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JPH0760955B2 - 電子機器を冷却するための並列空気流装置 - Google Patents
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JPH0760955B2 - 電子機器を冷却するための並列空気流装置 - Google Patents

電子機器を冷却するための並列空気流装置

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JPH0760955B2
JPH0760955B2 JP62503796A JP50379687A JPH0760955B2 JP H0760955 B2 JPH0760955 B2 JP H0760955B2 JP 62503796 A JP62503796 A JP 62503796A JP 50379687 A JP50379687 A JP 50379687A JP H0760955 B2 JPH0760955 B2 JP H0760955B2
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duct
plenum chamber
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cooling air
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ロウメイニャ，サミュエル・リチャード
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ユニシス・コーポレーション
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    • H05K7/20572—Forced ventilation of a gaseous coolant within cabinets for removing heat from sub-racks, e.g. plenum
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Thermal Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 大型コンピュータシステムのような電子機器に対する熱
設計上の考慮すべきことは、性能、コスト、信頼性およ
び低価格保守に対する主要な関心を含む。実際に、一方
における性能要件が他方における残余の関心事と比較検
討される。簡略化を特徴としながら、電子機器の適当な
冷却を提供する能力を有する装置は熱問題に対する最良
の解決を意味する。空気冷却は一般に最も簡単で信頼で
きるシステムとみなされている。しかしながら、コンピ
ュータ基板における出力密度が絶えず増加するにつれ
て、空気で冷却することはますます困難になっている。
典型的な強制空冷機構では、コンピュータ基板にわたっ
て基板の平坦な表面に平行な方向に空気が吸込まれる。
空気は基板を渡って移動すると、それはその上で装設さ
れた集積回路パッケージから連続する態様で熱を拾い上
げ、空気は温度が高まる。基板の出力レベルの上昇に伴
って、空気の温度上昇が容認できるレベルを越えないよ
うにするために大量の空気が必要とされる。
集積回路パッケージの出力および寸法の増加により、冷
却問題はさらに悪化されている。すぐ前に言及された装
置の高出力レベルは平均的な局所温度の上昇よりも高く
なる。高温の空気の各ポケットは空気流により次のパッ
ケージへと向けられる。また装置が物理的に大きくなる
につれて、それらは下流方向のパッケージへの冷却空気
の流れを遮る傾向にある。先程言及された熱効果のせい
で、すべてのパッケージが高温で低速度の空気の下流方
向の後流を形成する。今日の電子機器の高密度パッケー
ジングに伴って、下流方向のパッケージがこの後流に直
接入ることは明白である。さらに、これら熱効果は、集
積回路パッケージの物理的寸法およびワット損の増加に
比例して制御するのがより困難になっている。結果的
に、新規なコンピュータ設計の用途では、パッケージお
よび基板の出力レベルは、上で説明された連続的に方向
づけられる空気流により与えられることが当然期待され
る冷却を圧倒し得る。そのような場合、そのようなシス
テムの複雑さおよびコストの増加および信頼性の低下に
も関わらず、水によるアプローチを採用するもののよう
な、あまり普通でない冷却システムが考慮され得る。
望ましいのは、冷却媒体として空気を使用するが、今日
の高密度電子機器で容認できる温度レベルを維持すると
いうその能力において従来のアプローチとは異なる冷却
装置である。この発明の並列空気流装置はそのような要
求を満たす。
発明の概要 この発明に従って、個々の放出口から複数個のそれぞれ
の集積回路パッケージへと同時に冷却空気を向けるため
の配置が提供される。後者のパッケージは、冷却効果を
高めるために、一般にその上に配置されるヒートシンク
部材を利用する。
先に述べられた配置は、平行で、間隔を隔てた関係で配
置されるプリント回路基板すなわち基板と通風構造の必
須のアセンブリを含む。より具体的にいうと、基板はそ
の上にヒートシンクが装設され、かつ平行で間隔を隔て
た列状に配置された複数個の集積回路パッケージを含
む。通風構造は、集積回路パッケージの列と一致するよ
うに配置される、複数個の指状のダクトへと通じる基板
・プレナムチャンバ（気圧を高めるための空気溜まり）
を含む。ダクトの各々は複数個の放出口、すなわちそこ
に形成されるアパーチャを有し、これらアパーチャはパ
ッケージに関して一致して位置決めされる。
実際の動作環境では、この発明の基板−ダクトアセンブ
リを保持するためのラックを有するキャビネットが設け
られる。キャビネットの底部に設置される送風機スクロ
ールは、中央キャビネット・プレナムチャンバに送られ
る、拘束の大量冷却空気流の源を備えている。それぞれ
の基板−ダクトアセンブリの個々の基板・プレナムチャ
ンバは気密にされる態様で中央プレナムチャンバと界面
を作る。このように、送風機スクロールからの空気は指
状のダクトへと移動し、そこのアパーチャを出て、個々
のヒートシンク部材のそれぞれの表面に向けられる。
これまでに言及された従来の直列空気冷却機構と比べ
て、この並列システムは大いに重要な利点を提供してお
り、その主要なものは、高出力基板が空気で冷却され得
るということである。またこの装置は、基板ラック中の
すべての集積回路パッケージが送風機の注入口の空気温
度で冷却空気を受取ると同時に、パッケージ間の温度差
が最小にされることを確実にする。この装置はまた散逸
される出力の１ワットあたり、より低量の空気流しか必
要とせず、さらに平均的な装置温度は直列空気システム
で達成され得るものよりも低い。
この発明の重要な特徴は、基板の各々にそのアセンブリ
の必須部分としてそれ自体の冷却システムが設けられる
ことである。各基板−ダクトアセンブリは形がコンパク
トで、そのため多数のそのようなアセンブリが互いに緊
密にパックされた関係でキャビネット内に装設され得
る。基板ラックからの基板−ダクトアセンブリの取付お
よび除去は、残余のアセンブリをかき乱さずに容易に達
成される。この発明の他の特徴および利点は後に続くこ
の発明の詳細な説明から明らかとなるであろう。
図面の簡単な説明 第１図はこの発明の並列空気装置を例示する図である。
第２図は第１図の装置の基板−ダクトアセンブリの部分
的側面図である。
第３図は、集積回路パッケージに隣接して配置される空
気放出口を有するダクトの表面を例示する、第２図の線
３−３に沿って破断された断面図である。
第４図は集積回路パッケージをその付随のヒートシンク
部材とともに描いた分解図である。
好ましい実施例の詳細な説明 第１図はこの発明の並列冷却装置の実際の動作環境を描
いている。キャビネット10は、複数個の基板−ダクトア
センブリ14を含む基板ラック12を例示するためにその外
壁が部分的に切り取られて示されている。モータ18によ
り駆動され、キャビネット10の底部に設置される１対の
送風機スクロール16は、周囲の空気をルーバ20を介して
キャビネット内に引き込む。このように、大量の動きの
早い空気流がスクロールにより中央プレナムチャンバ22
に届けられる。
引き続き第１図を概略しさらに第２図および第３図をよ
り具体的に参照すると、基板ラック12に装設される基板
−ダクトアセンブリ14の各々は、基板・プレナムチャン
バ26aと開いてそこに入り込む複数個の指状のダクト26b
とを有する通風構造26に堅固に固定されるプリント回路
基板すなわち基板24からなる。特に第２図に見られるよ
うに、各基板24およびその関連する通風構造26は近接
し、平行で、間隔を隔てられた関係で実質的にＵ字型部
材28により保持されている。さらに、部材28の各々の一
方の脚は延長されて、ラック支持チャンネル30の各々で
溝に係合する。各基板−ダクトアセンブリ14は中央プレ
ナムチャンバ22の外部表面上に装設されるチャンネル34
の各々でその溝に係合するための突起32をさらに含む。
各基板の電気接続はそれぞれ基板−ダクトアセンブリ14
およびキャビネットの背面38上に装設されるコネクタ36
は組となることから生じる。
特に第１図および第２図に見られるように、カード24の
各々はそれぞれのヒートシンク部材42が取付けられた複
数個の集積回路パッケージ40がその上に装設されてい
る。パッケージ40は一般に、隣接する指状ダクト26bの
配置と一致する列で配置される。第３図に見られるよう
に、後者のダクトの各々は複数個のアパーチャ44がそこ
に形成され、これらアパーチャ44はヒートシンク部材42
に関して一致して配置される。
動作において、スクロール16（第１図）は中央プレナム
チャンバ22に冷却空気を送る。後者から、空気が中央プ
レナムチャンバ22のスロット46を介して基板・プレナム
チャンバ26aの開口へと押し込まれる。この空気が指状
ダクト26bの各々を通過すると、個々の空気流はアパー
チャ44（第３図）を介して集積回路パッケージ40のそれ
ぞれのヒートシンク部材42上に向けられる。次に熱せら
れた空気はキャビネット10の上方部分の開口48を介して
そこを出る。
慣例通り、パッケージ40で発生された熱をより良好に散
逸させるためにヒートシンク部材42が使用される。一般
に、ヒートシンクの形式および形状はかなり変わる。こ
の発明が第４図に描かれたヒートシンク42に限られると
考えられるべきではないが、後者の構造はこのシステム
に適している。したがって、ヒートシンク部材42の各々
は、開口50により分離されかつフレーム52内に支持され
る１対の金属製波形セクション42aを含む。指状ダクト2
6bのアパーチャ44を出る冷却空気はヒートシンク42の開
口50に入る傾向があり、続いてセクション42aによりヒ
ートシンクを渡って反対方向に搬送され、その際それは
後者を出る。
指状ダクト26bの設計に関して、第１図を参照するとダ
クトの断面が一定であるよれはむしろ段差をつけられて
いることが明らかになる。すなわち、ダクト26bの断面
は基板・プレナムチャンバ26aに隣接するその最端部で
最大であり、ダクトのほぼ中点まで段階的に減少する。
ダクト26bは後者の点からその反対の最端部まで最小の
断面を有する。指状ダクトに段差がつけられている理由
は、この形状が最小のプレナムチャンバ内の圧力でかつ
ダクトに沿って或るアパーチャ44から別なものまで最小
の変化で最高合計の空気流量をもたらすことである。逆
に言えば、一定の断面のダクトは高いプレナムチャンバ
内の圧力を必要とし、さらに個々の空気流でかなりの変
化が現れる。たとえば、均一な断面のダクトの基板・プ
レナムチャンバ26aに近いアパーチャ44からは低い流量
しか出ず、そのような低流量はそれに関連する集積回路
パッケージ40に不適当な冷却をもたらす。要約すると、
このシステムでは段差のついた断面のダクト26bが好ま
しく、その理由は、すべてのアパーチャ44にわたって均
一な圧力差を維持するにはそれが一定の断面よりも優れ
ているからである。
この発明の別な重要な特徴は、アパーチャ44によりもた
らされる個々の冷却空気の量がそれぞれの集積回路パッ
ケージ40のワット損に従って選択され得ることである。
したがって、第２図および第３図で見られるように、パ
ッケージ40aは他のパッケージよりも温度上昇の高い出
力型であると推測される。したがって、アパーチャ44a
は他より大きく、パッケージ40aに収納されたチップを
他のパッケージ内のチップと実質的に同じ温度まで冷却
するのに必要とされる量の空気を提供する。
結論として、高密度電子パッケージング用途の有効な空
冷装置が説明されてきた。特定の状況に基づいて、ここ
で説明されたような装置の変更および修正が必要とされ
得ることは明らかである。そのような変更および修正
は、それらがこの発明の真の範囲から逸脱しない限り、
後に続く請求の範囲により包包されることが意図されて
いる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギブズ，ロナルド・トマス アメリカ合衆国、19406 ペンシルバニア 州、キング・オブ・プラシャ エイブラム ズ・ミル・ロード、347 (56)参考文献 特開 昭63−187697（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−155798（ＪＰ，Ａ) 実開 昭51−155005（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭59−17559（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】冷却空気の源を有するキャビネットに配置
    される並列空気流装置であって、 プリント回路基板および関連する通風構造を含む少なく
    とも１個の一体的基板−ダクトアセンブリと、前記基板
    および前記通風構造を、固定され、並列で、間隔を隔て
    られた関係で保持するための手段とを含み、 前記基板には複数個の集積回路パッケージアセンブリが
    予め定められた間隔を隔てられた列状の関係でその上に
    装着され、前記通風構造は前記パッケージアセンブリの
    列状配置と空間的に対応して配置される複数個の指状ダ
    クトを含み、前記ダクトの各々には複数個のアパーチャ
    が前記パッケージアセンブリに関して一致して位置決め
    され、前記指状ダクトの各々が段差の付いた断面を呈
    し、前記ダクトの各々の断面は前記冷却空気の源と隣接
    するその最端部で最大であり、かつその反対の最端部で
    最小であり、さらに 冷却空気の前記源を含み、前記ダクトへ入りかつ前記ア
    パーチャから出る空気流を引き起こし、それにより冷却
    空気の個々の流れを同時にそれぞれのパッケージアセン
    ブリに向けるための手段を含み、前記ダクトの各々の前
    記段差の付いた断面は、各々のダクトのそれぞれのアパ
    ーチャにおける実質的に等しい空気の流量を提供する、
    並列空気流装置。
  2. 【請求項２】前記集積回路パッケージアセンブリの各々
    が集積回路パッケージに取付けられるヒートシンク部材
    を含む、請求の範囲第１項に記載の並列空気流装置。
  3. 【請求項３】前記ダクト内への空気流を引き起こすため
    の前記手段が、その前記源から冷却空気を受取るための
    中央プレナムチャンバを含み、前記中央プレナムチャン
    バは各基板−ダクトアセンブリのためにそこにスロット
    状の開口を有し、前記通風構造は、基板・プレナムチャ
    ンバを含み、前記基板・プレナムチャンバは、前記ダク
    トへ入るそれぞれの開口と、前記中央プレナムチャンバ
    に後者の前記スロット状の開口を介して入るさらなる開
    口とを有する、請求の範囲第２項に記載の並列空気流装
    置。
  4. 【請求項４】前記ダクトの断面は前記基板・プレナムチ
    ャンバと隣接するその最端部で最大であることをさらに
    特徴とする、請求の範囲第３項に記載の並列空気流装
    置。
  5. 【請求項５】前記冷却空気の源が、空気を低圧で前記ダ
    クトに送るための送風機手段を含む、請求の範囲第１項
    に記載の並列空気流装置。
  6. 【請求項６】冷却空気の源を有するキャビネットに配置
    される並列空気流装置であって、 プリント回路基板および関連する通風構造を含む少なく
    とも１個の一体的基板−ダクトアセンブリと、前記基板
    および前記通風構造を、固定され、並列で、間隔を隔て
    られた関係で保持するための手段とを含み、 前記基板には、複数個の集積回路パッケージアセンブリ
    が予め定められた間隔を隔てられた列状の関係でその上
    に装着され、前記通風構造は前記パッケージアセンブリ
    の列状配置と空間的に対応して配置される複数個の指状
    ダクトを含み、前記ダクトの各々には複数個のアパーチ
    ャが前記パッケージアセンブリに関して一致して位置決
    めされ、前記指状ダクトの各々が段差の付いた断面を呈
    し、前記ダクトの各々の断面は前記冷却空気の源と隣接
    するその最端部で最大であり、かつその反対の最端部で
    最小であり、 冷却空気の前記源を含み、前記ダクトへ入りかつ前記ア
    パーチャから出る空気流を引き起こし、それにより冷却
    空気の個々の流れを同時にそれぞれパッケージアセンブ
    リに向けるための手段を含み、前記ダクトの各々の前記
    段差の付いた断面は、各々のダクトのそれぞれのアパー
    チャにおける実質的に等しい空気の流量を提供し、さら
    に 前記集積回路パッケージアセンブリの各々は集積回路パ
    ッケージに取付けられるヒートシンク部材を含み、前記
    ヒートシンク部材はフレームからなり、前記フレームに
    は１対の金属製の波形セクションが、それらの間に開口
    が形成されるように、間隔を隔てられた態様で装着さ
    れ、前記アパーチャから出る冷却空気の前記流れの各々
    は前記ヒートシンク部材内の、前記開口の方に実質的に
    向けられる、並列空気流装置。
  7. 【請求項７】前記ダクト内への空気流を引き起こすため
    の前記手段が、その前記源から冷却空気を受取るための
    中央プレナムチャンバを含み、前記中央プレナムチャン
    バは各基板−ダクトアセンブリのためにそこにスロット
    状の開口を有し、前記通風構造は基板・プレナムチャン
    バを含み、前記基板・プレナムチャンバは、前記ダクト
    へ入るそれぞれの開口と、前記中央プレナムチャンバに
    後者の前記スロット状の開口を介して入るさらなる開口
    とを有する、請求の範囲第６項に記載の並列空気流装
    置。
  8. 【請求項８】前記ダクトの断面は前記基板・プレナムチ
    ャンバと隣接するその最端部で最大であることをさらに
    特徴とする、請求の範囲第６項に記載の並列空気流装
    置。
  9. 【請求項９】前記ダクトの各々の断面が前記基板・プレ
    ナムチャンバに隣接するその最端部で最大であり、かつ
    ダクトのほぼ中点まで段階的に減少し、前記中点から前
    記最端部に対して反対の最端部まで最小である、請求の
    範囲第６項に記載の並列空気流装置。
JP62503796A 1986-07-03 1987-06-08 電子機器を冷却するための並列空気流装置 Expired - Fee Related JPH0760955B2 (ja)

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