JPH09326578A - Cooling device of electronic apparatus - Google Patents

Cooling device of electronic apparatus

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JPH09326578A
JPH09326578A JP14256496A JP14256496A JPH09326578A JP H09326578 A JPH09326578 A JP H09326578A JP 14256496 A JP14256496 A JP 14256496A JP 14256496 A JP14256496 A JP 14256496A JP H09326578 A JPH09326578 A JP H09326578A
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JP
Japan
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substrate
cooling air
heat
cooling
generating semiconductor
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Application number
JP14256496A
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Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Shin
隆之 新
Mitsuru Honma
満 本間
Yoshifumi Sasao
桂史 笹尾
Atsuo Nishihara
淳夫 西原
Tadakatsu Nakajima
忠克 中島
Takahiro Oguro
崇弘 大黒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To lower air resistance and noise of air flow path and power consumption by mixing a cooling air in the down-stream side if at least one heat generating semiconductor element on the substrate at the time of cooling a plurality of heat generating semiconductor element with the cooling air flowing along the substrate. SOLUTION: Many heat generating semiconductor elements 11a to 11c such as LSI, etc., are mounted on a substrate 10. The cooling air flows as indicated by 15 into the substrate 10 and is exhausted as indicated by 16 after it flows to cool each LSI 11, etc. As a mixing mechanism for mixing the cooling air on the substrate 10, a plate 18 for squeezing the path of cooling air is installed one by one at both ends of the path the constrict the flow of air in the width direction of the substrate 10. The plate 18 for constricting the path provides higher effect when it is installed in the down-stream side rather than the center of the substrate 10. A mass of the cooling air which is heated by 11a, 11b to locally have a higher temperature distribution is forced to be squeeze the flow thereof with the plate 18 for constricting the path and is intensively mixed as an isolating flow at the rear part of the plate 18 for constricting the path.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は発熱半導体部品を搭
載した電子機器の冷却装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cooling device for electronic equipment equipped with heat-generating semiconductor components.

【0002】[0002]

【従来の技術】情報処理を行う電子機器の冷却方法は、
一般的に、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を空気で冷却する
手法がとられている。この空気冷却方式では、冷却用空
気を基板に並行に流通させて発熱半導体部品の側方から
冷却空気を供給し、発熱半導体部品を順次冷却して行く
方法が多く用いられている。しかし、発熱半導体部品の
発熱量が大きい場合には、下流側の発熱半導体部品ほど
冷却性能が悪くなり、発熱半導体部品に許容される所定
の温度範囲を越えてしまうという問題が生じる。
2. Description of the Related Art A cooling method for electronic equipment for information processing is
Generally, a method of cooling a plurality of heat-generating semiconductor components mounted on a circuit board such as a printed board or a ceramic board with air is used. In this air cooling system, a method is often used in which cooling air is circulated in parallel to the substrate to supply cooling air from the side of the heat-generating semiconductor component to sequentially cool the heat-generating semiconductor component. However, when the amount of heat generated by the heat-generating semiconductor component is large, the cooling performance of the heat-generating semiconductor component on the downstream side is poorer, and there is a problem in that the temperature exceeds the predetermined temperature range allowed for the heat-generating semiconductor component.

【0003】この冷却性能の悪化には、大別して二つの
要因が存在する。第1の要因は、発熱半導体部品に搭載
されるヒートシンク自身の冷却性能の悪化である。これ
は、基板上の下流側に行くほど冷却空気が自由空間に逃
げるため、ヒートシンクを通過する冷却空気の流速が低
下することに主に起因する。第2の要因は、冷却空気の
温度上昇である。発熱半導体部品の発熱量が大きく、基
板上に多数の発熱半導体部品が搭載される場合には、こ
の第2の要因の影響が非常に大きくなる。風温上昇は、
冷却空気が完全に混合されていても影響は大きいが、実
際は局所的に風温の高い部分が発生するため、場所によ
っては完全混合したときの空気温度上昇の数倍の温度上
昇になる可能性もある。
The deterioration of the cooling performance is roughly divided into two factors. The first factor is deterioration of cooling performance of the heat sink itself mounted on the heat-generating semiconductor component. This is mainly due to the fact that the cooling air escapes into the free space toward the downstream side on the substrate, and thus the flow velocity of the cooling air passing through the heat sink decreases. The second factor is an increase in the temperature of the cooling air. When a large amount of heat is generated by the heat-generating semiconductor component and a large number of heat-generating semiconductor components are mounted on the substrate, the influence of the second factor becomes extremely large. The wind temperature rise is
Even if the cooling air is completely mixed, the effect is large, but in reality, there are locally high air temperature parts, so the temperature may rise several times as much as the temperature of the air when fully mixed depending on the location. There is also.

【0004】そこで、第1の要因に起因する冷却性能の
悪化を解決する方法として、従来から、発熱半導体部品
に搭載されるヒートシンクの冷却性能を向上させる方法
が多数考案されている。例えば、特開平6−163771 号公
報に記載された「マルチチップモジュールの冷却構造」
が挙げられる。この従来例について、図11に基づき説
明する。図11では、基板1上に発熱体であるマルチチ
ップモジュール2が搭載されている。マルチチップモジ
ュール2上には平板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、冷却空気4はヒートシンク3の
側方から供給され、マルチチップモジュール2を冷却し
ている。マルチチップモジュール2の側面および上流側
に気流制御板5を設置し、気流制御板5は、マルチチッ
プモジュール2の上流側でマルチチップモジュール2の
幅より広くなる角度で屈曲している。この構造とするこ
とにより、冷却空気がヒートシンクに集中的に流れるよ
うになり、ヒートシンク3の冷却性能が向上する。
Therefore, as a method for solving the deterioration of the cooling performance due to the first factor, many methods have conventionally been devised for improving the cooling performance of the heat sink mounted on the heat-generating semiconductor component. For example, "cooling structure for multi-chip module" described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-163771.
Is mentioned. This conventional example will be described with reference to FIG. In FIG. 11, the multi-chip module 2 which is a heating element is mounted on the substrate 1. A heat sink 3 composed of a plate fin is provided on the multi-chip module 2, and cooling air 4 is supplied from the side of the heat sink 3 to cool the multi-chip module 2. The airflow control plate 5 is installed on the side surface and the upstream side of the multichip module 2, and the airflow control plate 5 is bent at an angle wider than the width of the multichip module 2 on the upstream side of the multichip module 2. By adopting this structure, the cooling air flows intensively in the heat sink, and the cooling performance of the heat sink 3 is improved.

【0005】つぎに、第2の要因に起因する冷却性能の
悪化を解決する方法として、従来から、冷却空気の混合
を促進させる方法がいくつか考案されている。例えば、
特開平6−196886 号公報に記載された「電子回路基板の
冷却構造」が挙げられる。この従来例について、図12
に基づき説明する。基板1上に発熱体であるLSIパッ
ケージ6と多数のICチップ7が搭載されている。LS
Iパッケージ6上にはヒートシンク3が設けられてお
り、冷却空気4はヒートシンク3の側方から供給され、
LSIパッケージ6を冷却している。基板1の最上流部
には棒体8が設置される。この棒体8により発生するカ
ルマン渦により空気流が乱され、空気流の混合が促進さ
れて冷却性能が向上する。
Next, as a method for solving the deterioration of the cooling performance due to the second factor, several methods for promoting the mixing of cooling air have been conventionally devised. For example,
The "cooling structure for electronic circuit board" described in JP-A-6-196886 can be mentioned. This conventional example is shown in FIG.
It will be described based on. An LSI package 6, which is a heating element, and many IC chips 7 are mounted on the substrate 1. LS
The heat sink 3 is provided on the I package 6, and the cooling air 4 is supplied from the side of the heat sink 3,
The LSI package 6 is being cooled. A rod body 8 is installed on the most upstream side of the substrate 1. The Karman vortex generated by the rod 8 disturbs the air flow, promotes the mixing of the air flow, and improves the cooling performance.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】第1の従来例では、ヒ
ートシンク自体の冷却性能は向上するが、上流側の発熱
半導体部品による局所的な風温上昇を均一化させること
はできず、発熱半導体部品の発熱量が大きく、基板上に
多数の発熱半導体部品が搭載されるような場合には、風
温上昇により冷却性能は悪化してしまう。
In the first conventional example, although the cooling performance of the heat sink itself is improved, it is not possible to equalize the local air temperature rise due to the heat-generating semiconductor components on the upstream side, and the heat-generating semiconductor is used. When the amount of heat generated by the components is large and a large number of heat-generating semiconductor components are mounted on the substrate, the cooling performance deteriorates due to the increase in air temperature.

【0007】第2の従来例では、基板の最上流部に冷却
空気を混合させる棒体が設置されるため、冷却空気の乱
れは基板の下流側まで持続することはない。そのため、
風温上昇の影響を最も強く受けて性能が悪化する、基板
の下流部においては冷却空気の混合は実現せず、結局、
基板の下流部では局所的な風温上昇を均一化させること
はできない。
In the second conventional example, since the rod for mixing the cooling air is installed in the most upstream part of the substrate, the turbulence of the cooling air does not continue to the downstream side of the substrate. for that reason,
Mixing of cooling air is not realized in the downstream part of the board, which is most affected by the increase in air temperature and deteriorates performance.
In the downstream part of the substrate, the local increase in air temperature cannot be made uniform.

【0008】また、風温上昇による冷却性能の悪化を補
うために、冷却空気の風量を増加させると、通風抵抗や
騒音が大きくなったり、消費電力が増大することとな
る。さらに、風温上昇により半導体部品の動作温度が上
昇すると、演算速度や信頼性が低下することとなる。
Further, if the air volume of the cooling air is increased in order to compensate for the deterioration of the cooling performance due to the increase in the air temperature, ventilation resistance and noise will increase, and power consumption will increase. Furthermore, if the operating temperature of the semiconductor component rises due to the rise in air temperature, the calculation speed and reliability will decrease.

【0009】本発明の目的は、発熱半導体部品の発熱量
が大きく、基板上に多数の発熱半導体部品が搭載される
ような場合に、流路の通風抵抗や騒音,消費電力を低下
させ、また、半導体部品の演算速度を向上させることに
ある。
An object of the present invention is to reduce ventilation resistance, noise and power consumption of a flow path when a large amount of heat is generated from a heat-generating semiconductor component and a large number of heat-generating semiconductor components are mounted on a substrate. , To improve the operation speed of semiconductor components.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は基板上に搭載された複数の発熱半導体部品
を基板に沿って流通させる冷却空気によって冷却する電
子機器の冷却装置において、基板上の少なくとも一つの
発熱半導体部品より下流側に、冷却空気を混合させる混
合機構を設置した。
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a cooling device for electronic equipment, in which a plurality of heat-generating semiconductor components mounted on a substrate are cooled by cooling air flowing along the substrate, A mixing mechanism for mixing the cooling air was installed downstream of at least one heat-generating semiconductor component on the substrate.

【0011】さらには、基板上の中央よりも下流側の位
置に、冷却空気を混合させる混合機構を設置した。
Further, a mixing mechanism for mixing the cooling air is installed at a position downstream of the center of the substrate.

【0012】また、前記混合機構が冷却空気の流路を絞
る板あるいはオリフィス等で構成される。
Further, the mixing mechanism is composed of a plate or an orifice for narrowing the flow path of the cooling air.

【0013】また、前記混合機構が一つまたは複数の円
柱,角柱,矩形板,三角形状翼等の乱流渦発生体で構成
される。
Further, the mixing mechanism is composed of a turbulent vortex generator such as one or a plurality of cylinders, prisms, rectangular plates and triangular blades.

【0014】また、前記混合機構が複数の案内板を互い
に交差させて成るグリッド構造体で構成される。
Further, the mixing mechanism is composed of a grid structure having a plurality of guide plates crossing each other.

【0015】また、前記混合機構が一つまたは複数の送
風機によって構成される。
The mixing mechanism is composed of one or a plurality of blowers.

【0016】また、前記混合機構が基板の一部または全
てを覆うカバー部材に取り付けられる、あるいはカバー
部材自身に構成される。
Further, the mixing mechanism is attached to a cover member that covers a part or the whole of the substrate, or is configured in the cover member itself.

【0017】また、前記混合機構が基板に設置された補
強用枠材に取り付けられる。
Further, the mixing mechanism is attached to the reinforcing frame member installed on the substrate.

【0018】また、前記混合機構が隣接して設置された
別の基板の裏面側に取り付けられる。
Further, the mixing mechanism is attached to the back side of another substrate which is installed adjacently.

【0019】本発明の電子装置では、冷却空気を混合さ
せる混合機構を設置したので、基板上に多数の高発熱半
導体部品が搭載されるような場合に生じる、基板上流側
の発熱半導体部品による局所的な風温上昇の不均一を、
基板下流側に設けた混合機構により冷却空気を混合させ
て風温を均一化させることができ、それにより、冷却性
能を向上させることが可能となる。さらに、流路の通風
抵抗や騒音,消費電力を低下させ、また、半導体部品の
演算速度や信頼性を向上させることが可能となる。
In the electronic device of the present invention, since the mixing mechanism for mixing the cooling air is installed, the local heat-generating semiconductor components on the upstream side of the substrate, which occur when a large number of high-heat-generating semiconductor components are mounted on the substrate, are provided. Of uneven wind temperature rise
The mixing mechanism provided on the downstream side of the substrate can mix the cooling air to make the air temperature uniform, thereby improving the cooling performance. Further, it becomes possible to reduce the ventilation resistance, noise, and power consumption of the flow path, and improve the operation speed and reliability of the semiconductor component.

【0020】混合機構を、基板を覆うカバー部材や基板
に設置された補強用枠材に取り付けるようにすること
で、特別な混合機構の取り付け治具を必要とせず、安価
に混合機構を構成できる。
By attaching the mixing mechanism to the cover member that covers the substrate and the reinforcing frame member installed on the substrate, a special jig for the mixing mechanism is not required, and the mixing mechanism can be constructed at low cost. .

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】本電子機器の冷却装置の実施例に
ついて、図1から図10に基づき説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a cooling device for electronic equipment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0022】図1は本実施例の斜視図である。プリント
配線基板やセラミック基板等の基板10上には、それぞ
れ形状や発熱量の異なったLSIやマルチチップモジュ
ール等に代表される発熱半導体部品11a〜cが、多数
混在して搭載されている。発熱半導体部品11の中で
も、比較的発熱量の大きなLSI11a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12が取り
付けられている。ヒートシンク12は、例えば、平板を
多数並置した平板フィン型のヒートシンクである。ここ
で、ヒートシンクの材質は、銅やアルミニウム,高熱伝
導性セラミックスのような熱伝導性の良い材料にすると
良い。ヒートシンクの形状は平板フィン型以外にも、例
えば、ピンフィン形状のものでも良いし、熱交換器等に
使用されるスリットフィンのようなものでも良い。ま
た、比較的発熱量の小さなLSI11b(例えばSRAMやD
RAMなどのメモリ系のLSI)などは、ヒートシンク
を取り付けずに直接LSI表面から放熱している。基板
10の右端には、メモリカード13が多数積層状に実装
されている。13の両表面にはメモリ用LSI14(例
えばDRAMなど)が実装されている。冷却空気は基板
10上を15のように流入し、各LSI11を冷却しな
がら流れ、16のように排出される。図には示されてい
ないが、基板の上流あるいは下流には冷却空気を加圧あ
るいは減圧して供給する送風機がある。17は基板10
全体を覆うカバーである。カバー17は、送風機からの
冷却空気を基板上部の自由空間に逃がさないためのダク
ト状流路を形成する。さらに、カバー17を金属で構成
すれば、基板単位での電磁シールドの役割も果たす。
FIG. 1 is a perspective view of this embodiment. On a substrate 10 such as a printed wiring board or a ceramic substrate, a large number of heat-generating semiconductor components 11a to 11c represented by LSIs, multi-chip modules, etc. having different shapes and heat generation amounts are mounted in a mixed manner. A heat sink 12 for effectively transmitting the generated heat to the cooling air is attached to the LSI 11a which generates a relatively large amount of heat among the heat generating semiconductor components 11. The heat sink 12 is, for example, a flat plate fin type heat sink in which a large number of flat plates are arranged side by side. Here, the material of the heat sink may be a material having good thermal conductivity such as copper, aluminum, or high thermal conductive ceramics. The shape of the heat sink is not limited to the flat plate fin shape, but may be, for example, a pin fin shape or a slit fin used in a heat exchanger or the like. In addition, the LSI 11b that generates a relatively small amount of heat (for example, SRAM or D
A memory system LSI such as a RAM) radiates heat directly from the LSI surface without attaching a heat sink. A large number of memory cards 13 are mounted on the right end of the substrate 10 in a laminated form. A memory LSI 14 (for example, DRAM or the like) is mounted on both surfaces of 13. The cooling air flows in on the substrate 10 as indicated by 15, flows while cooling each LSI 11, and is discharged as by 16. Although not shown in the figure, there is a blower upstream or downstream of the substrate for supplying cooling air under pressure or pressure. 17 is the substrate 10
It is a cover that covers the whole. The cover 17 forms a duct-shaped flow path for preventing the cooling air from the blower from escaping into the free space above the substrate. Further, if the cover 17 is made of metal, it also serves as an electromagnetic shield for each substrate.

【0023】このように、基板10上に多様な寸法と発
熱量の高発熱半導体部品が、単純な規則性を持たずに混
在して密に実装される場合には、以下のような問題点が
生じる。問題点は、基板10内の上流側に配置された発
熱半導体部品11a,11bなどにより温められた冷却
空気が、基板10内の下流側に配置された発熱半導体部
品11cに流入し11cを冷却するため、11cの冷却
性能が悪化することである。特に、基板上流部に多様な
寸法と発熱量の高発熱半導体部品が混在して実装されて
いる場合には、基板下流部に位置する11cに流入する
冷却空気の、流れ方向と垂直な断面内での風温分布が著
しく不均一になる。そのため、11cのうちのいくつか
の発熱半導体部品は、非常に高温の冷却空気に曝される
こととなり、発熱半導体部品に許容される所定の温度範
囲を越えてしまい、演算速度や信頼性の低下を招くこと
となる。また、風温上昇による冷却性能の悪化を補うた
めに、冷却空気の風量を増加させると、通風抵抗や騒音
が大きくなったり、消費電力が増大する。
As described above, when the high heat generating semiconductor components having various sizes and heat generation values are densely mounted in a mixed manner without having a simple regularity, the following problems occur. Occurs. The problem is that the cooling air warmed by the heat generating semiconductor components 11a, 11b arranged on the upstream side in the substrate 10 flows into the heat generating semiconductor component 11c arranged on the downstream side in the substrate 10 to cool the 11c. Therefore, the cooling performance of 11c is deteriorated. In particular, in the case where high-heat-generating semiconductor components having various sizes and heat generation values are mixedly mounted on the upstream side of the board, the cooling air flowing into 11c located on the downstream side of the board has a cross section perpendicular to the flow direction. The air temperature distribution in the area becomes extremely uneven. Therefore, some of the heat-generating semiconductor components of 11c are exposed to the cooling air having a very high temperature, which exceeds the predetermined temperature range allowed for the heat-generating semiconductor components, which lowers the calculation speed and reliability. Will be invited. Further, when the air volume of the cooling air is increased to compensate for the deterioration of the cooling performance due to the increase in the air temperature, ventilation resistance and noise increase, and power consumption increases.

【0024】風温分布が不均一になる原因は、大きく二
つに分かれる。第1の原因は、発熱半導体部品の配置に
よる。発熱量の大きい発熱半導体部品が流れ方向に多数
並んでいる場合には、そこを通過してくる冷却空気の温
度は、その他の部分より高くなるからである。第2の原
因は、風速の不均一による。ヒートシンクが搭載された
発熱半導体部品が流れ方向に多数並んでいる場合には、
そこを通過してくる冷却空気の流速は徐々に低下し、ヒ
ートシンクが少ない部分より風速が小さくなるからであ
る。風速が低下すれば風温上昇は当然大きくなる。
There are two main causes of non-uniform wind temperature distribution. The first cause is the arrangement of heat-generating semiconductor components. This is because when a large number of heat-generating semiconductor components that generate a large amount of heat are arranged in the flow direction, the temperature of the cooling air passing therethrough is higher than that of the other parts. The second cause is non-uniform wind speed. If a large number of heat-generating semiconductor components with heat sinks are lined up in the flow direction,
This is because the flow velocity of the cooling air passing therethrough gradually decreases, and the wind speed becomes smaller than that of the portion with less heat sink. When the wind speed decreases, the air temperature rise increases naturally.

【0025】この課題を解決するために、本実施例で
は、基板10上に冷却空気を混合させる混合機構とし
て、冷却空気の流路を絞る板18を流路の両端に一つず
つ設置し、基板10の幅方向に流れを絞る構造となって
いる。板18は流れ方向にある傾き角(例えば流れに対
して45゜程度)を付けて設置すると、通風抵抗を比較
的増大させない。基板10の下流側の発熱半導体部品1
1cが、局所的に高い温度の冷却空気による冷却性能悪
化の影響を最も受けるので、11cの前方に18を設置
すると最も効果が高い。つまり、18は基板10の中央
部より下流側に設置すると効果が高い。11a,11b
で加熱されて局所的に高い温度分布を持つ冷却空気塊
は、18により流れを強制的に絞られ、18後方で剥離
流となって強く混合される。それにより、18を通過し
た冷却空気は比較的均一な温度分布となって11cに到
達し、11cの冷却性能を向上させることができる。
In order to solve this problem, in this embodiment, as a mixing mechanism for mixing the cooling air on the substrate 10, plates 18 for narrowing the cooling air flow passage are installed one at each end of the flow passage, The structure is such that the flow is restricted in the width direction of the substrate 10. When the plate 18 is installed with a certain inclination angle in the flow direction (for example, about 45 ° with respect to the flow), the ventilation resistance does not increase relatively. Heat-generating semiconductor component 1 on the downstream side of the substrate 10
Since 1c is most affected by the deterioration of the cooling performance due to the locally high temperature cooling air, installing 18 in front of 11c is most effective. That is, 18 is highly effective when installed on the downstream side of the central portion of the substrate 10. 11a, 11b
The cooling air mass that is heated by and has a locally high temperature distribution is forcibly restricted in flow by 18 and becomes a separated flow behind 18 and is strongly mixed. As a result, the cooling air that has passed through 18 has a relatively uniform temperature distribution and reaches 11c, so that the cooling performance of 11c can be improved.

【0026】図2は第2の実施例の斜視図である。第2
の実施例は、第1の実施例に対して、冷却空気の流路を
絞る板を、19に示すように、流路の上部に基板10に
対してダウンフローを生じさせるように設置し、冷却空
気を混合させる構造となっている。本実施例では、基板
10に対して垂直方向に流れを絞る構造となっている。
本実施例の構成とすると、19で生じたダウンフローが
11cのLSI近くに集中するので、ヒートシンク上方
に冷却空気が逃げにくくなり、また、噴流状の冷却空気
となることから11cの冷却性能は一層向上する。
FIG. 2 is a perspective view of the second embodiment. Second
In the embodiment of the first embodiment, a plate for narrowing the flow path of the cooling air is installed in the upper part of the flow path so as to cause downflow to the substrate 10, as shown in 19, It has a structure that mixes cooling air. In this embodiment, the flow is restricted in the direction perpendicular to the substrate 10.
With the configuration of this embodiment, the downflow generated in 19 is concentrated near the LSI of 11c, so that the cooling air is less likely to escape above the heat sink, and since it becomes jet-like cooling air, the cooling performance of 11c is Further improve.

【0027】図3は第3の実施例の斜視図である。第3
の実施例は、第1の実施例に対して、冷却空気の流路を
絞る板を、20に示すように、孔の多数空いた多孔板と
した構造となっている。本実施例では、冷却空気の流れ
の垂直方向に多孔板20を設置し、多数の孔を強制的に
通過させる構造となっている。本実施例の構成とする
と、それぞれの孔から冷却空気が噴流状に噴出し強く混
合するため、非常に均一に冷却空気の温度分布を改善で
きる。
FIG. 3 is a perspective view of the third embodiment. Third
In contrast to the first embodiment, this embodiment has a structure in which the plate for narrowing the flow path of the cooling air is a perforated plate having a large number of holes as shown in 20. In this embodiment, the perforated plate 20 is installed in the direction perpendicular to the flow of the cooling air, and the perforated plate 20 is forced to pass through a large number of holes. With the configuration of the present embodiment, the cooling air is jetted out from each of the holes in a jet shape and is mixed strongly, so that the temperature distribution of the cooling air can be improved very uniformly.

【0028】図4は第4の実施例の斜視図である。第4
の実施例は、第1の実施例に対して、冷却空気の流路を
絞る板を、21に示すように、滑らかに波状に湾曲させ
た構造となっている。21は、流路の上方に設置され、
基板面に向かって突起した構造となっている。本実施例
では、流路断面が滑らかに変化するので、通風抵抗をあ
まり増加させずに冷却空気の混合を図ることができる。
また、21は、図1の第1の実施例で示したカバー17
に容易に取り付けが可能である。さらに、カバー17自
身をボス加工、あるいはプレス加工,板金加工などで湾
曲させて容易に構成することもできる。
FIG. 4 is a perspective view of the fourth embodiment. 4th
Compared with the first embodiment, this embodiment has a structure in which a plate for narrowing the flow path of the cooling air is smoothly curved in a wave shape as shown by 21. 21 is installed above the flow path,
It has a structure protruding toward the substrate surface. In this embodiment, since the cross section of the flow passage changes smoothly, it is possible to mix the cooling air without significantly increasing the ventilation resistance.
Further, 21 is the cover 17 shown in the first embodiment of FIG.
It can be easily attached to. Further, the cover 17 itself can be easily configured by being curved by boss processing, press processing, sheet metal processing, or the like.

【0029】図5は第5の実施例の斜視図である。第5
の実施例は、第1の実施例と同様に、冷却空気の流路を
絞る板22を流路の両端に一つずつ設置し、基板10の
幅方向に流れを絞る構造となっているが、第1の実施例
と異なるのは、22が滑らかに波状に湾曲させた構造と
なっていることである。本実施例では、流路断面が滑ら
かに変化するので、第4の実施例と同様に通風抵抗をあ
まり増加させずに冷却空気の混合を図ることができる。
また、22は第4の実施例と同様に、カバーに容易に取
り付けが可能であり、またカバー自身をボス加工、ある
いはプレス加工,板金加工などで湾曲させて容易に構成
することもできる。
FIG. 5 is a perspective view of the fifth embodiment. Fifth
Similar to the first embodiment, this embodiment has a structure in which the plates 22 for narrowing the flow path of the cooling air are installed one at each end of the flow path to narrow the flow in the width direction of the substrate 10. The difference from the first embodiment is that 22 has a structure that is smoothly wavy. In this embodiment, since the flow passage cross section changes smoothly, it is possible to mix the cooling air without increasing the ventilation resistance so much as in the fourth embodiment.
Further, 22 can be easily attached to the cover as in the case of the fourth embodiment, and the cover itself can be easily configured by curving by boss processing, press processing, sheet metal processing or the like.

【0030】図6は第6の実施例の斜視図である。第6
の実施例は、上記の実施例と異なり、冷却空気を混合さ
せる混合機構が、23に示すように、基板に垂直方向に
延長した複数の円柱群から構成される乱流渦発生体であ
ることを特徴とする。円柱群の間を通過した冷却空気
は、円柱後方に生じるカルマン渦により周期的に振動し
ながら混合されるので、比較的通風抵抗を増大させずに
混合を図れる。もちろん、本実施例は、円柱形状に限定
されるものではなく、例えば角柱,矩形板,三角形状翼
等の乱流渦発生体でも同様の効果が期待できる。
FIG. 6 is a perspective view of the sixth embodiment. Sixth
Unlike the above-described embodiment, the mixing mechanism for mixing the cooling air is a turbulent vortex generator composed of a plurality of cylinder groups extending in the direction perpendicular to the substrate, as shown in 23. Is characterized by. The cooling air that has passed between the cylinder groups is mixed while vibrating periodically due to the Karman vortex generated behind the cylinders, so that the cooling air can be mixed without relatively increasing the ventilation resistance. Of course, the present embodiment is not limited to a cylindrical shape, and the same effect can be expected with a turbulent vortex generator such as a prism, rectangular plate, or triangular blade.

【0031】図7は第7の実施例の斜視図である。第7
の実施例は、冷却空気を混合させる混合機構が、24,
25に示すように、複数の案内板を互いに交差させて成
るグリッド構造体であることを特徴とする。グリッド構
造体は、基板に平行な面内で流れを交差させるように、
誘導方向のそれぞれ異なった誘導板24,25を高さ方
向に重ねて構成してある。グリッド構造体を通過した冷
却空気は、二つの方向の流れが互いに混合することによ
り、温度分布を均一化させる。本実施例は、流れの方向
を互いに少し変えるだけで比較的良好に混合が図れるた
め、通風抵抗の増加を最小限にとどめられる。
FIG. 7 is a perspective view of the seventh embodiment. Seventh
In the embodiment, the mixing mechanism for mixing the cooling air is 24,
As shown in 25, it is a grid structure formed by intersecting a plurality of guide plates with each other. The grid structure crosses the flow in a plane parallel to the substrate,
The guide plates 24 and 25 having different guide directions are stacked in the height direction. The cooling air that has passed through the grid structure has a uniform temperature distribution due to the mixing of the flows in the two directions. In this embodiment, since the mixing can be performed relatively well by slightly changing the flow directions, the increase in ventilation resistance can be minimized.

【0032】図8は第8の実施例の斜視図である。第8
の実施例は、第7の実施例と同様に、グリッド構造体を
持つことを特徴としている。第8の実施例と異なるの
は、グリッド構造体が、基板に垂直でかつ流れ方向に平
行な面内で流れを交差させるようにしてある点である。
本グリッド構造体では、基板面に対してそれぞれ上と下
に向かい角を持つように、誘導板26,27を基板幅方
向に重ねて構成してある。本実施例でも、第7の実施例
と同様の効果が実現できる。
FIG. 8 is a perspective view of the eighth embodiment. 8th
The embodiment is characterized by having a grid structure as in the seventh embodiment. The difference from the eighth embodiment is that the grid structure intersects the flow in a plane perpendicular to the substrate and parallel to the flow direction.
In the present grid structure, the guide plates 26 and 27 are stacked in the substrate width direction so as to have an angle facing upward and downward with respect to the substrate surface. Also in this embodiment, the same effect as that of the seventh embodiment can be realized.

【0033】図9は第9の実施例の斜視図である。第9
の実施例は、冷却空気を混合させる混合機構が、一つま
たは複数の送風機によって構成されることを特徴として
いる。図に示すように、基板上に小型の軸流ファン28
を、流れが基板中央付近に向かい合うように互いに傾け
て設置している。軸流ファン28により加速された冷却
空気は、旋回流となって激しく合流し、温度分布の不均
一な冷却空気を良好に混合する。本実施例では、軸流フ
ァン28の回転数を制御することにより、混合の強度を
制御できる。
FIG. 9 is a perspective view of the ninth embodiment. Ninth
The embodiment is characterized in that the mixing mechanism for mixing the cooling air is constituted by one or a plurality of blowers. As shown in the figure, a small axial fan 28 is mounted on the substrate.
Are installed so that the flows face each other near the center of the substrate. The cooling air accelerated by the axial fan 28 becomes a swirling flow and merges violently, and the cooling air having an uneven temperature distribution is mixed well. In this embodiment, the intensity of mixing can be controlled by controlling the rotation speed of the axial fan 28.

【0034】図10は第10の実施例の斜視図である。
第10の実施例は、第1の実施例と同様に、冷却空気の
流路を絞る板29を流路の両端に一つずつ設置し、基板
10の幅方向に流れを絞る構造となっているが、第1の
実施例と異なるのは、22を冷却性能を向上させるべき
発熱半導体部品11cの直前に設置したことである。本
実施例では、温度分布の不均一な冷却空気を混合するだ
けでなく、冷却性能を向上させるべき発熱半導体部品1
1cに直接冷却空気を誘導できるので、11cのヒート
シンクの冷却性能自身も大幅に向上させられる。
FIG. 10 is a perspective view of the tenth embodiment.
Similar to the first embodiment, the tenth embodiment has a structure in which the plates 29 for narrowing the passage of the cooling air are installed at both ends of the passage so that the flow is narrowed in the width direction of the substrate 10. However, the difference from the first embodiment is that 22 is installed immediately before the heat-generating semiconductor component 11c whose cooling performance is to be improved. In the present embodiment, the heat generating semiconductor component 1 which not only mixes the cooling air having a non-uniform temperature distribution but also needs to improve the cooling performance.
Since the cooling air can be directly guided to the 1c, the cooling performance itself of the heat sink of 11c can be greatly improved.

【0035】冷却空気の混合機構を実際に電子機器に適
用するにあたっては、その取り付け方法が重要である。
混合機構を基板自体に取り付けるのは、基板の信頼性な
どを考慮すればあまり良い方法ではない。現実的な取り
付け方法の一つは、基板を覆うカバーに取り付ける方法
である。カバーは、送風機からの冷却空気を基板上部の
自由空間に逃がさないために使用するものであり、ダク
ト状流路を基板上方に形成する。また、カバーを金属で
構成し、基板単位での電磁シールドの役割を持たせる場
合もある。他の取り付け方法としては、基板に取り付け
られた補強用枠材に取り付ける方法もある。基板が大形
化すると、基板自体の強度のみでは信頼性が低下するた
め、基板の強度を維持するための補強部材を取り付け
る。その補強用枠材に取り付ければ、簡便に混合機構を
実現できる。また、多数の基板を平行に並べて搭載する
ような電子機器の場合には、一つの基板の上部に隣りの
基板の裏面が存在する。そこで、その隣接基板の裏面に
混合機構を取り付ければ、カバーや枠材のない場合でも
混合機構を実現できる。
When the cooling air mixing mechanism is actually applied to an electronic device, its mounting method is important.
Attaching the mixing mechanism to the substrate itself is not a good method considering the reliability of the substrate. One of the practical attachment methods is to attach it to a cover that covers the substrate. The cover is used to prevent the cooling air from the blower from escaping into the free space above the substrate, and forms a duct-shaped flow path above the substrate. In some cases, the cover is made of metal and serves as an electromagnetic shield for each substrate. As another attachment method, there is a method of attaching it to the reinforcing frame member attached to the substrate. When the size of the substrate is increased, reliability is reduced only by the strength of the substrate itself. Therefore, a reinforcing member for maintaining the strength of the substrate is attached. If it is attached to the reinforcing frame material, the mixing mechanism can be easily realized. Further, in the case of an electronic device in which a large number of substrates are mounted side by side in parallel, the back surface of the adjacent substrate exists above one substrate. Therefore, if the mixing mechanism is attached to the back surface of the adjacent substrate, the mixing mechanism can be realized even when there is no cover or frame material.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明によれば、電子機器の発熱半導体
部品の発熱量が大きく、基板上に多数の発熱半導体部品
が搭載されるような場合に、基板上の少なくとも一つの
発熱半導体部品より下流側に、冷却空気を混合させる混
合機構を設置したので、基板上流側の発熱半導体部品に
よる局所的な風温上昇を均一化させることができ、よっ
て電子機器の冷却性能を向上させることができる。さら
に、流路の通風抵抗や騒音,消費電力を低下させ、ま
た、半導体部品の演算速度や信頼性を向上させることが
できる。
According to the present invention, when a large amount of heat is generated from a heat-generating semiconductor component of an electronic device and a large number of heat-generating semiconductor components are mounted on the substrate, at least one heat-generating semiconductor component on the substrate is better than that of the heat-generating semiconductor component. Since the mixing mechanism for mixing the cooling air is installed on the downstream side, it is possible to equalize the local increase in the air temperature due to the heat-generating semiconductor components on the upstream side of the substrate, and thus to improve the cooling performance of the electronic device. . Further, it is possible to reduce ventilation resistance, noise, and power consumption of the flow path, and improve the operation speed and reliability of the semiconductor component.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の斜視図。FIG. 1 is a perspective view of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例の斜視図。FIG. 2 is a perspective view of a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施例の斜視図。FIG. 3 is a perspective view of a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施例の斜視図。FIG. 4 is a perspective view of a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第5の実施例の斜視図。FIG. 5 is a perspective view of a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第6の実施例の斜視図。FIG. 6 is a perspective view of a sixth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第7の実施例の斜視図。FIG. 7 is a perspective view of a seventh embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第8の実施例の斜視図。FIG. 8 is a perspective view of an eighth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第9の実施例の斜視図。FIG. 9 is a perspective view of a ninth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第10の実施例の斜視図。FIG. 10 is a perspective view of a tenth embodiment of the present invention.

【図11】従来の電子機器の冷却装置の斜視図。FIG. 11 is a perspective view of a conventional cooling device for electronic equipment.

【図12】従来の電子機器の冷却装置の側面図。FIG. 12 is a side view of a conventional cooling device for electronic equipment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…基板、11…発熱半導体部品、12…ヒートシン
ク、13…メモリカード、14…メモリ用LSI、1
5,16…冷却空気流、17…カバー、18…冷却空気
の流路を絞る板。
10 ... Board, 11 ... Heat-generating semiconductor component, 12 ... Heat sink, 13 ... Memory card, 14 ... Memory LSI, 1
5, 16 ... Cooling air flow, 17 ... Cover, 18 ... Plates for narrowing cooling air flow path.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西原 淳夫 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 中島 忠克 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Atsuo Nishihara 502 Jinritsu-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hiritsu Manufacturing Co., Ltd.Mechanical Research Institute (72) Inventor Tadakatsu Nakajima 502 Jinritsu-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hiritsu Manufacturing Co., Ltd. Inside the Mechanical Research Laboratory (72) Inventor Takahiro Oguro 1st Horiyamashita, Hadano City, Kanagawa Prefecture

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上に搭載された発熱半導体部品を、前
記基板に沿って流通させる冷却空気によって冷却する電
子機器の冷却装置において、 前記発熱半導体部品が冷却空気の流通方向に概略沿って
複数配置され、 前記基板上の少なくとも一つの発熱半導体部品より下流
側に、冷却空気を混合させる混合機構を、前記発熱半導
体部品の数よりも少なく、前記一枚の基板に対し、少な
くも一つもしくは一対以上設置したことを特徴とする電
子機器の冷却装置。
1. A cooling device for an electronic device, wherein a heat-generating semiconductor component mounted on a substrate is cooled by cooling air flowing along the substrate, wherein a plurality of heat-generating semiconductor components are provided substantially along a flow direction of the cooling air. A mixing mechanism for arranging cooling air on the downstream side of at least one heat-generating semiconductor component on the substrate is less than the number of heat-generating semiconductor components, and at least one or more for the one substrate. A cooling device for an electronic device, characterized in that one or more pairs are installed.
【請求項2】基板上に搭載された発熱半導体部品を、前
記基板に沿って流通させる冷却空気によって冷却する電
子機器の冷却装置において、 前記発熱半導体部品が冷却空気の流通方向に概略沿って
複数配置され、 前記基板上の中央よりも下流側の位置に、冷却空気を混
合させる混合機構を、前記発熱半導体部品の数よりも少
なく、かつ、前記一枚の基板に対し、少なくとも一つも
しくは一対以上設置したことを特徴とする電子機器の冷
却装置。
2. A cooling device for an electronic device, wherein a heat-generating semiconductor component mounted on a substrate is cooled by cooling air flowing along the substrate, wherein a plurality of heat-generating semiconductor components are provided substantially along a flow direction of the cooling air. A mixing mechanism for arranging cooling air at a position downstream of the center on the substrate, the number of which is less than the number of heat-generating semiconductor components, and at least one or a pair of the substrates. A cooling device for electronic equipment, which is installed as described above.
【請求項3】請求項1または2において、 前記混合機構が冷却空気の流路を絞る板あるいはオリフ
ィスで構成される電子機器の冷却装置。
3. The cooling device for an electronic device according to claim 1, wherein the mixing mechanism is composed of a plate or an orifice that narrows a flow path of cooling air.
【請求項4】請求項1または2において、 前記混合機構が一つまたは複数の円柱,角柱,矩形板,
三角形状翼等の乱流渦発生体で構成される電子機器の冷
却装置。
4. The mixing mechanism according to claim 1, wherein the mixing mechanism is one or more cylinders, prisms, rectangular plates,
A cooling device for electronic equipment that is composed of turbulent vortex generators such as triangular blades.
【請求項5】請求項1または2において、 前記混合機構が複数の案内板を互いに交差させて成るグ
リッド構造体で構成される電子機器の冷却装置。
5. The cooling device for an electronic device according to claim 1, wherein the mixing mechanism is a grid structure including a plurality of guide plates intersecting each other.
【請求項6】請求項1または2において、 前記混合機構が一つまたは複数の送風機によって構成さ
れる電子機器の冷却装置。
6. The cooling device for an electronic device according to claim 1, wherein the mixing mechanism includes one or a plurality of blowers.
【請求項7】請求項1,2,3,4,5または6におい
て、 前記混合機構が基板の一部または全てを覆うカバー部材
に取り付けられる、あるいはカバー部材自身に構成され
る電子機器の冷却装置。
7. The cooling of an electronic device according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, wherein the mixing mechanism is attached to a cover member that covers a part or all of the substrate, or is configured in the cover member itself. apparatus.
【請求項8】請求項1〜6において、 前記混合機構が基板に設置された補強用枠材に取り付け
られる電子機器の冷却装置。
8. The cooling device for an electronic device according to claim 1, wherein the mixing mechanism is attached to a reinforcing frame member installed on a substrate.
【請求項9】請求項1〜6において、 前記混合機構が隣接して設置された別の基板の裏面側に
取り付けられる電子機器の冷却装置。
9. The cooling device for an electronic device according to claim 1, wherein the mixing mechanism is attached to the back surface side of another substrate that is adjacently installed.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009076500A (en) * 2007-09-18 2009-04-09 Toshiba Corp Casing heat insulating structure
US8422224B2 (en) 2010-05-11 2013-04-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Display device and electronic apparatus

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