專利名稱：電子機器的冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作為發(fā)熱構(gòu)件的冷卻手段的以液體為冷卻介質(zhì)的電子機器的冷卻裝置。
特別是近年來的高集成半導體發(fā)熱量增加。半導體如超過某溫度，有損其作為半導體的機能，所以需要進行有效的冷卻。
作為冷卻電子裝置的半導體的方法，有通過熱傳導的自然冷卻，和通過風扇等強制空氣冷卻的方法，或者利用導熱管的液體冷卻的方法等為所周知。
通過熱傳導的自然冷卻是在由半導體裝置至電子機器外部的散熱路徑中使用熱傳導率大的材料進行冷卻。
此方法適合于半導體裝置的發(fā)熱量比較小，或者如筆記本型個人電腦那樣小型的電子機器。
通過風扇等的強制空氣冷卻則是在電子機器內(nèi)部設置送風裝置，使空氣強制對流來冷卻半導體裝置。
此方法由于適合于具有某種程度發(fā)熱量的半導體裝置的冷卻，所以一般被廣泛使用，使送風裝置小型、薄型化，也適合于個人電腦。
使用熱導管的冷卻則是通過被密封在熱導管內(nèi)的致冷劑將半導體元件的熱運送到電子機器外部。
作為利用熱導管的現(xiàn)有技術(shù)，例如有日本專利特開平1-84699號公報、特開平2-244748號公報。
這些現(xiàn)有技術(shù)由于不象送風裝置那樣使用消耗電力的構(gòu)件，所以省電效果極高，但是相反地，可以輸送的熱量也有限度。
通過泵等使液體介質(zhì)、即水循環(huán)在發(fā)熱的半導體來冷卻半導體的技術(shù)，是以往以來便被利用的技術(shù)。此冷卻手段被使用在銀行或企業(yè)等處理大量資料的大型電腦中。
作為通過此液體循環(huán)的冷卻方法的現(xiàn)有技術(shù)，例如可列舉日本專利特開平5-335454號公報、特開平6-97338號公報、特開平6-125188號公報。
這些現(xiàn)有技術(shù)的用途被限定在大型電腦。
其理由為液體冷卻系統(tǒng)需要泵、配管系統(tǒng)、熱交換器等很多的冷卻專用構(gòu)件，所以裝置變得大型化，以及使用液體用于冷卻，所以在對安全性的可靠性確保上難于與其他方面相比。
另外，發(fā)熱量大到需要液體冷卻的程度的半導體裝置除了大型電腦以外并未被使用，也是其理由之一。
作為將大型電腦的水冷技術(shù)應用在小型的電子機器(筆記本型個人電腦)的現(xiàn)有技術(shù)，在以往例如有日本專利特開平6-266474號公報、特開平7-142886號公報等。
在上述現(xiàn)有技術(shù)、日本專利特開平7-142886號公報、特開平6-266474號公報中，通過采用受熱水套、散熱管、金屬熱交換器，以提高熱傳導性、對于漏水的可靠度。另外，在這些現(xiàn)有技術(shù)中，受熱水套、散熱管考慮其熱傳導性，為金屬制。
可是，冷卻半導體裝置的受熱水套，如考慮熱傳導性，最好為平板型，所以在平板型受熱水套形成由微細鰭片構(gòu)造所形成的流路，是不可缺的。受熱水套的微細鰭片可以比較容易制作。
因此，由傳熱性能以及成本和加工性的觀點而言，平板型受熱水套以鋁材料較為適當，另一方面，由傳熱性能以及成本和加工性的觀點而言，散熱管以及熱交換器則以銅管較適當。
可是，由傳熱性能以及成本和加工性的觀點而采用鋁制受熱水套、銅制散熱管以及熱交換器的組合時，存在有由于由銅所溶解釋出的銅離子，顯著促進鋁的孔腐蝕之問題。
另外，由作為連接管而被采用的有機類管溶解釋出含有鹵素離子的孔腐蝕性離子，顯著促進鋁的孔腐蝕。
本發(fā)明之目的在于提供在搭載組合銅和鋁的冷卻裝置時，提高其可靠度的電子裝置。
另外，上述目的是通過上述離子交換器為一種預先吸附腐蝕抑制劑的裝置，上述液體介質(zhì)為添加有腐蝕抑制劑而達成。
另外，上述目的是通過上述受熱水套為鋁系材料、上述第2熱交換器為銅系材料、上述液體介質(zhì)為不凍液或者純水，在此液體介質(zhì)中添加有銅系材料用的腐蝕抑制劑而達成。
另外，上述目的是通過具備安裝在第1框體內(nèi)的發(fā)熱元件，和連接在此發(fā)熱元件，而安裝在上述第1框體內(nèi)的受熱水套，和由上述第1框體所旋轉(zhuǎn)支撐的第2框體，和安裝在此第2框體內(nèi)，與外界進行熱交換的第1熱交換器，和對上述受熱水套供應液體介質(zhì)的液體驅(qū)動裝置，上述受熱裝置、上述第1熱交換器、連接液體驅(qū)動裝置的配管的一部份為樹脂制的可撓性管的電子機器的冷卻裝置，在上述配管的一部份設置第2熱交換器和離子交換器，上述第2框體被收納在上述第2框體內(nèi)，上述離子交換器被收納在上述第2框體內(nèi)而達成。
另外，上述目的是通過上述第2熱交換器是由風扇所冷卻而達成。
另外，上述目的是通過上述離子交換器為一種預先吸附腐蝕抑制劑的裝置，上述液體介質(zhì)為添加有腐蝕抑制劑而達成。
另外，上述目的是通過在上述第2框體設置由液晶面板形成的顯示裝置，上述離子交換器設置在上述液晶面板的背面而達成。
圖2是本發(fā)明的第1實施例的模型圖。
圖3是表示鋁的孔腐蝕產(chǎn)生電位和鹵素離子濃度的關(guān)系的曲線圖。
圖4是表示銅的腐蝕量和致冷劑中的苯并三唑濃度的關(guān)系的曲線圖。
圖5是表示離子交換樹脂中的苯并三唑濃度和致冷劑中的苯并三唑濃度的關(guān)系的曲線圖。
圖6是表示離子交換容量和離子交換樹脂中的苯并三唑濃度的關(guān)系的曲線圖。
要以先前所述的熱傳導、空氣冷卻、導熱管等冷卻方法來冷卻如此高發(fā)熱化的半導體裝置，由于冷卻能力不足，所以考慮將上述的循環(huán)液體介質(zhì)的冷卻裝置搭載在這些電子機器。
特別是為了適用在如筆記本型個人電腦那樣的要求超小型、薄型化的電子機器時，需要更進一步的技術(shù)革新。因此，本發(fā)明的發(fā)明者等研究將電子機器的框體以熱傳導性良好之金屬制做成等，使得可以將液體冷卻系統(tǒng)搭載在筆記本型電子機器。
例如在現(xiàn)行的筆記本型電子機器(A4尺寸、30W等級)搭載液體冷卻系統(tǒng)時，可以獲得良好的散熱效果。但是，將來開發(fā)超過30W的電子機器的可能性極高，如此便需要并用液體冷卻系統(tǒng)和風扇冷卻(所謂混合型)。在該情況下，在散熱管之外，需要第2散熱用熱交換器。
熱交換器一般使用銅管，所以如并用鋁的受熱構(gòu)件和銅的熱交換器，我們知道會產(chǎn)生以下之弊病。
即為了在超小型、薄型化之電子機器采用以往用于大型電腦的液體冷卻系統(tǒng)時，必須使得液體冷卻系統(tǒng)本身超小型、薄型化。因此，在超小型、薄型電子機器用液體冷卻系統(tǒng)中，冷卻液與大型電腦的冷卻液相比，約為1/10000，極為少，即使只有少量的腐蝕性離子的溶解釋出，液質(zhì)也會顯著惡化。液質(zhì)惡化的液體如循環(huán)在受熱水套和散熱管、熱交換器時，會促進金屬部份的腐蝕，由腐蝕部份產(chǎn)生漏水，而存在引起電氣事故的可能。因此，關(guān)于液體會接觸之構(gòu)件的材料，需要采取防腐蝕措施。
因此，本發(fā)明就防腐蝕措施進行種種研討的結(jié)果是獲得以下的實施例。
以下，利用

圖1、圖2來說明本發(fā)明的一實施例。
圖1是本實施例的電子裝置的立體圖。
圖2是組裝在電子機器內(nèi)的冷卻系統(tǒng)的模型圖。
在圖1、圖2中，電子裝置是由本體外殼1和具備液晶面板顯示器的顯示器外殼2所構(gòu)成。此顯示器外殼2是以鉸鏈(未圖示出)而可以旋轉(zhuǎn)自如地連接在本體外殼1上。
在本體外殼1上設置鏈盤3、搭載多數(shù)元件的配線基板4、硬盤驅(qū)動器5、輔助記意裝置(例如，軟盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器等)6、電池13等。在配線基板4上搭載有中央運算處理單元7等之發(fā)熱量特別大的元件(以下，記載為CPU)。在CPU7上安裝有受熱水套8。CPU7和受熱水套8是通過柔軟熱傳導構(gòu)件(例如，在Si橡膠中混入氧化鋁等之熱傳導性的填充物的構(gòu)件)連接。
在顯示器外殼2的背面(外殼內(nèi)側(cè))設置連接有與外界進行熱交換的散熱管9的金屬散熱板10。在顯示器外殼2的背面上部設置連接于散熱管9的罐14。罐14具有即使致冷劑由于滲透到構(gòu)件材料以及密封材料而減少，也可以確保循環(huán)路徑內(nèi)的冷卻所必要的致冷劑量的容積。
另外，作為液體驅(qū)動裝置的泵11、與外界進行熱交換的熱交換器15則設置在本體外殼1內(nèi)。熱交換器15與散熱管9相同，雖然與外界進行熱交換，但是通過并用空氣冷卻扇17，可以顯著提升散熱性能，所以也可以對應高發(fā)熱的半導體裝置。
離子交換器16適合在顯示器外殼2內(nèi)溫度最低的位置。在此情況下，認為以散熱管9而被冷卻的液體流出的罐14的出口部份，而且接近液晶面板的部份最為符合。這是因為液晶面板的發(fā)熱遠比散熱管9的發(fā)熱低的緣故。水冷水套8、散熱管9、離子交換器16、泵11以連接管12連接，密封在冷卻系統(tǒng)內(nèi)的致冷劑通過泵11而循環(huán)。此連接管12為可以極力抑制水分透過的丁基橡膠等可撓性管。使用丁基橡膠等的理由當然是抑制水分透過，也是由于在將連接管在本體外殼1內(nèi)引繞之際，具有可撓性者容易在狹小空間內(nèi)引繞的緣故。
另外，由于經(jīng)常開關(guān)的筆記本型個人電腦的情況，至少鉸鏈部份必須以具有可撓性的配管連接，所以可撓性管為其必要條件。
另外，作為被密封在此冷卻系統(tǒng)內(nèi)的致冷劑，可以使用純水，另外在曝露于冰點以下之環(huán)境時，使用不凍液。
離子交換器16內(nèi)之離子交換樹脂，由于在高溫下會氧化劣化，所以最好設置在系統(tǒng)內(nèi)溫度最低的泵前段。
另外，也可以使熱交換器15和罐10或者泵11做成一體。使離子交換樹脂預先吸附對于銅系材料的腐蝕抑制劑(例如苯并三唑、甲苯基三唑)，又在致冷劑中添加對于銅系材料的腐蝕抑制劑。使離子交換樹脂平衡吸附腐蝕抑制劑。如不使離子交換樹脂吸附腐蝕抑制劑，而只在致致劑中添加比設定值還高濃度的腐蝕抑制劑時，則添加在冷媒之腐蝕抑制劑的一部份吸附在離子交換樹脂，致冷劑變成和添加設定濃度的腐蝕抑制劑時相同的環(huán)境。反之，如不在致冷劑中添加腐蝕抑制劑，而只使離子交換樹脂吸附比設定值還高濃度的腐蝕抑制劑，也可以獲得相同的環(huán)境。
在高發(fā)熱CPU7中，要求冷卻性能高的受熱水套以及熱交換器。受熱水套如形成微細鰭片構(gòu)造，可以增加傳熱面積，能夠提高冷卻性能。
在形成此種鰭片構(gòu)造上，由性能、成本、生產(chǎn)性的方面而言，以模鑄(die cast)為適當，材料使用鋁。另一方面，散熱管以及熱交換器則通過在傳熱管的外側(cè)安裝散熱鰭片(鋁)可以提高傳熱性能。由成本、生產(chǎn)性的方面考慮，傳熱管和散熱鰭片的接合以擴管接合為適當，材料使用銅。另外，耐腐蝕性優(yōu)異的不銹鋼和銅相比，除傳熱性能差之外，剛性高，也不易擴管。因此，在發(fā)熱量大的冷卻系統(tǒng)中，鋁制的受熱水套、銅制的散熱管以及熱交換器為不可避免的材料構(gòu)造。
如此在使鋁和銅共存時，由銅溶解釋出的銅離子會顯著促進鋁的孔腐蝕。
圖3為顯示鋁的孔腐蝕發(fā)生電位和致冷劑中的鹵素離子濃度(氯、溴離子等)的關(guān)系。
在圖3中，鋁在浸漬電位(將鋁浸漬在致冷劑中時的電位)高于(正電位側(cè))孔腐蝕發(fā)生電位時，發(fā)生孔腐蝕。在致冷劑中銅離子共存的系統(tǒng)中，銅離子在鋁表面還原，所以鋁的電位移往高側(cè)(正電位側(cè))，鋁容易發(fā)生孔腐蝕。特別是為了實現(xiàn)冷卻系統(tǒng)的小型化，或者為了使組裝容易化，在采用有機系的連接管時，鹵素離子(氯、溴離子等)由連接管溶解釋出。如圖3所示那樣地，鋁的孔腐蝕發(fā)生電位隨著致冷劑中的鹵素離子濃度變高而移往低側(cè)(負電位側(cè))。鹵素離子的溶解釋出顯著促進鋁的孔腐蝕。
在使用鋁制受熱水套、銅制散熱管以及熱交換器為不可缺少的高發(fā)熱的半導體裝置中，為了抑制鋁制受熱水套之孔腐蝕，以抑制由銅制散熱管以及熱交換器的銅離子的溶解釋出，和去除來自于有機類連接管的鹵素離子為有效。
以往，通過在冷卻液中添加鋁以及銅的腐蝕抑制劑，以銅的腐蝕抑制劑來抑制銅離子的溶解釋出，又通過鋁的腐蝕抑制劑來抑制鋁的孔腐蝕。但是，在免維護的而要冷卻系統(tǒng)長期工作的情況下，由于腐蝕抑制劑的消耗，耐腐蝕性有降低的可能。因此，要求可以長期確保耐腐蝕性的冷卻系統(tǒng)。
本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)重視作為鋁的主要孔腐蝕因子的銅離子和鹵素離子，設置了使銅系材料的腐蝕抑制劑吸附于離子交換樹脂的離子交換器，具有不使銅離子溶解釋出到冷卻液中可以捕獲鹵素離子的手段。
由于在鋁的腐蝕抑制劑中不存在起決定性作用的物質(zhì)，另外在銅的腐蝕抑制劑中存在被認可的具有極佳效果的物質(zhì)，由此即使不使用鋁的腐蝕抑制劑也能有效而長期抑制鋁的孔腐蝕這方面為其特長。另外，由銅制散熱管以及熱交換器所溶解釋出的銅離子由離子交換器所捕獲，所以更加提高了鋁制受熱水套的耐腐蝕性。
作為銅的腐蝕抑制劑，以苯并三唑、甲苯基三唑等苯并三唑衍生體為有效。
圖4顯示銅的腐蝕量和致冷劑中的苯并三唑濃度的關(guān)系。
圖4中，如添加苯并三唑在10ppm以上，得知可以將銅的腐蝕抑制為1/50，銅離子的溶解釋出抑制為1/50。以下，估計安全率，就添加50ppm苯并三唑的情況加以敘述。
圖5顯示離子交換樹脂中的苯并三唑濃度和致冷劑中的苯并三唑濃度的關(guān)系。
在圖5中，苯并三唑稍微電離而產(chǎn)生H-基，所以顯示弱酸性，主要吸附在陰離子交換樹脂。在苯并三唑濃度50ppm附近，對陰離子樹脂的吸附(可逆吸附)急劇增加，所以即使致冷劑中的苯并三唑被消耗，通過離子交換樹脂中的苯并三唑被釋出，致冷劑中的苯并三唑的濃度也能維持一定。
圖6顯示離子交換容量(吸附離子的能力)和離子交換樹脂中的苯并三唑的濃度的關(guān)系。
在圖6中，在致冷劑中存在苯并三唑為設定濃度50ppm時，由圖5可知，離子交換樹脂中的苯并三唑濃度在陰離子交換樹脂時為80mg/mg樹脂(每1mg的離子交換樹脂的苯并三唑濃度)、在陽離子交換樹脂時為10mg/mg樹脂。上述苯并三唑吸附在離子交換樹脂時，由圖6可知，陰離子交換樹脂為60％、陽離子交換樹脂為10％交換容量降低。即使使苯并三唑吸附，也能充分捕獲作為陰離子的鹵素離子。另外，通過預先使陽離子交換樹脂的比率大于陰離子交換樹脂，也可以充分捕獲銅離子。另外，為了銅離子也能充分捕獲，也可以預先使離子交換樹脂的容量比率大于陽離子交換樹脂的容量比率。
由以上，如根據(jù)本實施例，通過將離子交換樹脂密封在離子交換器中，該離子交換樹脂可充分吸附由有機系連接管所溶解釋出的鹵素離子、由銅制散熱管以及熱交換器所溶解釋出的銅離子，而且可充分吸附用于使致冷劑中的苯并三唑濃度維持在設定值的苯并三唑，可以長期確保液體冷卻系統(tǒng)的耐腐蝕性。
如根據(jù)本發(fā)明，可以提供防止由于重金屬離子，特別是銅離子溶解釋出，另外，由有機系管溶解釋出腐蝕性離子，導致在受熱水套中發(fā)生孔腐蝕而漏水的電子機器的冷卻裝置。
權(quán)利要求
1.一種電子機器的冷卻裝置，具備安裝在框體內(nèi)的發(fā)熱元件；連接在此發(fā)熱元件的受熱水套；與外界進行熱交換的第1熱交換器；及對上述受熱水套供應液體介質(zhì)的液體驅(qū)動裝置，連接上述受熱裝置、上述第1熱交換器及液體驅(qū)動裝置的配管的一部份為樹脂制可撓管的電子機器的冷卻裝置，其特征在于在上述配管的一部分設置第2熱交換器和離子交換器。
2.如權(quán)利要求1所述的電子機器的冷卻裝置，其特征在于，上述離子交換器為預先吸附腐蝕抑制劑的裝置，在上述液體介質(zhì)內(nèi)添加腐蝕抑制劑。
3.如權(quán)利要求1所述的電子機器的冷卻裝置，其特征在于，上述受熱水套為鋁系材料，上述第2熱交換器為銅系材料，上述液體介質(zhì)為不凍液或者純水，在此液體介質(zhì)內(nèi)添加銅系材料用的腐蝕抑制劑。
4.一種電子機器的冷卻裝置，具備安裝在第1框體內(nèi)之發(fā)熱元件；連接在此發(fā)熱元件，而安裝在上述第1框體內(nèi)的受熱水套；和由上述第1框體所旋轉(zhuǎn)支撐的第2框體；安裝在此第2框體內(nèi)，與外界進行熱交換的第1熱交換器；及對上述受熱水套供應液體介質(zhì)的液體驅(qū)動裝置，連接上述受熱裝置、上述第1熱交換器及液體驅(qū)動裝置的配管的一部份為樹脂制可撓管的電子機器之冷卻裝置，其特征在于在上述配管的一部份設置第2熱交換器和離子交換器，上述第2框體被收納在上述第2框體內(nèi)，上述離子交換器被收納在上述第2框體內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的電子機器的冷卻裝置，其特征在于，上述第2熱交換器通過風扇冷卻。
6.如權(quán)利要求4所述的電子機器的冷卻裝置，其特征在于，上述離子交換器為預先吸附腐蝕抑制劑的裝置，在上述液體介質(zhì)內(nèi)添加腐蝕抑制劑。
7.如權(quán)利要求4所述的電子機器的冷卻裝置，其特征在于，在上述第2框體設置由液晶面板形成的顯示裝置，上述離子交換器設置在上述液晶面板的背面。
全文摘要
在近來的電子機器、特別是如筆記本型電腦那樣的要求超小型、薄型化的電子機器運用液體冷卻系統(tǒng)時，為了冷卻高發(fā)熱的半導體裝置，有以低成本開發(fā)冷卻性能優(yōu)異的液體冷卻系統(tǒng)的要求。而從冷卻性能、成本、生產(chǎn)性的觀點而言，采用鋁制受熱水套、銅制散熱管以及熱交換器為不可避免。在鋁和銅共存的系統(tǒng)中，會由于銅溶解釋出的銅離子，顯著促進了鋁的孔腐蝕。另外由為了小型化所采用的有機類材料的連接管溶解釋出鹵素離子，同樣明顯促進了鋁的孔腐蝕。因此，由于孔腐蝕所導致之漏水，會使裝置的機能無法作用，因此對于接觸液體材料必需施以防腐蝕的對策。在此系統(tǒng)中，設置由預先吸附著腐蝕抑制劑的離子交換樹脂構(gòu)成的離子交換器，且在冷卻液中添加腐蝕抑制劑。
文檔編號H05K7/20GK1469701SQ0312430
公開日2004年1月21日 申請日期2003年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月15日
發(fā)明者南谷林太郎, 大橋繁男, 男, 廣, 近藤義廣, 二, 吉冨雄二, 人, 長繩尚, 中西正人, 中川毅 申請人:株式會社日立制作所