JP4071627B2 - 電子機器ユニット - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、電子機器ユニットに係り、特に、モータファンユニットからの空気流によって、回路基板上に実装されている複数のＣＰＵを強制空冷させる構成の電子機器ユニットに関する。
通信システムを構成するサーバは、電子機器ユニットが複数実装されている構造である。各電子機器ユニットは、回路基板の上に複数のＣＰＵがヒートシンクと共に実装してあり、モータファンユニットによって発生された空気流がヒートシンクから熱を奪うことによってＣＰＵを強制空冷させる構成である。
近年、サーバの性能を向上させる要求が顕著である。サーバの性能を向上させるには、ＣＰＵの性能を向上させることが必要である。ＣＰＵの性能を向上させると、ＣＰＵが発生する熱量が増えるため、ＣＰＵの強制空冷をより効率良く行うことが必要となってくる。
背景技術
図１、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、従来の電子機器ユニット１を示す。電子機器ユニット１は、上面にＣＰＵ等が実装してある長方形状の回路基板２と、天板部１３ａと両側の側板部１３ｂ，１３ｃとよりなり、回路基板２の上面側にトンネル１２を形成するカバー部材１３と、トンネル１２内に空気を送り込むモータファンユニット１４−１、１４−２と、トンネル１２内の空気を排出するモータファンユニット１５−１、１５−２とを有する。空気は、空気流路としてのトンネル１２内をＸ１側からＸ２側へ矢印１６で示すように流れ、ＣＰＵ等を強制空冷する。空気の流れについてみると、Ｙ２方向が上流側であり、Ｙ１方向が下流側である。Ｙ１−Ｙ２は回路基板２及び電子機器ユニット１の長手方向であり、Ｘ１−Ｘ２は回路基板２及び電子機器ユニット１の幅方向である。
回路基板２の上面には、６つのＣＰＵ２０−１〜２０−６と、１つシステム制御素子２１と、２つのメモリ制御素子２２−１、２２−２と、１つのクロック制御素子２３と、複数のメモリカード２４等が実装してある。メモリカード２４は立てて並んでおり、２つのメモリカード群２５−１、２５−２を構成している。回路基板２の一の辺に沿って、複数のコネクタ２６が実装してある。ＣＰＵ２０−１〜２０−６の上面にはヒートシンク３０−１〜３０−６が搭載してある。同じく、システム制御素子２１の上面にはヒートシンク３１が、メモリ制御素子２２−１、２２−２の上面にはヒートシンク３２−１、３２−２が、クロック制御素子２３の上面にはヒートシンク３３が搭載してある。
上記の電子機器ユニット１は、コネクタ２６によって図示しないバックパネルボード等を介して他の電気機器ユニットと電気的に接続されて、電子計算機本体を構成する。
回路基板２に実装してある素子の中で、動作時の発熱量が多いのはＣＰＵ２０−１〜２０−６であり、強制空冷すべき対象は、ＣＰＵ２０−１〜２０−６である。
ＣＰＵ２０−１〜２０−６、システム制御素子２１、メモリ制御素子２２−１、２２−２、クロック制御素子２３、メモリカード群２５−１、２５−２は、回路基板１１上に一様に分散してある。Ｙ１−Ｙ２方向が列であり、Ｘ１−Ｘ２方向が行である。ＣＰＵ２０−１〜２０−６は、２列３行に並んでいる。
図３Ａは、図２Ａ中、ＩＩＩＡ−ＩＩＩＡに沿う断面、即ち、上流側のＣＰＵ２０−１、２０−２の箇所での空気の流れに直交する断面である。図３Ｂは、図２Ａ中、ＩＩＩＢ−ＩＩＩＢに沿う断面、即ち、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の箇所での空気の流れに直交する断面である。ハッチングで示す部分はヒートシンク３０−１、３０−２、３０−５、３０−６がトンネル１２を塞いでいる部分であり、面積Ｓ３０−１、Ｓ３０−２、Ｓ３０−５、Ｓ３０−６を有する。各面積Ｓ３０−１、Ｓ３０−２、Ｓ３０−５、Ｓ３０−６は等しい。Ｓ１２はトンネル１２の断面積である。Ｓ４０は、カバー部材１３とヒートシンク３０−１、３０−２との間の空隙４０の面積であり、Ｓ１２−（Ｓ３０−１＋Ｓ３０−２）である。Ｓ４１は、カバー部材１３とヒートシンク３０−５、３０−６との間の空隙４１の面積であり、Ｓ１２−（Ｓ３０−５＋Ｓ３０−６）である。
ここで、トンネル１２の断面積Ｓ１２に対する上記空隙４０（４１）の面積Ｓ４０（Ｓ４１）の割合Ｓ４０／Ｓ１２又はＳ４１／Ｓ１２を、空気流路断面空隙率Ｕと定義する。
図３Ａ及び図３Ｂより分かるように、下流側の空気流路断面空隙率Ｕ２（Ｓ４１／Ｓ１２）は、上流側の空気流路断面空隙率Ｕ１（Ｓ４０／Ｓ１２）と同じである。即ち、ＵＴ／Ｕ２＝１である。中流部分の空気流路断面空隙率も、上記の上流側の空気流路断面空隙率と同じである。
また、図２Ｂに示すように、空気の流れの方向上、上流側のＣＰＵ２０−１、２０−２と中流のＣＰＵ２０−３、２０−４との間の距離と、中流のＣＰＵ２０−３、２０−４と下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６との間の距離とは、等しく、ａである。距離ａは、約１５ｍｍである。
次に、ＣＰＵ２０−１〜２０−６の強制空冷について説明する。
空気流路断面空隙率が、上流側、中流部分、及び下流側について同じであるため、トンネル１２内の空気の流れは、略一様である。
図４は、試験の結果を示す。試験の条件は、各ＣＰＵ２０−１〜２０−６の発熱量が１００Ｗ、吸気空気の温度が２５℃、トンネル１２内への流入する風速が２ｍ／Ｓである。図４中、縦軸は、モータファンユニット１４−１、１４−２からのＹ１方向の距離である。横軸は温度である。空気は、ヒートシンク３０−１等から熱を奪いつつ流れる。即ち、空気は、ヒートシンク３０−１等によって加熱されて温度を上昇されつつ流れる。空気の冷却能力は、下流に行くにつれて徐々に低下する。
図４中の線Ｉ、及び図２Ｂに示すように、空気は、上流側のヒートシンク３０−１、３０−２を通過すると、温度が４０℃に上がり、中流部分のヒートシンク３０−３、３０−４を通過して下流側のヒートシンク３０−５、３０−６に流れ込む前の段階では、５５℃にまで上昇している。下流側のヒートシンク３０−５、３０−６を通過すると７０℃にまで上昇する。
よって、図４中、点Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３で示すように、上流側のＣＰＵ２０−１、２０−２の温度は５０℃、中流部分のＣＰＵ２０−３、２０−４の温度は７０℃にとどまるけれども、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の温度は９０℃となってしまっており、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の冷却が不十分となる虞れがあった。
なお、サーバの性能の向上に伴って将来的に各ＣＰＵ２０−１〜２０−６の発熱量が更に増すことが予想される。この場合には、温度の上昇の程度は、上流側のＣＰＵ２０−１、２０−２及び中流部分のＣＰＵ２０−３、２０−４に比べて、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６が大きくなり、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の冷却が益々深刻な問題となってくる。
また、下流側のヒートシンク３０−５、３０−６の上流側の空間部５０の広さは、中流部分のヒートシンク３０−３、３０−４の上流側の空間部５１と同じであり、距離ａが約１５ｍｍと狭い。よって、空間５０内にＹ１、Ｙ２側から流れ込む空気の量は多くはない。このことも、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の冷却が効率良く行うことが困難である原因となっている。
発明の開示
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、下流側のＣＰＵの冷却の促進が図れるようにした電子機器ユニットを提供することを総括的な目的とする。
この目的を達成するために、本発明は、部品が実装される回路基板と、ヒートシンクが搭載された状態で、該回路基板上に分散して実装してある複数の発熱する半導体部品と、上記ヒートシンクを覆うように設けてあり、上記回路基板上に冷媒が流れるトンネルを形成するカバー部材とよりなり、該トンネルを通り抜けるように強制的に冷媒を流すことにより、上記ヒートシンクを介して、上記半導体部品を冷却する電子機器ユニットにおいて、冷媒の流れに直交するトンネルの断面において、トンネルの断面積に対する該トンネルの断面積から空気の流れをさえぎる部材が占める面積を差し引いた空隙の面積の比が、冷媒の流れの下流側が冷媒の流れの上流側に比べて小さいように、半導体部品を配置した構成とした。即ち、本発明は、仕切り部材等を使用しないで、部品の配置によって空気流の下流側に配置された半導体部品の効率的な冷却を実現する構成である。
半導体部品を上記のように配置すると、冷媒が上流側を流れている間に暖められる程度が低下し、下流側の半導体部品の直前の位置における冷媒の温度は、従来の場合に比べて低い温度となり、下流側の半導体部品の冷却が促進される。換言すれば、上流側の半導体部品については、冷却を少し犠牲にして、このことによって余裕のでた冷媒の冷却能力を、冷却が不十分となり易い下流側の半導体部品の冷却に利用するようにして、下流側の半導体部品の冷却を促進させている。
上記目的を達成するために、本発明は、更に、半導体部品を、冷媒の流れの上流側については、半導体部品が配置されている半導体部品配置領域の外側に、半導体部品が冷媒の流れの方向上存在しない部分であって、ヒートシンクに接触せずに冷媒が流れる新鮮冷媒供給流路を形成するように配置してある構成とした。
新鮮冷媒供給流路を通り抜けた冷媒には、温度の上昇がなく、よって、新鮮冷媒を効率的に下流側の半導体部品まで送り込むことが出来る。これによって、下流側の半導体部品の冷却を促進させることが出来る。
上記目的を達成するために、本発明は、更に、半導体部品を、冷媒の流れの下流側に配置された半導体部品とこの半導体部品に対して直ぐの上流側に配置された半導体部品との間に、冷媒を溜める広い空間部が形成されるように配置した構成とする。
空間部において、上流側を流れてきて、これから下流側に配置された半導体部品上のヒートシンクに接触しつつ流れてヒートシンクから熱を奪おうとする冷媒が混ざり合い、温度が均一とされる。よって、下流側の半導体部品の冷却が均一に行われる。
発明を実施するための最良の形態
本発明の好適な実施の形態について、図を参照して、以下説明する。
以下の各実施例の電子機器ユニットの基本的構造は前記した従来の電子機器ユニットと同様である。よって、各実施例を示す各図中、図１及び図２Ａ乃至２Ｂに示す構成部分と同じ構成部分には同一の参照符号を付し、対応する構成部分には添え字を付した同一の参照符号を付す。
（第１実施例）
図５、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、本発明の第１実施例になる電子機器ユニット１０を示す。電子機器ユニット１０は、上面にＣＰＵ等が実装してある長方形状の回路基板１１と、天板部１３ａとこの両側の側板部１３ｂ，１３ｃとよりなり、回路基板１１の上面側にトンネル１２を形成するカバー部材１３と、トンネル１２内に空気を送り込むモータファンユニット１４−１、１４−２と、トンネル１２内の空気を排出するモータファンユニット１５−１、１５−２とを有する。空気は、トンネル１２内をＹ２側からＹ１側へ矢印１６で示すように流れ、ＣＰＵ等を強制空冷する。空気の流れについてみると、Ｙ２方向が上流側であり、Ｙ１方向が下流側である。Ｙ１−Ｙ２は回路基板１１及び電子機器ユニット１０の長手方向であり、Ｘ１−Ｘ２は回路基板１１及び電子機器ユニット１０の幅方向である。
回路基板１１の上面には、６つのＣＰＵ２０−１〜２０−６と、１つシステム制御素子２１と、２つのメモリ制御素子２２−１、２２−２と、１つのクロック制御素子２３と、複数のメモリカード２４等が実装してある。メモリカード２４は立てて並んでおり、２つのメモリカード群２５−１、２５−２を構成している。回路基板１１の一の辺に沿って、複数のコネクタ２６が実装してある。ＣＰＵ２０−１〜２０−６の上面にはヒートシンク３０−１〜３０−６が搭載してある。同じく、システム制御素子２１の上面にはヒートシンク３１が、メモリ制御素子２２−１、２２−２の上面にはヒートシンク３２−１、３２−２が、クロック制御素子２３の上面にはヒートシンク３３が搭載してある。ヒートシンク３０−１〜３０−６、３１、３２−１、３２−２、３３は、放熱の他に、空気の流れに対しては、空気の流れをさえぎる部材として機能する。
ここで、ＣＰＵ２０−１〜２０−６、システム制御素子２１、メモリ制御素子２２−１、２２−２、クロック制御素子２３、メモリカード群２５−１、２５−２の回路基板１１上の配置について説明する。
ＣＰＵ２０−１〜２０−６は、Ｙ１−Ｙ２方向上二列に並んでおり、上流側のＣＰＵ２０−１、２０−２と、中流のＣＰＵ２０−３、２０−４と、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６とよりなる。上流側のＣＰＵ２０−１、２０−２と中流のＣＰＵ２０−３、２０−４と間の距離はｂであり、中流のＣＰＵ２０−３、２０−４と下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６との間の距離はｃである。距離ｃは、約２５ｍｍと長い。図１の電子機器ユニット１と対比してみると、中流のＣＰＵ２０−３、２０−４がＹ２方向にシフトしており、ｃ＞ｂであり、且つ、ｃ＞ａ，ｂ＜ａの関係にある。よって、ヒートシンク３０−３、３０−４とヒートシンク３０−５、３０−６との間の空間部６０は、ヒートシンク３０−１、３０−２とヒートシンク３０−３、３０−４との間の空間部６１より約３倍と広く、且つ、図１の電子機器ユニット１の対応する空間部５０より広い。
システム制御素子２１は、図１の電子機器ユニット１と同じく、空間６１の中央に配置してある。クロック制御素子２３は、図１の電子機器ユニット１と略同じく、空間６０内であって、ヒートシンク３０−３、３０−４に近い位置に配置してある。メモリカード群２５−１、２５−２は、図１の電子機器ユニット１と同じく、ヒートシンク３０−３、３０−４より外側の位置であって、回路基板１１のＹ１方向端の近くに配置してある。
メモリ制御素子２２−１、２２−２は、図１の電子機器ユニット１における配置とは異なり、ヒートシンク３０−３、３０−４より外側の位置に配置してある。
図７Ａは、図６Ａ中、ＶＩＩＡ−ＶＩＩＡに沿う断面、即ち、上流側のＣＰＵ２０−１、２０−２の箇所での空気の流れに直交する断面である。図７Ｂは、図６Ａ中、ＶＩＩＢ−ＶＩＩＢに沿う断面、即ち、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の箇所での空気の流れに直交する断面である。ハッチングで示す部分はヒートシンク３０−１、３０−２、３０−５、３０−６、３２−１、３２−２がトンネル１２を塞いでいる部分であり、面積Ｓ３０−１、Ｓ３０−２、Ｓ３０−５、Ｓ３０−６、Ｓ３２−１、Ｓ３２−２を有する。Ｓ１２はトンネル１２の断面積である。Ｓ７０は、カバー部材１３とヒートシンク３０−１、３０−２との間の空隙７０の面積であり、Ｓ１２−（Ｓ３０−１＋Ｓ３０−２）である。面積Ｓ７０は、図１の電子機器ユニット１における対応する面積Ｓ４０と同じである。Ｓ７１は、カバー部材１３とヒートシンク３０−５、３０−６、３２−１、３２−２との間の空隙７１の面積であり、Ｓ１２−（Ｓ３０−５＋Ｓ３０−６＋Ｓ３２−１＋Ｓ３２−２）である。
図７Ａ及び図７Ｂより分かるように、下流側の空気流路断面空隙率Ｕ２（Ｓ７１／Ｓ１２）は、上流側の空気流路断面空隙率Ｕ１（Ｓ７０／Ｓ１２）より小さい。即ち、Ｕ１／Ｕ２≧１．２である。
また、図６Ａ及び図６Ｂを参照するに、８０は、下流側における実装密度が大きくて空気の流路抵抗が大きい領域であり、回路基板１１の全幅に亘っている。８１は、上流側及び中流における実装密度が大きくて空気の流路抵抗が大きい領域であり、回路基板１１の幅方向上、両側の部分を除いた部分である。上流側及び中流の部分には、ヒートシンクが存在せず、よって、回路基板１１の幅方向上両側の部分に、空気の流路抵抗が小さい領域８２、８３を有する。この領域８２、８３は、新鮮空気が流れる流路８５，８６を形成する。
上記の電子機器ユニット１０は、コネクタ２６によって図示しないバックパネルボード等を介して他の電気機器ユニットと電気的に接続されて、電子計算機本体を構成する。
次に、ＣＰＵ２０−１〜２０−６の強制空冷について説明する。
モータファンユニット１４−１、１４−２によってトンネル１２内に送り込まれた空気は、ヒートシンク３０−１等から熱を奪いつつトンネル１２内を以下のように流れる。ここで、モータファンユニット１４−１、１４−２によってトンネル１２内に送り込まれた空気のうち発熱部品などに衝突して急激に温度上昇した空気以外の空気を、新鮮空気という。
第１には、上流側の空気流路断面空隙率Ｕ１が下流側の空気流路断面空隙率Ｕ２より大きいため、上流側を、ヒートシンク３０−１、３０−２、３０−３、３０−４に接触しないで流れてヒートシンク３０−５、３０−６の手前の位置まで到る新鮮空気が従来の場合に比べて、より多く存在する。
第２には、上流側には、空気の流路抵抗が小さい領域８２、８３を有するため、上流側では、ヒートシンク３０−１、３０−２に接触して流れる空気流９０及びヒートシンク３０−１、３０−２に接触して流れる空気流９１の他に、領域８２、８３（流路８５，８６）をヒートシンクに接触せずに流れる空気流９２、９３が存在する。
この流路８５，８６を流れる空気は、ヒートシンクに接触せずに流れるため、温度の上昇を伴わずに流れ、流路８５，８６から出るまで新鮮空気の状態を保つ。
第３には、下流側における実装密度が大きくて空気の流路抵抗が大きい領域８０が回路基板１１の全幅に亘っているため、流路８５，８６を温度の上昇を伴わずに流れてきた新鮮空気は、符号９４，９５で示すように、中央側に方向を変えて空間６０内に効率良く送り込まれる。
第４には、空間部６０が上流側の空間部６１に比べて約３倍と広いため、空間部６０内に送り込まれる新鮮空気の量も多くなる。
よって、空間部６０内に溜まった空気の温度は低くなる。
第５には、空間部６０内に溜まった温度の低い空気がヒートシンク３０−５、３０−６に触れつつながれ、ヒートシンク３０−５、３０−６の熱を効率良く奪う。
上記の第１〜５をまとめると、以下のようになる。モータファンユニット１４−１、１４−２によってトンネル１２内に送り込まれた新鮮空気の一部が、新鮮空気のまま、冷却が深刻な問題となる下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６に送り込まれる。即ち、温度的に十分に余裕を残している中流部分のＣＰＵ２０−３、２０−４の冷却を少し犠牲にして、モータファンユニット１４−１、１４−２によってトンネル１２内に送り込まれた限られた量の空気が、熱的に厳しくなる下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の冷却に有効に役立てられ、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の強制空冷が促進される。
図８は、試験の結果を示す。試験の条件は、従来例の場合と同じく、各ＣＰＵ２０−１〜２０−６の発熱量が１００Ｗ、吸気空気温度が２５℃、流入風速が２ｍ／Ｓである。図８中、縦軸は、モータファンユニット１４−１、１４−２からのＹ１方向の距離である。横軸は温度である。空気は、ヒートシンク３０−１等から熱を奪いつつ流れる。即ち、空気は、ヒートシンク３０−１等によって加熱されて温度を上昇されつつ流れる。
図８中の線ＩＩ、及び図６Ｂに示すように、空気は、上流側のヒートシンク３０−１、３０−２を通過すると、温度が４５℃に上がり、中流部分のヒートシンク３０−３、３０−４を通過すると、温度が６０℃に上がる。空間６０内には、ヒートシンク３０−３、３０−４を通過してきた空気流９１の温度が６０℃にまで上がっている空気の他に、領域８２、８３（流路８５，８６）を通ってきた空気流９２、９３の温度が２５℃の新鮮空気が送り込まれる。よって、空間６０内の空気の温度は、符号ＩＩａで示すように、ヒートシンク３０−３、３０−４を通過したときの空気の温度より少し低下して、５０℃となる。即ち、下流側のヒートシンク３０−５、３０−６に流れ込む前の段階では、空気の温度は、従来の場合に比べて、約５℃も低い、５０℃となる。
この温度が５０℃の空気が、下流側のヒートシンク３０−５、３０−６を通過し、ヒートシンク３０−５、３０−６から熱を奪い、６０℃にまで上昇する。
よって、図８中、上流側のＣＰＵ２０−１、２０−２の温度は、点Ｏ１１で示すように、従来と同じく５０℃である。中流部分のＣＰＵ２０−３、２０−４の温度は、点Ｏ１２で示すように、従来の場合の温度より５℃高い７５℃となっている。しかし、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の温度は、点Ｏ１３で示すように、従来の場合の温度より１５℃も低い７５℃に留まっている。
よって、本実施例によれば、温度的に十分に余裕を残している中流部分のＣＰＵ２０−３、２０−４の冷却を少し犠牲にして、熱的に厳しくなる下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６については従来に比べて良好に冷却されて、冷却が促進される。
（第２実施例）
図９、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃは、本発明の第２実施例になる電子機器ユニット１０Ａを示す。電子機器ユニット１０Ａは、図５、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃに示す電子機器ユニット１０に、以下の構成が追加されている構成である。追加されている構成は、新鮮空気を下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の冷却に有効に役立てるためのものである。
第１には、仕切り板１００、１０１が設けてある。この仕切り板１００、１０１は、流路８５，８６とヒートシンク３０−１〜３０−４との間を仕切っている。
この仕切り板１００、１０１を設けることによって、新鮮空気が流路８５，８６をＹ１方向に流れている間に、新鮮空気がヒートシンク３０−１〜３０−４が配置されている領域に漏れることが制限される。よって、新鮮空気は、流路８５，８６をＹ１方向に流れている途中で無駄となることなく、空間６０内に送り込まれる。
第２には、ガイド部材１０２，１０３が設けてある。このガイド部材１０２，１０３は、三角柱部材若しくは板状の部材であり、上記空間６０のうち、Ｙ１方向側で、且つ、Ｘ１、Ｘ２方向側の位置、即ち、流路８５，８６の出口に対向する箇所に設けてある。ガイド部材１０２は、空気流９２を符号９４Ａで示すように円滑に空間部６０の中央側に案内する。ガイド部材１０３は、空気流９３を符号９５Ａで示すように円滑に空間部６０の中央側に案内する。
よって、流路８５，８６内を流れてきた新鮮空気は、空間部６０内に効率良く送り込まれ、空間部６０内に溜まった空気が効率良く攪拌され、空間部６０内の空気の温度が低くなる。
第３には、絞り板部材１０５が設けてある。この絞り板部材１０５は、カバー部材１３の天板部１３ａの裏面のうち、下流側のヒートシンク３０−５、３０−６に対向する場所に設けてある。この絞り板部材１０５を設けたことによって、ヒートシンク３０−５、３０−６の箇所では、トンネル１２が絞られてその断面積が狭くなっている。
よって、ヒートシンク３０−５、３０−６の箇所では、空気の流速ｖが、絞り板部材１０５を設けない場合に比べて速くなって、ヒートシンク３０−５、３０−６から熱が効率的に奪われるようになる。
上記の第１、第２、第３の構成によって、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の冷却が促進される。
（第３実施例）
図１１、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃは、本発明の第３実施例になる電子機器ユニット１０Ｂを示す。電子機器ユニット１０Ｂは、図５、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃに示す電子機器ユニット１０に、基板の真上から見てＵ字形状の仕切り部材１１０及びガイド部材１０２，１０３が追加して設けてある構造である。
Ｕ字形状仕切り部材１１０は、カバー部材１３の天板部１３ａの裏面に固定されて、カバー部材１３の天板部１３ａとヒートシンク３０−１〜３０−６との間の狭い空間に設けてあり、上流側のヒートシンク３０−１、３０−２の上面をＸ１−Ｘ２方向に横切る上流側仕切り板部１１０ａと、上流側仕切り板部１１０ａの両端よりＹ１方向（空気の流れの方向）にカバー部材１３のＹ１方向の端まで延在する側面側仕切り板部１１０ｂ，１１０ｃとよりなり、Ｕ字形状を有している。仕切り部材１１０のＹ１方向端は、開口１１１となっている。
Ｕ字形状仕切り部材１１０に囲まれて画成された扁平な空間１１２は、上流側のヒートシンク３０−１、３０−２の上面、中流部のヒートシンク３０−３、３０−４の上面、下流側のヒートシンク３０−５、３０−６の上面に対向する。
上記の電子機器ユニット１０Ｂが稼動され、モータファンユニット１４−１、１４−２、１５−１、１５−２によって空気がトンネル１２をＹ１方向に流れている状態において、上記の空間１１２には空気が送り込まれず、空間１１２の圧力はトンネル１２内の他の部分の圧力より少し低くなり、且つ、空間１１２内の空気の流速もトンネル１２内の他の部分の空気の流速よりも遅くなる。このため、上流側のヒートシンク３０−１、３０−２及び中流部のヒートシンク３０−３、３０−４内を熱を奪いつつ流れており温度が上昇している空気の一部が、図１２Ｂ中、符号１１３、１１４で示すように空間１１２側に引き寄せられ、以後は、符号１１５で示すように空間１１２内をＹ１方向に流れる。
よって、中流部のヒートシンク３０−３、３０−４を通り抜けて、空間部６０内に流れ出す空気の量が減り、よって、空間部６０内の圧力が下がる。よって、流路８５，８６を通って空間部６０内に流れ込む新鮮空気の量が増え、空間部６０内に一時的に溜められた空気の温度が、図５に示す電子機器ユニット１０の場合に比べて、低くなる。よって、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の冷却が促進される。
上記のＵ字形状仕切り部材１１０は、上流側のヒートシンク３０−１、３０−２及び中流部のヒートシンク３０−３、３０−４からの排出された熱が、下流側のヒートシンク３０−５、３０−６に影響を及ぼす度合いを減少させる機能を有する。
また、カバー部材１３及びＵ字形状仕切り部材１１０の寸法を適宜定めることによって、図１２Ｂ中、寸法Ｈ１の寸法Ｈ２に対する比が変化し、これによって、空間１１２の圧力のトンネル１２内の他の部分の圧力に対する低下の程度を適宜定めることが出来る。よって、ＣＰＵ２０−１〜２０−６の発熱量に応じて、カバー部材１３及びＵ字形状仕切り部材１１０の寸法を適宜定めることによって、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６を最適に冷却することが可能である。
（第４実施例）
図１３、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃは、本発明の第４実施例になる電子機器ユニット１０Ｃを示す。電子機器ユニット１０Ｃは、図１３に示す電子機器ユニット１０Ｂにおいて、Ｕ字形状の仕切り部材１１０に代えて、Ｕ字形状の仕切り部材１１０Ｃを設け、且つ、流路８５，８６内にモータファンユニット１２０，１２１及びガイド部材１２２，１２３が追加して設けてある構造である。
Ｕ字形状仕切り部材１１０Ｃは、図１３に示すＵ字形状仕切り部材１１０に、仕切り天板部１１０ｄ，１１０ｅが追加された構成である。仕切り天板部１１０ｄ，１１０ｅは側面側仕切り板部１１０ｂ，１１０ｃ間に延在しており、ヒートシンク３０−１等の頂上部と同じ高さに位置しており、夫々、空間部６１、６０の上側を塞いでいる。
仕切り天板部１１０ｅは、流路８５，８６を通って空間部６０内に流れ込んだ新鮮空気が、圧力が低い上方の空間１１２内に逃げることを制限する。よって、空間部６０内に流れ込んだ新鮮空気は、下流側のヒートシンク３０−５、３０−６内に入り込むようになり、ＣＰＵ２０−５、２０−６は良好に冷却される。
同じく、仕切り天板部１１０ｄは、流路８５，８６を通って空間部６１内に流れ込んだ新鮮空気が、上方の空間１１２内に逃げることを制限して、中流部のヒートシンク３０−３、３０−４内に入り込ませるように機能する。
また、モータファンユニット１２０，１２１が動作することによって、流路８５，８６を流れる新鮮空気の量が多くなり、空間部６０内に流れ込む新鮮空気の量が多くなる。これによっても、ＣＰＵ２０−５、２０−６は良好に冷却される。
また、モータファンユニット１２０，１２１より送り出された新鮮空気の一部は、ガイド部材１２２，１２３によって案内されて空間部６１内に送り込まれる。よって、空間部６１内に流れ込む新鮮空気の量が多くなり、これによって、ＣＰＵ２０−３、２０−４が良好に冷却される。
（第５実施例）
図１５、図１６は、本発明の第５実施例になる電子機器ユニット１０Ｄを示す。電子機器ユニット１０Ｄは、カバー部材１３Ｄを有する。
カバー部材１３Ｄは、階段状の天板部１３Ｄａを有する。階段状の天板部１３Ｄａは、図１１中のＵ字形状仕切り部材１１０と同様の機能を有するものであり、上流側部分１３Ｄａ０に対してヒートシンク３０−１等より離れる方向であるＺ１の方向に段となっている第１の段部１３Ｄａ１と、第１の段部１３Ｄａ１に対してＺ１の方向に段となっている第２の段部１３Ｄａ２とを有する。第１の段部１３Ｄａ１は、上流側のヒートシンク３０−１、３０−２と中流部のヒートシンク３０−３、３０−４とに対向しており、第２の段部１３Ｄａ２は中流部のヒートシンク３０−３、３０−４と下流側のヒートシンク３０−５、３０−６とに対向している。
上流側部分１３Ｄａ０と上流側のヒートシンク３０−１、３０−２との間には、厚さ寸法がｅ０である扁平な空間１３０−０が存在している。第１の段部１３Ｄａ１とヒートシンク３０−１〜３０−４との間には、厚さ寸法がｅ０より大きいｅ１である扁平な空間１３０−１が存在している。第２の段部１３Ｄａ２とヒートシンク３０−３〜３０−６との間には、厚さ寸法がｅ１より大きいｅ２である扁平な空間１３０−２が存在している。
上記の電子機器ユニット１０Ｄがサーバに実装されて、稼動され、モータファンユニット１４−１、１４−２、１５−１、１５−２によって空気がトンネル１２をＹ１方向に流れている状態において、上記の扁平な空間１３０−１、１３０−２には空気が送り込まれにくく、空間１３０−１、１３０−２の圧力はトンネル１２内の他の部分の圧力より少し低くなり、且つ、空間１３０−１、１３０−２内の空気の流速もトンネル１２内の他の部分の空気の流速よりも遅くなる。このため、上流側のヒートシンク３０−１、３０−２及び中流部のヒートシンク３０−３、３０−４内を熱を奪いつつ流れており温度が上昇している空気の一部が、符号１３１、１３２で示すように空間１３０−１、１３０−２側に引き寄せられ、以後は、符号１３３で示すように空間１３０−１、１３０−２内をＹ１方向に流れる。
よって、中流部のヒートシンク３０−３、３０−４を通り抜けて、空間部６０内に流れ出す空気の量が減り、よって、空間部６０内の圧力が下がる。よって、流路８５，８６を通って空間部６０内に流れ込む新鮮空気の量が増え、空間部６０内に一時的に溜められた空気の温度が、図５に示す電子機器ユニット１０の場合に比べて、低くなる。よって、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の冷却が促進される。
上記の第１の段部１３Ｄａ１及び第２の段部１３Ｄａ２は、上流側のヒートシンク３０−１、３０−２及び中流部のヒートシンク３０−３、３０−４からの排出された熱が、下流側のヒートシンク３０−５、３０−６に影響を及ぼす度合いを減少させる機能を有する。電子機器ユニット１０Ｄは、図１１に示す電子機器ユニット１０Ｂとは相違して、Ｕ字形状仕切り部材１１０等の特別の部材を有しない。
（第６実施例）
図１７、図１８Ａ乃至図１８Ｄは、本発明の第６実施例になる電子機器ユニット１０Ｅを示す。図１８Ｄは、図１８Ａ中、Ｄ−Ｄ線に沿う断面図である。回路基板１１上に８つのＣＰＵ２０−１１〜２０−１８がＹ１−Ｙ２方向に二列に並んでいる。８つのＣＰＵ２０−１１〜２０−１８は、上流側のＣＰＵ２０−１１、２０−１２と、中流のＣＰＵ２０−１３、２０−１４と、同じく中流のＣＰＵ２０−１５、２０−１６と、下流側のＣＰＵ２０−１７、２０−１８とよりなる。各ＣＰＵ２０−１１〜２０−１８上にはヒートシンク３０−１１〜３０−１８が搭載してある。
ヒートシンク３０−１１〜３０−１８は、Ｙ１−Ｙ２方向に二列に並んでおり、且つ、Ｘ１−Ｘ２方向上、４列に並んでいる。
先ず、Ｙ１−Ｙ２方向の配列についてみる。上流側のヒートシンク３０−１１、３０−１２と次のヒートシンク３０−１３、３０−１４との間には空間部１４０が、ヒートシンク３０−１３、３０−１４と次のヒートシンク３０−１５、３０−１６との間には空間部１４１が、ヒートシンク３０−１５、３０−１６と下流側のヒートシンク３０−１７、３０−１８との間には空間部１４２が存在している。空間部１４０、１４１、１４２は、Ｙ１−Ｙ２方向の寸法がｆ１、ｆ２、ｆ３である。寸法ｆ１、ｆ２、ｆ３は、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３の関係にある。即ち、空間部１４０、１４１、１４２は、下流側にいく程、広くなっている。寸法ｆ２は寸法ｆ１の約二倍であり、寸法ｆ３は寸法ｆ２の約二倍である。
よって、前記の両側の流路８５，８６を流れる新鮮空気が空間部１４０、１４１、１４２内に流れ込む空気の量は、下流側にいく程多くなり、よって、従来に比較して、下流側のＣＰＵ２０−１１〜２０−１４ほど効率良く冷却される。
次に、Ｘ１−Ｘ２方向の配列についてみる。上流側の２つのヒートシンク３０−１１、３０−１２は、中心線１４５の近くに近接して配置してある。中流のヒートシンク３０−１３、３０−１４は、夫々ヒートシンク３０−１１、３０−１２に対して外側に寸法ｇ１オフセットして配置してある。次の中流のヒートシンク３０−１５、３０−１６は、夫々ヒートシンク３０−１３、３０−１４に対して外側に寸法ｇ２オフセットして配置してある。下流側の２つのヒートシンク３０−１７、３０−１８は、ヒートシンク３０−１５、３０−１６に対して外側に寸法ｇ３オフセットして配置してある。
このため、前記の両側の流路８５，８６を流れる新鮮空気が各ヒートシンク３０−１３〜３０−１８の一部に直接に当り、ＣＰＵ２０−１３〜２０−１８の冷却が促進される。
また、上記のオフセット寸法ｇ１、ｇ２、ｇ３は、ｇ１＜ｇ２＜ｇ３の関係にある。即ち、オフセット寸法は、下流側にいく程、大きくなっている。寸法ｇ２は寸法ｇ１の約二倍であり、寸法ｇ３は寸法ｇ２の約二倍である。
よって、流路８５，８６を流れる新鮮空気が各ヒートシンク３０−１３〜３０−１８に直接に当たる量は、下流側にいく程多くなる。このため、従来に比較して、下流側のＣＰＵほど効率良く冷却される。特に、下流側のヒートシンク３０−１７、３０−１８は流路８５，８６の出口に略対向する状態となり、下流側のヒートシンク３０−１７、３０−１８に対しては、流路８５，８６を流れる新鮮空気の殆どが直接に当って、新鮮空気が符号１５０で示すようにヒートシンク３０−１７、３０−１８を通過する。よって、下流側のＣＰＵ２０−１７、２０−１８は特に冷却が促進される。
また、図１７及び図１８Ｄに示すように、カバー部材１３Ｅの天板部１３Ｅａには、下流側のヒートシンク３０−１７、３０−１８の間に入り込んでいる絞り部１３Ｅａ１が形成してある。よって、空気が下流側のヒートシンク３０−１７、３０−１８の間の部分を通りにくくなっている。その分、ヒートシンク３０−１７、３０−１８を通過する空気の量が多くなっており、下流側のＣＰＵ２０−１７、２０−１８は更に冷却が促進される。
（第７実施例）
図１９及び図２０は、本発明の第７実施例になる電子機器ユニット１０Ｆを示す。図２０は、図１９中の天板部材を取り外した状態で示す。
電子機器ユニット１０Ｆは、上記の本発明の第６実施例になる電子機器ユニット１０Ｅをベースに設計してなる実際の製品である。
図１９及び図２０中、図１７に示す構成部分と対応するし部分には、同じ符号を付す。上流側の２つのヒートシンク３０−１１、３０−１２は、中心線１４５の近くに近接して配置してあり、下流側の２つのヒートシンク３０−１７、３０−１８は、ヒートシンク３０−１１、３０−１２に対してＸ１−Ｘ２方向上最大限にオフセットして配置してある。１６０はモジュールであり、上流側のヒートシンク３０−１１、３０−１２の外側の位置に配してある。１６１はメモリーカードであり、ヒートシンク３０−１１、３０−１２の直ぐ下流側の位置に配してある。１６２は制御素子冷却用ヒートシンクであり、メモリーカード１６１のＸ１−Ｘ２方向上両側の位置に配してある。１６３はシステム制御素子冷却用ヒートシンクであり、制御素子冷却用ヒートシンク１６０の直ぐ下流側の位置に配してある。システム制御素子冷却用ヒートシンク１６３は、制御素子冷却用ヒートシンク１６０より、背が高い。１６４は受動部品である。
図１７中のカバー部材１３Ｅは、両側の側壁仕切り板１７１、１７２と、両側の側壁仕切り板１７１、１７２の間にＸ１−Ｘ２方向に延在している機構部品１７３，１７４と、両側の側壁仕切り板１７１、１７２の間を覆っている天板部材１７５と、この天板部材１７５の裏面に固定してあり、前記の絞り部１３Ｅａ１に対応する絞り板部材１７６とよりなる構成である。
上流側のヒートシンク３０−１１、３０−１２の外側に入った空気は、Ｙ１方向に流れて、下流側のヒートシンク３０−１７、３０−１８に当り、ヒートシンク３０−１７、３０−１８の熱を効率的に奪い、よって、下側のＣＰＵの強制空冷は促進される。
（第８実施例）
図２１及び図２２は、本発明の第８実施例になる電子機器ユニット１０Ｇを、トンネルを形成するカバー部材を省略して示す。図２２は、図２１中、ＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線に沿う断面図である。
電子機器ユニット１０Ｇの内部を流れる空気の流れの方向はＹ１方向である。
電子機器ユニット１０Ｇは、以下の構造を有する。回路基板１８０のうちＹ２方向端側（空気の流れの上流側）に４つのＣＰＵモジュール１８１−１〜１８１−４が搭載され、回路基板１８０のうちＹ１方向端側（空気の流れの下流側）に４つのＣＰＵモジュール１８１−５〜１８１−８が搭載され、回路基板１８０の中央の部分にメモリーカードモジュール１８２が複数個実装してある。
各ＣＰＵモジュール１８１−１〜１８１−８は、垂直の回路基板１９０の側面にＣＰＵ１９１が実装してあり、このＣＰＵ１９１上にヒートシンク１９２が搭載してあり、コ字状のカバー部材１９３がヒートシンク１９２を覆うように設けてある構成である。
各ＣＰＵモジュール１８１−１〜１８１−８は、回路基板１９０を垂直の姿勢とし、回路基板１９０の下端側のコネクタを回路基板１８０上のコネクタと接続させて、回路基板１８０上にＸ１−Ｘ２方向に並んで実装してある。カバー部材１９３は回路基板１８０より離れている。よって、ＣＰＵモジュール１８１−１〜１８１−４と回路基板１８０との間には、高さ寸法がｊである空間部２００が形成されている。ＣＰＵモジュール１８１−５〜１８１−８と回路基板１８０との間には、同じく高さ寸法がｊである空間２０１が形成されている。
上流側の空間部２００は、空きのままとしてあり、新鮮空気の流路２０５として機能する。下流側の空間部２０１を利用して、回路基板１８０上には、制御素子２１０がヒートシンク２１１と共に実装してある。
電子機器ユニット１０Ｇは、下流側の空気流路断面空隙率が上流側の空気流路断面空隙率より小さく、且つ、上流側に新鮮空気の流路２０５を有する構成である。
ＣＰＵモジュール１８１−１〜１８１−８は電子機器ユニット１０Ｇ内をＹ２側からＹ１方向に流れる空気流によって、以下のように強制空冷される。上流側のＣＰＵモジュール１８１−１〜１８１−４は、新鮮空気によって強制空冷される。下流側のＣＰＵモジュール１８１−５〜１８１−８には、上流側のＣＰＵモジュール１８１−１〜１８１−４を通過して温度が上昇した空気に加えて、上記の空間２００を温度の上昇を伴わずに通過した新鮮空気によって強制空冷される。よって、下流側のＣＰＵモジュール１８１−５〜１８１−８の強制空冷は促進される。
ここで、空気の流れに直交するトンネルの断面において、トンネルの断面積に対する該トンネルの断面積から空気の流れをさえぎる部材が占める面積を差し引いた空隙の面積の比を考えてみる。本発明は、電子機器ユニットを空気の上流部から下流部に亘って、上流部、中流部、下流部に分け、各部における上記比の平均値が、上流部＞中流部＞下流部となるようになっているものであればよい。電子機器ユニットの空気の流れ方向上の途中の一部に、上記比が増加する部分があるような実施形態の電子機器ユニットも、本発明に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
図１は従来の電子機器ユニットをそのカバー部材を一部切截して示す斜視図である。
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、図１の電子機器ユニットの正面図、側面図、空気の送り込み側から見た図である。
図３Ａは、図２Ａ中、ＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線に沿う断面の空気流路断面空隙率を説明するための図であり、図３Ｂは、図２Ａ中、ＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿う断面の空気流路断面空隙率を説明するための図である。
図４は、図１に示す電子機器ユニットの強制空冷の特性を示す図である。
図５は本発明の第１実施例の電子機器ユニットをそのカバー部材を一部切截して示す斜視図である。
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、図５の電子機器ユニットの正面図、側面図、空気の送り込み側から見た図である。
図７Ａは図６Ａ中ＶＩＩＡ−ＶＩＩＡ線に沿う断面の空気流路断面空隙率を説明するための図であり、図７Ｂは、図６Ａ中、ＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線に沿う断面の空気流路断面空隙率を説明するための図である。
図８は、図５に示す電子機器ユニットの強制空冷の特性を示す図である。
図９は本発明の第２実施例の電子機器ユニットをそのカバー部材を一部切截して示す斜視図である。
図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃは、図９の電子機器ユニットの正面図、側面図、空気の送り込み側から見た図である。
図１１は本発明の第３実施例の電子機器ユニットをそのカバー部材を一部切截して示す斜視図である。
図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃは、図１０の電子機器ユニットの正面図、側面図、空気の送り込み側から見た図である。
図１３は本発明の第３実施例の電子機器ユニットをそのカバー部材を一部切截して示す斜視図である。
図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃは、図１３の電子機器ユニットの正面図、側面図、空気の送り込み側から見た図である。
図１５は本発明の第３実施例の電子機器ユニットをそのカバー部材を一部切截して示す斜視図である。
図１６は、図１５の電子機器ユニットの側面図である。
図１７は本発明の第３実施例の電子機器ユニットをそのカバー部材を一部切截して示す斜視図である。
図１８Ａ、図１８Ｂ、図１８Ｃ、図１８Ｄは、図１３の電子機器ユニットの正面図、側面図、空気の送り込み側から見た図、図１８Ａ中、Ｄ−Ｄ線に沿う断面図である。
図１９は本発明の第７実施例の電子機器ユニットを天板部材の一部を切截して示す斜視図である。
図２０は図１９に示す電子機器ユニットを天板部材を取り外した状態で示す斜視図である。
図２１は本発明の第８実施例の電子機器ユニットをカバー部材を取り外した状態で示す斜視図である。
図２２は、図２１中、ＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線に沿う断面図である。
本発明は、電子機器ユニットに係り、特に、モータファンユニットからの空気流によって、回路基板上に実装されている複数のＣＰＵを強制空冷させる構成の電子機器ユニットに関する。
通信システムを構成するサーバは、電子機器ユニットが複数実装されている構造である。各電子機器ユニットは、回路基板の上に複数のＣＰＵがヒートシンクと共に実装してあり、モータファンユニットによって発生された空気流がヒートシンクから熱を奪うことによってＣＰＵを強制空冷させる構成である。
近年、サーバの性能を向上させる要求が顕著である。サーバの性能を向上させるには、ＣＰＵの性能を向上させることが必要である。ＣＰＵの性能を向上させると、ＣＰＵが発生する熱量が増えるため、ＣＰＵの強制空冷をより効率良く行うことが必要となってくる。
背景技術
図１、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、従来の電子機器ユニット１を示す。電子機器ユニット１は、上面にＣＰＵ等が実装してある長方形状の回路基板２と、天板部１３ａと両側の側板部１３ｂ，１３ｃとよりなり、回路基板２の上面側にトンネル１２を形成するカバー部材１３と、トンネル１２内に空気を送り込むモータファンユニット１４−１、１４−２と、トンネル１２内の空気を排出するモータファンユニット１５−１、１５−２とを有する。空気は、空気流路としてのトンネル１２内をＸ１側からＸ２側へ矢印１６で示すように流れ、ＣＰＵ等を強制空冷する。空気の流れについてみると、Ｙ２方向が上流側であり、Ｙ１方向が下流側である。Ｙ１−Ｙ２は回路基板２及び電子機器ユニット１の長手方向であり、Ｘ１−Ｘ２は回路基板２及び電子機器ユニット１の幅方向である。
回路基板２の上面には、６つのＣＰＵ２０−１〜２０−６と、１つシステム制御素子２１と、２つのメモリ制御素子２２−１、２２−２と、１つのクロック制御素子２３と、複数のメモリカード２４等が実装してある。メモリカード２４は立てて並んでおり、２つのメモリカード群２５−１、２５−２を構成している。回路基板２の一の辺に沿って、複数のコネクタ２６が実装してある。ＣＰＵ２０−１〜２０−６の上面にはヒートシンク３０−１〜３０−６が搭載してある。同じく、システム制御素子２１の上面にはヒートシンク３１が、メモリ制御素子２２−１、２２−２の上面にはヒートシンク３２−１、３２−２が、クロック制御素子２３の上面にはヒートシンク３３が搭載してある。
上記の電子機器ユニット１は、コネクタ２６によって図示しないバックパネルボード等を介して他の電気機器ユニットと電気的に接続されて、電子計算機本体を構成する。
回路基板２に実装してある素子の中で、動作時の発熱量が多いのはＣＰＵ２０−１〜２０−６であり、強制空冷すべき対象は、ＣＰＵ２０−１〜２０−６である。
ＣＰＵ２０−１〜２０−６、システム制御素子２１、メモリ制御素子２２−１、２２−２、クロック制御素子２３、メモリカード群２５−１、２５−２は、回路基板１１上に一様に分散してある。Ｙ１−Ｙ２方向が列であり、Ｘ１−Ｘ２方向が行である。ＣＰＵ２０−１〜２０−６は、２列３行に並んでいる。
図３Ａは、図２Ａ中、ＩＩＩＡ−ＩＩＩＡに沿う断面、即ち、上流側のＣＰＵ２０−１、２０−２の箇所での空気の流れに直交する断面である。図３Ｂは、図２Ａ中、ＩＩＩＢ−ＩＩＩＢに沿う断面、即ち、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の箇所での空気の流れに直交する断面である。ハッチングで示す部分はヒートシンク３０−１、３０−２、３０−５、３０−６がトンネル１２を塞いでいる部分であり、面積Ｓ３０−１、Ｓ３０−２、Ｓ３０−５、Ｓ３０−６を有する。各面積Ｓ３０−１、Ｓ３０−２、Ｓ３０−５、Ｓ３０−６は等しい。Ｓ１２はトンネル１２の断面積である。Ｓ４０は、カバー部材１３とヒートシンク３０−１、３０−２との間の空隙４０の面積であり、Ｓ１２−（Ｓ３０−１＋Ｓ３０−２）である。Ｓ４１は、カバー部材１３とヒートシンク３０−５、３０−６との間の空隙４１の面積であり、Ｓ１２−（Ｓ３０−５＋Ｓ３０−６）である。
ここで、トンネル１２の断面積Ｓ１２に対する上記空隙４０（４１）の面積Ｓ４０（Ｓ４１）の割合Ｓ４０／Ｓ１２又はＳ４１／Ｓ１２を、空気流路断面空隙率Ｕと定義する。
図３Ａ及び図３Ｂより分かるように、下流側の空気流路断面空隙率Ｕ２（Ｓ４１／Ｓ１２）は、上流側の空気流路断面空隙率Ｕ１（Ｓ４０／Ｓ１２）と同じである。即ち、ＵＴ／Ｕ２＝１である。中流部分の空気流路断面空隙率も、上記の上流側の空気流路断面空隙率と同じである。
また、図２Ｂに示すように、空気の流れの方向上、上流側のＣＰＵ２０−１、２０−２と中流のＣＰＵ２０−３、２０−４との間の距離と、中流のＣＰＵ２０−３、２０−４と下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６との間の距離とは、等しく、ａである。距離ａは、約１５ｍｍである。
次に、ＣＰＵ２０−１〜２０−６の強制空冷について説明する。
空気流路断面空隙率が、上流側、中流部分、及び下流側について同じであるため、トンネル１２内の空気の流れは、略一様である。
図４は、試験の結果を示す。試験の条件は、各ＣＰＵ２０−１〜２０−６の発熱量が１００Ｗ、吸気空気の温度が２５℃、トンネル１２内への流入する風速が２ｍ／Ｓである。図４中、縦軸は、モータファンユニット１４−１、１４−２からのＹ１方向の距離である。横軸は温度である。空気は、ヒートシンク３０−１等から熱を奪いつつ流れる。即ち、空気は、ヒートシンク３０−１等によって加熱されて温度を上昇されつつ流れる。空気の冷却能力は、下流に行くにつれて徐々に低下する。
図４中の線Ｉ、及び図２Ｂに示すように、空気は、上流側のヒートシンク３０−１、３０−２を通過すると、温度が４０℃に上がり、中流部分のヒートシンク３０−３、３０−４を通過して下流側のヒートシンク３０−５、３０−６に流れ込む前の段階では、５５℃にまで上昇している。下流側のヒートシンク３０−５、３０−６を通過すると７０℃にまで上昇する。
よって、図４中、点Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３で示すように、上流側のＣＰＵ２０−１、２０−２の温度は５０℃、中流部分のＣＰＵ２０−３、２０−４の温度は７０℃にとどまるけれども、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の温度は９０℃となってしまっており、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の冷却が不十分となる虞れがあった。
なお、サーバの性能の向上に伴って将来的に各ＣＰＵ２０−１〜２０−６の発熱量が更に増すことが予想される。この場合には、温度の上昇の程度は、上流側のＣＰＵ２０−１、２０−２及び中流部分のＣＰＵ２０−３、２０−４に比べて、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６が大きくなり、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の冷却が益々深刻な問題となってくる。
また、下流側のヒートシンク３０−５、３０−６の上流側の空間部５０の広さは、中流部分のヒートシンク３０−３、３０−４の上流側の空間部５１と同じであり、距離ａが約１５ｍｍと狭い。よって、空間５０内にＹ１、Ｙ２側から流れ込む空気の量は多くはない。このことも、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の冷却が効率良く行うことが困難である原因となっている。
発明の開示
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、下流側のＣＰＵの冷却の促進が図れるようにした電子機器ユニットを提供することを総括的な目的とする。
この目的を達成するために、本発明は、部品が実装される回路基板と、ヒートシンクが搭載された状態で、該回路基板上に分散して実装してある複数の発熱する半導体部品と、上記ヒートシンクを覆うように設けてあり、上記回路基板上に冷媒が流れるトンネルを形成するカバー部材とよりなり、該トンネルを通り抜けるように強制的に冷媒を流すことにより、上記ヒートシンクを介して、上記半導体部品を冷却する電子機器ユニットにおいて、冷媒の流れに直交するトンネルの断面において、トンネルの断面積に対する該トンネルの断面積から空気の流れをさえぎる部材が占める面積を差し引いた空隙の面積の比が、冷媒の流れの下流側が冷媒の流れの上流側に比べて小さいように、半導体部品を配置した構成とした。即ち、本発明は、仕切り部材等を使用しないで、部品の配置によって空気流の下流側に配置された半導体部品の効率的な冷却を実現する構成である。
半導体部品を上記のように配置すると、冷媒が上流側を流れている間に暖められる程度が低下し、下流側の半導体部品の直前の位置における冷媒の温度は、従来の場合に比べて低い温度となり、下流側の半導体部品の冷却が促進される。換言すれば、上流側の半導体部品については、冷却を少し犠牲にして、このことによって余裕のでた冷媒の冷却能力を、冷却が不十分となり易い下流側の半導体部品の冷却に利用するようにして、下流側の半導体部品の冷却を促進させている。
上記目的を達成するために、本発明は、更に、半導体部品を、冷媒の流れの上流側については、半導体部品が配置されている半導体部品配置領域の外側に、半導体部品が冷媒の流れの方向上存在しない部分であって、ヒートシンクに接触せずに冷媒が流れる新鮮冷媒供給流路を形成するように配置してある構成とした。
新鮮冷媒供給流路を通り抜けた冷媒には、温度の上昇がなく、よって、新鮮冷媒を効率的に下流側の半導体部品まで送り込むことが出来る。これによって、下流側の半導体部品の冷却を促進させることが出来る。
上記目的を達成するために、本発明は、更に、半導体部品を、冷媒の流れの下流側に配置された半導体部品とこの半導体部品に対して直ぐの上流側に配置された半導体部品との間に、冷媒を溜める広い空間部が形成されるように配置した構成とする。
空間部において、上流側を流れてきて、これから下流側に配置された半導体部品上のヒートシンクに接触しつつ流れてヒートシンクから熱を奪おうとする冷媒が混ざり合い、温度が均一とされる。よって、下流側の半導体部品の冷却が均一に行われる。
発明を実施するための最良の形態
本発明の好適な実施の形態について、図を参照して、以下説明する。
以下の各実施例の電子機器ユニットの基本的構造は前記した従来の電子機器ユニットと同様である。よって、各実施例を示す各図中、図１及び図２Ａ乃至２Ｂに示す構成部分と同じ構成部分には同一の参照符号を付し、対応する構成部分には添え字を付した同一の参照符号を付す。
（第１実施例）
図５、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、本発明の第１実施例になる電子機器ユニット１０を示す。電子機器ユニット１０は、上面にＣＰＵ等が実装してある長方形状の回路基板１１と、天板部１３ａとこの両側の側板部１３ｂ，１３ｃとよりなり、回路基板１１の上面側にトンネル１２を形成するカバー部材１３と、トンネル１２内に空気を送り込むモータファンユニット１４−１、１４−２と、トンネル１２内の空気を排出するモータファンユニット１５−１、１５−２とを有する。空気は、トンネル１２内をＹ２側からＹ１側へ矢印１６で示すように流れ、ＣＰＵ等を強制空冷する。空気の流れについてみると、Ｙ２方向が上流側であり、Ｙ１方向が下流側である。Ｙ１−Ｙ２は回路基板１１及び電子機器ユニット１０の長手方向であり、Ｘ１−Ｘ２は回路基板１１及び電子機器ユニット１０の幅方向である。
回路基板１１の上面には、６つのＣＰＵ２０−１〜２０−６と、１つシステム制御素子２１と、２つのメモリ制御素子２２−１、２２−２と、１つのクロック制御素子２３と、複数のメモリカード２４等が実装してある。メモリカード２４は立てて並んでおり、２つのメモリカード群２５−１、２５−２を構成している。回路基板１１の一の辺に沿って、複数のコネクタ２６が実装してある。ＣＰＵ２０−１〜２０−６の上面にはヒートシンク３０−１〜３０−６が搭載してある。同じく、システム制御素子２１の上面にはヒートシンク３１が、メモリ制御素子２２−１、２２−２の上面にはヒートシンク３２−１、３２−２が、クロック制御素子２３の上面にはヒートシンク３３が搭載してある。ヒートシンク３０−１〜３０−６、３１、３２−１、３２−２、３３は、放熱の他に、空気の流れに対しては、空気の流れをさえぎる部材として機能する。
ここで、ＣＰＵ２０−１〜２０−６、システム制御素子２１、メモリ制御素子２２−１、２２−２、クロック制御素子２３、メモリカード群２５−１、２５−２の回路基板１１上の配置について説明する。
ＣＰＵ２０−１〜２０−６は、Ｙ１−Ｙ２方向上二列に並んでおり、上流側のＣＰＵ２０−１、２０−２と、中流のＣＰＵ２０−３、２０−４と、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６とよりなる。上流側のＣＰＵ２０−１、２０−２と中流のＣＰＵ２０−３、２０−４と間の距離はｂであり、中流のＣＰＵ２０−３、２０−４と下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６との間の距離はｃである。距離ｃは、約２５ｍｍと長い。図１の電子機器ユニット１と対比してみると、中流のＣＰＵ２０−３、２０−４がＹ２方向にシフトしており、ｃ＞ｂであり、且つ、ｃ＞ａ，ｂ＜ａの関係にある。よって、ヒートシンク３０−３、３０−４とヒートシンク３０−５、３０−６との間の空間部６０は、ヒートシンク３０−１、３０−２とヒートシンク３０−３、３０−４との間の空間部６１より約３倍と広く、且つ、図１の電子機器ユニット１の対応する空間部５０より広い。
システム制御素子２１は、図１の電子機器ユニット１と同じく、空間６１の中央に配置してある。クロック制御素子２３は、図１の電子機器ユニット１と略同じく、空間６０内であって、ヒートシンク３０−３、３０−４に近い位置に配置してある。メモリカード群２５−１、２５−２は、図１の電子機器ユニット１と同じく、ヒートシンク３０−３、３０−４より外側の位置であって、回路基板１１のＹ１方向端の近くに配置してある。
メモリ制御素子２２−１、２２−２は、図１の電子機器ユニット１における配置とは異なり、ヒートシンク３０−３、３０−４より外側の位置に配置してある。
図７Ａは、図６Ａ中、ＶＩＩＡ−ＶＩＩＡに沿う断面、即ち、上流側のＣＰＵ２０−１、２０−２の箇所での空気の流れに直交する断面である。図７Ｂは、図６Ａ中、ＶＩＩＢ−ＶＩＩＢに沿う断面、即ち、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の箇所での空気の流れに直交する断面である。ハッチングで示す部分はヒートシンク３０−１、３０−２、３０−５、３０−６、３２−１、３２−２がトンネル１２を塞いでいる部分であり、面積Ｓ３０−１、Ｓ３０−２、Ｓ３０−５、Ｓ３０−６、Ｓ３２−１、Ｓ３２−２を有する。Ｓ１２はトンネル１２の断面積である。Ｓ７０は、カバー部材１３とヒートシンク３０−１、３０−２との間の空隙７０の面積であり、Ｓ１２−（Ｓ３０−１＋Ｓ３０−２）である。面積Ｓ７０は、図１の電子機器ユニット１における対応する面積Ｓ４０と同じである。Ｓ７１は、カバー部材１３とヒートシンク３０−５、３０−６、３２−１、３２−２との間の空隙７１の面積であり、Ｓ１２−（Ｓ３０−５＋Ｓ３０−６＋Ｓ３２−１＋Ｓ３２−２）である。
図７Ａ及び図７Ｂより分かるように、下流側の空気流路断面空隙率Ｕ２（Ｓ７１／Ｓ１２）は、上流側の空気流路断面空隙率Ｕ１（Ｓ７０／Ｓ１２）より小さい。即ち、Ｕ１／Ｕ２≧１．２である。
また、図６Ａ及び図６Ｂを参照するに、８０は、下流側における実装密度が大きくて空気の流路抵抗が大きい領域であり、回路基板１１の全幅に亘っている。８１は、上流側及び中流における実装密度が大きくて空気の流路抵抗が大きい領域であり、回路基板１１の幅方向上、両側の部分を除いた部分である。上流側及び中流の部分には、ヒートシンクが存在せず、よって、回路基板１１の幅方向上両側の部分に、空気の流路抵抗が小さい領域８２、８３を有する。この領域８２、８３は、新鮮空気が流れる流路８５，８６を形成する。
上記の電子機器ユニット１０は、コネクタ２６によって図示しないバックパネルボード等を介して他の電気機器ユニットと電気的に接続されて、電子計算機本体を構成する。
次に、ＣＰＵ２０−１〜２０−６の強制空冷について説明する。
モータファンユニット１４−１、１４−２によってトンネル１２内に送り込まれた空気は、ヒートシンク３０−１等から熱を奪いつつトンネル１２内を以下のように流れる。ここで、モータファンユニット１４−１、１４−２によってトンネル１２内に送り込まれた空気のうち発熱部品などに衝突して急激に温度上昇した空気以外の空気を、新鮮空気という。
第１には、上流側の空気流路断面空隙率Ｕ１が下流側の空気流路断面空隙率Ｕ２より大きいため、上流側を、ヒートシンク３０−１、３０−２、３０−３、３０−４に接触しないで流れてヒートシンク３０−５、３０−６の手前の位置まで到る新鮮空気が従来の場合に比べて、より多く存在する。
第２には、上流側には、空気の流路抵抗が小さい領域８２、８３を有するため、上流側では、ヒートシンク３０−１、３０−２に接触して流れる空気流９０及びヒートシンク３０−１、３０−２に接触して流れる空気流９１の他に、領域８２、８３（流路８５，８６）をヒートシンクに接触せずに流れる空気流９２、９３が存在する。
この流路８５，８６を流れる空気は、ヒートシンクに接触せずに流れるため、温度の上昇を伴わずに流れ、流路８５，８６から出るまで新鮮空気の状態を保つ。
第３には、下流側における実装密度が大きくて空気の流路抵抗が大きい領域８０が回路基板１１の全幅に亘っているため、流路８５，８６を温度の上昇を伴わずに流れてきた新鮮空気は、符号９４，９５で示すように、中央側に方向を変えて空間６０内に効率良く送り込まれる。
第４には、空間部６０が上流側の空間部６１に比べて約３倍と広いため、空間部６０内に送り込まれる新鮮空気の量も多くなる。
よって、空間部６０内に溜まった空気の温度は低くなる。
第５には、空間部６０内に溜まった温度の低い空気がヒートシンク３０−５、３０−６に触れつつながれ、ヒートシンク３０−５、３０−６の熱を効率良く奪う。
上記の第１〜５をまとめると、以下のようになる。モータファンユニット１４−１、１４−２によってトンネル１２内に送り込まれた新鮮空気の一部が、新鮮空気のまま、冷却が深刻な問題となる下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６に送り込まれる。即ち、温度的に十分に余裕を残している中流部分のＣＰＵ２０−３、２０−４の冷却を少し犠牲にして、モータファンユニット１４−１、１４−２によってトンネル１２内に送り込まれた限られた量の空気が、熱的に厳しくなる下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の冷却に有効に役立てられ、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の強制空冷が促進される。
図８は、試験の結果を示す。試験の条件は、従来例の場合と同じく、各ＣＰＵ２０−１〜２０−６の発熱量が１００Ｗ、吸気空気温度が２５℃、流入風速が２ｍ／Ｓである。図８中、縦軸は、モータファンユニット１４−１、１４−２からのＹ１方向の距離である。横軸は温度である。空気は、ヒートシンク３０−１等から熱を奪いつつ流れる。即ち、空気は、ヒートシンク３０−１等によって加熱されて温度を上昇されつつ流れる。
図８中の線ＩＩ、及び図６Ｂに示すように、空気は、上流側のヒートシンク３０−１、３０−２を通過すると、温度が４５℃に上がり、中流部分のヒートシンク３０−３、３０−４を通過すると、温度が６０℃に上がる。空間６０内には、ヒートシンク３０−３、３０−４を通過してきた空気流９１の温度が６０℃にまで上がっている空気の他に、領域８２、８３（流路８５，８６）を通ってきた空気流９２、９３の温度が２５℃の新鮮空気が送り込まれる。よって、空間６０内の空気の温度は、符号ＩＩａで示すように、ヒートシンク３０−３、３０−４を通過したときの空気の温度より少し低下して、５０℃となる。即ち、下流側のヒートシンク３０−５、３０−６に流れ込む前の段階では、空気の温度は、従来の場合に比べて、約５℃も低い、５０℃となる。
この温度が５０℃の空気が、下流側のヒートシンク３０−５、３０−６を通過し、ヒートシンク３０−５、３０−６から熱を奪い、６０℃にまで上昇する。
よって、図８中、上流側のＣＰＵ２０−１、２０−２の温度は、点Ｏ１１で示すように、従来と同じく５０℃である。中流部分のＣＰＵ２０−３、２０−４の温度は、点Ｏ１２で示すように、従来の場合の温度より５℃高い７５℃となっている。しかし、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の温度は、点Ｏ１３で示すように、従来の場合の温度より１５℃も低い７５℃に留まっている。
よって、本実施例によれば、温度的に十分に余裕を残している中流部分のＣＰＵ２０−３、２０−４の冷却を少し犠牲にして、熱的に厳しくなる下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６については従来に比べて良好に冷却されて、冷却が促進される。
（第２実施例）
図９、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃは、本発明の第２実施例になる電子機器ユニット１０Ａを示す。電子機器ユニット１０Ａは、図５、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃに示す電子機器ユニット１０に、以下の構成が追加されている構成である。追加されている構成は、新鮮空気を下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の冷却に有効に役立てるためのものである。
第１には、仕切り板１００、１０１が設けてある。この仕切り板１００、１０１は、流路８５，８６とヒートシンク３０−１〜３０−４との間を仕切っている。
この仕切り板１００、１０１を設けることによって、新鮮空気が流路８５，８６をＹ１方向に流れている間に、新鮮空気がヒートシンク３０−１〜３０−４が配置されている領域に漏れることが制限される。よって、新鮮空気は、流路８５，８６をＹ１方向に流れている途中で無駄となることなく、空間６０内に送り込まれる。
第２には、ガイド部材１０２，１０３が設けてある。このガイド部材１０２，１０３は、三角柱部材若しくは板状の部材であり、上記空間６０のうち、Ｙ１方向側で、且つ、Ｘ１、Ｘ２方向側の位置、即ち、流路８５，８６の出口に対向する箇所に設けてある。ガイド部材１０２は、空気流９２を符号９４Ａで示すように円滑に空間部６０の中央側に案内する。ガイド部材１０３は、空気流９３を符号９５Ａで示すように円滑に空間部６０の中央側に案内する。
よって、流路８５，８６内を流れてきた新鮮空気は、空間部６０内に効率良く送り込まれ、空間部６０内に溜まった空気が効率良く攪拌され、空間部６０内の空気の温度が低くなる。
第３には、絞り板部材１０５が設けてある。この絞り板部材１０５は、カバー部材１３の天板部１３ａの裏面のうち、下流側のヒートシンク３０−５、３０−６に対向する場所に設けてある。この絞り板部材１０５を設けたことによって、ヒートシンク３０−５、３０−６の箇所では、トンネル１２が絞られてその断面積が狭くなっている。
よって、ヒートシンク３０−５、３０−６の箇所では、空気の流速ｖが、絞り板部材１０５を設けない場合に比べて速くなって、ヒートシンク３０−５、３０−６から熱が効率的に奪われるようになる。
上記の第１、第２、第３の構成によって、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の冷却が促進される。
（第３実施例）
図１１、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃは、本発明の第３実施例になる電子機器ユニット１０Ｂを示す。電子機器ユニット１０Ｂは、図５、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃに示す電子機器ユニット１０に、基板の真上から見てＵ字形状の仕切り部材１１０及びガイド部材１０２，１０３が追加して設けてある構造である。
Ｕ字形状仕切り部材１１０は、カバー部材１３の天板部１３ａの裏面に固定されて、カバー部材１３の天板部１３ａとヒートシンク３０−１〜３０−６との間の狭い空間に設けてあり、上流側のヒートシンク３０−１、３０−２の上面をＸ１−Ｘ２方向に横切る上流側仕切り板部１１０ａと、上流側仕切り板部１１０ａの両端よりＹ１方向（空気の流れの方向）にカバー部材１３のＹ１方向の端まで延在する側面側仕切り板部１１０ｂ，１１０ｃとよりなり、Ｕ字形状を有している。仕切り部材１１０のＹ１方向端は、開口１１１となっている。
Ｕ字形状仕切り部材１１０に囲まれて画成された扁平な空間１１２は、上流側のヒートシンク３０−１、３０−２の上面、中流部のヒートシンク３０−３、３０−４の上面、下流側のヒートシンク３０−５、３０−６の上面に対向する。
上記の電子機器ユニット１０Ｂが稼動され、モータファンユニット１４−１、１４−２、１５−１、１５−２によって空気がトンネル１２をＹ１方向に流れている状態において、上記の空間１１２には空気が送り込まれず、空間１１２の圧力はトンネル１２内の他の部分の圧力より少し低くなり、且つ、空間１１２内の空気の流速もトンネル１２内の他の部分の空気の流速よりも遅くなる。このため、上流側のヒートシンク３０−１、３０−２及び中流部のヒートシンク３０−３、３０−４内を熱を奪いつつ流れており温度が上昇している空気の一部が、図１２Ｂ中、符号１１３、１１４で示すように空間１１２側に引き寄せられ、以後は、符号１１５で示すように空間１１２内をＹ１方向に流れる。
よって、中流部のヒートシンク３０−３、３０−４を通り抜けて、空間部６０内に流れ出す空気の量が減り、よって、空間部６０内の圧力が下がる。よって、流路８５，８６を通って空間部６０内に流れ込む新鮮空気の量が増え、空間部６０内に一時的に溜められた空気の温度が、図５に示す電子機器ユニット１０の場合に比べて、低くなる。よって、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の冷却が促進される。
上記のＵ字形状仕切り部材１１０は、上流側のヒートシンク３０−１、３０−２及び中流部のヒートシンク３０−３、３０−４からの排出された熱が、下流側のヒートシンク３０−５、３０−６に影響を及ぼす度合いを減少させる機能を有する。
また、カバー部材１３及びＵ字形状仕切り部材１１０の寸法を適宜定めることによって、図１２Ｂ中、寸法Ｈ１の寸法Ｈ２に対する比が変化し、これによって、空間１１２の圧力のトンネル１２内の他の部分の圧力に対する低下の程度を適宜定めることが出来る。よって、ＣＰＵ２０−１〜２０−６の発熱量に応じて、カバー部材１３及びＵ字形状仕切り部材１１０の寸法を適宜定めることによって、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６を最適に冷却することが可能である。
（第４実施例）
図１３、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃは、本発明の第４実施例になる電子機器ユニット１０Ｃを示す。電子機器ユニット１０Ｃは、図１３に示す電子機器ユニット１０Ｂにおいて、Ｕ字形状の仕切り部材１１０に代えて、Ｕ字形状の仕切り部材１１０Ｃを設け、且つ、流路８５，８６内にモータファンユニット１２０，１２１及びガイド部材１２２，１２３が追加して設けてある構造である。
Ｕ字形状仕切り部材１１０Ｃは、図１３に示すＵ字形状仕切り部材１１０に、仕切り天板部１１０ｄ，１１０ｅが追加された構成である。仕切り天板部１１０ｄ，１１０ｅは側面側仕切り板部１１０ｂ，１１０ｃ間に延在しており、ヒートシンク３０−１等の頂上部と同じ高さに位置しており、夫々、空間部６１、６０の上側を塞いでいる。
仕切り天板部１１０ｅは、流路８５，８６を通って空間部６０内に流れ込んだ新鮮空気が、圧力が低い上方の空間１１２内に逃げることを制限する。よって、空間部６０内に流れ込んだ新鮮空気は、下流側のヒートシンク３０−５、３０−６内に入り込むようになり、ＣＰＵ２０−５、２０−６は良好に冷却される。
同じく、仕切り天板部１１０ｄは、流路８５，８６を通って空間部６１内に流れ込んだ新鮮空気が、上方の空間１１２内に逃げることを制限して、中流部のヒートシンク３０−３、３０−４内に入り込ませるように機能する。
また、モータファンユニット１２０，１２１が動作することによって、流路８５，８６を流れる新鮮空気の量が多くなり、空間部６０内に流れ込む新鮮空気の量が多くなる。これによっても、ＣＰＵ２０−５、２０−６は良好に冷却される。
また、モータファンユニット１２０，１２１より送り出された新鮮空気の一部は、ガイド部材１２２，１２３によって案内されて空間部６１内に送り込まれる。よって、空間部６１内に流れ込む新鮮空気の量が多くなり、これによって、ＣＰＵ２０−３、２０−４が良好に冷却される。
（第５実施例）
図１５、図１６は、本発明の第５実施例になる電子機器ユニット１０Ｄを示す。電子機器ユニット１０Ｄは、カバー部材１３Ｄを有する。
カバー部材１３Ｄは、階段状の天板部１３Ｄａを有する。階段状の天板部１３Ｄａは、図１１中のＵ字形状仕切り部材１１０と同様の機能を有するものであり、上流側部分１３Ｄａ０に対してヒートシンク３０−１等より離れる方向であるＺ１の方向に段となっている第１の段部１３Ｄａ１と、第１の段部１３Ｄａ１に対してＺ１の方向に段となっている第２の段部１３Ｄａ２とを有する。第１の段部１３Ｄａ１は、上流側のヒートシンク３０−１、３０−２と中流部のヒートシンク３０−３、３０−４とに対向しており、第２の段部１３Ｄａ２は中流部のヒートシンク３０−３、３０−４と下流側のヒートシンク３０−５、３０−６とに対向している。
上流側部分１３Ｄａ０と上流側のヒートシンク３０−１、３０−２との間には、厚さ寸法がｅ０である扁平な空間１３０−０が存在している。第１の段部１３Ｄａ１とヒートシンク３０−１〜３０−４との間には、厚さ寸法がｅ０より大きいｅ１である扁平な空間１３０−１が存在している。第２の段部１３Ｄａ２とヒートシンク３０−３〜３０−６との間には、厚さ寸法がｅ１より大きいｅ２である扁平な空間１３０−２が存在している。
上記の電子機器ユニット１０Ｄがサーバに実装されて、稼動され、モータファンユニット１４−１、１４−２、１５−１、１５−２によって空気がトンネル１２をＹ１方向に流れている状態において、上記の扁平な空間１３０−１、１３０−２には空気が送り込まれにくく、空間１３０−１、１３０−２の圧力はトンネル１２内の他の部分の圧力より少し低くなり、且つ、空間１３０−１、１３０−２内の空気の流速もトンネル１２内の他の部分の空気の流速よりも遅くなる。このため、上流側のヒートシンク３０−１、３０−２及び中流部のヒートシンク３０−３、３０−４内を熱を奪いつつ流れており温度が上昇している空気の一部が、符号１３１、１３２で示すように空間１３０−１、１３０−２側に引き寄せられ、以後は、符号１３３で示すように空間１３０−１、１３０−２内をＹ１方向に流れる。
よって、中流部のヒートシンク３０−３、３０−４を通り抜けて、空間部６０内に流れ出す空気の量が減り、よって、空間部６０内の圧力が下がる。よって、流路８５，８６を通って空間部６０内に流れ込む新鮮空気の量が増え、空間部６０内に一時的に溜められた空気の温度が、図５に示す電子機器ユニット１０の場合に比べて、低くなる。よって、下流側のＣＰＵ２０−５、２０−６の冷却が促進される。
上記の第１の段部１３Ｄａ１及び第２の段部１３Ｄａ２は、上流側のヒートシンク３０−１、３０−２及び中流部のヒートシンク３０−３、３０−４からの排出された熱が、下流側のヒートシンク３０−５、３０−６に影響を及ぼす度合いを減少させる機能を有する。電子機器ユニット１０Ｄは、図１１に示す電子機器ユニット１０Ｂとは相違して、Ｕ字形状仕切り部材１１０等の特別の部材を有しない。
（第６実施例）
図１７、図１８Ａ乃至図１８Ｄは、本発明の第６実施例になる電子機器ユニット１０Ｅを示す。図１８Ｄは、図１８Ａ中、Ｄ−Ｄ線に沿う断面図である。回路基板１１上に８つのＣＰＵ２０−１１〜２０−１８がＹ１−Ｙ２方向に二列に並んでいる。８つのＣＰＵ２０−１１〜２０−１８は、上流側のＣＰＵ２０−１１、２０−１２と、中流のＣＰＵ２０−１３、２０−１４と、同じく中流のＣＰＵ２０−１５、２０−１６と、下流側のＣＰＵ２０−１７、２０−１８とよりなる。各ＣＰＵ２０−１１〜２０−１８上にはヒートシンク３０−１１〜３０−１８が搭載してある。
ヒートシンク３０−１１〜３０−１８は、Ｙ１−Ｙ２方向に二列に並んでおり、且つ、Ｘ１−Ｘ２方向上、４列に並んでいる。
先ず、Ｙ１−Ｙ２方向の配列についてみる。上流側のヒートシンク３０−１１、３０−１２と次のヒートシンク３０−１３、３０−１４との間には空間部１４０が、ヒートシンク３０−１３、３０−１４と次のヒートシンク３０−１５、３０−１６との間には空間部１４１が、ヒートシンク３０−１５、３０−１６と下流側のヒートシンク３０−１７、３０−１８との間には空間部１４２が存在している。空間部１４０、１４１、１４２は、Ｙ１−Ｙ２方向の寸法がｆ１、ｆ２、ｆ３である。寸法ｆ１、ｆ２、ｆ３は、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３の関係にある。即ち、空間部１４０、１４１、１４２は、下流側にいく程、広くなっている。寸法ｆ２は寸法ｆ１の約二倍であり、寸法ｆ３は寸法ｆ２の約二倍である。
よって、前記の両側の流路８５，８６を流れる新鮮空気が空間部１４０、１４１、１４２内に流れ込む空気の量は、下流側にいく程多くなり、よって、従来に比較して、下流側のＣＰＵ２０−１１〜２０−１４ほど効率良く冷却される。
次に、Ｘ１−Ｘ２方向の配列についてみる。上流側の２つのヒートシンク３０−１１、３０−１２は、中心線１４５の近くに近接して配置してある。中流のヒートシンク３０−１３、３０−１４は、夫々ヒートシンク３０−１１、３０−１２に対して外側に寸法ｇ１オフセットして配置してある。次の中流のヒートシンク３０−１５、３０−１６は、夫々ヒートシンク３０−１３、３０−１４に対して外側に寸法ｇ２オフセットして配置してある。下流側の２つのヒートシンク３０−１７、３０−１８は、ヒートシンク３０−１５、３０−１６に対して外側に寸法ｇ３オフセットして配置してある。
このため、前記の両側の流路８５，８６を流れる新鮮空気が各ヒートシンク３０−１３〜３０−１８の一部に直接に当り、ＣＰＵ２０−１３〜２０−１８の冷却が促進される。
また、上記のオフセット寸法ｇ１、ｇ２、ｇ３は、ｇ１＜ｇ２＜ｇ３の関係にある。即ち、オフセット寸法は、下流側にいく程、大きくなっている。寸法ｇ２は寸法ｇ１の約二倍であり、寸法ｇ３は寸法ｇ２の約二倍である。
よって、流路８５，８６を流れる新鮮空気が各ヒートシンク３０−１３〜３０−１８に直接に当たる量は、下流側にいく程多くなる。このため、従来に比較して、下流側のＣＰＵほど効率良く冷却される。特に、下流側のヒートシンク３０−１７、３０−１８は流路８５，８６の出口に略対向する状態となり、下流側のヒートシンク３０−１７、３０−１８に対しては、流路８５，８６を流れる新鮮空気の殆どが直接に当って、新鮮空気が符号１５０で示すようにヒートシンク３０−１７、３０−１８を通過する。よって、下流側のＣＰＵ２０−１７、２０−１８は特に冷却が促進される。
また、図１７及び図１８Ｄに示すように、カバー部材１３Ｅの天板部１３Ｅａには、下流側のヒートシンク３０−１７、３０−１８の間に入り込んでいる絞り部１３Ｅａ１が形成してある。よって、空気が下流側のヒートシンク３０−１７、３０−１８の間の部分を通りにくくなっている。その分、ヒートシンク３０−１７、３０−１８を通過する空気の量が多くなっており、下流側のＣＰＵ２０−１７、２０−１８は更に冷却が促進される。
（第７実施例）
図１９及び図２０は、本発明の第７実施例になる電子機器ユニット１０Ｆを示す。図２０は、図１９中の天板部材を取り外した状態で示す。
電子機器ユニット１０Ｆは、上記の本発明の第６実施例になる電子機器ユニット１０Ｅをベースに設計してなる実際の製品である。
図１９及び図２０中、図１７に示す構成部分と対応するし部分には、同じ符号を付す。上流側の２つのヒートシンク３０−１１、３０−１２は、中心線１４５の近くに近接して配置してあり、下流側の２つのヒートシンク３０−１７、３０−１８は、ヒートシンク３０−１１、３０−１２に対してＸ１−Ｘ２方向上最大限にオフセットして配置してある。１６０はモジュールであり、上流側のヒートシンク３０−１１、３０−１２の外側の位置に配してある。１６１はメモリーカードであり、ヒートシンク３０−１１、３０−１２の直ぐ下流側の位置に配してある。１６２は制御素子冷却用ヒートシンクであり、メモリーカード１６１のＸ１−Ｘ２方向上両側の位置に配してある。１６３はシステム制御素子冷却用ヒートシンクであり、制御素子冷却用ヒートシンク１６０の直ぐ下流側の位置に配してある。システム制御素子冷却用ヒートシンク１６３は、制御素子冷却用ヒートシンク１６０より、背が高い。１６４は受動部品である。
図１７中のカバー部材１３Ｅは、両側の側壁仕切り板１７１、１７２と、両側の側壁仕切り板１７１、１７２の間にＸ１−Ｘ２方向に延在している機構部品１７３，１７４と、両側の側壁仕切り板１７１、１７２の間を覆っている天板部材１７５と、この天板部材１７５の裏面に固定してあり、前記の絞り部１３Ｅａ１に対応する絞り板部材１７６とよりなる構成である。
上流側のヒートシンク３０−１１、３０−１２の外側に入った空気は、Ｙ１方向に流れて、下流側のヒートシンク３０−１７、３０−１８に当り、ヒートシンク３０−１７、３０−１８の熱を効率的に奪い、よって、下側のＣＰＵの強制空冷は促進される。
（第８実施例）
図２１及び図２２は、本発明の第８実施例になる電子機器ユニット１０Ｇを、トンネルを形成するカバー部材を省略して示す。図２２は、図２１中、ＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線に沿う断面図である。
電子機器ユニット１０Ｇの内部を流れる空気の流れの方向はＹ１方向である。
電子機器ユニット１０Ｇは、以下の構造を有する。回路基板１８０のうちＹ２方向端側（空気の流れの上流側）に４つのＣＰＵモジュール１８１−１〜１８１−４が搭載され、回路基板１８０のうちＹ１方向端側（空気の流れの下流側）に４つのＣＰＵモジュール１８１−５〜１８１−８が搭載され、回路基板１８０の中央の部分にメモリーカードモジュール１８２が複数個実装してある。
各ＣＰＵモジュール１８１−１〜１８１−８は、垂直の回路基板１９０の側面にＣＰＵ１９１が実装してあり、このＣＰＵ１９１上にヒートシンク１９２が搭載してあり、コ字状のカバー部材１９３がヒートシンク１９２を覆うように設けてある構成である。
各ＣＰＵモジュール１８１−１〜１８１−８は、回路基板１９０を垂直の姿勢とし、回路基板１９０の下端側のコネクタを回路基板１８０上のコネクタと接続させて、回路基板１８０上にＸ１−Ｘ２方向に並んで実装してある。カバー部材１９３は回路基板１８０より離れている。よって、ＣＰＵモジュール１８１−１〜１８１−４と回路基板１８０との間には、高さ寸法がｊである空間部２００が形成されている。ＣＰＵモジュール１８１−５〜１８１−８と回路基板１８０との間には、同じく高さ寸法がｊである空間２０１が形成されている。
上流側の空間部２００は、空きのままとしてあり、新鮮空気の流路２０５として機能する。下流側の空間部２０１を利用して、回路基板１８０上には、制御素子２１０がヒートシンク２１１と共に実装してある。
電子機器ユニット１０Ｇは、下流側の空気流路断面空隙率が上流側の空気流路断面空隙率より小さく、且つ、上流側に新鮮空気の流路２０５を有する構成である。
ＣＰＵモジュール１８１−１〜１８１−８は電子機器ユニット１０Ｇ内をＹ２側からＹ１方向に流れる空気流によって、以下のように強制空冷される。上流側のＣＰＵモジュール１８１−１〜１８１−４は、新鮮空気によって強制空冷される。下流側のＣＰＵモジュール１８１−５〜１８１−８には、上流側のＣＰＵモジュール１８１−１〜１８１−４を通過して温度が上昇した空気に加えて、上記の空間２００を温度の上昇を伴わずに通過した新鮮空気によって強制空冷される。よって、下流側のＣＰＵモジュール１８１−５〜１８１−８の強制空冷は促進される。
ここで、空気の流れに直交するトンネルの断面において、トンネルの断面積に対する該トンネルの断面積から空気の流れをさえぎる部材が占める面積を差し引いた空隙の面積の比を考えてみる。本発明は、電子機器ユニットを空気の上流部から下流部に亘って、上流部、中流部、下流部に分け、各部における上記比の平均値が、上流部＞中流部＞下流部となるようになっているものであればよい。電子機器ユニットの空気の流れ方向上の途中の一部に、上記比が増加する部分があるような実施形態の電子機器ユニットも、本発明に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
図１は従来の電子機器ユニットをそのカバー部材を一部切截して示す斜視図である。
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、図１の電子機器ユニットの正面図、側面図、空気の送り込み側から見た図である。
図３Ａは、図２Ａ中、ＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ線に沿う断面の空気流路断面空隙率を説明するための図であり、図３Ｂは、図２Ａ中、ＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿う断面の空気流路断面空隙率を説明するための図である。
図４は、図１に示す電子機器ユニットの強制空冷の特性を示す図である。
図５は本発明の第１実施例の電子機器ユニットをそのカバー部材を一部切截して示す斜視図である。
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、図５の電子機器ユニットの正面図、側面図、空気の送り込み側から見た図である。
図７Ａは図６Ａ中ＶＩＩＡ−ＶＩＩＡ線に沿う断面の空気流路断面空隙率を説明するための図であり、図７Ｂは、図６Ａ中、ＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線に沿う断面の空気流路断面空隙率を説明するための図である。
図８は、図５に示す電子機器ユニットの強制空冷の特性を示す図である。
図９は本発明の第２実施例の電子機器ユニットをそのカバー部材を一部切截して示す斜視図である。
図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃは、図９の電子機器ユニットの正面図、側面図、空気の送り込み側から見た図である。
図１１は本発明の第３実施例の電子機器ユニットをそのカバー部材を一部切截して示す斜視図である。
図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃは、図１０の電子機器ユニットの正面図、側面図、空気の送り込み側から見た図である。
図１３は本発明の第３実施例の電子機器ユニットをそのカバー部材を一部切截して示す斜視図である。
図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃは、図１３の電子機器ユニットの正面図、側面図、空気の送り込み側から見た図である。
図１５は本発明の第３実施例の電子機器ユニットをそのカバー部材を一部切截して示す斜視図である。
図１６は、図１５の電子機器ユニットの側面図である。
図１７は本発明の第３実施例の電子機器ユニットをそのカバー部材を一部切截して示す斜視図である。
図１８Ａ、図１８Ｂ、図１８Ｃ、図１８Ｄは、図１３の電子機器ユニットの正面図、側面図、空気の送り込み側から見た図、図１８Ａ中、Ｄ−Ｄ線に沿う断面図である。
図１９は本発明の第７実施例の電子機器ユニットを天板部材の一部を切截して示す斜視図である。
図２０は図１９に示す電子機器ユニットを天板部材を取り外した状態で示す斜視図である。
図２１は本発明の第８実施例の電子機器ユニットをカバー部材を取り外した状態で示す斜視図である。
図２２は、図２１中、ＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線に沿う断面図である。
Claims (15)
- 部品が実装される回路基板と、
ヒートシンクが搭載された状態で、該回路基板上に分散して実装してある複数の発熱する半導体部品と、
上記ヒートシンクを覆うように設けてあり、上記回路基板上に冷媒が流れるトンネルを形成するカバー部材とを備え、
該トンネルを通り抜けるように強制的に冷媒を流すことにより、上記ヒートシンクを介して、上記半導体部品を冷却する電子機器ユニットにおいて、
前記カバー部材は、その天板部が平らであって前記回路基板と平行である構成であり、
冷媒の流れに直交するトンネルの断面において、トンネルの断面積に対する該トンネルの断面積から空気の流れをさえぎる部材が占める面積を差し引いた空隙の面積の比が、冷媒の流れの下流側が冷媒の流れの上流側に比べて小さいように、半導体部品を配置した構成とした電子機器ユニット。 - 請求項１記載の電子機器ユニットにおいて、
前記空気の流れをさえぎる部材は、上記のヒートシンクよりなる構成とした電子機器ユニット。 - 請求項１記載の電子機器ユニットにおいて、
上記電子機器ユニットを冷媒の上流部から下流部に亘って、上流部、中流部、下流部に分けたときに、その各部での上記比の平均値が、上流部＞中流部＞下流部となるようにした電子機器ユニット。 - 請求項１記載の電子機器ユニットにおいて、
上記半導体部品は、冷媒の流れの上流側については、半導体部品が配置されている半導体部品配置領域の外側に、半導体部品が冷媒の流れの方向上存在しない部分であって、ヒートシンクに接触せずに冷媒が流れる新鮮冷媒供給流路を形成するように配置してある構成とした電子機器ユニット。 - 請求項４記載の電子機器ユニットにおいて、
新鮮冷媒供給流路に沿って、新鮮冷媒供給流路と半導体部品が配置してある領域部分とを仕切る仕切り板を設けた構成とした電子機器ユニット。 - 請求項１記載の電子機器ユニットにおいて、
上記半導体部品は、冷媒の流れの下流側に配置された半導体部品とこの半導体部品に対して直ぐの上流側に配置された半導体部品との間に、上流側の空間部より広い空間部が形成されるように配置してある構成とした電子機器ユニット。 - 請求項１記載の電子機器ユニットにおいて、
上記半導体部品は、冷媒の流れの上流側については、ヒートシンクに接触せずに冷媒が流れる新鮮冷媒供給流路を形成するように配置してあり、且つ、冷媒の流れの下流側に配置された半導体部品とこの半導体部品に対して直ぐの上流側に配置された半導体部品との間に、空間部が形成されるように配置してあり、
更に、上記新鮮冷媒供給流路を通ってきた新鮮冷媒を上記空間部に案内するガイド部材を有する構成とした電子機器ユニット。 - 請求項１記載の電子機器ユニットにおいて、
上記カバー部材は、下流側に配置された半導体部品を覆う部分に、トンネルの面積を狭くするような絞り部分を有する構成とした電子機器ユニット。 - 請求項１記載の電子機器ユニットにおいて、
上記半導体部品は、冷媒の流れの上流側については、半導体部品が配置されている半導体部品配置領域の外側に、ヒートシンクに接触せずに冷媒が流れる新鮮冷媒供給流路を形成するように配置してあり、
且つ、冷媒の流れの下流側に配置された半導体部品とこの半導体部品に対して直ぐの上流側に配置された半導体部品との間に、空間部が形成されるように配置してあり、
且つ、カバー部材とヒートシンクとの間の狭い空間に、上記半導体部品配置領域の上流側及び冷媒の流れに沿う両側を覆うＵ字形状の仕切り部材を設けた構成とした電子機器ユニット。 - 請求項９記載の電子機器ユニットにおいて、
空間部に、下流側の半導体部品の上のヒートシンクの頂上部の高さに、天板を設けた構成とした電子機器ユニット。 - 請求項４記載の電子機器ユニットにおいて、
新鮮冷媒供給流路内に、モータファンを設けた構成とした電子機器ユニット。 - 請求項１記載の電子機器ユニットにおいて、
上記カバー部材は、前記天板部のうち、下流側の半導体部品のヒートシンクに対向する場所を、ヒートシンクから離れる方向に後退させた後退部分を有する構成とした電子機器ユニット。 - 請求項１記載の電子機器ユニットにおいて、
上記半導体部品は、冷媒の流れの方向に３つ以上設けてあり、下流側にいく程、半導体部品の上流側に形成されている空間部が広くなるように配置してある構成とした電子機器ユニット。 - 請求項１記載の電子機器ユニットにおいて、
下流側の半導体部品のヒートシンクが、上流側の半導体部品のヒートシンクに対して、空気流の方向に直交する方向にオフセットしてある構成とした電子機器ユニット。 - 部品が実装される回路基板と、
ヒートシンクが搭載された状態で発熱する半導体部品が基板に実装してある構造を有し、該基板が上記回路基板の上面に対して垂直である姿勢で該回路基板上に実装してあり、実装された状態で該ヒートシンクと該回路基板の上面との間に空間部が形成される複数の半導体部品モジュールと、
上記半導体部品モジュールを覆うように設けてあり、上記回路基板上に冷媒が流れるトンネルを形成する、その天板部が平らであって前記回路基板と平行であるカバー部材と、
上記実装してある半導体部品モジュールによって形成された上記空間部のうち、冷媒の流れの下流側の空間部を占めるように、上記回路基板の上面に実装してある電子部品とを備え、
上記実装してある半導体部品モジュールによって形成された上記空間部のうち、冷媒の流れの上流側の空間部は、空の状態となっている構成とした電子機器ユニット。
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