JPH05126352A - 電子装置を収容する冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空冷用ファンの故障時、または発熱が不均一
な場合に他のファンの風向を制御して内部を均一に冷却
することのできる冷却装置を提供する。 【構成】 架内の温度分布を測定して故障ファンの位置
や過熱部位と温度勾配等を認識し、予め定めたル−ルに
従って各ル−バの傾き、または各ファンの傾き角を変え
て風の流れ制御し、架内の温度分布を均一化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子装置の冷却装置に関
わり、とくにマルチチップモジュ−ルを実装した電子回
路基板の強制空冷装置と上記冷却に好適なマルチチップ
モジュ−ルに係る。

【０００２】

【従来の技術】従来の強制空冷方式電子装置において
は、特開昭６２−１８３５９８号公報に記載のように、
筐体内の通風路を構成する壁面（ル−バ）の一部を温度
変化に応じて変形する材料を用いた可動構造とし、上記
可動壁面は送風機の故障によって生じる可動壁面の通風
路の過熱によりその向きを自動的に変位するように動作
し、隣接する送風機の風を過熱部に供給するようにして
いた。また、特開平２−１９９２９９号公報には、正常
稼働時には電磁石により複数の空気流整流板を垂直並行
に支持し、ファンの故障時には電磁石を解除して上記整
流板を将棋倒しにしてファンの流出口を塞いで、隣接フ
ァンの風を誘導して冷却する方法が開示されている。ま
た、冷却対象であるマルチチップモジュ−ル（以下、簡
単のＭＣＭと略称する）は、多数の半導体集積回路チッ
プ（ＬＳＩチップ）を平面的に搭載し、その下面の接続
ピンをマザ−ボ−ドのスル−ホ−ルに挿入したり、また
はマザ−ボ−ドに搭載したコネクタに接続するようにし
ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、複数個の冷却用ファンのうち一台が故障して停止し
た場合に、その部分の風の通路を閉じて他のファンから
の風を回流して複数の回路基板の過熱を防止するように
はなっているものの、上記回流する風の分量を発熱の程
度に応じて調整できないという問題があった。

【０００４】また、上記ＭＣＭにはＬＳＩチップを平面
的に搭載するため、接続ピン数の増加が障害となってＬ
ＳＩチップ搭載数を増やすことが困難となり、せっかく
の冷却装置の冷却能力を十分に活用できないという問題
もあった。さらに、多上記ＭＣＭを例えばコネクタでマ
ザ−ボ−ドに接続すると、数千本のピンの抜去に要する
力が数千Ｎにもなり、操作性が極めて悪いうえ、ＭＣ
Ｍ，マザ−ボ−ド等の強度を高める必要が生じる等の問
題もあった。

【０００５】本発明の目的は、ファンの故障時に、他の
ファンからの風の量を適切に調整して回流させることの
できる電子装置を収容する冷却装置を提供することにあ
る。さらに、ＭＣＭ内にＬＳＩチップの実装密度を高め
ると同時にその冷却効率を向上させ、さらに上記ＭＣＭ
とマザ−ボ−ド間の接続を容易化した電子装置を収容す
る冷却装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、冷却装置内に複数の温度センサを設け、これにより
得られる架内の温度分布デ−タより複数のル−バの傾き
角度、あるいは複数のファンの傾き角度を適切に制御す
るようにする。さらに、上記制御装置は上記架内の温度
分布に対応して予め決定された上記複数のル−バまたは
複数のファンの傾き角度と傾き方向を記憶するようにす
る。また、上記冷却装置が収容する電子装置に回転可能
な風車式のフィンを設け、これをファンの風力により回
転して局部的な放熱を促進するようにする。さらに、上
記風車式のフィンの複数を複数の電子装置基板を貫通す
る軸により連結するようにする。

【０００７】さらに、上記冷却装置が収容する電子装置
基板に、半導体集積回路チップと放熱フィンとを搭載し
たプリント基板を積層し、上記放熱フィンの切欠き部を
介して上記各基板間を電気的に接続するようにする。さ
らに、上記電子装置基板の接続パッド部と上記プリント
基板の接続バンプ部間に異方性導電ゴム板を介在させて
これを圧接することにより基板間を電気的に接続するよ
うにする。さらに、上記電子装置基板とプリント基板間
をフォトカプラにより接続するようにする。

【０００８】

【作用】上記ル−バまたはファンの傾き制御により、冷
却装置内の風向きと風量が架内の過熱部温度を低めるよ
うに調整される。また、上記風車式のフィンは電子装置
基板の発熱部を局部的に放熱する。また、上記冷却装置
が収容する電子装置基板に半導体集積回路チップと放熱
フィンとを搭載したプリント基板を積層することにより
半導体集積回路チップの実装密度が向上する。また、上
記電子装置基板と上記プリント基板間を異方性導電ゴム
により電気的に接続したり、基板間をフォトカプラによ
り結合することにより、基板間接続用のピン、ソケット
類の数が低減される。

【０００９】

【実施例】図１は本発明により風向制御を行うマルチチ
ップモジュ−ルの冷却実装装置実施例の模式図である。
架１内に格納されたＭＣＭ２を搭載した多数の配線基板
３は架１の下方に配置された複数のファン４により強制
空冷され、ファン４と配線基板３間に配置されたル−バ
５により風向が制御されるようになっている。図２は上
記複数のファン４が正常に動作している状態の一例であ
り、各ル−バ５は垂直に固定されているので各ファンか
らの風は上方に向かって垂直にふき上げられる。

【００１０】図３は上記ファン４の中のの１つ４１が故
障した場合であり、ル−バ５１の両隣のル−バ５２と５
３が傾いて風向きを変え、故障したファン４１の上部に
送風する。図３では省略されているものの、各ファン４
毎にファンの回転検知装置と角ル−バの角度調整装置が
設けられ、上記回転検知装置によりファンの回転停止が
検知される、上記角度調整装置は停止したファン４１の
位置に応じて各ル−バの角度を調整して故障ファン４１
の上方に風が回り込むようにする。

【００１１】図４は故障ファン４１の位置が変わった場
合を示している。このように上記角度調整装置は故障フ
ァン４１の位置に応じて各ル−バの傾き方向や傾き角等
を適切に制御し、架１内の風量を常に均一にするように
動作する。このような各ル−バ５の角度や傾き方向は故
障ファン４１の位置に応じてあらかじめ上記角度調整装
置内に記憶しておくようにする。各ル−バ５には図５に
示すように、ル−バ５の傾きを設定するためのモ−タ６
を備え、たとえばスッテプモ−タを用いることにより上
記傾き角の設定を容易化することができる。

【００１２】また、上記風向制御はファン４の向きを変
えても行なうことができる。このような場合には図６に
示すようにファン４自体にモ−タを連結し、同様にして
故障ファン４１の位置に応じて各ファン４の角度や傾き
方向を最適に制御するようにする。また、一般に架１内
の各配線基板３の消費電力は不均一なことが多いので、
図７に示すように架１の上部に複数の温度センサ７を取
り付けて架１内の温度分布を検出し、上記温度分布に応
じて各ル−バの向きを適切に設定するようにする。

【００１３】図８により上記各ル−バ角度の設定論理に
ついて説明する。図８では簡単のためル−バの数と上記
温度センサ７の数が共に４であるとし、架１の幅方向を
４区分して考えることにする。上部の曲線は上記温度セ
ンサ７の測定温度（黒丸点）より定まる架１内の幅方向
の温度分布例を示している。上記架１内の温度範囲を図
示のように例えば４角水準に分けると、最左側の温度セ
ンサの温度水準は１であり，順次右側に向かって各温度
水準は２，４，３となっている。ここで、上記架１の幅
方向の一つの４区分に着目し、その右側の領域の温度水
準値と左側の温度水準値の差を求めると図８の最下欄の
ように最左側の領域からそれぞれ＋１，＋３，＋１，−
１となる。但し、最左端の左側及び最右端の右側の水準
値はそれぞれ最左端、最右端の水準値と同じとする。上
記温度水準値の差の符号がプラスの場合は対応するル−
バを右回転し、マイナスの場合は左回転し、各回転角度
は上記温度水準値の差の値に比例するようにする。この
結果、温度の高い領域に風を集中して送ることができ、
架１内を均一な温度に冷却することができる。

【００１４】図９は図８の温度水準区分と幅領域をさら
に細分化した場合であり、このように幅領域を細分化す
ると着目する幅領域に対して両側二つあるいは三つとい
った複数の領域まで考慮した重み付けを行なってル−バ
５の回転角を決定することができる。なお、図６に示し
たようにファン４自体を回転させる場合についても、そ
の確度は同様にして設定することができる。上記本発明
において、配線基板３の発熱源である各ＭＣＭ２の冷却
を個別に高めるようにすると全体の冷却効率をさらに向
上することができる。

【００１５】このため図１０に示すように、ＭＣＭ２に
図１１のような冷却用の小型の風車形フィン９を取付け
るようにする。図１２は上記風車形フィン９を取付けた
配線基板３の断面構造を示す図である。各配線基板３に
は筐体１１に支持された回転軸が貫通され、これに各風
車形フィン９が挿入連結される。各風車形フィン９の凹
溝が回転軸１０の凸溝と嵌合するので、各風車形フィン
９は同時に回転する。ＭＣＭ２からの熱は熱伝導性の良
い緩衝材を介して放熱フィン８と風車形フィン９へと伝
えられ、冷却風により冷却されると同時に、図１３に示
すように回転軸１０を介して筐体１１にも伝えられて放
熱される。また、ファン４の一つが故障した場合でも、
上記風車形フィン９の回転と回転軸１０を介する熱伝播
とにより、故障ファン直上のＭＣＭ２を冷却することが
できる。さらに上記回転軸１０内にヒ−トパイプを挿入
するようにすれば上記熱伝播をさらに向上することでき
る。

【００１６】本発明の冷却冷却装置により冷却能力が向
上すると各ＭＣＭの許容発熱量を増加してもよくなる。
上記許容発熱量の増加に対応して搭載するＬＳＩチップ
数を増加できる。図１４は実装密度を増加させた本発明
のＭＣＭの断面図である。ＬＳＩチップ３０−Ａ，３０
−Ｂ，３０−Ｃ等はマイクロバンプ接続等により、それ
ぞれ２層以上の多層プリント基板１１−Ａ，１１−Ｂに
電気的、機械的に接続される。ＬＳＩチップ３０−Ｃは
熱伝導性の良いゴム，グリス，樹脂等からなる熱伝導弾
性体を介してＡｌ，ＡｌＮ材等の放熱フィン８に接続さ
れている。同様に、半導体集積回路チップ３０−Ａ，３
０−Ｂは熱伝導弾性体１２を介して熱伝導性がよく、多
層プリント基板１１−Ａ，１１−Ｂとの熱膨張係数比の
小さい材料からなる放熱板１３に接続される。

【００１７】多層プリント基板１１−Ａ，１１−Ｂは放
熱板１３の切欠き部１４の部分で熱収縮性の接着樹脂１
５および半田１６等により電気的，機械的に接続され
る。放熱フィン８と多層プリント基板１１−Ｂとの間に
はシリコンゴム等の封止用の樹脂１７により封止され
る。図１５は図１４のＭＣＭの展開斜視図である。上記
本発明のＭＣＭでは、層ごとに接続される放熱板１３に
より内部で発生した熱は放熱できるので、多層化による
放熱の問題を改善することができる。また、ＬＳＩチッ
プの搭載数を増やしてＭＣＭの実装密度を大きく向上す
ることができ、また、放熱板の切欠き部を通してモジュ
−ル間を接続することにより配線距離を短縮できるので
回路の動作速度を速めることもできる。また、放熱板と
多層プリント板の接続部の熱膨張係数比を小さくするこ
とにより、温度上昇による経年変化を最小限に押さえる
ことができる。なお、上記放熱フィンを水冷装置に替え
ることもできる。

【００１８】図１６はＭＣＭの実装におけるピンネック
を改善する本発明の実施例断面図である。図１６におい
ては多数のＬＳＩチップを搭載するＭＣＭと配線基板３
間に異方性導電ゴム２２を挾んでＭＣＭの接続バンプ１
８，１８１等と配線基板３の接続パッド１９を対向させ
て圧接する。なお、ＭＣＭには図１７に示すように位置
決めピン２０と止め穴２１が設けられ、位置決めピン２
０を配線基板３のガイド孔に挿入して位置決めを行な
い、止め穴２１を介するねじ締めにより配線基板３に固
定する。接続バンプ１８，１８１と接続パッド１９の部
分では異方性導電ゴム２２が加圧されて圧縮比が大きく
なるため導通が生じる。また、その他の部分では圧縮比
は小さいため絶縁が保持されることになる。

【００１９】また、上記ねじ締めはＭＣＭの端部で行わ
れるためＭＣＭの中央部では微小な反りにより上記異方
性導電ゴム２２の加圧力が弱くなる。この点をカバ−す
るために図１６および図１７に示すように、周辺部に較
べて中心部の接続バンプ１８１を若干高くするようにす
る。また、異方性導電ゴム２２は取付、取外しが容易で
あるため実質的にコネクタとして動作している。

【００２０】図１８は上記ＭＣＭ実装におけるピンネッ
クを改善する本発明の他の実施例断面図である。配線基
板（マザ−ボ−ド）３上にはコネクタ２３が搭載され、
ＭＣＭと配線基板（マザ−ボ−ド）３間はＭＣＭのピン
２６とコネクタ２３のソケット２７による接続の他に、
ＭＣＭ側のＬＥＤアレ−２４とコネクタ２３のＰＤアレ
−２５により構成されるフォトカプラ−により高速の光
信号接続を行う。このためピン２６とコネクタ２３の本
数が格段に少なくなる。また、電源等の大容量給電は上
記ピン２６とコネクタ２３のソケット２７により行な
う。

【００２１】

【発明の効果】本発明により、マルチチップモジュ−ル
の冷却実装装置内の冷却用ファンの一つが故障しても、
他のファンから送風経路の変更により故障により生じた
過熱部を適切に冷却することができる。また、装置内の
発熱密度が不均一な場合においても、上記送風経路の修
正により発熱の大きな部位を効果的に冷却し冷却装置内
の温度を均一化することができる。さらに、本発明によ
り冷却効率を高めることができるので冷却装置内に収容
するＭＣＭが搭載するＬＳＩチップ数を増やすことがで
きる。

【００２２】本発明では図１４に示すように、ＬＳＩチ
ップを搭載する多層プリント基板毎に放熱板を取り付
け、上記多層プリント基板を積層し、放熱板の切欠き部
を通して上記多層プリント基板間を接続するようにして
ＭＣＭの実装密度を向上し配線距離を短縮することがで
きる。また、図１６に示すように、異方性導電ゴム２２
を挾んで多数のＬＳＩチップを搭載するＭＣＭと配線基
板間を圧接し、ＭＣＭの接続バンプと配線基板の接続パ
ッド１９を電気的に接続するようにして、上記ＭＣＭの
実装密度向上におけるピンネックを改善することができ
る。また、図１８に示すように、フォトカプラ−を用い
てＭＣＭと配線基板間の光信号接続を行うようにして上
記ＭＣＭ実装におけるピンネックを改善することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による冷却装置の模式図である。

【図２】図１におけるはル−バの他の動きを示す模式図
である。

【図３】図１におけるはル−バの他の動きを示す模式図
である。

【図４】図１におけるはル−バの他の動きを示す模式図
である。

【図５】本発明におけるモ−タを備えたル−バの斜視図
である。

【図６】本発明における傾き制御用のモ−タを備えたフ
ァンの斜視図である。

【図７】本発明による温度センサを備えた冷却装置の模
式図である。

【図８】本発明における架内温度分布とル−バの傾きの
関係を示す模式図である。

【図９】本発明における架内温度分布とル−バの傾きの
関係を示す模式図である。

【図１０】本発明による風車形フィンを設けたＭＣＭの
斜視図である。

【図１１】本発明における風車形フィンの斜視図であ
る。

【図１２】本発明における風車形フィンの実装例を示す
正面図である。

【図１３】本発明におけるＭＣＭの放熱経路を示す斜視
図である。

【図１４】本発明によるＭＣＭの断面図である。

【図１５】本発明によるＭＣＭの構造を示す斜視図であ
る。

【図１６】本発明によるＭＣＭと配線基板間の異方性導
電ゴムによるの接続を示す断面図である。

【図１７】図１６の斜視図である。

【図１８】本発明によるＭＣＭと配線基板間のフォトカ
プラ−による接続を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 架 ２ マルチチップモジュ−ル ３ 配線基板 ４ ファン ５ ル−バ ６ モ−タ ７ 温度センサ ８ 放熱フィン ９ 風車形ファン １０ 回転軸 １１ 筐体 １１Ａ 多層プリント基板 １２ 熱伝導弾性体 １３ 放熱板 １５ 接着樹脂 １６ 半田 １７ 樹脂 １８ 接続バンプ １９ 接続パッド ２０ 位置決めピン ２１ 止め穴 ２２ 異方性導電ゴム ２３ コネクタ ２４ ＬＥＤアレ− ２５ ＰＤアレ− ２６ ピン ２７ ソケット ３０ 半導体集積回路チップ ４１ 故障ファン １８１ 接続バンプ

フロントページの続き (72)発明者 浅井 誠二 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所戸塚工場内 (72)発明者 眞藤 孝徳 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所戸塚工場内 (72)発明者 石田 雄爾 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所戸塚工場内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のファンと風向を決定する複数のル
   −バとを備えた電子装置を収容する冷却装置において、
   上記複数のル−バの傾き角度を変更する手段と、架内の
   温度分布を検知する複数の温度センサと、上記複数の温
   度センサが検出する架内の温度分布より上記複数のル−
   バの傾き角度を決定する制御装置とを備えたことを特徴
   とする電子装置を収容する冷却装置。
2. 【請求項２】 複数のファンと風向を決定する複数のル
   −バとを備えた電子装置を収容する冷却装置において、
   上記複数のファンの傾き角度を変更する手段と、架内の
   温度分布を検知する複数の温度センサと、上記複数の温
   度センサが検出する架内の温度分布より上記複数のファ
   ンの傾き角度を決定する制御装置とを備えたことを特徴
   とする電子装置を収容する冷却装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、上記制御装
   置内に上記複数の温度センサが検出する架内の温度分布
   に対応して決定された上記複数のル−バまたは複数のフ
   ァンの傾き角度と傾き方向を記憶する記憶装置を備える
   ようにしたことを特徴とする電子装置を収容する冷却装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
   上記冷却装置が収容する電子装置に回転可能な風車式の
   フィンを設け、上記ファンの風力により上記風車式フィ
   ンを回転するようにしたことを特徴とする電子装置を収
   容する冷却装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、上記冷却装置が収容
   する複数の電子装置基板を貫通する軸を設け、上記軸に
   複数の上記回転可能な風車式のフィンを取り付けて上記
   ファンの風力により上記複数の風車式フィンが連結され
   て回転するようにしたことを特徴とする電子装置を収容
   する冷却装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
   上記冷却装置が収容する電子装置基板に、半導体集積回
   路チップと放熱フィンとを搭載したプリント基板を積層
   し、上記放熱フィンの切欠き部を介して上記プリント基
   板間ならびに上記電子装置基板と上記プリント基板間を
   電気的に接続するようにしたマルチチップモジュ−ルを
   搭載するようにしたことを特徴とする電子装置を収容す
   る冷却装置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
   上記冷却装置が収容する電子装置基板の接続パッド部と
   半導体集積回路チップと放熱フィンとを搭載したプリン
   ト基板の接続バンプ部間に異方性導電ゴム板を配置し、
   上記電子装置基板とプリント基板を圧接することにより
   上記接続パッド部と接続バンプ部間を電気的に接続する
   ようにしたことを特徴とする電子装置を収容する冷却装
   置。
8. 【請求項８】 請求項１ないし５のいずれかにおいて、
   上記冷却装置が収容する電子装置基板に半導体集積回路
   チップと放熱フィンとを搭載したプリント基板を搭載
   し、上記電子装置基板とプリント基板間の信号の少なく
   とも一部を接続するフォトカプラを設けたことを特徴と
   する電子装置を収容する冷却装置。