JPS62274798A

JPS62274798A - ヒ−トシンク構造体

Info

Publication number: JPS62274798A
Application number: JP5703887A
Authority: JP
Inventors: デイノ・ジヨージ・カスダグリ; ニコラス・テイムコ、ジユニア
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1986-05-19
Filing date: 1987-03-13
Publication date: 1987-11-28
Also published as: JPH0579199B2; EP0246432A2; DE3780211D1; EP0246432A3; EP0246432B1; DE3780211T2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】３、発明の詳細な説明Ａ５産業上の利用分野この発明はヒートシンクに関するものであり、詳細にい
えば電気装置と共に使用され、衝突冷却操作または交差
（ｃｒｏｓｓｆｌｏν）冷却操作のいずれにも適合でき
るヒートシンクに関するものである。

Ｂ、従来技術］ンピュータ・システムの分野においては、電気的構成
要素および回路によって大量の熱が発生する傾向がある
。このような熱を放散させ、このような電気的構成要素
および回路を冷却する必要がある。事実、電気的装置を
冷却する機構がなければ、オーバヒートがこれらの電気
装置が一部を形成している大きなユニットに重大で、し
かも有害な影響をおよぼし、システム・パフォーマンス
の劣化、回復不能なエラーの発生、その他の故障や、さ
らには潰滅的なシステム故障を引き起こすこともある。

高電力の構成要素が組み込マしていたり、あるいは多数
の構成要素が比較的小さな容積のところに配置されてい
るシステムにおいては。

この好ましくない熱の蓄積の問題がさらに大きなものと
なる。

技術者は動作している電気装置から熱を除去する方法を
開発してきた。熱を除去する効率のよい方法のひとつは
、水、フレオン、冷却または過冷却ガス（たとえば、液
体チッ素）などの、液体または空気、ヘリウムなどのガ
ス状の流体を使うことによるものである。その流体とは
、流体が熱放散装置中を流された場合、熱を放散させた
り、あるいはその方向を変えることのできる媒体を表わ
すものである。

一般に、流体をベースとしたヒートシンクに使われる２
つの主要な概念は、流体をヒートシンク要素中に流す直
流または交差流冷却と、流体をヒートシンクに向って流
す衝突冷却を含んでいる。

電子冷却環境において伝熱媒体として液体を使うことは
、多くの欠点が付随している。たとえば、液体を循環さ
せ、かつその冷却効果を利用するためは、精妙な配管施
設その他の機構が必要となることがしばしばある。さら
に、液体のなかにはきわめて低い温度に達するため、比
較的湿度の高い環境においては、汗かき（ｓｗｅａｔｉ
ｎｇ）という配管施設の凝縮が生じる。汗かきは湿気の
蓄積をもたらし、′電気装置上への液体の滴下、その結
果としてのこれら装置の短絡、腐食あるいはこれらを損
傷して、その適正な動作に影響をおよぼす可能性を生じ
る。このような汗かきの悪影響を最小としたり、あるい
は排除するため、液冷システムに絶縁を付加することが
しばしばあるが、これはシステムの費用、容積および複
雑度を増大させるものである。

多くの液令システムの顕著な他の欠点は、液体を保留領
域から、冷却すべき装置の環境へポンプで送り、貯蔵し
、循環させるために大きなスペースおよび多くの装置が
必要なことである。たとえば、熱交換器は熱交換処理を
行なうため、常に２種類の流体を使用しなければならな
い。

上述のスペースおよびコストの欠点の多くは、伝熱およ
び熱交換の媒体としてガスを使うヒートシンクによって
解決される。

米国特許第４２７７８１６号は複数個の集積回路チップ
が上面に取り付けられたモジュールと共に使用するヒー
トシンクに関する衡突の概念を開示している。この概念
と共に示されているヒートシンクは、冷却効果を得るた
めの空気移動装置（ＡＭＤ）によって、空気をマルチチ
ップ・モジュールに対して流すことを可能とするもので
ある。

米国特許第４２９６４５５号は複数個の集積回路チップ
が上面に取り付けられたモジュールと共に使用する空気
衝突ヒートシンクを開示している。

中空フィンまたは直線状のフィンのヒートシンクには、
空気を複数の方向へ分配できるようにするスリットが設
けられている。

米国特許第３６７８９９３号は熱交換コイルとハウジン
グを開示している。熱交換器は屈曲したチューブからな
っており、このチューブは必要に応じ冷却または加熱さ
れた流体源に接続されるようになっている。熱交換コイ
ルはハウジング内に斜めに配置されており、ハウジング
は脱着可能なパネル部材を有している。空気をハウジン
グ・パネルの構成に応じて、一方から他の方向に送り込
んだり、排出させたりすることができる。空気流の方向
を複数にすることは、ハウジング内で熱交換器に角度を
つける必要があるため、ユニットの大きさをかなり増加
させることによって達成される。空気流の方向はすべて
５面内にある。すなわち２次元である。

米国特許第３３４８６０９号は多位置電源モジュールと
熱交換技法を開示している。パネルはフレームに脱着自
在に取り付けられている。パネルは実際には、熱を発生
する構成要素から離隔したヒートシンクである。したが
って、接続装置は熱源（すなわち、電気装置）からヒー
トシンクへ熱を伝えるものでなければならない。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点この発明の目的は、ガス、および好ましくは空気のみを
ベースにして動作するヒートシンクを提供することであ
る。

この発明の他の目的は、衝突および交差流冷却を同時に
行なえるヒートシンクを提供することである。

この発明のさらに他の目的は、できるだけ大きさが小さ
なパッケージすなわち容積ができるだけ小さなヒートシ
ンク機構を提供することである。

この発明のさらに他の目的は、ヒートシンクの構成に融
通性があり、したがって衝突冷却から交差流冷却への変
更が最小限の作業で行なえるようにすることである。

この発明のさらに他の目的は、２つの異なる用途、すな
わち衝突冷却と交差流冷却のいずれにも、同一のヒート
シンクを適合させられるシステムを提供することである
。

Ｄ０問題点を解決するための手段この発明によれば、ヒートシンクが複数個の冷却フィン
とほぼ平坦な表面を有している流体衝突ヒートシンク構
造がもたらされる。囲い板（ｓｈｒｏｕｄ）をヒートシ
ンク上に配置して平坦な表面を覆うことができるので、
囲い板をヒートシンク上に取り付けたときに、流体流は
フィンを横切って流れるが、平坦表面によって画定され
た面に垂直な方向へ流れないようにできる。ヒートシン
クと囲い板は一体的なヒートシンク構造を形成する。

Ｅ、実施例第１図にはヒートシンク１ｏが示されている。

ヒートシンクの寸法は、冷却しなければならない構成要
素（図示せず）の大きさおよび数の両方の関数として選
択される。従来のヒートシンクはダイ・キャスト、ろう
付け、あるいは好ましくは押し出しの技法によって製造
でき、しかも金属などの伝熱性材料製とすることができ
る。ヒートシンク１０は複数の直線状の冷却フィン１２
を有しており、これらのフィンはこれらの間に形成され
た空気スペース、チャネルまたは開口１４と平行に配置
されている。フィン１２の形状および構成は以下に説明
するように、設計上の目的にしたがって変更することが
できる。

ヒートシンク１ｏはほぼ平坦な基部１５も有しており、
この基部は冷却の対象となる構成要素（図示せず）に近
接して、あるいはこれと物理的に接触して配置されてい
る。流体が直線状の冷却フィン１２の間を流れることが
できるように、スペース１４が設けられている。製造方
法に応じて２フイン１２をヒートシンク基部１５と一体
の部品とすることも、あるいは溶接、ボルト止め、その
他の適当な手段によって基部に取り付けられる独立した
部品とすることもできる。

衝突板１６が適切な手段によって、基部１５に対向し、
かつこれにほぼ平行なヒートシンク１０に恒久的に取り
付けられている。留意しなければならないのは、この発
明の他の実施例において。

衝突板１６をヒートシンク１０に脱着自在に取り付ける
こともできることである。衝突板１６は矩形または方形
の開口の縁となる４つの重なりあった、または互いに接
続された縁部１８を有する構造体であり、この開口を通
して流体がヒートシンク１０へ、基部１５に垂直に導入
される。衡突板１６の周辺はヒートシンクの外寸よりも
太きくなっている。それ故、衝突板１６はヒートシンク
１０のハウジングを重なるか、あるいは片持ちして、取
付は面を形成する。

脱着自在な連続板すなわち囲い板２ｏはヒートシンク１
０の衝突板１６に取り付けられるようになされている。

囲い板２０はほぼ平坦で、中実な主要面と、互いに対向
して配置された２つの取付は縁部２２を有している。囲
い板２０の内面には。

ゴムやフオーム・ラバーなどの弾性材料製のＯリング２
４が取り付けられている。Ｏリング２４は囲い板２０と
ヒートシンク１０の衝突板１６の間に確実な接触をもた
らすために使われるものであって、流体が形成された界
面から漏出できないようにするシールを形成する。

衝突板１６と確実に係合するのに適した一対の取付は隆
起２６が、取付は縁部２２に適切な手段によって取り付
けられるか、あるいはこれと一体の部品を形成している
。好ましい実施例において、取付は隆起２６は硬質ゴム
やプラスチックなどの弾性材製であるから、囲い板２０
を衡突板１６に対して堅固に押圧するだけで、囲い板２
ｏをヒートシンク１０に工具を必要とすることなく、ス
ナップ止めすることができる。しかしながら、取付は隆
起２６が金属などの固い材料でできている場合には、囲
い板２０を衡突板１６上を横方向に定位置までスライド
させることによって、この場合も工具を必要とすること
なく、取り付けることができる。衝突板１６上で囲い板
２０をスライドさせる方法が好ましいのは、取付は隆起
が手で変形するには固過ぎたり、あるいは曲げることに
よって恒久的な歪みが生じかねない場合である。

第２図には、囲い板２０が取り付けられた、この発明の
ヒートシンク１０の断面図が示されている。囲い板２０
の取付は隆起２６は衝突板１６後面の凹み２８のそれぞ
れに係合し、これに着座し、これによって確実な係合を
もたらしている。

第３図には、衡突板１６が取り付けられているが、囲い
板が取り付けられていないヒートシンク１ｏが示されて
いる。流体は第３図において矢印で示されるように、基
部１５の面に垂直に流される。このように流される流体
は基部１５に衡突させられ、その後直線状の冷却フィン
１２が図示のようにほぼ垂直に配置されていると想定す
ると、基部１５の面に平行に、上方または下方へ排出さ
れる。第３図に示したヒートシンクの構成は、恒久的に
取り付けられた衝突板１６を付加した、周知の衝突冷却
装置を表わしている。

第４図には、この発明によるヒートシンク１０と衝突板
１６がしめされており、衝突板には囲い板２０が取り付
けられている。下方からヒートシンク１０に入った流体
は、その後、第４図の矢印で示すように、基部１５に平
行に上方へ排出される。このヒートシンクの構成は周知
の連続ないし交差流装置を表わすものであって、流体は
空気スペースまたはチャネル１４を通過し、これによっ
て図示されていない電子構成要素が発生した熱を、基部
１５に放出する。

囲い板２０をヒートシンク１０に取り付けることによっ
て、ヒートシンク・ユニットは連続ないし直交流動作に
適したものとなり、また囲い板２０を除去することによ
って、ヒートシンク・ユニットが衡突冷却に適合するこ
とが理解されよう。

さらに、第５図には、この発明の他の実施例が示されて
いる。ヒートシンク３０は基部３２を包含しており、こ
の基部には複数個のピン冷却フィン３４が取り付けられ
ている。ピン冷却フィン３４は一般に押し出し成形がで
きず、したがって費用のかさむダイ・キャストを必要と
するという欠点を持っているが、用途によっては、ピン
冷却フィンによる熱放散が直線状の冷却フィンよりも大
きいことが判明した。

パネル３枚の囲い板３６をこの構成のヒートシンク基部
３２に取付け、流体が基部３２の面に垂直な方向へ移動
することを防止できる。この場合も、囲い板３６を基部
３２から除去することによって、衝突冷却を可能とし、
かつこれを促進できる。

さらに、第６図には、この発明のさらに他の実施例が示
されている。ヒートシンク４Ｑは基部４２を有しており
、基部には中央ボスト４３が取り付けられている。中央
ポスト４３はスロット付きのシリンダ状冷却フィン４４
を支承しており、これらのフィンは好ましい実施例にお
いては、互いに整合し、かつ平行に離隔した関係で配置
されている。シリンダ状冷却フィンの概念を有用で、し
かも費用効果の高い、ピン冷却フィンの代替策であって
、環境によっては、直線状の冷却フィンを凌鷲する利点
をもたらすものである。

ヒートシンク４０と共に使用される、はぼ平坦な板状囲
い板４６が設けられている。囲い板４６は中央取付は領
域４８を有しており、この領域にはクリップ５０が取付
けられている。クリップ５０は囲い板４６を、最上部の
シリンダ状冷却フィン４４およびその支承中央ボスト４
３に取り付けるのに適したものである。囲い板４６とシ
リンダ状フィン４４の組み立てを、前者のクリップ５０
を後者へスナップ止めすることによって、工具を必要と
することなく行なえるようにするため、クリップ５０と
囲い板４６を比較的弾性のある材料で製造しなければな
らない。それ故、＠い板４６を取り付けた場合、流体が
基部４２に衝突することが防止される。その代わり、流
体は基部４２の面に平行な方向へ流され、交差流熱放散
効果をもたらす。逆に、囲い板４６を最上部のシリンダ
状冷却フィン４４から除去することによって、衝突冷却
が可能となり、かつこれが促進される。

それ故、効率的な動作を行なう囲い板の形状および大き
さが、これらと共に使用されるヒートシンク冷却フィン
の構成および型式によって決定されることが理解できよ
う。したがって、この発明の範囲は特定の構成または冷
却フィンの設計に限定されるものではなく、衝突ヒート
シンク装置を、単純で、効率がよく、しかも費用効果の
高い態様で、直交流ヒートシンク装置に変換するために
使用される囲い板の概念を対象とするものである。

Ｆ０発明の詳細な説明したように、この発明によれば、ガスおよび、好
ましくは空気のみをベースとして、きわめて効果的に動
作するヒートシンクが提供されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明のヒートシンクと囲い板の斜視図で
ある。第２図は、この発明による一体的なヒートシンク構造を
形成するため、ヒートシンクに取り付けられた囲い板の
断面図である。第３図は、囲い板を取り付けていない、この発明の衝突
冷却構成を示す図である。第４図は、囲い板をヒートシンクに取り付けた、この発
明の交差空気流を流すことのできる構成を示す図面であ
る。第５図は、ヒートシンクがピン冷却フィンからなる、こ
の発明の他の実施例の図である。第６図は、ヒートシンクがシリンダ状の冷却フィンから
なる、この発明の他の実施例の斜視図である。１．０．３０．４０・・・・ヒートシンク、１２・・・
・冷却フィン、１４・・・・空気スペース、１５．３２
．４２・・・・基部、１６・・・・衝突板、１８・・・
・縁部、２０．３６・・・・囲い板、２２・・・・取付
は縁部、２４・・・・Ｏリング、２６・・・・取付は隆
起、２８−°−凹み、３４・・・・ピン冷却フィン、４
３・・・・中央ポスト、４６・・・・板状囲い板、４８
・・・・中央取付は領域、５０・・・・クリップ。出願人　　インターナショナル・ビジネス。マシーンズ・コーポレーション代理人　　弁理士　　山　　本　　仁　　朗（外１名）ＦＩＧ、　　３街突冷却

Claims

【特許請求の範囲】

（１）（ａ）実質的に平らな面と、複数の冷却フィンを
もつ基部と、（ｂ）上記基部に対して、上記基部の平らな面を実質的
に覆うように着脱可能に取付けられ、その取付状態にお
いて、上記冷却フィンを横切る流体の流れは許容するけ
れども上記平らな面に実質的に垂直な方向の流体の流れ
は阻止するように構成された囲い板、とを具備するヒートシンク構造体。
（２）上記流体が液体を含む特許請求の範囲第（１）項
記載のヒートシンク構造体。
（３）上記液体が水を含む特許請求の範囲第（２）項記
載のヒートシンク構造体。
（４）上記液体がフレオンを含む特許請求の範囲第（２
）項記載のヒートシンク構造体。
（５）上記液体が液体窒素を含む特許請求の範囲第（２
）項記載のヒートシンク構造体。
（６）上記流体がガスを含む特許請求の範囲第（１）項
記載のヒートシンク構造体。