特開2019-179833(P2019-179833A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2019-179833(P2019-179833A)
(43)【公開日】2019年10月17日
(54)【発明の名称】コールドプレート
(51)【国際特許分類】
   H01L 23/473 20060101AFI20190920BHJP
【FI】
   H01L23/46 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
【全頁数】8
(21)【出願番号】特願2018-67965(P2018-67965)
(22)【出願日】2018年3月30日
(71)【出願人】
【識別番号】000232302
【氏名又は名称】日本電産株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001933
【氏名又は名称】特許業務法人 佐野特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】中江 伸也
(72)【発明者】
【氏名】杉山 知嗣
【テーマコード(参考)】
5F136
【Fターム(参考)】
5F136CB07
5F136CB08
5F136CB13
5F136CB15
5F136CB27
5F136GA04
(57)【要約】      (修正有)
【課題】冷却装置において、冷媒入口及び冷媒出口から離れるに従って冷媒の流速が遅くなり、冷媒の流速が速い領域と遅い領域とで冷却ムラが発生することを抑制できるコールドプレートを提供する。
【解決手段】発熱部品と下面が接触する底壁部12と、底壁部の上面を覆う上壁部と、底壁部と上壁部とを連結し、内部に冷媒が流通する冷媒流路を形成する側壁部と、冷媒流路の一端側に配置されて冷媒が流入する流入口13aと、冷媒流路の他端側に配置されて冷媒が流出する流出口13bと、底壁部の上面に配置される複数のブレード12aと、を備えたコールドプレートである。ブレードは、流入口と流出口とを結ぶ連結線Lに対して平行又は傾斜して延び、連結線に遠い位置に配置される第1ブレード12bと、第1ブレードよりも連結線に近い位置に配置される第2ブレード12cと、を含む。第1ブレードは、第2ブレードよりも延在方向の長さが短い。
【選択図】図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
発熱部品と下面が接触する底壁部と、
前記底壁部の上面を覆う上壁部と、
前記底壁部と前記上壁部とを連結し、内部に冷媒が流通する冷媒流路を形成する側壁部と、
前記冷媒流路の一端側に配置されて前記冷媒流路に前記冷媒が流入する流入口と、
前記冷媒流路の他端側に配置されて前記冷媒流路から前記冷媒が流出する流出口と、
前記底壁部の上面に配置される複数のブレードと、
を備えたコールドプレートにおいて、
前記ブレードは、前記流入口と前記流出口とを結ぶ連結線に対して平行又は傾斜して延び、
前記ブレードは、
前記連結線に遠い位置に配置される第1ブレードと、
前記第1ブレードよりも前記連結線に近い位置に配置される第2ブレードと、
を含み、
前記第1ブレードは、前記第2ブレードよりも延在方向の長さが短い、コールドプレート。
【請求項2】
前記ブレードは、前記連結線に対して平行に延びる、請求項1に記載のコールドプレート。
【請求項3】
前記底壁部は、上面視において四角形に形成され、
前記連結線は、前記底壁部の対角線に対して平行に配置される、請求項1又は請求項2に記載のコールドプレート。
【請求項4】
前記連結線は、前記底壁部の対角線上に配置される、請求項3に記載のコールドプレート。
【請求項5】
前記ブレードは、前記連結線に対して対称に配置される、請求項1〜請求項4のいずれかに記載のコールドプレート。
【請求項6】
前記連結線は、円形の前記流入口及び前記流出口の中心を結ぶ、請求項1〜請求項5のいずれかに記載のコールドプレート。
【請求項7】
前記流入口及び前記流出口は、前記上壁部に配置される、請求項1〜請求項6のいずれかに記載のコールドプレート。
【請求項8】
前記流入口と前記流出口は、前記側壁部に配置される、請求項1〜請求項6のいずれかに記載のコールドプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、CPU等の発熱部品を冷却するコールドプレートに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には発熱部品を冷却する冷却装置が開示されている。この冷却装置は冷媒入口及び冷媒出口を有する上板材と、発熱部品に接続される下板材との間に空洞部を形成する。空洞部内には所定のフィンピッチでフィンが配列されたフィンモジュールが配置される。フィンモジュールによって微細流路が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2011−71386号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記特許文献に開示された冷却装置は、冷媒入口及び冷媒出口から離れるに従って冷媒の流速が遅くなる。このため、冷媒の流速が速い領域と遅い領域とで冷却ムラが発生する問題があった。
【0005】
本発明は、冷却ムラを抑制できるコールドプレートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の例示的なコールドプレートは、底壁部と、上壁部と、側壁部と、流入口と、流出口と、ブレードと、を備える。底壁部は、発熱部品と下面が接触する。上壁部は、前記底壁部の上面を覆う。側壁部は、前記底壁部と前記上壁部とを連結し、内部に冷媒が流通する冷媒流路を形成する。流入口は、前記冷媒流路の一端側に配置されて前記冷媒流路に前記冷媒が流入する。流出口は、前記冷媒流路の他端側に配置されて前記冷媒流路から前記冷媒が流出する。ブレードは、前記底壁部の上面に配置される。前記ブレードは、前記流入口と前記流出口とを結ぶ連結線に対して平行又は傾斜して延びる。前記ブレードは、第1ブレードと、第2ブレードと、を含む。第1ブレードは、前記連結線に遠い位置に配置される。第2ブレードは、前記第1ブレードよりも前記連結線に近い位置に配置される。前記第1ブレードは、前記第2ブレードよりも延在方向の長さが短い。
【発明の効果】
【0007】
例示的な本発明によれば、冷却ムラを抑制できるコールドプレートを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1図1は、本発明の第1実施形態に係るコールドプレートの斜視図である。
図2図2は、本発明の第1実施形態に係るコールドプレートの上面図である。
図3図2中のA−A線断面斜視図である。
図4図4は、本発明の第1実施形態に係るコールドプレートの底壁部を示す上面図である。
図5図5は、本発明の第2実施形態に係るコールドプレートの底壁部を示す上面図である。
図6図6は、本発明の第3実施形態に係るコールドプレートの底壁部を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本願では、底壁部12に対して、上壁部13が配置されている方向を「上側」、上壁部13が配置されている方向の反対側を「下側」、とそれぞれ称する。また、本願では、底壁部12に対して上壁部13が配置されている方向を「上下方向」と称し、「上下方向」と直交する方向を「水平方向」と称して、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、これは、あくまで説明の便宜のために方向を定義したものであって、本発明に係るコールドプレート10の製造時および使用時の向きを限定するものではない。また、本願において「平行な方向」とは、略平行な方向も含む。
【0010】
<第1実施形態>
(1.コールドプレートの構成)
本発明の例示的な一実施形態のコールドプレートについて説明する。図1は本発明の実施形態に係るコールドプレート10の斜視図である。図2は本発明の実施形態に係るコールドプレート10の上面図である。また、図3図2中のA−A線断面である。
【0011】
コールドプレート10は、銅又はアルミニウム等の熱伝導性の高い金属から成り、底壁部12、上壁部13及び側壁部14を有する。本実施形態において、コールドプレート10は、上面視において矩形である。すなわち、底壁部12及び上壁部13は上面視において水平方向に拡がる矩形の板状である。なお、本実施形態の底壁部12及び上壁部13は上面視において四角形であるがこの限りではなく、例えば、上面視において複数の角を有する多角形、または円形であってもよい。底壁部12の下面には発熱部品Hが接触する(図3参照)。
【0012】
側壁部14は、底壁部12及び上壁部13の周縁を連結する。側壁部14は、底壁部12の周縁から上方に延びる第1側壁部14aと上壁部13の周縁から下方に延びる第2側壁部14bとを有する。第1側壁部14aの上面と第2側壁部14bの下面とが接合される。
【0013】
冷媒流路11は底壁部12と、底壁部12の上面を覆う上壁部13と、底壁部12及び上壁部13の周縁を連結する側壁部14と、で囲まれた内部空間に形成される。コールドプレート10は、冷媒流路11に冷媒が流入する流入口13aと、冷媒流路11から冷媒が流出する流出口13bと、を備える。流入口13aは、冷媒流路11の一端側に配置される。流出口13bは、冷媒流路11の他端側に配置される。流入口13aを介して第1冷媒流路11に流入した冷媒は、流出口13bを介して第1冷媒流路11から流出する。流入口13a及び流出口13bは円形であり、上壁部13を上下方向に貫通して形成される。本実施形態において冷媒は液体であり、例えばエチレングリコール水溶液またはプロピレングリコール水溶液のような不凍液や純水等が使用される。
【0014】
流入口13a及び流出口13bは冷媒を循環させるポンプ(不図示)及び循環する冷媒を冷却するラジエータ(不図示)に接続される。コールドプレート10の底壁部12の下面にCPU等の冷却されるべき発熱部品Hを接触させる。ポンプ30を駆動すると、冷媒流路11を冷媒が循環する。これにより、発熱部品Hの熱はコールドプレート10の底壁部12に伝達される。底壁部12に伝達された熱は冷媒流路11を流通する冷媒に伝達される。冷媒はラジエータを介して放熱が行われ、発熱部品Hの温度上昇を抑制することができる。なお、流入口13a及び流出口13bが上壁部13に配置されることにより、ポンプ及びラジエータをコールドプレート10上に配置して装置全体一体化するとともに小型化することができる。
【0015】
底壁部12の上面には複数のブレード12aが配置される。本実施形態において、ブレード12aは、底壁部12と同一部材である。ブレード12aは、例えば、底壁部12の上面を切削加工して形成される。これにより、底壁部12からブレード12aへの熱伝導性が向上する。なお、ブレード12aは、底壁部12と異なる部材により形成されてもよい。例えば、ブレード12aが板状のベース部材に形成され、底壁部12とベース部材とが溶接される。これにより、製造効率が向上する。
【0016】
図4は底壁部12の上面図であり、図4において上壁部13に設けられる流入口13a及び流出口13bを破線で示す。
【0017】
ブレード12aは、第1ブレード12bと、第2ブレード12cと、を含む。第1ブレード12bは、連結線Lから遠い位置に配置される。第2ブレード12cは、第1ブレード12bよりも連結線Lに近い位置に配置される。第1ブレード12bは第2ブレード12cよりも延在方向の長さが短い。すなわち、ブレード12aは連結線Lから離れるに従って延在方向の長さが短くなる。なお、第1ブレード12b及び第2ブレード12cは複数配列されるブレード12aの中から任意に選択される。
【0018】
ブレード12aの上面と上壁部13の下面との間には上下方向の隙間Sが形成される(図3参照)。また、底壁部12には、流入口13a及び流出口13bの直下にブレード12aの非形成領域Uが設けられる。非形成領域Uには、ブレード12aが形成されない。本実施形態において、非形成領域Uは冷媒流路11の周縁に沿って環状に形成される。
【0019】
流入口13aを介して冷媒流路11に流入した冷媒は非形成領域Uからコールドプレート10の長手方向X及び短手方向Yに広がり、ブレード12a間及び隙間Sを流通する。ブレード12a間を流通する冷媒は冷媒流路11全体に広がり、流出口13bから流出する。これにより、コールドプレート10の下面全体が冷媒により冷却される。
【0020】
このとき、ブレード12a間を流通する冷媒の減速率はブレード12aの延在方向の長さが長くなるに従って大きくなる。すなわち、第1ブレード12bに沿って流通する冷媒の減速率は第2ブレード12cに沿って流通する冷媒の減速率よりも小さい。
【0021】
また、非形成領域Uにおいて、流入口13aから冷媒流路11に流入した冷媒は連結線Lから遠ざかるに従って流速が遅くなる。
【0022】
このため、連結線Lに近い位置に配置されるブレード12a間を流通する冷媒は、非形成領域Uにおける流速は速いが、ブレード12a間を流通する際の減速率が大きい。一方、連結線Lから遠い位置に配置されるブレード12a間を流通する冷媒は、非形成領域Uにおける流速は遅いが、ブレード12a間を流通する際の減速率が小さい。
【0023】
すなわち、第2ブレード12cに沿って流通する冷媒は、非形成領域Uにおける流速は速いが、第2ブレード12cに沿って流通する際の減速率が大きい。一方、第1ブレード12bに沿って流通する冷媒は、非形成領域Uにおける流速は遅いが、第1ブレード12bに沿って流通する際の減速率が小さい。このため、連結線Lに近い位置を流通する冷媒と連結線Lから遠い位置を流通する冷媒の流速差が小さくなる。これにより、冷媒流路11全体で発生する冷媒の流速ムラが低減され、コールドプレート10の冷却ムラを抑制することができる。
【0024】
本実施形態において、発熱部品Hは、下方から見て底壁部12の外縁の内側に配置される。より好ましくは、発熱部品Hは冷媒流路11と上下方向に対向する底壁部12の下面に配置される。このとき、コールドプレート10は冷却ムラが抑制されているため、発熱部品Hを冷媒流路11の中心からずれた位置に配置しても、発熱部品Hの発熱を効率よくコールドプレート10へ伝達することができる。
【0025】
底壁部12は、上面視において矩形に形成され、流入口13a及び流出口13bは冷媒流路11の対角に配置される。すなわち、流入口13a及び流出口13bの中心を結ぶ連結線Lは冷媒流路11の対角線上に配置される。これにより、流入口13aと流出口13bとの距離を長くして底壁部12から流通する冷媒への熱伝導効率を向上することができる。
【0026】
ブレード12aは連結線Lに対して平行に延び、連結線Lに対して対称に配置される。各ブレード12aは等間隔に配置される。これにより、流入口13aから流出口13bに冷媒を円滑に流通させてポンプ(不図示)の消費電力を低減することができる。
【0027】
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図5は第2実施形態のコールドプレート10の底壁部12の上面図である。図5において上壁部13に設けられる流入口13a及び流出口13bを破線で示す。説明の便宜上、前述の図1図4に示す第1実施形態と同様の部分には同一の符号を付す。第2実施形態ではブレード12aの配列パターンが第1実施形態とは異なる。その他の部分は第1実施形態と同様である。
【0028】
ブレード12aはコールドプレート10の長手方向Xに延びるとともに短手方向Yに等間隔で平行に配置される。流入口13a及び流出口13bは短手方向Yの中央に配置され、連結線Lは短手方向Yの中央を長手方向Xに延びる。非形成領域Uは短手方向Yに延び、連結線Lから離れるに従って非形成領域Uの長手方向Xの幅が大きくなる。
【0029】
ブレード12aは連結線Lから遠い位置に配置されるに従って延在方向の長さが短い。連結線Lから遠い位置に配置されるブレード12aは、連結線Lに近い位置に配置されるブレード12aよりも延在方向の長さが短い。すなわち、第1ブレード12bは第2ブレード12cよりも延在方向の長さが短い。これにより、冷媒流路11全体で発生する冷媒の流速ムラが低減され、コールドプレート10の冷却ムラを抑制することができる。
【0030】
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態について説明する。図6は第3実施形態のコールドプレート10の底壁部12の上面図である。説明の便宜上、前述の図5に示す第2実施形態と同様の部分には同一の符号を付す。第3実施形態では流入口13a及び流出口13bが側壁部14に配置される点が第2実施形態とは異なる。その他の部分は第2実施形態と同様である。
【0031】
本実施形態では、流入口13a及び流出口13bが側壁部14に配置される。これにより、冷媒は、流入口13aを介して冷媒流路11に水平方向に流入した後、複数のブレード12a間を通過し、水平方向に流出口13bを介して流通する。すなわち、冷媒は一方向に複数のブレード12a間を通過する。これにより、円滑に冷媒流路11を通過することができ、ポンプ(不図示)の消費電力を低減することができる。
【0032】
本実施形態における複数のブレード12aは、隣り合うブレード12aと等間隔に配置される。なお、隣り合うブレード12aの間隔は、この限りではない。例えば、隣り合うブレード12aの間隔は、連結線Lから遠ざかるに従って狭くなってもよい。つまり、連結線Lに近い位置において隣り合うブレード12aの間隔は広く、連結線Lに遠い位置において隣り合うブレード12aの間隔は狭い。これにより、ブレード12aに沿って流通する冷媒の減速率を調整し、冷媒流路11全体で発生する冷媒の流速ムラが低減され、コールドプレート10の冷却ムラを抑制することができる。
【0033】
本実施形態における複数のブレード12aの高さは、同じである。つまり、底壁部12の上面から上方に延びるブレード12aの高さは、同じである。なお、ブレード12aの高さは、この限りではない。例えば、ブレード12aの高さは、連結線Lから遠ざかるに従って高くなってもよい。つまり、連結線Lに近い位置においてブレード12aの高さは低く、連結線Lに遠い位置においてブレード12aの高さは高い。これにより、ブレード12aに沿って流通する冷媒の減速率を調整し、冷媒流路11全体で発生する冷媒の流速ムラが低減され、コールドプレート10の冷却ムラを抑制することができる。
【0034】
ブレード12aの上面と上壁部13の下面との間の隙間Sの大きさは、短手方向Yに異なってもよい。例えば、複数のブレード12aの高さを同じにして、隙間Sは、連結線Lから遠ざかるに従って狭くなってもよい。つまり、連結線Lに近い位置において隙間Sは広く、連結線Lに遠い位置において隙間Sは狭い。これにより、ブレード12aに沿って流通する冷媒の減速率を調整し、冷媒流路11全体で発生する冷媒の流速ムラが低減され、コールドプレート10の冷却ムラを抑制することができる。
【0035】
(4.その他)
上記実施形態は、本発明の例示にすぎない。実施形態の構成は、本発明の技術的思想を超えない範囲で適宜変更されてもよい。また、実施形態は、可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。
【0036】
上記実施形態では冷媒流路11は上面視において矩形に形成したが、平行四辺形等の四角形でもよいし、円形又は多角形でもよい。また、上記実施形態ではブレード12aは連結線Lと平行に延びるが、ブレード12aの一部を連結線Lに対して若干傾斜させて配列してもよい。
【符号の説明】
【0037】
10・・・コールドプレート、11・・・冷媒流路、12・・・底壁部、12a・・・ブレード、12b・・・第1ブレード、12c・・・第2ブレード、13・・・上壁部、13a・・・流入口、13b・・・流出口、14・・・側壁部、14a・・・第1側壁部、14b・・・第2側壁部、H・・・発熱部品、L・・・連結線、S・・・隙間、U・・・非形成領域、X・・・長手方向、Y・・・短手方向
図1
図2
図3
図4
図5
図6