JPH06196887A - ヒ−トシンクおよびそれを用いた電子装置およびその電子装置を用いた電子計算機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】発熱半導体部品が平面上に非常に密に実装され
た場合でも、排気流路の流動抵抗を低くし、ヒートシン
クの冷却性能を向上する。また、騒音が低下した発熱半
導体部品の冷却装置を提供する。 【構成】複数の発熱半導体部品２１上のヒートシンク２
２の上方にノズル２３を設け、ヒートシンク２２の冷媒
の流通および排出方向（ｘ方向）と垂直な方向（ｚ方
向）のノズル幅を、ヒートシンクの幅より大きくし、ｘ
方向のノズル幅をヒートシンクの幅より小さくした。そ
して、ノズル２３間の間隙にヒートシンク２２から排出
された排出冷媒が流れ出る排気スペース３６を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の発熱半導体部品
を有する電子装置およびそれを用いた電子計算機に係
り、この発熱半導体部品を空気等の冷媒を流通させてヒ
ートシンクで冷却するのに好適な電子装置および電子計
算機に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子装置では、プリント基板やセラミッ
ク基板等の回路基板上に搭載された複数の発熱半導体部
品等を空気で冷却する手段として、かつては、発熱半導
体部品の上にそれぞれフィンを搭載して、冷却用空気を
発熱半導体部品の側方から供給し、発熱半導体部品を順
次冷却して行く方式が多く用いられた。しかし、最近で
は、発熱半導体部品の発熱量が著しく増大する傾向にあ
ることから、このような方式では風温上昇が大きくな
り、下流側ほど冷却性能が悪くなるという不具合が生じ
てきた。そこで、この不具合を解決する方法として、発
熱半導体部品の上に大きな放熱面を持つ高性能なフィン
を搭載し、送風機から供給された冷却用空気を、フィン
上方に設けたチャンバやノズル等を介して個々のフィン
に風漏れのないように個別送風する方式が提案されてい
る。この例としては、特開平２−３４９９３号公報に記
載されている空冷方式がある。

【０００３】上記従来の空冷放熱装置について、図３２
および図３３に基づき説明する。図３２では、基板１上
に発熱体であるＬＳＩ２が多数搭載されている。ＬＳＩ
２上にはフィンにより構成されるヒートシンク３が設け
られており、チャンバ４、ノズル５を経て供給される冷
却空気によりＬＳＩ２が冷却されている。ヒートシンク
からの排気７は開口部６から排出され、ヒートシンク３
とヒートシンク３との間の排気スペース８を通って排出
される。

【０００４】そして、図３３に示すように、ＬＳＩ２お
よびヒートシンク３が碁盤目状に配置され、各々のヒー
トシンク３からの排気９がその排出方向をまとめられて
排気１０となって排出される。

【０００５】このように、従来の電子装置では、ＬＳＩ
２間またはヒートシンク３間の間隙が、まとめられた排
気を流通し排出させる排出流路となっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の電子装置で
は電子装置の高速化、高密度化に伴って、発熱半導体部
品が平面上に非常に密に実装され、発熱半導体部品同士
が隣接して配置される場合には、発熱半導体部品間に排
気流を排出させるのに十分な間隙が確保できないため、
次のような不具合があった。

【０００７】発熱半導体部品間あるいはヒートシンク間
に排気流を排出させるのに十分な間隙が確保できないの
で、所定の冷却風量をそれぞれのヒートシンクに流そう
とすると、排出部分で各ヒートシンクからの排気流が次
々に合流し風量を増し、まとめられた排気流の風速が著
しく大きくなり、それにより流動抵抗も著しく大きくな
ってしまう。また、風速が増すと流体騒音が発生する可
能性もある。さらに、ある程度送風動力が限られている
場合には、逆に所定の風量を流せなくなり、ヒートシン
クの冷却性能が低下する。

【０００８】また、排気部での流動抵抗が大きくなる
と、出口までの排気経路の短いヒートシンクには冷却空
気が十分流れるが、逆に、出口までの排気経路の長いヒ
ートシンクには冷却空気が十分流れなくなり、発熱半導
体部品間での冷却風量の不均一が生じる。さらに、この
冷却風量の不均一により、発熱半導体部品間での温度分
布の不均一が生じる。

【０００９】以上述べてきた不具合は、発熱半導体部品
が平面上に非常に密に実装され発熱半導体部品間に排気
を排出させるのに十分な間隙が確保できない場合の他
に、発熱半導体部品の発熱量が非常に大きい場合にも生
じる。

【００１０】また、従来の電子装置においては、排気流
路の断面積が発熱半導体部品間あるいはヒートシンク間
の間隙によって決定されていた。そのため、排気流路の
断面積は発熱半導体部品の配置によってある程度決定さ
れる。したがって、排気合流の主流の方向は、電子装置
筐体に設けた排出口の位置と発熱半導体部品の配置によ
ってほぼ規定され、ヒートシンクの構造、あるいは、ダ
クトやノズルの構造で規定することは難しかった。

【００１１】さらに、従来の電子装置では、発熱半導体
部品間またはヒートシンク間の間隙が、まとめられた排
気を流通し排出させる排出流路となっているため、上流
側のヒートシンクから排出された温められた空気が、下
流側のヒートシンクあるいは発熱半導体部品に直接接触
し、下流側の冷却性能を悪化させる恐れがあった。

【００１２】また、従来の電子装置では、ヒートシンク
を冷却した後の温められた排気流が、電子装置筐体内の
他の部分に流出し、冷却空気を供給する送風機に再流入
したり、他の電子部品を加熱してしまうことがあった。

【００１３】本発明は、このような技術課題に着目して
なされたもので、発熱半導体部品が平面上に非常に密に
実装された場合、あるいは、発熱半導体部品の発熱量が
非常に大きい場合に、流路の流動抵抗を低下させ、ヒー
トシンクの冷却性能を向上させ、さらに、騒音を低下さ
せることを目的とする。

【００１４】また、発熱半導体部品間での均一な冷却風
量分配と、均一な温度分布を実現させることを目的とす
る。

【００１５】また、上流側のヒートシンクの排気熱によ
る、下流側のヒートシンクの性能低下を防止することを
目的とする。

【００１６】また、温められた排気が電子装置筐体内の
他の部分に流出し、他の電子部品の信頼性を低下させる
ことを防止することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に基板上に搭載された複数の発熱半導体部品と、該発熱
半導体部品夫々に熱的に接続して取り付けられ、空気な
どの冷媒の流通および排出方向を規定するヒートシンク
と、前記夫々のヒートシンクから排出された冷媒をまと
めて流通する排気室とを備えた電子装置において、前記
夫々のヒートシンクにおける冷媒の流通および排出方向
が実質的に同じになるように前記ヒートシンクを夫々配
設し、前記夫々のヒートシンクの前記発熱半導体部品取
付け側と反対側の端面に接して、前記ヒートシンクに冷
媒を供給するノズルを夫々設け、前記ヒートシンクによ
り規定された冷媒の流通及び排出方向における前記ノズ
ルの幅を対応する前記ヒートシンクの幅より小さくした
ものである。

【００１８】また、本発明の電子装置は、ヒートシンク
における冷媒の流通および排出方向が、複数の発熱半導
体部品間において、お互いに平行になるようにヒートシ
ンクを搭載し、ヒートシンクの発熱半導体部品と反対側
の一端面に、ヒートシンクに冷媒を供給するノズルを設
け、複数のヒートシンクから排出された後の冷媒の流れ
をまとめた排出合流が、ヒートシンクの発熱半導体部品
と反対側の一端面に隣接して流通し、排出合流が、ヒー
トシンクの冷媒の流通および排出方向と直交する方向の
ノズル面に隣接して流通し、排気合流の方向とヒートシ
ンクの冷媒の流通および排出方向とをほぼ直交させたも
のである。

【００１９】また、ヒートシンクの冷媒の流通および排
出方向と垂直な方向において、ノズル幅をヒートシンク
の幅より大きくし、ヒートシンクの冷媒の流通および排
出方向な方向のノズル幅を、ヒートシンクの幅より小さ
くしたものである。

【００２０】さらに、ヒートシンクの冷媒の流通および
排出方向と平行な方向における複数のノズル同士の間隙
を、同方向に直交する複数のノズル同士の間隙よりも大
きくしたものである。

【００２１】また、温められた排気流が電子装置筐体内
の他の部分に流出するのを防ぐため本発明の電子装置
は、発熱半導体部品等を取り囲む周囲に、ヒートシンク
から排出される冷媒を電子装置筐体外への冷媒排出口に
導き、排出冷媒と電子装置の他の構成部品とを隔てる隔
壁を有するものである。

【００２２】又、前記夫々のヒートシンクの前記発熱半
導体部品取付け側と反対側の端面に、前記ヒートシンク
に冷媒を供給するノズルを夫々設け、該ノズルから供給
された冷媒を前記ノズルおよび供給側とは独立に隔壁さ
れて形成された排出通路を通して排出するように構成し
たことを特徴とするものである。

【００２３】又、前記夫々のヒートシンクに冷媒供給通
路から前記発熱半導体部品にほぼ直交する方向に流出さ
せるためのノズルを設け、該ノズルから流出された冷媒
を前記夫々のヒートシンクにより発熱半導体部品に沿う
ように流出させるとともに前記ノズルおよび供給側とは
独立に隔壁されて形成された排出通路を通して排出する
ように構成したことを特徴とするものである。

【００２４】又、前記夫々のヒートシンクに冷媒供給通
路から前記発熱半導体部品にほぼ直交する方向に流出さ
せるためのノズルを設け、該ノズルから流出された冷媒
を前記夫々のヒートシンクおよび該ヒ−トシンクの外側
に形成された排気ガイド板によりＵタ−ン状に前記ヒ−
トシンクの上方に向かうように構成するとともに、前記
ノズルおよび供給側とは独立に隔壁されて形成された排
出通路を通して排出するように構成したことを特徴とす
るものである。

【００２５】また、電子装置においてヒートシンクの冷
媒の流通および排出方向における複数のヒートシンクの
端部間の間隙を、同方向に対する発熱半導体部品間の間
隙よりも大きくしたものである。

【００２６】また、前記目的を達成するために、電子装
置においてヒートシンクの冷媒の流通および排出方向に
おける複数のノズル同士の間隙を、同方向に対する複数
のヒートシンク間の間隙よりも大きくたしたものであ
る。

【００２７】また、基板上に搭載された複数の発熱半導
体部品と、この発熱半導体部品夫々に熱的に接続して取
り付けられ、空気などの冷媒の流通および排出方向を規
定するヒートシンクと、前記夫々のヒートシンクから排
出された冷媒をまとめて流通する排気室とを備えた電子
装置において、前記夫々のヒートシンクにおける冷媒の
流通および排出方向が実質的に同じになるように前記ヒ
ートシンクを夫々配設し、前記夫々のヒートシンクの前
記発熱半導体部品取付け側と反対側の端面に接して、前
記ヒートシンクに冷媒を供給するノズルを夫々設け、前
記ヒートシンクにより規定された冷媒の流通及び排出方
向における前記複数のノズルのピッチは前記ヒートシン
クのピッチより小さくしたものである。

【００２８】また、電子装置においてヒートシンクの冷
媒の流通および排出方向における、ヒートシンク幅が発
熱半導体部品の幅よりも小さいヒートシンクを含むもの
である。

【００２９】さらに、ヒートシンクの冷媒の流通および
排出方向におけるノズル幅が、ヒートシンク幅よりも小
さいものである。

【００３０】また、ヒートシンクの冷媒の流通および排
出方向におけるノズル幅を、同方向のヒートシンク幅の
ほぼ１／２としたものである。

【００３１】また、ｘ方向のノズル同士の間隙を、発熱
半導体部品同士の間隔の０．５〜０．８倍としたもので
ある。

【００３２】さらに、前記目的を達成するために、電子
装置においてヒートシンクの冷媒の流通および排出方向
におけるヒートシンクの幅が、発熱半導体部品側からチ
ャンバ側に向かって徐々に小さくなるような形状とした
ものである。

【００３３】また、電子装置においてヒートシンクに冷
媒を供給するノズルの、ヒートシンクの冷媒の流通およ
び排出方向と垂直、あるいは、平行な方向のノズル幅
を、ノズル上流部からヒートシンクと接続されたノズル
下端部に向かってゆるやかに小さくなる先細ノズル形状
としたものである。

【００３４】また、基板上に搭載された複数の発熱半導
体部品と、この発熱半導体部品夫々に熱的に接続して取
り付けられ、空気などの冷媒の流通および排出方向を規
定するヒートシンクと、前記夫々のヒートシンクから排
出された冷媒をまとめて流通する排気室とを備えた電子
装置と、この排気室に冷媒を供給する冷媒供給手段と、
該冷媒供給手段により供給される冷媒を電子装置に導く
チャンバと、前記電子装置及び前記冷媒供給手段とを格
納する筐体とを備えた電子計算機において、前記筐体上
部に前記電子装置を格納し、前記チャンバと前記電子装
置を並置し、前記チャンバの鉛直下方に前記冷媒供給手
段を設け、前記複数の発熱半導体部品に冷媒を供給する
ノズルと前記電子装置との上部に前記排気室を設け、前
記筐体上面に冷媒の排気孔を設けたものである。

【００３５】又、電子計算機の本体の下部から空気を供
給する冷媒供給手段により空気を吸気させ、該空気され
た空気をチャンバ通路により電子装置の空気供給部に導
くとともに、該空気供給部の空気を基板上に搭載された
複数の発熱半導体部品夫々に熱的に接続して取り付けら
れたヒートシンクに夫々設けられたノズルにより前記夫
々のヒートシンクに導き、該ノズルおよび前記空気供給
部と独立して隔壁された排気室を通して電気計算機の上
部に流出させ、前記電子装置の冷却を行うようにしたこ
とを特徴とするものである。

【００３６】又、前記夫々のノズルに供給される冷媒あ
るいは空気が電子計算機本体の上部に設けられるもので
ある。

【００３７】また、ベース板とこのベース板に実質的に
垂直に形成された複数のフィンとを備え、複数のフィン
により冷媒の流通および排出方向が規定されるヒートシ
ンクにおいて、前記フィンにより規定される冷媒の流通
および排出方向と直交する方向の前記ベース板端部のフ
ィン高さをベース板中央部のフィン高さより低くしたも
のである。

【００３８】また、基板上に搭載された複数の発熱半導
体部品と、発熱半導体部品夫々に熱的に接続して取り付
けられ、空気などの冷媒の流通および排出方向を規定す
るヒートシンクと、前記夫々のヒートシンクから排出さ
れた冷媒をまとめて流通する排気室とを備えた電子装置
において、前記夫々のヒートシンクにおける冷媒の流通
および排出方向が実質的に同じになるように前記ヒート
シンクを夫々配設し、前記複数のヒートシンクを囲繞す
る隔壁と、前記発熱半導体部品取付け側と反対側の端面
に接して前記ヒートシンクに冷媒を供給するノズルとを
設け、ノズルと前記隔壁とを一体に構成したものであ
る。

【００３９】また、本発明の電子装置は、それぞれの発
熱電子部品に個別に押込みブロアを設けたものである。

【００４０】

【作用】発熱半導体部品夫々にヒートシンクを取付け、
このヒートシンクに接してノズルを設け、ノズルの周囲
にヒートシンクからの排気を流通させる排気室を設けて
いるので、発熱半導体部品が平面上に非常に密に実装さ
れ、発熱半導体部品間、あるいはヒートシンク間に排気
を排出させるのに十分な間隙が確保できない場合でも、
ヒートシンクの発熱半導体部品と反対側の一端面である
ヒートシンク上端面と、ヒートシンクの冷媒の流通およ
び排出方向と直交する方向のノズル面とに隣接した空間
に、排気を排出させるのに十分な空間を確保できる。そ
れにより、排出合流の主流がこの空間を利用して排出さ
れ、排出合の流速を低下できる。したがって、排気流路
の流動抵抗を低減し、ヒートシンクの冷却性能の向上と
騒音の低下が可能となる。さらに、排気流路の流速の低
下により流動抵抗を低くできると、出口までの排気経路
の長いヒートシンクにも冷却空気を十分流すことがで
き、発熱半導体部品間での均一な冷却風量分配と、均一
な温度分布を実現できる。また、冷媒の流れが何度も直
角またはＵターン状に曲がるので、ブロアやヒートシン
クあるいは流路中で発生する騒音が、流路中で吸収され
るので、低騒音となる。

【００４１】また、発熱半導体部品の発熱量が非常に大
きい場合でも、発熱半導体部品間、あるいは、ヒートシ
ンク間の間隙に構成される空間と、上記ヒートシンク上
端面とノズル面とに隣接した空間とを併せて排気を排出
させる空間として利用することができるので、排気流路
の流動抵抗を低くできるし、ヒートシンクの冷却性能の
向上と騒音の低下が可能となる。

【００４２】また、ヒートシンク上端面とノズル面とに
隣接した空間を排出合流の主流が流通するため、上流側
のヒートシンクから排出された温められた空気は、ほと
んど下流側のヒートシンクあるいは発熱半導体部品に接
触しないので、下流側のヒートシンクの冷却性能の低下
を防止できる。

【００４３】また、ヒートシンクにより規定される冷媒
の流通及び排出方向のノズルの間隙をそれに直交する方
向の間隙より大きくしたので、ヒートシンクにより規定
される冷媒の流通および排出方向のノズル間の間隙を排
出合流の主流が流通することになり、排気合流の主流の
方向をヒートシンクの構造、あるいはダクトやノズルの
構造で規定することができる。

【００４４】また、発熱半導体部品を取り囲んで隔壁を
形成したので、ヒートシンクから排出される冷媒を電子
装置筐体に設けた冷媒排出口に効率よく導くことができ
る。さらに、熱交換して昇温した排出冷媒の冷却不要部
品への混入を防止できるので、温められた排気が電子装
置の他の構成部品に悪影響をおよぼす心配がない。

【００４５】また、ヒートシンクにより規定される冷媒
の流通及び排出方向におけるヒートシンク間の間隙を発
熱半導体部品間の間隙より小さくしたので、複数のヒー
トシンクの端部同士の間隙を従来よりも大きくでき、ヒ
ートシンクから排出された冷媒が、ヒートシンク上端面
とノズル面とに隣接した排出空間に向かって、Ｕターン
状に流出する際の流動抵抗を低減できる。さらに、ヒー
トシンクのフィン高さを端部ほど低くすると、ヒートシ
ンクの上部ほど端部間のの間隙が大きくなるので、Ｕタ
ーン状に流出する際の流動抵抗をさらに低減できる。

【００４６】ノズルの発熱半導体部品上の位置を外側の
発熱半導体上に設けたものほど内側に寄せているので、
外側のヒートシンクほど冷媒の流動抵抗が少なくなり、
従来流れにくかった外側へも充分な冷媒が供給され、均
一な風量分布が可能となる。また、ノズルを先細ノズル
形状にしているので、冷媒がチャンバからノズルに流入
する際の流動抵抗を低減できる。

【００４７】さらに、筐体上部に電子装置を格納し、チ
ャンバと電子装置を並置し、チャンバの鉛直下方に冷媒
供給手段を設け、複数の発熱半導体部品に冷媒を供給す
るノズルと電子装置との上部に排気室を設け、筐体上面
に冷媒の排気孔を設けたので、低位置から吸い込んだ冷
たい冷媒が順次昇温して軽くなり上昇するので、温まっ
た冷媒が他の部品へ混入するのが防止され、効率よく冷
却できる。

【００４８】また、ヒートシンクにおいて内側のフィン
のフィン高さを高く、外側のフィンのフィン高さを低く
しているので、ヒートシンクでの冷媒の流動抵抗を小さ
くでき、放熱を効率よく行うことが可能となる。

【００４９】また、ノズルと隔壁とを一体に構成したの
で、発熱半導体部品へのノズルの位置決めが容易になり
排気流路を確保できるとともに、保守点検時の作業性が
向上する。

【００５０】又、複数の発熱電子部品に個別に押込み型
のブロアを設け、それぞれのノズルに独立に冷却風を送
れるようにしたので、それぞれのブロアの回転数を独立
に制御すれば、ヒートシンク間の風量分布を任意に変化
させることができる。

【００５１】

【実施例】初めに、電子装置の第１の実施例について図
１から図７に基づき説明する。

【００５２】図１は、本実施例の底面断面図である。プ
リント配線基板やセラミック基板等の基板２０には、Ｌ
ＳＩが１ないし複数個搭載されている電子回路モジュー
ル等に代表される発熱半導体部品２１が近接して多数搭
載されている。発熱半導体部品２１上には、その発熱を
冷却空気に効果的に伝達するためのヒートシンク２２が
取付けられている。ヒートシンク２２は、例えば平板を
多数並置した平板フィンであり、この平板間に形成され
る空間が冷却空気流の流通および排出方向を規定してい
る。ここで、ヒートシンクの材質は、銅やアルミニウ
ム、高熱伝導性セラミックのような熱伝導性の良い材質
にすると良い。

【００５３】発熱半導体部品２１とヒートシンク２２と
は、例えば、熱伝導性グリースや熱伝導性シート、ある
いは、熱伝導性接着剤を介して一体化され熱的に接続さ
れた構造となっている。ヒートシンク２２の基板との反
対面、すなわち上端面には冷却空気をヒートシンク２２
に供給するノズル２３が空気漏れのないように密着して
設けられている。ノズル２３の上部には、各ノズルにブ
ロア（図示せず）からの冷却空気を分配するチャンバ２
４が接続されている。ブロアなどの送風手段から送られ
たチャンバ内の空気流２５（ここで、丸の中に×印を付
した記号は紙面に垂直な方向の流れで、紙面の表側から
裏側へ貫通する方向の流れを示す）は、各ノズル内の空
気流２６に分配され、ヒートシンク２２に流入し、ヒー
トシンク内の空気流２７となる。そして、発熱半導体部
品２１に衝突して冷却した後Ｕターンして排気スペース
３６に流入し、各ヒートシンクからの排気が次々にまと
められた排気合流２８となり、出口に向かって流出す
る。

【００５４】図２は、図１の実施例の正面断面図であ
る。発熱半導体部品２１に取り付けられたヒートシンク
２２は、碁盤目状にお互いに非常に隣接して配置されて
いる。ヒートシンク２２内を流れる空気流２７は、ノズ
ル２３からヒートシンク２２の中央部に供給され、ヒー
トシンクの底面に衝突し左右に分かれて排出される。こ
こで、ヒートシンク２２はヒートシンク内の空気流２７
が、各ヒートシンク２２間においてお互いに平行になる
ように配置されている。

【００５５】本実施例では、ヒートシンク２２内の流れ
は平板フィンにより規定されるので、各ヒートシンクの
平板フィンの向きが互いに平行となるように各発熱半導
体部品にヒートシンクを取り付けている。図２に示すよ
うに、ヒートシンク内の空気流２７と直角方向（ｙ方
向）のノズル幅は、同方向のヒートシンク２２の幅より
大きくし、さらに、ヒートシンク内の空気流２７と平行
な方向（ｘ方向）のノズル幅が、同方向のヒートシンク
２２の幅より逆に小さくなるように構成している。各ヒ
ートシンクから排出されるヒートシンク内の空気流２７
は、次々に合流し排気合流２８となり、排気スペース３
６を通って排気３０となり、筐体外へ排出される。この
ように、排気合流２８の流れる方向は、ヒートシンク２
２内の空気の流通および排出方向２７（ｘ方向）に、ほ
ぼ直交している。

【００５６】また、発熱半導体部品２１の集合（５個×
４個の集合）の周囲には、ヒートシンク２２から排出さ
れる空気を電子装置筐体と接続された排気口に導く隔壁
２９があり、かつ、温められた排気と電子装置の他の構
成部品とを隔てている。これにより、温められた排気流
が電子装置筐体内の他の部分に流出するのを防いでい
る。また、発熱半導体部品２１の発熱量が大きい場合に
は、その排気の温度が高くなるとともに、冷却のために
風量を増すので風速が大きくなる。そのため、電子装置
筐体内の他の部分に排気が流出すると、他の電子部品の
温度を高める一要因となり信頼性を低下させる原因とな
る。そこで、この隔壁２９は信頼性向上のための有効な
手段である。なお、隔壁２９は、電子装置の他の構成部
品への塵埃の飛散を防止するためにも重要である。

【００５７】図３は、本実施例の右側面断面図である。
各ヒートシンク２２に冷却空気を供給するノズル２３の
上にチャンバ２４が設置されており、このチャンバ２４
には、ブロア３２を納めたブロアボックス３１が接続さ
れている。入口空気流３３はフィルタ３４を通過してブ
ロア３２に至り、このブロアにより加圧され風ちらし板
３５で通風断面内の風速分布を均一に調整された後にチ
ャンバ２４内に流入する。チャンバ２４内に流入した空
気は、流れ３７となってそれぞれのノズル２３に分配さ
れて、ヒートシンク２２を冷却する。ヒートシンク２２
から排出された空気は、ノズル間に形成された排気スペ
ースにＵターンして流入し、上流あるいは下流のヒート
シンク２２から排出された冷却空気流と合流し、排気合
流２８を構成し、排気３０となって電子装置から排出さ
れる。

【００５８】以上示したように、本実施例においては、
複数のヒートシンク２２から排出された後の冷却空気流
を排気合流２８としてまとめ、その排気合流２８の主要
部分が、ヒートシンク２２のノズルに直角方向（ｙ方
向）の一端面であるフィン上端面に隣接し、かつ、ノズ
ル面に隣接して流通している。つまり、ノズル２３間の
間隙に構成される排気スペース３６を、排気合流２８の
主要部分が流通し、排気されることになる。そのため、
発熱半導体部品を平面上に非常に密に実装でき、発熱半
導体部品間あるいはヒートシンク間には排気を排出させ
るのに十分な間隙が確保できない場合でも、この排気ス
ペース３６に排気を排出させるのに十分な空間を確保で
きる。

【００５９】これにより、排気合流２８の主要部分がこ
の空間を利用して排出され、排気合流２８の流速が低下
する。したがって、排気流路の流動抵抗を低くでき、ヒ
ートシンクの冷却性能の向上と騒音の低下が図られる。
さらに、排気流路の流動抵抗を低くすると、出口までの
排気経路が長く冷却空気がこれまで流れにくかったヒー
トシンクに対しても、冷却空気を十分流すことができ、
発熱半導体部品間での均一な冷却風量分配と、均一な温
度分布を実現できる。

【００６０】さらに、発熱半導体部品がそれほど密に実
装されていない場合でも、発熱半導体部品２１それ自身
の発熱量が非常に大きい場合には、発熱半導体部品相互
の間、あるいは、ヒートシンク相互の間の間隙に形成さ
れる空間と、上記のヒートシンク上端面とノズル面とに
隣接した排気スペース３６とを併せて排気の排出空間と
して利用することができる。そのため、排気流路の流動
抵抗を低くできるので、全体として風量を増加させるこ
とができ、ヒートシンクの冷却性能の向上と騒音の低下
が可能となる。

【００６１】また、排気スペース３６を排気合流２８の
主要部分が流通するので、上流側のヒートシンクから排
出された温められた空気は、その一部しか下流側のヒー
トシンクあるいは発熱半導体部品に接触しない。そのた
め、下流側のヒートシンクの冷却性能の低下を防止でき
る。

【００６２】なお、本実施例では、基板２０が垂直に設
置され、冷却空気が下方から上方に流通するように説明
したが、もちろん、基板２０が水平に設置されても良い
ことは言うまでもない。

【００６３】また、図２より、ヒートシンク２２内の空
気の流通および排出方向２７（ｘ方向）のノズル２３間
の間隙を、それに垂直な方向（ｙ方向）のノズル２３間
の間隙よりも大きくしたので、排気合流２８の主要部分
はノズル間の間隙（ｘ方向）を流通するようになり、排
気合流２８の方向をヒートシンクの構造、あるいは、ダ
クトやノズルの構造で規定することができる。そのた
め、通風経路の設計が容易になる。

【００６４】また、本実施例ような構成であれば、ブロ
ア３２からの空気流はチャンバ２４内でノズル２３に向
かって９０°曲げられた流れ３７になる。さらに、空気
流はヒートシンク内で流れ２７となり、Ｕターン状に１
８０°曲げられ排気スペース３６に流入した後、出口方
向へ流れ２８となって９０°曲げられる。このように、
空気流は流路中で何度も様々な方向へ曲げられるので、
ブロアやヒートシンクまたは流路中で発生した騒音は流
路中で吸収され、筐体外部にでにくくなる。そのため、
低騒音の電子装置とすることができる。

【００６５】図４はヒートシンク内の空気の流通および
排出と垂直な方向（ｙ方向）から見たヒートシンク２２
周辺の拡大図である。また、図５はヒートシンク内の空
気の流通および排出方向と平行な方向（ｘ方向）から見
たヒートシンク２２周辺の拡大図である。さらに、図６
は隣接する２つのヒートシンク２２の立体斜視図であ
る。

【００６６】これらの図を用いて本実施例について説明
する。ヒートシンク２２は、ベース板４０と、フィン４
１と、ふさぎ板４２とから構成される。ベース板４０上
にフィン４１が多数等間隔で接合され、さらにフィン４
１上にふさぎ板４２が接合されている。ベース板４０と
フィン４１との接合は、はんだ付けやろう付け、または
かしめ等の接合でも良いし、あるいは、機械加工や押出
しによって一体成形しても良い。ふさぎ板４２は、ノズ
ル２３からの冷却空気流がショートパスして排気スペー
ス３６に流入することを防止し、冷却空気流をベース板
近くまで到達させ、冷却性能を向上させるため設けられ
ている。同時に、ふさぎ板４２はフィン上端面でフィン
同士を固定させ、フィン同士を等間隔に保つスペーサの
役割を果たす。

【００６７】ノズルからの冷却空気流２６は、高速度で
フィン間に流入し、ノズル内の空気流２７としてベース
板４０近くまで流入し、次いで、ヒートシンク間の間隙
部へ流出する。ここで、隣接するヒートシンクから流出
してきた排気流と合流して、ノズル間の間隙に形成され
る排気スペース３６内の流れ４３となる。そして、上流
側に位置するヒートシンクからの排気合流４４や、下流
側に位置するヒートシンクからの排気合流４６と合流し
て電子装置外へ排気される。

【００６８】図２でも説明したように、ヒートシンク内
の空気流２７と垂直な方向（ｙ方向）のノズル幅を、同
方向のヒートシンク２２の幅に等しいかそれ以上にして
ある。この理由は、このｙ方向のノズル幅を小さくする
と、フィン間隙のノズル２３からはみ出した部分に冷却
空気が流れなくなってしまうためである。また、ノズル
２３は、ヒートシンク内の空気流２７と平行な方向（ｘ
方向）のノズル幅を、同方向のヒートシンク２２の幅よ
り逆に小さくしてある。この第１の理由は、ノズル幅を
小さくすることにより、ノズル２３内の空気流速を増大
させ、空気との温度差の大きいフィンベース付近まで冷
却空気が到達可能となり、大温度差の場合には熱交換効
率が高められるからである。さらに、噴流の効果を利用
して空気との熱伝達率を向上できることにある。つま
り、ヒートシンク２２の冷却性能を高めることができる
からである。第２の理由は、ノズル幅を小さくすると、
ノズル２３間の間隙に形成される排気スペース３６の幅
を大きくできるので、排気部分での流動抵抗を小さくで
きるためである。

【００６９】図４に示したように、ベース板４０の幅よ
りもフィン４１の幅の方が小さくなっていて、ヒートシ
ンクの冷媒の流通および排出方向２７と平行な方向（ｘ
方向）のヒートシンクの排出端部５１間の間隙を、この
方向の発熱半導体部品２１間の間隙よりも大きくしてい
る。このようにすることにより、ヒートシンクの排出端
部５１から排出された排気が、隣接するヒートシンクの
排出端部５１から流出してきた排気流と合流する際の合
流流動損失を低減でき、また、排気を排気スペース３６
にスムーズに流入させることができる。

【００７０】ヒートシンク内空気流と平行な方向（ｘ方
向）のノズル幅を、同方向のヒートシンク幅より小さく
すると、ヒートシンクの冷却性能が良くなるということ
は、すでに説明した。では、どの程度小さくしたら良い
かを図７を用いて説明する。ヒートシンク内空気流と平
行な方向（ｘ方向）のノズル幅をＷ（ｍｍ）、同方向の
ヒートシンク幅をＬ（ｍｍ）とする。図中、横軸はＷと
Ｌの比、Ｗ／Ｌ、縦軸はヒートシンクの熱抵抗Ｒｈ（℃
／Ｗ）を、Ｗ／Ｌ＝１．０ の時のＲｈの値で除した無
次元量である。なお、この値は、送風動力一定で評価し
た実験値をもとにした。図から明らかなように、Ｗ／Ｌ
＝０．５付近で熱抵抗は最も小さくなり、ノズル幅をヒ
ートシンク幅のほぼ１／２とすると、ヒートシンクの冷
却性能が最も良くなることがわかる。

【００７１】次に、２つのノズルの間に構成される排気
流路のｘ方向の幅をどの程度に設定すればよいかを図８
を用いて説明する。２つのノズル２３のｘ方向の間隙を
Ｅ（mm）、ｘ方向の半熱半導体部品２１同士の間隔つま
りピッチをＰ（mm）とする。図２４中、横軸は隙間Ｅと
ピッチＰとの比Ｅ／Ｐ、縦軸はヒートシンクの熱抵抗Ｒ
ｈ（℃/Ｗ）をその最大値との比で無次元化して、表示
したものである。ここで、図８中に示した値は、送風動
力一定で評価した実験値を示している。図８より明らか
なように、Ｅ／Ｐが０．５〜０．８の範囲で熱抵抗は小
さくなり、ノズル同士の間隙を半熱半導体部品同士の間
隔（ピッチ）の０．５〜０．８倍程度に設定した場合、
ヒートシンクの冷却性能が良くなることがわかる。

【００７２】本発明の電子装置の第２の実施例について
図９と図１０に基づき説明する。本実施例は、電子装置
の第１の実施例を筐体に組み込んだ例である。

【００７３】図９は本実施例の正面断面図であり、図１
０は本実施例の側面断面図である。基板２０、チャンバ
２４、ブロアボックス３１、他の電子部品６１などの各
部品は、フレーム６０に搭載されている。図中では省略
してあるが、フレーム６０で構成される筐体の周囲に
は、外壁板が取り付けられており、筐体内部と外部を隔
離する構造となっている。冷却空気は、室内でも比較的
温度の低い床付近から床入気６３として取り入れられて
いる。コンピュータルームのように床下空調設備があれ
ば、直接床下空気を取り入れるのが最も良い。取り入れ
られた空気は、フィルタ３４で、故障の原因となりやす
い塵埃を取り除かれ、ブロアボックス３１内のブロア３
２に取り込まれる。

【００７４】ブロア３２で加圧された空気は、風ちらし
板３５で風速分布を均一に調整され、チャンバ２４に送
られる。チャンバ２４の内側には、騒音を防止するため
の吸音材６２が全面に設置されている。ノズル２３から
流入した空気はヒートシンク２２で熱交換し、第１の実
施例で述べたように、排気合流２８となって、天井へ向
かって排気される。このように、空気取り入れ口、ブロ
ア、ヒートシンク、排気口が、直線状に、しかも、風の
流れが下から上に向かうように配置されると、電子装置
筐体内に入ってから出るまでの空気の流れがスムーズに
なり、電子装置筐体内での流動抵抗を低くでき、低温の
空気を取り込めるので冷却性能が向上し、また低騒音化
にも役立つ。

【００７５】以上の第１の実施例と第２の実施例では、
発熱半導体部品の配置を水平方向に５列、垂直方向に４
列で説明してきたが、当然、水平方向４列、垂直方向４
列のように、構成を変更しても本発明をそのまま適用で
きる。また、途中、発熱半導体部品が未搭載の部分があ
っても、やはり、本発明をそのまま適用できる。さら
に、第１の実施例と第２の実施例では、ヒートシンクと
して平板フィンを用いて説明したが、空気流の流通およ
び排出方向が規定されているヒートシンクであれば、例
えば、ピンフィンなどのヒートシンク形態であっても、
本発明を適用できる。

【００７６】本発明の第３の実施例について図１１と図
１２に基づき説明する。図１１は本実施例の側面断面
図、図１２は本実施例の正面方向からみた縦断面図であ
る。

【００７７】本実施例では、ブロア３２を筐体上部に設
置し、送風方式を吸込み方式としたところが第２の実施
例と比較して異なる点である。その他の構成については
第２の実施例と概ね同様である。

【００７８】このように構成された本実施例では、冷却
空気は、筐体上部のブロア３２により床下から吸引され
て、筐体下部から床からの吸入空気６３として筐体内に
導入され、給気ダクト１００内を通ってチャンバ２４に
供給される。給気ダクト１００は、他の電子部品６１な
どの熱を冷却空気が、吸収しないようにするために設け
てある。冷却空気は、２５で示すように各ノズル２３に
分配され、ヒートシンク２２を冷却した後に、排気側で
合流２８となってノズル２３間の排気流路を通ってブロ
ア３２に吸込まれる。ブロア３２が排気流以外の風を吸
込まないように、吸込みダクト１０１でブロアの吸込み
口とノズル間の排気流路を密着して連絡している。

【００７９】本実施例のようにブロアを吸込み方式で使
用すると、次のような利点がある。まず、吸気ダクト１
００やチャンバ２４内で乱れが少なく分布が均一な流れ
を実現することができ、通風系の圧力損失を押込み方式
より低くすることができる。又、ヒートシンクから排出
された温度の高い排気流が、流れ出して他の電子部品に
悪影響を及ぼす心配がない。

【００８０】次に、本発明の電子装置の第４の実施例に
ついて図１３〜図１５に基づき説明する。この実施例
は、第１の実施例で述べた電子装置のノズルとヒートシ
ンクの方向を、９０°回転させたものである。図１３は
本実施例の正面断面図であり、図１４は本実施例の下面
断面図である。また、図１５は本実施例の右側面断面図
である。

【００８１】発熱半導体部品２１とそれに取り付けられ
たヒートシンク２２は、第１の実施例と同様に、碁盤目
状にお互いに非常に隣接して配置され、ヒートシンク内
の空気流が、各ヒートシンク２２間においてお互いに平
行になるように配置されている。しかし、図１３に示し
たように、排気合流２８が水平に流れるようにノズル２
３が構成されている。排気の出口は隔壁２９により区画
された部分の上部に設けられているので、排気合流２８
はノズル間の排気スペースの中央部から水平に左右に分
かれて流れ、ヒートシンク２２と隔壁２９の間の空間に
流出し、出口方向に直角に曲げられ、他の排気合流２８
と合流しながら排気される。

【００８２】このようにすると、第１あるいは第２の実
施例では垂直方向に下方から上方に向かって流れていた
排気合流２８が、本実施例では基板の真中から水平に左
右に分かれて流れるようになる。しかし、本実施例のよ
うに電子装置を構成しても、第１の実施例と同様の作用
および効果が期待できる。

【００８３】図１６は、フィン４１の幅を、発熱半導体
部品２１側から、その反対側、つまりノズル２３の取り
付けられた側に向かって徐々に小さくなるような形状と
した本発明の一変形例である。この実施例では、ノズル
２３の側のフィン幅をノズル幅と同じにし、ベース４０
に向かって直線的に幅が大きくなるように構成してあ
る。このようにすると、排出端部５１間の間隙は、ベー
ス４０からノズル２３の側に向かって徐々に大きくなる
ので、排気２７がＵターン状に流出し隣のヒートシンク
２２からの排気流と合流し、排気スペース３６に流入す
る際の流動抵抗を低減できる。

【００８４】また、排出端部５１間の間隙部の面積が大
きくなり、排出端部間の排気合流７３がそのまま排気合
流２８の一部として流通することができるようになり、
排気部での流動抵抗を低減できる。このようなフィン形
態とすると、フィンの表面積自体は小さくなるが、取り
除かれた部分のフィンは、温度が低く、熱交換にそれほ
ど寄与しない部分であるので、ヒートシンク２２の冷却
性能の低下は少ない。図１７に示す実施例は、ヒートシ
ンク２２に冷媒を供給するノズル形状を変化させたもの
である。すなわち、ノズル幅がノズル上流部からヒート
シンクと接続されたノズル下端部に向かってゆるやかに
小さくなる、先細ノズル７４となっている。ブロアなど
の冷却空気供給源から送られた空気は、チャンバ２４を
通過し、先細ノズル７４に空気流７５として滑らかに流
入する。ノズルの上端部は、チャンバ２４の壁面と滑ら
かに接続されている。そのため、空気流が先細ノズル７
４に流入する際に、角部でも流れの剥離が生じないの
で、冷却空気がチャンバ２４からノズルに流入する際の
流動抵抗を大幅に低減できる。ここでは、フィンと平行
な方向（ｘ方向）のノズルの形態を先細ノズル形状とす
ることについて述べたが、フィンと垂直な方向（ｙ方
向）のノズルの形態を先細ノズル形状としても良く、両
者を併用すればさらに流動抵抗を低減することができ
る。なお、これらの先細ノズルのヒートシンク２２に接
する部分の形状は、図１の実施例に示したようにそのｙ
方向幅がヒートシンクより大きく形成されているもので
ある。

【００８５】図１８は、チャンバとノズルの他の実施例
を表した斜視図である。本実施例では、隣接して設置さ
れているノズル同士を連結して、一体ノズル７６として
いる。一体ノズル７６は一つの箱体でできており、一つ
の面がチャンバ２４と接続されている。チャンバ２４と
反対側の面には、ヒートシンク２２の位置に合わせて空
気噴出口７７が多数設けられている。チャンバ２４内を
流れる空気流２５は、流入空気流７８として一体ノズル
７６内へ流入し、空気噴出口７７から吐出空気流７９と
してヒートシンク２２に向かって噴出する。このよう
に、ノズルを一体型にすることにより、排気合流の流れ
る排気スペースの壁面であるノズル側面に継目がなくな
り、よりスムーズに排気されるようになる。したがっ
て、流動抵抗を小さくすることができる。さらに、ノズ
ルを製作する上での部品点数を減らし、製作コストを下
げることができる。

【００８６】次の実施例は、以上述べてきた実施例を、
それぞれのヒートシンクに供給される冷却風量の不均一
をノズルの位置や形状によって制御し、風量分配を均一
にするようにしたものである。図１９は本実施例の下面
断面図、図２０は本実施例正面断面図である。図２０か
ら明らかなように、本実施例では、図１で説明した第１
の実施例とはノズル２３の水平方向の位置を変更したこ
とを除いて同一の構成である。図１の実施例では、一番
外側のヒートシンクと隔壁２９との間の排気スペース
は、その他のノズル間の排気スペースより断面積が大き
いため、水平方向外側のヒートシンクほど冷却空気が流
れやすく、中央部のヒートシンクほど流れにくくなる。
したがって、水平方向に冷却風量の不均一が生じること
になる。この状況は、隔壁２９がない場合には、もっと
顕著になる。そこで、本実施例では図１９、図２０に示
すように、ヒートシンク２２上に設置されるノズル２３
の位置を、隔壁に近い側のヒートシンクのノズルほど内
側よりに設置するようにする。すると、隔壁に隣接した
排気スペース８０に流出する外側ヒートシンク内の空気
流８１は、ヒートシンク内での流通経路が長くなり、流
出しにくくなる。外側から２番目のヒートシンクについ
ても効果は小さいが同様な現象が生じる。以上のような
構成にとすることにより、ヒートシンクに対する水平方
向の風量分配を均一化できる。

【００８７】さらに他の実施例を、図２１を基づいて説
明する。本実施例は、前記の水平方向の風量分配を均一
化するのに加えて、下方から上方に至る垂直方向の風量
分配も均一化している。図２０のような構成とした場
合、水平方向の風量分配は均一化できるが、排気合流２
８の流れる上流側、つまり、垂直方向の下方側のヒート
シンクほど、排気の出口から遠いため、排気の流れる距
離が長くなり流動抵抗が大きくなって、冷却空気が流れ
にくい。逆に、上方側のヒートシンクほど冷却空気が流
れやすくなる。そこで、図２１に示すように、図２０で
述べたノズル構成に加えて、下方から上方に行くにした
がってノズルの水平方向の幅を小さくするようにして構
成すれば、上方側のノズルほど通過断面積が小さくな
り、ヒートシンクに空気が流れにくくなるため、ノズル
幅の減少の具合を適当に調節すれば、垂直方向のヒート
シンクの風量分配を均一化することができる。

【００８８】なお、本実施例と先の実施例で述べた風量
分配の均一化の手法は、第１の実施例のみに適用できる
ものではなく、ノズルとヒートシンクからなる平面実装
の冷却系に広く適用できることは言うまでもない。ま
た、当然、本実施例と前記の実施例で述べた、２つの風
量均一化手法は、それぞれ独立に実施できる。

【００８９】以上、本発明の実施例では、ヒートシンク
として平板フィンを中心に説明したが、本発明は空気流
の流通および排出方向が規定できるヒートシンクであれ
ば、例えば、ピンフィンなどであっても適用できる。図
２２に、本発明のヒートシンクの他の実施例を示す。

【００９０】ＬＳＩモジュール等の発熱半導体部品２１
上にヒートシンクが取付けられている。ヒートシンクで
は、ベース板４０上にピン状のフィン４１ａが多数設け
られている。ピンフィン４１ａとベース板４０は、銅や
アルミニウムなどのような熱伝導性の良い金属材料か、
あるいは、熱伝導性セラミックのような材料で構成され
ると良い。ピンフィン４１ａとベース板４０とは、カシ
メ、または、ろう付け、はんだ付けのような接合、ある
いは、熱伝導接着剤による接着、等により接合される。
また、切削などの機械加工により、ピンフィン４１ａと
ベース板４０を一体で作っても良い。ピンフィン４１ａ
の上部にはノズル２３が設けられており、ピンフィン４
１ａの両側面にはノズル面に連続して側板８２が取付け
られている。この側板８２により、ヒートシンクでの空
気流の流通および排出方向が規定される。ピンフィン４
１ａは、空気流の流通および排出方向の下流側に向かっ
て、その高さを順次低くして構成してある。上記のよう
に、ピンフィン４１ａの高さを順次低くすることによ
り、排気流２７がＵターン状に流出し、隣のヒートシン
クからの排気流と合流し、排気スペースに流入する際の
流動抵抗が低減できる。また、フィンをピンフィン形状
にしたので、平板フィンと比べて、伝熱面積が大きくな
り、さらに、乱流効果により熱伝達率も向上し、冷却性
能が良くなる。

【００９１】図２３にノズルダクトとチャンバの構成方
法を表す斜視図を示す。そして、このノズルダクト８３
の三面図を図２４に示す。基板２０上にＬＳＩモジュー
ルなどの発熱半導体部品２１が搭載され、ＬＳＩモジュ
ール上にはヒートシンク２２が取付けられている。ノズ
ルダクト８３は、図２４に示したように、ヒートシンク
２２に冷却用空気を供給するノズル２３と、隔壁２９と
を備えている。隔壁２９は、ヒートシンク２２からの排
気を出口の方向へ誘導し、排気を電子装置の他の部品と
隔てている。ノズルダクト８３は、そのノズルに直交す
る面に排気を排出するための開口部を有しており、ま
た、ヒートシンク２２に対向する面には、ノズルダクト
８３内にヒートシンク２２とＬＳＩモジュールを収納で
きるように開口部８４が設けられている。ヒートシンク
２２はノズルダクト８３内に収納されて、ノズル２３と
接触する。ノズルダクト８３のチャンバ２４に対向する
面には、ノズル用の穴が多数開いており、その面とチャ
ンバ面とが接続される。

【００９２】以上のようにノズルダクト８３とチャンバ
２４を構成すると、ノズルとチャンバを別体で構成で
き、ノズルとヒートシンクを接続する際の位置決めが容
易になり取付け作業時間が短縮される。さらに、保守ま
たは点検時にもノズルとチャンバを分離できるので作業
性が良くなる。

【００９３】本発明の他の実施例について図２５から図
２７に基づき説明する。図２５は本実施例の電子装置の
下方からみた横断面図、図２６は正面方向からみた縦断
面図、図２７は側面方向からみた縦断面図である。

【００９４】図２５に示すように、ノズル２３、ヒート
シンク２２などの構成、及びそこでの冷却空気の流れな
どは、他の実施例と同様である。本実施例における特徴
は、ブロア１０２をそれぞれのノズル上流部に個別に取
付け、各ヒートシンク２２に独立に冷却空気を供給する
ことができるようにしている点である。各個別ブロア１
０２には、それぞれ個別にモータ１０３が配置されてお
り、それぞれのブロアを独立に運転することができる。
ここで、個別ブロア１０２は、小型で高回転型のブロア
が適しており、シロッコ型、あるいはターボ型のブロア
が好適である。

【００９５】本実施例の構成とすることにより、以下の
効果が期待できる。まず、給気チャンバ２４内に個別ブ
ロア１０２を設置できるので、他の特別なブロアボック
スが必要なく、筐体をコンパクトに構成できる。又、そ
れぞれのヒートシンク２２に独立に冷却風が送れるの
で、発熱量の大きい発熱半導体部品のヒートシンク２２
や、風量の出ないヒートシンク２２には、より動力の大
きいブロアを搭載し風量を増加させることができ、逆に
風量の比較的必要のないヒートシンク２２には風量を減
らすこともできる。又、それぞれの個別ブロア１０２の
回転数を、モータ１０３の電圧や周波数を変化させるこ
とにより簡単に変化させることができるので、各ヒート
シンク２２間の風量分布を任意の分布に変化させること
ができ、冷却するのに好適な風量分布となるように制御
できる。

【００９６】本発明の他の実施例について図２８、図２
９に基づき説明する。図２８は本実施例のヒートシンク
拡大して示した断面斜視図、図２９は筐体の構造を示す
斜視図である。

【００９７】本実施例では、他の実施例と比べてヒート
シンク２２の構造に次のような特徴がある。図２８に示
すように、基板２０上の発熱する半導体部品２１上に搭
載されたヒートシンク２２は、発熱する半導体部品２１
から張り出した形のオーバーハング型のフィンベース４
０と、そのフィンベ−ス４０の上に高密度に取付けられ
たフィンピッチの小さい平板フィン４１と、フィン４１
のｘ軸方向の両端部に取付けられた排気ガイド板１０４
から構成される。空気流２６は、ヒートシンク２２の上
部に密着して取付けられたノズル２３から、高密度の平
板フィン２２内に高速で供給され、２７で示すようにフ
ィンベース４０付近まで到達し、Ｕターン状にフィン４
１上部に向かって排出される。排気流は排気ガイド板１
０４によって流れを拘束されながら、フィン４１の上方
へゆっくりと曲げられ、排気口１０５からノズル２３同
士の間の排気流路に排出され、上流側の他のヒートシン
ク２２からの排気流と合流して排気合流２８となってブ
ロア３２に吸込まれる。

【００９８】図２９に示すように、発熱する半導体部品
２１及びヒートシンク２２は、フレーム６０に固定され
た基板２０上に、Ｘ方向に３列、Ｙ方向に２段に隣接し
て搭載されている。冷却空気は、筐体上部に３台搭載さ
れるブロア３２によって床部より吸込まれ、ノズル２３
を通ってヒートシンク２２を冷却し、排気合流２８とな
って、ノズル間の排気スペースをｙ方向に流れ、吸込み
ダクト１０１を通ってブロア３２に吸込まれ、筐体外に
３０で示すように排出される。図示はしていないが、フ
レームの周囲には、筐体を外部と隔てる外壁板が取付け
られている。

【００９９】ヒートシンク２２に排気ガイド板１０４を
取付けたことにより、ヒートシンク２２からの排気流
が、ｘ方向に隣接するヒートシンク２２からの排気流と
衝突せずに排気合流２８へと合流するため、又、流れを
滑らかに曲げることができるように、曲率半径Ｒが付い
たガイド板構造となっているため、排気における圧力損
失を低減させることができる。又、ヒートシンク２２
は、発熱半導体部品２１より大きなオーバーハング型と
なっているため、放熱面積を大きくとれ、冷却性能を向
上させることができる。

【０１００】本発明の他の実施例について図３０、図３
１に基づき説明する。図３０は本実施例の側面方向から
見た縦断面図、図３１は下方向から見た横断面図であ
る。

【０１０１】本実施例は、ヒートシンク２２以外の構成
は他の実施例と同様である。本実施例の特徴は、ヒート
シンクの形状を台形の形状が連続的に形成された断面を
有するヒートシンク１０８とした点にある。このヒート
シンク１０８は、平板フィンを台形状に連続して折り曲
げ、それらを交互に向きあわせてベース板４０上に取付
けることにより形成でき、フィン間の空気流路の断面積
がベース板４０方向に向って、急拡大・急縮少をくり返
すようになっている。ヒートシンク１０８のフィン間を
通過する空気流は、流路が急拡大・急縮少するように形
成されていることにより、この流路を通過するとき呼吸
効果が発生し、熱伝達率を向上することができる。

【０１０２】又、ヒートシンク１０８のｘ方向の両端
面、及びノズル部を除く部分のｚ方向端面をふさぐため
の板１０６が取付けられており、ノズル２３から供給さ
れた冷却空気が、ショートパスすることなくフィンベー
ス４０付近まで到達できるようになっている。このた
め、冷却性能を向上させることができる。又、ヒートシ
ンク１０８から排出された冷却空気は、ヒートシンク１
０８間を１０７で示すようにノズル２３方向に流れ、排
気合流２８となって排出される。以上のように、このよ
うな構成とすることにより、ヒートシンクの冷却性能を
向上させることができる。

【０１０３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、ヒート
シンクでの冷媒の流通および排出方向が、複数の発熱半
導体部品間において、お互いに平行になるようにヒート
シンクを搭載し、ヒートシンクの発熱半導体部品と反対
側の一端面にヒートシンクに冷媒を供給するノズルを設
けている。そして、ヒートシンクの冷媒の流通および排
出方向と垂直な方向のノズル幅を、ヒートシンクの幅よ
り大きくし、ヒートシンクの冷媒の流通および排出方向
のノズル幅を、ヒートシンクの幅より小さくしている。
また、複数のヒートシンクから排出された排気合流が、
ヒートシンクの発熱半導体部品と反対側の一端面に隣接
して流通し、排気合流がヒートシンクの冷媒の流通およ
び排出方向と垂直な方向のノズル面に隣接して流通し、
排気合流の方向とヒートシンクの冷媒の流通および排出
方向とがほぼ直交するので、発熱半導体部品が平面上に
密に実装されて、発熱半導体部品間、あるいは、ヒート
シンク間に排気流を排出させるのに十分な間隙が確保で
きない高密度実装において、排気流路の流動抵抗を低く
でき、ヒートシンクの冷却性能を向上できる。さらに、
流路を何度も曲げていることにより、騒音を低下させる
ことができる。また、流れを有効に導くことができ、発
熱半導体部品間での均一な冷却風量分配と、均一な温度
分布を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の下面断面図である。

【図２】本発明の第１の実施例の正面断面図である。

【図３】本発明の第１の実施例の側面断面図である。

【図４】本発明の第１の実施例のヒートシンク部の拡大
図である。

【図５】図４の直交方向の断面図である。

【図６】本発明の第１の実施例のヒートシンクの斜視図
である。

【図７】本発明の第１の実施例のノズル幅の最適値の説
明図である。

【図８】本発明の第１の実施例のノズル間隔の適正値の
説明図である。

【図９】本発明の第２の実施例の正面断面図である。

【図１０】本発明の第２の実施例の側面断面図である。

【図１１】本発明の第３の実施例の側面断面図である。

【図１２】本発明の第３の実施例の正面断面図である。

【図１３】本発明の第４の実施例の正面断面図である。

【図１４】本発明の第４の実施例の下面断面図である。

【図１５】本発明の第４の実施例の側部断面図である。

【図１６】本発明の他の実施例のヒートシンクの拡大図
である。

【図１７】本発明の他の実施例の下面断面図である。

【図１８】チャンバとノズルの他の実施例の斜視図であ
る。

【図１９】本発明の他の実施例の下面断面図である。

【図２０】本発明の他の実施例の正面断面図である。

【図２１】本発明の他の実施例の正面断面図である。

【図２２】本発明の他の実施例のヒートシンクの斜視図
である。

【図２３】本発明の他の実施例のノズルダクトとチャン
バの構成方法の斜視図である。

【図２４】本発明の他の実施例のノズルダクトの三面図
である。

【図２５】本発明の他の実施例の下面断面図である。

【図２６】本発明の他の実施例の正面断面図である。

【図２７】本発明の他の実施例の正面断面図である。

【図２８】本発明の他の実施例のヒ−トシンクの拡大斜
視図である。

【図２９】本発明の他の実施例の筐体の斜視図である。

【図３０】本発明の他の実施例の側面断面図である。

【図３１】本発明の他の実施例の下面断面図である。

【図３２】従来の電子装置の下面断面図である。

【図３３】従来の電子装置の正面断面図である。

【符号の説明】

１…基板、２…ＬＳＩ，３…ヒートシンク、４…チャン
バ、５…ノズル、６…開口部、７…排気、８…排気スペ
ース、２０…基板、２１…発熱半導体部品、２２…ヒー
トシンク、２３…ノズル、２４…チャンバ、２５…空気
流、２８…排気合流、２９…隔壁、３０…排気、３２…
ブロア、３６…排気スペース、４０…ベース板、４１、
４１ａ…フィン、４４、４５、４６…排気合流、５１…
排出端部、８２…側板、８３…ノズルダクト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/36 23/467 Ｈ０１Ｌ 23/46 Ｃ (72)発明者 川崎 伸夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 飯野 利喜 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 大黒 崇弘 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社日 立製作所汎用コンピュータ事業部内 (72)発明者 塚口 保 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社日 立製作所汎用コンピュータ事業部内 (72)発明者 笠井 憲一 神奈川県秦野市堀山下１番地 株式会社日 立製作所汎用コンピュータ事業部内

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に搭載された複数の発熱半導体部品
   と、該発熱半導体部品夫々に熱的に接続して取り付けら
   れ、空気などの冷媒の流通および排出方向を規定するヒ
   ートシンクと、前記夫々のヒートシンクから排出された
   冷媒をまとめて流通する排気室とを備えた電子装置にお
   いて、 前記夫々のヒートシンクにおける冷媒の流通および排出
   方向が実質的に同じになるように前記ヒートシンクを夫
   々配設し、前記夫々のヒートシンクの前記発熱半導体部
   品取付け側と反対側の端面に、前記ヒートシンクに冷媒
   を供給するノズルを夫々設け、該ノズル間であって前記
   ヒートシンクにより規定された冷媒の流通および排出方
   向に実質的に直交する方向の前記ヒートシンクの前記基
   板と反対端の上部に前記ヒートシンクを冷却した冷媒の
   戻り流路を形成したことを特徴とする電子装置。
2. 【請求項２】基板上に搭載された複数の発熱半導体部品
   と、該発熱半導体部品夫々に熱的に接続して取り付けら
   れ、空気などの冷媒を流通および排出させるヒートシン
   クと、前記夫々のヒートシンクから排出された冷媒をま
   とめて流通する排気室とを備えた電子装置において、 前記夫々のヒートシンクの前記発熱半導体部品取付け側
   と反対側の端面に、前記ヒートシンクに冷媒を供給する
   ノズルを夫々設け、該ノズルから供給された冷媒を前記
   ノズルおよび供給側とは独立に隔壁されて形成された排
   出通路を通して排出するように構成したことを特徴とす
   る電子装置。
3. 【請求項３】基板上に搭載された複数の発熱半導体部品
   と、該発熱半導体部品夫々に熱的に接続して取り付けら
   れ、空気などの冷媒を流通および排出させるヒートシン
   クと、前記夫々のヒートシンクから排出された冷媒をま
   とめて流通する排気室とを備えた電子装置において、 前記夫々のヒートシンクに冷媒供給通路から前記発熱半
   導体部品にほぼ直交する方向に流出させるためのノズル
   を設け、該ノズルから流出された冷媒を前記夫々のヒー
   トシンクにより発熱半導体部品に沿うように流出させる
   とともに前記ノズルおよび供給側とは独立に隔壁されて
   形成された排出通路を通して排出するように構成したこ
   とを特徴とする電子装置。
4. 【請求項４】基板上に搭載された複数の発熱半導体部品
   と、該発熱半導体部品夫々に熱的に接続して取り付けら
   れ、空気などの冷媒を流通および排出させるヒートシン
   クと、前記夫々のヒートシンクから排出された冷媒をま
   とめて流通する排気室とを備えた電子装置において、 前記夫々のヒートシンクに冷媒供給通路から前記発熱半
   導体部品にほぼ直交する方向に流出させるためのノズル
   を設け、該ノズルから流出された冷媒を前記夫々のヒー
   トシンクおよび該ヒ−トシンクの外側に形成された排気
   ガイド板によりＵタ−ン状に前記ヒ−トシンクの上方に
   向かうように構成するとともに、前記ノズルおよび供給
   側とは独立に隔壁されて形成された排出通路を通して排
   出するように構成したことを特徴とする電子装置。
5. 【請求項５】基板上に搭載された複数の発熱半導体部品
   と、該発熱半導体部品夫々に熱的に接続して取り付けら
   れ、空気などの冷媒の流通および排出方向を規定するヒ
   ートシンクと、前記夫々のヒートシンクから排出された
   冷媒をまとめて流通する排気室とを備えた電子装置にお
   いて、 前記夫々のヒートシンクにおける冷媒の流通および排出
   方向が実質的に同じになるように前記ヒートシンクを夫
   々配設し、前記夫々のヒートシンクの前記発熱半導体部
   品取付け側と反対側の端面に接して、前記ヒートシンク
   に冷媒を供給するノズルを夫々設け、前記ヒートシンク
   により規定された冷媒の流通及び排出方向における前記
   ノズルの幅を対応する前記ヒートシンクの幅より小さく
   したことを特徴とする電子装置。
6. 【請求項６】基板上に搭載された複数の発熱半導体部品
   と、該発熱半導体部品夫々に熱的に接続して取り付けら
   れ、空気などの冷媒の流通および排出方向を規定するヒ
   ートシンクと、前記夫々のヒートシンクから排出された
   冷媒をまとめて流通する排気室とを備えた電子装置にお
   いて、 前記夫々のヒートシンクにより規定される冷媒の流通お
   よび排出方向が実質的に同じになるように前記ヒートシ
   ンクを夫々配設し、前記夫々のヒートシンクの前記発熱
   半導体部品取付け側と反対側の端面に接して冷媒を供給
   するノズルを設け、該ノズルは前記基板に平行な断面が
   ほぼ矩形であり、この矩形の短辺を前記ヒートシンクに
   より規定された冷媒の流通及び排出方向に配設したこと
   を特徴とする電子装置。
7. 【請求項７】前記ヒートシンクにより規定される冷媒の
   流通および排出方向における前記ノズル間の間隙を前記
   方向に直交する方向の前記ノズル間の間隙より大きくし
   たことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の
   電子装置。
8. 【請求項８】前記複数の発熱半導体部品を囲繞する隔壁
   を設け、該隔壁に開口部を設けたことを特徴とする請求
   項１または５に記載の電子装置。
9. 【請求項９】前記夫々のヒートシンクは前記発熱半導体
   部品に取り付けられる側にベース板を、該ベース板に垂
   直に前記発熱半導体部品の発熱を放熱する複数のフィン
   を有し、該フィンの前記ベース板からの高さを、前記ヒ
   ートシンクにより規定される冷媒の流通及び排出方向に
   ついて、前記ヒートシンクの端部側で前記ヒートシンク
   の中央部より低くしたことを特徴とする請求項１または
   ５に記載の電子装置。
10. 【請求項１０】前記フィンがピンフィンであることを特
    徴とする請求項９に記載の電子装置。
11. 【請求項１１】前記フィンが平行平板フィンであること
    を特徴とする請求項９に記載の電子装置。
12. 【請求項１２】前記ヒートシンクにより規定される冷媒
    の流通および排出方向における隣合う前記ノズルの外壁
    間の距離を対応する前記ヒートシンクの端部間距離より
    大きくしたことを特徴とする請求項１から６のいずれか
    に記載の電子装置。
13. 【請求項１３】基板上に搭載された複数の発熱半導体部
    品と、該発熱半導体部品夫々に熱的に接続して取り付け
    られ、空気などの冷媒の流通および排出方向を規定する
    ヒートシンクと、前記夫々のヒートシンクから排出され
    た冷媒をまとめて流通する排気室とを備えた電子装置に
    おいて、 前記夫々のヒートシンクにおける冷媒の流通および排出
    方向が実質的に同じになるように前記ヒートシンクを夫
    々配設し、前記夫々のヒートシンクの前記発熱半導体部
    品取付け側と反対側の端面に接して、前記ヒートシンク
    に冷媒を供給するノズルを夫々設け、前記ヒートシンク
    により規定された冷媒の流通及び排出方向に直交する方
    向における前記ノズルの幅を対応する前記ヒートシンク
    の幅より大きくしたことを特徴とする電子装置。
14. 【請求項１４】前記ノズルは冷媒を供給する冷媒供給流
    路と接続され、該冷媒供給流路と前記ノズルとの接続部
    の断面積が前記ノズルと前記ヒートシンクとの接触部の
    断面積より大であり、前記ノズルの冷媒流通方向の断面
    形状が滑らかな曲線となることを特徴とする請求項１ま
    たは５に記載の電子装置。
15. 【請求項１５】前記ヒートシンクに冷媒を供給する前記
    ノズルの冷媒流通方向断面におけるノズル幅を、前記接
    続部から前記接触部に向かって徐々に小さくしたことを
    特徴とする請求項１４に記載の電子装置。
16. 【請求項１６】発熱半導体部品から受熱し、空気などの
    冷媒との間で熱交換して放熱し、冷媒の流通および排出
    方向を規定するヒートシンクにおいて、 前記ヒートシンクの前記発熱半導体部品との接触部と反
    対側の端面に、前記ヒートシンクに冷媒を供給するノズ
    ルを設け、前記ヒートシンクにより規定される冷媒の流
    通および排出方向と直交する方向におけるノズル幅を前
    記ヒートシンクの対応する方向の幅より大きく形成し、
    前記ヒートシンクにより規定される冷媒の流通及び排出
    方向におけるノズル幅を前記ヒートシンクの対応する方
    向の幅より小さく形成したことを特徴とするヒートシン
    ク。
17. 【請求項１７】ベース板と該ベース板に実質的に垂直に
    形成された複数のフィンとを備え、該複数のフィンによ
    り冷媒の流通および排出方向が規定されるヒートシンク
    において、 前記フィンにより規定される冷媒の流通および排出方向
    と直交する方向の前記ベース板端部のフィン高さをベー
    ス板中央部のフィン高さより低くしたことを特徴とする
    ヒートシンク。
18. 【請求項１８】基板上に搭載された複数の発熱半導体部
    品と、該発熱半導体部品夫々に熱的に接続して取り付け
    られ、空気などの冷媒の流通および排出方向を規定する
    ヒートシンクと、前記夫々のヒートシンクから排出され
    た冷媒をまとめて流通する排気室とを備えた電子装置
    と、該排気室に冷媒を供給する冷媒供給手段と、該冷媒
    供給手段により供給される冷媒を電子装置に導くチャン
    バと、前記電子装置及び前記冷媒供給手段とを格納する
    筐体とを備えた電子計算機において、 前記筐体上部に前記電子装置を格納し、前記チャンバと
    前記電子装置を並置し、前記チャンバの鉛直下方に前記
    冷媒供給手段を設け、前記複数の発熱半導体部品に冷媒
    を供給するノズルと前記電子装置との上部に前記排気室
    を設け、前記筐体上面に冷媒の排気孔を設けたことを特
    徴とする電子計算機。
19. 【請求項１９】電子計算機の本体の下部から空気を供給
    する冷媒供給手段により空気を吸気させ、該空気された
    空気をチャンバ通路により電子装置の空気供給部に導く
    とともに、該空気供給部の空気を基板上に搭載された複
    数の発熱半導体部品夫々に熱的に接続して取り付けられ
    たヒートシンクに夫々設けられたノズルにより前記夫々
    のヒートシンクに導き、該ノズルおよび前記空気供給部
    と独立して隔壁された排気室を通して電気計算機の上部
    に流出させ、前記電子装置の冷却を行うようにしたこと
    を特徴とする電子計算機。
20. 【請求項２０】前記電子装置は、前記夫々のヒートシン
    クにおける冷媒の流通および排出方向が実質的に同じに
    なるように前記ヒートシンクを夫々配設し、前記夫々の
    ヒートシンクの前記発熱半導体部品取付け側と反対側の
    端面に接して、前記ヒートシンクに冷媒を供給するノズ
    ルを夫々設け、前記ヒートシンクにより規定された冷媒
    の流通及び排出方向における前記ノズルの幅を対応する
    前記ヒートシンクの幅より小さくしたことを特徴とする
    請求項１８又は１９に記載の電子計算機。
21. 【請求項２１】前記ヒートシンクは複数のフィンを夫々
    有し前記ヒートシンクにより規定された冷媒の流通及び
    排出方向における前記ヒートシンクの最外縁のフィン間
    の間隙の少なくとも一部を、対応する前記発熱半導体部
    品間の間隙よりも大きくしたことを特徴とする請求項１
    または５に記載の電子装置。
22. 【請求項２２】前記ヒートシンクはベース板を有し、前
    記ヒートシンクにより規定された冷媒の流通及び排出方
    向における前記ベース板間の間隙を、対応する前記発熱
    半導体部品間の間隙よりも大きくしたことを特徴とする
    請求項１または５に記載の電子装置。
23. 【請求項２３】前記ヒートシンクにより規定された冷媒
    の流通及び排出方向における前記ノズル幅を、前記ヒー
    トシンクの幅のほぼ１／２としたことを特徴とする請求
    項１または５に記載の電子装置。
24. 【請求項２４】基板上に搭載された複数の発熱半導体部
    品と、該発熱半導体部品夫々に熱的に接続して取り付け
    られ、空気などの冷媒の流通および排出方向を規定する
    ヒートシンクと、前記夫々のヒートシンクから排出され
    た冷媒をまとめて流通する排気室とを備えた電子装置に
    おいて、 前記夫々のヒートシンクにおける冷媒の流通および排出
    方向が実質的に同じになるように前記ヒートシンクを夫
    々配設し、前記夫々のヒートシンクの前記発熱半導体部
    品取付け側と反対側の端面に接して、前記ヒートシンク
    に冷媒を供給するノズルを夫々設け、前記ヒートシンク
    により規定された冷媒の流通及び排出方向における前記
    複数のノズルのピッチは前記ヒートシンクのピッチより
    小さいことを特徴とする電子装置。
25. 【請求項２５】前記ノズルの配設ピッチの基準を、複数
    の前記発熱半導体部品の中の中央の発熱半導体部品の中
    心軸とほぼ同じにしたことを特徴とする請求項２４に記
    載の電子装置。
26. 【請求項２６】基板上に搭載された複数の発熱半導体部
    品と、該発熱半導体部品夫々に熱的に接続して取り付け
    られ、空気などの冷媒の流通および排出方向を規定する
    ヒートシンクと、前記夫々のヒートシンクから排出され
    た冷媒をまとめて流通する排気室とを備えた電子装置に
    おいて、 前記夫々のヒートシンクにおける冷媒の流通および排出
    方向が実質的に同じになるように前記ヒートシンクを夫
    々配設し、前記複数のヒートシンクを囲繞する隔壁と、
    前記発熱半導体部品取付け側と反対側の端面に接して前
    記ヒートシンクに冷媒を供給するノズルとを設け、該ノ
    ズルと前記隔壁とを一体に構成したことを特徴とする電
    子装置。
27. 【請求項２７】前記ヒートシンクにより規定された冷媒
    の流通及び排出方向における、ノズル同士の間隙を、同
    方向の発熱半導体部品同士の間隔の０．５〜０．８倍に
    したことを特徴とする請求項１または５に記載の電子装
    置。
28. 【請求項２８】前記夫々のノズルの上流側にファンが設
    けられるものであって、該ファンにより前記ノズルへ供
    給する冷媒の流量を独立して制御するように構成した請
    求項１から６のいずれかに記載の電子装置。
29. 【請求項２９】前記夫々のノズルの上流側にファンが設
    けられるものであって、該ファンにより前記ノズルへ供
    給する冷媒の流量を独立して制御するように構成した請
    求項１８から２０のいずれかに記載の電子計算機。
30. 【請求項３０】前記夫々のノズルに供給される冷媒ある
    いは空気が電子計算機本体の上部に設けられるものであ
    る請求項１８から２０のいずれかに記載の電子計算機。