JPH0742184U - 電子機器の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放射状配列のプリント基板を軸流ファンによ
る吸入空気で冷却する場合に、プリント基板の高さ方向
における空気流の不均一分布を解消する。 【構成】 テストヘッド内には発熱電子部品の実装され
たプリント基板１１が放射状に多数立設される。その中
央には吸気用の空間１９が形成され、その空間１９内に
軸流ファン１２で冷却気体を導入してプリント基板１１
に放射方向に流出させる。この空間１９に円板状の風向
制御板を水平、且つプリント基板の立設方向に調整自在
に設け、プリント基板１１に流出する冷却気体の方向を
制御して、放射状に配列した各プリント基板１１の幅方
向に冷却気体を均一に分布させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は放射状配列のプリント基板を搭載した電子機器の冷却装置に係り、特 に冷却性能を改善したものに関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般に、電子機器は発熱電子部品の実装されたプリント基板を多数搭載してお り、それらの信頼性を保証するため冷却装置が不可欠である。近年、冷却装置は 電子機器の高性能化に伴ってより高い冷却性能が要求されている。このような要 求に応えるための冷却装置は種々提案されているが、ここでは、ＩＣテスタ用の テストヘッドの冷却装置を例に取って説明する。

【０００３】 ＩＣテスタはテスタ本体とテストヘッドとを備える。テストヘッドは、被測定 デバイス(以下、ＤＵＴという)を電気的に評価する本体の端末に相当するもので ある。通常、ＤＵＴに印加する試料用電源部、タイミングジェネレータ出力部、 パターンジェネレータ出力部、及びＤＵＴ出力をＩＣテスタ本体の測定部に取り 込むための入力部等を備える。これらは電子部品としてプリント基板に搭載され 、ケーシング内に納められている。多数のプリント基板をケーシング内に収納す る必要があるが、テストヘッド小型化の要請からプリント基板を平行にではなく 、放射状に配列することが行なわれている。図３はこのようなテストヘッドを冷 却するための従来の冷却装置を示したものである。

【０００４】 テストヘッド３０内に放射状に立設された多数のプリント基板３１を均一に冷 却するためには、放射状に立設されたプリント基板３１の中央から冷却空気を導 入して放射方向に曲げてやる必要がある。そのために、テストヘッド３０内に冷 却空気を吸入する軸流ファン３２を複数台設け、テストヘッド３０の外周側面に 排気用の多数のスリット３８を設けてある。また、プリント基板３１を立設した マザーボード３４の中央に、軸流ファン３２を設けた裏面側からプリント基板の ある表側へ冷却空気を導入するための冷却空気導入口を設ける必要がある。この 場合において、通常、テストヘッド３０の中央には図示するように、ウェハチェ ック時に必要となる顕微鏡のための覗き孔３３をもつ筒体３５が、マザーボード ３４を通ってテストヘッド３０を上下に貫通している。そのために、マザーボー ド３４の中央部の全部ではなく一部に、筒体３５を避けるように風孔リングと呼 ばれる通気開口３６が筒体３５を取り囲む外周にリング状に設けてある。

【０００５】 これにより、ファン３２から排出された冷却空気はこの開口３６を通ってテス トヘッド３０の上側に流入し、プリント基板３１上の発熱電子部品を冷却した後 、テストヘッド外周側面に設けたスリット３８から排出されるようになっている 。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら上述した従来の冷却装置によると、風量分布はプリント基板３１ 間で均等になっているものの、プリント基板３１面上ではバラツキがあり、基板 の上方と下方とで比較的大きな温度差が生じていた。例えば、図４(Ａ)に示すよ うに、プリント基板３１の高さ方向に４点ａ、ｂ、ｃ、ｄを取って、これらの点 での風速と温度をプロットすると、図４(Ｂ)に示すように高い位置程よく冷えて いるが、逆に低い位置では冷却が不十分なのが分かる。これは、軸流ファン３２ から吹き出された空気が狭い通気開口３６を通過するときに加速されるため、矢 印で示すように空気流の本流がプリント基板３１の上方に偏って流れてしまうこ とが原因である。

【０００７】 プリント基板３１面上での冷却温度にばらつきがあると、空気流本流上にある 発熱電子部品４１は問題はないが、本流から逸れた位置にある発熱電子部品４２ は余り冷却されず信頼性上問題となる。特に、電子部品がパルスドライバ等のよ うに非常に発熱量が大きい部品であると、この部品のみが頻繁に破壊されるとい う現象が起きる。

【０００８】 本考案の目的は、プリント基板面上においても均一な冷却効果が得られる電子 機器の冷却装置を提供することにある。

【０００９】 また、本考案の目的は、発熱分布が不均一であっても、より均一な冷却温度分 布が得られる電子機器の冷却装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案は、発熱電子部品の実装されたプリント基板をケーシング内に放射状に 多数枚立設した電子機器であって、中央に冷却空気導入用の空間をもち、空間に 冷却空気を流入して放射状に立設したプリント基板に流出させる電子機器の冷却 装置に適用される。

【００１１】 このような冷却装置において、プリント基板の放射方向に流出する冷却空気の 方向を制御して、各プリント基板の立設方向、即ち幅方向に冷却空気を均一に分 布させる風向制御板を備えたものである。

【００１２】 そして、風向制御板は、空間内に立設方向から流入する冷却気体とほぼ直交す る風向制御面をもち、かつ風向を調整できるようにするため、風向制御板を立設 方向に沿って移動自在に設けることが望ましい。

【００１３】 また、プリント基板を均一に冷却するための最適な風向を自動調整できるよう にするために、電子機器内の温度を検知する温度センサと、検知温度を設定温度 と比較してそれに応じた信号を出力する温度制御部と、この温度制御部の出力信 号に応じて前記風向制御板の位置を制御するアクチュエータとを備えることが好 ましい。

【００１４】

【作用】

プリント基板の立設方向から空間に導入された冷却気体は、空間流入時に加わ る加速を伴ってプリント基板３１の遠端に向うように緩やかに曲げられて放射方 向に導出されようとするが、風向制御板の作用を受けて手前で大きく曲げられる 。このため放射方向の気体の流れはプリント基板の幅方向遠方に偏椅せず均一に 分布するようになる。従って、電子機器内の温度分布が均一化される。

【００１５】

【実施例】

以下、ＩＣテスタのテストヘッドに本考案を適用した実施例を図１〜図２及び 図５〜図７を用いて説明する。

【００１６】 図７はＩＣテストシステムを示し、例えばロジックＬＳＩやメモリの機能及び 電気的特性を測定するＩＣテスタ本体７１と、これに電気的に接続されてＤＵＴ がテストされるテストヘッド７０とから主に構成される。台車７２に載せられた テストヘッド７０は、内蔵された軸流ファンにより冷却されるようになっている 。図１はこのようなテストヘッドの概略断面図、図２は同じく上蓋を取り除いた テストヘッドの内部構造を詳細に示した斜視図である。

【００１７】 図２において、上蓋を取り除いたテストヘッド１０は、軸流ファンを内蔵した 下カバー２１、プリント基板を立設した中央枠体２２、ＩＣテスタ本体及びテス トヘッドを電気的に接続する結栓板２３から主に構成される。中央に開けられた 孔１３は顕微鏡用の覗き孔である。枠体２２のマザーボード１４上に、顕微鏡用 の覗き孔１３を形成する筒体１５を取り囲むように放射状に多数のプリント基板 １１が立設されている。このプリント基板１１にはＤＵＴを測定するための発熱 電子部品、例えばＥＣＬ(エミッタ・カップルド・ロジック)等の比較的消費電力 の大きな高速素子が実装されている。

【００１８】 マザーボード１４上の筒体１５の外周にはリング状の通気開口１６が形成され る。通気開口１６の上方はそのまま放射状に配列したプリント基板１１の端部に 囲まれたリング状の空間１９になっており、マザーボード１４裏側から通気開口 １６、空間１９を通して、プリント基板１１間へ冷却空気を導入するようになっ ている。このリング状の空間１９に、これへ流入してプリント基板１１に流出す る冷却空気の方向を制御して、放射状に配列した各プリント基板１１の立設方向 (高さ方向)に冷却空気を均一に分布させる風向制御板１が設けられている。風向 制御板１は、図示例のものでは、筒体１５に水平に嵌挿された円板で構成され、 空間内に立設方向から流入する冷却空気とほぼ直交する風向制御面をもつように なっている。風向制御板１は固定としても、可動としてもよい。固定にするとき は、プリント基板１１の高さの丁度半分位の高さに水平に固定することが風量均 一化のために好ましいことが、実験結果から分かっている。また、可動とすると きは、筒体１５の軸方向に沿って上下移動自在に取り付け、任意の位置に止めら れるようにして最適位置の調整ができるようにする。

【００１９】 さて、図１に示すように、軸流ファン１２により通気開口１６を通って空間１ ９内に流入した冷却空気はプリント基板１１を冷却した後、スリット１８から排 出される。テストヘッド１２内の空気流は、筒体１５に水平に風向制御板１を嵌 挿すると、軸方向の嵌挿位置ａ、ｂ、ｃに応じて、一点鎖線、実線、二点鎖線の 各矢印に示すようにその流れが変化する。これらの各線で示された風向は空気の 主流と解してよい。風向制御板１の位置を降下させていくと、これにより空気流 が抑え込まれる格好になって、プリント基板１１の下方に移っていくのが分かる 。これからも、プリント基板１１の中央にくるように設定するとよいことが理解 できる。

【００２０】 図５(Ａ)に示すように、プリント基板１１の高さ方向の４点ａ、ｂ、ｃ、ｄを 取って、これらの点での風速、温度をプロットすると、図５(Ｂ)に示すように、 いずれの点の温度も一箇所に集約していることが分かり、プリント基板面全面が 均一に冷却されているのが分かる。特に、図５(Ａ)に示すように、風向制御板１ を上下動自在に設け、上限と下限位置との間を所定の速度で、間欠的あるいは連 続的に移動させると、風向が平均化されるため均一化の効果が大きくなる。さら に、同図中に破線で示した特性曲線Ｓのように、上下動速度を中間で最も遅く、 上限、下限位置で最も速くなるように設定すると、先に述べた実験結果の利点と 、平均化効果の利点とが生かされることになって、一層効果的である。

【００２１】 図６は本考案の他の実施例を示すもので、上記実施例と異なる点は、テストヘ ッド内の風量分布を固定的にするということではなく、プリント基板の発熱量に 応じて最適な風向調整を行なうことにより、温度分布のより一層の均一化を図る ようにしたものである。

【００２２】 風向制御板１をこれにより風向を変更できるように垂直方向に調整移動自在に 設けることは既述した通りである。プリント基板１１の各部の温度を検知する温 度センサ６１，６１…をテストヘッド１０内の周方向に必要数設けて、テストヘ ッド１０内の温度をきめ細かく測定できるようにしてある。

【００２３】 これら温度センサ６１によって検知された検知温度を、予め設定した設定温度 と比較してそれに応じた信号を出力する温度制御部６２を設ける。これは比較器 やマイクロコンピュータで構成することができる。そして、この温度制御部６２ の出力信号に応じて制御されるアクチュエータ６３を設け、このアクチュエータ ６３によって風向制御板１の移動速度あるいは位置を制御するように構成する。 これによれば、プリント基板位置の発熱量が異なっても、例えばプリント基板の 高さの低い方から高い方に向って発熱量が異なる傾向にある場合であっても、全 てのプリント基板を同じような傾向にすれば、プリント基板面上の温度分布を常 に均一化することができる。このため、プリント基板設計時、各基板について発 熱が基板上で均一化するように厳密に考慮する必要がなく、発熱傾向を同一にす れば足りるので、プリント基板設計、ひいてはテストヘッドの設計の自由度が向 上するという利点もある。

【００２４】 以上述べたように本実施例によれば、風向制御板として円板を設けてプリント 基板に流入する冷却空気の風向を制御して風量分布を幅方向に均一化したので、 プリント基板の均一冷却が可能となり、テストヘッドの大容量化に対処できる。

【００２５】 なお、上記実施例ではテストヘッドの下部に軸流ファンを設けて下方から冷却 空気を吸入する場合について述べたが、本考案はこれに限定されるものではなく 、テストヘッドの上部に軸流ファンを設けて上方から冷却空気を吸入するように した場合にも適用できる。

【００２６】 また、風向制御板用の円板を水平方向に設けるようにしたが、幾分傾斜させて も構わない。しかし、実験結果によると大きく傾斜させたり、制御板の形状を漏 斗状もしくはラッパ状にすることは好ましくない。流入時の風向を助長すること になるからである。

【００２７】 また、上記実施例では電子機器としてＩＣテスタ用のテストヘッドの場合につ いて説明したが、本考案はテストヘッドに限定されない。吸引手段で気体を導入 して冷却する機器であって、機器内の風量分布が不均一になるものであれば、い ずれの電子機器にも適用できる。

【００２８】

【考案の効果】

以上述べたように本考案によれば次の効果を発揮する。

【００２９】 請求項１に記載の電子機器の冷却装置によれば、風向制御板を設けることによ り、プリント基板に流れる冷却気体の風向を制御して風量分布をプリント基板の 立設方向に均一化したので、プリント基板面上を均一に冷却することができる。

【００３０】 請求項２に記載の電子機器の冷却装置によれば、風向制御板を移動自在に設け たので、風向の適正化が行なえる。

【００３１】 請求項３に記載の電子機器の冷却装置によれば、風向制御板を温度制御機構と 連動させたので、機器内の発熱分布が不均一であっても、より均一な冷却温度分 布が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＩＣテスタのテストヘッドに適用した本考案の
実施例を示す概略断面図。

【図２】本実施例の上蓋を取ったテストヘッドの詳細構
造を示す斜視図。

【図３】従来のテストヘッドの冷却装置例の概略を示す
平面図及び断面図。

【図４】従来例の冷却特性を示す説明図。

【図５】本実施例の冷却特性を示す説明図。

【図６】本考案の他の実施例を示す構成図。

【図７】ＩＣテストシステムを示す全体構成図。

【符号の説明】

１ 風向制御板 １０ テストヘッド １１ プリント基板 １２ 軸流ファン １３ 顕微鏡用覗き孔 １４ マザーボード １５ 筒体 １６ 通気開口 １８ スリット １９ 空間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/467

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央に空間が形成されるようにプリント
   基板を放射状に立設し、立設方向から前記空間に流入さ
   せた冷却気体を放射方向に流出させることによりプリン
   ト基板を冷却する電子機器の冷却装置において、 前記空間に、冷却気体の方向を制御して、放射状に流出
   させる冷却気体を各プリント基板の立設方向に沿って均
   一に分布させる風向制御板を備えたことを特徴とする電
   子機器の冷却装置。
2. 【請求項２】 前記風向制御板が、空間内に立設方向か
   ら流入する冷却気体とほぼ直交する風向制御面をもち、
   プリント基板の立設方向に移動自在に設けられているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の電子機器の冷却装置。
3. 【請求項３】 プリント基板の温度を検知する温度セン
   サと、 検知温度を設定温度と比較してそれに応じた信号を出力
   する温度制御部と、 この温度制御部の出力信号に応じて前記風向制御板の位
   置を制御するアクチュエータとを備えたことを特徴とす
   る請求項２に記載の電子機器の冷却装置。