JP2013165120A - Cooling component, cooling device, and cooling method for heating element - Google Patents

Cooling component, cooling device, and cooling method for heating element Download PDF

Info

Publication number
JP2013165120A
JP2013165120A JP2012026414A JP2012026414A JP2013165120A JP 2013165120 A JP2013165120 A JP 2013165120A JP 2012026414 A JP2012026414 A JP 2012026414A JP 2012026414 A JP2012026414 A JP 2012026414A JP 2013165120 A JP2013165120 A JP 2013165120A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
spindle
air
cooling
longitudinal direction
heat sink
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012026414A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinya Hirata
真也 平田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP2012026414A priority Critical patent/JP2013165120A/en
Publication of JP2013165120A publication Critical patent/JP2013165120A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling component using a heat sink having spindle-like fins of which cross section is spindle-shaped (or like a rugby ball), and a cooling device.SOLUTION: A spindle-like fin 2 has one end and the other end in its longitudinal direction, the width of its central part in the longitudinal direction is larger than that of its other parts, and the shape of the cross section of the fin 2 parallel to the longitudinal direction is substantially spindle-shaped. A cooling device includes: a cooling component in which the plurality of spindle-like fins 2 are erected so as to form a single row in a direction perpendicular to the longitudinal direction on the surface of a heating element 3; and blasting means for sending air such that air flows from any one end in the longitudinal direction of the spindle-like fins 2 to the other end, along clearances formed by the surface of the heating element 3 and the adjacent wall surfaces of the erected spindle-like fins 2.

Description

本発明は、電子機器等の発熱部を冷却する技術分野に関する。   The present invention relates to a technical field for cooling a heat generating portion of an electronic device or the like.

近年、企業での情報処理や、社会でのインターネット利用の進展により、利用者端末との間で情報をやりとりをするたとえば、サーバやワークステーションなどの情報処理装置を含む情報通信関連の電子機器が数多く用いられている。   In recent years, information communication in electronic devices including information processing devices such as servers and workstations that exchange information with user terminals due to the progress of information processing in companies and the use of the Internet in society. Many are used.

また、最近、処理する業務データや、音声および動画像などのデータの量が急速に増加するとともに、利用者の利便のために常時稼動するなどに応じて、これらの情報処理装置等が内部に有する各種半導体やデバイスの処理負荷は増え、それとともにこれらの半導体やデバイスは熱を生じる。   Recently, the amount of business data to be processed and the amount of data such as voice and moving images has increased rapidly, and these information processing devices etc. The processing load on various semiconductors and devices increases, and these semiconductors and devices generate heat.

したがって、係る情報処理装置等は、その内蔵する各種半導体やデバイスの発熱を適切に冷却するかが、これらを安定的に稼動させるために重要となっている。   Therefore, it is important for such an information processing apparatus or the like to properly cool the heat generated by the various semiconductors and devices incorporated therein in order to operate them stably.

また、係る情報処理装置等は、企業の各種データを処理する基幹システムであったり、各種サービスを常時提供したりする社会のいわばインフラになっているので、関連する情報処理装置を含む電子機器が安定的に稼動することによる信頼性がいっそう重要となっている。   In addition, since the information processing apparatus or the like is a basic system that processes various types of company data or is a so-called infrastructure of society that always provides various services, electronic devices including related information processing apparatuses are Reliability through stable operation is even more important.

また、上述したような、たとえば情報処理装置等を収容するサーバルームなどでは、省電力化の社会的な要請に伴って、空調温度が多少高めの設置環境にあっても安定的に稼動することが期待される場合もあるので、その収容する個々の情報処理装置等の内部の効果的な冷却が必要となっている。   In addition, in a server room that houses an information processing apparatus, for example, as described above, it can operate stably even in an installation environment where the air conditioning temperature is slightly higher due to social demands for power saving. Therefore, it is necessary to effectively cool the inside of each information processing apparatus and the like accommodated therein.

具体的には、サーバやワークステーションなどの情報処理装置が有する中央処理装置(Central Proccessing Unit;以下、CPUと称する)や、グラフィック(描画)機能、記憶機能、データ入出力機能、ネットワーク通信機能などの各種の周辺機能を制御する大規模集積回路(Large Scale Integrated Circuit;以下、LSIと称する)は、動作する際に、上述した機能を制御するCPUやLSI(以降、LSIと総称する場合がある)などの半導体および、各種周辺機能デバイスの動作保障温度を越えないように冷却しつつ運用している。   Specifically, a central processing unit (hereinafter referred to as CPU) included in an information processing apparatus such as a server or a workstation, a graphic (drawing) function, a storage function, a data input / output function, a network communication function, etc. A large scale integrated circuit (hereinafter referred to as an LSI) that controls various peripheral functions of a CPU or an LSI (hereinafter referred to as an LSI collectively) that controls the functions described above when operating. ) Etc. and various peripheral function devices are operated while cooling so as not to exceed the guaranteed operating temperature.

係る情報処理装置の内部を冷却する方法には、空冷、水冷などの技術があるが、装置内部に有するLSIなどからの発熱や、コスト、筐体構造およびメンテナンス性などから、熱を空気中に放散するヒートシンクおよび、その熱を送風によって熱交換するためのモータを使ったファンとを用いることにより冷却する強制空冷を用いる場合が多い。   Although there are technologies such as air cooling and water cooling in the method of cooling the inside of such an information processing apparatus, heat is transferred into the air due to heat generation from LSI etc. in the apparatus, cost, housing structure and maintainability. In many cases, forced air cooling that cools by using a heat sink to dissipate and a fan using a motor for exchanging the heat of the heat by blowing is used.

上述したようなヒートシンクとファンを用いた強制冷却では、たとえば、ヒートシンク自身の表面積を増やしたり、ファンの風量を増やしたり、風速を増速したり、あるいはヒートシンク材料の熱伝導性を向上させるなどにより、冷却効率を改善してきた。   In forced cooling using a heat sink and a fan as described above, for example, by increasing the surface area of the heat sink itself, increasing the air volume of the fan, increasing the wind speed, or improving the thermal conductivity of the heat sink material Has improved cooling efficiency.

しかしながら、筐体サイズが標準化されていたり、あるいは特定用途向けであったりすることで、その実装容積が限られる情報処理装置を含む電子機器では、冷却効率改善のためのヒートシンクの面積の増大や、ファン口径の増大は、物理的に限界がある。   However, in case of electronic equipment including information processing devices whose mounting volume is limited due to standardization of the case size or specific application, an increase in the area of the heat sink for cooling efficiency improvement, The increase in fan diameter is physically limited.

また、単に、ヒートシンクの面積を増大したとしても、熱伝導による伝熱ロスのために、必ずしも全ての部分が放熱に寄与するとは限らない。   Moreover, even if the area of the heat sink is simply increased, not all portions necessarily contribute to heat dissipation due to heat transfer loss due to heat conduction.

また、ファン口径の増大や、ファン回転数を増加することができたとしても、筐体サイズが大きくなったり、消費電力や、騒音が増加する要因となる。   Moreover, even if the fan diameter can be increased or the fan rotation speed can be increased, the housing size becomes large, and power consumption and noise increase.

さらに、熱伝導率がよいヒートシンク材料の適用や、情報処理装置等の装置全体を冷却するファンの他にたとえば、LSIなどを個別に冷却するファンを追加するのは、一般的に装置を高価にしてしまう。   In addition to the application of heat sink materials with good thermal conductivity and the addition of fans that individually cool LSIs, for example, in addition to fans that cool the entire device such as an information processing device, it is generally expensive. End up.

そこで、たとえばサーバやワークステーションなどの情報処理装置では、装置全体を送風によって冷却しつつ、その送風元の風量は増やすことなしに、その送風を利用してLSIなどの稼動に伴う発熱の増加が顕著なデバイスも含めて安定的に動作する温度範囲に収まるように、効率的に冷却することが期待されるケースがある。   Therefore, for example, in an information processing apparatus such as a server or a workstation, while the entire apparatus is cooled by air blowing, an increase in heat generated by the operation of the LSI or the like using the air blowing is increased without increasing the air volume of the air blowing source. There is a case where efficient cooling is expected so that the temperature is within a stable operating range including a remarkable device.

ここで、特許文献1に記載の技術は、ノート型パーソナルコンピュータ(PersonalComputer;以下、PCと称する)が有する小型処理装置(Micro Processing Unit;以下、MPUと称する)の発熱部に面で接触するヒートシンクの反対側の面にファンを搭載することにより、その送風によって発熱部から伝わる熱を強制的に冷却する、発熱素子の冷却装置を開示する。   Here, the technology disclosed in Patent Document 1 is a heat sink that makes contact with a heat generating part of a small processing unit (Micro Processing Unit; hereinafter referred to as MPU) included in a notebook personal computer (hereinafter referred to as PC). Disclosed is a cooling device for a heat generating element that forcibly cools heat transmitted from a heat generating part by blowing air by mounting a fan on the surface opposite to the above.

本特許文献1に記載の技術によれば、ヒートシンクの上面に、鳥の翼の断面形状をしたフィン(以下、翼状フィンと称する)を、垂直に複数枚設けて、その翼状フィンの形状に沿って空気が流れるように、ヒートシンクに組み込んだファンから送風する。   According to the technique described in Patent Document 1, a plurality of fins each having a cross-sectional shape of a bird wing (hereinafter referred to as wing fins) are provided on the upper surface of the heat sink, and the shape of the wing fins is followed. Air is blown from a fan built in the heat sink so that air can flow.

そして、翼状フィンを用いて空気抵抗を減らすことによって、風量の低下を抑制することができるので、放熱効率を高めることができるとともに、空気の流れを円滑にすることによって、乱流を抑制することができるので、翼状フィン部分で発生する騒音を低減することができることを開示している。   And by reducing air resistance using winged fins, it is possible to suppress a decrease in air volume, so that heat dissipation efficiency can be increased and turbulence can be suppressed by smoothing the flow of air. Therefore, it is disclosed that noise generated in the wing fin portion can be reduced.

特開2000−332177号公報JP 2000-332177 A

しかしながら、上述した特許文献1に記載の技術によれば、フィンの形状を翼状にすることで、風量の低下を抑制することはできるとしても、空気の流速を向上させ、放熱効率をさらに向上させることはできない可能性がある。   However, according to the technique described in Patent Document 1 described above, even if the airflow can be prevented from being lowered by making the fin shape into a wing shape, the air flow rate is improved and the heat dissipation efficiency is further improved. It may not be possible.

その理由は、空気の流れる方向に沿って翼状フィンが延びる長さが短く分断されており、個々の表面積が小さいので、翼状フィンを通して流れる空気に熱を十分伝えにくく、また複数枚の翼状フィンを等間隔で縦横に配置しているので、空気の流れる下流方向に直列的に配置している翼状フィンに、流れる空気が衝突する機会が多く、空気の流速の向上が期待できないからである。   The reason is that the length of the wing fins extending along the direction of air flow is short and divided, and the individual surface area is small, so that it is difficult to transfer heat to the air flowing through the wing fins. This is because the airflow is often collided with the wing-like fins arranged in series in the downstream direction in which the air flows because the airflow is arranged at equal intervals vertically and horizontally, and improvement in the airflow velocity cannot be expected.

また、上述した特許文献1に記載の技術によれば、複数枚の翼状フィンを等間隔で縦横に一様に配置しているが、必ずしも効率的ではない可能性がある。   Further, according to the technique described in Patent Document 1 described above, a plurality of wing-shaped fins are arranged uniformly in the vertical and horizontal directions at equal intervals, but this may not always be efficient.

その理由は、熱源であるLSIなどが面的に接触するヒートシンクの当該接触箇所(以下、授熱面と称する)からの伝導熱によるヒートシンクの反対面(以下、放熱面と称する)における熱の分布は、伝熱ロスによって、一様ではなく、授熱面の授熱箇所に対応する放熱面の放熱箇所の中央部分が最も温度が高く、当該箇所を中心に周辺部分に行くに従って、温度は下がってゆくため、中央部分から、周辺部分まで、縦横に分散配置する翼状フィンは、放熱効率が悪いためである。   The reason for this is that the heat distribution on the opposite surface (hereinafter referred to as the heat dissipation surface) of the heat sink due to conduction heat from the contact location (hereinafter referred to as the heat transfer surface) of the heat sink where the LSI as the heat source is in surface contact. Is not uniform due to heat transfer loss, the temperature at the center of the heat dissipation surface of the heat dissipation surface corresponding to the heat transfer location of the heat transfer surface is the highest, and the temperature decreases as it goes to the peripheral portion around that location. For this reason, the wing-like fins distributed in the vertical and horizontal directions from the central portion to the peripheral portion have poor heat dissipation efficiency.

さらに、複数の翼状フィンと、それらに送風するファンとを一体化したヒートシンクを用いることによって、LSIなどの当該箇所を冷却することはできるとしても、LSIやLSIを搭載するサブボード、あるいはメモリやストレージなどのその他の熱源を有する装置全体を同時に冷却することは必ずしもできない。   Furthermore, even though it is possible to cool the relevant part such as an LSI by using a heat sink in which a plurality of wing fins and a fan that blows air are integrated, the LSI, a sub board on which the LSI is mounted, a memory, It is not always possible to simultaneously cool an entire device having other heat sources such as storage.

また、CPUなどを個別に冷却するヒートシンクに搭載した特許文献1に示すようなファンの他に、装置全体を冷却するファンを追加で設けるような場合には、装置サイズが大きくなったり、装置コストが上がる可能性がある。   Further, in addition to a fan as shown in Patent Document 1 mounted on a heat sink that individually cools a CPU or the like, when an additional fan that cools the entire apparatus is provided, the apparatus size increases or the apparatus cost increases. May go up.

本発明の主たる目的は、上述した課題を解決するために、断面が紡錘(あるいは、ラグビーボールの様な)形状をした紡錘状フィンを有するヒートシンクを用いた冷却部材および冷却装置等を提供することにある。   The main object of the present invention is to provide a cooling member, a cooling device, and the like using a heat sink having a spindle-shaped fin having a spindle (or rugby ball-like) cross section in order to solve the above-described problems. It is in.

上記の課題を解決すべく、本発明に係る冷却装置は、長手方向に一端と他端をなし、その長手方向の中央部分の幅が、その他の部位における幅より長く、かつ前記長手方向に平行な断面形状が略紡錘形である紡錘状フィンを、発熱体の表面において、前記長手方向と直角をなす方向に、単一の列をなすように複数枚立設した冷却部材と、前記発熱体の表面と前記複数枚立設した紡錘状フィンの隣り合う壁面とからなる表面を含む間隙を、前記紡錘状フィンの前記長手方向の何れかの端部から他方の端部に向かって空気が沿って流れるように送風する送風手段とを備える。   In order to solve the above problems, the cooling device according to the present invention has one end and the other end in the longitudinal direction, the width of the central portion in the longitudinal direction is longer than the width in other portions, and is parallel to the longitudinal direction. A plurality of spindle-shaped fins, each of which has a substantially spindle-shaped cross-section, standing on the surface of the heating element so as to form a single row in a direction perpendicular to the longitudinal direction; Air passes along the gap including the surface formed by the surface and the adjacent wall surface of the plurality of spindle-shaped fins standing from one end in the longitudinal direction of the spindle-shaped fin toward the other end. Air blowing means for blowing air to flow.

本発明によれば、ヒートシンクの複数枚の紡錘状フィンの間の通風流路を空気が通過する際に、局所的に冷却効率を向上することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when air passes the ventilation flow path between the several spindle shaped fins of a heat sink, a cooling efficiency can be improved locally.

本発明の第1の実施形態における冷却部材の構造の概略を示す側面図である。It is a side view which shows the outline of the structure of the cooling member in the 1st Embodiment of this invention. 図1に示す冷却部材のA−A断面図である。It is AA sectional drawing of the cooling member shown in FIG. 本発明の第2の実施形態におけるヒートシンクの構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the heat sink in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態におけるヒートシンクの構造を示す上面図である。It is a top view which shows the structure of the heat sink in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態におけるヒートシンクを通過する空気の流れを模式的に示す上面図である。It is a top view which shows typically the flow of the air which passes the heat sink in the 2nd Embodiment of this invention. 一般的なヒートシンクと空冷ファンを用いた冷却装置を示す上面図である。It is a top view which shows the cooling device using a general heat sink and an air cooling fan. 本発明の第2の実施形態における冷却装置の応用例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the application example of the cooling device in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態における冷却装置による情報処理装置の部品実装基板表面の空気の流れを模式的に示す上面図である。It is a top view which shows typically the flow of the air on the component mounting board | substrate surface of the information processing apparatus by the cooling device in the 2nd Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明の以下の説明では、部材の形状や装置の説明の便宜から、図中に3次元の座標記号を用いることとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description of the present invention, three-dimensional coordinate symbols are used in the drawings for convenience of description of member shapes and devices.

<第1の実施形態>
本発明の第1の実施形態の冷却部材について、図1および図2を参照して説明する。
<First Embodiment>
The cooling member of the 1st Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG. 1 and FIG.

図1は、本発明の第1の実施形態における冷却部材の構造の概略を示す側面図である。   FIG. 1 is a side view schematically showing the structure of a cooling member in the first embodiment of the present invention.

図1に示す冷却部材1は、複数枚の紡錘状フィン2からなり、図面に向かって紡錘状フィン2の下に示す発熱体3と紡錘状フィン2とが物理的および熱的に結合する構造をとっている。   The cooling member 1 shown in FIG. 1 is composed of a plurality of spindle-shaped fins 2 and has a structure in which the heating element 3 and the spindle-shaped fins 2 shown below the spindle-shaped fins 2 are physically and thermally coupled toward the drawing. Have taken.

また、図2は、図1に示す冷却部材1のA−A断面図である。すなわち図2に示す紡錘状フィン2は、図1に示すように、紡錘状フィン2を立設する発熱体3の表面と平行なA−A断面で、紡錘状フィン2を輪切りにした際の上面から見た図である。   2 is a cross-sectional view taken along line AA of the cooling member 1 shown in FIG. That is, as shown in FIG. 1, the spindle-shaped fin 2 shown in FIG. 2 has an AA cross section parallel to the surface of the heating element 3 standing on the spindle-shaped fin 2, and the spindle-shaped fin 2 is cut into a ring. It is the figure seen from the upper surface.

図2に示すように、長手方向に一端と他端を有し、長手方向の中央において、長手方向とは直角方向の幅が、その他の部位と比較して長い略紡錘形状をなす板状の部材(フィン)である。   As shown in FIG. 2, a plate-shaped plate having one end and the other end in the longitudinal direction, and having a substantially spindle shape with a width in the direction perpendicular to the longitudinal direction at the center of the longitudinal direction, which is longer than other portions. It is a member (fin).

冷却部材1は、この紡錘状フィン2を、単一の列をなすように複数枚並列して立設する構造を有する。また、冷却部材1は、図1に示すように紙面に向かって紡錘状フィン2の下(図中に示す−(マイナス)Z軸方向。以下、同様)に示す発熱体3が発する熱を、複数枚の紡錘状フィン2に伝導するとともに、冷却部材1を設置する環境の空間にその熱を放散する。   The cooling member 1 has a structure in which a plurality of spindle-shaped fins 2 are erected in parallel so as to form a single row. Further, the cooling member 1 generates heat generated by the heating element 3 shown below the spindle-shaped fin 2 (in the figure, − (minus) Z-axis direction, hereinafter the same) as shown in FIG. While conducting to the plurality of spindle-shaped fins 2, the heat is dissipated into the space of the environment where the cooling member 1 is installed.

そして、図1に示す紡錘状フィン2の長手方向、つまり図1に示す冷却部材1の紙面に向かって手前側、もしくは紙面の向こう側かの何れか(図中に示す±(プラスマイナス)Y軸方向。以下、同様)の方向から、図示していない送風手段を用いて送風することによって、その熱の放散を促進する。   Then, either the longitudinal direction of the spindle-shaped fin 2 shown in FIG. 1, that is, either the front side or the other side of the cooling member 1 shown in FIG. 1 (± (plus or minus) Y shown in the figure) Dissipation of the heat is promoted by blowing air from the axial direction (hereinafter the same) using air blowing means (not shown).

つまり、その送風によって、図2に示す、紡錘状フィン2を立設する発熱体3の面と、複数枚の紡錘状フィン2によって囲まれる各空隙に生じる発熱体3からの伝導熱で暖められた空気を、図中に示す±Y軸方向に追い出すことができる。その際に、図2に示す複数枚の紡錘状フィン2によって挟まれる空間、すなわち通風流路の形状は、紡錘状フィン2の隣り合う壁面が凸湾曲状に対向しているので、その間にある通風流路は、長手方向両端部分の断面積が大きく、中央部分の断面積は小さい形状となっている。   In other words, the air is heated by the conduction heat from the heating element 3 generated in the air gap between the surface of the heating element 3 standing on the spindle-shaped fin 2 and the plurality of spindle-shaped fins 2 as shown in FIG. The air can be expelled in the ± Y-axis directions shown in the figure. At that time, the space sandwiched between the plurality of spindle-shaped fins 2 shown in FIG. 2, that is, the shape of the ventilation channel, is because the adjacent wall surfaces of the spindle-shaped fins 2 face each other in a convex curve shape. The ventilation channel has a shape in which the cross-sectional area of both end portions in the longitudinal direction is large and the cross-sectional area of the central portion is small.

これにより、図示していない送風手段が送風する、図2中に示す±Y軸方向からの空気は、通風流路の入り口と出口が広く、中央部が最も狭い空間を通過することにより、入り口から中央部にかけて、送風した空気の流速は加速する。   As a result, the air from the ± Y-axis direction shown in FIG. 2 is blown by a blowing means (not shown), and the inlet and outlet of the ventilation channel are wide and the central portion passes through the narrowest space, so that the inlet From the center to the center, the flow velocity of the blown air accelerates.

これによって、発熱体3から紡錘状フィン2へ伝導する熱の放散は促進される。   This promotes the dissipation of heat conducted from the heating element 3 to the spindle fin 2.

なお、図1に示す、複数枚の紡錘状フィン2間の通風流路は、紙面に向かって下側が発熱体3の発熱面であり、紙面に向かって上側が紡錘状フィン2の開放端部で、左右は紡錘状フィンの隣り合う壁面からなる略U字状の構造であり、紡錘状フィン2が立設する発熱体3の表面から、紡錘状フィン2の開放端部までの長さが極端に短くない限り、図中に示す±Y軸方向から送風した空気によって、複数枚の紡錘状フィン2間の通風流路にある暖められた空気は、送風が流入する方向とは反対側の図中に示す±Y軸方向の何れかの方向に追い出すことができる。   In addition, in the ventilation passage between the plurality of spindle-shaped fins 2 shown in FIG. 1, the lower side toward the paper surface is the heat generating surface of the heating element 3, and the upper side toward the paper surface is the open end portion of the spindle-shaped fin 2. The left and right are substantially U-shaped structures composed of adjacent wall surfaces of the spindle-shaped fins, and the length from the surface of the heating element 3 on which the spindle-shaped fins 2 stand up to the open end of the spindle-shaped fins 2 is Unless it is extremely short, the heated air in the ventilation channel between the plurality of spindle-shaped fins 2 by the air blown from the ± Y-axis direction shown in the figure is opposite to the direction in which the blown air flows. It can be driven out in any of the ± Y-axis directions shown in the figure.

すなわち、本実施の形態に係る冷却部材によれば、複数枚の紡錘状フィンの間の通風流路を空気が通過する際に、風速が向上することにより、局所的に冷却効率を向上することができる。   That is, according to the cooling member according to the present embodiment, when the air passes through the ventilation channel between the plurality of spindle-shaped fins, the cooling speed is locally improved by improving the wind speed. Can do.

なお、図1および2に示す、紡錘状フィン2の構造や枚数は、本実施形態の冷却部材1の構造を説明するための一例であり、本発明は係る構造や枚数に限定しているわけではない。   The structure and number of spindle-shaped fins 2 shown in FIGS. 1 and 2 are examples for explaining the structure of the cooling member 1 of the present embodiment, and the present invention is limited to such structure and number. is not.

<第2の実施形態>
次に、第1の実施形態を基本とする第2の実施形態について説明する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment based on the first embodiment will be described.

本発明の第2の実施形態の冷却装置であるヒートシンクについて、図3乃至図6を参照して説明する。なお、以下の説明においては、本実施形態に係る特徴的な部分を中心にさらに詳しく説明するとともに、第1の実施形態の構成と同一の部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   A heat sink, which is a cooling device according to a second embodiment of the present invention, will be described with reference to FIGS. In addition, in the following description, while it demonstrates in detail centering on the characteristic part which concerns on this embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as the structure of 1st Embodiment, and it overlaps. Is omitted.

図3は、本発明の第2の実施形態におけるヒートシンクの構造を示す斜視図である。また、図4は、本発明の第2の実施形態におけるヒートシンクの構造を示す上面図である。   FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the heat sink in the second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a top view showing the structure of the heat sink in the second embodiment of the present invention.

図3に示すヒートシンク5は、LSIなどの発熱体と、図示していない授熱面で接触する所定の熱伝導率および縦と横と厚さとを有するベースとなる矩形平板であるベースプレート4と、そのベースプレート4の授熱面とは反対側の面である放熱面に垂直に、紡錘状フィン2を、複数枚、所定の間隔で、ベースプレート4に一体的に設けている。   The heat sink 5 shown in FIG. 3 is a base plate 4 that is a rectangular flat plate serving as a base having a predetermined thermal conductivity and vertical, horizontal, and thickness that are in contact with a heating element such as an LSI and a heat transfer surface (not shown). A plurality of spindle-shaped fins 2 are integrally provided on the base plate 4 at a predetermined interval perpendicular to the heat dissipating surface opposite to the heat transfer surface of the base plate 4.

また、図4に示すように、紡錘状フィン2は、ベースプレート4の放熱面と平行な面で切った断面形状が、上面視略紡錘形状をした板状の部材である。   As shown in FIG. 4, the spindle-shaped fin 2 is a plate-like member whose cross-sectional shape cut by a plane parallel to the heat radiating surface of the base plate 4 is substantially spindle-shaped when viewed from above.

また、紡錘状フィン2とベースプレート4は、同じかもしくは同等の材質および熱伝導率を有する。   The spindle fin 2 and the base plate 4 have the same or equivalent material and thermal conductivity.

なお、図3および4に示す、紡錘状フィン2の構造や枚数は、本実施形態のヒートシンク5の構造を説明するための一例であり、本発明は係る構造や枚数に限定しているわけではない。   The structure and the number of spindle-shaped fins 2 shown in FIGS. 3 and 4 are examples for explaining the structure of the heat sink 5 of the present embodiment, and the present invention is not limited to such structure and number. Absent.

ここで、上述したベースプレート4が発熱体と面で接触する図示していない授熱面は、たとえば、図示していないLSIを構成するとともに、そのLSIなどが動作することによって熱を生じる発熱部である半導体チップのシリコンのダイもしくは、そのダイを物理的な破損から保護するように覆うとともに、ダイの熱を伝導する、ダイの面積より広い金属製などのケース(いわゆる、CPUやLSIのヒートスプレッダ。以下、同様)の表面に、面で接触する。   Here, the heat transfer surface (not shown) where the above-described base plate 4 is in contact with the heating element constitutes an LSI (not shown) and a heat generating portion that generates heat when the LSI or the like operates. A silicon die of a semiconductor chip, or a case made of metal or the like that covers the die so as to protect it from physical damage and conducts heat of the die, which is larger than the die area (so-called CPU or LSI heat spreader). The same applies to the surface below).

その際に、熱伝導率が良好なシリコングリスなどを介して所定の押圧で当接することにより、低い熱抵抗で熱的に結合する。   At that time, the contact is made with a predetermined pressure through silicon grease or the like having a good thermal conductivity, so that they are thermally coupled with a low thermal resistance.

また、ベースプレート4およびベースプレート4の放熱面に立設する紡錘状フィン2の材質は、たとえば、熱伝導率、加工性、コストなどの観点から金属性の材料を用いることができる。   The material of the base plate 4 and the spindle-shaped fin 2 standing on the heat radiating surface of the base plate 4 may be a metallic material from the viewpoint of thermal conductivity, workability, cost, and the like.

その種類としては、アルミニウム、銅、あるいは、これらを主成分とした合金などである。   The type is aluminum, copper, or an alloy containing these as main components.

ただし、上述の材質に限定しているわけではなく、図3および図4には図示していない、後述する空気を送風するファンによって冷却対象をその動作保障温度の範囲に維持しうる材料であれば、他のたとえば、セラミック、石材等の既存の材料であってもよい。
なお、説明の都合上、代表的な送風手段としてファンを記載するが、送風できる送風手段であればファン以外の送風手段でもよい(以下の説明においても同様である)。
However, the material is not limited to the above-described materials, and any material that is not illustrated in FIGS. 3 and 4 and that can maintain the cooling target within the range of the guaranteed operating temperature by a fan that blows air, which will be described later. For example, other existing materials such as ceramic and stone may be used.
For convenience of explanation, a fan is described as a typical blower, but a blower other than a fan may be used as long as it is a blower that can blow (the same applies to the following description).

また、ベースプレート4と、紡錘状フィン2を一体的にする工法については、たとえば金属性の材料であれば、鋳造(いわゆる、ダイキャスト)、削り出しなどの既存の一体的に成型する工法を用いることが可能であり、目的とするヒートシンク5のサイズ、コストおよび製造数量などの条件に応じて、選択すればよい。   For the method of integrating the base plate 4 and the spindle-shaped fin 2, for example, if it is a metallic material, an existing method of integrally forming such as casting (so-called die casting) or machining is used. The heat sink 5 can be selected according to conditions such as the size, cost, and manufacturing quantity of the target heat sink 5.

たとえば、多数個を製造するのであれば、コストを安価にすることができる金型を用いた鋳造の工法を採用することができる。   For example, if many pieces are manufactured, a casting method using a mold that can reduce the cost can be adopted.

また、ベースプレート4と紡錘状フィン2の部材が別々であって、組み合わせる場合の、接合工法としては、ベースプレート4の放熱面に、図示していない、紡錘状フィン2の断面形状より僅かに小さい形状と、所定の深さからなる溝を、紡錘状フィン2の枚数分掘っておき、そこに紡錘状フィン2を圧入する勘合技術、あるいは、上述の勘合技術を用いて勘合した後、ベースプレート4と紡錘状フィン2との付け根部分を、たとえば金属性の材料であれば溶接可能な、たとえばアルミハンダなどの合金材料を溶かしてベースプレート4と紡錘状フィン2とを接合する蝋付け技術などの既存の技術を用いてもよい。   Further, when the members of the base plate 4 and the spindle-shaped fin 2 are separate and combined, the joining method is a shape slightly smaller than the cross-sectional shape of the spindle-shaped fin 2 (not shown) on the heat radiation surface of the base plate 4. Then, after digging a groove having a predetermined depth by the number of spindle-shaped fins 2 and press-fitting the spindle-shaped fins 2 there, or using the above-described fitting technique, the base plate 4 and The base portion with the spindle-shaped fin 2 can be welded, for example, if it is a metallic material. For example, an existing brazing technique for joining the base plate 4 and the spindle-shaped fin 2 by melting an alloy material such as aluminum solder. Technology may be used.

なお、熱伝導性の観点から、上述したような熱伝導性の良好な同一の材料で一体的に成型することが望ましいが、部材を接合する場合は、接合によりベースプレート4の部材から紡錘状フィン2の部材への熱伝導率の低下が顕著でなく、後述するファンからの送風による冷却によって、冷却対象が動作保障温度範囲を維持できるような工法を選べばよい。   In addition, from the viewpoint of thermal conductivity, it is desirable to integrally mold with the same material having good thermal conductivity as described above. However, when the members are joined, the spindle-shaped fins are joined from the members of the base plate 4 by joining. It is only necessary to select a construction method in which the decrease in the thermal conductivity to the member 2 is not significant, and the cooling target can maintain the operation guaranteed temperature range by cooling by blowing air from a fan described later.

また、ベースプレート4のサイズ、紡錘状フィン2の中央部分の厚みを含むサイズ、隣り合う紡錘状フィン2間の間隔の各寸法および、ベースプレート4と紡錘状フィン2の熱伝導率、冷却ファンの送風する風量、風速、紡錘状フィン2の枚数、紡錘状フィン2の表面の平滑度などは、装置を設置する環境において、冷却対象の熱源の発熱量と、その熱源からの伝導熱を後述するファンからの送風によって冷却することで、その冷却対象を動作保障温度の範囲内に維持するように決めればよい。   Further, the size of the base plate 4, the size including the thickness of the central portion of the spindle-shaped fin 2, the dimensions of the interval between the adjacent spindle-shaped fins 2, the thermal conductivity of the base plate 4 and the spindle-shaped fin 2, and the ventilation of the cooling fan The amount of air to be blown, the wind speed, the number of spindle-shaped fins 2 and the smoothness of the surface of the spindle-shaped fins 2 are those described below in the environment where the apparatus is installed. What is necessary is just to determine so that the cooling object may be maintained in the range of operation guarantee temperature by cooling with the ventilation from.

また、ベースプレート4の放熱面から、紡錘状フィン2の開放端までの長さ(図4中に示す+(プラス)Z軸方向。以下、同様)は、上述した諸条件のほかに、紡錘状フィン2の開放端部から空気が流出しにくい、紡錘状フィン2の長手方向の長さ程度の長さがあればよく、もしその長さを確保できない場合は、後述する応用例で説明する紡錘状フィン2の上部を閉塞する構造を適用することにより、開放端部からの空気の流出を抑制することが可能である。   Further, the length from the heat radiating surface of the base plate 4 to the open end of the spindle-shaped fin 2 (+ (plus) Z-axis direction shown in FIG. It is sufficient if the length of the spindle-shaped fin 2 in the longitudinal direction is such that it is difficult for air to flow out from the open end of the fin 2, and if the length cannot be secured, the spindle described in the application example described later. By applying a structure that closes the upper part of the fin 2, it is possible to suppress the outflow of air from the open end.

また、ベースプレート4の放熱面から、垂直に立ち上がる紡錘状フィン3との付け根部分は、反対側の授熱面からの伝導熱を、より伝達しやすくするために、図示していない裾野(ベースプレート4の放熱面の表面から立設する紡錘状フィン2の側壁への移行が、境界部分を中心に丸みを帯びて立ち上がるような)形状に紡錘状フィン2の付け根部分を太くする既存の手法を用いて、放熱性能をさらに向上するようにしてもよい。   Further, the base portion of the base plate 4 and the spindle fin 3 that rises vertically from the base plate 4 has a base (base plate 4 not shown) in order to make it easier to transfer the conduction heat from the opposite heat transfer surface. Using the existing method of thickening the base part of the spindle-shaped fin 2 so that the transition from the surface of the heat sink surface to the side wall of the spindle-shaped fin 2 standing up is rounded around the boundary part) Thus, the heat dissipation performance may be further improved.

続いて本実施形態における動作について説明する。   Next, the operation in this embodiment will be described.

図5は、本発明の第2の実施形態におけるヒートシンクを通過する空気の流れを模式的に示す上面図である。   FIG. 5 is a top view schematically showing the flow of air passing through the heat sink in the second embodiment of the present invention.

図5は、一般的なフィンとの相違点を判り易くするため、紡錘状フィン2と、一般的なフィン(図6の23)とをベースプレート4の放熱面と平行な面で切った断面を上下に有する、形状比較用フィン30を用いて対比している。つまり、形状比較用フィン30の紙面に向かって上半分は紡錘状であり、下半分は一般的な平坦形状のフィンを示している。   FIG. 5 is a cross-sectional view of the spindle-shaped fin 2 and a general fin (23 in FIG. 6) cut along a plane parallel to the heat radiating surface of the base plate 4 in order to easily understand the difference from the general fin. Contrast is made by using the shape comparison fins 30 provided at the top and bottom. That is, the upper half of the shape comparison fin 30 has a spindle shape and the lower half shows a general flat fin.

また、図5に示す、上下の点線は、形状比較用フィン30の上半分の紡錘状フィンとの間、または、下半分の平坦形状のフィンとの間で空気の流れを閉塞する仮想的な壁であり、すなわち実際の隣り合うフィンの壁面にそれぞれ対応する。これらの壁面に挟まれてフィンの入り口に向かって、図示していないファンからの空気が、一定の風量mおよび一定の風速vで流入する場合で比較する。   Also, the upper and lower dotted lines shown in FIG. 5 are virtual lines that block the air flow between the upper half spindle-shaped fins or the lower half flat fins. Each wall corresponds to the wall surface of the actual adjacent fin. Comparison is made in the case where air from a fan (not shown) flows between the wall surfaces and toward the fin entrance with a constant air volume m and a constant wind speed v.

図5の上半分に示す紡錘状フィン側は、長手方向の入り口と出口に比べて、中央部分は、壁との距離が短いので、ここを空気が通過する際の通風流路の断面積は小さくなる。これによって、通風流路の入り口から中央部分にかけて局所的に風速が増加し、選択的に冷却効率を高めることが出来る。   The spindle-shaped fin side shown in the upper half of FIG. 5 has a shorter distance from the wall at the center than the inlet and outlet in the longitudinal direction, so the cross-sectional area of the ventilation channel when air passes through here is Get smaller. As a result, the wind speed locally increases from the entrance to the center of the ventilation channel, and the cooling efficiency can be selectively increased.

一方で、図5の下半分に示す一般的な平板形状のフィン側は、入り口、出口、中央部分の壁との距離が一定であるため、風速は増加しない。   On the other hand, the general flat fin side shown in the lower half of FIG. 5 has a constant distance from the entrance, the exit, and the wall of the central portion, so the wind speed does not increase.

これについて、数式を用いて、以下にさらに詳しく説明する。   This will be described in more detail below using mathematical expressions.

つまり、一般的な平板形状のフィン(図5に示す形状比較用フィン30の下半分。以下、同様)で、単位時間当たりに与えられた平面を通過する物質の質量は、質量流量(Mass Flow Rate;単位はKg/s)の法則から、以下の式が成り立つ。   That is, the mass of a substance passing through a plane given per unit time in a general flat fin (the lower half of the shape comparison fin 30 shown in FIG. 5; hereinafter the same) is expressed as a mass flow rate (Mass Flow). Rate: The unit is Kg / s), and the following equation is established.

質量流量 m=ρ×S×v ・・・・・・(式1)、
ここで、ρは流体の密度、Sは流体経路の面積、vは流体の速度である。
Mass flow rate m = ρ × S × v (Equation 1),
Here, ρ is the density of the fluid, S is the area of the fluid path, and v is the velocity of the fluid.

係る式1において図示していないファンから送風する空気の流量m、密度ρ、速度vが一定である場合、フィンの中心から閉塞する壁までの距離が等しい領域で、式1が成り立つ。   When the flow rate m, density ρ, and speed v of air blown from a fan (not shown) in Formula 1 are constant, Formula 1 is established in a region where the distance from the center of the fin to the wall to be closed is equal.

つまりフィンが平坦な形状であれば、どの通風流路の位置においても、流体経路の面積Sは一定なので、速度vも一定である。   That is, if the fin has a flat shape, the velocity S is constant because the area S of the fluid path is constant at any ventilation channel position.

しかしながら、本実施形態で述べるフィンの長手方向の途中にフィンの中心から閉塞する壁までの距離が異なる領域を有する場合は、次式で説明される。   However, when there is a region where the distance from the center of the fin to the wall to be closed differs in the middle of the longitudinal direction of the fin described in the present embodiment, the following equation is used.

m=ρ×S×v=ρ×S’×v’ ・・・・・・(式2)、
ここで、S’はフィン中央部分の通風流路が狭くなった部分の面積、v’は同じくフィン中央部分の通風流路が狭くなった部分の流体の速度である。
m = ρ × S × v = ρ × S ′ × v ′ (Expression 2)
Here, S ′ is the area of the portion where the ventilation channel in the fin central portion is narrowed, and v ′ is the velocity of the fluid in the portion where the ventilation channel in the fin central portion is also narrowed.

係る式2は、空気が通過する断面積が異なることにより風速vを変化させることができることを示している。つまり、紡錘状フィン(図5に示す形状比較用フィン30の上半分。以下、同様)側を通過する際の通風流路の断面積SをS’に小さくすることは、当該箇所の流体速度をv’に高めることが可能となることを示している。   Formula 2 indicates that the wind speed v can be changed by different cross-sectional areas through which air passes. In other words, reducing the cross-sectional area S of the ventilation channel when passing through the spindle-shaped fin (the upper half of the shape comparison fin 30 shown in FIG. It is shown that it is possible to increase to v ′.

具体的には、通風流路の断面積が入り口と出口で同じとし、通風流路の中央付近の断面積が、入り口と出口に比べて半分であれば、当該部分を通過する空気の流速は2倍となる。   Specifically, if the cross-sectional area of the ventilation channel is the same at the inlet and outlet, and the cross-sectional area near the center of the ventilation channel is half that of the inlet and outlet, the flow velocity of the air passing through the part is Doubled.

なお、ベースプレート4の放熱面から紡錘状フィン2の開放端部までの長さが極端に短くなければ、紡錘状フィン2開放端部から溢れる空気はそれほど多くないので上述のように流速を上げることができる。もし、紡錘状フィン2の開放端部から溢れる空気が多い場合は、後述するような開放端部を塞ぐような機構を設ければよい。   If the length from the heat radiating surface of the base plate 4 to the open end of the spindle-shaped fin 2 is not extremely short, the amount of air overflowing from the open end of the spindle-shaped fin 2 is not so much, so increase the flow velocity as described above. Can do. If there is a lot of air overflowing from the open end of the spindle-shaped fin 2, a mechanism for closing the open end as described later may be provided.

これによって、複数枚の紡錘状フィンは、表面からの熱の放出を促進することができる。   Thus, the plurality of spindle-shaped fins can promote the release of heat from the surface.

また、発熱に伴う流体の温度上昇(ΔT)は、次の式3で表され、流体速度の増加によって温度上昇が抑制されることが分かる。   Further, the temperature rise (ΔT) of the fluid accompanying the heat generation is expressed by the following formula 3, and it can be seen that the temperature rise is suppressed by the increase of the fluid velocity.

ΔT=Q/(C×A×v×ρ) ・・・・・・(式3)、
ここで、Qは流体の発熱量、Cは流体の比熱、Aは流体が沿って流れる物体の熱交換部分の面積である。つまり、Q、C、A、ρを一定とすると、式2において、面積Sを半分にすると、流速vは2倍になるので、式3から、温度上昇(ΔT)は、半分に抑制される。
ΔT = Q / (C × A × v × ρ) (Equation 3)
Here, Q is the calorific value of the fluid, C is the specific heat of the fluid, and A is the area of the heat exchange portion of the object along which the fluid flows. That is, if Q, C, A, and ρ are constant, the flow velocity v is doubled when the area S is halved in Equation 2, and therefore, the temperature rise (ΔT) is suppressed to half from Equation 3. .

ここで、図6は、一般的なヒートシンクとファンを用いた冷却装置を示す上面図である。   Here, FIG. 6 is a top view showing a cooling device using a general heat sink and fan.

図6に示すように、一般的なヒートシンク21は、一般的なヒートシンクのベースプレート22に、一般的なヒートシンクのフィン23が複数枚、立設している。一般的なヒートシンク21が、LSIなどの発熱体から授熱面で受けて伝導する熱は、反対側の放熱面の対応する箇所に、一般的なヒートシンクの放熱領域24となって現れる。   As shown in FIG. 6, the general heat sink 21 has a plurality of general heat sink fins 23 standing on a base plate 22 of a general heat sink. The heat that the general heat sink 21 receives from the heat generating surface such as an LSI on the heat transfer surface and conducts appears as a heat sink region 24 of the general heat sink at a corresponding location on the opposite heat dissipation surface.

しかしながら、一般的なヒートシンク21のフィン23では、ヒートシンク21の放熱領域24において、その放熱領域24は平坦形状であるため、風速vは増速しない。つまり、一般的なヒートシンク21では、複数枚のフィンのピッチを狭くするだけでは風速を向上することはできない。   However, in the fin 23 of the general heat sink 21, the heat radiation area 24 of the heat sink 21 has a flat shape, and thus the wind speed v does not increase. That is, in the general heat sink 21, the wind speed cannot be improved only by narrowing the pitch of the plurality of fins.

また、高い温度は、一般的なヒートシンクの放熱領域24の中央部を中心に分布するケースが多く、一般的なフィン23の場合は、中央部分でも容積は一定であるので、紡錘状フィン2に比べて熱伝導への寄与は少ない。   Further, in many cases, the high temperature is distributed around the central portion of the heat radiation area 24 of a general heat sink. In the case of the general fin 23, the volume is constant even in the central portion. Compared to the heat conduction, there is little contribution.

すなわち、本実施形態におけるヒートシンクは、ヒートシンクのフィンを紡錘状にすることで空気の速度を局所的に向上することができる。その際にファン14からの空気は、紡錘状フィン2に入る瞬間から空気を加速し、紡錘状フィン2の中央部分で速度を最も早くすることができる。その結果、複数枚の紡錘状フィン2の中央部付近での冷却効率を向上させることができる。   That is, the heat sink in the present embodiment can locally improve the air velocity by making the fins of the heat sink into a spindle shape. At that time, the air from the fan 14 can be accelerated from the moment when it enters the spindle-shaped fin 2, and the speed can be maximized at the central portion of the spindle-shaped fin 2. As a result, the cooling efficiency in the vicinity of the center of the plurality of spindle-shaped fins 2 can be improved.

また、LSIなどの発熱体は、一般的にヒートシンクの中央付近の授熱面において接触するので、熱交換はフィンの中央付近で局所的におこなわれる。したがって、長手方向の中央部分の幅が厚くて容積が大きい紡錘状フィン2は、ヒートシンクの周辺部分を含めて表面積を単に増やすよりも、ヒートシンクの熱交換の効率を上げるのに効果的である。   In addition, since a heating element such as an LSI generally comes into contact with a heat transfer surface near the center of the heat sink, heat exchange is locally performed near the center of the fin. Therefore, the spindle-shaped fin 2 having a thick central portion in the longitudinal direction and a large volume is more effective in increasing the heat exchange efficiency of the heat sink than simply increasing the surface area including the peripheral portion of the heat sink.

また、システム全体の風速は変更することなく、発熱体に対して選択的に冷却効率を向上することができる。   Further, the cooling efficiency can be selectively improved with respect to the heating element without changing the wind speed of the entire system.

また、変形例として、図7に示す、本実施形態における冷却装置の応用例の斜視図のように、装置筐体の構造面の制約などから、ベースプレート4の放熱面から、紡錘状フィン2の開放端までの長さが短い場合に、紡錘状フィン2の開放端部から空気が流出しにくいように規制する図7に示すようなベースプレート4もしくは紡錘状フィン2と同じ材質の蓋、すなわち開放端部閉塞蓋15を紡錘状フィン2の開放端部に適用することにより、開放端部からの空気の流出を抑制することが可能である。   Further, as a modification, as shown in a perspective view of an application example of the cooling device in the present embodiment shown in FIG. 7, due to restrictions on the structural surface of the device housing, the heat sink surface of the spindle fin 2 When the length to the open end is short, a lid made of the same material as that of the base plate 4 or the spindle-shaped fin 2 as shown in FIG. By applying the end closing lid 15 to the open end of the spindle-shaped fin 2, it is possible to suppress the outflow of air from the open end.

これにより、紡錘状フィン2の開放端部までの長さが短い場合でも、空気はベースプレート4、隣り合う紡錘状フィン2、および上述の開放端部閉塞蓋15によって囲まれるトンネルの様なほぼ閉塞された通風流路を通過するので、紡錘状フィン2の中央部にかけて流速は加速しやすくなるという効果を得ることができる。その際に、開放端部閉塞蓋15は、たとえばベースプレート4と閉塞蓋止具16を用いて、紡錘状フィン2の開放端部を塞ぐ位置に固定すればよい。   Thereby, even when the length to the open end of the spindle-shaped fin 2 is short, the air is almost blocked like a tunnel surrounded by the base plate 4, the adjacent spindle-shaped fin 2, and the above-described open end closed lid 15. Since it passes through the ventilated flow path, it is possible to obtain an effect that the flow velocity is easily accelerated toward the center of the spindle-shaped fin 2. At that time, the open end closing lid 15 may be fixed at a position where the open end of the spindle fin 2 is closed using, for example, the base plate 4 and the closing lid stopper 16.

なお、上述した開放端閉塞蓋15は、ヒートシンク5の開放端部に近接する図示していない装置筐体の一部であるカバー等によって代用してもかまわない。その際、上述した効果と同様の効果を奏することができる。   Note that the above-described open end closing lid 15 may be replaced by a cover or the like which is a part of a device housing (not shown) close to the open end of the heat sink 5. At that time, the same effects as described above can be obtained.

また、別の変形例として、紡錘状フィン2は、発熱部から放熱面への伝導熱の伝播状況、およびファンの風速に応じて、ヒートシンク5の周辺部分での配置間隔を疎にすることで、温度の高い領域が集中する中央部分は集中的に冷却を行いつつ、さほど熱が集中しない周辺部分には紡錘状フィン2を設ける必要が無くなり、フィンを含むヒートシンクの材料やコストを削減することができる。   Further, as another modification, the spindle-shaped fin 2 has a small arrangement interval in the peripheral portion of the heat sink 5 according to the propagation state of the conduction heat from the heat generating portion to the heat radiating surface and the wind speed of the fan. The central part where the high temperature region is concentrated is cooled intensively, and it is not necessary to provide the spindle-shaped fin 2 in the peripheral part where the heat is not concentrated so much, and the material and cost of the heat sink including the fin are reduced. Can do.

また、紡錘状フィン2の長手方向の両端形状は流線型であるので、送風された空気が流入および、流出する際に、図6に示す一般的なヒートシンクのフィン23と比較して乱流が発生しにくく、その乱流に伴う騒音は低減される。   Further, since both ends of the spindle-shaped fin 2 in the longitudinal direction are streamlined, turbulence is generated when the blown air flows in and out as compared to the general heat sink fin 23 shown in FIG. The noise associated with the turbulent flow is reduced.

図8は、本実施形態における情報処理装置の部品実装基板表面の空気の流れを示す上面図である。   FIG. 8 is a top view showing the air flow on the surface of the component mounting board of the information processing apparatus according to the present embodiment.

図8に示すように、コンピュータ基板10は、CPU13の上に搭載したヒートシンク5、LSI9を搭載した拡張ボード6、メモリ7、ストレージ8などの発熱源となりうる各種デバイスを、コンピュータ基板10の表面およびその近傍に実装している。   As shown in FIG. 8, the computer board 10 includes various devices that can be heat sources such as a heat sink 5 mounted on the CPU 13, an expansion board 6 mounted with an LSI 9, a memory 7, and a storage 8, on the surface of the computer board 10 and It is mounted in the vicinity.

また、CPU13は、図示していないCPU13の半導体シリコンのダイもしくは、そのダイと熱的に結合しているCPU表面の金属などのケースの直上に、適量のシリコングリスを介して、ヒートシンク5を適切な圧力で搭載しつつ固定している。   Further, the CPU 13 appropriately attaches the heat sink 5 to the semiconductor silicon die of the CPU 13 (not shown) or just above a case such as a metal on the CPU surface thermally bonded to the die via an appropriate amount of silicon grease. It is fixed while mounted with a certain pressure.

ファン14は、コンピュータ基板10の面と同じ水平面の位置にあって、図8に示すコンピュータ基板10に向かって風速v11で送風する。   The fan 14 is at the same horizontal plane as the surface of the computer board 10 and blows air toward the computer board 10 shown in FIG.

ファン14からの送風は、コンピュータ基板10に搭載する、たとえばCPU13に搭載したヒートシンク5の紡錘状フィン2の長手方向(図8中に示す、−Y軸方向)から所定の風量と風速で送風する。ここで、複数枚の紡錘状フィン2に図面に向って左から流入して中央部を通過する際の風速は、風速v+α12となり、+α分増速する。   The air blown from the fan 14 is blown at a predetermined air volume and air velocity from the longitudinal direction (the −Y axis direction shown in FIG. 8) of the spindle-like fin 2 of the heat sink 5 mounted on the computer board 10, for example, mounted on the CPU 13. . Here, the wind speed when flowing into the plurality of spindle-shaped fins 2 from the left toward the drawing and passing through the central portion becomes wind speed v + α12, which is increased by + α.

また、ファン14からの送風は、コンピュータ基板10が搭載しているデバイスをなるべく、一定の風量を一定の風速で万遍なく送風するように、平行な風に調整されることが望ましいが、コンピュータ基板10に搭載している各々のデバイスが、所定の風量および風速によって動作保障温度の範囲で冷却されればよい。   In addition, it is desirable that the air blown from the fan 14 be adjusted to a parallel wind so that the device on which the computer board 10 is mounted should be blown uniformly at a constant air volume at a constant air speed. Each device mounted on the substrate 10 may be cooled within a range of the guaranteed operating temperature by a predetermined air volume and speed.

なお、コンピュータ基板10内での送風の空気が、基板上の部品に衝突することにより流速の低下を起こすことおよび、途中の部品を冷却するのに伴って、それによる熱交換によって、空気の温度が徐々に上昇することについては、冷却対象の各デバイスが動作保障温度範囲内に冷却される目的が達成されることに対して無視しうる。   Note that the air temperature in the computer board 10 causes a decrease in the flow velocity by colliding with components on the substrate, and the air temperature is reduced by heat exchange caused by cooling the components in the middle. The gradual increase in the value can be ignored for the purpose of achieving the purpose of cooling each device to be cooled within the guaranteed operating temperature range.

同様に、空気の粘性、通風流路での流入抵抗、圧力損失、空気の気体密度、および空気の圧縮や減圧に伴う温度変化などは、冷却対象のデバイスが、動作保障温度範囲内で冷却される目的が達成されることに対して無視しうる。   Similarly, due to air viscosity, inflow resistance in the ventilation channel, pressure loss, air gas density, and temperature changes due to air compression or decompression, the device to be cooled is cooled within the guaranteed operating temperature range. It can be ignored for the purpose to be achieved.

すなわち、本実施の形態に係るヒートシンクによれば、複数枚の紡錘状フィンの間の通風流路を空気が通過する際に、風速が向上することにより、局所的に冷却効率を向上することができる。また、システム全体の風速は変更することなく、発熱体の選択的な冷却効率向上を図ることができる。   That is, according to the heat sink according to the present embodiment, when the air passes through the ventilation channel between the plurality of spindle-shaped fins, the cooling speed can be locally improved by improving the wind speed. it can. Moreover, the selective cooling efficiency of the heating element can be improved without changing the wind speed of the entire system.

本発明は、搭載するLSIなどの発熱部を、強制空冷により冷却するサーバやワークステーションおよび、ファクトリオートメーションなどの産業機器等に用いられる情報処理装置等を含む電子機器に適用可能である。   The present invention is applicable to electronic devices including servers and workstations that cool a heat-generating part such as an LSI mounted by forced air cooling, and information processing devices used for industrial equipment such as factory automation.

1 冷却部材
2 紡錘状フィン
3 発熱体
4 ベースプレート
5 ヒートシンク
6 拡張ボード
7 メモリ
8 ストレージ
9 LSI
10 コンピュータ基板
11 風速v
12 風速v+α
13 CPU
14 ファン
15 開放端部閉塞蓋
16 閉塞蓋止具
21 一般的なヒートシンク
22 一般的なヒートシンクのベースプレート
23 一般的なヒートシンクのフィン
24 一般的なヒートシンクの放熱領域
30 形状比較用フィン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cooling member 2 Spindle-shaped fin 3 Heat generating body 4 Base plate 5 Heat sink 6 Expansion board 7 Memory 8 Storage 9 LSI
10 Computer board 11 Wind speed v
12 Wind speed v + α
13 CPU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 Fan 15 Open end obstruction | occlusion lid | cover 16 Closure lid stopper 21 General heat sink 22 General heat sink base plate 23 General heat sink fin 24 General heat sink heat dissipation area 30 Shape comparison fin

Claims (9)

長手方向に一端と他端をなし、該長手方向の中央部分の幅が、その他の部位における幅より長く、かつ前記長手方向に平行な断面形状が略紡錘形である紡錘状フィンを、発熱体の表面において、前記長手方向と直角をなす方向に、単一の列をなして複数枚立設したことを特徴とする冷却部材。   A spindle-shaped fin having one end and the other end in the longitudinal direction, the width of the central portion in the longitudinal direction being longer than the width in other portions, and the cross-sectional shape parallel to the longitudinal direction being substantially spindle-shaped, A cooling member characterized in that a plurality of sheets are erected in a single row in a direction perpendicular to the longitudinal direction on the surface. 前記発熱体と、前記紡錘状フィンとの間に、所定の面積と厚さ、および所定の熱伝導率を有するベースプレートを有し、該ベースプレートおよび前記紡錘状フィンは、同一もしくは同等の熱伝導率で、一体もしくは一体的に形成されたヒートシンクをなすことを特徴とする請求項1に記載の冷却部材。   A base plate having a predetermined area and thickness and a predetermined thermal conductivity is provided between the heating element and the spindle-shaped fin, and the base plate and the spindle-shaped fin have the same or equivalent thermal conductivity. 2. The cooling member according to claim 1, wherein the cooling member is an integral or integrally formed heat sink. 請求項1に記載の前記冷却部材と、前記発熱体の表面と、前記複数枚立設した紡錘状フィンの隣り合う壁面とからなる表面を含む間隙である通風流路を、前記紡錘状フィンの前記長手方向の何れかの端部から他方の端部に向かって空気が沿って流れるように送風する送風手段とを備えることを特徴とする冷却装置。   The cooling member according to claim 1, a ventilation channel that is a gap including a surface including a surface of the heating element and an adjacent wall surface of the plurality of spindle-shaped fins, A cooling device comprising: air blowing means for blowing air so that air flows from one end portion in the longitudinal direction toward the other end portion. 前記送風手段は、前記ヒートシンクを載置する前記発熱体を含む複数種類の発熱体を搭載する電子機器の制御基板の全体に対して、所定の風量および風速で送風する際に、前記ヒートシンクが有する前記通風流路を、前記紡錘状フィンの前記長手方向の何れかの端部から他方の端部に向かって空気が沿って流れるように送風することを特徴とする請求項1乃至請求項3に記載の冷却装置。   The air blowing means is provided in the heat sink when air is blown at a predetermined air volume and wind speed over an entire control board of an electronic device on which a plurality of types of heat generators including the heat generator on which the heat sink is mounted is mounted. The air flow is blown so that air flows from one end of the longitudinal direction of the spindle-shaped fin to the other end. The cooling device as described. 前記送風手段は、前記電子機器の制御基板に搭載する前記ヒートシンクを載置する前記発熱体を含む複数種類の発熱体が、それぞれ所定の動作温度範囲内になるように、前記電子機器の制御基板の全体に対して所定の風量と風速で送風することを特徴とする請求項1乃至請求項4に記載の冷却装置。   The air blower means the control board of the electronic device such that a plurality of types of heat generating elements including the heat generating element on which the heat sink mounted on the control board of the electronic equipment is placed within a predetermined operating temperature range. The cooling device according to any one of claims 1 to 4, wherein the air is blown at a predetermined air volume and speed. 前記ヒートシンクは、前記送風手段からの送風が、前記通風流路を通過する際に、送風する空気が、前記紡錘状フィンの開放端部から溢れ出ないように、前記ヒートシンクのいずれかの部材と同じ材質で、前記ヒートシンクのいずれの部材に係止した前記開放端部を閉塞する開放端部閉塞蓋を適用することを特徴とする請求項1乃至請求項5に記載の冷却装置。   The heat sink is connected to any member of the heat sink so that air blown from the blower means does not overflow from the open end of the spindle fin when the blown air passes through the ventilation channel. The cooling device according to any one of claims 1 to 5, wherein an open end closing lid that closes the open end locked to any member of the heat sink is made of the same material. 前記ベースプレートと、該ベースプレートに立設する各々の前記紡錘状フィンの付け根部分は、裾野の形状をしていることを特徴とする請求項1乃至請求項6に記載の冷却装置。   The cooling device according to any one of claims 1 to 6, wherein the base plate and a base portion of each spindle-shaped fin standing on the base plate have a skirt shape. 長手方向に一端と他端をなし、該長手方向の中央部分の幅が、その他の部位における幅より長く、かつ前記長手方向に平行な断面形状が略紡錘形である紡錘状フィンを、発熱体の表面において、前記長手方向と直角をなす方向に、単一の列をなすように複数枚立設し、
前記複数枚立設した紡錘状フィンの前記長手方向の何れかの端部から他方の端部に向かって送風手段によって送風することにより、前記発熱体を冷却する
ことを特徴とする、発熱体の冷却方法。
A spindle-shaped fin having one end and the other end in the longitudinal direction, the width of the central portion in the longitudinal direction being longer than the width in other portions, and the cross-sectional shape parallel to the longitudinal direction being substantially spindle-shaped, In the surface, in a direction perpendicular to the longitudinal direction, a plurality of sheets are erected so as to form a single row,
The heating element is cooled by blowing air from a longitudinal end of the plurality of spindle-shaped fins erected from the longitudinal direction to the other end by a blowing means. Cooling method.
前記複数枚立設した紡錘状フィンの隣り合う壁面が凸湾曲状に対向していることによって間隙が狭くなる箇所において、前記送風手段から送風した空気の流速が増加することを利用して、その箇所における前記紡錘状フィンによる冷却効率を、他の箇所と比較して向上させる
ことを特徴とする請求項8に記載の発熱体の冷却方法。
Utilizing the fact that the flow velocity of the air blown from the blowing means increases at the location where the gap is narrowed by the adjacent wall surfaces of the plurality of spindle-shaped fins facing each other in a convex curve shape, The method for cooling a heating element according to claim 8, wherein the cooling efficiency by the spindle-shaped fins at a location is improved as compared with other locations.
JP2012026414A 2012-02-09 2012-02-09 Cooling component, cooling device, and cooling method for heating element Pending JP2013165120A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012026414A JP2013165120A (en) 2012-02-09 2012-02-09 Cooling component, cooling device, and cooling method for heating element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012026414A JP2013165120A (en) 2012-02-09 2012-02-09 Cooling component, cooling device, and cooling method for heating element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013165120A true JP2013165120A (en) 2013-08-22

Family

ID=49176315

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012026414A Pending JP2013165120A (en) 2012-02-09 2012-02-09 Cooling component, cooling device, and cooling method for heating element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013165120A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9781820B2 (en) 2015-03-20 2017-10-03 Nec Corporation Device and a cooling structure
CN111397002A (en) * 2020-04-02 2020-07-10 珠海格力电器股份有限公司 Controller radiating assembly, control method and air conditioner
CN111514760A (en) * 2014-06-02 2020-08-11 奥迪股份公司 Humidifier, plate, device and motor vehicle

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63110093U (en) * 1987-01-08 1988-07-15
JPH05259325A (en) * 1992-03-10 1993-10-08 Nec Corp Semiconductor device
JPH10242357A (en) * 1997-02-26 1998-09-11 Pfu Ltd Heat sink device
JP2003324173A (en) * 2002-05-02 2003-11-14 Nissan Motor Co Ltd Cooling device for semiconductor element

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63110093U (en) * 1987-01-08 1988-07-15
JPH05259325A (en) * 1992-03-10 1993-10-08 Nec Corp Semiconductor device
JPH10242357A (en) * 1997-02-26 1998-09-11 Pfu Ltd Heat sink device
JP2003324173A (en) * 2002-05-02 2003-11-14 Nissan Motor Co Ltd Cooling device for semiconductor element

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111514760A (en) * 2014-06-02 2020-08-11 奥迪股份公司 Humidifier, plate, device and motor vehicle
US9781820B2 (en) 2015-03-20 2017-10-03 Nec Corporation Device and a cooling structure
CN111397002A (en) * 2020-04-02 2020-07-10 珠海格力电器股份有限公司 Controller radiating assembly, control method and air conditioner
CN111397002B (en) * 2020-04-02 2024-02-02 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 Controller heat dissipation assembly, control method and air conditioner

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10314201B2 (en) Liquid-cooled heat sink head and heat sink system having the same
US5304845A (en) Apparatus for an air impingement heat sink using secondary flow generators
JP6215857B2 (en) Air-cooled laser apparatus provided with an L-shaped heat conducting member having a radiation fin
JP2007123889A (en) Impingement cooling of components in electronic system
KR20120074245A (en) Cooling apparatus and power converter having the same
JP2005012212A (en) Fined device for removing heat from electronic component
JP2016207928A (en) Heat sink for cooling multiple heating components
JP2008098432A (en) Heat-dissipating device of electronic component
JP2008217189A (en) Electronic equipment
JP2013165120A (en) Cooling component, cooling device, and cooling method for heating element
TWI421461B (en) Heat sink and method for manufacturing the same
JP5117287B2 (en) Electronic equipment cooling system
JP4682858B2 (en) Cooling device for electronic equipment
US20030168208A1 (en) Electronic component cooling apparatus
Kadum et al. Heat transfer in electronic systems printed circuit board: A review
EP2608259A2 (en) Cooling device and electronic apparatus using same
JP2003338595A (en) Cooling device for electronic component
CN114396662A (en) Electric control box and air conditioner outdoor unit with same
JP2013026527A (en) Cooling unit
JP2010093034A (en) Cooling device for electronic component
JP2007221153A (en) Heat sink cooling device
CN211125625U (en) Liquid cooling heat dissipation assembly, liquid cooling heat dissipation device and power electronic equipment
KR20070053064A (en) Cooling device of electronic component
JP2003023283A (en) Cooling device for electronic component
JP2018207017A (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150119

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150928

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150929

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20160223