專利名稱：電子設備的冷卻系統(tǒng)及使用該冷卻系統(tǒng)的電子設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及被稱為臺式或筆記本式的個人計算機或服務器等電子設備，特別是涉及可高效率地冷卻搭載于其內部的作為發(fā)熱元件的半導體集成電路元件的電子設備的冷卻系統(tǒng)及使用其的電子設備。
背景技術：
被稱為臺式或筆記本式的個人計算機或服務器等電子設備中的作為發(fā)熱元件的半導體集成電路元件特別是以CPU(中央處理器)為代表的發(fā)熱元件為了確保其正常的動作通常需要冷卻。為此，過去一般通過使用一體形成被稱為散熱片的翅片的傳熱體和向其送冷卻風的風扇從而實現(xiàn)其冷卻。然而，近年來，作為上述發(fā)熱元件的半導體集成電路元件的不斷的小型化和高集成化產生發(fā)熱元件的發(fā)熱部位的局部化等，為此，作為過去的空冷式的冷卻系統(tǒng)的替代，使用例如水等制冷劑的冷卻效率高的液冷式的冷卻系統(tǒng)引人注目。
即，在上述被稱為臺式或筆記本式的個人計算機或服務器等中使用的冷卻效率高的液冷式的冷卻系統(tǒng)例如已由以下專利文獻1～5得知的那樣，一般在作為發(fā)熱體的CPU的表面直接搭載所謂的吸熱(冷卻)套的構件，另一方面，使液狀的制冷劑在形成于該吸熱套的內部的流路內流通，將來自CPU的發(fā)熱傳遞到在上述套內流動的制冷劑，由此按高效率冷卻發(fā)熱體。在該液冷式的冷卻系統(tǒng)中，通常形成將上述冷卻套作為吸熱部的熱循環(huán)，具體地說，具有使上述液體制冷劑在循環(huán)內循環(huán)的循環(huán)泵、將上述液體制冷劑的熱量放出到外部的放熱部即所謂的散熱器、及根據(jù)需要設于循環(huán)的一部分的制冷劑槽，通過金屬制的管或橡膠等彈性體制的管連接它們而構成。
另一方面，過去，作為用于擴散(傳遞)來自搭載于電子設備的半導體元件等發(fā)熱體的熱的裝置，例如在由高導熱性材料構成的上板與下板的接合面上形成環(huán)狀槽，使該環(huán)狀槽相對地重合該兩板而將其接合，從而在其內部形成熱管的熱擴散板已例如由以下的專利文獻6所公開。
此外，一般作為輸送來自發(fā)熱體的熱的熱輸送元件，例如已知通過驅動封入內部的流體從而輸送熱的元件。例如，在以下的專利文獻7所示的裝置中，為了從在其上搭載了多個半導體元件(發(fā)熱體)的配線基板輸送熱量，形成的液體流路的一部分由毛細管構成，而且在該一部分具有電加熱單元，從而對毛細管內部的液體進行脈沖性加熱使其劇沸，由伴隨著該劇沸時的氣化的急劇的壓力上升驅動上述液體。關于利用液體的振動傳遞熱量的原理，例如在以下的非專利文獻1中進行了詳細說明。另外，使用熱管或內裝有利用液體的振動傳遞熱量的裝置的容器分散消耗電力大的半導體芯片的發(fā)熱的構造公開于以下的非專利文獻的圖10。
(專利文獻1)日本特開2003-304086號公報(專利文獻2)日本特開2003-22148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(專利文獻6)日本特開2002-130964號公報(專利文獻7)日本特開平7-286788號公報(非專利文獻1)小澤守等5人，“液體振動對傳熱的促進”(第228～235頁)，50卷530號(1990-10)，日本機械學會論文集(B冊)(非專利文獻2)Z.J.Zuo，L.R.Hoover and A.L.Phillips，“Anintegrated thermal architecture for thermal management of highpower electronics”，第317～336頁，Thermal Challenges in NextGeneration Electronic System (PROCEEDINGS OFINTERNATIONAL CONFERENCE THERMES 2002)，SANTAFE，NEW MEXICO，USA，13-16 JANUARY 2002
可是，在用于上述被稱為臺式或筆記本式的個人計算機或服務器等的已有技術的液冷式的冷卻系統(tǒng)中，直接搭載到上述冷卻效果高的吸熱(冷卻)套實現(xiàn)CPU那樣的發(fā)熱元件的冷卻，但通常作為發(fā)熱元件的CPU特別是隨著近年的半導體元件的高集成度化，其表面積也變小。而吸熱(冷卻)套由于為液體制冷劑在其內部的流路流動的構成，所以，其表面積大，為此，作為發(fā)熱元件的CPU接觸該吸熱(冷卻)套的表面積非常小。
在這樣作為發(fā)熱元件的CPU接觸于該吸熱(冷卻)套的面積非常小的場合，在CPU內發(fā)生的熱擴散到與上述吸熱(冷卻)套的接觸面和其周邊部，此后，傳遞到在套內流動的液體制冷劑而排出到外部，但在其接觸面積小的場合，即使熱多少也排出到其周邊，也不擴散到套的整體，為此，吸熱(冷卻)套對發(fā)熱元件的冷卻效率下降。即，在離開與CPU的接觸位置較遠的位置，不能充分地進行發(fā)熱向在套內流動的液體制冷劑的傳遞，為此，不能充分利用吸熱(冷卻)套的冷卻能力，僅利用其一部分能力。

發(fā)明內容
因此，在本發(fā)明中，鑒于該已有技術的問題，提供一種通過適于在上述被稱為臺式或筆記本式的個人計算機或服務器等中使用、利用使充填于傳熱性構件的內部的導熱性的液體振動而促進熱輸送和擴散的熱輸送和擴散元件從而提高冷卻效率的冷卻系統(tǒng)和具有該冷卻系統(tǒng)的電子設備。
即，按照本發(fā)明，為了達到上述目的，首先提供一種電子設備的冷卻系統(tǒng)，該電子設備的冷卻系統(tǒng)在箱體內或其一部分搭載為了確保其正常動作而需要冷卻的發(fā)熱的半導體元件；其中在該箱體內或其一部分具有熱連接于上述半導體元件的熱擴散元件，該熱擴散元件在由傳熱性構件構成的板狀構件的內部封入潛熱大的工作流體，并在其一部分設置使該導熱性的液體振動的促動器，上述熱擴散元件在其一方的表面搭載上述發(fā)熱半導體元件，將來自上述發(fā)熱半導體元件的熱輸送到該熱擴散元件的另一方的表面，因此，從上述另一方的表面?zhèn)鳠帷?br> 另外，按照本發(fā)明，在上述電子設備的冷卻系統(tǒng)中，可在上述熱擴散元件的另一方的表面安裝散熱板，也可安裝熱連接到上述半導體元件的、將其發(fā)熱傳遞到在內部振動的液體制冷劑而冷卻的冷卻套。另外，最好由在2個支承體的周圍卷裝的加熱線構成使充填到上述熱擴散元件內的上述導熱性的液體振動的促動器，特別是最好使上述加熱線為鎳鉻耐熱合金線。另外，按照本發(fā)明，最好在上述板狀構件的內部使由卷裝于上述2個支承體的周圍的加熱線構成的促動器接近上述另一方的面，浸漬配置到充填的上述驅動流體內，另外，最好在上述板狀構件的上述一方的表面的內側壁面的接近上述促動器的部分實施親水處理。
另外，按照本發(fā)明，為了達到上述目的，提供一種電子設備，該電子設備在箱體內搭載為了確保其正常動作而需要冷卻的發(fā)熱的半導體元件；其中在該箱體內或其一部分設置有液冷系統(tǒng)；該液冷系統(tǒng)至少具有熱連接于半導體元件的、用于將其發(fā)熱傳遞到在內部流過的液體制冷劑的冷卻套，將在上述冷卻套中傳遞到液體制冷劑的熱量放出到設備的外部的散熱器，及在包含上述冷卻套和上述散熱器的回路中使上述液體制冷劑循環(huán)的循環(huán)泵；在該構成中，上述冷卻套通過用于擴散來自上述發(fā)熱半導體元件的熱的熱擴散單元接觸于上述發(fā)熱半導體元件的表面。
另外，按照本發(fā)明，在上述電子設備中，用于將來自上述發(fā)熱半導體元件的熱輸送到上述冷卻套的上述熱擴散單元由設有在其內部封入進行振動的潛熱大的工作流體的密閉空間而且具有與上述冷卻套的表面大體相同表面形狀的傳熱性優(yōu)良的板狀構件構成，在其一部分設置浸漬到該工作流體、用于使該工作流體振動的促動器。另外，按照本發(fā)明，在內部封入進行振動的潛熱大的工作流體的上述熱擴散單元的上述密閉空間在其一部分形成將氣體封入到內部的緩沖部。另外，在上述內部封入振動的潛熱大的工作流體的上述密閉空間在上述熱擴散單元的內部并列形成多個，而且由上述緩沖部連接其一端，形成為梳齒狀。另外，在上述電子設備中，上述熱擴散單元具有接觸于封入到上述密閉空間內的工作流體的一部分地設置的加熱單元，向上述加熱單元供給脈沖狀的電力，對上述工作流體施加振動。
另外，按照本發(fā)明，為了達到上述目的，提供一種電子設備，該電子設備在箱體內搭載為了確保其正常動作而需要冷卻的發(fā)熱的半導體元件；其中在該箱體內或其一部分設置有熱連接于上述半導體元件的熱擴散元件和散熱板；該熱擴散元件在由傳熱性構件構成的板狀構件的內部充填導熱性的液體，并在其一部分設置有使該導熱性的液體振動的促動器，并且該熱擴散元件將上述發(fā)熱半導體元件搭載到其一方的表面上，擴散來自上述發(fā)熱半導體元件的熱，輸送到該熱擴散元件的另一方的表面，上述散熱板安裝于上述熱擴散元件的另一方的表面，通過該熱擴散元件輸送的來自上述發(fā)熱半導體元件的熱從其表面?zhèn)鬟f到外部。
即，按照上述本發(fā)明，可通過利用上述的熱擴散元件和單元將例如由于CPU等元件的小型化、高集成化而在小面積化的發(fā)熱元件發(fā)生的熱以高效率傳遞到散熱板或冷卻套，所以，可提高發(fā)熱元件的冷卻效率。
另外，特別是通過將熱擴散元件和單元安裝到散熱板或冷卻套，將來自發(fā)熱元件的發(fā)熱通過熱擴散元件和單元傳遞到散熱板或冷卻套，從而可在由該熱擴散元件和單元沿散熱板或冷卻套的足夠的區(qū)域寬范圍地對熱進行輸送和擴散后，傳遞到接觸的氣體或液體的制冷劑，排出到外部。這樣，按照上述熱擴散元件和單元的作用，由上述發(fā)熱元件發(fā)生的熱向散熱板或冷卻套的傳遞面積顯著增大，從而使發(fā)熱元件的冷卻效率提高。
特別是在將熱擴散元件安裝到液體制冷劑在其內部流動的冷卻套的場合，即使在離開與CPU的接觸位置較遠的位置，也可確實地進行熱向在上述冷卻套內流動的液體制冷劑的傳遞，為此，可充分地利用冷卻套的冷卻能力。該冷卻系統(tǒng)特別是適合用于被稱為臺式或筆記本式的個人計算機或服務器等電子設備。


圖1為用于示出本發(fā)明一實施例的電子設備的冷卻系統(tǒng)的特別是吸熱套和熱擴散板的具體構成的一例的局部展開透視圖。
圖2為用于示出本發(fā)明一實施例的電子設備的特別是其電子回路部的冷卻系統(tǒng)的透視圖。
圖3為示出搭載了上述冷卻系統(tǒng)的例如臺式個人計算機內部的各部配置的一例的局部展開透視圖。
圖4為示出在形成于上述熱擴散板的多個槽的內部分別設置的加熱元件的一例的局部放大透視圖。
圖5為用于示出上述熱擴散板的熱擴散動作的原理的、示出上述槽和其內部的加熱元件的局部放大透視斷面圖。
圖6為用于示出上述熱擴散板的熱擴散動作的原理的、示出上述熱擴散板、吸熱套、及CPU的斷面圖。
圖7為示出本發(fā)明的電子裝置的冷卻系統(tǒng)的、特別是上述熱擴散板的另一實施例的構造的包含局部斷面的透視圖。
圖8為示出本發(fā)明的電子裝置的冷卻系統(tǒng)的、上述熱擴散板的再另一實施例的構造的斷面圖和上面圖。
圖9為示出本發(fā)明的電子裝置的冷卻系統(tǒng)的、上述熱擴散板的再另一構造的上面圖。
圖10仍然為示出本發(fā)明的電子裝置的冷卻系統(tǒng)的、上述熱擴散板的再另一構造的上面圖。
圖11為本發(fā)明另一實施例的熱擴散板(散熱構件)的配置加熱元件的部分的放大斷面圖。
圖12為示出上述加熱元件的具體的構造的上面和側面圖。
圖13為用于說明上述另一實施例的熱擴散板(散熱構件)的動作的局部放大斷面圖。
圖14為用于示出上述加熱元件的變型例的側面圖和透視圖。
圖15為示出上述加熱元件的另一變型例的局部放大斷面圖。
圖16仍然為示出上述加熱元件的另一變型例的局部放大斷面圖。
圖17為示出本發(fā)明另一實施例的利用熱擴散板的電子裝置的冷卻系統(tǒng)的側面斷面圖。
圖18仍然為示出本發(fā)明再另一實施例的利用熱擴散板的電子裝置的冷卻系統(tǒng)的側面斷面圖。
圖19為利用從上述圖18的c方向觀看到的熱擴散板的電子裝置的冷卻系統(tǒng)的上面圖。
具體實施例方式
下面，根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明的實施形式。
首先，圖2示出本發(fā)明一實施形式的、具有液冷系統(tǒng)的電子設備的整體構成的一例。在本例中，例如示出將本發(fā)明適用于臺式個人計算機的本體部分的場合。
首先，臺式個人計算機的本體部分如圖所示那樣例如具有將金屬板形成為立方形的箱體100，在其前面板部101設置包含電源開關在內的各種開關、連接端子、指示燈等，另外，在其內部配置用于驅動軟盤、CD、DVD等各種外部信息記錄媒體的驅動裝置102并使其朝上述前面板部101開口。另外，圖中的符號103示出設于上述箱體100內的例如由硬盤裝置構成的存儲部。圖中的參照符號104示出覆蓋到上述箱體100上的蓋。
另一方面，在上述箱體100的背面?zhèn)扰渲镁哂斜景l(fā)明的液冷系統(tǒng)的電子回路部105，另外，圖中的符號106示出從商用電源向包含上述驅動裝置102、存儲部103、電子回路部105的各部分供給所期望的電源的電源部。
在圖3中，特別是以搭載了作為其主要構成部的發(fā)熱元件即CPU的吸熱套50為中心示出上面說明了其示意構成的電子裝置即臺式個人計算機的電子回路部105。在本例中，作為上述發(fā)熱元件的CPU的芯片200直接接觸地搭載于上述吸熱套50的下面?zhèn)?，為此，在這里未由圖示出。
從圖中也可看出，該電子回路部105具有搭載上述CPU的吸熱(冷卻)套50、將來自上述CPU的發(fā)熱放出到裝置的外部的散熱器60、用于形成冷卻系統(tǒng)的循環(huán)泵70，另外，用于使液體制冷劑(例如水或按預定比例混合了丙二醇等所謂的防凍液的水等)流到由它們構成熱循環(huán)的各部的流路通過連接管(配管)81、82…而形成，該管(配管)81、82…例如由金屬形成或由橡膠等彈性體形成，而且在其表面形成金屬被膜等，內部的液體制冷劑難以泄漏到外部。另外，在上述散熱器60的一部分朝著裝置外部安裝朝作為其構成要素的多個翅片61送風從而將從上述吸熱套50輸送的熱量強制地放出的平板狀的風扇62、62…(在本例中為多個，例如3個)。
即，如從圖也可看出的那樣，上述散熱器60由管(配管)81連接到循環(huán)泵70，然后通過管(配管)82連接到吸熱套50，隨后通過管(配管)84構成再次返回到散熱器60的回路。即，由循環(huán)泵70的作用使上述水或與不凍液的混合液作為液體制冷劑在上述液體回路中循環(huán)。
圖1示出了上述吸熱套50和安裝于其下面?zhèn)鹊臒釘U散板(散熱構件)90的詳細構造。如從該圖也可看出的那樣，吸熱套50例如由包含銅或鋁的金屬等導熱系數(shù)高的物質的板狀構件形成，在其內部使上述液體制冷劑沿其整體流動地例如在本例中S形地形成流路51。另外，圖中的符號52、53分別示出將液體制冷劑導入或排出該吸熱套50的入口和出口。
另一方面上述熱擴散板(散熱構件)90也由導熱系數(shù)高的金屬等的板狀構件形成，如從圖也可看出的那樣，接觸在上述吸熱套50的下面，將其表面形成為與吸熱套50的表面相同的形狀和尺寸。另外，在該熱擴散板90，例如在圖示例中在與吸熱套50的接觸面上，平行于其一邊地形成多條斷面形狀為圓形或矩形的微細的斷面積(數(shù)mm2左右)的槽91、91…，另外，該多個槽91分別在一方的端部(圖的左下部分)連接到作為緩沖部形成的通用的槽92。即，通過將該熱擴散板90安裝固定于上述吸熱套50的下面，從而由上述多個通道91、91…和緩沖部92在內部形成梳齒狀的密閉的空間。此時，也可在吸熱套50的下面?zhèn)刃纬膳c上述同樣的槽91、92，將它們相向地接合。另外，在這些密閉空間中的各通道91、91…的內部封入例如以水(純水)等為代表的潛熱大的流體(工作流體94)，該流體將在下面詳細說明。
另外，在另一方的端部(圖的右上部分)分別配置在下面將要詳細說明的作為加熱構件的所謂的加熱元件95、95…。另外，圖中示出用于將脈沖狀的加熱電力供給到這些加熱元件95、95…的導電線96和脈沖電力發(fā)生回路97。如上述那樣，與熱擴散板90組裝成一體而形成的上述吸熱套50如在該圖中也示出的那樣，例如在搭載于配線基板210上的作為發(fā)熱元件的CPU200的表面進行面接觸地安裝。
圖4放大地示出安裝在形成于上述熱擴散板90內部的多個通道91、91…的另一方的端部的加熱元件95。即，該加熱元件95例如在由陶瓷等無機材料構成的筒狀構件(繞線管)951的周圍以螺旋狀卷繞鎳鉻耐熱合金線或不銹鋼等的細線952(例如線徑為0.1mm左右)，此后，在其表面形成涂層等而固定?；蛘?，在由金屬或其它的導電性材料形成作為該支承體的筒狀構件(繞線管)951的場合，最好首先在其表面被覆電絕緣性的無機構件。這是為了防止與充填到形成于其內部的通道內的作為工作流體94的水或其它有機材料(例如作為防凍液的丙二醇)接觸而產生變化。
另外，上述工作流體94的封入例如在將上述熱擴散板90與上述吸熱套50一體接合時通過將作為工作流體94的水等液體制冷劑注入到上述多個通道91的內部而進行。在這里雖然未示出，但實際上也可設置連通到通道91與吸熱套50的表面之間的孔，從該處封入工作流體94。當封入該工作流體94時，相應于工作流體的特性改變封入壓力，或在封入時混入不冷凝氣體的氣相部(例如空氣)。
圖5為放大示出作為上述熱擴散板90的一部分的、構成上述工作流體94的驅動單元的加熱元件95安裝到形成于其內部的通道91內的所謂的上述另一方的端部的斷面圖。在上面也已示出，在由該鎳鉻耐熱合金線等的細線952構成的加熱元件95上形成用于供給發(fā)熱電力的配線，通過這些配線將來自脈沖電力發(fā)生回路97的電力間歇地而且按脈沖狀供給到上述加熱元件95。此時的脈沖頻率雖然還依存于例如上述工作流體94的種類和通道91的尺寸，但大體在數(shù)十Hz到數(shù)百Hz左右。另外，作為該脈沖電力供給單元，例如在上述熱擴散板90的一部分形成為電子回路，或形成到上述配線基板210上，或者也可通過利用搭載于上述配線基板210上的CPU200的一部分等而構成。這里雖未在圖中示出，但實際上也可從對上述CPU200供給驅動電力的電源利用其一部分，該構成從回路的簡化的面考慮有利。
下面，參照上述圖5說明在上面說明了其構成的熱擴散板(散熱構件)90的熱傳遞(擴散)作用。
首先，當從上述脈沖電力發(fā)生回路97以脈沖狀供給電力時，在上述圖5所示上述加熱元件95的鎳鉻耐熱合金細線952中變換成熱。由該脈沖狀的熱，將上述通道91內的工作流體94(例如在本例中為水)急劇(以脈沖狀)加熱，從而使其氣化(劇沸)，在上述加熱元件95的內部或其近旁即工作流體94內的一部分發(fā)生由其蒸汽產生的氣泡S。此后，當該脈沖狀電力供給停止時，由上述鎳鉻耐熱合金細線952進行的加熱停止，上述發(fā)生的工作流體的蒸汽4a消滅。
通過連續(xù)地將上述脈沖狀的電力供給到這樣構成上述加熱元件95的鎳鉻耐熱合金細線952，從而在上述通道91的端部(即設置加熱元件95的位置)使封入到其內部的工作流體94由其蒸汽的發(fā)生和消滅反復進行氣泡94a的發(fā)生和消滅。在該劇沸時，由伴隨著該氣化的急劇的壓力上升和伴隨著其的氣泡的膨脹在工作流體94中產生振動(參照圖中的箭頭)，由該發(fā)生的振動使工作流體94振動。即，隨著通道91內的工作流體94的振動，來自上述CPU200的熱首先由該熱擴散板(散熱構件)90的作用，在其平面上傳遞和擴散。
即，如圖6也示出的那樣，在作為發(fā)熱元件的CPU200發(fā)生的熱由上述熱擴散板(散熱構件)90至少沿與上述CPU200的表面相比足夠的區(qū)域以平面的形式傳遞和擴散，此后，傳遞到上述吸熱套50，傳遞到在其內部的流路51流動的液體制冷劑，排出到外部。此時，如上述那樣由上述熱擴散板90的作用，顯著增大在上述CPU200發(fā)生的熱向吸熱套50的傳遞面積，即，沿吸熱套50整體廣泛地擴散，為此，吸熱(冷卻)套對發(fā)熱元件的冷卻效率提高。即，即使在與CPU的接觸位置相距較遠的位置，也進行發(fā)熱向在上述吸熱套內流動的液體制冷劑的傳遞，為此，可充分利用吸熱(冷卻)套的冷卻能力。該冷卻系統(tǒng)特別是適合用于被稱為臺式或筆記本式的個人計算機或服務器等，為此，通過安裝熱擴散板(散熱構件)，可充分利用吸熱(冷卻)套，從而可提供具有提高了冷卻效率的冷卻系統(tǒng)的電子設備。
在上述實施例中，特別是在熱擴散板(散熱構件)90中，作為構成加熱元件95的細線952，考慮到由利用脈沖狀的電力供給進行的加熱在工作流體94內產生氣泡時的特性良好程度，特別說明了鎳鉻耐熱合金細線，但作為上述構成的替代結構，例如也可通過隔著絕緣膜(例如SiO2層)對上述加熱元件95疊層多晶硅、鉭化合物(TaN)的層等，從而也可形成電阻膜。
接著，在圖7中，示出具有本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的電子設備中特別是該熱擴散板(散熱構件)的其它實施例的構造。即，如該圖所示，在該實施例中，上下二層地疊層構成上述熱擴散板90的通道91、緩沖部92、加熱元件95(通道91′、緩沖部92′、加熱元件95′)，并使形成該通道91、91′的方向相互直交地形成。按照該構成，如圖中箭頭所示那樣，由作為上述發(fā)熱元件的CPU200發(fā)生的熱相互直交地以平面狀朝所有方向擴散，因此，傳遞到上述吸熱套50的整體。即，通過可更充分地利用在被稱為臺式或筆記本式的個人計算機或服務器使用的吸熱(冷卻)套，從而作為進一步提高了其冷卻效率的冷卻系統(tǒng)，實現(xiàn)效率更高的冷卻。
在圖8(a)和(b)中示出成為本發(fā)明再另一實施例的熱擴散板(散熱構件)90的構造。即，在該實施例中，在上述熱擴散板(散熱構件)90的下面99的近旁設置多個溫度傳感器98、98…，構成上述熱擴散板90的各通道91的工作流體94分別受到驅動和動作地構成。
即，對于該實施例的熱擴散板(散熱構件)，脈沖電力發(fā)生回路97利用來自配置于上述熱擴散板90的基板內的溫度傳感器98的溫度檢測信號檢測出熱擴散板90的下面99的局部的溫度上升位置，然后，選擇性的控制供給到設于各通道91的加熱元件95的驅動電力。即，在熱擴散板90，僅相對與局部溫度上升發(fā)生的部分對應的通道91的加熱元件95，(驅動)供給該脈沖狀的電力。這樣，可不對熱擴散板整體，而是僅對必要的部分促進熱傳遞(擴散)，可實現(xiàn)效率更高的熱擴散板(散熱構件)。
在圖9和圖10中，示出成為本發(fā)明的實施例的熱擴散板(散熱構件)90的再另一構造。即，在圖9所示熱擴散板90中，不由多條而是由1條槽形成上述通道91，而且，沿熱擴散板的表面全體以鋸齒狀形成該槽。如圖所示，在本例中，作為用于驅動通道91內的工作流體94的單元(即促動器)的加熱元件95設于圖的上方左側，而將作為不冷凝氣體的空氣封入到其內部的緩沖部92形成到與形成該加熱元件95的位置相反側(圖的下側)。
另外，在圖10的例中，形成的通道91仍然由1條槽構成，沿熱擴散板的表面整體以鋸齒狀形成，但其兩端部相互連接，整體上形成為圓環(huán)形。在該圖的例中，構成驅動單元的加熱元件95設于圖的右側中央部，另外，緩沖部92形成于與形成該加熱元件95的位置相反(圖的左側)的位置。
即，在形成于熱擴散板(散熱構件)90的通道91的上述例中，形成通道91的槽為1條，另外，構成其驅動單元的加熱元件95也僅為1個，所以，其制造容易，特別是適合于較小型、價廉的熱擴散板(散熱構件)。
在圖11和圖12中示出本發(fā)明實施例的熱擴散板(散熱構件)，特別是配置了該加熱元件的部分的放大斷面圖。即，在該實施例的熱擴散板(散熱構件)90中，例如加熱元件990如由圖12(a)和(b)也可看出的那樣，在由陶瓷等無機材料構成的1對平行排列的支承體992、992的周圍卷繞線徑0.1mm左右的鎳鉻耐熱合金或不銹鋼的細線991，將其外形大體形成板狀。即，加熱元件990最好其傳熱面積(表面積)大而且其熱容量小地構成。另一方面，最好上述支承體992的材質的導熱系數(shù)小而且熱容量小。另外，圖中的符號993為由其兩端部支承上述1對支承體992、992并在形成于熱擴散板90內的槽91的內部將上述加熱元件990安裝于預定位置的支承體，符號994表示電極。為了減少來自上述加熱元件990的熱泄漏，上述支承體993最好由其斷面盡可能小而且導熱系數(shù)小的構件構成。
另外，由上述圖11也可看出的那樣，大體形成為板狀的加熱元件990在上述槽91的內部中，在離開圖的下面(即，將熱輸送和排出到外部的一側的面)的距離比距圖的上面(即發(fā)熱元件接觸的一側的面)的距離大的位置而且與這些面平行地配置。另外，槽91的壁面的一部分特別是與上述加熱元件990相對的部分例如由粗面加工等實施所謂的親水加工。圖中的符號94也與上述同樣，示出充填于上述槽91的內部的工作流體94，如在該圖中也可看出的那樣，該加熱元件990也浸漬配置到充填于上述槽91的內部的工作流體94內。
圖13示出將脈沖狀的電力供給到上述加熱元件990進行驅動時的狀態(tài)。
首先，圖13(a)示出上述加熱元件990通電時的狀態(tài)，由該通電產生的加熱元件990的發(fā)熱，使與其接觸的作為工作流體94的水的一部分劇沸，由發(fā)生的氣體(水蒸汽)S產生的壓力使充填于上述槽91內部的工作流體94朝圖中箭頭所示方向移動(推出)。
圖13(b)示出上述加熱元件990成為非通電時的狀態(tài)，該非通電使加熱元件990的溫度急劇下降。此時，上述發(fā)生的蒸汽S在按至少比上述加熱元件990的溫度低的溫度水平穩(wěn)定地吸熱的冷卻部即在槽91的內部中的圖的下面(即將熱輸送和排出到外部的一側的面)的內壁面冷凝而回復到液體(W)。此時，由水蒸汽S的消滅使充填于槽91內部的工作流體94朝圖中箭頭所示方向移動(返回)。即，通過反復進行上述動作，使工作流體94振動。
此時，作為工作流體94的水一旦成為蒸汽S后，可能不完全回復到液體(W)，而是作為氣泡殘留于加熱元件990的近旁。為此，上述加熱元件990的位置最好適當?shù)赜蓪嶒灥却_認而設定到使其加熱表面可靠地與冷凝的液體(W)接觸的位置。另外，如上述那樣，當由粗面加工等對槽91的壁面的一部分進行親水加工時，液體(W)容易冷凝到該部分。為此，最好在上述加熱元件990(特別是加熱線)的表面也實施該親水加工。
圖14示出上述加熱元件990的變形例(其它構造)。即，在該例中，如圖明確示出的那樣，利用3個支承體992，將加熱線991在兩側的1對支承體992、992之間卷繞多次，然后，由余下的支承體992朝圖的下方壓下中央部的加熱線991而形成。按照該構成，盡可能多地將上述加熱元件990的加熱表面接近冷卻部(即在槽91的內部中的圖的下側的內壁面)，可增大加熱元件990和冷凝的液體(W)的接觸面積。換言之，可更可靠地實現(xiàn)加熱元件990產生的工作流體94的驅動(振動)。
另外，在圖15中示出將上述加熱元件990′收容于由熱容量小而且導熱率高的材料構成的構件的內部的構造，圖16示出加熱元件990″在桿狀的支承體992的周圍仍然卷繞由鎳鉻耐熱合金或不銹鋼的細線991構成的加熱線的構成。圖16所示構成的加熱元件990″從形成于上述熱擴散板90的側壁的開口部插入。
圖17示出本發(fā)明的另一實施例的電子裝置的冷卻系統(tǒng)，在該例中，不利用上述液冷系統(tǒng)，在其詳細構造已在上面說明的熱擴散板90的一方的面安裝上述作為發(fā)熱元件的CPU200，在另一方的面安裝散熱板(散熱翅片)300。按照該構成，由CPU200發(fā)生的熱也由上述熱擴散板90的作用輸送到散熱翅片300，此后，通過該散熱翅片300放出到設備的外部。按照該構成，例如對于作為發(fā)熱元件的CPU200的位置與安裝散熱翅片300的位置離開的場合有利。
另外，圖18示出在上述構成中將散熱翅片300安裝于上述熱擴散板90的另一方的面整體的例子。按照該構成，即使作為發(fā)熱元件的CPU200的面積小，也可有效地利用面積大的散熱翅片300。圖19示出從上方(在圖18中作為c方向由箭頭示出)觀看熱擴散板90的整體的圖。
在上述各實施例中，為了進行熱擴散板(散熱構件)90的熱傳遞(擴散)，作為用于使封入到形成于其內部的多個通道(槽)91內的工作流體94振動的單元即促動器，主要說明了由上述加熱元件對工作流體94進行加熱從而產生氣泡的促動器，但本發(fā)明不僅限于上述實施例。例如，作為上述熱驅動方式，除了上述實施例外，作為(1)上述工作流體，也可采用氣體代替上述液體，由加熱和冷卻使該氣體反復進行膨脹和收縮，使其振動。在該場合，與上述同樣，封入到熱擴散板內的氣體采用潛熱大的流體?；蛘?，(2)例如通過與加熱單元組合地利用雙金屬，從而可向上述工作流體施加振動。另外，(3)在其一部分，通過利用記錄形狀合金，同樣也可對上述工作流體施加振動。另外，雖然與上述熱驅動方式不同，但例如通過利用壓電元件等，也可將振動施加到上述工作流體。
權利要求
1.一種電子設備的冷卻系統(tǒng)，在箱體內搭載為了確保其正常動作而需要冷卻的發(fā)熱的半導體元件；其特征在于在該箱體內或其一部分具有熱連接于上述半導體元件的熱擴散元件，該熱擴散元件在由傳熱性構件構成的板狀構件的內部封入潛熱大的工作流體，并在其一部分設置使該導熱性的液體振動的促動器，上述熱擴散元件在其一方的表面搭載上述發(fā)熱半導體元件，將來自上述發(fā)熱半導體元件的熱輸送到該熱擴散元件的另一方的表面，從而，從上述另一方的表面?zhèn)鳠帷?br> 2.根據(jù)權利要求1所述的電子設備的冷卻系統(tǒng)，其特征在于在上述熱擴散元件的另一方的表面安裝散熱板。
3.根據(jù)權利要求1所述的電子設備的冷卻系統(tǒng)，其特征在于在上述熱擴散元件的另一方的表面安裝熱連接到上述半導體元件的、將其發(fā)熱傳遞到在內部振動的液體制冷劑而冷卻的冷卻套。
4.根據(jù)權利要求1所述的電子設備的冷卻系統(tǒng)，其特征在于由在2個支承體的周圍卷裝的加熱線構成使充填到上述熱擴散元件內的上述導熱性的液體振動的促動器。
5.根據(jù)權利要求4所述的電子設備的冷卻系統(tǒng)，其特征在于上述加熱線為鎳鉻耐熱合金線。
6.根據(jù)權利要求4所述的電子設備的冷卻系統(tǒng)，其特征在于在上述板狀構件的內部使由卷裝于上述2個支承體的周圍的加熱線構成的促動器接近上述另一方的面，浸漬配置到被充填的上述驅動流體內。
7.根據(jù)權利要求4所述的電子設備的冷卻系統(tǒng)，其特征在于在上述板狀構件的上述一方的表面的內側壁面的接近上述促動器的部分實施親水處理。
8.一種電子設備，在箱體內搭載為了確保其正常動作而需要冷卻的發(fā)熱的半導體元件；在該箱體內或其一部分設置有液冷系統(tǒng)；其特征在于該液冷系統(tǒng)至少具有熱連接于半導體元件的、用于將其發(fā)熱傳遞到在內部流過的液體制冷劑的冷卻套，將在上述冷卻套中傳遞到液體制冷劑的熱量放出到設備的外部的散熱器，及在包含上述冷卻套和上述散熱器的回路中使上述液體制冷劑循環(huán)的循環(huán)泵；在該構成中，上述冷卻套通過用于擴散來自上述發(fā)熱半導體元件的熱的熱擴散單元接觸于上述發(fā)熱半導體元件的表面。
9.根據(jù)權利要求8所述的電子設備，其特征在于用于將來自上述發(fā)熱半導體元件的熱擴散到上述冷卻套的上述熱擴散單元由設有在其內部封入進行振動的潛熱大的工作流體的密閉空間、而且具有與上述冷卻套的表面大體相同表面形狀的、傳熱性優(yōu)良的板狀構件構成，在其一部分設置浸漬到該工作流體、用于使該工作流體振動的促動器。
10.根據(jù)權利要求9所述的電子設備，其特征在于在內部封入進行振動的潛熱大的工作流體的上述熱擴散單元的上述密閉空間在其一部分形成將氣體封入到內部的緩沖部。
11.根據(jù)權利要求10所述的電子設備，其特征在于在上述內部封入進行振動的潛熱大的工作流體的上述密閉空間在上述熱擴散單元的內部并列形成多個，而且由上述緩沖部連接其一端，形成為梳齒狀。
12.根據(jù)權利要求10所述的電子設備，其特征在于上述熱擴散單元具有接觸于封入到上述密閉空間內的工作流體的一部分地設置的加熱單元，向上述加熱單元供給脈沖狀的電力，對上述工作流體施加振動。
13.一種電子設備，在箱體內搭載為了確保其正常動作而需要冷卻的發(fā)熱的半導體元件；其特征在于在該箱體內或其一部分設置有熱連接于上述半導體元件的熱擴散元件和散熱板；該熱擴散元件在由傳熱性構件構成的板狀構件的內部充填導熱性的液體，并在其一部分設置有使該導熱性的液體振動的促動器，并且該熱擴散元件將上述發(fā)熱半導體元件搭載到其一方的表面上，擴散來自上述發(fā)熱半導體元件的熱，輸送到該熱擴散元件的另一方的表面，上述散熱板安裝于上述熱擴散元件的另一方的表面，通過該熱擴散元件輸送的來自上述發(fā)熱半導體元件的熱從其表面?zhèn)鬟f到外部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有冷卻效率高的冷卻系統(tǒng)的被稱為臺式或筆記本式的個人計算機或服務器。在箱體100內搭載需要冷卻的CPU200，冷卻該CPU的液冷系統(tǒng)具有吸熱(冷卻)套50、散熱器60、及循環(huán)泵70，從作為發(fā)熱元件的CPU將熱傳遞到在內部流動的液體制冷劑的吸熱(冷卻)套50具有安裝于其下面的熱擴散板90。該擴散板在形成于其內部的密閉空間內封入水等工作流體94并接觸于其一部分地設置的加熱元件95，在該加熱元件95供給脈沖狀態(tài)的電力。這樣，該一部分反復進行發(fā)泡和消滅，從而將振動施加到工作流體，在將熱擴散到擴散板整體后，傳遞到吸熱(冷卻)套?；蛘咭部芍苯舆B接到散熱翅片300。
文檔編號H01L23/473GK1658122SQ20041000777
公開日2005年8月24日 申請日期2004年3月5日 優(yōu)先權日2004年2月16日
發(fā)明者鈴木敦 申請人:株式會社日立制作所