JP3827594B2 - Ｃｐｕ冷却装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＣＰＵ冷却装置、特に、冷却ファンとして軸流ファンを用いたＣＰＵ冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩやパワートランジスタ等の電子部品を構成する半導体素子は、熱に対して極めて弱く、約１３０〜１５０℃で機能しなくなる。また、それ以下の温度であっても、温度が上昇すると共に性能の信頼性は著しく低下する。従来から許容温度以下で素子を作動させるため、素子を収納したパッケージにヒートシンク放熱フィン（以下、単に放熱フィンと記す）を取り付けて素子を冷却していた。
【０００３】
素子の実装密度が低く発熱量が小さい場合は、放熱フィンのみを用いた自然空冷により冷却可能であるが、素子そのものの発熱量の増加や、素子実装密度の増加により発熱量が増大すると、ファンやブロワにより放熱フィンに冷却空気を供給する強制空冷が必要となる。
【０００４】
これまでの冷却構造では、ファンユニットをヒートシンクの上に取付けていた（例えば、特開平０７−７４２９５号公報参照）が、排気をファンユニットが再度吸収するという循環を起しやすく、冷却能力が低下するので、ファンユニットをヒートシンクの横に取付ける構造が提案されている。
【０００５】
従来のＣＰＵ冷却装置について図面を参照して詳細に説明する。
【０００６】
図３（ａ），（ｂ）は従来の一例を示すファン一体型ヒートシンクＦＨの外観斜視図および透視斜視図であり、図４はその側面透視図である。（例えば同一出願人グループの、特開２００１−３２００００号公報参照）
図３（ａ），（ｂ）に示すように、ファン一体型ヒートシンクＦＨは，周囲を鉄板，アルミ等の板状物で囲んでなる「中空本体」」である直方体状の本体１の長手方向の前面側，背面側に、「吸入側ファン」である第１ファン２および「排出側ファン」である第２ファン３を直列に装着する。第１ファン２は吸入口１ａの近傍に配置し、第２ファン３は排出口１ｂの近傍に配置する。第１ファン２は本体内に冷たい空気を送り込み、第2ファン３は熱せられた空気を排出する。
【０００７】
本体１の中央内部に長手方向（即ち、空気流の経路）に平行にアルミ板等の放熱材からなる６枚の長方形の放熱板４を狭いピッチの一定間隔（例えば、薄型のノート型パソコン等の場合では１mm〜２mm）で配列固定する。この放熱板４の底面側の半導体素子（発熱体）と接触する部分に突起部４ａを設け（図４参照）、突起部４ａに伝わった熱は内部の放熱板４ならびに本体１の表面で放熱する。
【０００８】
このとき第１ファン２で内部に風を送り、第２ファン３で外部に空気を排出することによって（図４参照）ファンの静圧を増やす。従って、第１ファン２の影響で圧力損失の大きくなる本体１の内部で大量の風量を得ることが可能である。内部の風量が大きいので、放熱板４に伝わった熱が強制的かつ迅速に冷却される。また逆に、ファンの静圧が高いため放熱板４は圧力損失を犠牲にしても表面積をできるだけ大きくできるので、放熱性を高めることが可能である。内部の放熱板のピッチを狭くして表面積を増やしても第１ファン２を１つのみにした場合に比べて、十分な風量を得ることができる。よって高い冷却効果を得ることができる。
【０００９】
次にこのファン一体型ヒートシンクＦＨを、発熱体に接続した場合の動作について説明する。図５に示すように、ファン一体型ヒートシンクＦＨが発熱体（例えば半導体素子）５の上に装着され、導熱ゴムもしくはサーマルグリスなどを介して放熱板４の突起部４ａが発熱体（例えば、半導体集積回路装置、高性能のＣＰＵ等）５と接触している。ファン一体型ヒートシンクＦＨは、発熱体５の熱が導熱ゴムやサーマルグリスなどを介して本体１に伝わり、更に放熱板４に伝わる。第１ファン２により外部の空気が本体内に取り込まれ、放熱板４の熱が空気中に放熱される。そして本体内の熱せられた空気は第２ファン３によって強制的に外部へ排出される。
【００１０】
上述のようなヒートシンクの取り付け機構については、特開平５−２４３４３９号公報に各種の機構が紹介されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のＣＰＵ冷却装置は、ファン筐体とヒートシンクが一体化されているので、パソコン等の本体装置の設計の自由度が低下するという問題があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明のＣＰＵ冷却装置は、発熱をする半導体素子、半導体集積回路装置、またはＣＰＵからの熱を底板から放熱フィンに伝達させるヒートシンクと前記ヒートシンクの熱を軸流ファンで方向を限定して吸入するＣＰＵ冷却装置において、放熱フィンに対して吸入方向が水平であって、ヒートシンクの一端または両端に底板よりも低い発熱体側方向の位置に軸流ファンを載置するための張出し棚部を設けたことを特徴とする。また、第２の発明のＣＰＵ冷却装置は、発熱をする半導体素子、半導体集積回路装置、またはＣＰＵからの熱を底板から放熱フィンに伝達させるヒートシンクと前記ヒートシンクの熱を軸流ファンで方向を限定して排出するＣＰＵ冷却装置において、放熱フィンに対して排出方向が水平であって、ヒートシンクの一端または両端に底板よりも低い発熱体側方向の位置に軸流ファンを載置するための張出し棚部を設けたことを特徴とする。
【００１３】
第３の発明のＣＰＵ冷却装置は、第１または第２の発明において、前記軸流ファンが発生する空気流が水平であるように前記軸流ファンを直立させる。
【００１４】
第４の発明のＣＰＵ冷却装置は、第１または第２の発明において、前記ヒートシンクを前記空気流の経路に略平行に設置する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明について図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施形態を示す斜視図および部分斜視図である。図１（ａ），（ｂ）に示すＣＰＵ冷却装置は、ＣＰＵ等の発熱体からの熱を底板１０２から放熱フィン１０５に伝達させるヒートシンクと前記ヒートシンクの熱を軸流ファンで方向を限定して吸入（または排出）するＣＰＵ冷却装置において、一端に底板１０２よりも低い位置に軸流ファンを載置するための張出し棚部１０１を設け他端にリテンションモジュール１２０と固定クリップ１２１を取り付けるための切込部１０２を設けたヒートシンク１００と、軸流ファン１１０とを含んで構成される。
【００２０】
張出し棚部１０１にはヒートシンク１００を実装基板に取付けるための取付穴１０３ａ，１０３ｂがある。
【００２１】
ＣＰＵ等の発熱体１３０の上にヒートシンク１００を載せ、ヒートシンク１００の一端をネジで、他端をリテンションモジュール１２０と固定クリップ１２１で基板に対して保持する。
【００２２】
図２は本発明の第２の実施形態を示す斜視図である。ヒートシンク２００の両側に設けた張出し棚部２０１，２０２の上に軸流ファン２１０，２１１を配し、発熱体１３０を冷却する。これは、軸流ファン２１０は吸入用、軸流ファン２１１は排出用であり、いわゆるプッシュ・プル動作をさせている。
【００２３】
本発明は、例えばノート型パソコン筐体の左端から冷気を吸入し、排熱空気流を筐体の右端に向けて（放熱フィン１０５に対して水平方向に）放出しているので、ファンに排熱空気流が再吸入される悪循環を起すことなく冷却能力が向上し、さらにヒートシンクの上にファンをタンデムに配置（ヒートシンクにあたった下向きの空気が筐体上部に昇りファンに再吸収される）した場合に比して筐体の高さを低くできるので、パソコンの薄型化に寄与できる。
【００２４】
さらに張出し棚部１０１の位置をヒートシンクの底板１０２よりも下げたので、軸流ファン１１０のモータ取付け枠の位置が下り、軸流ファン１１０の回転羽根の先端部の位置が底板１０４に近づくため、発生空気流を有効に利用できる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のＣＰＵ冷却装置は、冷却装置を設置する底面積及び高さに制限がある条件で、ヒートシンク設置スペース内にファンを収めながらも、冷却効率を落とさない構造に出来るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ）本発明の第１の実施形態を示す斜視図および部分斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図３】従来の一例を示す外観斜視図および透視斜視図である。
【図４】従来の一例を示す側面斜視図である。
【図５】従来の使用例を示す側面透視図である。
【符号の説明】
１００，２００ ヒートシンク
１０１，２０１，２０２ 張出し棚部
１０２ 切込部
１０３ａ，１０３ｂ 取付穴
１０４，２０４ 底板
１０５，２０５ 放熱フィン
１１０，２１０，２１１ 軸流ファン
１２０ リテンションモジュール
１２１ 固定クリップ
１３０ 発熱体

Claims (4)

1. 発熱をする半導体素子、半導体集積回路装置、またはＣＰＵからの熱を底板から放熱フィンに伝達させるヒートシンクと前記ヒートシンクの熱を軸流ファンで方向を限定して吸入するＣＰＵ冷却装置において、放熱フィンに対して吸入方向が水平であって、前記ヒートシンクの一端または両端に前記底板よりも低い位置に前記軸流ファンを載置するとともに前記ヒートシンクを基板へ取り付けるための張出し棚部を設けたことを特徴とするＣＰＵ冷却装置。
2. 発熱をする半導体素子、半導体集積回路装置、またはＣＰＵからの熱を底板から放熱フィンに伝達させるヒートシンクと前記ヒートシンクの熱を軸流ファンで方向を限定して排出するＣＰＵ冷却装置において、放熱フィンに対して排出方向が水平であって、前記ヒートシンクの一端または両端に前記底板よりも低い位置に前記軸流ファンを載置するとともに前記ヒートシンクを基板へ取り付けるための張出し棚部を設けたことを特徴とするＣＰＵ冷却装置。
3. 前記軸流ファンが発生する空気流が水平であるように前記軸流ファンを直立させた請求項１または２に記載のＣＰＵ冷却装置。
4. 前記ヒートシンクを前記空気流の経路に平行に設置した請求項１または２に記載のＣＰＵ冷却装置。

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