JP2002261220A - 半導体素子の冷却装置 - Google Patents

半導体素子の冷却装置

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JP2002261220A
JP2002261220A JP2001059781A JP2001059781A JP2002261220A JP 2002261220 A JP2002261220 A JP 2002261220A JP 2001059781 A JP2001059781 A JP 2001059781A JP 2001059781 A JP2001059781 A JP 2001059781A JP 2002261220 A JP2002261220 A JP 2002261220A
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JP
Japan
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semiconductor element
air
outlet
duct member
blower
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Application number
JP2001059781A
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English (en)
Inventor
Hitoshi Aoki
均史 青木
Junichi Kubota
順一 久保田
Takeo Komatsubara
健夫 小松原
Masaya Matsuoka
雅也 松岡
Naoki Otsuka
直樹 大塚
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 効率よく半導体素子の冷却ができる冷却装置
を提供する。 【解決手段】 送風装置からの送風を半導体素子6に向
けて吹き付ける可撓性のダクト部材13を設ける。ダク
ト部材13の吹出口14に整流部材14Aを設け、ダク
ト部材13の吹出口14から吹き出す風を平行流にして
半導体素子6に吹き出して空冷する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発熱を生ずる半導
体素子の冷却装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、多数の半導体等を備えた素子や内
部配線を特殊な方法で一つの固体として結合した超小型
電子回路を備えたCPUやLSIなどの半導体素子が多
用されるようになってきている。この超小型電子回路を
備えた半導体素子は作動する過程で大量の熱を発生す
る。この半導体素子の温度が上昇すると、それ自体の動
作が不安定となる不具合が発生してしまい、更に温度が
上昇すると半導体が破壊してしまう。そのため、例えば
特開平10−308482号公報(H01L23/3
6)に示す如き、半導体素子の上に直接送風機を取り付
けて半導体素子を空冷している。即ち、そこに示された
構成は、半導体素子にヒートシンクを取り付け、当該ヒ
ートシンクに対応して送風機を設けると共に、該送風機
によってヒートシンクを空冷することにより半導体素子
を直接冷却し、高温による半導体素子の動作不安定や破
壊が発生することを防止していた。
【0003】一方、通信回線を用いたデータ通信ネット
ワークや、建物内や敷地内などの限定された範囲内で私
設の回線を用いた高速データ転送を行なうコンピュータ
ネットワーク(LAN)においては、上記の如き半導体
素子が多数設けられそれらの半導体素子が動作してい
る。そして、コンピュータネットワークではそれらの半
導体素子が基板に複数取り付けられ、この基板が収納さ
れたキャビネットが複数フレームに保持されたサーバが
使用される。即ち、このようなサーバでは多数の半導体
素子の動作によって著しい温度上昇が生じるため、従来
では動作して温度上昇する半導体素子にそれぞれヒート
シンクを取り付け、このヒートシンク上にそれぞれ取り
付けた送風機でヒートシンクを冷却することにより温度
上昇する半導体素子を冷却していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、半導体素
子が多数設けられるサーバなどでは、各半導体素子にそ
れぞれ送風機の取り付けと配線を行なわなければなら
ず、それらの作業が極めて煩雑化すると共に、コストも
高騰する問題があった。
【0005】本発明は、係る従来技術の課題を解決する
ために成されたものであり、効率よく半導体素子の冷却
ができる冷却装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の半導体素
子の冷却装置は、送風装置と、該送風装置からの送風を
半導体素子に向けて吹き付けるための可撓性を有するダ
クト部材と、該ダクト部材の吹出口に設けられた整流部
材とを備えたものである。
【0007】また、請求項2の発明の半導体素子の冷却
装置は、上記に加えて、前記整流部材はハニカム材から
成り、前記ダクト部材の吹出口から吹き出される風を平
行流とするものである。
【0008】本発明によれば、送風装置と、該送風装置
からの送風を半導体素子に向けて吹き付けるための可撓
性を有するダクト部材と、該ダクト部材の吹出口に設け
られた整流部材とを備えているので、送風装置からの送
風をダクト部材にて半導体素子まで導き、当該ダクト部
材の吹出口から直接半導体素子に吹き付けることができ
るようになり、半導体素子を強力に空冷することができ
るようになる。
【0009】これにより、半導体素子が多数存在する場
合にも、送風装置からダクト部材を介して各半導体素子
に送風を行い、集中的に冷却することができるようにな
り、生産コストの低減を図ることが可能となる。特に、
ダクト部材の吹出口には整流部材が設けられているの
で、半導体素子への送風に乱れを生ずること無く円滑に
空冷することが可能となるものである。
【0010】請求項2の発明によれば、上記に加えて前
記整流部材はハニカム材から成り、前記ダクト部材の吹
出口から吹き出される風を平行流とするので、吹出口か
らの送風を拡散させずに集中的に半導体素子に吹き付け
ることができるようになり、より強力且つ効率的に半導
体素子を空冷することができるようになるものである。
【0011】
【発明の実施の形態】次に、図面に基づき本発明の実施
形態を詳述する。図1は本発明の冷却装置10を適用し
たサーバ1の斜視図である。図1において、実施例のサ
ーバ1は、ネットワークに接続されたコンピュータの中
で各種のサービスを提供する中心となるものであり、サ
ーバ1にはLSIやCPUなどの半導体素子6が複数設
けられた基板5が取り付けられたキャビネット4が複数
設けられている。尚、2は複数のキャビネット4・・を
着脱可能に保持するフレーム、3はサーバ1を移動する
ためのキャスターである。また、サーバ1には図示しな
いカバーが設けられる。
【0012】キャビネット4は上面を開放した筺体にて
構成され、キャビネット4の前面には通風用のグリル4
Aが形成されている(図2)。また、キャビネット4内
には図3に示す如き前記半導体素子6や他の回路部品
(図示せず)が装着された基板5が設けられている。各
キャビネット4の前面にはグリル4Aが形成され、後面
には通風口(図示せず)が形成されている。このグリル
4A及び通風口は、キャビネット4内に設けられた図示
しない送風機が運転されると、前面のグリル4Aがら吸
入され、キャビネット4内に吸入された空気は後面の通
風口から排出する所謂キャビネット4内の換気を行なう
ものである。尚、基板5の後方にはデータの入出力を行
なう端子であるI/Oポート8が設けられている。ま
た、9は各回路部品を動作させるための電源回路(PO
WER)である。
【0013】基板5には複数(本実施例では2個)の半
導体素子6が取り付けられており、各半導体素子6・・
は所定の間隔で配置されると共に、各半導体素子6・・
はそれぞれソケット7を介して基板5に取り付けられて
いる(図4)。そして、これらの各半導体素子6・・に
それぞれヒートシンク11が交熱的に取り付けられると
共に、ヒートシンク11と半導体素子6との間には、熱
伝導率の高いグリス24が塗布されている。該グリス2
4は、半導体素子6とヒートシンク11との間の隙間を
無くして、半導体阻止6とヒートシンク11間の熱伝導
率が低下するのを抑制する。それによって半導体素子6
の熱を効率よくヒートシンク11に伝達する。尚、グリ
ス24の代わりに熱伝導率の高い柔軟性を有したシート
材を用いてもよい。
【0014】ヒートシンク11は、例えば、熱伝導率の
高いアルミニウム板から成り、半導体素子6に密着する
受熱部11Aと、この受熱部11Aの一側から他側に渡
って所定寸法立設された複数枚の薄い(約0.3mm〜
0.5mm程度の厚さ)放熱フィン11Bにて構成され
ている。そして、受熱部11Aが温まると、その熱は各
放熱フィン11Bに伝達され、そこで、外気と熱交換し
受熱部11Aは空冷される。
【0015】一方、前記サーバ1には冷却装置10が設
けられており、この冷却装置10は、送風装置12と、
ダクト部材13と、整流部材14Aとから構成され、送
風装置12はサーバ1に設けられたフレーム2に固定さ
れている。該送風装置12は筺形を呈しており、この送
風装置12の内部には送風力が強力な送風機12Aが設
けられている。送風装置12に設けられた送風機12A
の吹き出し口(図示せず)には可撓性のホースにて構成
された略円筒形の前記ダクト部材13が複数接続されて
いる。各ダクト部材13の本体13A一側は送風装置1
2の所定位置に接続されると共に、本体13Aの先端に
は連続して吹出口14が設けられている。該送風装置1
2に接続されたダクト部材13は、送風装置12に設け
た送風機12Aから吹き出された風を半導体素子6近傍
まで導く。
【0016】ダクト部材13の本体13Aは電気掃除機
のホースのような構造、即ち、蛇腹構造のホースにて構
成されている。また、吹出口14は所定の長さを呈して
おり、前記各キャビネット4のどちらか一方の側面(実
施例ではサーバ1の左側)に固定されている。該吹出口
14は各キャビネット4内に設けられ、基板5に取り付
けられた半導体素子6(この場合、半導体素子6に取り
付けられたヒートシンク11の放熱フィン11B)近傍
に開口している。尚、図1では上二段のキャビネット4
にダクト部材13を接続しているが、他のキャビネット
4にも図示しないダクト部材13が接続されているもの
とする。
【0017】また、吹出口14は本体13Aより細く小
径に形成され、吹出口14より吹き出す空気の風速を増
す。また、吹出口14内部には整流部材14Aが設けら
れている。該整流部材14Aはハニカム材にて構成さ
れ、吹出口14の開口内全体に設けられると共に、吹出
口14の長手方向の一端から他端に渡って設けられてい
る。この整流部材14Aによって吹出口14から吹き出
される風を平行流にしている。
【0018】即ち、吹出口14より吹き出される風は、
送風機12Aに設けられた図示しない送風ファンの回転
にて乱れ、また、送風ファンから吹き出された風はダク
ト部材13内を通過する過程でダクト部材13の壁面に
接触して乱れてしまう。このため、ダクト部材13の吹
出口14に整流部材14Aを設け、ダクト部材13の吹
出口14より吹き出す風の乱れがなく直進(平行流)さ
せて吹出口14より吹き出す風が拡散せずに効率よく放
熱フィン11Bを空冷できるように構成している。
【0019】以上の構成で送風装置12の送風機12A
が運転されると、送風機12Aから吹き出された風はダ
クト部材13の本体13A内を導かれて吹出口14に至
る。そこで、吹出口14に導かれた空気は整流部材14
Aによって平行流に整流された後、放熱フィン11Bに
吹き付けられる。これによって、放熱フィン11Bは外
気と熱交換して放熱され、受熱部11Aが冷却される。
このように冷却された受熱部11Aは、半導体素子6に
交熱的に取り付けられているので、半導体素子6と受熱
部11Aとは熱交換されて半導体素子6は冷却される。
これによって、半導体素子6・・を+30℃乃至+60
℃に維持する。
【0020】この場合、各ダクト部材13の先端に設け
た吹出口14は、各キャビネット4内に設けられ、基板
5に取り付けられた半導体素子6(ヒートシンク11)
に向けて設けられると共に、吹出口14内には整流部材
14Aを設けているので、吹出口14から吹き出す風が
乱れることなくヒートシンク11に向けて吹き出すこと
ができる。これによって、ダクト部材13の吹出口14
から吹き出された風を拡散させずに平行流として半導体
素子6の近傍から、ヒートシンク11に向けて直接吹き
付けられる。従って、各半導体素子6を効率よく空冷す
ることができるようになる。
【0021】このように、半導体素子6の冷却装置10
は送風装置12と、可撓性のダクト部材13と、このダ
クト部材13の吹出口14内に整流部材14Aとを設け
ているので、送風機12Aから吹き出された風をダクト
部材13にてヒートシンク11(半導体素子6)まで導
くことができる。また、ダクト部材13の吹出口14内
に整流部材14Aを設けているので、吹出口14から吹
き出した風が乱れること無くヒートシンク11へ吹き付
けることが可能となる。これにより、ダクト部材13の
吹出口14から吹き出す風を直接ヒートシンク11(半
導体素子6)に向けて吹き付けることができ、半導体素
子6を強力に空冷することができるようになる。
【0022】特に、半導体素子6が多数存在する場合に
も、送風装置12からダクト部材13を介して各半導体
素子6に送風を行い、集中的に冷却することができるよ
うになり、生産コストの低減を図ることが可能となる。
また、整流部材14Aはハニカム材にて構成しているの
で、ダクト部材13の吹出口14から吹き出す風を容易
に平行流とすることができる。これにより、吹出口14
からの送風を拡散させずに集中的にヒートシンク11
(半導体素子6)に吹き付けることができるので、半導
体素子6を効率的に空冷することが可能となる。
【0023】尚、実施例では一台のサーバ1に一台の送
風装置12を設けたがこれに限らず、一台の送風装置1
2で複数のサーバ1のキャビネット4内の半導体素子6
を空冷しても本発明は有効である。これによって、一台
の送風装置12で複数のサーバ1内の半導体素子6を空
冷することができるので、一台のサーバ1に一台の送風
装置12を設ける場合に比して大幅にコストを低減する
ことができる。
【0024】また、一台のサーバ1に複数の送風装置1
2を設けても差し支えない。この場合、キャビネット4
別に半導体素子6の空冷を行なうことができるので、各
半導体素子6毎に空冷冷却を制御することができるの
で、加熱した半導体素子6が設けられたキャビネット4
内だけを効果的に空冷することができる。
【0025】
【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、送風
装置と、該送風装置からの送風を半導体素子に向けて吹
き付けるための可撓性を有するダクト部材と、該ダクト
部材の吹出口に設けられた整流部材とを備えているの
で、送風装置からの送風をダクト部材にて半導体素子ま
で導き、当該ダクト部材の吹出口から直接半導体素子に
吹き付けることができるようになり、半導体素子を強力
に空冷することができるようになる。
【0026】これにより、半導体素子が多数存在する場
合にも、送風装置からダクト部材を介して各半導体素子
に送風を行い、集中的に冷却することができるようにな
り、生産コストの低減を図ることが可能となる。特に、
ダクト部材の吹出口には整流部材が設けられているの
で、半導体素子への送風に乱れを生ずること無く円滑に
空冷することが可能となるものである。
【0027】請求項2の発明によれば、上記に加えて前
記整流部材はハニカム材から成り、前記ダクト部材の吹
出口から吹き出される風を平行流とするので、吹出口か
らの送風を拡散させずに集中的に半導体素子に吹き付け
ることができるようになり、より強力且つ効率的に半導
体素子を空冷することができるようになるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の冷却装置を適用した実施例としてのサ
ーバの斜視図である。
【図2】本発明を適用した実施例としての基板収納キャ
ビネットの斜視図である。
【図3】図2のキャビネットの拡大平面図である。
【図4】ダクト部材の吹出口と半導体素子との位置関係
を示す正面図である。
【図5】図4のダクト部材の吹出口と半導体素子との位
置関係を示す側面図である。
【符号の説明】
1 サーバ 4 キャビネット 5 基板 6 半導体素子 7 ソケット 10 冷却装置 11 ヒートシンク 12 送風装置 13 ダクト部材 14 吹出口 14A 整流部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松原 健夫 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 松岡 雅也 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 大塚 直樹 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 5E322 AA01 BA01 BA03 BA05 BB10 EA05 5F036 AA01 BA04 BA24 BB01 BB05 BB33 BB35 BB37

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 送風装置と、該送風装置からの送風を半
    導体素子に向けて吹き付けるための可撓性を有するダク
    ト部材と、該ダクト部材の吹出口に設けられた整流部材
    とを備えたことを特徴とする半導体素子の冷却装置。
  2. 【請求項2】 前記整流部材はハニカム材から成り、前
    記ダクト部材の吹出口から吹き出される風を平行流とす
    ることを特徴とする請求項1の半導体素子の冷却装置。
JP2001059781A 2001-03-05 2001-03-05 半導体素子の冷却装置 Pending JP2002261220A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7548421B2 (en) 2005-10-25 2009-06-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Impingement cooling of components in an electronic system

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GB2431777B (en) * 2005-10-25 2011-04-06 Hewlett Packard Development Co Impingement cooling of components in an electronic system

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