電子機器
【課題】 電子機器に関し、半導体回路を高クロックで動作させるため動作温度まで冷却し、部材の交換を含む保守を容易に行うことができるようにすることを目的とする。
【解決手段】 マザーボード３０と、マザーボード３０に取付けられた複数のマルチチップモジュール３２と、マルチチップモジュール３２を冷却するための冷却部材５６と、冷却部材５６を室温以下に冷却するための冷凍装置と、マルチチップモジュール毎に設けられ、各マルチチップモジュールと冷凍装置とを熱的にかつ機械的に着脱可能とする接続構造とを備えた構成とする。
【解決手段】 マザーボード３０と、マザーボード３０に取付けられた複数のマルチチップモジュール３２と、マルチチップモジュール３２を冷却するための冷却部材５６と、冷却部材５６を室温以下に冷却するための冷凍装置と、マルチチップモジュール毎に設けられ、各マルチチップモジュールと冷凍装置とを熱的にかつ機械的に着脱可能とする接続構造とを備えた構成とする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はコンピュータシステム等で使用される電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータシステムは、演算回路が集積された演算部、その演算部で処理される命令やデータを演算部の処理能力を落とさないように高速で動作するキャッシュ部、そのキャッシュ部に送られる命令やデータを格納するメモリ部、そして、そのメモリにプログラムやデータを読みだしてくる周辺機器等から構成される。また、演算部を複数有して並列動作するシステムにおいては、複数の演算部からアクセス可能な共有メモリ部を有する。特に、演算部とキャッシュ部は動作速度を向上するために高いクロック周波数で動作しており、データの変化が多く消費電力が高くなると共に発熱量が増大している。
【０００３】これらの回路を冷却するには、自然空冷、強制空冷、液冷、浸漬冷却等がある。自然空冷は冷却能力が低いために小型で発熱量の少ないコンピュータに用いられる。強制空冷と液冷は処理能力の高いコンピュータに用いられる。浸漬冷却はジョセフソン素子等を用いた実験設備的な特殊なコンピュータ等で主に利用される。
【０００４】大型のコンピュータは、図４７に示すように演算回路の規模が大きく、複数のＬＳＩ２０３を搭載したマザーボード２０１によって、演算回路が構成される。このようなマザーボードは発熱量が多いために、冷却液で冷却される冷却プレート２０６によって冷却される。冷却プレート２０６には、発熱素子であるＬＳＩ２０３に対向する部分にベローズ２０７が設けられており、このベローズ２０７をＬＳＩ２０３に接触させて冷却を行う。この冷却プレート２０６に使用される冷媒は、図示されない熱交換器により室温程度にまで冷却されており、その冷媒はＬＳＩ２０３の熱を吸収して図示されない熱交換器へ戻る。また、ベローズ２０７はＬＳＩ２０３に密着するように、バネ性を有しており冷却プレート２０６をマザーボード２０１に対して所定の位置へ取り付けるのみでＬＳＩ２０３とベローズ２０７との熱的接続が可能となっている。
【０００５】このような装置は実装密度を向上するために、図示はしていないがマザーボード２０１の両面にＬＳＩ２０３が搭載されており、その両面に搭載されたＬＳＩ２０３を冷却するためにマザーボード２０１を挟む形で２つの冷却プレート２０６が配置されている。このため、マザーボードの異常が発見されたときや、ハードウェアのバージョンアップに伴う交換が生じた時には、筐体に取り付けられた冷却プレート２０６を取り外し、その後マザーボード２０１を取り外す必要があった。
【０００６】また、このような装置を高性能化するに伴って、ＬＳＩ２０３の処理能力の向上と共に発熱量も上昇することになる。しかし、冷却水の流量を増加するには冷却プレートや配管等の耐圧性を向上する必要があるが、限られたスペースに配置しなければならない冷却プレート等をこれ以上大型化することはできない。また、冷却水の温度を室温以下に下げるとマザーボードに水滴が付いてしまい動作不良あるいは故障の原因となってしまう。そして、マザーボード２０１と冷却プレート２０６とを熱的に接続する面積はＬＳＩ２０３とベローズ２０７との接触面のみであるが、この面積を増加することは装置の構造を全く変える必要があり難しい。よって、冷却性能を向上するにはこの接触面の熱抵抗を減らす必要があった。そこで、ベローズ２０７をＬＳＩ２０３に押しつける力をさらに大きくすると、ＬＳＩ２０３やマザーボード２０１が損傷してしまい、また、冷却プレート２０６を取り付ける時にも大きな力が必要となり保守性が悪くなってしまう。そこで、ＬＳＩ２０３とベローズ２０７との間に低融点の金属を挟み、その低融点の金属を溶かして冷却プレートの取り付け及び取り外しを行うことで、密着力を増加させて熱抵抗を減らしていた。
【０００７】このために、マザーボードの交換の度に冷却プレートの取り付け及び取り外しの度に、マザーボードと冷却プレートの間に低融点金属の溶融点よりも高い温度のホットエアーを吹きつけるという大変な作業が必要となり保守性が極めて悪くなっていた。一方近年の大型コンピュータはＣＭＯＳ技術の発達により図４８に示すように、放熱フィン２０４を用いた強制空冷が用いられている。図４７に示すマザーボード２０１に記載した演算回路と同程度の規模の回路が近年の微細加工技術により１チップ化し、従来では複数のマザーボードで構成されていた演算回路がマルチチップモジュール２０２、１つで構成可能となっている。しかも、回路が縮小したことで信号線が短くなり、より高いクロックで動作可能となるとともに、ＣＭＯＳ技術特有の省電力により液冷を用いる必要がなくなっている。このようにマザーボード２０１当たりの演算能力が格段に上がると共に、冷却方式を液冷から強制空冷としたことで保守性も向上している。
【０００８】冷却方法を液冷から強制空冷にすることによって、冷却プレートを設置する必要が無くなり、直接マザーボードを交換することが可能となる。また、配管が必要でないことから、マザーボード上で放熱フィンを細分化することが可能となり、マザーボード上の部品の単位であるマルチチップモジュール毎に放熱フィンを設置することができる。これにより、マルチチップモジュールに放熱フィンを取り付けたまま扱うことができるので、冷却プレートやマザーボードを取り外すことなく、部品の交換を行うことが可能となった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年の技術の発達を持ってしても、回路の縮小化および回路の縮小化に伴う高クロック動作に限界が生じてきている。特開平１−３１８２９５で開示されるように半導体素子は低温になればなる程反応が早くなり高クロックでの動作が可能であることが判っており、現在必要とされている処理性能の要求を満たすためにはこのような技術を導入せざるを得なくなってきている。しかし、半導体素子の冷却技術は、一般的には自然空冷、強制空冷、液冷の３種類が一般的であり、これらの冷却技術は半導体自体の発熱による熱破壊を防止するために冷却する技術である。一方浸漬冷却は、ジェセフソン素子等を冷却するのに用いたりすることから、素子の動作温度を維持するための冷却方法として実現されているが、保守性に問題があり通常のコンピュータへの適用は難しい。
【００１０】本発明の目的は、半導体回路を高クロックで動作させるための動作温度にまで冷却し、かつ、半導体回路の動作時においてもその動作温度を維持するための室温以下となる冷却構造を、保守性を考慮した実用性のある構造で提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明による電子機器は、マザーボードと、該マザーボードに取り付けられるマルチチップモジュールと、該マルチチップモジュールを冷却するための冷却部材と、該冷却部材を室温以下に冷却する冷凍装置と、マルチチップモジュール毎に設けられ、各マルチチップモジュールと冷凍装置とを熱的にかつ機械的に着脱可能とする接続構造とを備えたことを特徴とする。
【００１２】マルチチップモジュールをマザーボードに搭載した状態で冷却部材の着脱を行うことができる。これによりマザーボードと冷却部材との分離が容易となり保守性を十分に確保した冷却構造を実現することができる。また、システム構成によりマルチチップモジュールの数を増減する場合に、冷却部材の選択的な配置が容易に行え実用性の高い構成となる。
【００１３】上記構成と共に以下の特徴を付加することができる。冷却部材は固定部材（例えばねじ）によってマルチチップモジュールに取り付けられた放熱部材に固定される。従って冷却部材は放熱部材に密着して電子素子を確実に冷却することができ、固定部材（例えばねじ）を釈放することで液冷特有の冷却水の漏れといった面倒なことを考慮することなく冷却部材とマルチチップモジュールとを機械的に分離できる。
【００１４】該冷却部材は冷却部材保持機構に一括してフローティング支持されている。従って、冷却部材を固定部材（例えばねじ）によって放熱部材に固定する場合に、冷却部材と放熱部材との間のずれを保証しつつ、さらに、冷却部材を放熱部材から引き離す時や近接させる時に、冷却部材が複数あっても冷却部材保持機構を移動させるだけで一度に作業することができるので、保守の場合には冷却部材保持機構をのみを操作するだけでよく、マザーボードやマルチチップモジュールに対して非常に保守性の高い冷却機構が実現できる。
【００１５】冷却部材は冷媒入口と冷媒出口と該冷媒入口及び該冷媒出口の間に延びる冷媒通路とを有し、室温以下の冷媒を循環させるので、効率的にマルチチップモジュールを冷却する。冷却部材保持機構は複数の冷却板部材とともにマザーボードに接近し又は遠ざかるように移動可能である。この場合、冷却部材保持機構はスライド機構に沿って全体的に移動可能である。従って、マルチチップモジュールの保守を行う場合には、冷却部材保持機構をスライド機構に沿って外側へ引き出し、ドアのように回転させると、マザーボードに搭載された電子素子が露出される。
【００１６】冷却部材保持機構は各冷却板部材とともにマザーボードに接近し又は遠ざかるように形成された可動の部分を含む。従って、例えば単一のマルチチップモジュールを保守する場合には、冷却部材保持機構の１つの可動の部分のみを開いて、そのマルチチップモジュールを露出させることができる。マルチチップモジュールはコネクタによってマザーボードに取り付けられ、冷却部材保持機構の可動部分はコネクタの脱着手段と連動するように構成されている。こうすれば、１つのマルチチップモジュールを保守する場合に、冷却部材保持機構の１つの可動の部分のみを開いたときに、そのマルチチップモジュールがマザーボードからも釈放される。
【００１７】マルチチップモジュールはマザーボードに接続するための多数の接続ピンと複数の半導体チップを取り付けた共通の基板で、他方の面には冷却部材が取り付けられて冷却性能を有する基板からなる。このようなマルチチップモジュールは演算回路の一纒まり毎に形成され、例えば８並列の演算回路からなるコンピュータシステムを実現する場合には８つのマルチチップモジュールをマザーボードに搭載することになる。
【００１８】接続構造を例えば冷却部材の冷媒入口部分と、冷媒出口部分にカプラ設けることで、マルチチップモジュールに冷却部材を取り付けた状態でユニットとすることができ、システム構成の変更が容易となる。また、カプラで冷凍装置とマルチチップモジュールとを分離することで、熱的かつ機械的な着脱が容易に行うことができる。また、このカプラは冷媒のストッパー付きのものを用いることで、冷却部材内部の冷媒を抜くことなく着脱が行えるので便利である。また、冷却部材をマルチチップモジュールの大きさとすることで、冷却部材の内部に比重の高い冷媒が詰まっていても、このユニットを手で持つことができる程度の重さにすることができ高い保守性が確保できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。図１は本発明の実施例のコンピュータシステム１０を示す図である。コンピュータシステム１０は、ＣＰＵ等のシステム主要部を構成する複数のマルチチップモジュールを有する電子機器１２と、その他の周辺機器１４とを含む。システム主要部を構成する電子機器１２のマルチチップモジュールは高速作動のために冷却を必要とするので、電子機器１２に隣接して冷凍装置１６が設けられる。
【００２０】冷凍装置１６は図示しないコンプレッサ、コンデンサ、及びエバポレータを含み、冷凍装置１６内の温度を室温以下の低温にするものである。冷凍装置１６内にはタンク１８及びポンプ２０が配置され、冷凍装置１６内で室温以下の温度に冷却された冷媒（水）が矢印Ａによって示されるようにタンク１８からポンプ２０によって電子機器１２内へ送られ、電子機器１２を出た冷媒は冷凍装置１６に戻され、再び冷却される。
【００２１】電子機器１２の下部には乾燥装置２２が配置される。乾燥装置２２はシリカゲルロータ等の乾燥又は除湿手段を含み、乾燥空気は破線の矢印Ｂによって示されるように乾燥装置２２から電子機器１２へ送られ、電子機器１２を出た乾燥空気冷媒は乾燥装置２２に戻され、再び乾燥される。このようにして、電子機器１２へ乾燥空気を送ることにより、強く冷却される電子機器１２の内部で結露するのを防止するようになっている。
【００２２】図２は図１の電子機器１２を示す斜視図である。図３は図２の電子機器１２の一部を示す図、図４は図２の電子機器１２の残りの一部を示す図である。図２R>２から図４において、電子機器１２はケーシング２４を含む。ケーシング２４の側壁は取り外した状態で示される。箱構造２６がケーシング２４内に配置され、フレーム２８が箱構造２６内に配置される。箱構造２６はドア２６ａを有する。
【００２３】マザーボード３０がフレーム２８に取付けられ、複数の第１の電子素子３２及び複数の第２の電子素子群３４がマザーボード３０に取付けられる。さらに、第１の電子素子３２を冷却するための板状の冷却部材（図６の５６）を一括して保持した冷却部材保持機構３６が設けられる。冷却部材５６はマルチチップモジュール（第１の電子素子）３２に相対して配置される。冷却部材保持機構３６は冷却部材５６に接続されるホース３８を有する。また、冷却部材保持機構３６は後で説明するように第２の電子素子群３４の冷却部材（図２９の１１４）をも保持している。
【００２４】冷凍装置１６から延び且つ冷媒供給手段の一部をなすホース４０、４２が箱構造２６の下部に取付けられている。ホース４０、４２は断熱材４４で取り囲まれている。ホース３８は後で説明するマニホールドを介してホース４０、４２に接続される。さらに、乾燥装置２２から延びるダクト４６が箱構造２６の下部に取付けられている。
【００２５】第１の電子素子３２は複数の半導体チップ（ＣＭＯＳ）を共通の基板に取り付けたチップモジュールからなり、このようなチップモジュールはマルチチップモジュール（ＭＣＭ）と呼ばれ、システム主要部としてＣＰＵを構成する。第２の電子素子群３４は複数の第２の電子素子３４ａを含み（図２９）、第２の電子素子３４ａは例えばＲＡＭ用半導体チップをプリント基板に取付けてなるものである。第１の電子素子３２及び第２の電子素子群３４は同じマザーボード３０に取付けられている。
【００２６】ケーシング２４は電源装置４８を含み、フレーム２８が箱構造２６内に配置され且つ箱構造２６がケーシング２４内に配置されたときに、電源装置４８は図示しないコードによりマザーボード３０に接続され、マザーボード３０を介して第１の電子素子３２及び第２の電子素子群３４に電力を供給する。電源用コードを通す穴５０が図３の箱構造２６に示される。電源用コードを穴５０に通し、マザーボード３０に接続した後で、穴５０は密封される。
【００２７】図５は、マザーボード３０に取付けられた第１の電子素子３２及び第２の電子素子群３４を示す。コネクタ５２がマザーボード３０に取付けられており、第１の電子素子３２はコネクタ５２にプラグインされるようになっている。ヒートシンクとも呼ばれる放熱板５４が第１の電子素子３２に固定されている。板状の冷却部材５６は放熱板５４に接触せしめられ、よって第１の電子素子３２を冷却することができる。冷却部材５６は冷却部材保持機構３６に保持され、冷媒を通されている。また、第２の電子素子群３４の第２の電子素子３４ａのためのコネクタ５３がマザーボード３０に取付けられている。
【００２８】図６は冷却部材５６を保持した冷却部材保持機構３６を示す断面図、図７は冷却部材保持機構３６を示す正面図である。冷却部材保持機構３６は概略マザーボード３０と同様な大きさの平面的な部材であり、冷却部材５６を保持すべき位置（第１の電子素子３２と対向する位置）に冷却部材５６よりもわずかに大きな開口部３６ａを有する。冷却部材５６は開口部３６ａ内に配置され、ばね５８によって開口部３６ａの側壁に支持されている。つまり、冷却部材５６はフローティング状に冷却部材保持機構３６に保持され、マザーボード３０とフレーム２８の対向誤差を吸収する。
【００２９】冷却部材保持機構３６は、冷却部材５６が放熱板５４に接触せしめられる位置にくるように形成されている。ホース３８が冷却部材５６に接続され、冷媒が冷却部材５６内部の冷媒通路を通る。好ましくは、冷却部材５６がねじ６０によって放熱板５４に固定されるようになっている。従って、冷却部材５６は放熱板５４に密着し、放熱板５４を介して第１の電子素子３２を効果的に冷却することができる。
【００３０】図８は冷却部材保持機構３６の移動機構を示す図である。図９は外側へスライドした位置にある冷却部材保持機構３６を示し、図１０はスライドした後で回転した位置にある冷却部材保持機構３６を示す図である。図１１は図１０の冷却部材保持機構３６を示す平面図である。図４、図８、図９、図１０に示すように、箱構造２６内に配置されるフレーム２８は両側部にスライドガイド６２を有し、冷却部材保持機構３６はスライドガイド６２に沿ってスライド可能なスライド部６４を有する。よって、冷却部材保持機構３６は複数の冷却板部材５６とともにマザーボード３０に接近し又は遠ざかるように移動可能である。
【００３１】冷却部材保持機構３６がマザーボード３０に接近した位置にある状態が図８に示され、冷却部材保持機構３６がマザーボード３０から離れた位置にある状態が図９に示されている。さらに、冷却部材保持機構３６はスライド部６４に設けられた支点６６のまわりでドアのように全体的に回転可能である。従って、図１０及び図１１に示すように、冷却部材５６及び冷却部材保持機構３６が引き出された後、冷却部材保持機構３６の支点６６を中心に冷却部材５６及び冷却部材保持機構３６が一括でドアのように回転し、マザーボード３０全体に対してシステム主要部の保守や交換を容易に行うことができる。
【００３２】図８から図１１においては冷却部材保持機構３６が全体的に移動する構成を示したが、図１２及び図１３は冷却部材保持機構３６が部分的に移動する構成を示す。図７に示されるように、冷却部材保持機構３６は各冷却部材５６を配置する開口部３６ａよりも少し大きな区分された領域３６Ｘを示す。図１２及び図１３は冷却部材保持機構３６の区分された領域３６Ｘを示す。
【００３３】冷却部材保持機構３６は各冷却板部材５６とともにマザーボード３０に接近し又は遠ざかるように形成された可動の部分３６Ｙを含む。可動の部分３６Ｙは冷却部材保持機構３６の区分された領域３６Ｘに設けた支点６８のまりわで回転可能に設けられ、図１２に示すように冷却部材５６が放熱部材５４に接触する位置と、図１３に示すように冷却部材５６が放熱部材５４から離れた位置との間で移動可能である。従って、可動の部分３６Ｙを開くことによって、問題のある第１の電子素子３２について保守や交換を行うことができる。なお、可動の部分３６Ｙは第２の電子素子群３４の位置にも設けられる。
【００３４】さらに、図１２及び図１３において、第１の電子素子３２をマザーボード３０に取り付けるコネクタ５２が示されている。コネクタ５２はカム７０を回転させるによってボード３０に脱着できるようになっている。冷却部材保持機構３６の可動の部分３６Ｙはリンク７２によってカム７０に連結されており、可動の部分３６Ｙを動かすとカム７０が回転してコネクタ５２が脱着されるようになっている。従って、冷却部材保持機構３６の可動の部分３６Ｙを開くと、コネクタ５２及び第１の電子素子３２を取り外すことができる。本発明では、冷媒供給手段はホース３８、４０、４２を介して冷却部材５６に室温以下の冷媒を供給するようになっている。従って、第１の電子素子３２は効果的に冷却され、高速で作動することができる。冷却部材５６に室温以下の冷媒を供給することによって、低コストでシステム性能を向上させる。好ましくは、冷媒供給手段は冷却部材５６に３℃以上で１０℃以下の水を供給する。さらに好ましくは、冷媒供給手段は冷却部材５６に３℃以下の不凍液を入れた水を供給する。
【００３５】さらに、図１４から図１６にも示されるように、箱構造２６は実質的に密閉容器として形成される。好ましくは、箱構造２６は３０℃、７０％ＲＨ、湿球温度２６℃以下の環境下にて水分浸入量が１ｇ／日以下の密閉箱である。マザーボード３０と、電子素子３２、３４ａと、放電部材５４と、冷却部材５６と、冷却部材保持機構３６とが、箱構造２６内に収容される。図１４１４から図１６においては、マザーボード３０のみが代表的に示されている。箱構造２６を密閉構造とし、乾燥空気を循環させることによって、箱構造２６内の電子素子３２、３４ａ近傍の露点を冷媒の供給温度以下にし、電子素子３２、３４ａが結露の影響を受けないようにする。
【００３６】さらに、乾燥装置１６はダクト５０を介して箱構造２６内に乾燥空気を供給し、箱構造２６内の水分を除去する。そして、図１５に示されるように、箱構造２６は乾燥装置２２から供給された空気の流れと乾燥装置２２へ戻る空気の流れを分離する仕切り壁７４を含むとよい。また、箱構造２６内部にダクト４６及びファン７６の少なくとも一方を設け、乾燥装置２２からの乾燥空気が箱構造２６内にスムーズに循環するようにする。このようにして、箱構造２６内の水分を除去し、電子素子３２、３４ａが水分の影響を受けないようにする。
【００３７】さらに、箱構造２６の壁に断熱層のある部分と断熱層のない部分を設ける。断熱層を設けた方が箱構造２６内の温度を低く維持できる。しかし、箱構造２６の外側の外気温度が箱構造２６の内部の空気の温度よりも高いと、箱構造２６の外面において結露する。また、箱構造２６の外側の外気温度が箱構造２６の内部の温度よりも低いと、箱構造２６の内部が過熱することがある。これらを防止するために、箱構造２６の壁に部分的に断熱層を設けるのがよい場合がある。
【００３８】図１４においては、箱構造２６の下側部分のみに断熱層７８を設けた。これは箱構造２６の下側部分が低温になりやすいのに対応する。図１５においては、乾燥装置２２からの乾燥空気の循環の下流側のみに断熱層７８を設けた。これは乾燥空気の循環の下流側が低温になりやすいのに対応する。又、内部で空気を積極的にかくはんすることにより箱構造内部の環境を均一化し、乾燥装置立上げ時においては湿気がのこりやすい微細隙間部の湿度も急速短時間で低下せしめることが可能となる。図１６においては、マザーボード３０上の電子素子３２、３４ａの表面に対向する該箱構造の内面のみに輻射断熱層７８を設けた。これは冷却部材５６の表面からの冷気により低温になりやすいのに対応する。
【００３９】図１７はマザーボード３０と第１の電子素子３２との間の狭い空間に発熱体８０を設けた例を示す図である。発熱体８０は制御手段８２によってリード線８４を介して通伝される。図１８は乾燥装置２２の作動を開始してから箱構造２６内の湿度の変化を示す図である。曲線Ｐはマザーボード３０と第１の電子素子３２との間の狭い空間（例えば図１７において位置Ｐ）における湿度の変化を示し、曲線Ｑは第１の電子素子３２の周囲の広い空間（例えば図１７において位置Ｑ）の湿度の変化を示す。乾燥装置２２の作動を開始すると、第１の電子素子３２の周囲の広い空間においては空気の流れが大きいので湿度は比較的に早く低下するが、曲線Ｐはマザーボード３０と第１の電子素子３２との間の狭い空間においては空気の流れが小さいので湿度の低下は遅い。従って、第１の電子素子３２の冷却を行うと、第１の電子素子３２上で結露が生じる可能性がある。
【００４０】そこで、図１７の発熱体８０は、乾燥装置２２の稼働の初期の一定期間内に、電力を供給され、マザーボード３０と第１の電子素子３２との間の狭い空間に存在する水分を蒸発させるとともに上昇気流を生じさせ、マザーボード３０と第１の電子素子３２との間の狭い空間の湿度を第１の電子素子３２の周囲の広い空間の湿度にできるだけ早く近づける。なお、この場合、発熱体８０を特別に設けなくてもよいが、第１の電子素子３２を発熱体８０として利用してもよい。
【００４１】図１９は、マザーボード３０と第１の電子素子３２との間の狭い空間に乾燥空気を導入する空気導入手段８６を設けた例を示す図である。空気導入手段８６は小さなチューブとして形成され、乾燥空気は乾燥装置２２によって空気流れとして導入される。この場合にも、乾燥装置２２の稼働の初期の一定期間内に、マザーボード３０と第１の電子素子３２との間の狭い空間の湿度を第１の電子素子３２の周囲の広い空間の湿度にできるだけ早く近づける。
【００４２】図２０は冷却部材５６を構成する一つの板部材５６ａを示す平面図、図２１は冷却部材５６の断面図である。冷却部材５６は２つの板部材５６ａ、５６ｂを重ねて、ロウ付け等により接合される。冷却部材５６は冷媒通路８８、冷媒入口９０、冷媒出口９２を有する。冷媒通路８８は、一つの板部材５６ａの表面に溝状に設けた複数の並列な流路８８ａにより形成されている。
【００４３】図２０においては、１つの冷媒通路８８は４つの並列な流路８８ａにより形成されている。冷却部材５６の冷媒通路５６は蛇行状に曲がっており、複数の並列な流路８８ａは曲がり部において合流している。４つの並列な流路８８ａが２往復している。これによって、冷媒が冷却板５６の表面に広く分布し、有効な冷却面の面積を増大し、冷却効率を高めることができる。
【００４４】図２２は冷却部材５６を構成する一つの板部材５６ａの他の例を示す平面図である。この例では、冷却部材５６の冷媒通路５６の２つの並列な流路８８ａからなり、２つの並列な流路８８ａが５往復している。図２３は冷却部材５６を構成する一つの板部材５６ａの他の例を示す平面図である。この例では、冷却部材５６の冷媒通路５６の３つの並列な流路８８ａからなり、３つの並列な流路８８ａが３往復している。
【００４５】このような並列な流路８８ａからなる冷却部材５６の冷媒通路５６の圧力損失は冷却部材５６の伝熱面積１ｃｍ2 当たり７００Ｐａ以下であり、冷却性能は冷却部材５６の伝熱面積１ｃｍ2 当たり７６２３℃／Ｗ以下である、ことが好ましい。図２４は冷却部材５６及び放熱部材５４の表面粗度をパラメータとした荷重と熱抵抗との関係を示す図である。図２４から分かるように、表面粗さが小さくなるほど、熱抵抗は小さくなり、放熱部材５４から冷却部材５６への熱の移動が容易になる。図２４には、表面粗度が、０．０２５μｍ、０．０５μｍ、０．１μｍ、０．２μｍ、０．８μｍの例が示されている。冷却部材５６及び放熱部材５４の表面の表面粗度Ｒａが中心線平均粗さで０．２μｍ以下であれば、熱抵抗はそれほど荷重をかけなくても満足できるレベルにある。
【００４６】図２５は放熱部材５４と冷却部材５６の取付け方法の例を示す断面図である。スペーサ９４が第１の電子素子３２と放熱部材５４との間に隙間を保つように、マザーボード３０と放熱部材５４との間に配置される。スペーサ取付け手段９６がマザーボード３０に設けられており、スペーサ取付け手段９６はスペーサ９４が第１の電子素子３２と放熱部材５４との間に隙間を保つようにスペーサ９４の位置を調節可能である。放熱部材５４はスペーサ９４によって定められた所定の位置で放熱部材取付け手段９８によって固定される。冷却部材５６は上記したように放熱部材５４に取付けられる。このようにして、冷却部材保持機構３６によって一括して保持される冷却部材５６が放熱部材５４に対して確実に接触するようになっている。
【００４７】高熱伝導性材料１００が第１の電子素子３２の放熱面と放熱部材５４の受熱面との間に充填されている。高熱伝導性材料１００は第１の電子素子３２の放熱面と放熱部材５４の受熱面との間の隙間を埋めるコンパウンドである。図２６は放熱部材５４と冷却部材５６の取付け方法の他の例を示す断面図である。この例では、放熱部材５４の放熱面と冷却部材５６の受熱面とを圧力をかけて接触させる加圧手段１０２を備えた。これによって、冷却部材５６は放熱部材５４に確実に接触し、第１の電子素子３２を有効に冷却することができる。実施例においては、加圧手段１０２は膨張可能な容器であり、この容器に流体を注入することで容器が膨張して冷却部材５６を放熱部材５４側に加圧する。加圧手段１０２は冷却部材５６と支持壁１０４との間にある。
【００４８】図２７及び図２８は放熱部材５４と冷却部材５６の取付け方法の他の例を示す断面図である。この例では、スペーサ９４は放熱部材５４に対して垂直方向に可動である。すなわち、スペーサ９４は放熱部材５４の穴に挿入されるスペーサピンとして形成され、スペーサ９４の先端はマザーボード３０に設けた受け座９６に当接するようになっている。スペーサ９４の先端はマザーボード３０に設けた受け座９６に当接した状態で、第１の電子素子３２と放熱部材５４との間に隙間を保つように、スペーサ９４を放熱部材５４に対して位置決めし、位置決めした後スペーサ９４を接着剤１０６によって放熱部材５４に固定する。
【００４９】第１の電子素子３２と放熱部材５４との間に隙間を保つためには、第１の電子素子３２の放熱面に所定の厚さのシートをのせ、その上から放熱部材５４をのせた状態でスペーサ９４の位置決めを行うとよい。スペーサ９４を接着した後に放熱部材５４をスペーサ９４とともに取り外し、第１の電子素子３２の放熱面にコンパウンドを塗布する。それから、放熱部材５４をスペーサ９４とともに取り付けて、ねじ１０８によって固定する。冷却部材５６はねじ６０によって放熱部材５４に固定される。
【００５０】図２９から図３６は、第２の電子素子３４ａの冷却について説明する図である。ＣＰＵを構成する第１の電子素子３２の冷却は、上記したように、冷却部材５６が放熱部材５４に直接に接触することによって行われる。これに対して、ＲＡＭ用の第２の電子素子３４ａの冷却は、冷却部材１１４が第２の電子素子３４ａに接触されることなく、空冷により行われる。
【００５１】図２９は第２の電子素子３４ａの冷却の例を示す図である。上記したように、第２の電子素子群３４は列をなして配置された複数の第２の電子素子３４ａを含み、各第２の電子素子３４ａはＲＡＭ用半導体チップ１１０をプリント基板１１２に取付けてなるものである。プリント基板１１２がマザーボード３０に垂直に配置され、プリント基板１１２の一端がマザーボード３０に取付けられる。
【００５２】冷却部材５６と同様にホース３８を介して冷媒を供給される冷却部材１１４は、第２の電子素子３４ａの間に挿入される。すなわち、冷却部材１１４が第２の電子素子３４ａの近傍に配置され、冷却空気によって空冷される。第２の電子素子３４ａはこうして冷却され、それによって温められた空気が箱構造２６内の湿度低下効果をもたらす。
【００５３】図３０は第２の電子素子３４ａの冷却の他の例を示す図である。この例では、冷却部材１１４が第２の電子素子３４ａの列（第２の電子素子群３４）の実質的に外側にあり、熱伝導体１１６が冷却部材１１４に接続され、熱伝導体１１６が第２の電子素子３４ａの間に挿入される。こうして、第２の電子素子３４ａは冷却部材１１４及び熱伝導体１１６によって空気層を介して冷却される。
【００５４】図３１及び図３２は第２の電子素子３４ａの冷却の他の例を示す図である。この例では、冷却部材１１４が第２の電子素子３４ａの列（第２の電子素子群３４）の実質的に外側にあり、熱伝導体１１６が冷却部材１１４に接続され、熱伝導体１１６が第２の電子素子３４ａの間に挿入される。図３０では、冷却部材１１４がマザーボード３０と平行に配置されていたのに対して、図３１及び図３２では、冷却部材１１４がマザーボード３０と垂直に配置され、２つの冷却部材１１４が第２の電子素子群３４の両側にある。この構成によれば、上記したように第２の電子素子３４ａの冷却を行うことができるとともに、冷却部材１１４及び熱伝導体１１６がある状態で、第２の電子素子３４ａの挿抜を行うこともできる。
【００５５】図３３は第２の電子素子３４ａの冷却の他の例を示す図である。冷却部材１１４及び熱伝導体１１６は図３１及び図３２と同様にに配置されている。この例では、冷却部材１１４は第２の電子素子３４ａをマザーボード３０に設けられたコネクタに挿入するためのレール１１８を有する。つまり、冷却部材１１４と第２の電子素子３４ａとは図３３で紙面に対して垂直な方向（図３１の紙面上で水平方向）に相対移動可能であり、冷却部材１１４及び熱伝導体１１６を挿入及び排出するときや、第２の電子素子３４ａの挿抜を行うときに、第２の電子素子３４ａの傾きを抑制して、冷却部材１１４及び熱伝導体１１６と第２の電子素子３４ａとが接触するのを防ぐ。
【００５６】図３４は第２の電子素子３４ａの冷却の他の例を示す図である。この例では、冷却部材１１４及び熱伝導体１１６が図３１及び図３２と同様に設けられ、熱伝導体１１６中にヒートパイプが挿入されている。よって、第２の電子素子３４ａから冷却部材１１４への熱移送能力を高めるようにしている。図３５は第２の電子素子３４ａの冷却の他の例を示す図である。冷却部材１１４及び熱伝導体１１６は図３１及び図３２と同様にに配置されている。この例では、ピン１２０がマザーボード３０に第２の電子素子３４ａ及び冷却部材１１４と平行に設けられており、このピン１２０が通る穴１２２を冷却部材１１４又はそれと一体的な部材に設けてある。従って、冷却部材保持機構３６を移動させて熱伝導体１１６を第２の電子素子３４ａの間に挿入するときに、ピン１２０がガイドの役目をし、第２の電子素子３４ａと冷却部材１１４との位置決めを行い、第２の電子素子３４ａと冷却部材１１４とが接触するのを防ぐようにしている。
【００５７】図３６は第２の電子素子３４ａの冷却の他の例を示す図である。冷却部材１１４及び熱伝導体１１６は図３１及び図３２と同様にに配置されている。この例では、第２の電子素子３４ａのためのコネクタ５３のラッチ機構１２４を工具１２６によって操作可能にし、冷却部材１１４及び熱伝導体１１６がある状態で、第２の電子素子３４ａの挿抜を行うことができるようにしている。
【００５８】図３７は第２の電子素子３４ａのための冷却部材１１４の構造の例を示す図である。図２０及び図２１２１に示した冷却部材５６と同様に、冷却部材１１４は２つの板部材１１４ａ、１１４ｂを重ねて、ロウ付け等により接合される。冷却部材１１４は冷媒通路１２８、冷媒入口１３０、冷媒出口１３２を有する。冷媒通路１２８は、一つの板部材１１４ａの表面に設けた溝として形成されている。冷媒入口１３０、冷媒出口１３２にはニップル１３４、１３６が取付けられる。
【００５９】さらに、金属板からなる熱伝導体１１６が一つの板部材１１４ｂの外面に１３８で示す位置にロウ付けされる。図３８は第２の電子素子３４ａのための冷却部材１１４の構造の他の例を示す図である。この例では、冷却部材１１４は、第１の板１４０ａと、第２の板１４０ｂと、第１及び第２の板の間に配置されるスペーサ１４２とからなる。第１の板１４０ａとスペーサ１４２と第２の板１４０ｂとはシールリング１４４を介して密封状に互いに接合される。
【００６０】スペーサ１４２はシールリング１４４を配置するための環状溝１４６及び冷媒通路を形成するための貫通穴１４８を有する。第１の板１４０ａ及び第２の板１４０ｂは冷媒通路の一部を形成する貫通穴１５０ａ、１５０ｂを有する。スペーサ１４２の貫通穴１４８は環状溝１４６の内部に形成される。第１及び第２の板１４０ａ、１４０ｂの貫通穴１５０ａ、１５０ｂは互いに上下交互になっており、且つ第１の板１４０ａとスペーサ１４２と第２の板１４０ｂとが接合されたときに環状溝１４６の内部にくるように形成される。
【００６１】さらに、図３８及び図３９に示されるように、第１の板１４０ａとスペーサ１４２と第２の板１４０ｂに対し、スペーサ１４２及び第３の板が組み合わせられる。第３の板は第１の板１４０ａ又は第２の板１４０ｂと基本的に同じ構造のものである。よって、第２の板１４０ｂ−スペーサ１４２−第１の板１４０ａ−スペーサ１４２−第２の板１４０ｂの密着積層体を形成する。この積層体の積層数は変えることができる。
【００６２】この積層体の一端部には端板１５２が配置される。端板１５２は冷媒通路の一部を形成する溝１５２ａ、シールリング１４４のための環状溝１５２ｂ及び出入り口を有する。ニップル１５２ｃが出入り口に取付けられる。この積層体の他端部には端板１５２と同様の端板（図示せず）が配置される。第１の板１４０ａとスペーサ１４２と第２の板１４０ｂ（及び第３の板１４０ｃ）からなる積層体は、ボルト１５４によって一体化される。ボルト１５４は挿入穴１５４ａに通され、ナット（図示せず）に締着される。
【００６３】従って、端板１５２のニップル１５２ｂから入った冷媒は、溝１５２ａ、貫通穴１５０ａ、１５０ｂ、及び貫通穴１４８によって形成される冷媒通路を蛇行状に流れることができる。さらに、図３８から明らかなように、第１及び第２の板１４０ａ、１４０ｂはスペーサ１４２よりも大きく、第１及び第２の板１４０ａ、１４０ｂのスペーサ１４２よりも外側に（前記積層体よりも外側に）張り出した部分は熱伝導体１１６として作用する。すなわち、第１及び第２の板１４０ａ、１４０ｂ及びスペーサ１４２の積層体の部分は、例えば図２９から図３６の冷却部材１１４として作用し、第１及び第２の板１４０ａ、１４０ｂの外側張出部分は例えば図３０R>０から図３６の熱伝導体１１６として作用する。
【００６４】図４０及び図４１は第２の電子素子３４ａのための冷却部材１１４の構造の他の例を示す図である。この実施例の基本的な構成は前の実施例と同様である。図３８及び図３９の実施例ではボルト１５４がシールリング１４４の外側に配置されていたのに対して、この実施例ではボルト１５４がシールリング１４４の内側に配置される。貫通穴１５０ａ、１５０ｂが一部の挿入穴１５４ａを兼ねることができる。
【００６５】図４２は第２の電子素子３４ａのための冷却部材１１４の構造の他の例を示す図である。この実施例は図３７の実施例の特徴と図３８の実施例の特徴ととを組み合わせたものである。冷却部材１１４は２つの板部材１１４ａ、１１４ｂをシールリング１４４を介して重ねて形成したものであり、２つの板部材１１４ａ、１１４ｂはボルト１５４により一体化される。ニップル１３４もボルト１５４により取付けられる。熱伝導体１１６はロウ付け１３８により板部材１１４ａに固定される。
【００６６】図３７から図４２において、冷却部材１１４を構成する板１１４ａ、１１４ｂをロウ付けにより接合してなる構成（図３７）はコンパクトであってより簡単に製造できる。しかし、ロウ付け時に板１１４ａ、１１４ｂが加熱されるので、やわらかくなって変形することがある。また、ロウ付けしてあると、冷媒通路がつまったりした場合に、リペアすることが難しい。これに対して、板１４０ａ、１４０ｂをシールリング１４４を介して重ね合わせ、ボルト１５４等によって結合する構成は、そのようなロウ付けの問題を解決することができる。
【００６７】図４３は冷却部材保持機構３６での冷媒供給手段のホース３８の配置の例を示す図である。冷媒供給用のマニホールド１６０Ｌと、冷媒排出用のマニホールド１６２Ｌとが、冷却部材保持機構３６の下端部に水平に取付けられている。さらに、冷媒供給用のマニホールド１６０Ｕと、冷媒排出用のマニホールド１６２Ｕとが、冷却部材保持機構３６の上端部に水平に取付けられている。図２に示した冷凍装置１６から延びるホース４０、４２は、これらのマニホールド１６０Ｌ、１６２Ｌ、１６０Ｕ、１６２Ｕに接続されている。
【００６８】図４３は便宜的に４列の冷却部材５６、１１４を示している。最上段の冷却部材１１４については、ホース３８は上段のマニホールド１６０Ｕ、１６２Ｕにほぼ垂直に接続され、ホース３８は互いにパラレルに接続されている。２段目の冷却部材５６については、ホース３８は上段のマニホールド１６０Ｕ、１６２Ｕにほぼ垂直に接続され且つ冷却部材５６の領域で水平に延び、隣接する冷却部材５６のホース３８はシリアルに接続されている。
【００６９】３段目の冷却部材５６については、ホース３８は下段のマニホールド１６０Ｌ、１６２Ｌにほぼ垂直に接続され且つ冷却部材５６の領域で水平に延び、隣接する冷却部材５６のホース３８は互いにシリアルに接続されている。最下段の冷却部材１１４については、ホース３８は下段のマニホールド１６０Ｌ、１６２Ｌにほぼ垂直に接続され、隣接する冷却部材１１４のホース３８は互いにパラレルに接続されている。
【００７０】従って、ある冷却部材５６、１１４のホース３８が他の冷却部材５６、１１４を垂直方向に跨ぐことがなく、各冷却部材５６、１１４が図１２及び図１３のように水平な軸線のまわりで開閉動作されるときにホース３８が邪魔になることがなく、電子素子３２、３４の保守や交換を容易に行うことができる。さらに、図４４R>４に示されるように、上段のマニホールド１６０Ｕ、１６２Ｕは段違いに配置され、下段のマニホールド１６０Ｌ、１６２Ｌは段違いに配置されている。このような配管を行うことにより、同じマニホールド１６０Ｕ、１６２Ｕ、１６０Ｌ、１６２Ｌを使用してホース３８の配管を最も簡単にでき、上記した特徴を実現できる。
【００７１】図４５は冷却部材保持機構３６での冷媒供給手段のホース３８の配置の他の例を示す図である。この例では、ホース３８は、カプラ１６４によりマニホールド１６０Ｌ、１６２Ｌに接続される。マニホールド及びホースは図４３のような構成であってもよい。図４６は冷却部材保持機構３６での冷媒供給手段のホース３８の配置の他の例を示す図である。この例では、ホース３８は、カプラ１６４によりマニホールド１６０に接続される。さらに、カプラ１６４内部にはストッパが設けられており、冷媒を抜くことなく、ホース３８と冷却部材とを分離することができる。
【００７２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、マザーボードにマルチチップモジュールを搭載するコンピュータを、室温以下となる冷却部材を用いて冷却することで高クロック動作が可能となり、マルチチップモジュールの交換を含む保守を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のコンピーュタシステムを示す図である。
【図２】本発明の実施例の電子機器を示す斜視図である。
【図３】図２の電子機器の一部の分解斜視図である。
【図４】図２の電子機器の残りの一部の分解斜視図である。
【図５】マザーボードに取付けられた電子素子を示す図である。
【図６】冷却部材を保持した冷却部材保持機構を示す断面図である。
【図７】冷却部材保持機構の正面図である。
【図８】冷却部材保持機構の移動機構を示す図である。
【図９】外側へスライドした位置にある冷却部材保持機構を示し図である。
【図１０】スライドした後で回転した位置にある冷却部材保持機構を示す図である。
【図１１】図１０の冷却部材保持機構を示す平面図である。
【図１２】冷却部材保持機構が部分的に移動する構成を示す図である。
【図１３】図１２の可動の部分が開いたところを示す図である。
【図１４】箱構造を密閉構造とした例を示す図である。
【図１５】箱構造を密閉構造とした他の例を示す図である。
【図１６】箱構造を密閉構造とした他の例を示す図である。
【図１７】マザーボードと電子素子との間の狭い空間に発熱体を設けた例を示す図である。
【図１８】乾燥装置の作動を開始してから箱構造内の湿度の変化を示す図である。
【図１９】マザーボードと第１の電子素子との間の狭い空間に乾燥空気を導入する空気導入手段を設けた例を示す図である。
【図２０】冷却部材を構成する一つの板部材を示す平面図である。
【図２１】冷却部材の断面図である。
【図２２】冷却部材を構成する一つの板部材の他の例を示す平面図である。
【図２３】冷却部材を構成する一つの板部材の他の例を示す平面図である。
【図２４】冷却部材及び放熱部材の表面粗度をパラメータとした荷重と熱抵抗との関係を示す図である。
【図２５】放熱部材と冷却部材の取付け方法の例を示す断面図である。
【図２６】放熱部材と冷却部材の取付け方法の他の例を示す断面図である。
【図２７】放熱部材と冷却部材の取付け方法の他の例を示す平面図である。
【図２８】図２７の放熱部材と冷却部材の断面図である。
【図２９】第２の電子素子の冷却の例を示す図である。
【図３０】第２の電子素子の冷却の他の例を示す図である。
【図３１】第２の電子素子の冷却の他の例を示す図である。
【図３２】図３１の矢印から見た側面図である。
【図３３】第２の電子素子の冷却の他の例を示す図である。
【図３４】第２の電子素子の冷却の他の例を示す図である。
【図３５】第２の電子素子の冷却の他の例を示す図である。
【図３６】第２の電子素子の冷却の他の例を示す図である。
【図３７】第２の電子素子のための冷却部材の構造の例を示す図である。
【図３８】第２の電子素子のための冷却部材の構造の他の例を示す図である。
【図３９】図３８の構成における冷媒の通路を示す断面図である。
【図４０】図４１の構成における冷媒の通路を示す断面図である。
【図４１】第２の電子素子のための冷却部材の構造の他の例を示す図である。
【図４２】第２の電子素子のための冷却部材の構造の他の例を示す図である。
【図４３】冷却部材保持機構での冷媒供給手段のホースの配置の例を示す図である。
【図４４】図４３のマニホルドの側面図である。
【図４５】冷却部材保持機構での冷媒供給手段のホースの配置の他の例を示す図である。
【図４６】冷却部材保持機構での冷媒供給手段のホースの配置の他の例を示す図である。
【図４７】従来の液冷構造を示す図である。
【図４８】従来の強制空冷構造を示す図である。
【符号の説明】
１２…電子機器
１６…冷凍装置
２２…乾燥装置
２４…ケーシング
２６…箱構造
２８…フレーム
３０…マザーボード
３２…電子素子
３４ａ…電子素子
３６…冷却部材保持機構
３８…ホース
４６…ダクト
５４…放熱板
５６…冷却部材
５８…ばね
６０…ねじ
６２…スライドガイド
６４…スライド部
６６…支点
７４…仕切り壁
７８…断熱層
８０…発熱体
８６…空気導入手段
８８…冷媒通路
９４…スペーサ
１１４…冷却部材
１１６…熱伝導体
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はコンピュータシステム等で使用される電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータシステムは、演算回路が集積された演算部、その演算部で処理される命令やデータを演算部の処理能力を落とさないように高速で動作するキャッシュ部、そのキャッシュ部に送られる命令やデータを格納するメモリ部、そして、そのメモリにプログラムやデータを読みだしてくる周辺機器等から構成される。また、演算部を複数有して並列動作するシステムにおいては、複数の演算部からアクセス可能な共有メモリ部を有する。特に、演算部とキャッシュ部は動作速度を向上するために高いクロック周波数で動作しており、データの変化が多く消費電力が高くなると共に発熱量が増大している。
【０００３】これらの回路を冷却するには、自然空冷、強制空冷、液冷、浸漬冷却等がある。自然空冷は冷却能力が低いために小型で発熱量の少ないコンピュータに用いられる。強制空冷と液冷は処理能力の高いコンピュータに用いられる。浸漬冷却はジョセフソン素子等を用いた実験設備的な特殊なコンピュータ等で主に利用される。
【０００４】大型のコンピュータは、図４７に示すように演算回路の規模が大きく、複数のＬＳＩ２０３を搭載したマザーボード２０１によって、演算回路が構成される。このようなマザーボードは発熱量が多いために、冷却液で冷却される冷却プレート２０６によって冷却される。冷却プレート２０６には、発熱素子であるＬＳＩ２０３に対向する部分にベローズ２０７が設けられており、このベローズ２０７をＬＳＩ２０３に接触させて冷却を行う。この冷却プレート２０６に使用される冷媒は、図示されない熱交換器により室温程度にまで冷却されており、その冷媒はＬＳＩ２０３の熱を吸収して図示されない熱交換器へ戻る。また、ベローズ２０７はＬＳＩ２０３に密着するように、バネ性を有しており冷却プレート２０６をマザーボード２０１に対して所定の位置へ取り付けるのみでＬＳＩ２０３とベローズ２０７との熱的接続が可能となっている。
【０００５】このような装置は実装密度を向上するために、図示はしていないがマザーボード２０１の両面にＬＳＩ２０３が搭載されており、その両面に搭載されたＬＳＩ２０３を冷却するためにマザーボード２０１を挟む形で２つの冷却プレート２０６が配置されている。このため、マザーボードの異常が発見されたときや、ハードウェアのバージョンアップに伴う交換が生じた時には、筐体に取り付けられた冷却プレート２０６を取り外し、その後マザーボード２０１を取り外す必要があった。
【０００６】また、このような装置を高性能化するに伴って、ＬＳＩ２０３の処理能力の向上と共に発熱量も上昇することになる。しかし、冷却水の流量を増加するには冷却プレートや配管等の耐圧性を向上する必要があるが、限られたスペースに配置しなければならない冷却プレート等をこれ以上大型化することはできない。また、冷却水の温度を室温以下に下げるとマザーボードに水滴が付いてしまい動作不良あるいは故障の原因となってしまう。そして、マザーボード２０１と冷却プレート２０６とを熱的に接続する面積はＬＳＩ２０３とベローズ２０７との接触面のみであるが、この面積を増加することは装置の構造を全く変える必要があり難しい。よって、冷却性能を向上するにはこの接触面の熱抵抗を減らす必要があった。そこで、ベローズ２０７をＬＳＩ２０３に押しつける力をさらに大きくすると、ＬＳＩ２０３やマザーボード２０１が損傷してしまい、また、冷却プレート２０６を取り付ける時にも大きな力が必要となり保守性が悪くなってしまう。そこで、ＬＳＩ２０３とベローズ２０７との間に低融点の金属を挟み、その低融点の金属を溶かして冷却プレートの取り付け及び取り外しを行うことで、密着力を増加させて熱抵抗を減らしていた。
【０００７】このために、マザーボードの交換の度に冷却プレートの取り付け及び取り外しの度に、マザーボードと冷却プレートの間に低融点金属の溶融点よりも高い温度のホットエアーを吹きつけるという大変な作業が必要となり保守性が極めて悪くなっていた。一方近年の大型コンピュータはＣＭＯＳ技術の発達により図４８に示すように、放熱フィン２０４を用いた強制空冷が用いられている。図４７に示すマザーボード２０１に記載した演算回路と同程度の規模の回路が近年の微細加工技術により１チップ化し、従来では複数のマザーボードで構成されていた演算回路がマルチチップモジュール２０２、１つで構成可能となっている。しかも、回路が縮小したことで信号線が短くなり、より高いクロックで動作可能となるとともに、ＣＭＯＳ技術特有の省電力により液冷を用いる必要がなくなっている。このようにマザーボード２０１当たりの演算能力が格段に上がると共に、冷却方式を液冷から強制空冷としたことで保守性も向上している。
【０００８】冷却方法を液冷から強制空冷にすることによって、冷却プレートを設置する必要が無くなり、直接マザーボードを交換することが可能となる。また、配管が必要でないことから、マザーボード上で放熱フィンを細分化することが可能となり、マザーボード上の部品の単位であるマルチチップモジュール毎に放熱フィンを設置することができる。これにより、マルチチップモジュールに放熱フィンを取り付けたまま扱うことができるので、冷却プレートやマザーボードを取り外すことなく、部品の交換を行うことが可能となった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年の技術の発達を持ってしても、回路の縮小化および回路の縮小化に伴う高クロック動作に限界が生じてきている。特開平１−３１８２９５で開示されるように半導体素子は低温になればなる程反応が早くなり高クロックでの動作が可能であることが判っており、現在必要とされている処理性能の要求を満たすためにはこのような技術を導入せざるを得なくなってきている。しかし、半導体素子の冷却技術は、一般的には自然空冷、強制空冷、液冷の３種類が一般的であり、これらの冷却技術は半導体自体の発熱による熱破壊を防止するために冷却する技術である。一方浸漬冷却は、ジェセフソン素子等を冷却するのに用いたりすることから、素子の動作温度を維持するための冷却方法として実現されているが、保守性に問題があり通常のコンピュータへの適用は難しい。
【００１０】本発明の目的は、半導体回路を高クロックで動作させるための動作温度にまで冷却し、かつ、半導体回路の動作時においてもその動作温度を維持するための室温以下となる冷却構造を、保守性を考慮した実用性のある構造で提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明による電子機器は、マザーボードと、該マザーボードに取り付けられるマルチチップモジュールと、該マルチチップモジュールを冷却するための冷却部材と、該冷却部材を室温以下に冷却する冷凍装置と、マルチチップモジュール毎に設けられ、各マルチチップモジュールと冷凍装置とを熱的にかつ機械的に着脱可能とする接続構造とを備えたことを特徴とする。
【００１２】マルチチップモジュールをマザーボードに搭載した状態で冷却部材の着脱を行うことができる。これによりマザーボードと冷却部材との分離が容易となり保守性を十分に確保した冷却構造を実現することができる。また、システム構成によりマルチチップモジュールの数を増減する場合に、冷却部材の選択的な配置が容易に行え実用性の高い構成となる。
【００１３】上記構成と共に以下の特徴を付加することができる。冷却部材は固定部材（例えばねじ）によってマルチチップモジュールに取り付けられた放熱部材に固定される。従って冷却部材は放熱部材に密着して電子素子を確実に冷却することができ、固定部材（例えばねじ）を釈放することで液冷特有の冷却水の漏れといった面倒なことを考慮することなく冷却部材とマルチチップモジュールとを機械的に分離できる。
【００１４】該冷却部材は冷却部材保持機構に一括してフローティング支持されている。従って、冷却部材を固定部材（例えばねじ）によって放熱部材に固定する場合に、冷却部材と放熱部材との間のずれを保証しつつ、さらに、冷却部材を放熱部材から引き離す時や近接させる時に、冷却部材が複数あっても冷却部材保持機構を移動させるだけで一度に作業することができるので、保守の場合には冷却部材保持機構をのみを操作するだけでよく、マザーボードやマルチチップモジュールに対して非常に保守性の高い冷却機構が実現できる。
【００１５】冷却部材は冷媒入口と冷媒出口と該冷媒入口及び該冷媒出口の間に延びる冷媒通路とを有し、室温以下の冷媒を循環させるので、効率的にマルチチップモジュールを冷却する。冷却部材保持機構は複数の冷却板部材とともにマザーボードに接近し又は遠ざかるように移動可能である。この場合、冷却部材保持機構はスライド機構に沿って全体的に移動可能である。従って、マルチチップモジュールの保守を行う場合には、冷却部材保持機構をスライド機構に沿って外側へ引き出し、ドアのように回転させると、マザーボードに搭載された電子素子が露出される。
【００１６】冷却部材保持機構は各冷却板部材とともにマザーボードに接近し又は遠ざかるように形成された可動の部分を含む。従って、例えば単一のマルチチップモジュールを保守する場合には、冷却部材保持機構の１つの可動の部分のみを開いて、そのマルチチップモジュールを露出させることができる。マルチチップモジュールはコネクタによってマザーボードに取り付けられ、冷却部材保持機構の可動部分はコネクタの脱着手段と連動するように構成されている。こうすれば、１つのマルチチップモジュールを保守する場合に、冷却部材保持機構の１つの可動の部分のみを開いたときに、そのマルチチップモジュールがマザーボードからも釈放される。
【００１７】マルチチップモジュールはマザーボードに接続するための多数の接続ピンと複数の半導体チップを取り付けた共通の基板で、他方の面には冷却部材が取り付けられて冷却性能を有する基板からなる。このようなマルチチップモジュールは演算回路の一纒まり毎に形成され、例えば８並列の演算回路からなるコンピュータシステムを実現する場合には８つのマルチチップモジュールをマザーボードに搭載することになる。
【００１８】接続構造を例えば冷却部材の冷媒入口部分と、冷媒出口部分にカプラ設けることで、マルチチップモジュールに冷却部材を取り付けた状態でユニットとすることができ、システム構成の変更が容易となる。また、カプラで冷凍装置とマルチチップモジュールとを分離することで、熱的かつ機械的な着脱が容易に行うことができる。また、このカプラは冷媒のストッパー付きのものを用いることで、冷却部材内部の冷媒を抜くことなく着脱が行えるので便利である。また、冷却部材をマルチチップモジュールの大きさとすることで、冷却部材の内部に比重の高い冷媒が詰まっていても、このユニットを手で持つことができる程度の重さにすることができ高い保守性が確保できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。図１は本発明の実施例のコンピュータシステム１０を示す図である。コンピュータシステム１０は、ＣＰＵ等のシステム主要部を構成する複数のマルチチップモジュールを有する電子機器１２と、その他の周辺機器１４とを含む。システム主要部を構成する電子機器１２のマルチチップモジュールは高速作動のために冷却を必要とするので、電子機器１２に隣接して冷凍装置１６が設けられる。
【００２０】冷凍装置１６は図示しないコンプレッサ、コンデンサ、及びエバポレータを含み、冷凍装置１６内の温度を室温以下の低温にするものである。冷凍装置１６内にはタンク１８及びポンプ２０が配置され、冷凍装置１６内で室温以下の温度に冷却された冷媒（水）が矢印Ａによって示されるようにタンク１８からポンプ２０によって電子機器１２内へ送られ、電子機器１２を出た冷媒は冷凍装置１６に戻され、再び冷却される。
【００２１】電子機器１２の下部には乾燥装置２２が配置される。乾燥装置２２はシリカゲルロータ等の乾燥又は除湿手段を含み、乾燥空気は破線の矢印Ｂによって示されるように乾燥装置２２から電子機器１２へ送られ、電子機器１２を出た乾燥空気冷媒は乾燥装置２２に戻され、再び乾燥される。このようにして、電子機器１２へ乾燥空気を送ることにより、強く冷却される電子機器１２の内部で結露するのを防止するようになっている。
【００２２】図２は図１の電子機器１２を示す斜視図である。図３は図２の電子機器１２の一部を示す図、図４は図２の電子機器１２の残りの一部を示す図である。図２R>２から図４において、電子機器１２はケーシング２４を含む。ケーシング２４の側壁は取り外した状態で示される。箱構造２６がケーシング２４内に配置され、フレーム２８が箱構造２６内に配置される。箱構造２６はドア２６ａを有する。
【００２３】マザーボード３０がフレーム２８に取付けられ、複数の第１の電子素子３２及び複数の第２の電子素子群３４がマザーボード３０に取付けられる。さらに、第１の電子素子３２を冷却するための板状の冷却部材（図６の５６）を一括して保持した冷却部材保持機構３６が設けられる。冷却部材５６はマルチチップモジュール（第１の電子素子）３２に相対して配置される。冷却部材保持機構３６は冷却部材５６に接続されるホース３８を有する。また、冷却部材保持機構３６は後で説明するように第２の電子素子群３４の冷却部材（図２９の１１４）をも保持している。
【００２４】冷凍装置１６から延び且つ冷媒供給手段の一部をなすホース４０、４２が箱構造２６の下部に取付けられている。ホース４０、４２は断熱材４４で取り囲まれている。ホース３８は後で説明するマニホールドを介してホース４０、４２に接続される。さらに、乾燥装置２２から延びるダクト４６が箱構造２６の下部に取付けられている。
【００２５】第１の電子素子３２は複数の半導体チップ（ＣＭＯＳ）を共通の基板に取り付けたチップモジュールからなり、このようなチップモジュールはマルチチップモジュール（ＭＣＭ）と呼ばれ、システム主要部としてＣＰＵを構成する。第２の電子素子群３４は複数の第２の電子素子３４ａを含み（図２９）、第２の電子素子３４ａは例えばＲＡＭ用半導体チップをプリント基板に取付けてなるものである。第１の電子素子３２及び第２の電子素子群３４は同じマザーボード３０に取付けられている。
【００２６】ケーシング２４は電源装置４８を含み、フレーム２８が箱構造２６内に配置され且つ箱構造２６がケーシング２４内に配置されたときに、電源装置４８は図示しないコードによりマザーボード３０に接続され、マザーボード３０を介して第１の電子素子３２及び第２の電子素子群３４に電力を供給する。電源用コードを通す穴５０が図３の箱構造２６に示される。電源用コードを穴５０に通し、マザーボード３０に接続した後で、穴５０は密封される。
【００２７】図５は、マザーボード３０に取付けられた第１の電子素子３２及び第２の電子素子群３４を示す。コネクタ５２がマザーボード３０に取付けられており、第１の電子素子３２はコネクタ５２にプラグインされるようになっている。ヒートシンクとも呼ばれる放熱板５４が第１の電子素子３２に固定されている。板状の冷却部材５６は放熱板５４に接触せしめられ、よって第１の電子素子３２を冷却することができる。冷却部材５６は冷却部材保持機構３６に保持され、冷媒を通されている。また、第２の電子素子群３４の第２の電子素子３４ａのためのコネクタ５３がマザーボード３０に取付けられている。
【００２８】図６は冷却部材５６を保持した冷却部材保持機構３６を示す断面図、図７は冷却部材保持機構３６を示す正面図である。冷却部材保持機構３６は概略マザーボード３０と同様な大きさの平面的な部材であり、冷却部材５６を保持すべき位置（第１の電子素子３２と対向する位置）に冷却部材５６よりもわずかに大きな開口部３６ａを有する。冷却部材５６は開口部３６ａ内に配置され、ばね５８によって開口部３６ａの側壁に支持されている。つまり、冷却部材５６はフローティング状に冷却部材保持機構３６に保持され、マザーボード３０とフレーム２８の対向誤差を吸収する。
【００２９】冷却部材保持機構３６は、冷却部材５６が放熱板５４に接触せしめられる位置にくるように形成されている。ホース３８が冷却部材５６に接続され、冷媒が冷却部材５６内部の冷媒通路を通る。好ましくは、冷却部材５６がねじ６０によって放熱板５４に固定されるようになっている。従って、冷却部材５６は放熱板５４に密着し、放熱板５４を介して第１の電子素子３２を効果的に冷却することができる。
【００３０】図８は冷却部材保持機構３６の移動機構を示す図である。図９は外側へスライドした位置にある冷却部材保持機構３６を示し、図１０はスライドした後で回転した位置にある冷却部材保持機構３６を示す図である。図１１は図１０の冷却部材保持機構３６を示す平面図である。図４、図８、図９、図１０に示すように、箱構造２６内に配置されるフレーム２８は両側部にスライドガイド６２を有し、冷却部材保持機構３６はスライドガイド６２に沿ってスライド可能なスライド部６４を有する。よって、冷却部材保持機構３６は複数の冷却板部材５６とともにマザーボード３０に接近し又は遠ざかるように移動可能である。
【００３１】冷却部材保持機構３６がマザーボード３０に接近した位置にある状態が図８に示され、冷却部材保持機構３６がマザーボード３０から離れた位置にある状態が図９に示されている。さらに、冷却部材保持機構３６はスライド部６４に設けられた支点６６のまわりでドアのように全体的に回転可能である。従って、図１０及び図１１に示すように、冷却部材５６及び冷却部材保持機構３６が引き出された後、冷却部材保持機構３６の支点６６を中心に冷却部材５６及び冷却部材保持機構３６が一括でドアのように回転し、マザーボード３０全体に対してシステム主要部の保守や交換を容易に行うことができる。
【００３２】図８から図１１においては冷却部材保持機構３６が全体的に移動する構成を示したが、図１２及び図１３は冷却部材保持機構３６が部分的に移動する構成を示す。図７に示されるように、冷却部材保持機構３６は各冷却部材５６を配置する開口部３６ａよりも少し大きな区分された領域３６Ｘを示す。図１２及び図１３は冷却部材保持機構３６の区分された領域３６Ｘを示す。
【００３３】冷却部材保持機構３６は各冷却板部材５６とともにマザーボード３０に接近し又は遠ざかるように形成された可動の部分３６Ｙを含む。可動の部分３６Ｙは冷却部材保持機構３６の区分された領域３６Ｘに設けた支点６８のまりわで回転可能に設けられ、図１２に示すように冷却部材５６が放熱部材５４に接触する位置と、図１３に示すように冷却部材５６が放熱部材５４から離れた位置との間で移動可能である。従って、可動の部分３６Ｙを開くことによって、問題のある第１の電子素子３２について保守や交換を行うことができる。なお、可動の部分３６Ｙは第２の電子素子群３４の位置にも設けられる。
【００３４】さらに、図１２及び図１３において、第１の電子素子３２をマザーボード３０に取り付けるコネクタ５２が示されている。コネクタ５２はカム７０を回転させるによってボード３０に脱着できるようになっている。冷却部材保持機構３６の可動の部分３６Ｙはリンク７２によってカム７０に連結されており、可動の部分３６Ｙを動かすとカム７０が回転してコネクタ５２が脱着されるようになっている。従って、冷却部材保持機構３６の可動の部分３６Ｙを開くと、コネクタ５２及び第１の電子素子３２を取り外すことができる。本発明では、冷媒供給手段はホース３８、４０、４２を介して冷却部材５６に室温以下の冷媒を供給するようになっている。従って、第１の電子素子３２は効果的に冷却され、高速で作動することができる。冷却部材５６に室温以下の冷媒を供給することによって、低コストでシステム性能を向上させる。好ましくは、冷媒供給手段は冷却部材５６に３℃以上で１０℃以下の水を供給する。さらに好ましくは、冷媒供給手段は冷却部材５６に３℃以下の不凍液を入れた水を供給する。
【００３５】さらに、図１４から図１６にも示されるように、箱構造２６は実質的に密閉容器として形成される。好ましくは、箱構造２６は３０℃、７０％ＲＨ、湿球温度２６℃以下の環境下にて水分浸入量が１ｇ／日以下の密閉箱である。マザーボード３０と、電子素子３２、３４ａと、放電部材５４と、冷却部材５６と、冷却部材保持機構３６とが、箱構造２６内に収容される。図１４１４から図１６においては、マザーボード３０のみが代表的に示されている。箱構造２６を密閉構造とし、乾燥空気を循環させることによって、箱構造２６内の電子素子３２、３４ａ近傍の露点を冷媒の供給温度以下にし、電子素子３２、３４ａが結露の影響を受けないようにする。
【００３６】さらに、乾燥装置１６はダクト５０を介して箱構造２６内に乾燥空気を供給し、箱構造２６内の水分を除去する。そして、図１５に示されるように、箱構造２６は乾燥装置２２から供給された空気の流れと乾燥装置２２へ戻る空気の流れを分離する仕切り壁７４を含むとよい。また、箱構造２６内部にダクト４６及びファン７６の少なくとも一方を設け、乾燥装置２２からの乾燥空気が箱構造２６内にスムーズに循環するようにする。このようにして、箱構造２６内の水分を除去し、電子素子３２、３４ａが水分の影響を受けないようにする。
【００３７】さらに、箱構造２６の壁に断熱層のある部分と断熱層のない部分を設ける。断熱層を設けた方が箱構造２６内の温度を低く維持できる。しかし、箱構造２６の外側の外気温度が箱構造２６の内部の空気の温度よりも高いと、箱構造２６の外面において結露する。また、箱構造２６の外側の外気温度が箱構造２６の内部の温度よりも低いと、箱構造２６の内部が過熱することがある。これらを防止するために、箱構造２６の壁に部分的に断熱層を設けるのがよい場合がある。
【００３８】図１４においては、箱構造２６の下側部分のみに断熱層７８を設けた。これは箱構造２６の下側部分が低温になりやすいのに対応する。図１５においては、乾燥装置２２からの乾燥空気の循環の下流側のみに断熱層７８を設けた。これは乾燥空気の循環の下流側が低温になりやすいのに対応する。又、内部で空気を積極的にかくはんすることにより箱構造内部の環境を均一化し、乾燥装置立上げ時においては湿気がのこりやすい微細隙間部の湿度も急速短時間で低下せしめることが可能となる。図１６においては、マザーボード３０上の電子素子３２、３４ａの表面に対向する該箱構造の内面のみに輻射断熱層７８を設けた。これは冷却部材５６の表面からの冷気により低温になりやすいのに対応する。
【００３９】図１７はマザーボード３０と第１の電子素子３２との間の狭い空間に発熱体８０を設けた例を示す図である。発熱体８０は制御手段８２によってリード線８４を介して通伝される。図１８は乾燥装置２２の作動を開始してから箱構造２６内の湿度の変化を示す図である。曲線Ｐはマザーボード３０と第１の電子素子３２との間の狭い空間（例えば図１７において位置Ｐ）における湿度の変化を示し、曲線Ｑは第１の電子素子３２の周囲の広い空間（例えば図１７において位置Ｑ）の湿度の変化を示す。乾燥装置２２の作動を開始すると、第１の電子素子３２の周囲の広い空間においては空気の流れが大きいので湿度は比較的に早く低下するが、曲線Ｐはマザーボード３０と第１の電子素子３２との間の狭い空間においては空気の流れが小さいので湿度の低下は遅い。従って、第１の電子素子３２の冷却を行うと、第１の電子素子３２上で結露が生じる可能性がある。
【００４０】そこで、図１７の発熱体８０は、乾燥装置２２の稼働の初期の一定期間内に、電力を供給され、マザーボード３０と第１の電子素子３２との間の狭い空間に存在する水分を蒸発させるとともに上昇気流を生じさせ、マザーボード３０と第１の電子素子３２との間の狭い空間の湿度を第１の電子素子３２の周囲の広い空間の湿度にできるだけ早く近づける。なお、この場合、発熱体８０を特別に設けなくてもよいが、第１の電子素子３２を発熱体８０として利用してもよい。
【００４１】図１９は、マザーボード３０と第１の電子素子３２との間の狭い空間に乾燥空気を導入する空気導入手段８６を設けた例を示す図である。空気導入手段８６は小さなチューブとして形成され、乾燥空気は乾燥装置２２によって空気流れとして導入される。この場合にも、乾燥装置２２の稼働の初期の一定期間内に、マザーボード３０と第１の電子素子３２との間の狭い空間の湿度を第１の電子素子３２の周囲の広い空間の湿度にできるだけ早く近づける。
【００４２】図２０は冷却部材５６を構成する一つの板部材５６ａを示す平面図、図２１は冷却部材５６の断面図である。冷却部材５６は２つの板部材５６ａ、５６ｂを重ねて、ロウ付け等により接合される。冷却部材５６は冷媒通路８８、冷媒入口９０、冷媒出口９２を有する。冷媒通路８８は、一つの板部材５６ａの表面に溝状に設けた複数の並列な流路８８ａにより形成されている。
【００４３】図２０においては、１つの冷媒通路８８は４つの並列な流路８８ａにより形成されている。冷却部材５６の冷媒通路５６は蛇行状に曲がっており、複数の並列な流路８８ａは曲がり部において合流している。４つの並列な流路８８ａが２往復している。これによって、冷媒が冷却板５６の表面に広く分布し、有効な冷却面の面積を増大し、冷却効率を高めることができる。
【００４４】図２２は冷却部材５６を構成する一つの板部材５６ａの他の例を示す平面図である。この例では、冷却部材５６の冷媒通路５６の２つの並列な流路８８ａからなり、２つの並列な流路８８ａが５往復している。図２３は冷却部材５６を構成する一つの板部材５６ａの他の例を示す平面図である。この例では、冷却部材５６の冷媒通路５６の３つの並列な流路８８ａからなり、３つの並列な流路８８ａが３往復している。
【００４５】このような並列な流路８８ａからなる冷却部材５６の冷媒通路５６の圧力損失は冷却部材５６の伝熱面積１ｃｍ2 当たり７００Ｐａ以下であり、冷却性能は冷却部材５６の伝熱面積１ｃｍ2 当たり７６２３℃／Ｗ以下である、ことが好ましい。図２４は冷却部材５６及び放熱部材５４の表面粗度をパラメータとした荷重と熱抵抗との関係を示す図である。図２４から分かるように、表面粗さが小さくなるほど、熱抵抗は小さくなり、放熱部材５４から冷却部材５６への熱の移動が容易になる。図２４には、表面粗度が、０．０２５μｍ、０．０５μｍ、０．１μｍ、０．２μｍ、０．８μｍの例が示されている。冷却部材５６及び放熱部材５４の表面の表面粗度Ｒａが中心線平均粗さで０．２μｍ以下であれば、熱抵抗はそれほど荷重をかけなくても満足できるレベルにある。
【００４６】図２５は放熱部材５４と冷却部材５６の取付け方法の例を示す断面図である。スペーサ９４が第１の電子素子３２と放熱部材５４との間に隙間を保つように、マザーボード３０と放熱部材５４との間に配置される。スペーサ取付け手段９６がマザーボード３０に設けられており、スペーサ取付け手段９６はスペーサ９４が第１の電子素子３２と放熱部材５４との間に隙間を保つようにスペーサ９４の位置を調節可能である。放熱部材５４はスペーサ９４によって定められた所定の位置で放熱部材取付け手段９８によって固定される。冷却部材５６は上記したように放熱部材５４に取付けられる。このようにして、冷却部材保持機構３６によって一括して保持される冷却部材５６が放熱部材５４に対して確実に接触するようになっている。
【００４７】高熱伝導性材料１００が第１の電子素子３２の放熱面と放熱部材５４の受熱面との間に充填されている。高熱伝導性材料１００は第１の電子素子３２の放熱面と放熱部材５４の受熱面との間の隙間を埋めるコンパウンドである。図２６は放熱部材５４と冷却部材５６の取付け方法の他の例を示す断面図である。この例では、放熱部材５４の放熱面と冷却部材５６の受熱面とを圧力をかけて接触させる加圧手段１０２を備えた。これによって、冷却部材５６は放熱部材５４に確実に接触し、第１の電子素子３２を有効に冷却することができる。実施例においては、加圧手段１０２は膨張可能な容器であり、この容器に流体を注入することで容器が膨張して冷却部材５６を放熱部材５４側に加圧する。加圧手段１０２は冷却部材５６と支持壁１０４との間にある。
【００４８】図２７及び図２８は放熱部材５４と冷却部材５６の取付け方法の他の例を示す断面図である。この例では、スペーサ９４は放熱部材５４に対して垂直方向に可動である。すなわち、スペーサ９４は放熱部材５４の穴に挿入されるスペーサピンとして形成され、スペーサ９４の先端はマザーボード３０に設けた受け座９６に当接するようになっている。スペーサ９４の先端はマザーボード３０に設けた受け座９６に当接した状態で、第１の電子素子３２と放熱部材５４との間に隙間を保つように、スペーサ９４を放熱部材５４に対して位置決めし、位置決めした後スペーサ９４を接着剤１０６によって放熱部材５４に固定する。
【００４９】第１の電子素子３２と放熱部材５４との間に隙間を保つためには、第１の電子素子３２の放熱面に所定の厚さのシートをのせ、その上から放熱部材５４をのせた状態でスペーサ９４の位置決めを行うとよい。スペーサ９４を接着した後に放熱部材５４をスペーサ９４とともに取り外し、第１の電子素子３２の放熱面にコンパウンドを塗布する。それから、放熱部材５４をスペーサ９４とともに取り付けて、ねじ１０８によって固定する。冷却部材５６はねじ６０によって放熱部材５４に固定される。
【００５０】図２９から図３６は、第２の電子素子３４ａの冷却について説明する図である。ＣＰＵを構成する第１の電子素子３２の冷却は、上記したように、冷却部材５６が放熱部材５４に直接に接触することによって行われる。これに対して、ＲＡＭ用の第２の電子素子３４ａの冷却は、冷却部材１１４が第２の電子素子３４ａに接触されることなく、空冷により行われる。
【００５１】図２９は第２の電子素子３４ａの冷却の例を示す図である。上記したように、第２の電子素子群３４は列をなして配置された複数の第２の電子素子３４ａを含み、各第２の電子素子３４ａはＲＡＭ用半導体チップ１１０をプリント基板１１２に取付けてなるものである。プリント基板１１２がマザーボード３０に垂直に配置され、プリント基板１１２の一端がマザーボード３０に取付けられる。
【００５２】冷却部材５６と同様にホース３８を介して冷媒を供給される冷却部材１１４は、第２の電子素子３４ａの間に挿入される。すなわち、冷却部材１１４が第２の電子素子３４ａの近傍に配置され、冷却空気によって空冷される。第２の電子素子３４ａはこうして冷却され、それによって温められた空気が箱構造２６内の湿度低下効果をもたらす。
【００５３】図３０は第２の電子素子３４ａの冷却の他の例を示す図である。この例では、冷却部材１１４が第２の電子素子３４ａの列（第２の電子素子群３４）の実質的に外側にあり、熱伝導体１１６が冷却部材１１４に接続され、熱伝導体１１６が第２の電子素子３４ａの間に挿入される。こうして、第２の電子素子３４ａは冷却部材１１４及び熱伝導体１１６によって空気層を介して冷却される。
【００５４】図３１及び図３２は第２の電子素子３４ａの冷却の他の例を示す図である。この例では、冷却部材１１４が第２の電子素子３４ａの列（第２の電子素子群３４）の実質的に外側にあり、熱伝導体１１６が冷却部材１１４に接続され、熱伝導体１１６が第２の電子素子３４ａの間に挿入される。図３０では、冷却部材１１４がマザーボード３０と平行に配置されていたのに対して、図３１及び図３２では、冷却部材１１４がマザーボード３０と垂直に配置され、２つの冷却部材１１４が第２の電子素子群３４の両側にある。この構成によれば、上記したように第２の電子素子３４ａの冷却を行うことができるとともに、冷却部材１１４及び熱伝導体１１６がある状態で、第２の電子素子３４ａの挿抜を行うこともできる。
【００５５】図３３は第２の電子素子３４ａの冷却の他の例を示す図である。冷却部材１１４及び熱伝導体１１６は図３１及び図３２と同様にに配置されている。この例では、冷却部材１１４は第２の電子素子３４ａをマザーボード３０に設けられたコネクタに挿入するためのレール１１８を有する。つまり、冷却部材１１４と第２の電子素子３４ａとは図３３で紙面に対して垂直な方向（図３１の紙面上で水平方向）に相対移動可能であり、冷却部材１１４及び熱伝導体１１６を挿入及び排出するときや、第２の電子素子３４ａの挿抜を行うときに、第２の電子素子３４ａの傾きを抑制して、冷却部材１１４及び熱伝導体１１６と第２の電子素子３４ａとが接触するのを防ぐ。
【００５６】図３４は第２の電子素子３４ａの冷却の他の例を示す図である。この例では、冷却部材１１４及び熱伝導体１１６が図３１及び図３２と同様に設けられ、熱伝導体１１６中にヒートパイプが挿入されている。よって、第２の電子素子３４ａから冷却部材１１４への熱移送能力を高めるようにしている。図３５は第２の電子素子３４ａの冷却の他の例を示す図である。冷却部材１１４及び熱伝導体１１６は図３１及び図３２と同様にに配置されている。この例では、ピン１２０がマザーボード３０に第２の電子素子３４ａ及び冷却部材１１４と平行に設けられており、このピン１２０が通る穴１２２を冷却部材１１４又はそれと一体的な部材に設けてある。従って、冷却部材保持機構３６を移動させて熱伝導体１１６を第２の電子素子３４ａの間に挿入するときに、ピン１２０がガイドの役目をし、第２の電子素子３４ａと冷却部材１１４との位置決めを行い、第２の電子素子３４ａと冷却部材１１４とが接触するのを防ぐようにしている。
【００５７】図３６は第２の電子素子３４ａの冷却の他の例を示す図である。冷却部材１１４及び熱伝導体１１６は図３１及び図３２と同様にに配置されている。この例では、第２の電子素子３４ａのためのコネクタ５３のラッチ機構１２４を工具１２６によって操作可能にし、冷却部材１１４及び熱伝導体１１６がある状態で、第２の電子素子３４ａの挿抜を行うことができるようにしている。
【００５８】図３７は第２の電子素子３４ａのための冷却部材１１４の構造の例を示す図である。図２０及び図２１２１に示した冷却部材５６と同様に、冷却部材１１４は２つの板部材１１４ａ、１１４ｂを重ねて、ロウ付け等により接合される。冷却部材１１４は冷媒通路１２８、冷媒入口１３０、冷媒出口１３２を有する。冷媒通路１２８は、一つの板部材１１４ａの表面に設けた溝として形成されている。冷媒入口１３０、冷媒出口１３２にはニップル１３４、１３６が取付けられる。
【００５９】さらに、金属板からなる熱伝導体１１６が一つの板部材１１４ｂの外面に１３８で示す位置にロウ付けされる。図３８は第２の電子素子３４ａのための冷却部材１１４の構造の他の例を示す図である。この例では、冷却部材１１４は、第１の板１４０ａと、第２の板１４０ｂと、第１及び第２の板の間に配置されるスペーサ１４２とからなる。第１の板１４０ａとスペーサ１４２と第２の板１４０ｂとはシールリング１４４を介して密封状に互いに接合される。
【００６０】スペーサ１４２はシールリング１４４を配置するための環状溝１４６及び冷媒通路を形成するための貫通穴１４８を有する。第１の板１４０ａ及び第２の板１４０ｂは冷媒通路の一部を形成する貫通穴１５０ａ、１５０ｂを有する。スペーサ１４２の貫通穴１４８は環状溝１４６の内部に形成される。第１及び第２の板１４０ａ、１４０ｂの貫通穴１５０ａ、１５０ｂは互いに上下交互になっており、且つ第１の板１４０ａとスペーサ１４２と第２の板１４０ｂとが接合されたときに環状溝１４６の内部にくるように形成される。
【００６１】さらに、図３８及び図３９に示されるように、第１の板１４０ａとスペーサ１４２と第２の板１４０ｂに対し、スペーサ１４２及び第３の板が組み合わせられる。第３の板は第１の板１４０ａ又は第２の板１４０ｂと基本的に同じ構造のものである。よって、第２の板１４０ｂ−スペーサ１４２−第１の板１４０ａ−スペーサ１４２−第２の板１４０ｂの密着積層体を形成する。この積層体の積層数は変えることができる。
【００６２】この積層体の一端部には端板１５２が配置される。端板１５２は冷媒通路の一部を形成する溝１５２ａ、シールリング１４４のための環状溝１５２ｂ及び出入り口を有する。ニップル１５２ｃが出入り口に取付けられる。この積層体の他端部には端板１５２と同様の端板（図示せず）が配置される。第１の板１４０ａとスペーサ１４２と第２の板１４０ｂ（及び第３の板１４０ｃ）からなる積層体は、ボルト１５４によって一体化される。ボルト１５４は挿入穴１５４ａに通され、ナット（図示せず）に締着される。
【００６３】従って、端板１５２のニップル１５２ｂから入った冷媒は、溝１５２ａ、貫通穴１５０ａ、１５０ｂ、及び貫通穴１４８によって形成される冷媒通路を蛇行状に流れることができる。さらに、図３８から明らかなように、第１及び第２の板１４０ａ、１４０ｂはスペーサ１４２よりも大きく、第１及び第２の板１４０ａ、１４０ｂのスペーサ１４２よりも外側に（前記積層体よりも外側に）張り出した部分は熱伝導体１１６として作用する。すなわち、第１及び第２の板１４０ａ、１４０ｂ及びスペーサ１４２の積層体の部分は、例えば図２９から図３６の冷却部材１１４として作用し、第１及び第２の板１４０ａ、１４０ｂの外側張出部分は例えば図３０R>０から図３６の熱伝導体１１６として作用する。
【００６４】図４０及び図４１は第２の電子素子３４ａのための冷却部材１１４の構造の他の例を示す図である。この実施例の基本的な構成は前の実施例と同様である。図３８及び図３９の実施例ではボルト１５４がシールリング１４４の外側に配置されていたのに対して、この実施例ではボルト１５４がシールリング１４４の内側に配置される。貫通穴１５０ａ、１５０ｂが一部の挿入穴１５４ａを兼ねることができる。
【００６５】図４２は第２の電子素子３４ａのための冷却部材１１４の構造の他の例を示す図である。この実施例は図３７の実施例の特徴と図３８の実施例の特徴ととを組み合わせたものである。冷却部材１１４は２つの板部材１１４ａ、１１４ｂをシールリング１４４を介して重ねて形成したものであり、２つの板部材１１４ａ、１１４ｂはボルト１５４により一体化される。ニップル１３４もボルト１５４により取付けられる。熱伝導体１１６はロウ付け１３８により板部材１１４ａに固定される。
【００６６】図３７から図４２において、冷却部材１１４を構成する板１１４ａ、１１４ｂをロウ付けにより接合してなる構成（図３７）はコンパクトであってより簡単に製造できる。しかし、ロウ付け時に板１１４ａ、１１４ｂが加熱されるので、やわらかくなって変形することがある。また、ロウ付けしてあると、冷媒通路がつまったりした場合に、リペアすることが難しい。これに対して、板１４０ａ、１４０ｂをシールリング１４４を介して重ね合わせ、ボルト１５４等によって結合する構成は、そのようなロウ付けの問題を解決することができる。
【００６７】図４３は冷却部材保持機構３６での冷媒供給手段のホース３８の配置の例を示す図である。冷媒供給用のマニホールド１６０Ｌと、冷媒排出用のマニホールド１６２Ｌとが、冷却部材保持機構３６の下端部に水平に取付けられている。さらに、冷媒供給用のマニホールド１６０Ｕと、冷媒排出用のマニホールド１６２Ｕとが、冷却部材保持機構３６の上端部に水平に取付けられている。図２に示した冷凍装置１６から延びるホース４０、４２は、これらのマニホールド１６０Ｌ、１６２Ｌ、１６０Ｕ、１６２Ｕに接続されている。
【００６８】図４３は便宜的に４列の冷却部材５６、１１４を示している。最上段の冷却部材１１４については、ホース３８は上段のマニホールド１６０Ｕ、１６２Ｕにほぼ垂直に接続され、ホース３８は互いにパラレルに接続されている。２段目の冷却部材５６については、ホース３８は上段のマニホールド１６０Ｕ、１６２Ｕにほぼ垂直に接続され且つ冷却部材５６の領域で水平に延び、隣接する冷却部材５６のホース３８はシリアルに接続されている。
【００６９】３段目の冷却部材５６については、ホース３８は下段のマニホールド１６０Ｌ、１６２Ｌにほぼ垂直に接続され且つ冷却部材５６の領域で水平に延び、隣接する冷却部材５６のホース３８は互いにシリアルに接続されている。最下段の冷却部材１１４については、ホース３８は下段のマニホールド１６０Ｌ、１６２Ｌにほぼ垂直に接続され、隣接する冷却部材１１４のホース３８は互いにパラレルに接続されている。
【００７０】従って、ある冷却部材５６、１１４のホース３８が他の冷却部材５６、１１４を垂直方向に跨ぐことがなく、各冷却部材５６、１１４が図１２及び図１３のように水平な軸線のまわりで開閉動作されるときにホース３８が邪魔になることがなく、電子素子３２、３４の保守や交換を容易に行うことができる。さらに、図４４R>４に示されるように、上段のマニホールド１６０Ｕ、１６２Ｕは段違いに配置され、下段のマニホールド１６０Ｌ、１６２Ｌは段違いに配置されている。このような配管を行うことにより、同じマニホールド１６０Ｕ、１６２Ｕ、１６０Ｌ、１６２Ｌを使用してホース３８の配管を最も簡単にでき、上記した特徴を実現できる。
【００７１】図４５は冷却部材保持機構３６での冷媒供給手段のホース３８の配置の他の例を示す図である。この例では、ホース３８は、カプラ１６４によりマニホールド１６０Ｌ、１６２Ｌに接続される。マニホールド及びホースは図４３のような構成であってもよい。図４６は冷却部材保持機構３６での冷媒供給手段のホース３８の配置の他の例を示す図である。この例では、ホース３８は、カプラ１６４によりマニホールド１６０に接続される。さらに、カプラ１６４内部にはストッパが設けられており、冷媒を抜くことなく、ホース３８と冷却部材とを分離することができる。
【００７２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、マザーボードにマルチチップモジュールを搭載するコンピュータを、室温以下となる冷却部材を用いて冷却することで高クロック動作が可能となり、マルチチップモジュールの交換を含む保守を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のコンピーュタシステムを示す図である。
【図２】本発明の実施例の電子機器を示す斜視図である。
【図３】図２の電子機器の一部の分解斜視図である。
【図４】図２の電子機器の残りの一部の分解斜視図である。
【図５】マザーボードに取付けられた電子素子を示す図である。
【図６】冷却部材を保持した冷却部材保持機構を示す断面図である。
【図７】冷却部材保持機構の正面図である。
【図８】冷却部材保持機構の移動機構を示す図である。
【図９】外側へスライドした位置にある冷却部材保持機構を示し図である。
【図１０】スライドした後で回転した位置にある冷却部材保持機構を示す図である。
【図１１】図１０の冷却部材保持機構を示す平面図である。
【図１２】冷却部材保持機構が部分的に移動する構成を示す図である。
【図１３】図１２の可動の部分が開いたところを示す図である。
【図１４】箱構造を密閉構造とした例を示す図である。
【図１５】箱構造を密閉構造とした他の例を示す図である。
【図１６】箱構造を密閉構造とした他の例を示す図である。
【図１７】マザーボードと電子素子との間の狭い空間に発熱体を設けた例を示す図である。
【図１８】乾燥装置の作動を開始してから箱構造内の湿度の変化を示す図である。
【図１９】マザーボードと第１の電子素子との間の狭い空間に乾燥空気を導入する空気導入手段を設けた例を示す図である。
【図２０】冷却部材を構成する一つの板部材を示す平面図である。
【図２１】冷却部材の断面図である。
【図２２】冷却部材を構成する一つの板部材の他の例を示す平面図である。
【図２３】冷却部材を構成する一つの板部材の他の例を示す平面図である。
【図２４】冷却部材及び放熱部材の表面粗度をパラメータとした荷重と熱抵抗との関係を示す図である。
【図２５】放熱部材と冷却部材の取付け方法の例を示す断面図である。
【図２６】放熱部材と冷却部材の取付け方法の他の例を示す断面図である。
【図２７】放熱部材と冷却部材の取付け方法の他の例を示す平面図である。
【図２８】図２７の放熱部材と冷却部材の断面図である。
【図２９】第２の電子素子の冷却の例を示す図である。
【図３０】第２の電子素子の冷却の他の例を示す図である。
【図３１】第２の電子素子の冷却の他の例を示す図である。
【図３２】図３１の矢印から見た側面図である。
【図３３】第２の電子素子の冷却の他の例を示す図である。
【図３４】第２の電子素子の冷却の他の例を示す図である。
【図３５】第２の電子素子の冷却の他の例を示す図である。
【図３６】第２の電子素子の冷却の他の例を示す図である。
【図３７】第２の電子素子のための冷却部材の構造の例を示す図である。
【図３８】第２の電子素子のための冷却部材の構造の他の例を示す図である。
【図３９】図３８の構成における冷媒の通路を示す断面図である。
【図４０】図４１の構成における冷媒の通路を示す断面図である。
【図４１】第２の電子素子のための冷却部材の構造の他の例を示す図である。
【図４２】第２の電子素子のための冷却部材の構造の他の例を示す図である。
【図４３】冷却部材保持機構での冷媒供給手段のホースの配置の例を示す図である。
【図４４】図４３のマニホルドの側面図である。
【図４５】冷却部材保持機構での冷媒供給手段のホースの配置の他の例を示す図である。
【図４６】冷却部材保持機構での冷媒供給手段のホースの配置の他の例を示す図である。
【図４７】従来の液冷構造を示す図である。
【図４８】従来の強制空冷構造を示す図である。
【符号の説明】
１２…電子機器
１６…冷凍装置
２２…乾燥装置
２４…ケーシング
２６…箱構造
２８…フレーム
３０…マザーボード
３２…電子素子
３４ａ…電子素子
３６…冷却部材保持機構
３８…ホース
４６…ダクト
５４…放熱板
５６…冷却部材
５８…ばね
６０…ねじ
６２…スライドガイド
６４…スライド部
６６…支点
７４…仕切り壁
７８…断熱層
８０…発熱体
８６…空気導入手段
８８…冷媒通路
９４…スペーサ
１１４…冷却部材
１１６…熱伝導体
【特許請求の範囲】
【請求項１】 マザーボードと、該マザーボードに取り付けられるマルチチップモジュールと、該マルチチップモジュールを冷却するための冷却部材と、該冷却部材を室温以下に冷却する冷凍装置と、マルチチップモジュール毎に設けられ、各マルチチップモジュールと冷凍装置とを熱的にかつ機械的に着脱可能とする接続構造とを備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項２】 該接続構造は、該マルチチップモジュールに取り付けられた放熱部材と該冷却部材とを固定する固定部材からなることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】 該冷却部材が該放熱部材に接触するように該冷却部材を一括して保持する冷却部材保持機構を有し、該冷却部材は該冷却保持機構にフローティング支持されていることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
【請求項４】 該冷凍装置は該冷却部材に室温以下の冷媒を循環させる冷媒供給手段を有し、該冷却部材は該冷媒供給手段から供給された冷媒を循環させる冷媒入口と冷媒出口と該冷媒入口及び該冷媒出口の間に延びる冷媒通路とを有することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項５】 該冷却部材保持機構は複数の冷却板部材とともに該マザーボードに接近し又は遠ざかるように移動可能であることを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
【請求項６】 該冷却部材保持機構はスライド機構に沿って全体的に移動可能であることを特徴とする請求項５に記載の電子機器。
【請求項７】 該冷却部材保持機構は支点のまわりで全体的に回転可能であることを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
【請求項８】 該冷却部材保持機構は各冷却板部材とともに該マザーボードに接近し又は遠ざかるように形成された可動の部分を含むことを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
【請求項９】 該マルチチップモジュールはコネクタによって該マザーボードに取付けられ、該冷却部材保持機構の該可動の部分は該コネクタの脱着手段と連動するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の電子機器。
【請求項１０】 該マルチチップモジュールの一方の面には該マザーボードに接続するための接続ピンと複数の半導体チップとが取り付けられ、他方の面には冷却部材が取り付けられるよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項１１】 該接続構造は、該冷媒入口及び該冷媒出口と該冷凍装置とを接続するカプラであり、該カプラは接続することで該冷媒の循環を可能とし、外すことで該冷媒の循環を切断することを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
【請求項１２】 該冷凍装置は該冷却部材に３℃以上で１０℃以下の水を供給することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項１３】 該冷凍装置は該冷却部材に３℃以下の不凍液を入れた水を供給することを特徴とする請求項１１に記載の電子機器。
【請求項１４】 該マザーボードと、該マルチチップモジュールと、該冷却部材とは、実質的に密閉の箱構造内に収容され、該箱構造内の該電子素子の近傍の露点を冷媒の供給温度以下にすることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項１５】 該箱構造は３０℃、７０％ＲＨ、湿球温度２６℃以下の環境下にて水分浸入量が１ｇ／日以下の密閉箱であることを特徴とする請求項１４に記載の電子機器。
【請求項１６】 箱構造内に乾燥空気を供給する乾燥手段を備えたことを特徴とする請求項１４に記載の電子機器。
【請求項１７】 該箱構造は乾燥手段から供給された空気の流れと乾燥手段へ戻る空気の流れを分離する仕切り壁を含むことを特徴とする請求項１６に記載の電子機器。
【請求項１８】 該箱構造内部にダクト及びファンの少なくとも一方を設け、乾燥手段からの乾燥空気が箱構造内にスムーズに循環するようにしたことを特徴とする請求項１４に記載の電子機器。
【請求項１９】 マザーボードとマルチチップモジュールとの間の狭い空間に発熱体を設け、該乾燥手段の稼働の初期に発熱体に電力を供給し、該マザーボードと該電子素子との間の狭い空間で気流を生じさせ、該マザーボードと該マルチチップモジュールとの間の狭い空間の湿度を該マルチチップモジュールの周囲の広い空間の湿度に近づけることを特徴とする請求項１６に記載の電子機器。
【請求項２０】 乾燥手段によって発生する乾燥空気流を該マザーボードと該マルチチップモジュールとの間の狭い空間に導入する空気導入手段を含むことを特徴とする請求項１６に記載の電子機器。
【請求項２１】 該箱構造の壁に断熱層のある部分と断熱層のない部分を設けることを特徴とする請求項１４に記載の電子機器。
【請求項２２】 該箱構造の下側部分のみに断熱層を設けたことを特徴とする請求項２１に記載の電子機器。
【請求項２３】 該箱構造内の空気を循環して乾燥させる乾燥手段を備え、空気循環の下流側のみに断熱層を設けたことを特徴とする請求項２１に記載の電子機器。
【請求項２４】 マザーボード上のマルチチップモジュールの表面に対向する該箱構造の内面のみに輻射断熱層を設けたことを特徴とする請求項２１に記載の電子機器。
【請求項２５】 スペーサがマルチチップモジュールと放熱部材との間に隙間を保つように、マザーボードと放熱部材との間に配置され、放熱部材は放熱部材取付け手段で固定され、冷却部材が放熱部材に取付けられることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
【請求項２６】 該マルチチップモジュールの放熱面と放熱部材の受熱面との間に高熱伝導性材料が充填されていることを特徴とする請求項２５に記載の電子機器。
【請求項２７】 高熱伝導性材料はコンパウンドであることを特徴とする請求項２６に記載の電子機器。
【請求項２８】 スペーサは放熱部材に対して垂直方向に可動であり、スペーサを位置決め後に放熱部材と接着して固定することを特徴とする請求項２７に記載の電子機器。
【請求項２９】 該マルチチップモジュールの放熱面に所定の厚さのシートをのせ、その上から放熱部材をのせた状態でスペーサの位置決めを行い、接着した後に放熱部材を取り外し、コンパウンドを塗布することを特徴とする請求項２８に記載の電子機器。
【請求項３０】 該放熱部材の放熱面と冷却部材の受熱面とを圧力をかけて接触させる加圧手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
【請求項３１】 該冷却部材の受熱面とは反対側に膨張可能な容器があり、容器に流体を注入することで容器が膨張して冷却部材を放熱部材側に加圧することを特徴とする請求項３０に記載の電子機器。
【請求項３２】 該冷却部材の表面及び該放熱部材の表面の表面粗さが中心線平均粗さＲａで０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３３】 前記複数のマルチチップモジュールとは別の複数の電子素子があり、該電子素子はプリント基板に取付けられた半導体チップを含み且つ該プリント基板は該マザーボードに取付けられており、さらに、該冷凍装置から冷媒を供給される追加の冷却部材が該電子素子の近傍に配置され、冷却空気によって空冷されることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３４】 該追加の冷却部材が該電子素子の間に挿入されることを特徴とする請求項３３に記載の電子機器。
【請求項３５】 該追加の冷却部材は該電子素子の列の実質的に外側にあり、熱伝導体が該追加の冷却部材に接続され、該熱伝導体が該電子素子の間に挿入されることを特徴とする請求項３３に記載の電子機器。
【請求項３６】 該追加の冷却部材は該電子素子を該マザーボードに設けられたコネクタに挿入するためのレールを有し、該電子素子の傾きを抑制して、該追加の冷却部材と該電子素子とが接触するのを防ぐことを特徴とする請求項３５に記載の電子機器。
【請求項３７】 熱伝導体中にヒートパイプを挿入し、該電子素子から該追加の冷却部材への熱移送能力を高めることを特徴とする請求項３５に記載の電子機器。
【請求項３８】 該電子素子が搭載されているプリント基板上に、該電子素子と平行なピンを配置して、該ピンが通る穴を該追加の冷却部材又はそれと一体的な部材に設けることで、冷却部材保持機構を移動させて該熱伝導体を該電子素子の間に挿入するときに、ピンがガイドの役目をし、該電子素子と該追加の冷却部材との位置決めを行い、該追加の冷却部材と該電子素子とが接触するのを防ぐことを特徴とする請求項３５に記載の電子機器。
【請求項３９】 該電子素子間に熱伝導体が接続された冷却部材を挿入した状態において、該電子素子を挿抜可能としたことを特徴とする請求項３５に記載の電子機器。
【請求項４０】 該追加の冷却部材は、第１の板と第２の板とを接合したものであり、該第１及び第２の板の少なくとも一方に溝状の冷媒通路を形成してあることを特徴とする請求項３３に記載の電子機器。
【請求項４１】 該第１及び第２の板の表面に熱伝導体を形成してあることを特徴とする請求項４０に記載の電子機器。
【請求項４２】 該追加の冷却部材は、第１の板と、第２の板と、該第１及び第２の板の間に配置されるスペーサとからなり、該第１の板と該スペーサと該第２の板とは密封状に互いに接合され、少なくとも該スペーサが冷媒通路を有し、該第１及び第２の板が冷媒入口及び冷媒出口となる開口部を有することを特徴とする請求項３３に記載の電子機器。
【請求項４３】 該第１及び第２の板及び該スペーサに対し、さらにスペーサ及び第３の板が組み合わせられることを特徴とする請求項４２に記載の電子機器。
【請求項４４】 該第１及び第２の板は該スペーサよりも大きく、該第１及び第２の板の該スペーサよりも外側に張り出した部分は熱伝導体として作用することを特徴とする請求項４２に記載の電子機器。
【請求項４５】 該第１及び第２の板は該スペーサを介してボルトで固定されることを特徴とする請求項４２に記載の電子機器。
【請求項４６】 該接続構造は、少なくとも１つの冷媒供給用のマニホールドと、少なくとも１つの冷媒排出用のマニホールドと、該冷媒供給用のマニホールドと各冷却部材の冷媒入口との間に延びる第１の導管と、該冷媒排出用のマニホールドと各冷却部材の冷媒出口との間に延びる第２の導管とを有し、該冷媒供給用のマニホールド及び該冷媒排出用のマニホールドは冷却部材保持機構に取付けられていることを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
【請求項４７】 第１の冷却部材の該第１の導管と該第２の導管とは、第２の冷却部材の該第１の導管と該第２の導管に対してパラレルに配置され、第２の冷却部材の該第１の導管と該第２の導管とは、第４の冷却部材の該第１の導管と該第２の導管に対してシリーズに配置されていることを特徴とする請求項４６に記載の電子機器。
【請求項４８】 該少なくとも１つの冷媒供給用のマニホールド及び該少なくとも１つの冷媒排出用のマニホールドは、該冷却部材保持機構の一端側に配置されている第１の冷媒供給用のマニホールドと第１の冷媒排出用のマニホールドと、該冷却部材保持機構の他端側に配置されている第２の冷媒供給用のマニホールドと第２の冷媒排出用のマニホールドとからなることを特徴とする請求項４６に記載の電子機器。
【請求項４９】 該第１の冷媒供給用のマニホールドと該第１の冷媒排出用のマニホールドとは段違いに配置され、該第２の冷媒供給用のマニホールドと該第２の冷媒排出用のマニホールドとは段違いに配置されることを特徴とする請求項４８に記載の電子機器。
【請求項５０】 該第１及び第２の導管は、カプラにより、該冷却部材の冷媒入口、該冷却部材の冷媒出口、該冷媒供給用のマニホールド、及び該冷媒排出用のマニホールドの１つに接続されることを特徴とする請求項４６に記載の電子機器。
【請求項５１】 該冷却部材の冷媒通路は、複数の並列な流路により形成されていることを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
【請求項５２】 該冷却部材の冷媒通路は蛇行状に曲がっており、複数の並列な流路は曲がり部において合流していることを特徴とする請求項５１に記載の電子機器。
【請求項５３】 該冷却部材の冷媒通路の圧力損失は冷却部材の伝熱面積１ｃｍ2 当たり７００Ｐａ以下であり、冷却性能は冷却部材の伝熱面積１ｃｍ2 当たり７６２３℃／Ｗ以下であることを特徴とする請求項５２に記載の電子機器。
【請求項１】 マザーボードと、該マザーボードに取り付けられるマルチチップモジュールと、該マルチチップモジュールを冷却するための冷却部材と、該冷却部材を室温以下に冷却する冷凍装置と、マルチチップモジュール毎に設けられ、各マルチチップモジュールと冷凍装置とを熱的にかつ機械的に着脱可能とする接続構造とを備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項２】 該接続構造は、該マルチチップモジュールに取り付けられた放熱部材と該冷却部材とを固定する固定部材からなることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】 該冷却部材が該放熱部材に接触するように該冷却部材を一括して保持する冷却部材保持機構を有し、該冷却部材は該冷却保持機構にフローティング支持されていることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
【請求項４】 該冷凍装置は該冷却部材に室温以下の冷媒を循環させる冷媒供給手段を有し、該冷却部材は該冷媒供給手段から供給された冷媒を循環させる冷媒入口と冷媒出口と該冷媒入口及び該冷媒出口の間に延びる冷媒通路とを有することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項５】 該冷却部材保持機構は複数の冷却板部材とともに該マザーボードに接近し又は遠ざかるように移動可能であることを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
【請求項６】 該冷却部材保持機構はスライド機構に沿って全体的に移動可能であることを特徴とする請求項５に記載の電子機器。
【請求項７】 該冷却部材保持機構は支点のまわりで全体的に回転可能であることを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
【請求項８】 該冷却部材保持機構は各冷却板部材とともに該マザーボードに接近し又は遠ざかるように形成された可動の部分を含むことを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
【請求項９】 該マルチチップモジュールはコネクタによって該マザーボードに取付けられ、該冷却部材保持機構の該可動の部分は該コネクタの脱着手段と連動するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の電子機器。
【請求項１０】 該マルチチップモジュールの一方の面には該マザーボードに接続するための接続ピンと複数の半導体チップとが取り付けられ、他方の面には冷却部材が取り付けられるよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項１１】 該接続構造は、該冷媒入口及び該冷媒出口と該冷凍装置とを接続するカプラであり、該カプラは接続することで該冷媒の循環を可能とし、外すことで該冷媒の循環を切断することを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
【請求項１２】 該冷凍装置は該冷却部材に３℃以上で１０℃以下の水を供給することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項１３】 該冷凍装置は該冷却部材に３℃以下の不凍液を入れた水を供給することを特徴とする請求項１１に記載の電子機器。
【請求項１４】 該マザーボードと、該マルチチップモジュールと、該冷却部材とは、実質的に密閉の箱構造内に収容され、該箱構造内の該電子素子の近傍の露点を冷媒の供給温度以下にすることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項１５】 該箱構造は３０℃、７０％ＲＨ、湿球温度２６℃以下の環境下にて水分浸入量が１ｇ／日以下の密閉箱であることを特徴とする請求項１４に記載の電子機器。
【請求項１６】 箱構造内に乾燥空気を供給する乾燥手段を備えたことを特徴とする請求項１４に記載の電子機器。
【請求項１７】 該箱構造は乾燥手段から供給された空気の流れと乾燥手段へ戻る空気の流れを分離する仕切り壁を含むことを特徴とする請求項１６に記載の電子機器。
【請求項１８】 該箱構造内部にダクト及びファンの少なくとも一方を設け、乾燥手段からの乾燥空気が箱構造内にスムーズに循環するようにしたことを特徴とする請求項１４に記載の電子機器。
【請求項１９】 マザーボードとマルチチップモジュールとの間の狭い空間に発熱体を設け、該乾燥手段の稼働の初期に発熱体に電力を供給し、該マザーボードと該電子素子との間の狭い空間で気流を生じさせ、該マザーボードと該マルチチップモジュールとの間の狭い空間の湿度を該マルチチップモジュールの周囲の広い空間の湿度に近づけることを特徴とする請求項１６に記載の電子機器。
【請求項２０】 乾燥手段によって発生する乾燥空気流を該マザーボードと該マルチチップモジュールとの間の狭い空間に導入する空気導入手段を含むことを特徴とする請求項１６に記載の電子機器。
【請求項２１】 該箱構造の壁に断熱層のある部分と断熱層のない部分を設けることを特徴とする請求項１４に記載の電子機器。
【請求項２２】 該箱構造の下側部分のみに断熱層を設けたことを特徴とする請求項２１に記載の電子機器。
【請求項２３】 該箱構造内の空気を循環して乾燥させる乾燥手段を備え、空気循環の下流側のみに断熱層を設けたことを特徴とする請求項２１に記載の電子機器。
【請求項２４】 マザーボード上のマルチチップモジュールの表面に対向する該箱構造の内面のみに輻射断熱層を設けたことを特徴とする請求項２１に記載の電子機器。
【請求項２５】 スペーサがマルチチップモジュールと放熱部材との間に隙間を保つように、マザーボードと放熱部材との間に配置され、放熱部材は放熱部材取付け手段で固定され、冷却部材が放熱部材に取付けられることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
【請求項２６】 該マルチチップモジュールの放熱面と放熱部材の受熱面との間に高熱伝導性材料が充填されていることを特徴とする請求項２５に記載の電子機器。
【請求項２７】 高熱伝導性材料はコンパウンドであることを特徴とする請求項２６に記載の電子機器。
【請求項２８】 スペーサは放熱部材に対して垂直方向に可動であり、スペーサを位置決め後に放熱部材と接着して固定することを特徴とする請求項２７に記載の電子機器。
【請求項２９】 該マルチチップモジュールの放熱面に所定の厚さのシートをのせ、その上から放熱部材をのせた状態でスペーサの位置決めを行い、接着した後に放熱部材を取り外し、コンパウンドを塗布することを特徴とする請求項２８に記載の電子機器。
【請求項３０】 該放熱部材の放熱面と冷却部材の受熱面とを圧力をかけて接触させる加圧手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
【請求項３１】 該冷却部材の受熱面とは反対側に膨張可能な容器があり、容器に流体を注入することで容器が膨張して冷却部材を放熱部材側に加圧することを特徴とする請求項３０に記載の電子機器。
【請求項３２】 該冷却部材の表面及び該放熱部材の表面の表面粗さが中心線平均粗さＲａで０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３３】 前記複数のマルチチップモジュールとは別の複数の電子素子があり、該電子素子はプリント基板に取付けられた半導体チップを含み且つ該プリント基板は該マザーボードに取付けられており、さらに、該冷凍装置から冷媒を供給される追加の冷却部材が該電子素子の近傍に配置され、冷却空気によって空冷されることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３４】 該追加の冷却部材が該電子素子の間に挿入されることを特徴とする請求項３３に記載の電子機器。
【請求項３５】 該追加の冷却部材は該電子素子の列の実質的に外側にあり、熱伝導体が該追加の冷却部材に接続され、該熱伝導体が該電子素子の間に挿入されることを特徴とする請求項３３に記載の電子機器。
【請求項３６】 該追加の冷却部材は該電子素子を該マザーボードに設けられたコネクタに挿入するためのレールを有し、該電子素子の傾きを抑制して、該追加の冷却部材と該電子素子とが接触するのを防ぐことを特徴とする請求項３５に記載の電子機器。
【請求項３７】 熱伝導体中にヒートパイプを挿入し、該電子素子から該追加の冷却部材への熱移送能力を高めることを特徴とする請求項３５に記載の電子機器。
【請求項３８】 該電子素子が搭載されているプリント基板上に、該電子素子と平行なピンを配置して、該ピンが通る穴を該追加の冷却部材又はそれと一体的な部材に設けることで、冷却部材保持機構を移動させて該熱伝導体を該電子素子の間に挿入するときに、ピンがガイドの役目をし、該電子素子と該追加の冷却部材との位置決めを行い、該追加の冷却部材と該電子素子とが接触するのを防ぐことを特徴とする請求項３５に記載の電子機器。
【請求項３９】 該電子素子間に熱伝導体が接続された冷却部材を挿入した状態において、該電子素子を挿抜可能としたことを特徴とする請求項３５に記載の電子機器。
【請求項４０】 該追加の冷却部材は、第１の板と第２の板とを接合したものであり、該第１及び第２の板の少なくとも一方に溝状の冷媒通路を形成してあることを特徴とする請求項３３に記載の電子機器。
【請求項４１】 該第１及び第２の板の表面に熱伝導体を形成してあることを特徴とする請求項４０に記載の電子機器。
【請求項４２】 該追加の冷却部材は、第１の板と、第２の板と、該第１及び第２の板の間に配置されるスペーサとからなり、該第１の板と該スペーサと該第２の板とは密封状に互いに接合され、少なくとも該スペーサが冷媒通路を有し、該第１及び第２の板が冷媒入口及び冷媒出口となる開口部を有することを特徴とする請求項３３に記載の電子機器。
【請求項４３】 該第１及び第２の板及び該スペーサに対し、さらにスペーサ及び第３の板が組み合わせられることを特徴とする請求項４２に記載の電子機器。
【請求項４４】 該第１及び第２の板は該スペーサよりも大きく、該第１及び第２の板の該スペーサよりも外側に張り出した部分は熱伝導体として作用することを特徴とする請求項４２に記載の電子機器。
【請求項４５】 該第１及び第２の板は該スペーサを介してボルトで固定されることを特徴とする請求項４２に記載の電子機器。
【請求項４６】 該接続構造は、少なくとも１つの冷媒供給用のマニホールドと、少なくとも１つの冷媒排出用のマニホールドと、該冷媒供給用のマニホールドと各冷却部材の冷媒入口との間に延びる第１の導管と、該冷媒排出用のマニホールドと各冷却部材の冷媒出口との間に延びる第２の導管とを有し、該冷媒供給用のマニホールド及び該冷媒排出用のマニホールドは冷却部材保持機構に取付けられていることを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
【請求項４７】 第１の冷却部材の該第１の導管と該第２の導管とは、第２の冷却部材の該第１の導管と該第２の導管に対してパラレルに配置され、第２の冷却部材の該第１の導管と該第２の導管とは、第４の冷却部材の該第１の導管と該第２の導管に対してシリーズに配置されていることを特徴とする請求項４６に記載の電子機器。
【請求項４８】 該少なくとも１つの冷媒供給用のマニホールド及び該少なくとも１つの冷媒排出用のマニホールドは、該冷却部材保持機構の一端側に配置されている第１の冷媒供給用のマニホールドと第１の冷媒排出用のマニホールドと、該冷却部材保持機構の他端側に配置されている第２の冷媒供給用のマニホールドと第２の冷媒排出用のマニホールドとからなることを特徴とする請求項４６に記載の電子機器。
【請求項４９】 該第１の冷媒供給用のマニホールドと該第１の冷媒排出用のマニホールドとは段違いに配置され、該第２の冷媒供給用のマニホールドと該第２の冷媒排出用のマニホールドとは段違いに配置されることを特徴とする請求項４８に記載の電子機器。
【請求項５０】 該第１及び第２の導管は、カプラにより、該冷却部材の冷媒入口、該冷却部材の冷媒出口、該冷媒供給用のマニホールド、及び該冷媒排出用のマニホールドの１つに接続されることを特徴とする請求項４６に記載の電子機器。
【請求項５１】 該冷却部材の冷媒通路は、複数の並列な流路により形成されていることを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
【請求項５２】 該冷却部材の冷媒通路は蛇行状に曲がっており、複数の並列な流路は曲がり部において合流していることを特徴とする請求項５１に記載の電子機器。
【請求項５３】 該冷却部材の冷媒通路の圧力損失は冷却部材の伝熱面積１ｃｍ2 当たり７００Ｐａ以下であり、冷却性能は冷却部材の伝熱面積１ｃｍ2 当たり７６２３℃／Ｗ以下であることを特徴とする請求項５２に記載の電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図１４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１２】
【図１７】
【図１９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１５】
【図１６】
【図１８】
【図３２】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図３３】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３９】
【図３７】
【図３８】
【図４０】
【図４１】
【図４４】
【図４２】
【図４３】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図１４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１２】
【図１７】
【図１９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１５】
【図１６】
【図１８】
【図３２】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図３３】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３９】
【図３７】
【図３８】
【図４０】
【図４１】
【図４４】
【図４２】
【図４３】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【公開番号】特開２０００−５９０６２（Ｐ２０００−５９０６２Ａ）
【公開日】平成１２年２月２５日（２０００．２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１０−２２６９０６
【出願日】平成１０年８月１１日（１９９８．８．１１）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１２年２月２５日（２０００．２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１０年８月１１日（１９９８．８．１１）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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