JPH02130894A - 空冷電子機器の冷却構造 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、空冷電子機器の冷却構造に係り、特に電子機
器を構成しているＩＣ，ＬＳＩなどの半導体素子（以下
本文ではパッケージと称す）を効果的に冷却し、しかも
冷却風を簡素な形状、及び簡素な構造で制御することに
より、電子機器の小形、低騒音を図るための冷却構造に
関する。

〔従来の技術〕

従来の電子機器の冷却構造は例えば特開昭６３−４６９
８号公報に示すように、多数の半導体を基板上に配列し
た半導体配列基板（以下本文ではパッケージ配列基板と
称す）とハウジングの内部に組み込んだ構造である。ハ
ウジングには開口板が設けられ、冷却風を通過させるよ
うになっている。

この冷却構造では、冷却ファンを駆動させることにより
空気取り入れ口から冷却風を取り入れ。

この空気で半導体を冷却した後、排気口より外部に排出
するようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記電子機器の場合、半導体ごとに発生する
熱量が異なり、またパッケージ配列基板ごとに半導体の
配列が異なるため、パッケージ基板ごとに発熱量と、冷
却所要風量が異なり、さらにパッケージ基板の通風抵抗
が違っている。したがって、パッケージ配列基板が複数
の場合、発熱量１通風抵抗が各々三次元的にあり、各々
の位置で異なった冷却風速が要求されていた。しかし、
冷却ファンが１個でも複数でも何れの場合でも、各半導
体の発熱量に見合って風速を制御することは難しい。

前記従来の電子機器においては、半導体のうち最大の発
熱量をもつ半導体に対して、所要の冷却風速Ｍｌを予め
定め、その半導体の周囲においてこの風速Ｖ＆になるよ
うに強引に冷却ファンを作用させていた。この場合、そ
の半導体を含む全ての半導体の冷却状態を満足するが、
一方、場所によっては風速がｖａ以上となり、その半導
体以外の半導体にとっては冷却風速が所要風速以上とな
り、何れにしても有効な冷却風の配分ではなかった。さ
らに、このような冷却構造では冷却ファンは大風量高風
圧のものを採用するため、冷却ファンの大形化、騒音の
増大を招いていた。

本発明の目的は、前記従来技術の問題を解決し、電子機
器を構成しているＩＣ，ＬＳＩなどの発熱体を効果的に
冷却し、しかも電子機器の冷却構造を小形化及び簡素化
でき、さらに騒音の低下を図り得る空冷電子機器の冷却
構造を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するため１本発明では、基板群の側面に
ｗＸｒＩ！Ｊを設け、この隙間の下流において流れを塞
ぎ止めることにより隙間の上流を流れていた空気を基板
間に流入させることにより、所要の位ＷＥ（発熱量の大
きい半導体が在る場所）の風速を高めるようにするもの
で、構造が簡素で、しかも従来のように風速制御に伴な
う流れの渦などが発生しない特長をもつものである。

〔作用〕

本発明では、パッケージ配列基板の群方向と垂直方向に
、基板の外側に冷却風の通ｉ！８（本発明では、以降こ
の隙間を流路５（＝Ｓｕｂ）と称する）を設けたことが
特徴である。基板には多くの半導体が配列されているの
で半導体の凹凸により半導体群の通過に伴う通風抵抗が
大きい、一方、基板群の外側に流路Ｓがある場合、ここ
は流路面積は小さくても凹凸がないからここを流れる通
風抵抗は小さい、流体は、抵抗の小さい所へ流れようと
する特性があるから、上記の例のように、基板群の流入
口の面積が広く、一方基板群の外の隙間Ｓの流入面積が
狭い場合でも、基板群外の隙間の通風抵抗がはるかに小
さいため、Ｓを流れる流量は、流入面積の比率以上の大
きな風量が流れることになる。

一般に、多くの流路がある場合の各流路の流路面積２通
風抵抗と風量の間には次の関係がある。

パッケージ配列基板の数をｎ枚、パッケージ基板群の外
側に狭い流路Ｓが２本あるとし、各基板間の流入口の面
積をＡｌｌ　Ａｚｔ・・・Ａ、とし、各基板の通風抵抗
をΔＰｉ、ΔＰ２．・・・ΔＰｎとし、ΔＰを無次元に
整理した抵抗係数をζ工、ζ２．・・・ζ７とする。流
入口面積９通風抵抗、損失係数を各々Ａ　ｓ　ｉ　、　
Ａ　ｓ　ｚ　、ΔＰｓ１＊　ΔＰｓｚｅ　　ζｘｘｔ　
ζＳ；とする。

そして、各基板間及び外側流路を流れる風量をＱｓｐ　
Ｑｚｔ　＝・Ｑｎ、　ｅ　Ｑｍｘｐ　Ｑｓｚとし、総風
量をＱ＾とすれば、各流路のＡ、ζ、Ｑとの間には次の
関係がある。

Δ　ＰＩ ここに１＝ｌ、”’ｎ、８１＋　８＠ ρ＝空気の密度（ｋｇ／ｒｒｌ’） ΔＰ、Ｑ、Ａの単位はＰ　ａ　ｔ　ｍ　／　９　Ｈｎ（
ＱＡ＝Ｑｘ＋Ｑｘ＋・＝Ｑｎ＋Ｑｓｘ＋Ｑｓｙｂ　　　
−（２）したがって、基板群の外側の流路Ｓｌを流れる
流量Ｑ　ｓ　１と全流量Ｑ＾との比は Ｑｓｘ　　　１ ・・・（３） 上式（３）において、ζ５１がζ工、・・・ζ、に比べ
て極めて小さければ、Ｑｓｚ／Ｑ＾はＡ　ｓ　１　／　
（Ａ　ｚ　＋　Ａ　ｘ＋・・・Ａｎ）　の値に比べて大
きな値をもつことになる。

本発明の他の特徴は、基板群の外側の流路Ｓｌ。

Ｓｚを流れる風を、特定の基板へ局所的に集中させて流
すことができることである。流路！Ｓｌ、　Ｓｚを障外
物で塞げば、それまでＳＬ、ｓｚを流れていた流体は障
外物の直前から基板間の流路へ流れるが、もしこの障外
物（以下本発明ではこれを制風板と称する）の一部分に
穴をあけて１例えば発熱量の大きい半導体が在り、この
半導体周囲のみ局部的に高風速が必要な基板の冷却流路
の外側に、この穴をあければ、この穴より基板間流路側
へ多量の冷却風が流れ、局部的にこの基板の冷却風速を
増すことができる。したがって、少ない風量を発熱量に
対応させて風速、風量を加減できるので。

冷却ファンは小形のもので足りるので、騒音も低下させ
ることが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図および第２図は本発明の一実施例を示すもので、
この実施例は各基板２に配列された半導体の発熱量は比
較的少ないが、基板２ａではとくに下流側において発熱
量の大きい半導体１ａ。

１ｂが配列されており、半導体の発熱量に対応して冷却
風の風速を制御するものである。

第１図および第２図において、電子機器は基板２の外側
に流路Ｓｌ、Ｓｓを設け、この流路Ｓｌ。

ＳＺに基板群方向に制風板１１．１２を設けている。ま
たケース４には空気取り入れの開口板５と冷却ファン３
を備えて構成されている。冷却ファン３を作動させると
、冷却空気６ａは開口部５より６ｂのように流入する。

そして基板間を６ｄのように流れるが、基板間は上述の
ように基板間には半導体の配列により通風抵抗があるか
ら風速６ｄは小さい、一方、基板外の流路Ｓ　ｚ　ｔ　
Ｓ　ｚにおいては流れを疎外するような抵抗がないから
、ここを流れる風速Ｖｓは大きい、ところで、流路ＳＺ
に制風板１１が在ると流路Ｓｌ　を流れていた流れ６ｆ
は６ｆ’のように基板間へ流れが曲げられる。（流線の
描き方として１本発明では基板間の流れは実線（→）で
、基板昇流路の流れは破線（−→）で表わした）。

流路Ｓｌにおける流れと制風板１１との関係を第１図で
示すと、各基板の外側を流れる流れ６ｆは、制風板１１
によって、穴１３の位置に集められ、穴１３を通って下
流に６ｆ’のように流れる。

制風板１１の下流には、再び制風板１２が設けられてい
るので、穴１３を通った流れ６ｆ’は、基板間へ６ｆ’
のように流れ、この基板における風量を増加させること
になる。

制風板１１に設けた穴１３の位置は、発熱量の大きい半
導体１ａを配列した基板２ａの上流の位置が良好である
。第３図および第４図は基板２ａにおける風速分布で、
第３図は第２図のＢ−Ｂ’検査線のように基板２ａの入
口における風速分布を示し、第４図は第２図のｃ−ｃ’
検査線における風速分布で、半導体１ａ、ｌｂを周囲の
風速分布を示す図である。第３図および第４図より基板
２ａにおいては前半部（第３図）は冷却風の風速は小さ
くてもよいが、半導体１ａ、ｌｂでは発熱量が大きいの
で、２ａの後半分（第４図）では半導体の発熱量の大き
さに対応して、風速を大きくすることができ、とくに半
導体１ａに対して所要の風速Ｖａが保持できることは電
子機器の信頼性の面から大切なことである。

第５図は本発明の第２の実施例を示゛すもので、基板が
１枚であり、かつ半導体１ａの発熱量が比較的大きい場
合を示す、この場合は制風板１１は流れ方向に１ケ所で
あり、半導体１ａの上流に位置する所に設置した。基板
の外側Ｓ！を流れる風６ｆは、制風板１１によって、基
板間へ６ｆ’のように流れ、半導体１ａの周囲の流速を
増すことができる。また流路Ｓ工の制風板１１と、流路
Ｓ２の制風板１１′とは第５図において、同じ垂直線上
にある必要はなく、比較的発熱量の大きい半導体１ａ、
ｌｂに対し、冷却風を所要の風速に制御する位置になる
ように採っている。

第６図は本発明の第３の実施例を示すもので、パッケー
ジ基板２が複数で、しかも、発熱量の比較的大きい基板
が複数（第６図では基板２ａと基板２ｂの２枚）の場合
を示す図である。さらに基板２ａには発熱量の大きい半
導体１ａが、基板２ｂには同様の半導体１ｂが各々配列
されている場合である。このような複数の基板群に対し
、制風量１１．１１’　　　１１’には半導体１ａ、ｌ
ｂの位置に対応して穴１３．１３’　を設けた。これに
より各基板ごとに、また各半導体ごとに各発熱量に対応
して、冷却に必要な風速を得ることができる。

第７図は本発明の第４の実施例を示す図で、制風板１１
．１１’　が基板２に対し垂直でなく、傾斜している場
合を示す、制風板１１．１１’の傾斜により、制風板の
外側流路８１．Ｓｚに対する抵抗の位置を連続的に変え
ることができるので、外側流路内の流れの基板間への流
出を所要の風量に制御することができる。

〔発明の効果〕

本発明は、空冷電子機器の冷却構造に係り、基板群の外
側に狭い流路と、この外側流路内に制風板を設け、制風
板の上流を流れる風を基板間流路へ導き、基板間を流れ
る気流の流速を所要の流速に増減することにより、電子
機器を構成しているＩＣ，ＬＳＩなどのパッケージを効
果的に冷却できるので、電子機器を小形で低騒音にする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す縦断正面図、第２
図は第１図の■−■矢視図、第３図および第４図は第２
図の検査線における冷却風の風速分布図、第５図は本発
明の第２の実施例を示す縦断平面図、第６ｒＩ！Ｉは本
発明の第３の実施例を示す縦断正面図、第７図は本発明
の第４の実施例を示す縦断正面図である。 １・・・パッケージ、２・・・基板、３・・・冷却ファ
ン、６・・・冷却ファン、Ｓ　１１　Ｓ　ｚ・・・流路
。 昭　　１　　図 華 図 ■ 図 第 図 ｔ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．ハウジングの内部に、基板とこれに設けられた電子
   部品とで構成されたパッケージを配置し、冷却ファンに
   より前記ハウジングの内部に冷却風を流し、前記電子部
   品を冷却する空冷電子機器において、前記パッケージ配
   列基板群の外側流路内に制風板を設け、制風板の上流を
   流れる風を基板間へ導き、基板間を流れる気流の流速を
   増減させることを特徴とする空冷電子機器の冷却構造。