專利名稱：冷卻模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及冷卻模塊，特別涉及在個人電腦等中安裝多個發(fā)熱量不同的CPU的場合適合的冷卻模塊。
背景技術：
現(xiàn)有的個人電腦等的信息處理裝置中，采用在CPU上安裝散熱片，進而在散熱片的上部安裝冷卻風扇，通過空冷對CPU進行強制空冷的冷卻方法。
在個人電腦等的信息處理裝置中使用的CPU，沿著高速化的道路發(fā)展，今年，其熱設計消費電力達到了100W。對于CPU消費電力的增加，現(xiàn)有技術中采取的強制空冷的冷卻能力不足。
這樣的電力消費高的CPU冷卻技術，具有水冷技術，在一部分個人電腦中實際使用著。該水冷技術以循環(huán)冷卻液的管道連接冷卻套和散熱器，在CPU中安裝冷卻套由冷卻液吸收CPU發(fā)生的熱量，并由散熱器使冷卻液散熱。作為這樣的水冷技術的一個例子，例如日本特開平6-266474號公報所公開的那樣。
另外，在上述的強制空冷技術中，也如日本特開平10-294582號公報所公開的那樣，通過改善吸熱設備謀求提高冷卻能力。
個人電腦中，相同的模塊，也大多設置動作頻率數(shù)的CPU等級對應用戶的需求，或設定價格。因此，有時在相同的模塊使用發(fā)熱量不同的CPU。而且，也按照用戶的定貨要求更改個人電腦的結(jié)構(gòu)，采用短時間內(nèi)出貨的銷售形式。
這樣的銷售形式中，可以選擇CPU的種類、CPU的動作頻率數(shù)、HDD的容量、存儲器的搭載容量、可移動媒體的驅(qū)動器的種類等。廠家根據(jù)用戶指定的式樣規(guī)格將這些設備組裝到裝置中，但是，由于即使用戶要求各個不同的設備式樣規(guī)格，CPU、HDD、存儲模塊、和驅(qū)動器也具有相同的外形尺寸，所以，只要在組裝時選擇設備裝入即可。因此，可以謀求裝置的安裝構(gòu)造或主板的通用化。
但是，對于CPU的冷卻模塊，由于增加CPU的種類或動作頻率數(shù)的選擇而使電力消費的幅度變大，因而難以使用通用的冷卻模塊。即，在試圖將相同方式的冷卻模塊使用于所有CPU、采用強制空冷技術的場合，由于要符合所選擇的CPU的電力消費的最大值，所以存在冷卻模塊大型化的問題。而且，為了小型化而采用水冷技術時，存在冷卻模塊成本上升和裝配性降低的問題。
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是，為了解決上述問題而謀求水冷方式和強制空冷方式的冷卻模塊的通用化。即，提供一種冷卻模塊，其可以在使用電力消費低的CPU的場合選擇強制空冷的冷卻模塊，在使用電力消費高的CPU的場合選擇水冷方式的冷卻模塊。
本發(fā)明為了達到上述目的，冷卻模塊具備與該CPU熱連接并將CPU產(chǎn)生的熱量向冷卻液傳遞的冷卻套、使冷卻液循環(huán)的泵、進行冷卻液的補充的貯液箱、和使所述冷卻液散熱的第一散熱器和第二散熱器；將所述冷卻套、泵、貯液箱、以及所述第一散熱器和第二散熱器配置在冷卻液的循環(huán)路徑上，同時，在所述冷卻套的上方設置所述泵和貯液箱，進而，在其上方設置所述第一散熱器；第二散熱器配置在層疊設置的所述冷卻套、泵、貯液箱和第一散熱器的側(cè)部，將第二散熱器從第一散熱器配置到冷卻風的下游。
冷卻CPU的冷卻套，設置有在該冷卻套內(nèi)部層疊多個散熱片的圓筒散熱片，所述CPU產(chǎn)生的熱量向所述圓筒散熱片傳遞、并從所述圓筒散熱片向冷卻液進行熱傳遞。而且，在層疊于所述圓筒散熱片中的散熱片的一部分設置冷卻液的整流翼。而且，層疊在所述圓筒散熱片中的散熱片，具備形成層疊間隙的第一凸部，和設置在第一凸部的頂部用來對散熱片進行定位的第二凸部。
因此，根據(jù)本發(fā)明，可以提供能與強制空冷方式的冷卻片置換的水冷方式的冷卻模塊，所以無須對每個所使用的CPU采用不同的冷卻方法，使冷卻模塊以外的通用化成為可能。
另外，由于可以與強制空冷的冷卻模塊進行置換，所以無須對每個個人電腦的模塊變更裝置構(gòu)造。
下面參照附圖以具體實施方式
詳細說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點。


圖1是從上方觀察本發(fā)明的冷卻模塊的簡圖。
圖2是從下方觀察本發(fā)明的冷卻模塊的簡圖。
圖3是適用冷卻模塊的個人電腦的構(gòu)成圖。
圖4是表示冷卻模塊的外形尺寸的圖。
圖5是簡要表示冷卻液的循環(huán)路徑的圖。
圖6是表示冷卻模塊的大概構(gòu)成的圖。
圖7是冷卻模塊的冷卻套的組裝圖。
圖8是冷卻套散熱片的截面圖。
圖9是冷卻套、殼體的構(gòu)成圖。
圖10是冷卻套的截面圖。
圖11是其他冷卻套散熱片的說明圖(之一)。
圖12是其他冷卻套散熱片的說明圖(之二)。
具體實施例方式
為了謀求與強制空冷方式的冷卻模塊的通用化，本發(fā)明的冷卻模塊在CPU的上部，把用于將上述CPU產(chǎn)生的熱量吸收到冷卻液的冷卻套1、使冷卻液循環(huán)的泵2、進行冷卻液的補充和除去冷卻液中的空氣的貯液箱3、和將所述冷卻液冷卻的第一散熱器4配置成層疊結(jié)構(gòu)，在所述第一散熱器4的側(cè)部配置用于冷卻所述冷卻液的第二散熱器5。
進而，由泵2驅(qū)動冷卻液循環(huán)，使冷卻液從吸收CPU產(chǎn)生的熱量的冷卻套1經(jīng)由散熱器5、散熱器4，流回貯液箱3。此時，冷卻風以散熱器4至散熱器5的順序流動。
(實施例1)圖1是從上方觀察本發(fā)明的冷卻模塊的簡圖。首先，說明冷卻模塊的結(jié)構(gòu)。冷卻模塊安裝在個人電腦(以下，在實施例中稱為PC)的CPU的上部，為了可以與強制空冷散熱片交換，同CPU的安裝部形成為通用的。CPU產(chǎn)生的熱量從CPU組件的表面(有時是CPU模片)向冷卻模塊的CPU受熱面進行熱傳遞，這在后文中還要詳細敘述。
圖1的冷卻模塊，采用循環(huán)冷卻液并進行受熱/散熱的液冷方式，由將CPU產(chǎn)生的熱量吸收到冷卻液的冷卻套1、使冷卻液循環(huán)的泵2、進行冷卻液的補充并除去冷卻液中的空氣的貯液箱3、和將所述冷卻液冷卻的第一散熱器4和第二散熱器5構(gòu)成。他們都由充滿冷卻液的管道串聯(lián)連接，使冷卻液循環(huán)。
冷卻模塊1和泵2和貯液箱3和散熱器4以朝著CPU的方向按上述順序?qū)盈B設置。散熱器5使其散熱片與散熱器4成為相同平面地配置在上述層疊了的部件的側(cè)部，高度與上述層疊了的部件的總高度大致相等。
下面詳細敘述進行冷卻液的散熱的散熱器的結(jié)構(gòu)。散熱器4、5以一定間隔將薄板進行層疊，其散熱片具有多個管道穿刺的結(jié)構(gòu)。進而，在散熱器的上下部以使冷卻液S形流動的方式連接管道端。這樣，通過采用管道以S形穿刺配置散熱器片(ラジエ一タ·フイン)的結(jié)構(gòu)，可以減小散熱片之間的溫度差，并有望通過管道自身與冷卻風接觸而提高冷卻效果。
另外，與強制冷卻方式的冷卻散熱片相比，由于可以使用薄板的散熱片，所以可以以相同程度外形的容積確保較大散熱面積，提供比強制冷卻散熱片更高的冷卻能力。
而且還具有，通過散熱器4和散熱器5的分割，可以謀求散熱片的通用化、以一種薄板散熱片構(gòu)成散熱器這樣的效果。這在后文中將要詳細敘述。
圖2是從下方觀察本發(fā)明的冷卻模塊的簡圖。在冷卻模塊1的底部通過金剛石層7與CPU熱連接。該金剛石層是涂布金剛石粉末的片層，為了進行層的面方向的熱擴散而粘貼。一般地，金剛石作為熱傳導率高的材料為人所知，但作為冷卻套的熱擴散層也有效。特別是在LSI組件中未內(nèi)裝熱散布器的CPU(例如，露出CPU模片的LSI組件的場合)，必須將CPU產(chǎn)生的熱量有效地傳遞到冷卻模塊。
除此之外，為了提高冷卻套的受熱面的熱傳導率，也可以涂布硅潤滑脂，或?qū)⒔佑|面研磨從而降低面的粗糙度。而且，也可以在冷卻模塊的CPU受熱面的四個角落設置安裝螺釘，形成冷卻模塊壓接在CPU上的結(jié)構(gòu)，提高熱傳導率。
圖3是適用本發(fā)明的冷卻模塊的PC的概略構(gòu)成圖。PC本體15由搭載CPU10和存儲模塊13等的基板9、電源單元(未圖示)，和HDD等的媒體驅(qū)動器14構(gòu)成?；?在上述CPU10和存儲模塊13以外，安裝了用于插入各種控制LSI和擴展板的轉(zhuǎn)接連接器11和轉(zhuǎn)換連接器(未圖示)。為了在所述轉(zhuǎn)換連接器上直接連接轉(zhuǎn)換連接器，基板9在PC本體15的背面搭載在位置偏移了的部位。在PC裝置15的前面搭載多個媒體驅(qū)動器14(HDD、DVD-ROM驅(qū)動器、FDD等)。
PC本體15的高度由插入轉(zhuǎn)接連接器11中的擴展板的高度尺寸、或媒體驅(qū)動器14的外形尺寸規(guī)定。例如塔式PC中，一般地由媒體驅(qū)動器14的外形尺寸規(guī)定，成為在5英寸驅(qū)動器的寬度尺寸約150mm上增加構(gòu)造上的余量的尺寸。此時，在基板9的CPU10的上方部，由于沒有特別配置設備，所以可以設置本發(fā)明的冷卻模塊8。
另外，在將PCI板插入轉(zhuǎn)接連接器11，由該板規(guī)定裝置的尺寸的場合，約有100mm的上方余量，至少可以設置高度為100mm的冷卻模塊8。強制空冷式的冷卻片也安裝在CPU10的上方，可以置換力冷卻模塊8。
更為詳細地說，將冷卻模塊8設置在CPU10上、從而使冷卻模塊8的散熱器5形成PC本體15的背面?zhèn)?，再在冷卻模塊8的更背面設置冷卻散熱器4和散熱器5的風扇12。此時，風扇12驅(qū)動從PC本體15的背面排氣。這樣，由于可以進行PC本體15內(nèi)部的換氣，所以還可以冷卻CPU10以外的發(fā)熱部件(例如，存儲模塊13或媒體驅(qū)動器14)。
圖4是更為具體地表示冷卻模塊的外形尺寸的圖。該外形尺寸，約有120W的散熱能力，可以冷卻大于3G的動作頻率數(shù)的CPU。具有與圖4的冷卻模塊相同程度的容積的強制空冷散熱片，只不過具有約70W的散熱能力。雖然強制空冷方式只要提高風扇的轉(zhuǎn)速增加冷卻風量，就可以進行與圖4的冷卻模塊相同程度的散熱，但是，會增加風扇扇風產(chǎn)生的噪音。相反地，在發(fā)熱量低的CPU上使用圖4的冷卻模塊的場合，可以降低風扇12的轉(zhuǎn)速，因而可以降低風扇的噪音。
圖5是簡要表示冷卻模塊8的冷卻液的循環(huán)路徑的圖。冷卻液由泵2驅(qū)動在圖5的循環(huán)路徑中循環(huán)。泵2排出的冷卻液吸收CPU10所產(chǎn)生的冷卻套1中的熱量，將其以散熱器5和散熱器4的順序送出。冷卻液蓄積的熱量在散熱器5和散熱器4中向散熱器片進行熱傳遞，對風扇的冷卻風進行熱傳遞而散熱。散熱器5的入口的冷卻液的溫度最高，在流過散熱器期間被散熱，在散熱器4的出口處恢復到吸收CPU10產(chǎn)生的熱量之前的溫度。因此，散熱器5和散熱器4的冷卻液的平均溫度，散熱器5的變高。
流出散熱器4的冷卻液流入貯液箱3。貯液箱3是為了補充從管道6或散熱器等泄漏的冷卻液而設置的。本發(fā)明中，由于形成散熱器4、5與冷卻套1接近的模塊結(jié)構(gòu)，所以透過冷卻液的管道6的長度短，泄漏量有限。因此，只要準備小容量的貯液箱即可。
貯液箱3在補充冷卻液之外還排出冷卻液中產(chǎn)生的氣泡。為此，在貯液箱3中形成液層部分和氣層部分的兩層，使冷卻液的氣泡匯集在氣層部分。冷卻液從貯液箱3冷卻液排出，是從液層部分進行的。因此，需要根據(jù)冷卻模塊的設置方向調(diào)整貯液箱3的冷卻液吸入口和排出口。
如圖3所示那樣基板9成為水平面時、CPU10也水平設置，所以，設置在CPU10上方部的貯液箱6的冷卻液吸入口設置在貯液箱3的上部，冷卻液排出口設置在貯液箱6的下方部。此外，基板9有時設置在垂直面上。此時，由于CPU10也設置在垂直面上，所以設置在CPU10的上方部的貯液箱6的冷卻液吸入口和冷卻液排出口，需要設置成使吸入口在垂直上部、排出口在垂直下部。
圖6是表示冷卻模塊的基板和垂直面的截面圖。如上所述，在安裝在基板9上的作為發(fā)熱部件的CPU10上、熱連接著冷卻模塊的冷卻套1。在冷卻套1的上部設置泵2和貯液箱3，進而在其上部設置散熱器4。在層疊配置的冷卻套1和泵2和貯液箱3和散熱器4的側(cè)部配置散熱器5。
在此，由配置在散熱器5的與散熱器4相對一側(cè)的風扇，吸引產(chǎn)生冷卻散熱器4和散熱器5的冷卻風。通過該冷卻風以散熱器4到散熱器5的順序穿過散熱器片之間，在此過程中將散熱片冷卻。如對圖5的說明，散熱器4和散熱器5的平均溫度，是散熱器5的溫度高。而且，散熱器因散熱器片溫度與冷卻風的溫度差而產(chǎn)生熱傳遞。因此，假設，即使冷卻風吸熱而達到散熱器4的平均溫度，由于散熱器5的平均溫度比散熱器4的溫度高，所以散熱器5的散熱器溫度也比冷卻風的溫度高，因此可以進行散熱器片的散熱。這樣，通過將高溫的散熱器設置在冷卻風的風下，可以改善散熱效率。
進而，散熱器4和散熱器5各自的散熱器片，使冷卻風在散熱片之間通風，所以最好使散熱器4的散熱器片和散熱器5的散熱器片配置在相同平面上。這樣設置可以降低冷卻風的流動阻力。
而且，散熱器5與散熱器4相比，由于其具有總高，所以散熱面積變大。冷卻風流過與該散熱器的總高相符合的幅度，從而使散熱效率提高。將風扇12設置在散熱器5的與散熱器4相對一側(cè)，是因為在風扇12和散熱器5之間沒有對冷卻風形成障礙的障礙物，所以合適。
由于散熱器的散熱容量與散熱器片的散熱面積成比例，所以可以通過將散熱器片的層疊片數(shù)增加到22片為止來進行調(diào)整。在冷卻模塊的上方部，如對圖3作的說明，由于不是搭載設備的空隙，所以直至PC本體15的范圍都可以容易地進行。此時，為了冷卻風的幅度也隨此增加，最好加大風扇12的風扇直徑。不用說，在散熱容量減小的場合，只要減少散熱器片的層疊片數(shù)即可。
另外，在增加散熱器5的散熱容量時，也可以將散熱片的面積加大到23。也可以進行向上方增加層疊片數(shù)、和增加散熱片的面積這兩方面，來加大散熱容量。無論那種情況，都可以通過改變散熱片的層疊片數(shù)或面積來容易地調(diào)整散熱容量。
圖1或圖6等的說明，說明了將散熱器4和散熱器5并排構(gòu)成L形的散熱器片的結(jié)構(gòu)，但是，將大小不同的散熱片沿縱向?qū)盈B形成L形的散熱器片的結(jié)構(gòu)，也可以通過改變散熱片的層疊片數(shù)或面積而容易地調(diào)整散熱容量。但是，在此情況下，由于需要兩種散熱片，所以不具備因通用化而帶來的減少部件點數(shù)的效果。
圖7是冷卻模塊的冷卻套的組裝圖。冷卻套由冷卻套殼體1、冷卻套散熱片17和冷卻套蓋19構(gòu)成，在殼體1的下部與CPU10熱連接。冷卻套散熱片17保持間隙地插入設置于冷卻套殼體1中央部的圓筒部24，形成圓筒散熱片。此時，在冷卻套散熱片的一部分設置整流翼插入不同形狀的散熱片18。這在下文中還要詳細描述。
在殼體1的內(nèi)部填充冷卻液，在殼體1的下部接受的CPU的產(chǎn)生出的熱量，經(jīng)由圓筒部24傳遞到多個冷卻套散熱片17，從冷卻套散熱片17傳遞到冷卻液。冷卻套蓋19是用于使冷卻套殼體1的冷卻液不泄漏的蓋子。由于從冷卻套殼體1的一端被吸引、從另一端排出的冷卻液的進出，冷卻液可以通過冷卻套散熱片17從CPU散熱。
冷卻套散熱片17由熱傳遞性高的銅板組成，插入圓筒部24并被釬焊。冷卻套散熱片17的固定方法并不限于釬焊，也可以是將散熱片壓入的制造方法或插入散熱片之后使圓筒部膨脹斂縫，也可以同樣地制造上文所述的散熱器4或散熱器5。
圖8是保持間隙地設置的冷卻套散熱片的轂部的截面圖。以擠壓方法在冷卻套散熱片上設置第一突部20和第二突部21。此時，第一突部20，在層疊時空出突部的高度的間隙地、改變突部的頂出側(cè)和凹陷側(cè)的截面形狀。形成第二突部21在第一突部20的頂部隱藏在第一突部20的凹陷側(cè)的形狀。這樣，層疊冷卻套散熱片時，可以保持用于冷卻液流動的一定的間隙進行層疊，進而，可以進行冷卻套散熱片的止轉(zhuǎn)。通過止轉(zhuǎn)，可以順利地進行冷卻套散熱片的釬焊工序。特別是，可以有效地對后文將要敘述的具有整流翼的冷卻套散熱片18進行定位。
圖9是冷卻套殼體1的構(gòu)成圖。(a)表示概略圖、(b)表示中央截面圖、(c)表示橫截面圖、(d)表示側(cè)面圖。在冷卻套殼體1上，如圖(c)所示在殼體左右設置冷卻液的流入口和流出口，流入的冷卻液穿過上述設置冷卻套散熱片的中央部，從流出口排出。進而，在冷卻套殼體1的四個角落具有對CPU的安裝部。殼體1在其底部與CPU熱連接，為了將CPU產(chǎn)生的熱量傳遞到冷卻液，以熱傳導率高的材料形成。例如，適合用鋁或銅，特別是，以鋁的模鑄法制造的話效率好。
圖10是表示冷卻套1的截面的圖。在中央部配置上述冷卻套散熱片，在其下部熱連接的CPU所產(chǎn)生的熱量向該散熱片進行熱傳遞。從冷卻套散熱片的相對的兩端注入/排出對冷卻套散熱片進行冷卻的冷卻液。為了將CPU產(chǎn)生的熱量傳遞到冷卻液，使用上述圓筒散熱片，冷卻套散熱片的總高也比冷卻液的循環(huán)管道的直徑大。因此，冷卻液將不能在圓筒冷卻套散熱片中均等地流動而使散熱量分布不均。為了防止該問題，本發(fā)明中設置了整流翼，從而使冷卻液在圓筒的冷卻套散熱片的高度方向均勻流動。圖10中，表示延長冷卻套散熱片的一部分、設置作為整流翼的散熱片18的例子。在圖11中，表示為了使流入散熱器片的中央部的冷卻液向上下方向分散，而層疊了具有方向不同的兩種整流翼的冷卻套散熱片的圓筒散熱片。此時，在通常的散熱片之外，組合了具有兩種整流翼的散熱片，所以會造成成本增高。因此，如圖12所示，也有將整流翼作為另外的部件插入冷卻套中的方法。
上文對本發(fā)明的具體實施例進行了描述，但本發(fā)明并不限于上述實施例，本領域技術人員可在不超出本發(fā)明內(nèi)容的范圍和不背離本發(fā)明主旨的情況下，對其進行各種變更和修改。
權利要求
1.一種冷卻模塊，是搭載在信息處理裝置上的CPU的冷卻模塊，其特征在于，具備與該CPU熱連接并將CPU產(chǎn)生的熱量向冷卻液傳遞的冷卻套、使冷卻液循環(huán)的泵、進行冷卻液的補充的貯液箱、和使所述冷卻液散熱的第一散熱器和第二散熱器；將所述冷卻套、泵、貯液箱、以及所述第一散熱器和第二散熱器配置在冷卻液的循環(huán)路徑上，同時，在所述冷卻套的上方設置所述泵和貯液箱，進而，在其上方設置所述第一散熱器；所述第二散熱器配置在層疊設置的所述冷卻套、泵、貯液箱和第一散熱器的側(cè)部。
2.如權利要求1所述的冷卻模塊，其特征在于，將第一散熱器的散熱片和第二散熱器的散熱片設置在同一平面上。
3.如權利要求1所述的冷卻模塊，其特征在于，所述第二散熱器比所述第一散熱器更靠近冷卻套、配置在循環(huán)路徑的上游側(cè)。
4.如權利要求1所述的冷卻模塊，其特征在于，使冷卻風按照第一散熱器至第二散熱器的順序進行通風。
5.如權利要求1所述的冷卻模塊，其特征在于，冷卻液按照泵、冷卻套、第二散熱器、第一散熱器和貯液箱的順序進行循環(huán)。
6.一種冷卻套，是搭載在信息處理裝置上的CPU的液冷方式的冷卻套，其特征在于，設置有在該冷卻套內(nèi)部層疊多個散熱片的圓筒散熱片，所述CPU產(chǎn)生的熱量向所述圓筒散熱片傳遞、并從所述圓筒散熱片向冷卻液進行熱傳遞。
7.如權利要求6所述的冷卻套，其特征在于，在層疊于所述圓筒散熱片的散熱片的一部分設置冷卻液的整流翼。
8.如權利要求6所述的冷卻套，其特征在于，層疊于所述圓筒散熱片的散熱片，具備形成層疊間隙的第一凸部，和設置在第一凸部的頂部用來對散熱片進行定位的第二凸部。
全文摘要
本發(fā)明的冷卻模塊，在CPU上部以層疊結(jié)構(gòu)配置使CPU產(chǎn)生的熱量被冷卻液吸熱的冷卻套、使冷卻液循環(huán)的泵、進行冷卻液的補充并將冷卻液中的空氣除去的貯液箱、和使所述冷卻液冷卻的第一散熱器，在上述第一散熱器的側(cè)部配置對上述冷卻液進行冷卻的第二散熱器，進而，冷卻液對從吸收CPU產(chǎn)生的熱量的冷卻套經(jīng)由散熱器、散熱器流回貯液箱地、由泵驅(qū)動進行循環(huán)。
文檔編號G06F1/20GK1601731SQ200410028249
公開日2005年3月30日 申請日期2004年3月10日 優(yōu)先權日2003年9月25日
發(fā)明者松下伸二, 及川洋典 申請人:株式會社日立制作所