JPS63177588A

JPS63177588A - 基板上に列状に配置された素子への送風装置

Info

Publication number: JPS63177588A
Application number: JP62336838A
Authority: JP
Inventors: ジャン　ボンヌフワ
Original assignee: Bull SA
Current assignee: Bull SA
Priority date: 1986-12-30
Filing date: 1987-12-28
Publication date: 1988-07-21
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: EP0276607B1; US4835658A; DE3774690D1; EP0276607A1; FR2609233A1; JPH0719992B2

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】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ＶＬＳ　Ｉ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、Ｎ　Ｍ　ＯＳタイプの集積回路は約１ｃｎｆの
面積から約５ワツトの熱を放射する。ＮＭＯ３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ＶＬＳ　Ｉ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、導入される冷気は直接に全
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つの欠点は、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、は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よれば、基板上に列状に配置された素子への送
風のための冷気導入用ダクトと排出用ダクトを備える送
風装置において、上記２つのダクトが上記基板の同一の
面に取り付けられており、それぞれが、少なくとも１つ
の同一の素子列の両側面に開口していることを特徴とす
る装置が提供される。

上記のダクトの一方は他方に含まれていることが好まし
い。

実施例第１図〜第３図は、プリント配線基板１２の同一の面１
２Ｈ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ＶＬＳ　Ｉ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１２Ｈ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１５
ｂ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Ｒ２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１５
ｂ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、２
０ｃ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
１８ａ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２０ｂ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１５０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Ｒ
３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０４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２０　ａ　、　２０
　ｂ、２０Ｇ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１８０間の部
分にはヒートシンクを２列以上設置することができる。

さらに、第４図に示したように、ダクト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１
４は冷気導入口１６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ＣＩ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Ｒ
１〜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；Ｃ５，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２
０ａ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ｒ−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■−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’ｙ”Ｊり、　　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、１Ｂ、Ｌ８ａ、１８ｂ　・・Ｍ口Ｎ、１９・・チェンバ、２０ａ１２０ｂ１２０ｃ・・通気路、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４・・通路、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板（１２）上に列（Ｒ１〜Ｒ４）状に配置され
た素子（１１）への送風のための冷気導入用ダクト（１
４）と排出用ダクト（１５）を備える送風装置（１０）
において、上記２つのダクト（１４、１５）が上記基板
（１２）の同一の面（１２ａ）に取り付けられており、
それぞれが、少なくとも１つの同一の素子列（Ｒ１）の
両側面（Ｃ１、Ｃ２）に開口していることを特徴とする
装置。
（２）一方のダクト（１５）が他方のダクト（１４）に
含まれ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。
（３）一方のダクト（１４）が上記基板（１２）の上記
面（１２ａ）とで全素子を包み込むカバーを形成し、こ
のダクト（１４）には空気の導入口または排出口として
機能する少なくとも１つの開口部（１６）が設けられて
いることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
項に記載の装置。
（４）一方のダクト（１５）が、上記素子（１１）から
なる少なくとも１つの列（Ｒ１；Ｒ４）の側面の一方（
Ｃ１；Ｃ５）に開口する少なくとも１つの通気路（２０
ａ、２０ｂ）を他方のダクト内に形成していることを特
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。
（５）一方のダクト（１５）が互いに分離した複数の区
画（１５ａ、１５ｂ）に分割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。
（６）一方のダクト（１５）、または、このダクトの各
区画（１５ａ、１５ｂ）が、少なくとも２つの列（Ｒ１
、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４；Ｒ１、Ｒ２とＲ３、Ｒ４）を覆い
、この２つの列を隔離する通路（Ｃ３；Ｃ２、Ｃ４）に
沿った開口部（１８：１８ａ、１８ｂ）を有することを
特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の装置。
（７）上記ダクト（１５）の互いに隣接する２つの区画
（１５ａ、１５ｂ）が、互いの間に、上記素子（１１）
からなる少なくとも１つの列（Ｒ２；Ｒ３）の側面の一
方（Ｃ３）に開口する少なくとも１つの通気路（２０ｃ
）を他方のダクト（１４）内に形成していることを特徴
とする特許請求の範囲第５項または第６項に記載の装置
。
（８）一方のダクト（１４）の１つの面（１４ａ）の下
方の位置でこの面（１４ａ）と他方のダクト（１５）と
の間にチェンバ（１９）を形成する空間が残され、この
空間が上記通気路（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）と連通す
ることを特徴とする特許請求の範囲第４項または第７項
に記載の装置。
（９）上記素子（１１）に、上記基板（１２）の上記面
（１２ａ）に平行に配置されたフィンを備えるヒートシ
ンク（１３）が取り付けられていることを特徴とする特
許請求の範囲第１〜８項のいずれか１項に記載の装置。
（１０）１つの列（Ｒ１〜Ｒ４）を構成する各素子（１
１）に、上記基板（１２）の上記面（１２ａ）に垂直な
支持部からなり、この支持部に垂直かつ上記列に平行に
配置された平坦なフィンを備えるヒートシンク（１３）
が取り付けられていることを特徴とする特許請求の範囲
第１〜８項のいずれか１項に記載の装置。