JPH0719992B2

JPH0719992B2 - 基板上に列状に配置された素子への送風装置

Info

Publication number: JPH0719992B2
Application number: JP62336838A
Authority: JP
Inventors: ボンヌフワジャン
Original assignee: ビュルエス．アー．
Priority date: 1986-12-30
Filing date: 1987-12-28
Publication date: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: FR2609233A1; EP0276607A1; EP0276607B1; US4835658A; JPS63177588A; DE3774690D1

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、基板上に列状に配置された素子への送風装置
に関するものである。この発明は、特に、プリント配線
基板上に列状に配置された大規模集積回路パッケージな
どの半導体素子を空冷するのに応用される。

従来の技術現在使用されているVLSIと呼ばれる超大規模集積回路
は、狭い面積から大量の熱を放射する。例えば、NMOSタ
イプの集積回路は約１cm²の面積から約５ワットの熱を
放射する。NMOS集積回路は、能動素子としてＮチャネル
MOSタイプの電界効果トランジスタを備える半導体チッ
プである。各集積回路は、放熱用の熱交換器を備えるパ
ッケージ内に組込まれている。本発明は、ヒートシンク
と通常呼ばれている金属と空気のインターフェイスを含
む熱交換器に関するものである。現在のところ、VLSI用
パッケージのヒートシンクは熱の伝導率の大きな材料で
できた柱の形態をしており、この柱には長手方向に沿っ
て規則的に配置された同心のリングの形態のフィンが備
えられているのが普通である。情報処理装置などの複雑
な電子機器では、複数のパッケージが１枚または複数の
プリント配線基板上に配置されて電気的に相互に接続さ
れる。個々のVLSI用パッケージを小型化する研究が行わ
れていることを考えると、基板上に搭載されるパッケー
ジの数が極めて近い将来にかなり多くなることが予想さ
れる。そこで、狭い面積の基板上で発生する大量の熱を
ヒートシンクを用いて発散させることが問題となる。

従来は、あまり熱を発生しない複数の素子が基板上に列
状に配置されている場合には、空気流を用いて各列の素
子を順番に冷却していた。この方法を実施するための冷
却装置は簡単であるが、各列の終わりのほうの素子はそ
れよりも前の素子との接触を通じて加熱された空気によ
り冷却されることになるという欠点をもつ。この欠点を
なくす目的で様々な改良がなされている。特に、冷却用
空気が加熱されるにつれて断面積のより小さい通路を通
過するようにしてこの冷却用空気流の速度を上げる方法
がある。しかし、熱を大量に発生する素子の場合には、
冷却空気流は最初のいくつかの素子と接触するだけです
ぐ加熱されてしまうため、この空気流を用いて残りの素
子の冷却を効果的に行うことはもはやできない。このた
め、非常に強力でノイズの大きい送風装置を用いて空気
の流量と速度をかなり大きくする必要がある。しかし、
当然のことであるが、ノイズは、特にオフィスの情報機
器の場合にできるだけ小さくなければならない。

熱を大量に発生する素子の冷却に関する１つの解決法が
フランス国特許第2,157,094号に記載されている。この
解決法のポイントは、導入された同じの冷気を各素子に
別々にあてる点ににある。この方法によると、冷気導入
ダクトが素子を搭載した基板の一方の面を覆っており、
加熱空気排気ダクトがこの基板の他方の面を覆ってい
る。このようにすると、導入された冷気は直接に全部の
素子と接触した後、基板に設けられた複数の穴を通って
排気ダクトから排気される。

発明が解決しようとする問題点この方法には大きな欠点が２つある。１つは、一枚のプ
リント配線基板の各面にそれぞれダクトを取り付けるの
が面倒であるという欠点がある。この結果、全体として
厚くなるうえ、装置への組み込みも難しくなる。もう１
るの欠点は、大量の熱を発散させるためには当然送風量
を大きくしなければならないという点である。このため
には、加熱空気を排気ダクトに導くために基板に設けら
れた穴を大きくしなければならない。このように大きな
穴があると基板上の集積回路の集積度が小さくなり小さ
な基板を利用する利点が失われる。穴の断面積を小さく
することもできるが、穴が小さいほど空気流の抵抗が増
大する。この抵抗は送風装置のパワーを大きくすること
により相殺しなければならないが、その分ノイズが大き
くなる。ところで、この方法は素子同士の配置状態には
無関係であるため、素子が列状に配置されている必要は
ない。

本発明は、ほとんどノイズを出さない送風源と、構成が
簡単でかさばらず、しかも可能な送風量が多いために効
果的に素子を冷却することのできる装置とを用いて基板
上に列状に配置された発熱量の多い素子を冷却すること
を目的とする。

問題点を解決するための手段本発明に従うと、基板の一面に、通路で分離された列を
なして配置され、前記列に対して垂直に延びるフィンを
有する素子への送風装置であり、給気および排気にそれ
ぞれ使用される第１および第２のダクトを備え、第１の
ダクトが、前記基板の前記面上で全ての素子を囲み、前
記素子の最も外側の各列との間に２個の通路をさらに形
成し、空気が通過可能な開口部を有し、第２のダクト
が、第１のダクトの内側で前記ヒートシンクの上方に配
置され、空気が通過可能な外部への開口部と、内部への
開口部とを有し、前記内部への開口部が、少なくとも前
記列の間の１個の通路に沿って開口していることを特徴
とする装置が提供される。

実施例第１図〜第３図は、プリント配線基板12の同一の面12a
に列状に配置された複数の素子11を冷却するための本発
明による送風装置10の一実施例を示す図である。複数の
素子11からなる４つの列R1〜R4が図示されている。素子
列同士の間と、素子列とこの基板の縁部の間には５本の
通路C1〜C5が形成されている。各素子11はヒートシンク
13を備えるVLSIパッケージである。図示した各ヒートシ
ンクは、規則的に配置された同心リングの形態をしたフ
ィンを備える柱で構成されている。各素子11は、対応す
るヒートシンク13に送風することによって冷却する。従
来と同様、送風装置10は冷気導入ダクト14と排出ダクト
15を備えている。この２つのダクトは、基板12の同一の
面12aに取り付けられている。

本発明によれば、２つのダクト14と15はそれぞれ少なく
とも１つの素子列の両側面に開口している。図示の実施
例では、冷気導入ダクト14と排出ダクト15は、各素子列
R1〜R4の側面を構成する５つの通路C1〜C5に交互に開口
している。

冷気導入ダクト14は全部の素子11を覆っており、基板12
とで直方体のカバーを形成する。図示された冷気導入ダ
クト14には、天井14aに隣接し、かつ、基板12の一方の
側に沿った長方形の冷気導入口16が設けられている。排
出ダクト15は冷気導入ダクト14の中に含まれている。こ
の排出ダクト15は、各素子11のヒートシンク13の上方の
位置で素子列R1〜R4と同じ方向に延びる直方体の形状の
２つの区画15aと15bに分割されている。この２つの区画
は冷気導入ダクト14内の冷気導入口16の下を横断してお
り、この冷気導入口16の開口側に送風装置10からの空気
の出口となる開口部17aと17bをそれぞれ備えている。こ
の２つの区画は、冷気導入ダクト14の開口側とは反対側
が封鎖されている。各区画の下面は、隣接した２つの素
子列のヒートシンクをそれぞれ均一に覆っている。ま
た、各区画の下面には、この互いに隣接する列を隔離す
る中央通路に沿って長手方向の開口部が形成されてい
る。例えば、区画15aはヒートシンク13を備える列R1とR
2を覆い、対応する開口部18aは通路C2に開口している。
一方、区画15bは列R3とR4を覆い、対応する開口部18bは
通路C4に開口している。冷気導入ダクト14の上面14aの
下方には、この上面14aと排出ダクト15の区画15a、15b
の間にチェンバ19の空間が残されている。さらに、区画
15aと15bの間および両方の区画15a、15bと冷気導入ダク
ト14の側面の間には３つの通気路20a、20b、20cが形成
されていて、各通気路がそれぞれ通路C1、C2、C3に開口
している。側方通気路20aと20bは、区画15aと15bの両方
で構成される排出ダクト15により冷気導入ダクト14内に
形成されている。

第１図〜第３図に示した矢印は、本発明の送風装置10内
を通過する冷気の経路を表す。冷気導入ダクト14の冷気
導入口16から入る冷気はチェンバ19内に拡がり、各通気
路20a、20b、20cに分配される。

通気路20aから放出される冷気は通路C1内を流れて素子
列R1の各ヒートシンク13を冷却する。この結果、加熱さ
れた空気は通路C2に到達し、開口部18を通って区画15a
に入り出口17aから排出される。対称性により、通気路2
0bから放出された冷気は通路C5に流れ込み、素子列R4の
各ヒートシンクと接触して加熱され、通路C4に到達し、
開口部18bを通って排気ダクト15の区画15bに入り、出口
17bから排出される。最後に、通気路20cから放出される
冷気は通路C3に流れ込み、分配されて素子列R2とR3の各
ヒートシンクに送られる。加熱された空気は通路C2とC4
で回収されて、排出ダクト15の区画15aと15bから排出さ
れる。各通気路20a、20b、20cの断面積は、各空気流の
流量が平衡するような大きさにすることが好ましい。

本発明の送風装置10の利点はいまや明らかである。基板
12上の各素子11には導入された冷気があてられる。さら
に、ヒートシンク13には、基板12の面に平行なフィンの
方向に冷気があてられる。従って、ヒートシンクにあて
る空気流量を多くしてもその際の空気抵抗は最小にな
る。結局、本発明の送風装置10は、簡単で小型であり、
各素子を最適かつ均等に冷却することができるという利
点を有する。この利点は、素子列に対する送風をこの列
に垂直に、かつ、基板12の面に平行に行うことにより得
られる。

上記の送風装置10には多数の変形例が考えられる。例え
ば、ヒートシンク13としては、本発明と異なり、互いに
平行で鉛直方向を向いた平坦なフィンを水平支持面上に
備える従来のタイプのものを用いることができる。この
場合、フィンは素子列と垂直な方向を向けて、本発明の
原理に従って空気がある通路から別の通路へと容易に通
過できるようにする。図示されているように、素子列は
通常は直線であるが、曲がっていても折れ線となってい
てもよい。同様に、冷気導入口16や出口17a、17bの構成
をまったく異なったものにしてもよい。特に、出口17a
と17bは、冷気導入口16の開口側とは反対側に設けるこ
とが可能である。また、冷気導入口16は、開口部の数が
１つであるか複数であるかに応じて冷気導入ダクト14の
上面14aに設けることもできる。さらに、空気流を逆転
させて区画15aと15bから冷気を供給し、ダクト14で加熱
空気を回収することももちろん可能である。また、冷気
用通気路と排出ダクト15に隣接する開口部18の間の部分
にはヒートシンクを２列以上配置することができる。さ
らに、第４図に示したように、だくと14と15の一方が他
方に含まれないようにすることも可能である。

第４図は、本発明の送風装置10の変形例を示す第２図と
同様の図である。この２枚の図面で互いに対応する要素
には同一の参照番号が付されている。第４図に示した送
風装置では、排出ダクト15は冷気導入ダクト14に支持さ
れた状態でこの冷気導入ダクト14内に２つの通気路20a
と20bを形成している。冷気導入ダクト14は冷気導入口1
6を備えており、４つの素子列R1〜R4に平行な２つの通
気路20a、20bに直接連通し、かつ、両端の２つの通路C1
とC5に開口している。排気ダクト15は２つの通気路20a
と20bの間に配置されている。この排気ダクト15は、４
つの素子列R1〜R4を覆い、中央通路C3に沿って開口して
いる。例えば、冷気導入ダクト14と排気ダクト15は、そ
れぞれ２つの素子列（R1,R2;R3,R4）の両側面（C1,C3;C
5,C3）に開口している。通気路20aから放出される冷気
は、２つの素子列R1とR2を通過した後、排気ダクト15に
入る。同様に、通気路20bから放出された冷気は、素子
列R3とR4を冷却する。送風装置10のこの変形例において
は、通気路20aと20bを除去するとか、通気路20aと20bを
移動して冷気導入口16が冷気導入ダクト14の側壁に沿っ
て配置され、その位置がほぼヒートシンク13の高さにく
るようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、プリント配線基板上に列状に配置された複数
の素子の冷却に用いる本発明による送風装置を第２図の
切断線Ｉ−Ｉに沿って切断して一部を省略した部分断面
図である。第２図は、第１図に示した送風装置を切断線II-IIに沿
って切断して上から見た図である。第３図は、上記の送風装置を第２図の切断線III-IIIに
沿って切断して一部を省略した部分断面図である。第４図は、本発明による送風装置の変形例を示す第２図
と同様の図である。（主な参照番号） 10……送風装置、11……素子、12……プリント配線基
板、13……ヒートシンク、14……冷気導入ダクト、15…
…排出ダクト、15a、15b……区画、16……冷気導入口、
17a、17b……出口、18、18a、18b……開口部、19……チ
ェンバ、20a、20b、20c……通気路、C1、C2、C3、C4…
…通路、R1、R2、R3、R4……素子列

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板（12）の一面（12a）に、通路（C2〜C
4）で分離された列（R1〜R4）をなして配置され、前記
列に対して垂直に延びるフィンを有する素子（11）への
送風装置（10）であり、給気および排気にそれぞれ使用
される第１および第２のダクトを備え、第１のダクト
（14）が、前記基板の前記面上で全ての素子を囲み、前
記素子の最も外側の各列との間にそれぞれ２個の通路
（C1、C5）をさらに形成し、空気が通過可能な開口部
（16）を有し、第２のダクト（15）が、第１のダクトの
内側で前記ヒートシンクの上方に配置され、空気が通過
可能な外部への開口部（17）と、内部への開口部（18:1
8a、18b）とを有し、前記内部への開口部が、少なくと
も前記列の間の１個の通路（C3）に沿って開口している
ことを特徴とする装置。
【請求項２】前記第１および第２のダクトの上側の壁面
（14a,15a）が、チェンバ（19）を形成することを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。
【請求項３】前記第１および第２のダクトの上側の壁面
が、共通であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の装置。
【請求項４】前記第１および第２のダクトが、それぞれ
側壁を有し、該側壁により最も外側の２個の通路（C1、
C5）上に通気路（20a、20b）が形成されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１〜３項のいずれか１項に記
載の装置。
【請求項５】第１のダクト（14）の前記開口部（16）お
よび第２のダクト（15）の前記外部への開口部が、前記
列に対して垂直な方向に配列されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１〜４項のいずれか１項に記載の装
置。
【請求項６】第１のダクト（14）の前記開口部（16）
が、最も外側の２個の通路（C1、C5）に沿って配置さ
れ、第２のダクト（15）の前記開口部（17）が、前記列
に対して垂直な方向に配列されていることを特徴とする
特許請求の範囲第１〜４項のいずれか１項に記載の装
置。
【請求項７】前記第２のダクト（15）が、前記素子の隣
接する少なくとも２列（R1、R2またはR3、R4）に沿って
その上に配置され、該隣接する列の間の通路（C2、C4）
にそれぞれ開口する開口部（18a,18b）をそれぞれ有す
る少なくとも２個の区画（15a、15b）を備え、互いに隣
接する２個の区画が、異なる通路（C3）に沿ってその上
に配置された通気路（20C）で隔てられ、第１のダクト
の開口部と連通していることを特徴とする特許請求の範
囲第１〜６項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】前記フィンが、各素子（11）のヒートシン
ク（13）を形成し、該フィンが基板（12）の面（12a）
に平行であることを特徴とする特許請求の範囲第１〜７
項のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】前記フィンが、各素子（11）のヒートシン
ク（13）を形成し、該フィンが基板（12）の面（12a）
に垂直であることを特徴とする特許請求の範囲第１〜７
項のいずれか１項に記載の装置。