的蓋板1 0 4的一部分而安裝， 而且，上述一對金屬製的管件（配管）8 1、8 2乃由該散 熱部60延伸至下方，且如圖所示被螺旋狀捲繞至上述受 熱套5 0。一方面，爲了確保其正常的動作必須冷卻的發 熱兀件即CPU200，是被搭載於配置在上述框體1〇〇之底 板1 〇 5上的配線基板2 1 0上，而且，以圖示的狀態，接觸 在上述受熱套 5 0的下面。再者，圖未表示，但就組裝作 業來看，通常是將上述蓋板104以自框體1〇〇取下的狀 態，將上述受熱套5 0以其下面接觸到上述C Ρ υ 2 0 〇之表 面的方式加以安裝（圖未表示，但例如利用螺釘等加以安 裝固定），然後將蓋板1 04覆蓋在特定位置而固定在框體 1 〇 〇。此時，如上所述，上述受熱套5 0是藉由從固定在上 述蓋板1 04的一部分的散熱部6 0所延伸的一對金屬製的 管件（配管）8 1、8 2而連結，但因將其中間部形成螺旋 狀，故可在該位置自由的移動，其安裝作業變容易。 -11 - 200529732 (8) 此外’同樣的連其維修之際，通常也是以將上述蓋扳 1 04自框體]0 G取下的狀態，而將上述受熱套5 〇自與上 述CPU200之表面的接觸狀態取下（圖未表示，但例如取 下固定用的螺釘，使受熱套5 0在上方左右移動）。此 時，如上所述，上述受熱套50是藉由從固定在上述蓋板 1 〇4的一部分的散熱部60所延伸的一對金屬製的管件 (配管）8 1、82而連結，但因將其中間部形成螺旋狀， 故可在該位置自由的移動，其安裝作業變容易。再者，維 修結束後’再將上述蓋板104覆蓋在特定位置而固定在框 體1 0 0的情形則與上述相同。 像這樣’具備成爲上述構成的液冷系統的電子機器， 在以往，考慮其安裝作業並確保可動性的緣故，通常是藉 由將利用藉由橡膠等彈性體所形成的管件的上述受熱套 50周邊的配管，利用金屬製的管件（配管）8 i、82所構 成，故就該配管部來看，成爲可減低在其內部流通的液體 冷媒往外部漏出。例如藉此不設冷媒槽，而能將機器小型 化的同時’於特定長期間（例如機器的保證期間等）不必 補充液體冷媒，仍可進行機器的動作。此外，與此同時， 連冷卻套的組裝作業和維修時，其位置仍可自由的移動， 也不會妨礙作業。 其次，在所附的第4圖（a )及（b )是表示本發明的 其它實施例的液冷系統的受熱套5 0、和連接在受熱套的 金屬（例如銅）製的管件（配管）8 ]、8 2。即此例由第4 圖（a )亦可明白，爲了將液體冷媒出入上述受熱套50, -12 - 200529732 (9) 安裝在其上面側的一對金屬製的管件（配管）8 ]、8 2，是 分別在其中途具有所謂金屬製的伸縮囊8 3、8 3所構成。 此外，在第4圖（b )乃表示藉由具備該伸縮囊8 3、8 3的 一對金屬製的管件（配管）8 1、8 2，將連結在上述散熱部 6〇的受熱套5〇，接觸到搭載於配置在框體1〇()之底板 1 〇5上的配線基板210上的發熱元件的CPU2 00的表面而 安裝的狀態。再者，連該實施例，上述一對金屬製的管件 (配管）8 1、8 2，也分別藉由其伸縮囊8 3、8 3的作用， 確保安裝在其前端的受熱套5 0能自由的移動，故與上述 同樣的，連機器的組裝作業時和其維修時.也不會妨礙其作 _，且不設冷媒槽，而且能將機器小型化的同時，在經特 定長期間（例如機器的保證期間等）不必補充液體冷媒， 仍可進行機器的動作。 更在所附的第5圖（a )及（b )表示更另一實施例的 液冷系統的受熱套5 0和金屬製的管件（配管）8 i、8 2， 具體上是將亦表示在上述第4圖（a )的金屬製的伸縮囊 8 3、8 3安裝在上述受熱套5 0的側壁部。再者，相關的構 遷乃如第5圖（b )也可明白，特別是有利於散熱部6 〇固 定在框體1 〇〇之底板]05這側的情形。像這樣，連該另一 寶施例，上述一對金屬製的管件（配管）8 1、82，也分別 藉由其伸縮囊83、8 3的作用，確保安裝在其前端的受熱 套5 0阳自由的移動’故與上述同樣的，連機器的組裝作 寨時和其維修時也不會妨礙其作業，且不設冷媒槽，而且 能將機器小型化的同時，在經特定長期間（例如機器的保 -13、 200529732 (10) 證期間等）不必補充液體冷媒，仍可進行機器的動作。 其次，在所附的第6圖〜第8圖是表示具備本發明的 更另一實施例的液冷系統的電子機器的整體構成之一例。 即’本例乃針對將例如上述的液冷系統特別是應用於筆記 型個人電腦的本體部分的情形而示之。 首先，於第6圖表示，乃由個人電腦本體3 0 0、和同 時藉由例如鉸鏈機構相對於該本體3 0 0而可自如開關加以 安裝的蓋體3 5 0所構成，一般稱爲筆記型個人電腦的構 成。於該圖中，上述本體3 0 0側乃爲了顯示其內部，通常 是以取下安裝在其表面的鍵盤部的狀態而示之。小型且可 搬移的相關筆記型個人電腦，乃與上述所示的桌上型個人 電腦不同，通常是在安裝於蓋體3 5 0之內側面的液晶顯示 器3 5 ]的背面側，配置金屬板3 5 2，且在其表面將金屬製 的配管3 5 3形成蛇行盤繞而形成散熱部6 0 ’ 。再者，包 括上述的散熱部6 0 ’ ，而與上述受熱（冷卻）套5 0和循 環幫浦7 0同時構成熱循環而形成冷卻系統，且形成欲在 搆成其熱循環的各部流通液體冷媒（例如將水或丙二醇等 的所謂不凍液’以特定比例加以混合的水等）的流路乃與 上述相同。再者，在該圖是以箭頭頭表示上述受熱（冷 卻）套5 0的可移動方向。 該第6圖所示的例子，也於配置在上述本體3 〇 〇的底 部的配線基板2 1 〇上，搭載屬於發熱元件的C p u 2 0 0，在 其上面仍舊與上述同樣的，受熱套50’是以互相形成面 接觸的狀態而安裝（圖未表示，但例如利用螺釘等加以安 -14- 200529732 (11) 裝固定）。此外，構成該些熱循環的各部之間的流路，仍 照與上述同樣的，藉由以金屬所形成之內部的液體冷媒難 以往外部洩漏的管件（配管）8 1而連接。再者’圖中的 符號84是表示用以連結上述本體30〇和蓋體3 5 0之間的 鉸鏈管。 而且，該受熱套5 0 ’也如所附的第7圖所示，其外 形形成板狀，在其內部形成液體冷媒之流路（參照圖中的 虛線）的同時，沿著其一側邊可轉動的被安裝。更具體是 在接近於搭載著上述CPU2 0 0的配線基板210的位置（或 配線基板2 1 0上），固定管件（配管）8 1 ' 8 2，且在該些 固定的管件（配管）8 1、8 2之間，可轉動的安裝受熱套 5 0’ 。再者，該管件（配管）8 1和受熱套50’之間的液 密結合構造之一例則表示在所附的第8圖。 即，如上述的第8圖亦可明白，形成在管件（配管） 8 1、8 2之前端的凸部8 I 1，是插入形成在受熱套5 〇 ’內 之被形成在流路周圍的凹部5 0】的內部而被連結，而且受 熱套5 0’乃相對於管件（配管）8 ]、8 2可旋轉的被安 裝。再者，圖中的符號5 02是爲了確保上述連結部的液體 冷媒的密封性，同樣插入到形成在上述受熱套5 0 ’之通 路的一部分的凹部5 0 3內之所謂0形環。 像這樣，就連具備上述第6圖〜第8圖所示的本發明 之更其它實施例的液冷系統的電子機器的筆記型個人電 月I，仍可確保上述受熱套5 0在其旋轉方向自由的移動， 故與上述同樣的，即使機器組裝作業時或其維修時仍不會 -15- 200529732 (12) 妨礙其作業，且不設冷媒槽，而且能將機器小型化的同 時，於特定的長期間（例如機器的保證期間等）不必補充 液體冷媒，可進行機器的動作。再者，特別是不必設置冷 媒槽的上述構成，特別是對其可搬性和小型化之要求強烈 的筆記型個人電腦非常有利的特徵。 [圖式簡單說明】 第1圖是表示本發明之其中一實施例的電子裝置的受 熱套的安裝構造之一例的立體圖及表示其整體側面的側面 圖。 第2圖是表示具備本發明之其中一實施形態的液冷系 統的電子機器之桌上型個人電腦的內部的各部配置的一部 分展開立體圖。 第3圖是將上述液冷系統構成的其中一例，以發熱元 件的CPU爲中心而示的立體圖。 第4圖是表示本發明的其它實施例的電子裝置的受熱 套的安裝構造之一例的立體圖及表示其整體側面的側面 圖。 第5圖是表示本發明的其它實施例的電子裝置的受熱套 的安裝構造之一例的立體圖及表示其整體的立體圖。 第6圖是表示將本發明應用於筆記型個電腦時的整體 構成的一部分展開立體圖。 第7圖是表示上述第6圖所示的液冷系統的受熱套的 安裝構造之一例的立體圖。 -16- 200529732 (13) 第8圖是表示上述第6圖所示的液冷系統的受熱套的 安裝構造之一例的一部分放大斷面圖。 [主要元件符號說明】 5 0···受熱（冷卻）套 60、60’…散熱部

6 2、6 2…風扇 70···循環幫浦 81、82…管件（配管） 8 3…伸縮囊 2 00…CPU晶片 2 10···配線基板

-17-

Claims (1)

1. 200529732 (1) 十、申請專利範圍 1 . 一種具備液冷系統之電子機器，屬於在框體內具備 屬於發熱的半導體元件之爲了確保其正常的動作必須冷卻 之元件的電子機器，其特徵爲： 在該框體內或其一部分至少具備以下構件的'液冷系 統， 於半導體元件發熱連接之供其發熱傳遞到於內部％通 的液體冷媒的冷卻套、 和將傳遞到前述冷卻套的液體冷媒的熱氣往機器外部 排放的散熱部、 和供前述液體冷媒在包括前述冷卻套與前述散熱部的 迴路循環的循環幫浦； 且就相關構成來看，更將供液體冷媒往前述冷卻套流 通的配管利用金屬製的管加以構成的同時’該管是屬於可 將前述冷卻套的位置自由的配置在前述框體內的管° 2 .如申請專利範圍第1項所述之具備液冷系統之電子 機器，其中，將供液體冷媒流通到前述冷卻套的配管形成 螺旋狀。 3 .如申請專利範圍第1項所述之具備液冷系統之電子 機器，其中，在供液體冷媒流通到前述冷卻套的配管的中 途形成伸縮囊。 4.如申請專利範圍第1項所述之具備液冷系統之電子 機器，其中，供液體冷媒流通到前述冷卻套的配管是沿著 前述冷卻套的一側邊能轉動的被安裝。 -18- 200529732 (2) 5 .如申請專利範圍第1項所述之具備液冷系統之電子 機器，其中，供液體冷媒流通到前述冷卻套的配管，是利 用銅管所構成。

   -19 -