JP3369723B2 - 局所冷却方法および局所冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小型化、高性能化が著
しい半導体を使用した装置、例えばパーソナルコンピュ
ータ、ワークステーション等の情報処理装置（半導体装
置は種々あるが、以下、例として情報処理装置を使用し
て説明する。以下、装置と記す。）の発熱源を、局所的
に効率良く冷却するのに最適な局所冷却方法および局所
冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、オフィス業務で事務処理などを行
うために使用されるパーソナルコンピュータ（以下、Ｐ
Ｃと記す。）やワークステーション（以下、ＷＳと記
す。）などの装置は、小型化、軽量化、高性能化が著し
く進んでいる。しかしながら、小型化、軽量化、高性能
化を進めると、回路部品の集積度や回路の動作周波数を
上昇させることになり、この上昇に伴い発熱量が増大
し、温度上昇による誤動作が発生する問題があり、冷却
に多くの工夫がなされている。一般的な冷却としては、
周知のように、例えば装置にファンを設け、装置全体に
外部の冷却した空気を強制的に吸い込み冷却する方法
か、あるいは装置全体の熱せられた空気を強制的に吸い
出し冷却する方法が行われている。しかし、回路部品の
集積度や回路の動作周波数の上昇は、空気の流通を悪く
し、また、発熱による局部的な温度上昇をもたらすの
で、装置全体の冷却だけでは冷却し切れない。

【０００３】そこで開発された冷却方法の一つに、発熱
量の多い集積回路（以下、ＩＣと記す。）例えば中央処
理装置（以下、ＣＰＵと記す。）の上に直接ヒートシン
ク（放熱フィン、放熱器）を接触させてＣＰＵを冷却
し、ヒートシンクに伝導された熱は、ファンを回転さ
せ、冷却風をヒートシンクに吹き付け、ヒートシンクを
空冷するというものがある。しかしながら、この冷却方
法は、ＣＰＵのみの冷却であって、近辺の他のＩＣや部
品は冷却されずそのままである。ＣＰＵの高性能化とと
もに発熱温度も高くなっているが、他のＩＣも同様であ
るので、他のＩＣも冷却する必要がある。もちろん、他
のＩＣにもヒートシンクとファンを設ければ良いが、費
用は高くなり、重量は増大する、電力は消費する等の問
題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】半導体を使用した種々
の装置、例えばＰＣ、ＷＳ等の装置において、急速な低
消費電力化が進められている。装置全体の消費電力の低
減が進む一方、ＣＰＵ等の回路部品の動作周波数は、高
周波数化、高速化し、発熱量が増加し、局所的発熱源と
なり、誤動作の問題があるため冷却が重要となってきて
いる。本発明は、装置内で最も発熱量が多い局所的発熱
源を効率良く冷却するとともに、装置のサスペンド（一
時停止）、スリープ（停止）状態等の省電力モード時に
は、装置と同様に省電力モードとなり、低消費電力化を
実現した局所冷却方法を提供することを目的とする。ま
た、例えば、アイドル（不動作）時は動作周波数をゼロ
にすることが可能なＣＰＵに対して本発明の局所冷却方
法を使用して、アイドル時には冷却機能を停止すること
で、低消費電力化を可能とし、さらに装置全体の低消費
電力化を可能とするとともに、熱による誤動作を防ぐこ
とが可能となる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明の局所冷却方法および局所冷却装置は、局所
的発熱源に接触させ冷却機能を持つ放熱手段、冷却風を
発生させる手段、冷却風の通路を形成する手段、装置や
局所的発熱源の動作状態に応じて冷却能力を制御する手
段を有するものである。本発明の局所冷却方法は、ケー
ス内に放熱フィンと冷却ファンとを配置し、前記放熱フ
ィンを半導体装置の局所的発熱源に接触させ、前記冷却
ファンの回転による冷却風を前記放熱フィンに吹き付け
冷却する局所冷却方法において、前記放熱フィンの上面
と同一面上に設けた前記放熱フィンより高さの低い冷却
ファンを回転させ、前記冷却ファン側部方向あるいは上
部方向の前記ケースに設けた吸い込み口からの冷却風を
前記放熱フィンに吹きつけ、前記冷却ファンと前記放熱
フィンとの高さの差により前記冷却ファン下部方向の前
記ケースに設けた吹き出し口より冷却風を前記冷却ファ
ン下部の他の発熱源へ吹き出すものである。

【０００６】また、本発明の局所冷却装置は、ケース内
に放熱フィンと冷却ファンとを有する局所冷却装置にお
いて、前記ケース内に放熱フィンと該放熱フィンの上面
と同一面上に前記放熱フィンより高さの低い冷却ファン
とを設け、前記冷却ファン側部方向あるいは上部方向の
前記ケースに冷却風吸い込み口、前記放熱フィン側部方
向であり前記冷却ファンの下部の前記ケースに前記放熱
フィンと前記冷却ファンの高さの差による冷却風吹き出
し口を設けたものである。

【０００７】また、本発明の局所冷却方法は、ケース内
に放熱フィンと冷却ファンとを配置し、前記放熱フィン
を半導体装置の局所的発熱源に接触させ、前記冷却ファ
ンの回転による冷却風を前記放熱フィンに吹き付け冷却
する局所冷却方法において、前記放熱フィンの上面と同
一面上に設けた前記放熱フィンより高さの低い冷却ファ
ンを、前記半導体装置より入力された前記局所的発熱源
に供給される動作信号を制御する制御信号に応じて回転
させ、前記ケースに設けた吸い込み口からの冷却風を前
記放熱フィンに吹きつけ、前記冷却ファンと前記放熱フ
ィンとの高さの差により前記冷却ファン下部方向の前記
ケースに設けた吹き出し口より冷却風を前記冷却ファン
下部の他の発熱源へ吹き出すものである。

【０００８】また、本発明の局所冷却装置は、ケース内
に放熱フィンと冷却ファンとを有する局所冷却装置にお
いて、前記ケース内に放熱フィンと該放熱フィンの上面
と同一面上に前記放熱フィンより高さの低い冷却ファン
と半導体装置の局所的発熱源に供給される動作信号を制
御する制御信号を入力され前記冷却ファンの回転を制御
する制御部とを設け、前記ケースに冷却風吸い込み口、
前記放熱フィン側部方向であり前記冷却ファンの下部の
前記ケースに前記放熱フィンと前記冷却ファンの高さの
差による冷却風吹き出し口を設けたものである。

【０００９】また、本発明の局所冷却方法は、ケース内
に設けたペルチェ効果素子の冷却面を半導体装置の局所
的発熱源あるいは局所的発熱源および他の発熱源に接触
させ、前記ケース内に設けたペルチェ効果素子の放熱面
を半導体装置の筐体に接触させるものである。

【００１０】

【作用】本発明の局所冷却方法および局所冷却装置は、
ケース内に放熱フィンと冷却ファンとを配置し、前記放
熱フィンを半導体装置の局所的発熱源に接触させ、前記
冷却ファンの回転による冷却風を前記放熱フィンに吹き
付け冷却する局所冷却方法であって、前記放熱フィンの
上面と同一面上に設けた前記放熱フィンより高さの低い
冷却ファンを回転させ、前記冷却ファン側部方向あるい
は上部方向の前記ケースに設けた吸い込み口からの冷却
風を前記放熱フィンに吹きつけ、前記冷却ファンと前記
放熱フィンとの高さの差により前記冷却ファン下部方向
の前記ケースに設けた吹き出し口より冷却風を前記冷却
ファン下部の他の発熱源へ吹き出し、前記局所的発熱源
と前記冷却ファン下部の他の発熱源とを冷却する。

【００１１】また、本発明の局所冷却方法および局所冷
却装置は、ケース内に放熱フィンと冷却ファンとを配置
し、前記放熱フィンを半導体装置の局所的発熱源に接触
させ、前記冷却ファンの回転による冷却風を前記放熱フ
ィンに吹き付け冷却する局所冷却方法であって、前記放
熱フィンの上面と同一面上に設けた前記放熱フィンより
高さの低い冷却ファンを、前記半導体装置より入力され
た前記局所的発熱源に供給される動作信号を制御する制
御信号に応じて回転させ、前記ケースに設けた吸い込み
口からの冷却風を前記放熱フィンに吹きつけ、前記冷却
ファンと前記放熱フィンとの高さの差により前記冷却フ
ァン下部方向の前記ケースに設けた吹き出し口より冷却
風を前記冷却ファン下部の他の発熱源へ吹き出し、前記
局所的発熱源と前記冷却ファン下部の他の発熱源とを、
前記局所的発熱源に供給される動作信号を制御する制御
信号に応じて冷却する。

【００１２】また、本発明の局所冷却方法は、ケース内
に設けたペルチェ効果素子の冷却面を半導体装置の局所
的発熱源あるいは局所的発熱源および他の発熱源に接触
させ、前記ケース内に設けたペルチェ効果素子の放熱面
を半導体装置の筐体に接触させ、前記局所的発熱源およ
び他の発熱源を冷却する。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例を図１を使用して説明す
る。図１は、局所冷却方法を使用した局所冷却装置の側
面図である。図１において、１は発熱源に接触させ発熱
源の熱を放熱させるための放熱機能を持つ熱伝導率の高
い材料、例えば比熱１Ｊ／（kg・Ｋ）以上の金属、セラ
ミック、液体の物質とその化合物で生成された放熱フィ
ン（ヒートシンク）、２は、放熱フィン１の高さより低
く、回転軸に対し垂直方向に送風能力のある冷却ファ
ン、３は、冷却ファン２が冷却風を吸い込むための吸い
込み口、４は、冷却ファン２の下部に配置されている部
品を冷却するためと放熱フィン１を冷却後の冷却風を循
環させるために冷却風を吹き出すための吹き出し口、５
は、放熱フィン１と冷却ファン２とをユニットとして一
体化し、放熱フィン１と冷却ファン２の上部をユニット
同一平面に固定し、冷却効果を上げるために冷却風の通
過ルートを決定するケース、６は、放熱フィン１、冷却
ファン２、吸い込み口３、吹き出し口４、ケース５で構
成される局所冷却装置である。なお、放熱フィン１の高
さは、局所冷却装置６による冷却を必要とする例えばＣ
ＰＵ等の局所的発熱源の発熱量に対する放熱能力や装置
構造で決定する。

【００１４】例えばＩＣカードモジュールに局所冷却装
置６を装着する場合は、ＰＣＭＣＩＡ（Personal Compu
ter Memory Card International Association : 米国の
ＰＣカード標準化団体）規格準拠の５ｍｍ厚ＩＣカード
モジュール（ＴｙｐｅＩ、II）では、局所冷却装置６を
５ｍｍ以下とすることで、１０ｍｍ厚ＩＣカードモジュ
ール（ＴｙｐｅIII ）のカードモジュールスロットに、
また、局所冷却装置６を１１ｍｍ以下とすることで、１
６ｍｍ厚ＩＣカードモジュール（ＴｙｐｅIV）のカード
モジュールスロットに、ＩＣカードモジュールと一体化
することで装着可能である。また、例えば装置内の発熱
源に前記放熱フィン１を接触させ局所冷却装置６を装着
する場合には、装置内部の構造に適応した厚みと形状と
する。装置の小型軽量化、性能向上を図るためには、装
置における局所的な発熱源、例えばＣＰＵを冷却するこ
とが重要である。本発明により、効果的な冷却が可能と
なり、温度上昇による装置の誤動作を防ぐとともに、小
型軽量化が可能となる。

【００１５】図２は、図１に示した局所冷却装置６の斜
視図である。吸い込み口３や吹き出し口４は、ケース５
によって形成され、ケース５内に放熱フィン１と冷却フ
ァン２を装備する。ケース５は、装置の構造や冷却した
いモジュール部分の形状に合わせることが可能で、吸い
込み口３や吹き出し口４の位置は変更できる。また、ケ
ース５のサイズを放熱フィン１、冷却ファン２より大き
くすることで、冷却風が流れる領域を大きくとることが
可能である。冷却ファン２は、局所冷却装置６の高さを
低くするために、冷却ファン２の回転軸に垂直方向に送
風するものが好ましいが、装置の構造に応じて冷却ファ
ン２の回転軸と同方向に送風するものでも問題ない。

【００１６】図３は、カードモジュールを冷却する場合
の局所冷却方法および局所冷却装置の適用例を示す。近
時、ＬＳＩの高集積化、実装技術のいっそうの向上に伴
い、例えばプロセッサ等を搭載したカードモジュールが
開発されている。図３において、７は動作周波数や集積
度が高く発熱量の多いプロセッサ等の局所的発熱源、９
はキャッシュメモリやメインメモリ等のメモリ、８は回
路部品の信号接続のための論理基板、１０は前記回路部
品で構成されたカードモジュールである。カードモジュ
ール１０の前記回路部品構成は、一例であり構成する回
路部品の種類、機能、実装位置は任意である。局所冷却
装置６のカードモジュール１０への適用は、カードモジ
ュール１０上の局所的発熱源７上に放熱フィン１を接触
させ固定する。なお、論理基板８がフレキシブルなテー
プ状の場合には、局所冷却装置６により固定されること
となり、折れ曲がり等の問題を防止するこができる。吸
い込み口３から吸い込まれた冷却風は、局所的発熱源７
の熱を伝導した放熱フィン１を冷却し、冷却ファン２の
下部の吹き出し口４から局所冷却装置６の外部に吹き出
し、冷却ファン２の下部に配置されているカードモジュ
ール１０上のメモリ９等の他の回路部品を冷却する。

【００１７】図４は、局所冷却装置６内の冷却風の流れ
を示す図である。冷却ファン２は、吸い込み口３から冷
却風を吸い込み（で示す。）、放熱フィン１を冷却し
（で示す。）、ケース５の側壁で折り返し、吹き出し
口４から吹き出す（で示す。）ことで、局所冷却装置
６内の冷却風の循環を行うとともに冷却ファン２下部に
位置する回路部品の冷却も行う。なお、図４により、冷
却ファン２の高さを放熱フィン１より低くすることで、
ケース５の吹き出し口４からの吹き出しを確保している
ことが、良く理解できる。

【００１８】図５は、送風方向が回転軸に平行な冷却フ
ァンの場合の冷却風の流れを示す図である。図５におい
て、１１は送風方向が回転軸に平行な冷却ファンであ
り、冷却風を局所冷却装置６の上部から冷却ファン１１
が吸い込むことで、放熱フィン１を冷却する。冷却風の
流れは、局所冷却装置６の上部から冷却ファン１１下部
のフレーム５で形成された風路を通り放熱フィン１を冷
却し、冷却ファン１１の下部の吹き出し口４から吹き出
す。吹き出し口４の位置は、冷却ファン１１から直接局
所冷却装置６の外側に吹き出さない構造とすることで、
冷却効果を得ることができる。冷却風の吸い込み口３お
よび吹き出し口４の位置は、局所的発熱源７の装置内に
おける実装位置と、装置構造に依存し、それぞれに上
部、下部、側部と任意の方向に設定可能である。また、
装置の筐体に、局所冷却装置６の吸い込み口３および吹
き出し口４と同一の位置に冷却風の出入り口を設けるこ
とで、装置の外部から、冷却風を吸い込み、外部へ吹き
出すことが可能となり、冷却風の循環が充分に行うこと
ができ冷却効果の向上ができる。

【００１９】図６は、装置内の局所発熱源のみを冷却す
る場合の冷却風の流れを示す図である。冷却ファン２と
放熱フィン１を同一の高さとし、ケース５で風路を形成
することで、吸い込み口３から吹き出し口４まで、直線
的に冷却風を流すことができる。図７は、電源供給／冷
却ファン制御ケーブルを備えた局所冷却装置の斜視図で
ある。図７において、１２は、冷却ファン２を駆動する
ための電源供給線と装置の動作状態や、局所的発熱源７
（図３参照。）の発熱量に応じて冷却ファン２を制御す
るための制御線で構成される電源供給／冷却ファン制御
ケーブルである。装置は、極力消費電力を低減するため
に、装置の動作状態に応じて、局所的発熱源７である例
えばＣＰＵの動作周波数を低くしたり、装置内を構成す
る各種デバイスへの電源供給を停止したりしている。そ
こで、本発明の局所冷却装置に、電源供給線以外に、冷
却ファン２を制御する信号を送る制御線を追加すること
で、局所的発熱源７の動作周波数が低い場合や、アイド
ル状態の場合には、冷却ファン２の冷却能力を制御する
ことで局所冷却装置６の消費電力を低減することが可能
となる。

【００２０】図８は、電源供給／冷却ファン制御コネク
タを備えた局所冷却装置の斜視図である。図８におい
て、１３は、冷却ファン２を駆動するための電源供給線
と装置の動作状態や、局所的発熱源７（図３参照。）の
発熱量に応じて冷却ファン２を制御するための信号を送
る制御線で構成される電源供給／冷却ファン制御コネク
タである。機能としては、冷却ファン２を制御すること
で、局所冷却装置６の消費電力の低減を図るものであ
る。また、ケーブルを無くし、電源供給／冷却ファン制
御コネクタ１３とすることで、装置やカードモジュール
に局所冷却装置６を固定するのに有効となる。これによ
り、局所冷却装置６を固定するためのねじが不必要とな
り、装置の基板、カードモジュールの実装面積の有効利
用が可能となり、小型化に有用である。

【００２１】図９は、冷却ファンの制御部を示す回路構
成図である。図９において、１４は、冷却ファン２の制
御を行う制御部、１５は、冷却ファン２の仕様に応じた
５Ｖ、３Ｖ等の電源部Ｖｃｃに接続された電源線、１６
は接地部ＧＮＤに接続されたグランド線、１７は装置の
動作状態検出部に接続された動作状態信号線、１８は冷
却ファン２への電源供給線である。制御部１４は、装置
の動作状態検出部（記載していない。）から動作状態信
号線１７により送られてくる動作状態信号によって制御
を行い、電源供給線１８により冷却ファン２への電源供
給を行ったり、停止したりする。この制御部１４は、簡
単なトランジスタのスイッチング回路で実現可能であ
る。なお、この制御部１４は、装置側に備えても良い。

【００２２】つぎに、冷却ファン２の冷却制御を可変と
する場合について説明をする。図１０は、冷却制御を可
変とした冷却ファン２の制御部を示す回路構成図であ
る。図１０において、１９は装置の動作状態検出部に接
続され装置や局所的発熱源の動作状態に対応して冷却フ
ァン２の回転速度を切換えるためのモータ速度切換信号
を送るモータ速度切換信号線、２０は、制御部１４に接
続され冷却ファン２へのモータ速度制御信号を送るモー
タ速度制御信号線である。制御部１４は、装置の動作状
態検出部（記載していない。）からモータ速度切換信号
線１９により送られてくるモータ速度切換信号を受け取
り、局所的発熱源の動作状態に応じてモータ速度制御信
号線２０でモータ速度制御信号を冷却ファン２に送りモ
ータ速度を制御することで、局所冷却装置の消費電力を
低減するよう制御する。この制御により、局所冷却装置
の冷却能力を装置の発熱と同期した制御とすることがで
きる。例えば、小形ノート型ＰＣ／ＷＳは、バッテリ動
作であるため、きめ細かい制御を行なって低消費電力化
を、また、デスクトップ型ＰＣ／ＷＳは、米国環境保護
局が定めた省エネルギ基準（Energy Star Computers Pr
ogram)を満足させるために低消費電力化を行なっている
が、その反面、性能向上のために動作周波数が高くなっ
ているため、ＣＰＵ等の局所的発熱源はさらに高熱を発
するようになっており、冷却を必要としているので、本
発明の局所冷却装置を所要のＣＰＵ等の局所的発熱源の
冷却に使用すれば、誤動作を防ぐとともに、局所冷却装
置による消費電力をも低減することが可能となる。

【００２３】図１１は、冷却ファン２への電源供給制御
を行う図９に示した制御部１４の回路構成の一実施例で
ある。図１１において、２１は装置の状態が省電力モー
ドであるか通常動作モードであるかのモードを保持し、
局所冷却装置６の制御を行う省電力モードレジスタ、２
２〜２５は電源供給の制御を決定する抵抗、２６、２７
は電源供給のスイッチとなるトランジスタ、２８は電荷
を蓄積しトランジスタのスイッチングのためのコンデン
サである。電源線１５に供給されている電源部Ｖｃｃの
電圧に応じて、トランジスタ、抵抗値、コンデンサの容
量、回路構成は任意に設定でき、トランジスタのスイッ
チング特性を利用したものとしてある。省電力モードレ
ジスタ２１に“０”が設定されると、省電力モードの状
態となり、トランジスタのスイッチング特性によりトラ
ンジスタ２６、トランジスタ２７がオフ状態となり、電
源線１５に供給されている電源が電源供給線１８に出力
されなくなり、冷却ファン２への電源供給を停止する。
これは局所的発熱源の発熱量が少ない場合、すなわち、
例えばＣＰＵの動作周波数が低周波数あるいはゼロで、
装置がサスペンド状態であり、メインメモリにのみ電源
を供給し、バックアップの状態である場合に、省電力モ
ードレジスタ２１を設定することで、冷却ファン２を制
御する。これにより、局所的発熱源を効率良く冷却する
ことになるとともに、消費電力の低減ができる。

【００２４】図１２は、局所的発熱源を例えばＣＰＵと
した場合、ＣＰＵの動作周波数に応じた可変冷却制御を
行う回路構成図である。図１２において、２９は局所的
発熱源であるＣＰＵ、３０は、ＣＰＵ２９の動作周波数
の切換えおよび制御を行う動作周波数制御レジスタ、３
２は、ＣＰＵ２９の動作状態を動作周波数制御レジスタ
３０から認識し、冷却ファンを制御する冷却ファン制御
部、３１は、冷却ファンの回転数や送風能力を制御する
冷却ファン制御信号を送る冷却ファン制御信号線であ
る。図１２に示す実施例において、動作周波数制御レジ
スタ３０を２ビットで構成すると、動作周波数を４段階
に可変することができる。したがつて、ＣＰＵ２９の動
作周波数がＮ個選択できる場合には、動作周波数制御レ
ジスタ３０を２×Ｎビット構成とすることで、動作周波
数を２×Ｎ段階に制御可能となる。つまり、０、×１／
２、×１／４、×１／８、×１／２Ｎの動作周波数とす
ることが可能となる。冷却ファン制御部３２は、動作周
波数制御レジスタ３０からモータ速度切換信号線１９で
送られてくるモータ速度切換信号により冷却ファンの回
転の制御を行う。なお、動作周波数制御レジスタ３０
は、装置側の回路に存在すれば良い。冷却ファンは、冷
却ファン制御部３２から送られてくる冷却ファン制御信
号で、回転数が可変になるファンを使用する。

【００２５】図１３は、局所冷却装置６を装置に組込ん
だ場合の構造図である。図１３において、３３は例えば
ＰＣＭＣＩＡ準拠のカードモジュールが装着されるカー
ドモジュールスロット、３４は前記ＰＣＭＣＩＡ準拠の
カードモジュールや性能、機能をグレードアップするカ
ードモジュールが組込まれる装置、３５は装置の機能拡
張を図るためのカードモジュールやＰＣＭＣＩＡ準拠の
カードモジュールである。装置３４がカードモジュール
スロット３３を装備している場合は、カードモジュール
スロット３３上部に局所冷却装置６を装着することで、
カードモジュールスロット３３を装置内部から外部へ冷
却風を吹き出し口として利用可能である。冷却対象とし
ては、カードモジュール３５であっても、装置３４のＣ
ＰＵ等の局所的発熱源であっても良い。また、カードモ
ジュールスロット３３を冷却風の吹き出し口として活用
できる位置であれば装置３４内部の任意の位置に実装可
能である。図１４に冷却風の流れを示す。装置３４に局
所冷却装置６の吸い込み口３から冷却風を吸い込む通風
孔を設けることで冷却ファン２が放熱フィン１に冷却風
を送る。そして、局所冷却装置６側面下部の吹き出し口
４から冷却風を吹き出すことでカードモジュール３５や
装置３４内部の回路部品を冷却し、カードモジュールス
ロット３３から冷却風が装置３４外部に吹き出す。前記
のように、局所的発熱源、装置３４内部の回路部品の冷
却を行い温度上昇による誤動作を防止する。

【００２６】図１５は、局所的発熱源と局所冷却装置を
省電力制御する省電力制御部のブロック図および制御説
明図である。図１５において、６は局所冷却装置、２９
は局所的発熱源例えばＣＰＵ、３０は動作周波数制御レ
ジスタ、３６は装置の状態を示す状態レジスタ、３７は
動作周波数を設定する周波数設定レジスタ、３８は局所
的発熱源例えばＣＰＵ２９の動作状態を検出するＣＰＵ
アイドル検出部、３９は装置内の省電力制御を行う省電
力制御部、４０はクロック信号等の信号源を持つ発振器
（ＯＳＣ）、４３は周波数／回転数制御信号を発生する
周波数／回転数制御部である。状態レジスタ３６は、装
置の動作状態を示すもので、装置が遷移する状態数に応
じたデータビットを有するレジスタであり、例えば、装
置が３つの状態を遷移する場合には、２ビットで実現で
きる（ｎビットでｎの２乗通り）。例えば、通常動作状
態を“００”、アクセス等が無い場合の省電力状態であ
るスタンバイ状態を“０１”、作業中断状態を保存した
スリープ状態を“１０”とすることで、装置状態を設定
する。このレジスタの設定や読み出しにより、ＣＰＵ２
９等の局所的発熱源や装置の状態に応じて局所冷却装置
６の制御や装置の状態遷移処理を行う。

【００２７】周波数設定レジスタ３７は、ＣＰＵ２９の
動作周波数を設定するためのレジスタであり、前記状態
レジスタ３６と同様に、ビット数に応じて通常動作の周
波数から０ＭＨｚまで多段階に設定可能である。ＣＰＵ
アイドル検出部３８は、ＣＰＵ２９のアドレス信号４１
からアクセスの種類、すなわちメモリへのリード／ライ
トか、あるいはＩ／Ｏへのリード／ライトか、あるいは
直接メモリアクセス（ＤＭＡ）転送かを判定するととも
に、プロセッサバスのバスの割当ての状況からＣＰＵ２
９がアイドル状態であることを判定する。周波数／回転
数制御部４３は、状態レジスタ３６および周波数設定レ
ジスタ３７の情報に応じて周波数／回転数制御信号４２
を発生し、ＣＰＵ２９等の局所的発熱源の動作周波数を
制御するとともに、局所冷却装置６の冷却ファンの制御
を行う。制御方法は局所冷却装置６への周波数／回転数
制御信号４２の本数によって異なるが、周波数／回転数
制御部４３は、周波数設定レジスタ３７の周波数設定情
報と状態レジスタ３６のデータビット情報とをゲートあ
るいはデコードすることで周波数／回転数制御信号４２
を発生する。ＣＰＵ２９等の局所的発熱源は、発振器
（ＯＳＣ）４０から装置を動作させるのに使用されるク
ロック信号の基本クロック信号を受け、内部で処理し使
用している。そこで、ＣＰＵ２９内部の動作周波数制御
レジスタ３０により、システム動作クロックを分周した
り、完全に停止するためのパラメータを設定することで
ＣＰＵ２９自身が内部で動作周波数を変更する。これに
より、装置状態やＣＰＵ２９の動作に応じ局所冷却装置
６を制御することが可能となり、冷却ファンを効率よく
動作させ、省電力化が可能となる。

【００２８】図１６は、ＣＰＵが内部に動作周波数の制
御機能を持たない場合の供給クロック制御による省電力
制御の説明図である。図１６において、４５は、発振器
（ＯＳＣ）４０からの基本クロック信号を分周したり、
位相を合わせて複数のクロック信号を発生するクロック
ドライバである。なお、前記図１５の説明において使用
した符号と同一番号のものは、同一物であるため、説明
を省略する。また、同一物は、動作も前記図１５の動作
と同一であるので、異なる部分のみの説明をする。前記
図１５に示した発明においては、ＣＰＵ２９が内部に持
つ動作周波数制御レジスタ３０へ、発振器（ＯＳＣ）４
０からの基本クロック信号４４と周波数／回転数制御部
４３からの周波数／回転数制御信号４２とが入力され、
ＣＰＵ２９でのクロック信号を制御している。本発明に
おいては、発振器（ＯＳＣ）４０からの基本クロック信
号４４と周波数／回転数制御部４３からの周波数／回転
数制御信号４２とは、クロックドライバ４５へ入力さ
れ、クロックドライバ４５で制御されたクロック信号を
ＣＰＵ２９へ入力している。クロック信号の高周波数化
に伴い、クロック信号の位相を合わせるＰＬＬ回路等の
クロック信号を供給する回路部品も高機能、高性能化が
進んでおり、出力するクロック信号の周波数や位相のず
れを容易に設定することができる。局所冷却装置６と連
動した局所冷却方法および局所冷却装置を実現すること
であらゆる半導体装置に対応し、効率よく冷却すること
が可能となる。

【００２９】図１７に動作フローチャートを示す。ＣＰ
Ｕアイドル検出部３８でＣＰＵアイドルの検出（Ｓ１０
１）を行い、アイドル状態でない場合は、検出を常時行
い、アイドルが検出された場合には、ソフトウェアに処
理を移行し、状態レジスタ３６の設定（Ｓ１０２）と、
周波数設定レジスタ３７の設定（Ｓ１０３）を行い、周
波数／回転数を設定（Ｓ１０４）する。設定後は、ＣＰ
Ｕ動作再開を判定（Ｓ１０５）し、動作再開の場合に
は、再び状態レジスタ３６の設定（Ｓ１０６）と、周波
数設定レジスタ３７の設定（Ｓ１０７）を行い、周波数
／回転数を設定（Ｓ１０８）後、ＣＰＵアイドル検出処
理（Ｓ１０１）を行い、動作再開していない場合は、常
時、ＣＰＵ動作再開を判定（Ｓ１０５）する。２つのレ
ジスタの設定順序は、逆でも問題ない。ＣＰＵアイドル
をプロセス管理プログラムで監視し、レジスタ設定また
は、ＣＰＵ内部のレジスタを直接設定することで、ソフ
トウェアでのみ実現することも可能である。以上説明し
たように、局所冷却装置６の制御は、装置とＣＰＵ動作
状態に応じて行うことが可能となる。冷却が必要無い動
作状態の場合には、局所冷却装置６の冷却能力を低下さ
せ、装置の消費電力の低減を図ることが可能となる。

【００３０】図１８は、ペルチェ効果素子を使用した局
所冷却方法の適用例を示す。２種類の異なる導体を接合
し、電流を流すことで接合部が冷されたり、加熱された
りするペルチェ効果を利用した素子を冷却に使用する。
図１８において、４６は前記ペルチェ効果を持つペルチ
ェ効果素子、４７はペルチェ効果素子に電流を供給する
電流供給線である。冷却効果のあるペルチェ効果素子４
６の下部の接合面を局所的発熱源７に接触させること
で、局所的発熱源７を冷却し、熱を反対側の上部の接合
面から放熱する。ペルチェ効果素子４６の上部の接合面
が発生する熱は、ペルチェ効果素子４６の上部の接合面
を装置の筐体に接触させることで、筐体の外部に熱を放
熱する。ペルチェ効果素子４６は、導体を接合させる構
成であるので、薄型で構成可能であり、小型、軽量化に
適している。つぎに、このペルチェ効果素子４６を使用
した場合の制御方法について以下に述べる。

【００３１】図１９は、ペルチェ効果素子を使用した局
所冷却装置のブロック図である。図１９において、４６
はペルチェ効果素子、４８は、ペルチェ効果素子４６の
冷却能力を制御するペルチェ効果素子制御部、４９は電
源供給線、５０は電源である。局所的発熱源７の動作状
態の検出は、冷却ファン２を用いた場合と同様の方法で
可能であり、ペルチェ効果素子制御部４８に内蔵するこ
とも可能である。ペルチェ効果素子制御部４８は、局所
的発熱源７の動作状態に応じて、電流の供給を電流供給
線４７から供給したり、停止したりするが、電源５０か
らの電源供給線４９により供給される電流をトランジス
タによるスイッチング回路を構成することで、容易に制
御することが可能である。また、電流容量が可変な電流
源を内蔵すれば、ペルチェ効果素子４６へ供給する電流
容量を制御することが可能となり、局所的発熱源７の動
作状態に適応した、効率良い冷却が可能となる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、装置内で最も発熱量が
多い局所的発熱源を効率良く冷却するとともに、装置の
サスペンド（一時停止）、スリープ（停止）状態等の省
電力モード時には、装置と同様に省電力モードとなり、
低消費電力化を実現した局所冷却方法および局所冷却装
置を提供することができる。また、例えば、アイドル
（不動作）時は動作周波数をゼロにすることが可能なＣ
ＰＵに対して本発明の局所冷却方法および局所冷却装置
を使用して、アイドル時には冷却機能を停止すること
で、低消費電力化を可能とし、さらに装置全体の低消費
電力化を可能とするとともに、熱による誤動作を防ぐこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による局所冷却方法を使用した局所冷却
装置の側面図。

【図２】本発明による局所冷却方法を使用した局所冷却
装置の斜視図。

【図３】本発明による局所冷却方法を使用した局所冷却
装置でカードモジュールを冷却する場合の適用例。

【図４】本発明による局所冷却方法を使用した局所冷却
装置内の冷却風の流れを示す図。

【図５】本発明による局所冷却方法を使用した局所冷却
装置で送風方向が回転軸に平行な冷却ファンの場合の冷
却風の流れを示す図。

【図６】本発明による局所冷却方法を使用した局所冷却
装置で局所的発熱源のみを冷却する場合の冷却風の流れ
を示す図。

【図７】本発明による局所冷却方法を使用した局所冷却
装置に電源供給／冷却ファン制御ケーブルを備えた斜視
図。

【図８】本発明による局所冷却方法を使用した局所冷却
装置に電源供給／冷却ファン制御コネクタを備えた斜視
図。

【図９】本発明による局所冷却方法を使用した局所冷却
装置の冷却ファンの制御部を示す回路構成図。

【図１０】本発明による局所冷却方法を使用した局所冷
却装置の冷却能力可変な冷却ファンの制御部を示す回路
構成図。

【図１１】本発明による局所冷却方法を使用した局所冷
却装置の冷却ファンの制御部の回路構成図。

【図１２】本発明による局所冷却方法を使用した局所冷
却装置の冷却能力可変な冷却ファンの制御部の回路構成
図。

【図１３】本発明による局所冷却方法を使用した局所冷
却装置を装置に組込んだ場合の構造図。

【図１４】本発明による局所冷却方法を使用した局所冷
却装置を装置に組込んだ場合の冷却風の流れを示す図。

【図１５】本発明による局所冷却方法を使用した省電力
制御部のブロック図。

【図１６】本発明による局所冷却方法を使用した供給ク
ロック制御による省電力制御部のブロック図。

【図１７】本発明による局所冷却方法を使用した省電力
制御の動作フローチャート。

【図１８】本発明によるペルチェ効果素子でカードモジ
ュールを冷却する場合の適用例。

【図１９】本発明によるペルチェ効果素子で冷却する場
合の制御ブロック図。

【符号の説明】

１…放熱フィン、２…冷却ファン、３…吸い込み口、４
…吹き出し口、５…ケース、６…局所冷却装置、７…局
所的発熱源、８…基板、９…メモリ、１０…カードモジ
ュール、１１…冷却ファン、１２…電源供給／冷却ファ
ン制御ケーブル、１３…電源供給／冷却ファン制御コネ
クタ、１４…制御部、２１…省電力モードレジスタ、２
２、〜２５…抵抗、２６、２７…トランジスタ、２８…
コンデンサ１、２９…ＣＰＵ、３０…動作周波数制御レ
ジスタ、３２…冷却ファン制御部、３３…カードモジュ
ールスロット、３４…情報処理装置、３５…カードモジ
ュール、３６…状態レジスタ、３７…周波数設定レジス
タ、３８…ＣＰＵアイドル検出部、３９…省電力制御
部、４０…発振器（ＯＳＣ）、４３…周波数／回転数制
御部、４５…クロックドライバ、４６…ペルチェ効果素
子、４７…電流供給線、４８…ペルチェ効果素子制御
部、４９…電源供給線、５０…電源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 隆之 神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099 株式 会社日立製作所 システム開発研究所内 (56)参考文献 特開 平５−304379（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−30025（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/467

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケース内に放熱フィンと冷却ファンとを配
   置し、前記放熱フィンを半導体装置の局所的発熱源に接
   触させ、前記冷却ファンの回転による冷却風を前記放熱
   フィンに吹き付け冷却する局所冷却方法において、 前記放熱フィンの上面と同一面上に設けた前記放熱フィ
   ンより高さの低い前記冷却ファンを回転させ、 前記冷却ファン側部方向の前記ケースに設けた吸い込み
   口からの冷却風を前記放熱フィンに吹きつけ、 前記冷却ファンと前記放熱フィンとの高さの差により前
   記冷却ファン下部方向の前記ケースに設けた吹き出し口
   より冷却風を前記冷却ファン下部の他の発熱源へ吹き出
   し、 前記局所的発熱源と前記冷却ファン下部の他の発熱源と
   を冷却することを特徴とする局所冷却方法。
2. 【請求項２】ケース内に放熱フィンと冷却ファンとを有
   する局所冷却装置において、 前記ケース内に放熱フィンと該放熱フィンの上面と同一
   面上に前記放熱フィンより高さの低い冷却ファンとを設
   け、 前記冷却ファン側部方向の前記ケースに冷却風吸い込み
   口、前記放熱フィン側部方向であり前記冷却ファンの下
   部の前記ケースに前記放熱フィンと前記冷却ファンの高
   さの差による冷却風吹き出し口を設けたことを特徴とす
   る局所冷却装置。
3. 【請求項３】ケース内に放熱フィンと冷却ファンとを配
   置し、前記放熱フィンを半導体装置の局所的発熱源に接
   触させ、前記冷却ファンの回転による冷却風を前記放熱
   フィンに吹き付け冷却する局所冷却方法において、 前記放熱フィンの上面と同一面上に設けた前記放熱フィ
   ンより高さの低い冷却ファンを回転させ、 前記冷却ファン上部方向の前記ケースに設けた吸い込み
   口からの冷却風を前記放熱フィンに吹きつけ、 前記冷却ファンと前記放熱フィンとの高さの差により前
   記冷却ファン下部方向の前記ケースに設けた吹き出し口
   より冷却風を前記冷却ファン下部の他の発熱源へ吹き出
   し、 前記局所的発熱源と前記冷却ファン下部の他の発熱源と
   を冷却することを特徴とする局所冷却方法。
4. 【請求項４】ケース内に放熱フィンと冷却ファンとを有
   する局所冷却装置において、 前記ケース内に放熱フィンと該放熱フィンの上面と同一
   面上に前記放熱フィンより高さの低い冷却ファンとを設
   け、 前記冷却ファン上部方向の前記ケースに冷却風吸い込み
   口、前記放熱フィン側部方向であり前記冷却ファンの下
   部の前記ケースに前記放熱フィンと前記冷却ファンの高
   さの差による冷却風吹き出し口を設けたことを特徴とす
   る局所冷却装置。
5. 【請求項５】ケース内に放熱フィンと冷却ファンとを配
   置し、前記放熱フィンを半導体装置の局所的発熱源に接
   触させ、前記冷却ファンの回転による冷却風を前記放熱
   フィンに吹き付け冷却する局所冷却方法において、 前記放熱フィンの上面と同一面上に設けた前記放熱フィ
   ンより高さの低い冷却ファンを、前記半導体装置より入
   力された前記局所的発熱源に供給される動作信号を制御
   する制御信号に応じて回転させ、 前記ケースに設けた吸い込み口からの冷却風を前記放熱
   フィンに吹きつけ、 前記冷却ファンと前記放熱フィンとの高さの差により前
   記冷却ファン下部方向の前記ケースに設けた吹き出し口
   より冷却風を前記冷却ファン下部の他の発熱源へ吹き出
   し、 前記局所的発熱源と前記冷却ファン下部の他の発熱源と
   を、前記局所的発熱源に供給される動作信号を制御する
   制御信号に応じて冷却することを特徴とする局所冷却方
   法。
6. 【請求項６】ケース内に放熱フィンと冷却ファンとを有
   する局所冷却装置において、 前記ケース内に放熱フィンと該放熱フィンの上面と同一
   面上に前記放熱フィンより高さの低い冷却ファンと半導
   体装置の局所的発熱源に供給される動作信号を制御する
   制御信号を入力され前記冷却ファンの回転を制御する制
   御部とを設け、 前記ケースに冷却風吸い込み口、前記放熱フィン側部方
   向であり前記冷却ファンの下部の前記ケースに前記放熱
   フィンと前記冷却ファンの高さの差による冷却風吹き出
   し口を設け、 半導体装置の局所的発熱源に供給される動作信号を制御
   する制御信号により前記冷却ファンの回転を制御するこ
   とを特徴とする局所冷却装置。