特許 6860173 装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6860173

(24)【登録日】2021年3月30日

(45)【発行日】2021年4月14日

(54)【発明の名称】装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/473 20060101AFI20210405BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20210405BHJP

   G06F 1/20 20060101ALI20210405BHJP

   H05K 7/18 20060101ALI20210405BHJP

   F16L 27/08 20060101ALN20210405BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/46 Z

   H05K7/20 U

   H05K7/20 P

   G06F1/20 A

   G06F1/20 C

   H05K7/18 K

   !F16L27/08

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2018-245995(P2018-245995)

(22)【出願日】2018年12月27日

(65)【公開番号】特開2020-107759(P2020-107759A)

(43)【公開日】2020年7月9日

【審査請求日】2019年11月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000227205

【氏名又は名称】ＮＥＣプラットフォームズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(72)【発明者】

【氏名】中村 安仁

【審査官】 庄司 一隆

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１８／０１４９２９４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０９−２６４４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１１１２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３３８１７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／４７３

Ｇ０６Ｆ １／２０

Ｈ０５Ｋ ７／１８

Ｈ０５Ｋ ７／２０

Ｆ１６Ｌ ２７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷却対象と接触させるための取り付け面を含む複数の面により囲まれた収容部に冷却材を収容する本体と、
前記本体の収容部に連通する第１の開口部に取り付けられた管状の本体側接続部と、
この本体側接続部に管軸を中心として回転自在に一端が取り付けられ、他端にチューブが接続されるチューブ側接続部と、
を有し、
前記本体の前記取り付け面と交差する面に、前記第１の開口部と、この第１の開口部と異なる位置で前記収容部に連通する第２の開口部とが設けられ、
前記本体を複数有し、第１の本体の第１の開口部に設けられた本体側接続部、前記チューブ側接続部、および前記チューブを介して、第２の本体の第２の開口部が接続されたコールドプレートと、
これらのコールドプレートの取り付け面に取り付けられた発熱部品と、該発熱部品が搭載された基板と、
を有し、
前記本体は、複数の前記基板の各々に設けられ、
前記第１の開口部と第２の開口部とは、前記取り付け面と交差する面に沿い、かつ、前記基板に設けられたコネクタの着脱方向に沿って並べて配置された、
装置。

【請求項2】

前記第２の開口部から前記本体へ冷却材が供給され、前記第１の開口部を通って前記本体から冷却材が排出される請求項１に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コールドプレート、装置、及びコールドプレートの接続に用いられる接続管に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体等の発熱部品を冷却するコールドプレートに関連する技術として、特許文献１がある。
図８は特許文献１に記載されたコールドプレートの概要を示すものである。図８に示すように、複数のコールドプレートＡは、コネクタＢによって直列に接続されている。また、前記コネクタＢは、蛇腹状に成形されることによって伸縮自在な構成となっている。すなわち、配管Ｃを通って一のコールドプレートＡの供給口へ供給された冷却水は、排出口から排出され、コネクタＢを通って下流のコールドプレートＡの供給口へ供給され、その排出口から排出されて、さらに下流のコールドプレートに順次供給される。
また前記コールドプレートＡは、蛇腹状のコネクタを曲げることにより上下、左右に動かすことができる。すなわち前記複数のコールドプレートは、コネクタを曲げて相対的に位置を調整しながら、対象となる発熱部品等への取り付け、あるいは取り外しを行うことができるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３７７３７９７号公報

【特許文献2】特表２０１５−５０１４８９号公報

【特許文献3】特開平０３−２０８３６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら前記コネクタＢは、ゴム、プラスチック等の材料を蛇腹状に成形した構成であり、このような蛇腹状の構造は通常の平滑なパイプ、チューブに比して、外力が加わることによる変形の繰り返しに対する耐久性に欠け、特に、管軸回りの捻り変形に対する配慮が何らなされていない。また、チューブの耐久性を高めようとして、肉厚を厚くし、あるいは、強度の高い材料を採用すると、チューブに本来求められていた柔軟性が損なわれる。
また特許文献２には、分岐マニホールドから供給管、排出管へ並列に冷却材を供給、回収する構成が開示されているものの、直列に接続された複数のコールドプレートの相互の接続配管についての構成を開示するものではない。また、分岐マニホールドに対する供給管、排出管の回転を許容する構成ではあっても、供給管、排出管の管軸回りの捻り変形に対する配慮が何らなされていない。
また特許文献３には、単に、供給管、排出管を可撓性のチューブで接続する構成が開示されているに過ぎず、可撓性のチューブの管軸回りの捻り変形に対する配慮が何らなされていない。

【0005】

すなわち特許文献１〜３に開示された技術によっては、冷却材の供給管、排出管自体の管軸回りの変形に起因する損傷を防止することができない。

【0006】

この発明は、コールドプレートに冷却材を供給、排出する接続管およびまたはチューブの管軸回りの変形を防止することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の第１の態様にかかるコールドプレートは、冷却対象と接触させるための取り付け面を含む複数の面により囲まれた収容部に冷却材を収容する本体と、前記本体の収容部に連通する第１の開口部に取り付けられた管状の本体側接続部と、この本体側接続部に管軸を中心として回転自在に一端が取り付けられ、他端にチューブが接続されるチューブ側接続部とを有する。

【0008】

本発明の第２の態様にかかるコールドプレートの接続管は、冷却対象と接触させるための取り付け面を含む複数の面により囲まれた収容部に冷却材を収容する本体の前記収容部に連通する第１の開口部に取り付けられる管状の本体側接続部と、この本体側接続部に管軸を中心として回転自在に一端が取り付けられ、他端にチューブが接続されるチューブ側接続部とを有する。

【発明の効果】

【0009】

本発明では、コールドプレートに接続された接続管の捻れを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】（ａ）は本発明の最小構成にかかるコールドプレート、（ｂ）は本発明の最小構成にかかるコールドプレートの接続管を示す斜視図である。

【図2】本発明の第１実施形態の斜視図である。

【図3】第１実施形態で使用されるスイベル継手の管軸を含む矢視の断面図である。

【図4】図３のスイベル継手の組立て手順の説明図である。

【図5】本発明のコールドプレートを電子機器の冷却に適用した第２実施形態の斜視図である。

【図6】図５に示す電子機器の組立て手順の説明図である。

【図7】図５に示す電子機器の分解手順の説明図である。

【図8】本願に関連する特許文献１に記載されたコールドプレートの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明に係るコールドプレートおよび接続管の最小構成例を図１（ａ）（ｂ）により説明する。
符号１はコールドプレートであって、表面に、冷却対象と接触させるための取り付け面１ａを有し、内部に、冷却媒体を収容する収容部を有する。このコールドプレート１には、前記収容部に連通する第１の開口部２が設けられ、この第１の開口部２には、本体側接続管３が接続され、この本体側接続管３には、屈曲自在なチューブ４が一端に接続されたチューブ側接続管５が接続されている。前記本体側接続管３とチューブ側接続管５とは、管軸を中心として回転自在に連結されている。

【0012】

上記構成のコールドプレート１は、取り付け面１ａを冷却対象となる発熱部品としての、半導体チップ等の電子部品に接触させた状態で使用される。また、前記コールドプレート１は、前記第１の開口部２に接続された本体側接続管３、チューブ側接続管５、およびチューブ４を介して、収容部へ水等の冷却材を供給、あるいは排出することができる。また本体側接続管３、チューブ側接続管５が互い回転することができるので、前記電子部品等の冷却対象への取り付け、取り外しに際し、チューブ４の屈曲を最小限にして、捻りによる損傷を防止することができる。またチューブ４が折れることによって内部の冷却材が過剰に圧縮され、あるいは逆流する現象を最小限に抑制することができる。

【0013】

また図１（ｂ）は接続管の最小構成例を示し、本体側接続管３は、コールドプレート１の第１の開口部２へ取り付けられ、また本体側接続管３には、チューブ側接続管５が管軸を中心として回転自在に取り付けられている。

【0014】

このように構成された接続管にあっても、前記第１の開口部２に接続された本体側接続管３、チューブ側接続管５、およびチューブ４を介して、コールドプレート１の内部へ水等の冷却材を供給、あるいは排出することができる。また本体側接続管３、チューブ側接続管５が互い回転することができるので、前記電子部品等の冷却対象への取り付け、取り外しに際し、チューブ４の屈曲を最小限にして、捻りによる損傷を防止することができる。またチューブ４が折れることによって内部の冷却材が過剰に圧縮され、あるいは逆流する現象を最小限に抑制することができる。

【0015】

図２〜図５を参照して本発明の第１実施形態を説明する。なお図１と共通の構成には同一符号を付し、説明を簡略化する。
第１実施形態では、図２に示すように、複数のコールドプレート１、１１、２１を直列に接続した構成となっている。なお符号１ａ、１１ａ、２１ａは、それぞれコールドプレートの取り付け面を示し、図示の場合、下面を取り付け面としたが、上面を取り付け面としても良く、コールドプレートを構成して、内部の冷却材収容部を囲む６面の内、冷却対象となる半導体チップ等の平面形状に対応する二つの面のいずれかが取り付け面として使用される。
前記コールドプレート１には、第１の開口部２と、第２の開口部２Ａとが設けられ、それぞれ内部の冷却材収容部に連通されている。前記第２の開口部２Ａは、チューブ４を介して外部（例えば、図示しない冷却水の供給ヘッダー管）に接続されている。第１の開口部２には、スイベル継手６（図１の本体側接続管３とチューブ側接続管５とを連結した全体をスイベル継手と称す）が接続されている。
前記コールドプレート１は、このスイベル継手６を介し、前記チューブ１４によって下流側のコールドプレート１１の第２の開口部１２Ａに接続され、このコールドプレート１１には、チューブ１４によって冷却水が供給される。
なお図示例では、第１の開口部２にスイベル継手６が直接取り付けられているが、第１の開口部２に設けられた管などの部材を介してスイベル継手６を取り付けても良い。また第２の開口部２Ａに管などの部材を設け、この管を介してチュ−ブ４を取り付けても良い。

【0016】

前記コールドプレート１１は、第１の開口部１２に取り付けられたスイベル継手１６を介し、チューブ２４によってさらに下流側のコールドプレート２１の第２の開口部２２Ａに接続され、このコールドプレート２１には、第２の開口部２２Ａに接続されたチューブ２４によって冷却水が供給される。
前記コールドプレート２１の冷却水を排出する側の第１の開口部２２には、スイベル継手２６が取り付けられ、さらにチューブ３４が取り付けられて、外部（例えば図示しない排出ヘッダー管）に冷却水を排出する。
なお図２は、コールドプレート１、１１、２１を３個直列に接続する例を示すが、さらに複数個直列接続した構成でもよい。すなわちコールドプレートの数は、冷却対象となる発熱部品の数に応じて選択されるものである。

【0017】

図３を参照して前記スイベル継手６の詳細な構造を説明する。
スイベル継手６は、図１の本体側接続管３に対応する軸部１００と、チューブ側接続管５に対応する胴部１０１とを主要な構成部材とする。
前記軸部１００には、胴部１０１を受け入れるべく筒状に形成され、これら軸部１００と胴部１０１とによって囲われた空間部には、胴部１００の端部外周に嵌合した状態で弾性変形可能なＯリング１０２が設けられ、さらにＯリング１０２の周囲の隙間を埋めるようにグリス１０３が充填されている。Ｏリング１０２とグリス１０３によりスイベル継手６の内部を液密に保つことが可能となる。
前記軸部１００と胴部１０１とは、互いに管軸を中心として円周方向へ回転が可能に連結され、軸部１００の外側と胴部１０１内側の重なり合う箇所にもグリス１０３を塗布することにより、スムーズな回転と、回転に必要な隙間からの液体の漏洩防止とを実現している。

【0018】

前記胴部１０１の先端（図３の左端）には、径方向内側へ向かう突起がある凸部１０４が形成され、軸部１００の外周には、径方向内側へ窪む溝部１０５が形成されている。前記凸部１０４が溝部１０５に嵌まり込んだ構造により、軸部１００と胴部１０１との相対回転を許容しつつ、これら二つの部材の軸方向の分離を防止しすることができる。

【0019】

図４を参照してスイベル継手６（１６、２６）の組立て手順について説明する。
を示す。
図４（ａ）に示すように、軸部１００の先端（図４の右端）の外周にグリス１０３を塗布した後、Ｏリング１０２の表面にもグリス１０３を塗布し、軸部１００の先端に取り付ける。その後、図４（ｂ）に示すように、軸部１００の先端を胴部１０１の先端（図４の左端）に押込む。最後に、図４（ｃ）に示すように、凸部１０４の外側を全周カシメ加工によって径方向内側に押込むと、凸部１０４の内側突起部は溝部１０５にはまり、軸部１００と胴部１０１とが一体に連結されて、軸方向の分離が防止される。

【0020】

上記構成のコールドプレートにあっては、チューブ４から供給された冷却水がコールドプレート１に接する図示しない発熱部品と熱交換された後、スイベル継手６からチューブ１４を経由してコールドプレート１１に供給される。このコールドプレート１１では、これに接する図示しない発熱部品と冷却水とが熱交換されてスイベル継手１６からチューブ２４を経由してコールドプレート２１に供給される。このコールドプレート２１では、これに接する図示しない発熱部品と冷却水とが熱交換される。さらに、前記冷却水は、スイベル継手２６からチューブ３４を経由して外部へ排出される。

【0021】

このように接続されたコールドプレート１、１１、２１にあっては、スイベル継手６、１６、２６を介してチューブ１４、２４、３４が取り付けられているため、これらのチューブ１４、２４、３４は、それぞれ管軸を中心として回転することができ、したがって、コールドプレート１、１１、２１を発熱部品等に取り付け、あるいは取り外すに際して、チューブ１４、２４、３４が捻れ等の変形をすることが少なく、したがって、捻りに起因するチューブ４、１４、２４、３４の損傷、あるいは劣化に起因する冷却水の漏洩のリスクを低減することができる。

【0022】

図５〜図７を参照して本発明の第２実施形態を説明する。この第２実施形態は、コールドプレートを発熱部品に取り付けて構成された、装置４０に関するものである。なお、図１〜図４と共通の構成要素には同一符号を付し、説明を簡略化する。
図５の装置４０、例えばサーバにおいて、略水平に配置された基板４１には、該基板４１と交差する方向（図５の上下方向）を着脱方向とするコネクタ（雌雄のコネクタのいずれか一方）４２、４３、４４が取り付けられている。
コネクタ４２にはコネクタ（雌雄のコネクタのいずれか他方）５１を介して基板５０が取り付けれ、基板５０には発熱部品５２が取り付けられている。すなわち、この基板５０に形成された導体パターンは、前記コネクタ４２、５１を介して基板４１の導体パターンと電気的に接続されている。
同様に、コネクタ４３にはコネクタ６１を介して基板６０が取り付けれ、基板６０には発熱部品６２が取り付けられ、コネクタ４４にはコネクタ７１を介して基板７０が取り付けれ、基板７０には発熱部品７２が取り付けられている。
発熱部品７２にはコールドプレート１、発熱部品６２にはコールドプレート１１、発熱部品５２にはコールドプレート２１が取り付けられて、チューブ４で外部から供給された冷却水により発熱部品７２、６２、５２は順次冷却され、発熱部品の熱によって温められた冷却水はチューブ３４を通って外部に排出される。

【0023】

すなわち、チューブ４からコールドプレート１に供給された冷却水が、コールドプレート１に接する発熱部品７２と熱交換されてスイベル継手６からチューブ１４を経由してコールドプレート１１に供給される。このコールドプレート１１では、これに接する発熱部品６２と冷却水とが熱交換されてスイベル継手１６からチューブ２４を経由してコールドプレート２１に供給される。このコールドプレート２１では、これに接する発熱部品５２と冷却水とが熱交換される。さらに、前記冷却水は、スイベル継手２６からチューブ３４を通って外部へ排出される。

【0024】

図６、７を参照して、前記コールドプレート１、１１、２１を有する装置における基板の交換等に伴う分解の手順について説明する。
図６に示すように、装置４０の基板５０を交換する場合、基板５０を矢印の方向（図６の上方）に力を加えると、基板４０のコネクタ４１と基板５０のコネクタ５１の嵌合が外れて矢印の方向に移動して、装置４０の外部に取り出される。

【0025】

この時、コールドプレート２１とコールドプレート１１とを接続しているチューブ２４が基板５０の移動に伴って捻れようとするが、コールドプレート１１に取り付けられたスイベル継手１６の軸部１００と胴部１０１とが相対的に回転して、管軸を中心とする方向の回転を許容するため、チューブ２４の捻れの多くを吸収しつつ基板５０を装置４０の外側へ取り出すことが可能となる。
さらに、図７に示すように、基板５０が装置４０の外側に取り出されることにより、発熱部品５２とコールドプレート２１とを分離するために十分な作業スペースが確保され、基板５０の交換が可能となる。

【0026】

また、図７に示す状態で、新たな基板（図示略）へコールドプレート２１を取り付け、当該新たな基板のコネクタ（図示略）を図中矢印と反対方向へ移動させてコネクタ４２に差し込むと、交換作業が終了する。
この新たな基板の取り付けにおいても、スイベル継手２６が回転することにより、チューブ２４、３４の管軸回りの捻れを最小限に抑制して、その損傷を防止することができる。

【0027】

図示例にあっては、供給側のチューブ２４と排出側のチューブ３４とがコールドプレート２１の側面の長手方向に位置をずらして配置されているので、排出側のチューブ３４に取り付けられたスイベル継手２６が回転することにより、チューブ２４と３４との相対的な回転により捻れを容易に吸収することができる。

【0028】

なお、基板、コールドプレートの数は上記各実施形態に限定されるものではない。
またコールドプレートの形状は図示例のような六面体に限定されるものではなく、発熱体へ取り付けられる取り付け面と、供給側、排出側のチューブあるいはスイベル継手を取り付けるための面とを有する他の形状であっても良い。
またスイベル継手は、各コールドプレートの排出側の開口部ではなく、供給側の開口部に設け、あるいは、排出側、供給側の両方の開口部に設けても良い。
またスイベル継手を構成する胴部は、コールドプレートと一体の構成として、これに軸部をカシメにより取り付ける構成であっても、あるいは、軸部と胴部とをカシメで連結した構成のスイベル継手の胴部をコールドプレートにねじ込む構成であっても良い。

【0029】

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0030】

本発明は、発熱部品を有する装置の冷却のためのコールドプレートに利用することができる。

【符号の説明】

【0031】

１、１１、２１ コールドプレート
１ａ，１１ａ、２１ａ 取り付け面
２ 第１の開口部
２Ａ 第２の開口部
３ 本体側接続管（接続管）
４、１４、２４、３４ チューブ
５ チューブ側接続管（接続管）
６、１６、２６ スイベル継手
４０ 装置
４１ 基板
４２、４３、４４ コネクタ
５０、６０、７０ 基板
５１、６１、７１ コネクタ
５２、６２、７２ 発熱部品
１００ 軸部
１０１ 胴部
１０２ Ｏリング
１０３ グリス
１０４ 凸部
１０５ 溝部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】