JPH01215098A - 冷却方式 - Google Patents
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- JPH01215098A JPH01215098A JP4129388A JP4129388A JPH01215098A JP H01215098 A JPH01215098 A JP H01215098A JP 4129388 A JP4129388 A JP 4129388A JP 4129388 A JP4129388 A JP 4129388A JP H01215098 A JPH01215098 A JP H01215098A
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- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 238000005422 blasting Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
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- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
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- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は冷却方式に係り、特に発熱量の大きな半導体−
を有する電子装置を強制空冷する場合に好適な冷却方式
に関する。
を有する電子装置を強制空冷する場合に好適な冷却方式
に関する。
従来、半導体等の発熱体群を有する電子装置を効率よく
強制空冷する方法としては１例えば１９８７年７月２７
日発行「日経エレクトロニクス」（＆４２６）１６７〜
１９２頁に記載のように、各々同一形状のフィンを取付
けた複数の発熱体を、冷却流体が流れる通路（流路）内
に所定間隔に配置して冷却する方式がある。
強制空冷する方法としては１例えば１９８７年７月２７
日発行「日経エレクトロニクス」（＆４２６）１６７〜
１９２頁に記載のように、各々同一形状のフィンを取付
けた複数の発熱体を、冷却流体が流れる通路（流路）内
に所定間隔に配置して冷却する方式がある。
第３図及び第４図にこの種冷却方式の具体例を示す、第
３図は通路内の配列を示したもので、３１及び３２がヒ
ートシンクである。冷却流体は例えば矢印の如く流れる
。ヒートシンク３１．３２は第４図に示すように、半導
体等の発熱体４１Ｊ該発熱体４１に取付けられた支柱４
２、及び該支柱４２に支持されたフィン４３よりなる。
３図は通路内の配列を示したもので、３１及び３２がヒ
ートシンクである。冷却流体は例えば矢印の如く流れる
。ヒートシンク３１．３２は第４図に示すように、半導
体等の発熱体４１Ｊ該発熱体４１に取付けられた支柱４
２、及び該支柱４２に支持されたフィン４３よりなる。
二Ｎで。
支柱４２には、熱を効率よく伝達するものとして、例え
ばヒートパイプが使用される。フィン４３の密度は一様
である。
ばヒートパイプが使用される。フィン４３の密度は一様
である。
第３図及び第４図に示すような従来の冷却方式では、後
段の発熱体が前段の発熱体による温度上昇の影響を受け
ることに関しては何ら考慮されておらず、後段に行くに
従って冷却動車が低下するという問題がある。従って、
発熱量の大きな半導体群等を含む電子装置においては、
後段の発熱体（半導体）の温度をある規定値内に収める
ためには、送風量を増加させたり、大形のフィンを使用
する必要があるが、騒音の増大、装置の大形化といった
新たな問題が生じる。
段の発熱体が前段の発熱体による温度上昇の影響を受け
ることに関しては何ら考慮されておらず、後段に行くに
従って冷却動車が低下するという問題がある。従って、
発熱量の大きな半導体群等を含む電子装置においては、
後段の発熱体（半導体）の温度をある規定値内に収める
ためには、送風量を増加させたり、大形のフィンを使用
する必要があるが、騒音の増大、装置の大形化といった
新たな問題が生じる。
本発明の目的は、複数の発熱体を冷却流体の流路内に所
定間隔で並べ、各発熱体に高熱伝導率の支柱を介してフ
ィンを取付けて冷却する方式において、送風量の増加や
、大形のフィンを使用することなく、後段の発熱体の温
度上昇を規定値内に収めることにある。
定間隔で並べ、各発熱体に高熱伝導率の支柱を介してフ
ィンを取付けて冷却する方式において、送風量の増加や
、大形のフィンを使用することなく、後段の発熱体の温
度上昇を規定値内に収めることにある。
上記目的を達成するため、本発明の冷却方式においては
、冷却流体の流路内の各発熱体に取付けられているフィ
ンに対し、そのフィン密度に疎の部分と密度の部分を持
たせると共に、隣接する発熱体同士のフィンの疎密の関
係を逆にする。
、冷却流体の流路内の各発熱体に取付けられているフィ
ンに対し、そのフィン密度に疎の部分と密度の部分を持
たせると共に、隣接する発熱体同士のフィンの疎密の関
係を逆にする。
各発熱体のフィンにおいて、そのフィン密度が高い所は
、伝達面積が大きいので、フィン密度が低い所に比べ、
より多くの発熱量を冷却流体と熱交換することができ、
冷却流体の温度上昇が高くなる。逆に、フィン密度が低
い所は、冷却流体の温度上昇が低い、この温度上昇が低
い所に対応する後段のフィン部分は、フィン密度が高い
部分となるので、より低い温度で、より大きな（フィン
密度の低い部分と比べて）熱伝達で発熱体を冷却するこ
とができる。
、伝達面積が大きいので、フィン密度が低い所に比べ、
より多くの発熱量を冷却流体と熱交換することができ、
冷却流体の温度上昇が高くなる。逆に、フィン密度が低
い所は、冷却流体の温度上昇が低い、この温度上昇が低
い所に対応する後段のフィン部分は、フィン密度が高い
部分となるので、より低い温度で、より大きな（フィン
密度の低い部分と比べて）熱伝達で発熱体を冷却するこ
とができる。
以下１本発明の一実施例について図面により説明する。
第１図は冷却方式の一実施例の概略構成図で、前段ヒー
トシンクと後段ヒートシンクの配置関係を示したもので
ある。第１図において、冷却流体は矢印のように流れる
とし、１１が前段ヒートシンク、１２が後段ヒートシン
クである。
トシンクと後段ヒートシンクの配置関係を示したもので
ある。第１図において、冷却流体は矢印のように流れる
とし、１１が前段ヒートシンク、１２が後段ヒートシン
クである。
こＮで、前段ヒートシンク１１のフィン密度は。
２４の上半分部分が高く（密）、２５の下半分部分が低
く（疎）なっている、逆に、後段ヒートシンク１２のフ
ィン密度は、２９の上半分部分が低く（疎）、３０の下
半分部分が高く（密）なっている、即ち、前段ヒートシ
ンク１１と後段ヒートシンク１２で、フィン密度が密と
密あるいは疎と疎の如く重ならないようになっている。
く（疎）なっている、逆に、後段ヒートシンク１２のフ
ィン密度は、２９の上半分部分が低く（疎）、３０の下
半分部分が高く（密）なっている、即ち、前段ヒートシ
ンク１１と後段ヒートシンク１２で、フィン密度が密と
密あるいは疎と疎の如く重ならないようになっている。
冷却流体が矢印のように流れた場合、前段ヒートシンク
１１においては、２４のフィン密度が高い所は伝達面積
が大きいので、２５のフィン密度が低い所に比べ、より
多くの発熱量を冷却流体と熱交換し、冷却流体の温度上
昇が高くなる。逆に、２５のフィン密度が低い所は温度
上昇が低い、この前段ヒートシンク１１の温度上昇の低
い所に対し、後段ヒートシンク１２では、３０の如くフ
ィン密度が高い部分となるので、より低い温度で、２９
のフィン密度の低い部分と比べてより大きな熱伝達で冷
却されることになる。
１１においては、２４のフィン密度が高い所は伝達面積
が大きいので、２５のフィン密度が低い所に比べ、より
多くの発熱量を冷却流体と熱交換し、冷却流体の温度上
昇が高くなる。逆に、２５のフィン密度が低い所は温度
上昇が低い、この前段ヒートシンク１１の温度上昇の低
い所に対し、後段ヒートシンク１２では、３０の如くフ
ィン密度が高い部分となるので、より低い温度で、２９
のフィン密度の低い部分と比べてより大きな熱伝達で冷
却されることになる。
第２図（ａ）は前段ヒートシンク１１の詳細図で、２１
は半導体等の発熱体、２２は該発熱体２１に取付けられ
た支柱（効率よく熱を伝達する例えばヒートパイプ）、
２３は該支柱２２に支持されたフィンである。フィン２
３は、２４の部分はフィン密度を高く、２５の部分はフ
ィン密度を低くして取付けてあり、この例では、２５の
部分の熱抵抗は、２４の部分の熱抵抗の倍になるよう取
付けである。また、２４と２５の部分は全体の高さのそ
れぞれ１／２である。
は半導体等の発熱体、２２は該発熱体２１に取付けられ
た支柱（効率よく熱を伝達する例えばヒートパイプ）、
２３は該支柱２２に支持されたフィンである。フィン２
３は、２４の部分はフィン密度を高く、２５の部分はフ
ィン密度を低くして取付けてあり、この例では、２５の
部分の熱抵抗は、２４の部分の熱抵抗の倍になるよう取
付けである。また、２４と２５の部分は全体の高さのそ
れぞれ１／２である。
第２図（ｂ）は後段のヒートシンク１２の詳細図で、２
６は発熱体、２７は支柱、２８はフィンである。フィン
２８は、前段とは逆に２９の部分はフィン密度を低く、
３０の部分はフィン密度を高くして取付けである。第２
図（ａ）と同様に、２９の部分の熱抵抗は、３０の部分
の熱抵抗の倍である。また２９と３０の部分は、全体の
高さのそれぞれ１／２である。
６は発熱体、２７は支柱、２８はフィンである。フィン
２８は、前段とは逆に２９の部分はフィン密度を低く、
３０の部分はフィン密度を高くして取付けである。第２
図（ａ）と同様に、２９の部分の熱抵抗は、３０の部分
の熱抵抗の倍である。また２９と３０の部分は、全体の
高さのそれぞれ１／２である。
次に、第２図の本ヒートシンクと第４図の従来のヒート
シンクについて、その作用・効果を数式により比較して
みる。
シンクについて、その作用・効果を数式により比較して
みる。
今、第４図の従来のヒートシンク３１．３２において、
発熱体の発熱量をＱ ［Ｗ］とし、フィン４３の熱抵抗
をＲ［’Ｃ／Ｗ）とする０発熱体４１は半導体であると
し、そのジャンクション温度Ｔｊ（”Ｃ）は、半導体の
信頼性上、ある規定値以下、例えば８５℃以下にしなけ
ればならないとする。
発熱体の発熱量をＱ ［Ｗ］とし、フィン４３の熱抵抗
をＲ［’Ｃ／Ｗ）とする０発熱体４１は半導体であると
し、そのジャンクション温度Ｔｊ（”Ｃ）は、半導体の
信頼性上、ある規定値以下、例えば８５℃以下にしなけ
ればならないとする。
この場合、例えば後段３２の半導体のＴｊを求める式は
Ｔｊ＝Ｔａｉｎ＋ΔＴａ＋ＲＸＱ＋ＲｉｎｔＸＱ
（１）である、二Ｎで、Ｔａ１ｎは人気温度、Ｒｉｎ
ｔは支柱からジャンクションまでの内部熱抵抗、ΔＴａ
は前段３１による風温上昇である。一般に風温上昇ΔＴ
［’Ｃ）は。
（１）である、二Ｎで、Ｔａ１ｎは人気温度、Ｒｉｎ
ｔは支柱からジャンクションまでの内部熱抵抗、ΔＴａ
は前段３１による風温上昇である。一般に風温上昇ΔＴ
［’Ｃ）は。
ΔＴ ＝ （２）γ
・ＣＰ−Ｍ で求まる。γは比重（ｋｇ／ｎ？） 、ＣＰは比熱〔Ｊ
／ｋｇ”ｃ） １Ｍは風量（ｒｄ ／ ｓｅｅ ）であ
る。
・ＣＰ−Ｍ で求まる。γは比重（ｋｇ／ｎ？） 、ＣＰは比熱〔Ｊ
／ｋｇ”ｃ） １Ｍは風量（ｒｄ ／ ｓｅｅ ）であ
る。
こＮで、Ｒ，Ｒｉｎｔとは、Ｔ ｊ ＜ ８５℃となる
よう設計されているとする。
よう設計されているとする。
次に、第２図（ａ）、（ｂ）のヒートシンク１１゜１２
において、フィン２３．２８の密の部分２４．３０の熱
抵抗をＲ１，疎の部分２５．２９の熱抵抗をＲ２とする
。二Ｎで、前に述べた様に、２×Ｒ１＝Ｒ２である。ま
た、発熱体２１．２６の発熱量は、第４図の発熱体４１
と同じく、発熱量Ｑ（Ｗ）であるとする。
において、フィン２３．２８の密の部分２４．３０の熱
抵抗をＲ１，疎の部分２５．２９の熱抵抗をＲ２とする
。二Ｎで、前に述べた様に、２×Ｒ１＝Ｒ２である。ま
た、発熱体２１．２６の発熱量は、第４図の発熱体４１
と同じく、発熱量Ｑ（Ｗ）であるとする。
第２図の各々のフィン２３．２８の全体の熱抵抗は。
Ｒ，Ｒ。
である、また、この値が、第４図のフィン４３の熱抵抗
Ｒと等しいと仮定すると、 ′ＲＲｌＲ。
Ｒと等しいと仮定すると、 ′ＲＲｌＲ。
２ＸＲ□＝Ｒ，から
ＲＲ，２Ｒユ ２Ｒ。
さて、第１図で、前段こ一トシンク１１の密の部分での
熱変換量は、熱抵抗に反比例（熱コンダクタンスに比例
）するので、２／３Ｑ （Ｗ）である、従って、この部
分での風温上昇ΔＴｉ （’Ｃ）は ＝ΔＴＸ−（７） となる、同様に疎の部分での風温上昇ΔＴよ（”Ｃ）は ＝ΔＴ Ｘ −（Ｊｌ） となる。
熱変換量は、熱抵抗に反比例（熱コンダクタンスに比例
）するので、２／３Ｑ （Ｗ）である、従って、この部
分での風温上昇ΔＴｉ （’Ｃ）は ＝ΔＴＸ−（７） となる、同様に疎の部分での風温上昇ΔＴよ（”Ｃ）は ＝ΔＴ Ｘ −（Ｊｌ） となる。
この温度に上昇した風が、後段ヒートシンク１２のフィ
ンを冷却する。二Ｎで、疎の部分の支柱の壁温ＴＶ、は
、 ＝Ｔａｉｎ＋−ΔＴ ＋ ＲＸ Ｑ （９
）また、密の部分の支柱の壁温ＴＶ、は。
ンを冷却する。二Ｎで、疎の部分の支柱の壁温ＴＶ、は
、 ＝Ｔａｉｎ＋−ΔＴ ＋ ＲＸ Ｑ （９
）また、密の部分の支柱の壁温ＴＶ、は。
ＴＶ、＝Ｔａｉｎ＋ΔＴ、＋Ｒ，Ｘ−Ｑ＝Ｔａｉｎ＋−
ΔＴ ＋ ＲＸ Ｑ （１０）である、二へ
で、支柱の壁温は、平均されるとすれば。
ΔＴ ＋ ＲＸ Ｑ （１０）である、二へ
で、支柱の壁温は、平均されるとすれば。
＝Ｔａｉｎ＋ΔＴ＋ＲＸＱ （１１）
となり、後段ヒートシンク１２の発熱体のＴｊは。
となり、後段ヒートシンク１２の発熱体のＴｊは。
ｒｊ＝ΔＴａ１ｎ＋ΔＴ＋ＲＸＱ＋ＲｉｎｔＸＱ
（１２）となり、第４図の発熱体のＴｊと同じになるこ
とが分る。
（１２）となり、第４図の発熱体のＴｊと同じになるこ
とが分る。
従って、前述（３）式で仮定したように１本発明の全体
の熱抵抗がＲ（’Ｃ／Ｗ）と同じであれば。
の熱抵抗がＲ（’Ｃ／Ｗ）と同じであれば。
従来通りの性能が得られることが分る。また、風の流路
抵抗に関しては、密→疎あるいは疎→密と流れるので、
従来のように、密→密と流れるよりは、抵抗が小さくて
すみ、高圧力を出す大形のフィンを不要とし、騒音が低
減する。
抵抗に関しては、密→疎あるいは疎→密と流れるので、
従来のように、密→密と流れるよりは、抵抗が小さくて
すみ、高圧力を出す大形のフィンを不要とし、騒音が低
減する。
第５図は本発明の他の実施例の構成図を示したもので、
５１は前段ヒートシンク、５２は後段ヒートシンクであ
る。第１図の実施例では、フィンは疎の部分と密の部分
が各々１／２づつであったが、第５図は、疎の部分と密
の部分が交互になるように取付け、前段５１と後段５２
とでは、互いに疎と密の部分が重ならないようにしたも
のである。
５１は前段ヒートシンク、５２は後段ヒートシンクであ
る。第１図の実施例では、フィンは疎の部分と密の部分
が各々１／２づつであったが、第５図は、疎の部分と密
の部分が交互になるように取付け、前段５１と後段５２
とでは、互いに疎と密の部分が重ならないようにしたも
のである。
第６図は本発明の更に他の実施例を示したもので、６１
は前段ヒートシンク、６２は後段ヒートシンクである。
は前段ヒートシンク、６２は後段ヒートシンクである。
第６図の場合、前段ヒートシンク６１では、フィンの密
度が上方から下方に向い疎から密へ連続的に変化してい
る。一方、後段ヒートシンク６２では、下方め１ら上方
に向い疎から密へ連続的に密度が変化している。これに
より、前段６１と後段６２では、フィン密度の疎、密が
重ならないようにできる。
度が上方から下方に向い疎から密へ連続的に変化してい
る。一方、後段ヒートシンク６２では、下方め１ら上方
に向い疎から密へ連続的に密度が変化している。これに
より、前段６１と後段６２では、フィン密度の疎、密が
重ならないようにできる。
第７図は本発明の更に他の実施例を示したもので、７１
は前段ヒートシンク、７２は後段ヒートシンクである。
は前段ヒートシンク、７２は後段ヒートシンクである。
これまでの実施例は、全てフィンの側面に支柱（ヒート
パイプ）を取付けた例であったが、第７図は、フィン４
，７６は中空円板とし、その中央をヒートパイプ７３．
７５が貫いている構造としたものである。第７図におい
て、前段７１のフィン７４は、そのフィン密度が上半分
は密、下半分は疎とし、後段７２のフィン７６は、逆に
そのフィン密度が上半分は疎、下半分は密となっている
。
パイプ）を取付けた例であったが、第７図は、フィン４
，７６は中空円板とし、その中央をヒートパイプ７３．
７５が貫いている構造としたものである。第７図におい
て、前段７１のフィン７４は、そのフィン密度が上半分
は密、下半分は疎とし、後段７２のフィン７６は、逆に
そのフィン密度が上半分は疎、下半分は密となっている
。
これまで、冷却流体の流路内にヒートシンクを２段並べ
た実施例を示したが、本発明はフィン密度の疎密が重な
らないかぎり、ヒートシンクを３段以上並べた場合にも
適用できることは云うまでもない。
た実施例を示したが、本発明はフィン密度の疎密が重な
らないかぎり、ヒートシンクを３段以上並べた場合にも
適用できることは云うまでもない。
以上説明したように、本発明によれば、複数の発熱体に
各々支柱を介してフィンを取付け、冷却流体の流路内に
並べて冷却する際、各発熱体のフィンに、フィン密度が
疎の部分と密の部分を持たせ、しかも、前段フィンと後
段のフィンで密と密あるい疎と疎が重ならないようにす
ることにより。
各々支柱を介してフィンを取付け、冷却流体の流路内に
並べて冷却する際、各発熱体のフィンに、フィン密度が
疎の部分と密の部分を持たせ、しかも、前段フィンと後
段のフィンで密と密あるい疎と疎が重ならないようにす
ることにより。
後段のフィンでは、さほど風温が上昇していない風で発
熱体を冷却できる部分を作ることができ、また、風の圧
力損失も低減するので、フィンの大形化を防ぎ、騒音を
低減する効果がある。
熱体を冷却できる部分を作ることができ、また、風の圧
力損失も低減するので、フィンの大形化を防ぎ、騒音を
低減する効果がある。
第１図は本発明の冷却方式の一実施例の概略構成図、第
２図は第１図におけるヒートシンクの詳細図、第３図は
従来の冷却方式の概略構成図、第４図は第３図における
ヒートシンクの詳細図、第５図乃至第７図は本発明の他
の実施例を示す図である。 １１．１２・・・ヒートシンク。 ２１．２６・・・発熱体、 ２２．２７・・・支柱。 ２３．２８・・・フィン、 ２４．３０・・・フィン密度が密の部分。 第１図 第４区 第５図
２図は第１図におけるヒートシンクの詳細図、第３図は
従来の冷却方式の概略構成図、第４図は第３図における
ヒートシンクの詳細図、第５図乃至第７図は本発明の他
の実施例を示す図である。 １１．１２・・・ヒートシンク。 ２１．２６・・・発熱体、 ２２．２７・・・支柱。 ２３．２８・・・フィン、 ２４．３０・・・フィン密度が密の部分。 第１図 第４区 第５図
Claims (1)
- （１）複数の発熱体を冷却流体の流路内に所定間隔で並
べ、各発熱体に高熱伝導率の支柱を介してフィンを取付
けて冷却する方式において、各発熱体のフィンの密度に
疎の部分と密の部分を持たせると共に、隣接する発熱体
同士のフィンの疎密の関係を逆にすることを特徴とする
冷却方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4129388A JPH01215098A (ja) | 1988-02-24 | 1988-02-24 | 冷却方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4129388A JPH01215098A (ja) | 1988-02-24 | 1988-02-24 | 冷却方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01215098A true JPH01215098A (ja) | 1989-08-29 |
Family
ID=12604405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4129388A Pending JPH01215098A (ja) | 1988-02-24 | 1988-02-24 | 冷却方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01215098A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5828549A (en) * | 1996-10-08 | 1998-10-27 | Dell U.S.A., L.P. | Combination heat sink and air duct for cooling processors with a series air flow |
| EP1349210A1 (en) * | 2000-12-27 | 2003-10-01 | Fujitsu Limited | Heat sink and electronic device with heat sink |
| JP2005302948A (ja) * | 2004-04-09 | 2005-10-27 | Furukawa Sky Kk | 放熱器 |
| JP2010152886A (ja) * | 2008-12-05 | 2010-07-08 | Sinitec Vertriebs Gmbh | 熱を発生するコンピュータ構成要素を冷却するための装置および方法 |
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-
1988
- 1988-02-24 JP JP4129388A patent/JPH01215098A/ja active Pending
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