JP4142178B2

JP4142178B2 - 電子機器のユニット式冷却構造

Info

Publication number: JP4142178B2
Application number: JP30111198A
Authority: JP
Inventors: 満彦森岡
Original assignee: 満彦森岡
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2018-10-22
Also published as: JP2000133976A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータ等における電子機器の半導体モジュールの冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンピュータの中央演算処理装置（以下ＣＰＵと称す。）等においては、ＣＰＵの上部に放熱フィンを有するヒートシンクを装着したものや、ＣＰＵの上部にファンを装着したものが公知となっている。そして、放熱フィンは放熱効果を高めるために、様々な形状のものが工夫されており、またファンを複数装着したり、ヒートシンクとファンの両方を装着したものが公知となっている。例えば、特開平９−８３１６６号や特開平９−３０５２６７号等の技術である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術においては、今日の急速なＣＰＵの高速化に伴い、ＣＰＵ等の発熱量が増大し、その冷却効果が充分に得られないという問題があり、また、ヒートシンク及びファンは増設及び分割が不可能であるため、ＣＰＵの発熱量に応じて冷却効果を増大させることが出来ない為、冷却能力の高い別体のヒートシンク又はファンを装着させるしか方法がなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
以上が本発明の解決する課題であり、次に課題を解決するための手段を説明する。
請求項１において、電子機器の半導体モジュールの冷却構造であって、該半導体モジュールの上部に２以上の放熱部材を載置し、該放熱部材の上端にファン装置を載置する構成とし、前記放熱部材は平面視方形の直方体形状で、該放熱部材の上下方向に複数の送風孔を設け、前記放熱部材のうち、半導体モジュールの上部に接する放熱部材には、左右方向及び前後方向に複数の送風孔を設け、前記放熱部材の平面視で四隅にネジ孔を設け、該ネジ孔内に収納可能、且つ、連続螺合可能な複数のネジにて放熱部材間を固定する構成とし、前記連続螺合可能なネジを、下部側にネジ部を形成し、上部側にネジ穴を設けた構成とし、下部側のネジ部を上部側のネジ穴に螺合することにより、複数のネジが連続して螺合接続可能な構成としたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を添付の図面を用いて説明する。
【０００６】
図１はＣＰＵクーラーの全体斜視図、図２は増設ヒートシンクの平面図、図３は同じく正面図（側面図）、図４は基本ヒートシンクの平面図、図５は同じく正面図（側面図）、図６はファン装置の斜視図、図７は増設ヒートシンクの斜視図、図８は基本ヒートシンクの斜視図である。
【０００７】
図９はＣＰＵクーラーの組立て図、図１０はネジの斜視図、図１１は増設ヒートシンク（基本ヒートシンク）の組立て構造を示す側面断面図、図１２はヒートシンク大の斜視図、図１３はヒートシンク大を用いたＣＰＵクーラーの実施例を示す図である。
【０００８】
まず、図１を用いて全体構成について説明する。なお、本実施例においては、コンピュータ等に用いられる中央演算処理装置２（以下ＣＰＵと称す。）を冷却対象である半導体モジュールの一実施例としてとして説明する。
【０００９】
図１に示すように、ＣＰＵ２はマザーボード等の基盤１上に配置されており、コンピュータ等の電子機器において計算処理等を行うものである。そして、ＣＰＵ２は処理速度の上昇や処理回数の増加に伴い発熱し、演算素子の増加に略比例して温度も上昇するが、ＣＰＵ２自体の温度が上昇すると動作が安定せず、時には停止や暴走するといった不具合が発生するため、それらの問題を防止すべく外部から冷却する必要がある。
【００１０】
そこで、本発明のＣＰＵクーラー１０は、ＣＰＵ２上部に放熱部材である基本ヒートシンク６０を載置固定し、さらに基本ヒートシンク６０の上部に放熱部材である複数（本実施例においては２つ）の増設ヒートシンク５０を載置固定し、上端の増設ヒートシンク５０の上部にファン装置３を載置したユニット構成としている。
【００１１】
次に各構成部品について図２乃至図８を用いて説明する。増設ヒートシンク５０は図２に示すように平面視で略正方形状で、図３に示すように正面視（又は側面視）略長方形状の直方体形状をしており、その材質はアルミニウム等の熱伝導率の高いものを利用している。そして該増設ヒートシンク５０には上下方向に複数の上下送風孔５１ａ・５１ａ・・・が設けられ、増設ヒートシンク５０の上面から下面まで貫通している。また、該増設ヒートシンク５０の平面視で四隅には、後述するネジ７を挿入するためのネジ孔５２・５２・５２・５２が設けられている。以上の如く構成された増設ヒートシンク５０の斜視図を図７に示す。
【００１２】
基本ヒートシンク６０は図４に示すように同じく平面視で略正方形状で、図５に示すように正面視（又は側面視）略長方形状の直方体形状をしており、その材質はアルミニウム等の熱伝導率の高いものを利用している。そして該基本ヒートシンク６０には上下方向の複数の上下送風穴６１ａ・６１ａ・・・に加えて、前後方向及び左右方向にそれぞれ前後送風孔６１ｂ・６１ｂ・・・、左右送風孔６１ｃ・６１ｃ・・・が設けられている。そして、基本ヒートシンク６０の上面から設けられた該上下送風穴６１ａ・６１ａ・・・は該基本ヒートシンク６０の上下方向で中央よりやや下の位置まで穿設されている。また、該基本ヒートシンク６０の平面視で四隅には、後述するネジ７を挿入するためのネジ孔６２・６２・６２・６２が設けられている。以上の如く構成された基本ヒートシンク６０の構成を図８に示す。
【００１３】
ファン装置３は図６に示すように、平面視略正方形状の直方体形状で、内部に図示せぬモータを具備しており、図示せぬ電源ケーブルにより基盤１から電源供給を受けて、羽３１・３１・・・を回転駆動させ、下方に向けて送風する。そして該ファン装置３においても平面視で四隅に、ネジ孔３２・３２・・・が設けられている。
【００１４】
次に上述した増設ヒートシンク５０、基本ヒートシンク６０及びファン装置３等を用いた本発明のＣＰＵクーラー１０の組立て構成について説明する。上述した増設ヒートシンク５０、基本ヒートシンク６０及びファン装置３は、それぞれ平面視において前記ＣＰＵ２と略同形状をしており、上下に積み重ねた状態で、前記ネジ孔３２・５２・６２が平面視で同一位置にくるようにしている。
【００１５】
前記基本・増設ヒートシンク６０・５０のネジ孔６２・５２は共通の形状であり、図１１に示すように、上部側が半径の大きな円柱状に穿設され、下部側が半径の小さな円柱状に穿設されている。そして図１０に示すようなネジ７を挿入した時に、ネジ７の上端が基本・増設ヒートシンク６０・５０の上面と略同一平面となり、ネジ７の上部がヒートシンク６０・５０の部材内に収納されるように構成している。またネジ７には下部側のネジ部７２が螺合可能に、上部側にネジ穴７１が設けられ、複数のネジ７・７・・・が連続して螺合接続可能にしている。このような構成において図１１に示すように上部側の増設ヒートシンク５０のネジ孔５２に挿入したネジ７が該増設ヒートシンク５０の下部に突出し、下部側の増設ヒートシンク５０（又は基本ヒートシンク６０）のネジ孔５２に挿入されたネジ７のネジ穴７１に上方から螺合するよう構成している。
【００１６】
そして、図９に示すように、下方から基本ヒートシンク６０、増設ヒートシンク５０・５０、ファン装置３の順に積み重ね、前記ネジ７をそれぞれ四隅の４箇所で固定することにより、ＣＰＵクーラー１０が完成する。なお、ファン装置３とその下部の増設ヒートシンク５０との固定に用いるネジは、ファン装置３の上下幅に合わせて、下部のネジ穴７に螺合するものであればよい。
【００１７】
このような構成をとることで、各構成部品の固定手段は各構成部品内部に収納されているため、全体構成を大きくすることなく、確実な固定が行うことが可能であるし、ネジ７も小さく、且つ、熱伝導性の部材で構成することにより、基本・増設ヒートシンク５０・６０の放熱効果を阻害することなく、優れた放熱効果を維持できるのである。
【００１８】
また、本実施例においては、上述したように、各構成部品をネジ７等で固定する構成としているが、固定方法はこれに限定されるものではなく、各構成部材の側面等に係止手段を設けてもよく、熱伝導性を低下させることなく、また、構成が小さく電気機器の周囲の部品等に干渉しないものであればよい。
【００１９】
そして以上の如く構成されたＣＰＵクーラー１０は、図１の如くＣＰＵ２上部に図示せぬ係止手段により固定され、ＣＰＵ２の計算処理により発生した熱は、上部の基本ヒートシンク６０、増設ヒートシンク５０・５０へと伝導され放熱されるが、従来のヒートシンクに比べ、増設された熱伝導部材の体積が非常に大きいため、放熱効果が飛躍的に増大するのである。また、上記ネジ７による組立て構成によれば、各ヒートシンク６０・５０間に隙間が生じない為、それぞれの熱伝導性部材が密着しており、効率的に上部の部材へ熱を伝動可能となっている。
【００２０】
また、ＣＰＵ２の放熱により基本・増設ヒートシンク６０・５０の温度は上昇するが、上部に配設されたファン装置３から下方に向けて送られる冷風が、各上下送風孔５１ａ・５１ａ・・・及び６１ａ・６１ａ・・・内を通過しながら、各ヒートシンク６０・５０を冷却するため、各ヒートシンク６０・５０の温度上昇を押さえることができ、さらに冷却効果が増大するのである。
【００２１】
そして、各ヒートシンク６０・５０を冷却し、温度の上昇したファン装置３から送られた風は、基本ヒートシンク６０の前後及び左右に設けられた前後送風孔６１ｂ・６１ｂ・・・及び左右送風孔６１ｃ・６１ｃ・・・よりＣＰＵクーラー１０の外方に向けて吐出されるのである。これにより、各ヒートシンク６０・５０を冷却し温度上昇した気体が滞留することなく、直ちに外方へ押し出され冷却効果を高い状態で維持可能となるのである。
【００２２】
また、上記実施例においては、基本ヒートシンク６０上部に２つの増設ヒートシンク５０・５０を載置しているが、基本ヒートシンク６０の上部に直接ファン装置３を配置してもよいし、または、増設ヒートシンク５０の数を１つ、または３つ等自由に変更可能であり、ＣＰＵ２の性能、発熱量、及び、これらの構成部品を収納する筐体のサイズ等に合わせて適宜変更し応用可能である。
【００２３】
また、図１２に示すように、平面視で略長方形状のヒートシンク大８０を用いた実施例について説明する。ヒートシンク大８０は、前記増設ヒートシンク５０を左右方向に２つ連結させた状態と略同形状であり、平面視で略全面に上下送風孔８１ａ・８１ａ・・・が設けられている。上下送風孔８１ａ・８１ａ・・・はヒートシンク大８０の上面から下面に貫通しており、また、図１２に示すように平面視で８箇所にネジ孔８２・８２・・・が設けられており、該ヒートシンク大８０の上部に前記ファン装置３、増設ヒートシンク５０等を２つ配置した時に、ネジ孔３２・５２とネジ孔８２の位置を合わせるように構成されている。
【００２４】
そして、図１３に示すように、ＣＰＵ２の上部に前記基本ヒートシンク６０、増設ヒートシンク５０を載置固定し、その上部に該ヒートシンク大８０を載置固定している。そして該ヒートシンク大８０の上部に２つのファン装置３・３を配置する構成としている。このような構成をとれば、前述した図１の実施例と同様の効果を奏ずるものであるが、さらに、ＣＰＵ２上部の熱伝導部材の体積を増大させることが可能となり、冷却効果が増大するし、また、２つのファン装置３・３を載置することで、各ヒートシンク５０・６０・８０を効率よく冷却可能となり、さらに安定した冷却効果を奏ずるものである。
【００２５】
また、上記実施例は、例えば増設ヒートシンク５０をなくして、基本ヒートシンク６０の上部にヒートシンク大８０を載置してもよいし、上部に配置するファン装置３を１つにしてもよい。また、ヒートシンク大８０を２段重ねる構成など、ＣＰＵ２の性能、筐体のサイズ等に合わせて適宜応用可能である。
【００２６】
また、上記実施例においては、ＣＰＵ２が平面視略正方形状で、マザーボード等の基盤１上に平面的に配置されているが、ＣＰＵ２が基盤１上に立設されている構成においては、前記基本・増設ヒートシンク６０・５０、ヒートシンク大８０、ファン装置３等を適宜組み合わせて、立設されたＣＰＵ２の側方に配置する構成とすることも可能である。また、ＣＰＵ２が平面視多角形や円形等であれば基本・増設ヒートシンク６０・５０もその形状に合わせた形状とされる。
【００２７】
以上述べたように、本発明のＣＰＵクーラー１０は、増設及び組み合わせ自由にユニット化された冷却構造を提供するものであり、ＣＰＵ２のみならず、コンピュータ等の電気機器に利用される他の発熱を有する半導体モジュール一般において適応可能なものである。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、電子機器の半導体モジュールの冷却構造であって、該半導体モジュールの上部に２以上の放熱部材を載置し、該放熱部材の上端にファン装置を載置する構成とし、前記放熱部材は平面視方形の直方体形状で、該放熱部材の上下方向に複数の送風孔を設け、前記放熱部材のうち、半導体モジュールの上部に接する放熱部材には、左右方向及び前後方向に複数の送風孔を設け、前記放熱部材の平面視で四隅にネジ孔を設け、該ネジ孔内に収納可能、且つ、連続螺合可能な複数のネジにて放熱部材間を固定する構成とし、前記連続螺合可能なネジを、下部側にネジ部を形成し、上部側にネジ穴を設けた構成とし、下部側のネジ部を上部側のネジ穴に螺合することにより、複数のネジが連続して螺合接続可能な構成としたので、以下の効果を奏する。
ＣＰＵの計算処理により発生した熱は、上部に載置された複数の放熱部材へと伝導され放熱されるが、従来のヒートシンクに比べ、増設された熱伝導部材の体積が非常に大きいため、放熱効果が飛躍的に増大するのである。
また、ＣＰＵの放熱により放熱部材の温度は上昇するが、上部に配設されたファン装置から下方に向けて送られる冷風により高い冷却効果を維持可能となった。
【００２９】
上部に配設されたファン装置から下方に向けて送られる冷風が、各送風孔内を通過しながら、各放熱部材を冷却するため、各放熱部材の温度上昇を押さえることができ、さらに冷却効果が増大した。
【００３０】
各放熱部材を冷却し、温度の上昇したファン装置から送られた風は、半導体モジュール上部の放熱部材の送風孔よりＣＰＵクーラーの外方に向けて吐出されるのである。これにより、各放熱部材を冷却し温度上昇した熱風が滞留することなく、直ちに外方へ押し出され冷却効果を高い状態で維持可能となった。
【００３１】
また、各放熱部材の間に隙間が生じない構成となり、それぞれの熱伝導性部材が密着しており、効果的に上部の部材へ熱を伝動可能となったのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＰＵクーラーの全体斜視図である。
【図２】増設ヒートシンクの平面図である。
【図３】増設ヒートシンクの正面図（側面図）である。
【図４】基本ヒートシンクの平面図である。
【図５】基本ヒートシンクの正面図（側面図）である。
【図６】ＣＰＵファン装置の斜視図である。
【図７】増設ヒートシンクの斜視図である。
【図８】基本ヒートシンクの斜視図である。
【図９】ＣＰＵクーラーの組立て図である。
【図１０】ネジの斜視図である。
【図１１】増設ヒートシンク（基本ヒートシンク）の組立て構造を示す側面断面図である。
【図１２】ヒートシンク大の斜視図である。
【図１３】ヒートシンク大を用いたＣＰＵクーラーの実施例を示す図である。
【符号の説明】
１マザーボード
２中央演算処理装置（ＣＰＵ）
３ファン装置
７ネジ
１０ＣＰＵクーラー
３１（ファン装置）羽
３２ネジ孔
５０増設ヒートシンク
５１ａ（増設ヒートシンク）上下送風孔
５２ネジ孔
６０基本ヒートシンク
６１ａ（基本ヒートシンク）上下送風孔
６１ｂ（基本ヒートシンク）前後送風孔
６１ｃ（基本ヒートシンク）左右送風孔
６２ネジ孔
７１ネジ穴部
７２ネジ部
８０ヒートシンク大
８１ａ（ヒートシンク大）上下送風孔
８２ネジ孔

Claims

電子機器の半導体モジュールの冷却構造であって、該半導体モジュールの上部に２以上の放熱部材を載置し、該放熱部材の上端にファン装置を載置する構成とし、前記放熱部材は平面視方形の直方体形状で、該放熱部材の上下方向に複数の送風孔を設け、前記放熱部材のうち、半導体モジュールの上部に接する放熱部材には、左右方向及び前後方向に複数の送風孔を設け、前記放熱部材の平面視で四隅にネジ孔を設け、該ネジ孔内に収納可能、且つ、連続螺合可能な複数のネジにて放熱部材間を固定する構成とし、前記連続螺合可能なネジを、下部側にネジ部を形成し、上部側にネジ穴を設けた構成とし、下部側のネジ部を上部側のネジ穴に螺合することにより、複数のネジが連続して螺合接続可能な構成としたことを特徴とする電子機器のユニット式冷却構造。