JPH06244332A

JPH06244332A - 電磁駆動型冷却デバイス

Info

Publication number: JPH06244332A
Application number: JP5027763A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Shikida; 光宏式田; Kazuo Sato; 佐藤　　一雄; Yukio Honda; 幸雄本多; Shinji Tanaka; 伸司田中
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-02-17
Filing date: 1993-02-17
Publication date: 1994-09-02

Abstract

(57)【要約】【構成】本発明の電磁駆動型冷却デバイスは、両端が保
持された磁性フィルムと、磁性フィルムを駆動する二つ
の磁場発生装置と、二つの磁場発生装置間に組み込まれ
るフィルム支持構造体とから成る。【効果】磁場発生プレート間隔を狭くすることにより、
薄型構造の冷却デバイスが可能であり、冷却デバイス
は、磁気力を利用してフィルムを駆動するため、５Ｖ以
下の低電圧駆動が可能であり、ＬＳＩチップとの一体化
が容易である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワークステーション等
における電子回路部品の発熱を冷却するデバイスに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】計算機システムの高速化に伴い、計算機
内で発生する熱量が多くなってきている。この原因とし
て、以下の２点が考えられる。

【０００３】（１）電子回路の高集積化によるチップ当
たりの発熱量の増加（２）ＬＳＩなどの高密度実装による基板当たりの発熱
量の増加上記の発熱問題を解決する手段として、回転式ファンを
ＬＳＩチップ上に直接取り付けて冷却する方法が提案さ
れている（特開平2−83058号，196454号公報）。また、
特開昭62−149158号公報には、圧電振動子を用いた往復
式ファンが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】回転式ファンは、ＬＳ
Ｉと同程度の大きさであるが、その厚さは１０ｍｍ程度
を要する。このため、回転式ファンは、回路基板をスタ
ック状に高密度実装する際の大きな障害となる。

【０００５】往復式ファンは、一端を固定されたバイモ
ルフ振動子と駆動電源からなる。バイモルフ振動子は１
０Ｖの電圧で駆動される。一方、ＬＳＩの動作電圧は、
通常５Ｖである。従って、往復式ファンを駆動するに
は、ＬＳＩ用の電源を１０Ｖまで昇圧する電源回路が必
要になり、基板上におけるＬＳＩチップの高密度化を妨
げる。

【０００６】本発明の目的は、基板を高密度に実装する
ために、低電圧で駆動され、かつ、薄型構造である冷却
デバイスを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は両端が保持された磁性フィルムと、電気信
号により磁場を発生する二つの磁場発生装置と、二つの
磁場発生装置間に組み込まれるフィルム支持構造体とか
ら成る電磁駆動型冷却デバイスとした。

【０００８】

【作用】上記電磁駆動型冷却デバイスは、二つの磁場発
生装置間に支持されたフィルムを磁気力で上下に駆動す
るため、磁場発生装置間隔を狭くすることにより、薄型
構造の冷却デバイスが可能である。また、本発明の冷却
デバイスは、磁気力を利用してフィルムを駆動するた
め、５Ｖ以下の低電圧駆動が可能であり、ＬＳＩチップ
との一体化が容易である。

【０００９】

【実施例】本発明の実施例を図面を用いて説明する。

【００１０】図１は、本発明による電磁駆動型冷却デバ
イスの実施例の構造を示す斜視図である。電磁駆動型冷
却デバイスは、磁性フィルム１と、フィルムの両端を保
持するフィルム支持構造体２−１及び２−２と、支持構
造体２−１及び２−２に保持されたフィルムを駆動する
上部磁場発生装置３１及び下部磁場発生装置３２と、磁
場発生装置に電力を供給する電源供給パッド４からな
る。電磁駆動型冷却デバイスは、冷却を要するＬＳＩ３
０上に取り付けられ、冷却デバイスとＬＳＩとが一体化
構造になっている。電源供給パット４はＬＳＩ３０上に
形成された電源パット５と金線で接続される。なお、電
源パット５はＬＳＩチップに設けられたリード６と接続
されている。支持構造体で保持されていない部分の磁性
フィルムは、フィルム内の一部がＳ字型の変曲部を有す
るように保持される。この時、Ｓ字型の変曲部は弾性変
形している。

【００１１】磁場発生装置３１及び３２による磁性フィ
ルムの駆動は、フィルムの変曲部が移動するように駆動
する。上部磁場発生装置３１に５Ｖの電圧を供給した場
合、磁性フィルムの変曲部上面は、上部磁場発生装置３
１の下面に、順次、接するように移動する。一方、上部
磁場発生装置３１に供給する電圧をオフにして、下部磁
場発生装置３２に５Ｖの電圧を供給すると、磁性フィル
ムのＳ字型変形部は、先程の時とは逆の方向に移動す
る。この動作を数百ｍｓから数十ｍｓの時間間隔で繰り
返すことにより、上下の磁場発生装置間に存在する熱せ
られた空気をこの空間内から排除し、電磁駆動型冷却デ
バイス下に配置されたＬＳＩ素子を冷却する。

【００１２】図２（ａ）は、本発明による電磁駆動型冷
却デバイスの一実施例を示す断面図である。また、図２
（ｂ）は、磁場発生装置の要部である磁場発生プレート
である。電磁駆動型冷却デバイスの大きさは、長さ２０
mm，幅２０mm，高さ２mm〜５mmである。この値は、一例
であり、その大きさ(長さ，幅)は冷却を要するＬＳＩチ
ップとほぼ同じ大きさにする。磁性フィルムには、長さ
２０mm、幅１５mm、厚さ５μｍのパーマロイ箔を使用し
た。上部（下部）磁場発生装置は、絶縁体基板１０−１
（１０−２）と、コイル１１−１(１１−２)と、磁性体
１２−１（１２−２）とからなる。

【００１３】磁場発生装置のコイルパターン１１−１
（１１−２）は、半導体微細加工技術を利用して製作す
る。厚さ５００μｍの基板１０−１（１０−２）上に、
厚さ５０〜１００μｍの銅箔を接着した後、ホトリソグ
ラフィーで幅５０〜１００μｍのコイルパターン１１−
１（１１−２）を数十ターン形成した。次に、コイルパ
ターン１１−１（１１−２）内に、厚さ５０〜１００μ
ｍのニッケルもしくはパーマロイの磁性体１２−１（１
２−２）を接着した。

【００１４】最後に、コイル間及びコイルと磁性フィル
ム間とを絶縁するために、磁場発生プレート表面（コイ
ルパターン及び磁性体表面）上に、２００℃以上の耐熱
性を有するポリイミド，シリコン樹脂などの樹脂１３−
１（１３−２）で磁場発生プレートを被覆する。なお、
絶縁被覆には、これらの樹脂に比べ、耐圧の高い酸化シ
リコン、窒化シリコンなどを用いることも可能である。
銅箔の厚さ，コイルの幅及びターン数などは、磁性フィ
ルムを駆動するために必要な磁気力の大きさに応じて変
えることができる。また、コイルパターン１１−１（１
１−２）及び磁性体１２−１（１２−２）は、上記の方
法以外に、電解メッキ法を利用しても製作することがで
きる。

【００１５】図３（ａ）は、本発明による電磁駆動型冷
却デバイスの他の実施例を示す断面図である。また、図
３（ｂ）は、磁場発生装置の要部である磁場発生プレー
トの製作方法を示すプロセス図である。図３に示した電
磁駆動型冷却デバイスは、図２に示した冷却デバイスの
磁場発生装置部を変更したものである。磁場発生装置
は、外周に切欠きをもつ磁性基板２０−１，２０−２
と、フラット磁性基板２１−１，２１−２と、コイル２
５−１，２５−２とからなる。冷却デバイスの製作方法
を図３（ｂ）を用いて説明する。

【００１６】外周に切欠きをもつ磁性基板２０−２上
に、フラットな磁性基板２１−２を接合して、基板周辺
部に溝を形成する。次に、この溝部に絶縁被覆された銅
線コイル２５−２を数百回巻き、樹脂でコイル２５−２
部分をモールドする。外周に切欠きをもつ磁性基板及び
フラット磁性基板には、パーマロイ，ニッケル，コバル
ト，鉄などを利用した。コイルには、直径０.２mm 以下
の銅線を用いた。なお、溝部の深さが浅い場合には、外
周に切欠きをもつ磁性基板とフラット磁性基板とが一体
化したような磁性基板（基板の側面に凹状の溝がある基
板）を用いることができる。

【００１７】図２に示した冷却デバイスのコイルパター
ンは、ホトリソグラフィーを用いて製作しているため、
コイルパターンの厚さ、ターン数に制限がある。磁場の
強さはコイルのターン数及びコイル内を流れる電流に比
例する。従って、ホトリソグラフィーで製作したコイル
を用いる磁場発生プレートは、薄型冷却デバイスには適
しているが、発生できる磁場の大きさには制限がある。

【００１８】一方、銅線を利用した組立て方式の冷却デ
バイスは、ホトリソグラフィーで製作するコイルに比
べ、コイルのターン数及び電流を大きくすることが可能
であるため強力な磁場が得られる反面、デバイスの厚さ
は４mm以上になる。

【００１９】外部磁場内（コイルにより発生する磁場）
において、磁性フィルムに作用する磁気力は外部磁場の
傾きに依存する。図２及び図３に示した電磁駆動型冷却
デバイスは、上下に形成した一対の平板状磁場発生プレ
ートを用いているため、磁性フィルム部での外部磁場
（コイルにより発生する磁場）の傾きが小さく、フィル
ムに作用する磁気力は小さい。図４に、上下に形成する
一対の磁場発生プレートを分割することにより、磁性フ
ィルム部における磁場の傾きを大きくした場合を示す。
図４（ａ）は、電磁駆動型冷却デバイスの断面図であ
り、図４（ｂ）は、磁場発生装置の要部である分割型磁
場発生プレートである。図４に示した電磁駆動型冷却デ
バイスは、図２に示した冷却デバイスの磁場発生装置部
をストライプ状に５分割した場合（五つの磁場発生装
置）である。磁場発生装置は、基板１０−３，１０−４
と、磁性体１２−３〜１２−１２と、コイル１１−３〜
１１−１２とからなる。図４の実施例は、上部側コイル
１１−３と、下部側コイル１１−９〜１１−１２に電流
を流し、上部側磁性体１２−３と、下部側磁性体１２−
９〜１２−１２から、磁場が発生している場合である。
この場合、Ｓ字形状の左側は上部側の磁性体１２−３に
吸引され、Ｓ字形状の右側は下部側の磁性体１２−９〜
１２−１２に吸引されている。本方式では、分割された
磁場発生装置から、順次、磁場を発生することにより、
磁性フィルムを駆動する。例えば、Ｓ字形状を右方向に
移動させる場合、上側コイル１１−３から１１−７に、
順次、電流を流すことにより、磁性体１２−３から１２
−７の順で磁場を発生させ、下側コイルに流す電流をフ
ィルムの移動にともない、コイル１２−９から１２−１
２の順でオフにする。Ｓ字形状を逆に左方向に移動させ
る場合には、上記と逆の電流供給を行う。

【００２０】分割型磁場発生装置では、磁場を発生する
部分が分割されているために、一つの電磁場発生装置か
ら生じる磁性フィルム部分での磁場の傾きは、平板型磁
場発生装置に比べ大きい。従って、分割型磁場発生装置
を用いることにより、磁性フィルムのＳ字形状部を高速
に移動させることができる。図４に示した分割型構造
は、銅の巻線を利用して製作する図３の実施例にも適用
することが可能である。磁場発生装置の分割数は、冷却
デバイスの大きさ及びフィルムの移動速度などから決定
する。

【００２１】磁性体には形状異方性という性質がある。
例えば、磁性体が円柱である場合、磁性体は円柱の長軸
方向に容易に磁化される。すなわち、磁性体は、その長
手方向に磁化し易い傾向がある。図２及び図４に示した
電磁駆動型冷却デバイスの磁場発生装置部には薄板構造
の磁性体薄板を用い、磁性体薄板周辺に配置したコイル
に電流を流して磁場を発生させている。従って、図２及
び図４の場合、磁性体薄板の磁化の方向は、磁性体薄板
面の法線方向（板圧方向）であり、磁性体薄板が磁化さ
れにくい。図５に、磁場発生装置の磁性体薄板を細分割
することにより、磁性体薄板を磁化されやすくした場合
を示す。図５（ａ）は、本発明による電磁駆動型冷却デ
バイスの他の実施例を示す断面図である。また、図５
（ｂ）は、磁場発生装置の要部である細分割型磁場発生
プレートである。図５の実施例では、図４に示した分割
磁性体薄板を更に、細かく分割しているため、細分割さ
れた一つの磁性体は図４に示した磁性体薄板に比べ、基
板と垂直方向に磁化されやすくなる。この結果、図４の
実施例に比べ強い磁場が得られる。

【００２２】図６（ａ）は、本発明による電磁駆動型冷
却デバイスの他の実施例を示す断面図である。また、図
６（ｂ）は、磁性フィルムの磁化方向を示している。図
６に示した電磁駆動型冷却デバイスは、図４に示した電
磁駆動型冷却デバイスの一部を変更したものである。以
下に相違点を示す。

【００２３】（１）フィルム材料を保磁力の高い磁性体
（永久磁石）にする。

【００２４】（２）磁場発生装置を一つにし、交流電圧
で磁場を発生する。

【００２５】図２から図５に示した実施例では、上下に
配置した複数の磁場発生装置を用いて磁性フィルムを駆
動した。これは、フィルムに保磁力の小さいパーマロイ
を用いたためである。一方、図６に示すように、フィル
ム面の法線方向に磁化を保持した磁性体（永久磁石）を
用いれば、フィルムを貫く磁力線の方向を反転するだけ
で、フィルムを上下に駆動することができる。磁力線の
反転は、一つの磁場発生装置に交流電圧を印加すること
により得られる。従って、図６に示した電磁駆動型冷却
デバイスでは、一つの磁場発生装置で磁性フィルムを駆
動することができる。磁場発生装置には、図２，図４お
よび図５に示した平板型及び分割型のどちらを用いても
良いが、分割型の方がより大きな磁気力でフィルムを駆
動することが可能である。

【００２６】図７は、本発明による電磁駆動型冷却デバ
イスの他の実施例を示す断面図である。図７の電磁駆動
型冷却デバイスは、図４及び図５に示した構造と同様
に、分割型の磁場発生装置を用いて磁性フィルムを駆動
する。本方式の電磁駆動型冷却デバイスは、図４及び５
に示した冷却デバイスの磁場発生用磁性体（電磁石）の
構造をコの字型の磁性体にしたものである。コイルはコ
の字型磁性体に巻きつける。図４及び５に示した平板型
の磁性体では、磁性フィルムと平板型の磁性体とで形成
される磁気回路はオープンになっているため、磁力線が
空間に発散している。一方、図７の実施例では、コの字
型の磁性体を用いて、磁性フィルムとコの字型の磁性体
とで形成される磁気回路を閉じている（閉回路）ため、
磁力線はほとんど磁気回路内に閉じ込められる。この結
果、磁性フィルムには、図４及び５の構造に比べ、大き
な磁気力が働き、フィルムを高速に移動させることが出
来る。図７の実施例は、電磁石３１−１，３１−２及び
３２−１〜３２−４を駆動した場合を示している。この
場合、上部側電磁石３１−１，３１−２、下部側電磁石
３２−１〜３２−４と磁性フィルムが閉回路になってお
り、Ｓ字形状の左部分は上部側電磁石３１−１，３１−
２に、Ｓ字形状の右部分は下部側電磁石３２−１〜３２
−４に吸引されている。なお、上部側電磁石に対する下
部側電磁石の動作は、互いに、相補関係になっている。
例えば、上部側電磁石３１−１がオンの時、それに対す
る下部側電磁石３２−ｎはオフになっている。磁性フィ
ルムは、上部側電磁石３１−１，３１−２と下部側電磁
石３２−１〜３２−４に供給する電気信号を制御するこ
とにより左右に移動させる。磁性フィルムは、各電磁石
による磁気回路を閉じるように移動する。

【００２７】

【発明の効果】本発明による電磁駆動型冷却デバイス
は、二つの磁場発生装置プレート間に支持されたフィル
ムを磁気力で上下に駆動するため、磁場発生プレート間
隔を狭くすることにより、厚さ１０mm以下の薄型構造の
冷却デバイスが可能である。また、本発明の冷却デバイ
スは、磁気力を利用してフィルムを駆動するため、５Ｖ
以下の低電圧駆動が可能であり、ＬＳＩチップとの一体
化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電磁駆動型冷却デバイスの一実施
例の構成を示す斜視図。

【図２】本発明による電磁駆動型冷却デバイスの一実施
例を示す断面図及び電磁駆動型冷却デバイスの要部であ
る磁場発生装置の上面図。

【図３】本発明による電磁駆動型冷却デバイスの他の実
施例を示す断面図及び電磁駆動型冷却デバイスの要部で
ある磁場発生装置の製作方法を示す説明図。

【図４】本発明による電磁駆動型冷却デバイスの他の実
施例を示す断面図及び電磁駆動型冷却デバイスの要部で
ある磁場発生装置の上面図。

【図５】本発明による電磁駆動型冷却デバイスの他の実
施例を示す断面図及び電磁駆動型冷却デバイスの要部で
ある磁場発生装置の上面図。

【図６】本発明による電磁駆動型冷却デバイスの他の実
施例を示す断面図及びその場合に使用される磁性フィル
ムにおける磁化の様子を示す説明図。

【図７】本発明による電磁駆動型冷却デバイスの他の実
施例を示す断面図。

【符号の説明】

１…磁性フィルム、２−１，２−２…フィルム支持構造
体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中伸司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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両端が保持された磁性フィルムと、電気信
号により磁場を発生する二つの磁場発生装置と、前記二
つの磁場発生装置間に組み込まれるフィルム支持材とか
らなる電磁駆動型冷却デバイスにおいて、前記磁性フィ
ルムの一端が前記二つの磁場発生装置の内の一つと接
し、他方のフィルム端がもう一つの磁場発生装置と接
し、前記フィルム支持材で固定されていない部分の前記
磁性フィルムの一部が弾性的に変形していることを特徴
とする電磁駆動型冷却デバイス。