JP2004526332A

JP2004526332A - プリント配線基板

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Publication number: JP2004526332A
Application number: JP2002590415A
Authority: JP
Inventors: マイケル，ミハリス
Original assignee: エヌビディアコーポレイション
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2002-05-13
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2022-05-13
Also published as: JP2008235932A; EP1393369A1; US20020172008A1; JP4234444B2; EP1393369A4; TWI230578B; WO2002093643A1; US6778390B2

Abstract

ハウジング内のプラグイン型その他のコンピュータボード（１０１）上の電子部品（１１９、１２１）を冷却する装置と方法が述べられている。本発明の装置とシステムは、グラフィック処理ユニット等の高発熱装置（１１９）を冷却すると共に、メモリチップ等のその他の複数の装置のそれぞれを特定の温度範囲内まで冷却することができる。一実施例においては、冷却空気はプラグインカード（１０１）の縁から吸い込まれて、ＧＰＵ（１１９）の上を通り、メモリチップ（１２１）の列に沿って流れる。メモリチップ（１２１）の上に沿って気流を導くことによって、チップ間の温度差を所望の均一な範囲に維持する気流が確立される。本発明によれば、予測可能な性能を発揮する温度範囲内にメモリチップ（１２１）を維持しつつ、ボード上に高性能プロセッサを組み入れることができる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント配線基板上の部品を冷却する分野に関する。更に詳しくは、本発明は、プリント配線基板上の複数のチップへの改善された熱移転を行なう装置と方法を目的とするものである。
【背景技術】
【０００２】
標準のサイズを有するプリント配線基板上に電子部品を配列することができれば、電子部品の容易な構成、組立、補修及び品質向上が可能になる。例えば、パソコンは、ボードやカードを取り付けるためのスロットやコネクタを具えた標準化された多数のポートやバスを有するマザーボードを具えていることが多い。このアプローチの融通性に対する証左として、ほとんどすべてのパソコンにはコネクタが設けられ、コンピュータメモリの追加、入出力（Ｉ／Ｏ）装置への接続及び付加的な計算能力を可能にする。
【０００３】
バススタンダードは、両者とも一般的に使用されている周辺部品相互接続（Peripheral Component Interconnect; PCI)と工業標準構成(Industry Standard Architecture; ISA)標準、及びコンピュータのグラフィック能力を改善するように構成された加速グラフィックスポート（Accelerated Graphics Port; AGP)を含むが、これらに限定されるものではない。これらの標準のそれぞれは、計算機能と機械的標準とを提供して、コネクタとカードが連携して必要な電気接続と物理的安定性を提供するようになっている。ここで特に興味をひくのは、コネクタと係合するカードの縁の幾何学的形状、組み立てられたボードの幅、長さ及び高さ、そしてカードの電気的仕様や電力使用の詳細を含んだ機械的標準であるが、これらに限定されるものではない。
【０００４】
バススタンダードに合致していることに加えて、プロセッサ、メモリチップ、電力供給装置、その他のこれらに限定されない電子部品を含むカードの部品が予定された温度範囲で作動することが重要である。電力供給装置やプロセッサ等の高出力装置の場合には、作動温度が最高作動温度以下に保たれることが一般的に必要である。同じ回路内に温度に敏感な多数の部品を有するボードの場合、個々のチップの温度を、すべてのチップが同じように作動する範囲内に維持することが重要である。例えば、メモリチップは温度依存性の時計速度を持っていることが多い。並列されたメモリチップを有する回路は、すべてのチップが或る温度範囲にあって、ほぼ同じ時計速度を有する場合に最も良好に作動する。
【０００５】
電子部品から熱を除去する技術は、冷却要求と共に発展した。種々のタイプのファンが、ハウジングの背部から空気を排出し、或いは新鮮な空気をハウジング内に導入するのに使用されている。いずれの場合にも、これらのファンは内部循環を発生させ、発熱部品からの対流による熱移転を促進する。他の技術は、一つ以上のファンを用いたり、ハウジング内の気流を導いて熱の除去を改善したりすることを含む。部品レベルにおいて、個々の部品から熱を除去するために受動的ヒートシンクを使用することが従来技術では周知である。軸流ファン又はブロワーが、プロセッサ等の高発熱で温度に敏感な部品に取付けられることが多い。これらの空気移動装置は、局部的な熱の移転を増加させ、熱エネルギを一つ又は複数個の部品からハウジング内に移動させる。部品に対してヒートシンクの接触を改善する技術も能動的熱除去システムとして発展しており、例えばヒートパイプやペルティエ(Peltier)装置等がある。
【０００６】
最近の傾向として、各プリント回路基板上に発熱量の多い高速・高強力のコンピュータチップを載せるようになってきた。これらのボードは、通常、緊密に積層されてコンパクトな全体的設計となっている。ボードを積層することによって、空気が高温の部品の近くを循環することが妨げられ、チップやヒートシンクに搭載されたファンやブロワーの効率を減少させる。その上、ＧＰＵ等の高い端を有する多くのカードは、専用ファンを有するプロセッサと、同じ温度又はその近傍で作動するその他のコンピュータチップを具えている。例えば、ＡＧＰ標準に準拠するボードは、通常、高出力ＧＰＵと、このＧＰＵの周囲の直交する２本の線に沿って設置された時計速度・温度依存性メモリチップの列を具えている。したがって、冷却システムは、ＧＰＵを冷却してそれが過熱されないようにすると共に、複数のメモリチップを同じ温度又はその近くに維持しなければならない。この先行技術の方法は、一つのプリント回路基板上の複数の部品、チップ或いはチップの組を特定の温度に、或いはその近傍に充分に維持しない。更に、ボード標準は、すべての部品をボードの特定の高さ以内に維持して、隣接するスロットが他のボードのために使用できるようにする必要がある。
【０００７】
先行技術の問題点とＡＧＰの設計の際に生じる熱除去の問題に対する解決策の例が、先行技術を示す図１と図２を参照して示され、これには５０ワットの電力を消費するＡＧＰカード（AGP Pro50 カード)の設計仕様と部品レイアウトが示されている。AGP Proの仕様は、ＡＧＰ標準のボードよりも大きい電力を消費し、且つこれより広いマザーボード上の空間を必要とするＡＧＰ状カードを収容するように構成されている。図１は、AGP Proコネクタ１０９、ＰＣＩカード１１０及び隣接するＰＣＩコネクタ１１１と１１３を有するマザーボード１０７の端面図を示す。AGP Proコネクタ１０９とＰＣＩコネクタ１１１、１１３は並列され、カード１０１の長さＬに整合し、且つ距離Ｓずつ離れている。部品面１１５と半田面１１７とを具えたカード１０１を有するAGP Pro両立型装置１００は、コネクタ１０９と電気的に係合する突出部分１２５と、AGP Pro両立型装置をコンピュータのフレーム（図示しない）に固定するブラケット１３７とを有している。このブラケット１３７は、普通はコンピュータのハウジングの壁の近くに位置しており、コンピュータの外側との接続のためにそこに装着されているＩ／Ｏコネクタ（図示しない）を有している。アウトライン１０３は部品面１１５に関連する物体の最大幅Ｗと高さＨを特定し、アウトライン１０５は半田面１１７に関連する物体の最大幅Ｗと高さＢを特定している。特に興味があるのはアウトライン１０３である。ＡＧＰカードのための本来の仕様は、ＡＧＰボードとこれに最も近いボード（Ｓ−Ｂより小さい高さＨ）との間の空間のみを占めるように、ＡＧＰ適合カード(compliant card)を要求している。主として電力消費が増加するために、本来のＡＧＰ標準はAGP Pro標準に修正され、これによってカードは隣接するＰＣＩスロット１１１の空間にオーバーラップする高さＨを占めることが可能になった。ＰＣＩカード１１０を挿入するための次の最も接近した位置はＰＣＩコネクタ１１３である。ＰＣＩコネクタ１１１を占めるＰＣＩカードは、ＡＧＰカード１００がコネクタ１０９内にある場合には使用することができない。
【０００８】
図２Ａは、図１の２Ａ−２Ａから見たＡＧＰカード１００の平面図であって、冷却対象の種々の部品と先行技術における冷却方法とを示し、図２Ｂはメモリチップ１２１とヒートシンク１３１の断面図を示す。カード１０１には、ＧＰＵ１１９と二つの列１２９と１３１に沿って配置された複数のメモリチップ１２１が装着されている。ＧＰＵ１１９には、これらの種々の部品を冷却するためのファン１３５が装着されている。このファン１３５は典型的には縦型ファンであり、図１に示されているように、カード１００の上方の空気をＧＰＵ１００の方に吸引して垂直対流を発生させ、引き続いてファン１３５から発している矢印で示されているようにカード１００の上を流れる。メモリチップ１２１の各列１２９と１３１は、メモリチップの上面に載置されてカード１００から突出したフィンを有するヒートシンク１２３を有する。図２Ｂに示されているように、ヒートシンク１２３は、メモリチップ１２１に熱的に接触している実質的に平坦な底部１２６と、該底部から離れるように突出するフィン１２４とを有している。このヒートシンク１２３は、高い熱伝導性を有するアルミや銅等の金属材料で作られている。フィン１２４は、図１の気流によって示されているような自然対流或いは強制対流のいずれかによる、熱移転のための表面積を増加させる。ファン１３５からの気流の或る部分はヒートシンク１２３を指向するが、一般的には気流は拡散する。この流れのパターンは幾つかの悪い結果をもたらし、例えば気流の一部しかメモリチップ１２１の冷却に利用できなかったり、チップ間或いはヒートシンク１２３に沿って不均一な冷却がなされたり、チップの近傍で流れの分離や再循環が生じたりすることがある。
【０００９】
一般に、増大する電力消費に対する従来技術における解決策は、高さＨを増加して循環を更に良好にしたり、より大きなファンやもっと進歩した冷却装置を収容することである。したがって、ＡＧＰ両立型装置１００はより大きくなり、ＰＣＩカードによって使用されるはずのスペースとオーバーラップすることになる。不幸なことに、ボードのサイズや足型を大きくすることは、増大する電力要求に対する最良の対策ではない。受入可能なボードのサイズを大きくすれば、隣接するスロットへの接近が妨げられ、コンピュータの可能性が減殺され、マザーボード上に既に存在している配線とコネクタが無駄になり、その結果、嵩高で高価なカードとなってしまう。
【００１０】
必要なのは、プリント回路基板用の改善された熱移転装置及び／又は方法を提供することである。特に、複数のコンピュータチップをコンピュータのハウジングの内部においてほぼ同じ温度で作動できるように冷却することが求められている。多くのタイプのコンピュータチップの作用は温度に対して敏感であり、複数のチップをほぼ同じ温度に冷却することによって、ボードの作用を更に信頼性のあるものにすることができる。特に、そのような能力は、グラフィックプロセッサ等の高性能コンピュータプラグインボードを可能にする。その上、ボードからの熱を除去を改善して、ボードがコンピュータハウジングの中で占める空間を増加させることなく、高電力消費のボードを冷却することが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、ハウジング内に狭い間隔で配置されたプリント回路基板上の部品を冷却して、改善された冷却を可能にする装置と方法を提供するものである。詳しくは、本発明の冷却装置は、コンピュータボード上の部品を良好に、より正確に且つ予測可能に冷却することを可能にし、それによってボードを更に高性能にして高速で作動させ得る。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
即ち、本発明の一態様は、コンピュータボード上の複数の部品のそれぞれを特定の温度に、或いは特定の温度範囲内に維持するように冷却する装置と方法を提供する。一実施例においては、この冷却システムは、一つ以上のファンからの冷却気流を各コンピュータチップに沿って導くダクトを具えている。冷却気流を提供するための実施例は、コンピュータハウジングの内部の箇所から空気を吸い出し、ハウジングの外の空気を吸い込むことを含んでいる。別の実施例は、ボードの縁に沿ったハウジングの開口に隣接するプラグインボードを冷却するものであり、冷却空気は標準型のプラグインボードの高さ仕様の範囲内の開口から導かれている。チップは、それに取付けられたヒートシンクを具えていてもよく、冷却流はこのヒートシンクに沿って流れる。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、一つ以上のファンとフィンや翼等の細長い部材を装着するためのハウジングを設けて、気流をボードに沿って、詳しくは冷却対象の複数の部品に沿って導く、コンピュータボード上の部品を冷却する装置と方法が提供される。本発明の更に別の態様は、複数の電子部品に取付けられたヒートシンク上に気流を導いて、これらの電子部品を冷却するものである。一実施例においては、これらの複数の部品は直交する二列の部品列として配列され、気流はこれらの部品に垂直に向けられている。第２の実施例ではこれらの複数の部品は放射状に配列されている。本発明の冷却装置のファンは、ＧＰＵ等の高電力消費型部品を冷却するヒートシンク上に交互に設置され、一方、気流は複数のメモリチップを所与の温度範囲内に冷却するように導かれる。
【００１４】
本発明の更に別の態様は、規定された物理的空間を占めるように、設定された既定高さ仕様内に高性能ボードが設けられている標準サイズのコンピュータプラグインボードに改善された冷却を行なうものである。一実施例においては、本発明の冷却システムは、メモリチップ等のコンピュータ部品の列の上に載せられたヒートシンク上に気流を導くダクトを具え，この冷却システムは、ファンが取付けられたヒートシンクと、気流をコンピュータ部品上に向ける細長い部材と、更に気流を方向転換させるカバーとを具えている。
【００１５】
本発明のもう一つの態様は、ボード上に低い高さを占めながら、プラグインボードを冷却するものである。一つの実施例は、例えば５０ワット以上の電力を消費するボード等の高電力消費型ボードのための標準型ＡＧＰの高さの空間内にあるＧＰＵとメモリチップを含むＡＧＰ両立型プラグインボードを冷却するものである。一実施例においては、ＧＰＵにはヒートシンクが取付けられ、該ヒートシンクはファンを具え、このファンはボードから空気を吸い出して、気流をメモリチップの方に向け、各チップを標準ＡＧＰボードの幅内で特定の温度範囲まで冷却する。このボードは一つ以上のファンを具え、そしてＡＧＰボードがコンピュータハウジングの開口に対面する箇所から新鮮な空気を吸い込むダクトも具えている。コンピュータ内の同じ広さの空間において、性能を改善し或いはより高性能化することによって経済的な利点を有する装置と方法を用いて、コンピュータボード上の部品を冷却することも、本発明の更に別の態様である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、以下に述べる特別の実施例の詳細な説明によって更に理解することができる。明確にする目的のために、この説明は特定の例に関する装置、方法及び概念について述べる。しかし、本発明の方法は、広範なタイプの装置によって実施可能である。したがって、本発明はこれらの特定の実施例の説明によって限定されるべきではない。明確にするために、本発明は多くの異なる革新的な部品と部品同士の革新的な組合せとを含むシステムに関して述べられている。本明細書の任意の実施例に挙げられている革新的な部品のすべてを含む組合せに、本発明を限定するべきではない。
【００１７】
本発明のその他の目的、利点、態様及び特色は、添付図面を参照して以下に述べる好適実施例の説明から明らかになるであろう。これらの図においては、そこに示されている特定の構成部品、態様或いは特長を示すのに符号が使われており、一つ以上の図に共通の符号は、そこに示されている同様な構成部品、態様或いは特長を示している。ここで使用されている符号は、本明細書中に参考として組み入れられている文献において使用されている符号と混同してはならない。
【００１８】
本発明は、電子部品の配列からの熱の移転を改善する装置と方法を提供するものである。次に述べる本発明の説明は、本発明の種々の態様を示す実施例を参照することによって、更に判りやすくなる。これらの実施例は、本発明を説明するための骨組みを提供するものであり、構成部品のタイプと相対位置の詳細、カードやプリント配線基板上におけるこれらの構成部品の形態、これらの構成部品を保持するエレメントの形状、これらの構成部品の意図する目的、これらを具えたカードや装置、及びその他の特性を含んでいる。なお、これらの特性は例示的なものであって、特許請求の範囲に規定された本発明の範囲を限定する意味は有していない。
【００１９】
一例として、本発明は、パソコンで使用されるプリント回路基板上に配置された電子部品を冷却する装置と方法について説明されるであろう。電子部品の例としては、コンピュータチップや、電力供給或いは電力調整用電子部品等のその他の電子部品及び電気部品が挙げられる。電子部品は、電子装置の内部に入れられたり、或いは入出力用インタフェースとして、特定の機能を果たすのに使用され、或いは種々の機能を果たすようにプログラム可能なプリント回路基板等のカード上に配置されている。例えばマザーボード上の電子装置内に、一つ以上のこれらのカードのためのプラグイン箇所を提供するのは普通のことであり、したがって、これらのカードはプラグイン(plug-in)カードとかアドイン(add-in)カードと呼ばれることもある。普通に使用されているコンピュータ構成技術において、これらのカードは、サイズ、占有空間及び電力の仕様、並びに電気的、機械的接続部の位置及びデジタル的電子、電気機能にうまく適合していることを要する。こうした複数のプラグイン箇所は、通常、プラグインされたこれら複数のカードがマザーボードに対して垂直の延びる積層配列を形成するように設けられている。前述したように、この積層配列はコンパクトなコンピュータ設計を提供するが、ボード上の部品の冷却を妨げて、コンピュータの作用を阻害する。
【００２０】
本発明の冷却システムは、本明細書中では一般的にファンと呼ばれている気流発生装置からの空気を電子部品に指向させるものである。このファンはプラグインカード上に設けられ、或いは気流をダクトその他の気流指向装置を介して電子部品に向けるように、カードから離れた箇所に設けられる。本発明の範囲のファンは、軸流即ち遠心型ファン、及びブロワーの流れ特性を有するファンであるが、これらに限定されるものではない。更に、本発明に使用されるファンは、充分な冷却能力と、気流を種々の部品に対して指向させるのに適宜なサイズと向きを提供するように選ばれている。こうして、ヒートシンク上に設けられるファンは、通常は遠心型ファンの構造のものであり、ボードから空気を吸引してボードに沿って流れを発生させ、一方、軸流ファンはボードから離れた位置で使用される。
【００２１】
一実施例においては、本発明は、パソコン（ＰＣ）上で使用される加速グラフィックポート（ＡＧＰ）バスに従うグラフィックカードからの熱を除去するのに使用される。図３は、ＡＧＰ両立型装置３００上の本発明の冷却システム３１０の平面図を示し、図４は図３の４−４側断面図を示し、図５はシステム３１０の分解組立図である。このＡＧＰ両立型装置３００は、ボードをコンピュータのハウジング（図示しない）内に拘束するためのタブ３１９とリップ３２１を有するブラケット３２３を有するカード１０１を具えている。カード１０１上の種々の電子部品の中には、ＧＰＵ１１９とメモリチップ１２１がある。装置３００には、ファン３０３、メモリチップ１２１から熱を除去するヒートシンク３０５と３０７及び気流指向装置３０１を具えた増強型熱除去システム３１０も設けられている。この実施例においては、ファン３０３はヒートシンク３０５、３０７及びＧＰＵ１１９の両方に対して垂直の軸を有する縦型ブロワーであることが望ましい。ファン３０３は、空気が吸引される円形部分４０９と空気が強制的に動かされる円周部分４１１を有している。こうして、ファン３０３はカード１０１の方に空気を吸引し、それをカードに沿って向きを変える。詳しくは、気流指向装置３０１は孔３０９と外縁３１３を有するトップ３１１と、ファン３０３を搭載して気流をカード１０１に沿って偏向させるためのハウジング４０１とを有する。このシステム３１０は、装置３００を好適に冷却するために高さＺを必要とする。この高さＺはシステム３１０の部品の物理的高さＸと、冷却空気をファン３０２の中に引き込むための付加的な高さＹとを含んでいる。特定の部品上における冷却空気の方向によって、冷却空気の更に効率的な使用が可能になると共に、気流をメモリチップ１２１等の複数の部品を均一に冷却するように指向させることを可能にする。その上、このシステム３１０は、先行技術のシステムで必要とした高さよりも低い高さで足りる。その結果、このシステム３１０は、所与の大きさの拘束範囲内においてより良好な冷却を可能にし、或いはより小さな空間を占めながら所与を冷却量を提供することができる。こうして、本発明は、所与のサイズの拘束範囲、例えばＡＧＰ標準ボードの高さの範囲内においてボードを冷却し、及びAGP Proボードの高さのようなより大きな空間を占めるボードを冷却するのに役立つ。
【００２２】
ＡＧＰ装置８００、例えば装置３００等のＡＧＰボードを冷却する別のシステムが、図８に冷却システム８１０の平面図として、そして図９に９−９側断面図として示されている。このシステム８１０は、入口８０３と出口８０５を有するダクト８０１と、前記出口８０５と連通している孔３０９を有するトップ３１１とを具えている。前記入口８０３は、装置８１０への空気の流入を可能にし、ブラケット８０７上に位置決めされている。これはダクトの入口８０３が付加されてはいるが、前記ブラケット３２３の場合と同様である。入口８０３は開いていてもよいし、或いはグリル即ち交換可能なフィルタを有していてもよい。出口８０５はトップ３１１に取付けられて孔３０９と連携して、コンピュータハウジングの外部の空気を直接にファン３０３の方に吸い込むことによって冷却を行なう。外部空気は一般的にハウジング内の空気より低温なので、ダクト８０１を使用することによって、この冷却システムの高さを更に減らすことができる。
【００２３】
ダクトを採用することによって、ファンを例えばブラケット８０７上やコンピュータハウジングの外の装置８１０から離れた位置に設けて気流をダクト８０１に導いたり、或いは複数のブロワーやファンを具えることによって冷却システムの別の実施例が可能となる。ファンやブロワーをプラグインボードから離すことは大変に有利であり、これによってブロワーによって占められるべきボード上の位置に高性能のヒートシンクを設けることが可能になる。こうして、これに限定されるものではないが、コンピュータハウジングの内側或いは外側のいずれかの箇所にファンを設ける等して、コンピュータハウジングの内側或いは外側のいずれかの箇所から空気を吸引して本発明の範囲内で多くの別個の気流配列が可能となる。
【００２４】
本発明者によれば、従来のようにファンを使用するのではなく、ブロワー３０２を選ぶことによって、冷却装置の熱移転特性が改善されることが見出された。ファン、ブロワー、その他の気流発生装置を使用することは本発明の範囲内にあるが、ヒートシンクに沿ってより均一で強力な気流を提供できるブロワーの能力のために、ブロワーの使用が有利であるものと信じられる。また、本発明による別の気流発生装置はファンを具え、例えばＧＰＵ１１９上の設置された二台以上のファンやブロワーを使用してダクトと連携して、コンピュータハウジングの他の区域やハウジングの外部の箇所から冷却空気を取り入れている。
【００２５】
種々の電子部品の冷却を強化する構成が、ハウジング４０１の平面図としての図６と、図３の４−４断面図としての図４に示されている。このハウジング４０１は、ブロワー３０３と翼やフィン等の複数の細長い部材４０５とを装着するための、ハウジング４０１によって一方の側面が仕切られ、トップ３１１によって他方の側面が仕切られた領域４０３を有している。これらのフィン４０５とハウジングの底部３１７は複数の開口４０７を形成し、これらはトップ３１１と共にブロワー３０３からヒートシンク３０５と３０７までの複数のダクトを形成している。孔３０９はブロワー３０３の入口と整合して、（図４に示されているように）ファンが空気を吸い込むことを可能にすると共に、トップ３１１によって仕切られた前記複数の開口４０７が気流を拘束して、この空気をカード１０１の表面に沿って、特にＧＰＵ１１９のトップに沿い且つヒートシンク３０５と３０７に均一に沿って流す。先行技術におけるように、ヒートシンクはブロワー３０３とＧＰＵ１１９との間に、好ましくは気流方向転換装置３０１の底部として設けられてもよい。このようにして、気流指向装置３０１はファン３０３によって空気を吸い込み、ヒートシンクを横切る方向の気流をヒートシンク３０５と３０７の上に供給する。ハウジング４０１又はトップ３１１も、翼、ダクト、ハニカム型のファン形状の金属シートその他の通路構成構造や気流方向転換構造或いは機構を組み込むことによって、気流を再方向転換させるように、容易に改変することが可能である。ハウジングの底部３１７は、金属や黒鉛含浸プラスチック等の高い熱伝導性を有する材料で作られて、以下に述べるようにＧＰＵ１１９の冷却を行なうことが好ましい。
【００２６】
本発明の作用を説明する。プリント回路基板に装着されたコンピュータチップその他の電子部品を冷却する際には、その平面の表面に沿って流れるすべての気流はこれらの部品によって乱される。したがって、気流による対流によってこれらの部品を冷却する能力は、これらの部品自体によって影響を受ける。部品のレベルにおいて、流れに面する部品側面は対流による大きい熱移転を経験し、一方、風下に面する側面は、一般的に対流による小さい熱移転の停滞流を経験するであろう。複数の部品に沿って流れる気流の場合には、気流は部品間で停滞したり、部品を含む平面から分離したりさえすることもあって、更に熱移転が減少する。本発明は、種々の発熱部品に沿って流れる気流を提供し、これらの部品を特定の温度又は温度範囲内まで冷却するものである。ファン３０３と気流指向装置３０１によって発生させられた気流が、図３、４及び６に波線の矢印で示されている。空気はＧＰＵ１１９に向かって垂直に吸引され、気流指向装置３０１によって冷却対象の他の部品、特にヒートシンク３０５と３０７に向かい、これらのヒートシンクは次いで複数のメモリチップ１２１を冷却する。トップ３１１は、気流をカード１０１の近く、特にメモリチップ１２１の近くに滞留させて、ヒートシンク３０５と３０７上を流れるようにしている。前述したように、カード１０１からチップが突出しているので、気流が阻害される。本発明者によれば、或る場合には、流れがカード１０１から分離したり、再循環したりして熱移転が局部的に減少し、その結果、チップからチップへの熱移転に全体的な変化をもたらすことが見出された。トップ３１１は、気流をチップ１２１の近くに滞留させ、再循環流の形成を防ぐ。その結果、熱移転の均一性と予想可能性が改善される。
【００２７】
本発明の重要な目的の一つは、気流をカード上に導いて冷却対象の部品の方に向ける能力を具えることである。この目的のために、図５のハウジングの第１実施例４０１に対して多くの改変が存在する。一般的に、すべての実施例は、ＧＰＵ１１９と複数のメモリチップ１２１の方向に気流を向け、ダクトによって気流をチップに沿って案内して、均一な或いは特別に設定された冷却要件を提供するものである。三つの実施例が図７Ａ、７Ｂ、７Ｃにハウジング７０１Ａ、７０１Ｂ及び７０１Ｃとして提示されている。図７の実施例において、同様な部品は接尾語Ａ、Ｂ、Ｃによって区別され、ハウジング７０１は一般的にハウジング７０１Ａ、７０１Ｂ、７０１Ｃと呼称され、他の同等な構造物については当業者にとって自明であろう。第１実施例のように、ハウジング７０１はＧＰＵ１１９に接触する底部７１７とファン受け入れ領域４０３とを有している。ＧＰＵ１１９とヒートシンク３０５、３０７を冷却する他の実施例の場合には、気流ダクトがそれぞれのハウジング７０１とトップ（縁３１３によって示されているように）とによって提供されている。
【００２８】
図７Ａに示される第１の別の実施例は、底部７１７Ａからトップ３１１Ａ（図示しない）まで延在するバリア７０３を具えている。ハウジングの第１実施例４０１とは異なり、ハウジング７０１Ａは、メモリチップ１２１の近くに縁７０５を有する底部７１７Ａを具え、一方、バリア７０３は外向きに延びて部分的にヒートシンク３０５と３０７を取り囲んでいる。ハウジング７０１Ａは、内部気流ダクト或いはフィン４０５等の気流方向転換装置を具えていない。その上、縁３１３Ａはヒートシンク３０５と３０７を完全に越えて延在し、トップ３１１Ａによってこれらがカバーされるようになっている。図７Ｂの第２の別の実施例は、外部バリア７０７と直線的な内部バリア７０９とを具え、特別に設定された気流を提供する。図７Ｃの第３の別の実施例は、ファンの回転方向（ファン受け入れ領域４０３内に半円形の矢印で示されている）にそれぞれが湾曲しているバリア７１１を具えている。気流をファンから各部品に向かわせることによって、ファン受け入れ領域４０３内のファンからの気流を個々のヒートシンクに合致させて各部品を所与の温度まで冷却することが一部可能になる。したがって、バリア４０５、７０９又は７１１等のバリアのサイズ、間隔、高さ、向きが、部品冷却の効率を決定する重要なファクタとなる。
【００２９】
別の実施例はファン３０３に対する気流を再指向させる他の方法を含んでいる。例えば、フィン４０５は、底部３１７からトップ３１１までの全距離をカバーしていない部分的フィンであってもよく、或いはＧＰＵ１１９用のヒートシンクとして作用する能力を改善するように起伏や表面粗さを有していてもよい。フィン４０５によって行なわれる気流の案内は、金属、プラスチック、或いは気流を指向させるように容易に加工できる材料で作られた、ハウジング４０１へのインサートやアタッチメントによってなされることができる。更に、気流の方向転換は、ハニカム型材料で作られた、又はメモリチップの列１２９と１３１に取付けられたヒートシンクの一部として形成されたダクト用インサートを用いて行なうことができ、メモリチップの列自体も気流を方向転換させて均一な或いは特定の気流にする手段を提供するフィンを有していてもよい。その上、フィン４０５とバリア７０９は底部３１７からトップ３１１の方に上方に突出しているように示されているが、これらはトップ３１１の一部として形成されて底部３１７の方に突出していてもよく、或いはトップ及び底部に取付けられた別体のピースであってもよい。
【００３０】
本発明の別の実施例として、図１０に示された放射状に配列された部品レイアウトについて考察する。この例ではカード１０１はＧＰＵ１１９の周囲に放射状に配置された複数のメモリチップ１２１を有している。図１１は、それぞれがヒートシンク１１０１に装着された放射状に配置されたメモリチップ１２１の形をした本発明の放射状冷却システム１１１０の平面図を示す。この放射状システム１１１０は、円形孔１１０９と円形外縁１１１３を有する円形対称のトップ１１１１と、このトップ１１１１の中心に回転中心を有する遠心ファン又はブロワー１１０３とを具えている。
【００３１】
図１２Ａと１２Ｂの断面図には、放射状システムの二つの実施例１１１０が放射状システム１１１０Ａ及び１１１０Ｂとして示されている。各実施例は、トップ１１１１の上方から空気を吸い込んで、波形矢印で示されているように気流を放射状に外向きに指向させる。トップ１１１１は気流を放射状に指向させて、気流がヒートシンク１１０１上から離れないようにしている。第１の放射状実施例１１１０Ａにおいては、トップ１１１１Ａは今までの実施例のように実質的に平坦である。第２の放射状実施例１１１０Ｂにおいては、トップ１１１１Ｂはボード１０１上の高さが変化し、中心孔１１０９Ｂから外縁１１１３Ｂまで減少している。気流が放射状に拡散するにつれて、ボード１０１に対するトップ１１１１Ｂの位置が低くなる。したがって、トップ１１１１の形状は、気流をヒートシンク１１１０に適合させるのに使用することができる。気流が放射状に拡散するにつれて気流領域の高さを低くすることによって、ヒートシンク１１１０上での気流特性を改善することができる。
【００３２】
別の放射状の実施例は、コンピュータのハウジングの中又は外部の箇所から孔１１０３までダクトを設けて気流を導き、そしてボードから離れてハウジングの外側にファンやブロワーを設け、孔１１０９とヒートシンク１１１０との間に翼を設けて、気流を前述のように指向・改変し、そして複数のチップを各ヒートシンクによって冷却するものであるが、これに限定されるものではない。更に、メモリチップ１２１は完全な円形をなさない部分的な放射状に配置されてもよい。即ち、例えばメモリチップ１２１は半円状円弧その他の完全円より小さい円弧に沿って配置されてもよい。別の気流配置によれば、ファン或いはブロワー１１０３を円弧の中心から外れた位置に設置したり、或いは空気を中心を外れた箇所に導いたりして、空気を円弧の中心以外の位置からボード１０１に沿って流している。
【００３３】
前述の好適実施例は、対流による従来の冷却技術を妨げる構成における多数の発熱部品を冷却することを目的とした本発明の例示である。本発明は、コンピュータのプラグインボードと連携して使用される冷却システムに関して述べられている。このようなシステムは、ボードの製造の際、或いはユニットとして販売されてからボードに組み込まれ、又はボードとは別に製造されて、既存のボードに付加されてこれをグレードアップしてもよい。
【００３４】
更に、本発明は、他の拘束された環境内の冷却を必要とする多数の部品に対しても使用できることは、当業者ならば自明であろう。コンピュータその他の電子装置は、ハウジング内に装着された部品、或いは対流を限定する構造体の中や上に設けられたこれらの部品を具えている。本発明は、正常な気流によってこれらの部品が適正に冷却されないような構成の非被覆型装置にも適用可能である。更に、本発明は、必要に応じて部品を加熱することも可能である。したがって、本発明は、特許請求の範囲に規定されたもの以外には、限定的に考えるべきでない。
【００３５】
本発明は、特定の実施例に関して説明された。これらの実施例及びその他の実施例の変形も当業者にとっては自明であろう。したがって、本発明は特定の実施例の内容によって限定されるべきものではない。ここに述べられた実施例は、例示の目的で挙げられたものに過ぎず、当業者であればその種々の改変や変形が示唆され、これらは本出願の要旨と範囲並びに特許請求の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】先行技術のコンピュータのマザーボードとＡＧＰカードの端面図である。
【図２Ａ】先行技術のコンピュータのマザーボードとＡＧＰカードの平面図である。
【図２Ｂ】メモリチップと先行技術のヒートシンクの図２Ａにおける２Ｂ−２Ｂ断面図である。
【図３】本発明の冷却装置の第１実施例の平面図である。
【図４】図３における４−４断面図である。
【図５】図３における分解組立図である。
【図６】第１実施例のファンハウジングの平面図である。
【図７Ａ】流れを指向させるための増強された熱除去システムの各実施例を示す。
【図７Ｂ】流れを指向させるための増強された熱除去システムの各実施例を示す。
【図７Ｃ】流れを指向させるための増強された熱除去システムの各実施例を示す。
【図８】冷却装置の第２実施例の平面図である。
【図９】図８における８−８側断面図である。
【図１０】メモリチップの別の放射状レイアウトの平面図である。
【図１１】前記メモリチップの放射状レイアウトのための冷却装置の平面図である。
【図１２Ａ】図１１の放射状冷却装置の第１及び第２実施例の側断面図である。
【図１２Ｂ】図１１の放射状冷却装置の第１及び第２実施例の側断面図である。

Claims

ファンからの気流によって、ボード上に第１電子部品と、前記ボード上の第１ラインの周囲に配置された第１の複数電子部品と、及び前記第１ラインに対して角度関係を有する前記ボード上の第２ラインの周囲に配置された第２の複数電子部品とを含む電子部品を冷却する装置であって、
前記ファンを装着するように構成された表面を有するヒートシンクを具え、該ヒートシンクは前記第１電子部品に取付け可能であると共に、前記第１の複数電子部品と前記第２の複数電子部品の両方に隣接し、
冷却空気を前記ヒートシンクに接触させるための１本以上のダクトを具え、該１本以上のダクトは前記ファンに連通し、そして前記気流を実質的に前記第１の複数電子部品と前記第２の複数電子部品に向けるように構成されている電子部品の冷却装置。
前記１本以上のダクトが複数のダクトであり、該複数のダクトのそれぞれが、第１端と第２端を有する細長いダクトであり、前記指向気流が前記第１端群から前記第２端群に向かう請求項１に記載の装置。
更にトップ部材を具え、前記ヒートシンクが、表面から突出している複数のフィンを有する表面を有し、前記複数のダクトが前記トップ部材と、前記表面と、前記複数のフィンとで形成されている請求項２に記載の装置。
前記トップ部材が、前記ファンを装着するように構成された孔を前記表面に隣接して有し、提供された前記気流が該孔を通じて前記複数のダクトの方に更に向けられる請求項３に記載の装置。
前記ヒートシンクが第１ヒートシンクであり、更に、前記第１の複数電子部品に取付けられた第２ヒートシンクと、前記第２の複数電子部品に取付けられた第３ヒートシンクとを具え、前記指向気流が前記第２ヒートシンクと前記第３ヒートシンクに向けられている請求項１に記載の装置。
更にトップ部材を具え、該トップ部材は前記第１の複数電子部品の少なくとも一部と、前記第２の複数電子部品の少なくとも一部の上まで延在し、前記トップ部材は前記気流を前記第１の複数電子部品の少なくとも一部と、前記第２の複数電子部品の少なくとも一部に向けるように構成されている請求項１に記載の装置。
前記第１電子部品がグラフィックプロセッサであり、前記第１の複数のコンピュータチップが第１の複数のメモリチップであり、前記第２の複数のコンピュータチップが第２の複数のメモリチップである請求項１に記載の装置。
前記ボードが、空気入口ポートを有するコンピュータハウジングの中に設置され、更に、該空気入口ポートと前記ファンに連通して、前記ハウジングの外の空気を前記ヒートシンクに提供する導管を具えている請求項７に記載の装置。
前記角度関係が垂直である請求項１に記載の装置。
ボード上に第１電子部品と、前記ボード上の第１ラインの周囲に配置された第１の複数電子部品と、及び前記第１ラインに対して角度関係を有する前記ボード上の第２ラインの周囲に配置された第２の複数電子部品とを含む電子部品を冷却する装置であって、
気流を提供するファンと、
表面を有し、前記第１電子部品に取付け可能であると共に、前記第１の複数電子部品と前記第２の複数電子部品の両方に隣接し、前記表面が前記ファンを受け入れるように構成された部分を有するヒートシンクと、
冷却空気を前記ヒートシンクに接触させるための１本以上のダクトを具え、該１本以上のダクトは前記ファンに連通し、そして前記気流を実質的に前記第１の複数電子部品と前記第２の複数電子部品に向けるように構成されている電子部品の冷却装置。
前記１本以上のダクトが複数のダクトであり、該複数のダクトのそれぞれが、第１端と第２端を有する細長いダクトであり、前記提供気流が前記複数の第１端に受け入れられ、前記指向気流が前記複数の第２端から排出される請求項１０に記載の装置。
更に、前記ファンに隣接する孔を有するトップ部材を具え、前記表面はそこから突出する複数のフィンを有し、前記複数のダクトは、前記トップ部材と、前記表面と、前記複数のフィンで形成され、前記提供気流が前記孔を通じて前記複数のダクトに供給されるようになっている請求項１１に記載の装置。
前記トップ部材が、前記第１の複数電子部品の少なくとも一部と、前記第２の複数電子部品の少なくとも一部の上まで延在し、前記トップ部材は前記気流を前記第１の複数電子部品の少なくとも一部と、前記第２の複数電子部品の少なくとも一部に向けるように構成されている請求項１２に記載の装置。
前記ヒートシンクが第１ヒートシンクであり、更に、前記第１の複数電子部品に取付けられた第２ヒートシンクと、前記第２の複数電子部品に取付けられた第３ヒートシンクとを具え、前記指向気流が前記第２ヒートシンクと前記第３ヒートシンクに向けられている請求項１０に記載の装置。
前記第１電子部品がグラフィックプロセッサであり、前記第１の複数のコンピュータチップが第１の複数のメモリチップであり、前記第２の複数のコンピュータチップが第２の複数のメモリチップである請求項１０に記載の装置。
前記ボードが、空気入口ポートを有するコンピュータハウジングの中に設置され、更に、該空気入口ポートと前記ファンに連通して、前記ハウジングの外の空気を前記ヒートシンクに提供する導管を具えている請求項１０に記載の装置。
前記角度関係が垂直である請求項１０に記載の装置。
第１のコンピュータチップと、プリント回路基板上に角度関係を以てコンピュータチップの二つの配列を形成している複数のコンピュータチップとをファンからの気流によって冷却する方法であって、
前記気流を第１ヒートシンクに供給し、ここで該第１ヒートシンクは前記第１コンピュータチップに熱的に接触しており、該第１ヒートシンクは突出した複数のフィンを有し、トップ部材が前記複数のフィンをカバーして複数の細長いダクトを形成しており、
前記複数のダクトを通じて気流を実質的に前記複数のコンピュータチップの方に向けて、前記複数の補助コンピュータチップのそれぞれをほぼ均一な温度まで充分に冷却するステップを含む方法。
更に、前記プリント回路基板の入っているハウジングの外の空気を、前記ハウジングから前記プリント回路基板に導くステップを含む請求項１８に記載の方法。
前記角度関係が垂直である請求項１８に記載の方法。