特許 7261848 電子機器及び冷却モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-12

(45)【発行日】2023-04-20

(54)【発明の名称】電子機器及び冷却モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/427 20060101AFI20230413BHJP

   F28D 15/02 20060101ALI20230413BHJP

   H01L 23/467 20060101ALI20230413BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20230413BHJP

【ＦＩ】

H01L23/46 B

F28D15/02 L

F28D15/02 101M

H01L23/46 C

H05K7/20 R

H05K7/20 B

H05K7/20 H

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021167313

(22)【出願日】2021-10-12

【審査請求日】2021-10-12

(73)【特許権者】

【識別番号】505205731

【氏名又は名称】レノボ・シンガポール・プライベート・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】北村 昌宏

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 諒太

(72)【発明者】

【氏名】内野 顕範

(72)【発明者】

【氏名】上村 拓郎

【審査官】多賀 和宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０７２１６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１４１０８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１７４１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０２４１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／１０５３６４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／３６－２３／４７３

Ｆ２８Ｄ １５／０２

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子機器であって、
筐体と、
前記筐体内に設けられた発熱体と、
前記筐体内に設けられ、前記発熱体が発生する熱を吸熱する冷却モジュールと、
を備え、
前記冷却モジュールは、
複数本が並列されると共に、該並列された全体として前記発熱体よりも幅広に構成され、少なくとも１本が前記発熱体とオーバーラップするように配置された第１ヒートパイプと、
前記第１ヒートパイプと直交した姿勢で該第１ヒートパイプと前記発熱体との間に積層されると共に、第１面が前記発熱体と接続され、第２面が前記第１ヒートパイプと接続された第２ヒートパイプと、
２枚の金属プレートの間に形成した密閉空間に作動流体を封入したプレート型のベーパーチャンバと、
を有し、
前記第２ヒートパイプの両端部は、前記第１ヒートパイプの外側にはみ出した状態で、前記ベーパーチャンバと接続されている
ことを特徴とする電子機器。

【請求項2】

請求項１に記載の電子機器であって、
前記ベーパーチャンバは、一面に前記第１ヒートパイプが接続されると共に、他面に前記第２ヒートパイプが接続され、
前記ベーパーチャンバは、孔部を有し、
前記第２ヒートパイプは、前記孔部を跨ぐように配置されると共に、前記孔部内で前記第２面が前記第１ヒートパイプと接続され、且つ前記孔部を跨いだ前記両端部が前記ベーパーチャンバと接続されている
ことを特徴とする電子機器。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の電子機器であって、
前記冷却モジュールは、
送風ファンと、
前記送風ファンの排気口に面して配置された冷却フィンと、
をさらに有し、
前記冷却フィンには、前記第１ヒートパイプが接続されている
ことを特徴とする電子機器。

【請求項4】

請求項３に記載の電子機器であって、
前記第２ヒートパイプは、前記冷却フィンに接続されていない
ことを特徴とする電子機器。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の電子機器であって、
前記第２ヒートパイプは、複数本が並列され、
各第２ヒートパイプの前記第１面は、いずれも前記発熱体と接続されている
ことを特徴とする電子機器。

【請求項6】

冷却モジュールであって、
複数本が並列された第１ヒートパイプと、
前記第１ヒートパイプと直交した姿勢で積層された第２ヒートパイプと、
送風ファンと、
前記送風ファンの排気口に面して配置され、前記第１ヒートパイプが接続された冷却フィンと、
２枚の金属プレートの間に形成した密閉空間に作動流体を封入したプレート型のベーパーチャンバと、
を備え、
前記第２ヒートパイプの両端部は、前記第１ヒートパイプの外側にはみ出した状態で、前記ベーパーチャンバと接続されている
ことを特徴とする冷却モジュール。

【請求項7】

請求項６に記載の冷却モジュールであって、
前記ベーパーチャンバは、一面に前記第１ヒートパイプが接続されると共に、他面に前記第２ヒートパイプが接続され、
前記ベーパーチャンバは、孔部を有し、
前記第２ヒートパイプは、前記孔部を跨ぐように配置されると共に、前記孔部内で前記第１ヒートパイプと接続され、且つ前記孔部を跨いだ前記両端部が前記ベーパーチャンバと接続されている
ことを特徴とする冷却モジュール。

【請求項8】

請求項６又は７に記載の冷却モジュールであって、
前記第２ヒートパイプは、前記冷却フィンに接続されていない
ことを特徴とする冷却モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷却モジュールを備えた電子機器及び冷却モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

ノート型ＰＣのような電子機器は、ＣＰＵやＧＰＵ等の発熱体と、これら発熱体を冷却するための冷却モジュールとを搭載している。冷却モジュールとしては、ヒートパイプを備えた構成が一般的である（例えば、特許文献１参照）。ヒートパイプは、発熱体が発生する熱を効率よく吸熱し、冷却フィン及び送風ファンまで効率よく輸送することを可能とする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０-０８８２７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１の構成のように、ヒートパイプは、複数本を並列して用いることで、その熱輸送量を高めることができる。ところが、このような構成では、ヒートパイプの幅や並列本数によっては、並列したヒートパイプがＣＰＵ等の発熱体よりも幅広となる場合がある。この場合、発熱体から離れた位置にあるヒートパイプは、発熱体に近い位置にあるヒートパイプよりも受熱量が小さくなり、並列したヒートパイプ全体としての熱効率が低下する要因となる。

【0005】

本発明は、上記従来技術の課題を考慮してなされたものであり、複数本のヒートパイプを並列して用いる場合であっても高い冷却効率を得ることができる冷却モジュールを備えた電子機器及び冷却モジュール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】

本発明の第１態様に係る電子機器は、筐体と、前記筐体内に設けられた発熱体と、前記筐体内に設けられ、前記発熱体が発生する熱を吸熱する冷却モジュールと、を備え、前記冷却モジュールは、複数本が並列されると共に、該並列された全体として前記発熱体よりも幅広に構成され、少なくとも１本が前記発熱体とオーバーラップするように配置された第１ヒートパイプと、前記第１ヒートパイプと直交した姿勢で該第１ヒートパイプと前記発熱体との間に積層されると共に、第１面が前記発熱体と接続され、第２面が前記第１ヒートパイプと接続された第２ヒートパイプと、を有する。

【0007】

本発明の第２態様に係る冷却モジュールは、複数本が並列された第１ヒートパイプと、前記第１ヒートパイプと直交した姿勢で積層された第２ヒートパイプと、送風ファンと、前記送風ファンの排気口に面して配置され、前記第１ヒートパイプが接続された冷却フィンと、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一態様によれば、複数本のヒートパイプを並列して用いる場合であっても高い冷却効率を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、一実施形態に係る電子機器を上から見下ろした模式的な平面図である。

【図2】図２は、冷却モジュールを斜め上方から見た斜視図である。

【図3】図３は、冷却モジュールを斜め下方から見た斜視図である。

【図4】図４は、第１ヒートパイプグループと第２ヒートパイプグループによる熱輸送動作を模式的に示す説明図である。

【図5】図５は、第２ヒートパイプグループを備えた冷却モジュールと、第２ヒートパイプグループを備えない冷却モジュールとの冷却能力の実験結果を示すグラフである。

【図6】図６は、変形例に係る冷却モジュールを示す模式的な平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明に係る電子機器及び冷却モジュールについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

【0011】

図１は、一実施形態に係る電子機器１０を上から見下ろした模式的な平面図である。本実施形態に係る電子機器１０は、ディスプレイ筐体１２と筐体１４とをヒンジ１６で相対的に回動可能に連結したクラムシェル型のノート型ＰＣである。電子機器は、ノート型ＰＣ以外、例えばデスクトップ型ＰＣ、タブレット型ＰＣ、又はゲーム機等でもよい。

【0012】

ディスプレイ筐体１２は、薄い扁平な箱体である。ディスプレイ筐体１２には、ディスプレイ１８が搭載されている。ディスプレイ１８は、例えば有機ＥＬ（ＯＬＥＤ：Organic Light Emitting Diode）や液晶で構成される。

【0013】

以下、筐体１４及びこれに搭載された各要素について、筐体１４の上面に搭載されたキーボード２０を使用する姿勢を基準とし、手前側を前、奥側を後、幅方向を左右、高さ方向（筐体１４の厚み方向）を上下、と呼んで説明する。これらの各方向は説明の便宜上のものであり、実際の製品の方向は筐体１４の使用状態等によって変化することは言うまでもない。

【0014】

筐体１４は、薄い扁平な箱体である。筐体１４の上面には、キーボード２０及びタッチパッド２１が設けられている。筐体１４の後端部は、ヒンジ１６を用いてディスプレイ筐体１２と連結されている。筐体１４の内部には、冷却モジュール２２と、ＣＰＵ２４及びＧＰＵ２５を実装したマザーボード２６（図４参照）と、バッテリ装置とが搭載されている。筐体１４の内部には、さらに各種の電子部品や機械部品が搭載されている。

【0015】

ＣＰＵ（Central Processing Unit）２４は、電子機器１０の主たる制御や処理に関する演算を行う。ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）２５は、３Ｄグラフィックス等の画像描写に必要な演算を行う。図４中の参照符号２５ａは、ＧＰＵ（ダイ）２５が実装されるパッケージ基板である。

【0016】

ＣＰＵ２４及びＧＰＵ２５は、筐体１４内に搭載された電子部品中で最大級の発熱量の発熱体である。そこで、冷却モジュール２２は、ＣＰＵ２４及びＧＰＵ２５が発生する熱を吸熱及び拡散し、さらに筐体１４外へと排出する。冷却モジュール２２は、ＣＰＵ２４等を実装したマザーボードの下面（ＣＰＵ２４等の実装面の下）に積層される。

【0017】

図２は、冷却モジュール２２を斜め上方から見た斜視図である。図３は、冷却モジュール２２を斜め下方から見た斜視図である。

【0018】

図２及び図３に示すように、冷却モジュール２２は、３本１組で構成された第１ヒートパイプグループ２７と、３本１組で構成された第２ヒートパイプグループ２８と、２本１組で構成された第３ヒートパイプグループ２９とを備える。さらに冷却モジュール２２は、左右に並んだベーパーチャンバ３０，３１と、左右一対の冷却フィン３２，３３と、左右一対の送風ファン３４，３５とを備える。

【0019】

図２及び図３に示すように、ベーパーチャンバ３０，３１は、熱拡散用のプレート状部材である。２つのベーパーチャンバ３０，３１は大きさや形状が異なるが、基本的な構成は共通している。ベーパーチャンバ３０，３１は、２枚の薄い金属プレート（例えば銅又はアルミニウム）の間に密閉空間を形成し、この密閉空間に作動流体を封入したプレート型の熱輸送デバイスである。作動流体としては、例えば水、代替フロン、アセトン又はブタン等を例示できる。作動流体は、密閉空間内で相変化を生じながら流通する。密閉空間内には、凝縮した作動流体を毛細管現象で送液するウィックが配設される。ベーパーチャンバ３０，３１は、銅やアルミニウム等のプレートで代用してもよい。

【0020】

一方のベーパーチャンバ３０は、ＣＰＵ２４と上下方向にオーバーラップしている。このベーパーチャンバ３０の上面は、受熱板３８を介してＣＰＵ２４と接続される（図２参照）。受熱板３８は、銅やアルミニウム等の熱伝導率が高い金属で形成されたプレートである。受熱板３８は省略してもよいし、熱伝導グリース等のサーマルインターフェースマテリアル（TIM）で代用してもよい。

【0021】

他方のベーパーチャンバ３１は、ＧＰＵ２５の周囲を囲むように配置されている。このベーパーチャンバ３１は、ＧＰＵ２５が挿入される矩形状の孔部３１ａを有する。図２及び図３中の参照符号３６は、ベーパーチャンバ３１の前縁部に連結され、前方に突出した銅やアルミニウムの金属プレートである。

【0022】

図２及び図３に示すように、冷却フィン３２，３３は、ヒートパイプグループ２７，２９が輸送した熱を放熱する部品である。２つの冷却フィン３２，３３は大きさや形状が異なるが、基本的な構成は共通している。冷却フィン３２，３３は、複数のプレート状のフィンをプレートの表面で左右方向に等間隔に並べた構造である。各フィンは、上下方向に起立し、前後方向に延在している。隣接するフィンの間には、送風ファン３４，３５から送られた空気が通過する隙間が形成されている。冷却フィン３２，３３は、アルミニウムや銅のような高い熱伝導率を有する金属で形成されている。

【0023】

一方の冷却フィン３２は、ベーパーチャンバ３０の側部で送風ファン３４の後面（排気口３４ａ）に面して配置される。他方の冷却フィン３３は、ベーパーチャンバ３１の側部で送風ファン３５の後面（排気口３５ａ）に面して配置される。

【0024】

図２及び図３に示すように、送風ファン３４，３５は、冷却フィン３２，３３を送風するためのファンである。２つの送風ファン３４，３５は大きさや形状が異なるが、基本的な構成は共通している。送風ファン３４，３５は、ファン筐体の内部に収容されたインペラをモータによって回転させる遠心ファンである。送風ファン３４は、冷却フィン３２の直前に配置されている。送風ファン３５は、冷却フィン３３の直前に配置されている。図２及び図３中の参照符号３４ｂ，３５ｂは、それぞれファン筐体の下面を形成する金属カバーであり、冷却フィン３２，３３やヒートパイプ２７ａ，２９ｂ等の取付台を兼用している。

【0025】

送風ファン３４は、ファン筐体の上下面にそれぞれ吸気口３４ｃ，３４ｄが開口している。送風ファン３５は、ファン筐体の上下面にそれぞれ吸気口３５ｃ，３５ｄが開口している。送風ファン３４，３５は、それぞれ各吸気口３４ｃ，３４ｄ，３５ｃ，３５ｄから吸い込んだ筐体１４内の空気を排気口３４ａ，３５ａから排出する。排気口３４ａ，３５ａからの送風は、冷却フィン３２，３３を通過し、放熱を促進する。

【0026】

図２及び図３に示すように、第１ヒートパイプグループ２７は、主としてＧＰＵ２５の熱を冷却フィン３３に輸送するためのパイプ型の熱輸送デバイスである。第１ヒートパイプグループ２７は、３本の第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃを並列したものである。第１ヒートパイプグループ２７を構成する第１ヒートパイプは、２本以上であればよい。

【0027】

第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃは、金属パイプを薄く扁平に潰して断面楕円形状に形成したものであり、金属パイプ内に形成された密閉空間に作動流体が封入されている。金属パイプの材質及び作動流体の種類は、上記したベーパーチャンバ３０，３１のものと同一又は同様でよい。作動流体は、密閉空間内で相変化を生じながら流通する。密閉空間内には、凝縮した作動流体を毛細管現象で送液するウィックが配設される。ウィックは、例えば金属製の細線を綿状に編んだメッシュや微細流路等の多孔質体で形成される。

【0028】

第１ヒートパイプグループ２７は、一部に第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃが並列した並列部２７Ａを有する。並列部２７Ａは、少なくともＧＰＵ２５と上下方向にオーバーラップする位置に設けられる。並列部２７Ａは、３本の第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃが並列した全体幅がＧＰＵ２５よりも幅広である。つまり並列部２７Ａは、平面視でＧＰＵ２５の外側にはみ出している。

【0029】

第１ヒートパイプグループ２７は、少なくとも１本の第１ヒートパイプ（例えば中央の第１ヒートパイプ２７ｂ）がＧＰＵ２５とオーバーラップしていればよい。例えば図４に示す構成例では、中央にある２本の第１ヒートパイプ２７ｂ，２７ｃがＧＰＵ２５とオーバーラップし、両端の第１ヒートパイプ２７ａ，２７ｄはＧＰＵ２５とオーバーラップしていない。なお、図３に示す構成例では、各第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃがＧＰＵ２５とオーバーラップしている。

【0030】

第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃの大部分はベーパーチャンバ３１の下面に半田付け等で接合されている。このうち、２本の第１ヒートパイプ２７ａ，２７ｂは、全長に亘って互いに並列し、平面視で略Ｌ字状に延在している。残りの第１ヒートパイプ２７ｃは、平面視で略Ｊ字状に延在している。

【0031】

第１ヒートパイプ２７ａ，２７ｂは、前端部付近が受熱部（蒸発部）２７Ｂとなる。第１ヒートパイプ２７ｃは、後端部及びその周辺部が受熱部２７Ｂとなる。つまり第１ヒートパイプグループ２７は、第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃが並列した並列部２７Ａが受熱部２７Ｂとなる。この受熱部２７Ｂは、ベーパーチャンバ３１の孔部３１ａ内で第２ヒートパイプグループ２８と積層され、互いに半田付け等で接合される。

【0032】

第１ヒートパイプ２７ａ，２７ｂは、右端部及びその周辺部が放熱部（凝縮部）２７Ｃとなる。放熱部２７Ｃは、冷却フィン３２の下面に半田付け等で接合される。第１ヒートパイプ２７ｃは、前端部及びその周辺部が放熱部（凝縮部）２７Ｄとなる。放熱部２７Ｄは、金属プレート３６の下面に半田付け等で接合される。なお、第１ヒートパイプ２７ａ，２７ｂの前端部も金属プレート３６の下面に半田付け等で接合される。

【0033】

図２及び図３に示すように、第２ヒートパイプグループ２８は、ＧＰＵ２５が発生する熱を第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃに均等に分配するためのパイプ型の熱輸送デバイスである。第２ヒートパイプグループ２８は、３本の第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃを並列したものである。第２ヒートパイプグループ２８を構成する第２ヒートパイプは、１本以上であればよい。

【0034】

第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃは、長さや経路が異なる以外、基本的な構成は上記した第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃと同一である。すなわち第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃについても、扁平に潰した金属パイプ内の密閉空間にウィックを配設し、作動流体を封入したものである。

【0035】

第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃは、それぞれ直線状に延在し、その全長で互いに並列している。第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃは、その延在方向（左右方向）が第１ヒートパイプグループ２７の並列部２７Ａの延在方向（前後方向）と直交した姿勢とされている。換言すれば、第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃの並列部２７Ａでの熱輸送方向と、第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃの熱輸送方向とが互いに直交している。なお、ヒートパイプは、完全な直線に形成することは難しく、また複数本のヒートパイプを完全に平行に配置することも難しい。従って、本出願において、両パイプが直交しているとは、厳密な意味ではなく、両パイプが９０度で直交している場合の他、多少の角度や向きの違いも含む概念である。

【0036】

第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃは、ＧＰＵ２５と第１ヒートパイプグループ２７の並列部２７Ａとの間に積層されている。第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃは、その上面（第１面４０ａ）が受熱板４１を介してＧＰＵ２５と接続される（図２参照）。第２ヒートパイプグループ２８は、これを構成する全ての第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃの第１面４０ａがいずれも受熱板４１と当接することで、各第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃがそれぞれＧＰＵ２５からの熱を効率よく受け取ることができる。受熱板４１は、銅やアルミニウム等の熱伝導率が高い金属で形成されたプレートである。受熱板４１は省略してもよいし、熱伝導グリース等のサーマルインターフェースマテリアルで代用してもよい。

【0037】

第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃは、その長手方向の略中央部がＧＰＵ２５とオーバーラップする位置にある。つまり第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃは、ＧＰＵ２５と接続された長手方向の略中央部が受熱部（蒸発部）２８Ａとなり、長手方向の中央部以外の両端部分が放熱部（凝縮部）２８Ｂとなる。第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃの両端は、第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃの外側にはみ出している。

【0038】

第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃは、その下面（第２面）４０ｂが第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃの並列部２７Ａ及びベーパーチャンバ３１の上面と半田付け等で接合される。第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃと第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃとは、熱伝導グリース等のサーマルインターフェースマテリアルで接続されてもよい。第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃは、孔部３１ａを跨ぐように配置されている。このため、第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃは、中央の受熱部２８Ａが孔部３１ａ内で第１ヒートパイプグループ２７の並列部２７Ａと接続される。

【0039】

第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃは、孔部３１ａを跨いだ両側の放熱部２８Ｂがベーパーチャンバ３１に半田付け等で接続されている。

【0040】

図２及び図３に示すように、第３ヒートパイプグループ２９は、主としてＣＰＵ２４の熱を冷却フィン３２，３３に輸送するためのパイプ型の熱輸送デバイスである。第３ヒートパイプグループ２９は、２本の第３ヒートパイプ２９ａ，２９ｂを並列したものである。第３ヒートパイプグループ２９を構成する第３ヒートパイプは、１本以上であればよい。

【0041】

第３ヒートパイプ２９ａ，２９ｂは、長さや経路が異なる以外、基本的な構成は上記したヒートパイプ２７ａ～２７ｃ，２８ａ～２８ｃと同一である。すなわち第３ヒートパイプ２９ａ，２９ｂについても、扁平に潰した金属パイプ内の密閉空間にウィックを配設し、作動流体を封入したものである。

【0042】

第３ヒートパイプ２９ａは、中央部が前側に湾曲しており、全体として左右方向に延在している。第３ヒートパイプ２９ｂは、略Ｍ字状に湾曲している。第３ヒートパイプ２９ａ，２９ｂは、受熱部となる略中央部が互いに並列し、ＣＰＵ２４とオーバーラップした位置でベーパーチャンバ３０の下面に半田付け等で接合される。第３ヒートパイプ２９ａは、左端部（放熱部）が冷却フィン３２の半下面に田付け等で接合され、右端部（受熱部）が冷却フィン３３の下面に田付け等で接合される。第３ヒートパイプ２９ｂは、左端部（放熱部）が冷却フィン３２の下面に田付け等で接合され、前端部（放熱部）が第１ヒートパイプ２７ａの側方でベーパーチャンバ３１及び金属プレート３６の下面に半田付け等で接合される。

【0043】

以上のように構成された冷却モジュール２２では、ＣＰＵ２４が発生した熱は、ベーパーチャンバ３０で吸熱及び拡散されると共に、第３ヒートパイプ２９ａ，２９ｂを介して冷却フィン３２，３３まで効率よく輸送された後、送風ファン３４，３５の送風によって筐体１４の外部へと排出される。また、第３ヒートパイプ２９ｂは、その前端部からベーパーチャンバ３１や金属プレート３６へも放熱する。

【0044】

一方、ＧＰＵ２５が発生した熱は、その直下に受熱板４１を介して接続された第２ヒートパイプグループ２８に伝達された後、各ヒートパイプ２８ａ～２８ｃで輸送されつつ、第１ヒートパイプグループ２７に伝達される。その結果、ＧＰＵ２５の熱は、第１ヒートパイプ２７ａ，２７ｂを介して冷却フィン３３まで効率よく輸送された後、送風ファン３５の送風によって筐体１４の外部へと排出される。また、第１ヒートパイプ２７ｃに伝達された熱は、ベーパーチャンバ３１や金属プレート３６へも放熱される。

【0045】

ここで、図４及び図５を参照して、互いの熱輸送方向が直交配置されたヒートパイプグループ２７，２８による熱輸送動作及びその作用効果についてより具体的に説明する。

【0046】

図４は、第１ヒートパイプグループ２７と第２ヒートパイプグループ２８による熱輸送動作を模式的に示す説明図である。図４では、第１ヒートパイプグループ２７として４本の第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｄを並列し、第２ヒートパイプグループ２８として３本の第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｄを並列した構成を例示している。図４中に１点鎖線で示す矢印は、熱の流れを模式的に示したものである。

【0047】

図４に示すように、本実施形態に係る冷却モジュール２２では、ＧＰＵ２５が発生した熱は、先ず受熱板４１を介して第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃが効率よく吸熱する。第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃは、その下に積層された第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｄと直交した姿勢で配置されている。このため、第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃは、ＧＰＵ２５から受けた熱を第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｄの並び方向（左右方向）に沿って高効率に輸送する。この際、第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃが輸送する熱は、その下面に積層された第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｄで適宜吸熱される。そして、第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｄは、第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃから受けた熱を冷却フィン３３等に高効率に輸送する。

【0048】

以上より、本実施形態の冷却モジュール２２は、図３及び図４に示すように、第１ヒートパイプグループ２７が複数本の第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃ（２７ｄ）で構成されている。第１ヒートパイプグループ２７は、全体での熱輸送量を十分に確保すると同時に、冷却フィン３３や金属プレート３６等の各方面に迅速に熱輸送する必要があるためである。このため、複数本が並列された第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃ（２７ｄ）は、平面視でＧＰＵ２５からはみ出してしまう。この部分はＧＰＵ２５の熱を直接受けることができず、隣接するヒートパイプとの接触部分のみで熱を受けることとなり、熱効率が低い。

【0049】

そこで、冷却モジュール２２は、第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃを備えることにより、ＧＰＵ２５からの熱を第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃ（２７ｄ）のそれぞれに効率よく且つ均等に伝達することができる。その結果、冷却モジュール２２は、複数本の第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃ（２７ｄ）を用いた場合でも、各第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃ（２７ｄ）がＧＰＵ２５からの熱を略均等に受熱でき、全体として高い熱輸送量が得られ、高い冷却効率が得られる。

【0050】

図５は、第２ヒートパイプグループ２８を備えた冷却モジュール２２と、第２ヒートパイプグループ２８を備えない冷却モジュールとの冷却能力の実験結果（シミュレーション結果）を示すグラフである。図５中に実線で示すグラフ（１）は、本実施形態の冷却モジュール２２でのＧＰＵ２５の温度の時間変化を示す。図５中に破線で示すグラフ（２）は、冷却モジュール２２から第２ヒートパイプグループ２８を除いた比較例に係る構成でのＧＰＵ２５の温度の時間変化を示す。図５において、横軸は経過時間（分）であり、縦軸はＧＰＵ２５の温度（℃）である。

【0051】

グラフ（１）に示されるように、本実施形態の冷却モジュール２２は、図５中のグラフ（２）に示される比較例と比べて、時間経過に対するＧＰＵ２５の温度上昇率が抑えられ、常に低温状態を維持できることが分かった。このことから、第２ヒートパイプグループ２８による第１ヒートパイプグループ２７への熱分配効果がＧＰＵ２５の冷却に対して極めて有効であることが示された。

【0052】

すなわち、当該冷却モジュール２２は、ＧＰＵ２５の熱を迅速に第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃで吸熱し、第１ヒートパイプ２７ａ，２７ｂで冷却フィン３３まで輸送できる。このため、第２ヒートパイプグループ２８を持たない従来の構成に比べて、本実施形態の冷却モジュール２２は、ＧＰＵ２５の吸熱時のタイムラグが少なく、ＧＰＵ２５の温度上昇のスピードを抑制でき、ターボ運転時間を延長できる。その結果、当該冷却モジュール２２は、ＧＰＵ２５のパフォーマンスを最大限に発揮させることができる。

【0053】

また、グラフ（１）に係る本実施形態の冷却モジュール２２は、環境温度２５℃、発生ノイズ４８ｄＢ、ＣＰＵ出力５５Ｗ、及びＧＰＵ出力４５Ｗの実験条件での定常運転において、ＣＰＵ２４の温度は６０．１℃であり、ＧＰＵ２５の温度は５９．４℃であった。一方、同一条件下、グラフ（２）に係る比較例では、ＣＰＵ２４の温度は５９．６℃であったが、ＧＰＵ２５の温度は６５．６℃であった。つまり当該定常運転時、本実施形態の冷却モジュール２２は、比較例の構成に比べて、ＣＰＵ２４よりも高温になり易いＧＰＵ２５の温度を６．２℃低下させることができた。なお、本実施形態の冷却モジュール２２のＣＰＵ２４の温度が比較例の場合よりも僅かに高温であったのは、実験による誤差の範囲であると推測できる。

【0054】

メインの熱輸送手段となる第１ヒートパイプグループ２７への熱分配を行うサブの熱輸送手段となる第２ヒートパイプグループ２８と同様な構成は、第３ヒートパイプグループ２９に適用してもよい。この場合は、ＣＰＵ２４とオーバーラップする位置に、第２ヒートパイプグループ２８と同様な１又は複数のヒートパイプを第３ヒートパイプ２９ａ，２９ｂと直交するように配置すればよい。勿論、第１ヒートパイプグループ２７及び第２ヒートパイプグループ２８をＣＰＵ２４の冷却に用いた構成としてもよい。なお、第３ヒートパイプグループ２９は必須ではない。また、第１ヒートパイプグループ２７の熱輸送先は、冷却フィン以外、例えば筐体１４内の低温領域としてもよい。つまり冷却フィン３２，３３、送風ファン３４，３５、ベーパーチャンバ３０，３１、及び金属プレート３６も、冷却モジュール２２や筐体１４内の構成等によっては適宜省略される。

【0055】

ところで、従来、第３ヒートパイプグループ２９のように、ＧＰＵ２５やＣＰＵ２４の熱をベーパーチャンバで広げつつ、ヒートパイプで冷却フィンまで輸送する構成は提案されている。ところが、ベーパーチャンバは、ヒートパイプに比べてコストが高い。この点、本実施形態は、第２ヒートパイプグループ２８で熱を広げる構成としているため、コストも抑制できる。さらにベーパーチャンバは、熱源から同心円状に熱を広げる特性を有するが、ヒートパイプは直線的に指向性を持った熱輸送を行う。このため、当該冷却モジュール２２は、ＧＰＵ２５の熱を第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃで第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃ（２７ｄ）の並列方向に迅速に広げることができ、ベーパーチャンバを用いた構成よりも熱効率が高い。

【0056】

なお、例えば、第２ヒートパイプグループ２８を省略し、第１ヒートパイプを１本構成としてパイプ径を太くすることで熱輸送量を高める構成も考えられる。ところが、この場合は、第１ヒートパイプの素管径が太くなるため、扁平に潰した際の幅が広くなる。その結果、冷却フィン３３の奥行（前後寸法）を大きくする必要を生じ、マザーボード２６やバッテリ装置の設置スペースを圧迫する懸念がある。この点、当該冷却モジュール２２は、第１ヒートパイプを幅広にしなくても高い冷却性能が得られるため、システム寸法・システムレイアウトへの影響を最小限に抑えることができるという利点もある。

【0057】

ところで、通常、ヒートパイプの両端は、封止のために潰されており、熱伝達や熱輸送にほとんど寄与しないデッドスペースとなっている。そこで、本実施形態の冷却モジュール２２は、図２～図４に示すように、第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃの両端を第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃ（２７ｄ）よりも外側にはみ出させている。その結果、第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃと第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃ（２７ｄ）との間の熱伝達効率が一層向上する。なお、第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃが第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃ（２７ｄ）からはみ出した部分は、ベーパーチャンバ３１に接続されている。このため、第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃは、第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｃと熱交換されなかった余剰の熱をベーパーチャンバ３１に放熱可能となっている。

【0058】

図６は、変形例に係る冷却モジュール５０を示す模式的な平面図である。図６において、図１～図４に示される参照符号と同一の参照符号は、同一又は同様な構成を示し、このため同一又は同様な機能及び効果を奏するものとして詳細な説明を省略する。

【0059】

図６に示すように、冷却モジュール５０は、４本の第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｄを１組とする第１ヒートパイプグループ２７を左右対称に２セット備える。そして、冷却モジュール５０は、左右の第１ヒートパイプグループ２７の並列部２７Ａ，２７Ａを跨ぐように第２ヒートパイプグループ２８を構成する第２ヒートパイプ２８ａ～２８ｃを積層している。この場合も、第２ヒートパイプグループ２８は、ＣＰＵ２４又はＧＰＵ２５と第１ヒートパイプグループ２７，２７との間に積層されている。ＣＰＵ２４とＧＰＵ２５は隣接して並べて配置してもよい。

【0060】

冷却モジュール５０では、第１ヒートパイプグループ２７の本数が多いため、特に第１ヒートパイプ２７ｂ～２７ｄはＣＰＵ２４又はＧＰＵ２５から遠く離間している。しかしながら、このような冷却モジュール５０においても、第２ヒートパイプグループ２８の熱分配効果により、各第１ヒートパイプ２７ａ～２７ｄをいずれも有効に活用した熱輸送が可能となる。

【0061】

なお、図６では、図中で左端の第１ヒートパイプ２７ｄを送風ファン３５の側部まで延出し、送風ファン３５の側部に設けた第２排気口３５ｅに面した冷却フィン５２に接合した構成も例示している。すなわち、図２及び図３に示す冷却モジュール２２においても、送風ファン３４，３５の側部に第２排気口及び冷却フィンを設け、例えば冷却フィン３３に接続されない第１ヒートパイプ２７ｃをここに接続してもよい。

【0062】

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

【符号の説明】

【0063】

１０ 電子機器
１４ 筐体
２２，５０ 冷却モジュール
２４ ＣＰＵ
２５ ＧＰＵ
２７ 第１ヒートパイプグループ
２７ａ～２７ｄ 第１ヒートパイプ
２８ 第２ヒートパイプグループ
２８ａ～２８ｃ 第２ヒートパイプ
３２，３３，５２ 冷却フィン
３４，３５ 送風ファン

【要約】

【課題】複数本のヒートパイプを並列して用いる場合であっても高い冷却効率を得ることができる冷却モジュールを備えた電子機器及び冷却モジュールを提供する。
【解決手段】電子機器は、筐体と、筐体内に設けられた発熱体と、筐体内に設けられ、発熱体が発生する熱を吸熱する冷却モジュールとを備える。冷却モジュールは、複数本が並列されると共に、並列された全体として発熱体よりも幅広に構成され、少なくとも１本が発熱体とオーバーラップするように配置された第１ヒートパイプと、第１ヒートパイプと直交した姿勢で第１ヒートパイプと発熱体との間に積層されると共に、第１面が発熱体と接続され、第２面が第１ヒートパイプと接続された第２ヒートパイプとを有する。
【選択図】図４

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】