JPH0794883A - 電子回路装置の冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】対流誘導板１，２により個別にユニット５内を
空気対流冷却する構造の電子回路装置において、対流誘
導板１，２を輻射線透過層８３，空気断熱層８１，８
２，輻射線吸収層５０で構成し、輻射線吸収層５０にヒ
ートパイプ５１を設置しユニット５枠外にヒートパイプ
の放熱部１００を設置する。 【効果】ユニット内の発熱部品の輻射冷却の促進と下段
のユニットからの断熱性向上により部品の温度上昇を防
止できるので破損しにくくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空気対流冷却構造の電子
回路装置に係り、特に、冷却効率の向上を図るためにブ
ックシェルフ実装方式の電子回路装置で採用されている
対流誘導板の好適な構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子回路装置では、部品実装の高
密度化のため、１９９１年電子情報通信学会春季全国大
会寄稿集５−３０４頁や特開平5−7090 号公報に記載の
ように、多数の部品を搭載したプリント回路基板がブッ
クシェルフ実装されている。ブックシェルフ実装とはユ
ニットとよばれるプリント回路基板の集合体を上下段に
配置することにより実装密度を飛躍的に向上するもので
ある。ところが高密度化に伴い発熱密度も増大する傾向
にあり、空気対流冷却構造のブックシェルフ実装では下
流（上段）のユニットは上流（下段）のユニットからの
熱的影響を受けて部品温度が高くなってしまう、いわゆ
る、サーマルウェイクにより部品は正常な機能をしなく
なる。そこで、空気流速を大きくして風温上昇を抑えた
り、図１のようにユニット５の上下に対流誘導板１，２
を設置してユニット５を個別に冷却することによってプ
リント回路基板３上に搭載された部品４の温度上昇を防
止していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術は、
空気流速を大きくできない電子回路装置や自然対流空冷
の電子回路装置に対してまだ温度上昇防止の効果が十分
でない。とくに対流誘導板１，２を設置してユニット５
を個別に冷却する場合、図２に示すように冷却気流８が
空気流入口６からプリント回路基板３上に搭載された部
品４の近傍を通り抜け空気流出口７で排気９されるまで
に二箇所の対流誘導板で屈曲されるために通風抵抗の大
きいところで空気のよどみが生じて温度上昇の大きくな
る領域２０ができてしまうという問題があった。また、
下段のユニットからの輻射熱や排気熱によって空気流入
側の対流誘導板１の温度が上昇し、空気流入口６からの
冷却気流８が対流誘導板１によって加熱されるため、従
来技術による温度上昇防止の効果は小さい。

【０００４】本発明の目的は、電子回路装置の冷却性能
を向上させて発熱部品の温度上昇を防止することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の電子回路装置は
上記の目的を達成するために、対流誘導板の表面を輻射
線反射面とする。

【０００６】また、対流誘導板を断熱層で構成，対流誘
導板の空気流入側の表面を輻射線反射面とし空気流出側
の表面を輻射線吸収面とする。

【０００７】また、対流誘導板にヒートパイプの集熱部
を設置し対流誘導板の表面を輻射線吸収面とし、ユニッ
ト外にヒートパイプの放熱部を設置する。

【０００８】また、対流誘導板を輻射線透過層，空気断
熱層，輻射線吸収層で構成する。

【０００９】また、輻射線吸収層の形状を凹凸のある構
造にして表面積を増す。

【００１０】また、輻射線吸収層にヒートパイプの集熱
部を設置しユニット外にヒートパイプの放熱部を設置す
る。

【００１１】また、空気断熱層を真空断熱層に換えて対
流誘導板を構成する。

【００１２】

【作用】上記した手段によれば、対流誘導板の表面を輻
射線反射面とすることにより、発熱部品から放出される
輻射線を装置外へ導き再吸収を抑制して輻射率を向上す
ることが可能となり、とくに空気のよどみが生じている
領域で輻射伝熱により部品の温度上昇を防止できる。

【００１３】また、対流誘導板を断熱層で構成し対流誘
導板の空気流入側の表面を輻射線反射面とし空気流出側
の表面を輻射線吸収面とすることにより、下段のユニッ
ト内の部品からの輻射熱が輻射線吸収面で吸収されるの
で下段のユニット内の部品の温度上昇を防止でき、さら
に、吸収された熱が断熱層により空気流入側の表面へ伝
わることなく輻射線吸収面上で流出空気へ熱伝達され上
段のユニット内の部品からの輻射熱も輻射線反射面によ
り吸収されずに装置外へ放出されるので輻射線反射面に
おける温度上昇量は減少し対流誘導板からの熱伝達によ
る流入空気の温度上昇を抑制でき上段のユニット内の部
品の温度上昇も防止できる。

【００１４】また、対流誘導板にヒートパイプの集熱部
を設置し対流誘導板の表面を輻射線吸収面とし、ユニッ
ト外にヒートパイプの放熱部を設置することにより、輻
射線吸収面で吸収した上下段のユニット内の部品からの
輻射熱をユニット外へ輸送し輻射線吸収面における温度
上昇の抑制が可能になった結果、輻射伝熱効率が向上し
対流誘導板からの熱伝達による流入空気の温度上昇を抑
制できユニット内の部品の温度上昇も防止できる。

【００１５】また、対流誘導板を輻射線透過層，空気断
熱層，輻射線吸収層で構成することにより、輻射線吸収
層では流入および流出空気に直接熱的影響をもつことな
く輻射線透過層および空気断熱層を透過した上下段のユ
ニット内の部品からの輻射熱を吸収し空気断熱層により
形成された専用の冷却空気流へ熱伝達して温度上昇を抑
制するため輻射伝熱効率が向上し対流誘導板からの熱伝
達による流入空気の温度上昇を防止できユニット内の部
品の温度上昇も防止できる。

【００１６】また、輻射線吸収層の形状を凹凸のある構
造にして輻射線吸収面積を増すことにより、輻射線吸収
効率の向上とともに専用の冷却空気流への熱伝達促進が
可能となり、ユニット内の部品の温度上昇防止効果が増
大する。

【００１７】また、輻射線吸収層にヒートパイプの集熱
部を設置しユニット外にヒートパイプの放熱部を設置す
ることにより、対流誘導板からの熱伝達による流入空気
の温度上昇を防止でき、輻射線吸収面で吸収した上下段
のユニット内の部品からの輻射熱をユニット外へ輸送し
て輻射線吸収面における温度上昇を抑制するため輻射伝
熱効率が向上して、ユニット内の部品の温度上昇も防止
できる。

【００１８】また、空気断熱層を真空断熱層に換えて前
記対流誘導板を構成することにより断熱効果が向上して
ユニット内の部品の温度上昇防止効果がさらに増大す
る。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図３により説明す
る。図３は本発明を適用した電子回路装置の断面図を示
す。説明に必要な部分以外は省略してある。

【００２０】対流誘導板（例えば銅）１の表面が輻射線
反射面（例えば、電解研磨処理後に金蒸着膜形成）３０
によって構成されている。この対流誘導板１が従来の電
子回路装置と同様に上下のユニットの間に配置されてい
る。ユニットは部品を搭載したプリント回路基板（例え
ば、ガラスエポキシ基板）３で構成されている。

【００２１】以上のように構成された電子回路装置に通
電した場合、プリント回路基板３上で発熱している部品
は空気流によって冷却されるが上記の理由で空気のよど
みが生じて高温領域２０ができる。しかし、高温領域２
０上で発熱している部品からの輻射の一部３１は輻射線
反射面３０によってユニット外へ導かれているので輻射
伝熱によって高温領域２０の熱を一部放出することがで
きる。これにより高温領域２０の温度上昇を抑制するこ
とができる。同様に上段のユニット内のプリント回路基
板３上で発熱している部品からの輻射の一部３２は輻射
線反射面３０によってユニット外へ導かれているので温
度上昇を抑制することができる。

【００２２】本発明の他の実施例の電子回路装置の垂直
断面図を図４に示す。

【００２３】対流誘導板１は中心に断熱層（例えば発砲
ポリウレタン）４１，空気流入側に輻射線反射層（例え
ば表面を電解研磨処理後金蒸着膜形成した銅板を貼り付
けたもの）４０，空気流出側に輻射線吸収層（例えば、
表面に黒体塗料を塗布した銅板を貼り付ける）４２によ
って構成されている。対流誘導板１が従来の電子回路装
置と同様に上下のユニットの間に配置されている。ユニ
ットは部品を搭載したプリント回路基板（例えばガラス
エポキシ基板）３で構成されている。

【００２４】このように構成された電子回路装置に通電
した場合、下段のユニット内のプリント回路基板３上で
発熱している部品からの輻射熱３１は輻射線吸収層４２
で吸収される。吸収された熱により輻射線吸収層４２の
温度が上昇するが断熱層４１により熱は空気流入側の輻
射線反射層４０へ伝わることなく輻射線吸収層４２の表
面上で流出空気９へ熱伝達される。下段のユニット内の
部品は空気流への熱伝達冷却と輻射伝熱冷却により部品
の温度上昇を防止できる。次に上段のユニット内のプリ
ント回路基板３上で発熱している部品からの輻射の一部
３２は実施例と同様に輻射線反射層４０によって対流誘
導板１に吸収されずにユニット外へ導かれているので上
段のユニット内の部品は輻射伝熱によって熱を一部放出
することができる。また、対流誘導板１の温度上昇を抑
制することができるので対流誘導板１上における流入空
気８の温度上昇を抑制できる。これにより上段のユニッ
ト内の部品の温度上昇も防止できる。

【００２５】本発明の他の実施例について説明する。図
５，図６，図７は本発明を適用した電子回路装置内にあ
る対流誘導板の垂直断面図を示す。図１０は本発明を適
用した電子回路装置の一部分の斜視図である。説明に必
要な部分以外は省略してある。図５，図６，図７に示す
ように熱伝導率の高い部材の対流誘導板(例えば銅)１に
ヒートパイプの集熱部（例えば銅管）５１を設置する。
図５はヒートパイプの集熱部５１を対流誘導板１に埋め
込んだ場合、図６はヒートパイプの集熱部５１を対流誘
導板１にろう材（例えば半田）６０で外付けした場合、
図７はヒートパイプの集熱部５１を熱伝導率の高い部材
の伝熱板（例えば銅）７０で挟んで固定して対流誘導板
１とした場合を示す。図５および図７ではヒートパイプ
の集熱部５１の周り等にすきまが生じやすいので熱伝導
率の高い充填剤（例えば、サーマルグリース）を使用す
る。図５，図６，図７に示すように対流誘導板表面は輻
射線吸収面（例えば、表面に黒体塗料を塗布）５０で構
成されている。図１０に示すようにユニット５外にヒー
トパイプの放熱部１００を設置する。ヒートパイプの放
熱部１００の設置方法も図５，図６，図７に示した対流
誘導板への設置方法と同様にユニットの枠体５に設置す
る。

【００２６】このように構成された電子回路装置に通電
した場合、上記と同様に上下段のユニット内のプリント
回路基板３上で発熱している部品からの輻射熱は輻射線
吸収面５０で吸収される。吸収された熱はヒートパイプ
の集熱部５１で熱交換されヒートパイプの放熱部１００
まで輸送された後、ヒートパイプの放熱部１００で熱交
換されユニットの枠体５で放熱される。ユニットの枠体
５には放熱性能を向上するために放熱フィンを取り付け
ることもできる。さらに、冷却性能を向上するために放
熱フィンとヒートパイプの放熱部１００の間にペルチェ
素子等の冷却素子を設置し作用させることができる。こ
れにより、輻射線吸収面における温度上昇の抑制が可能
になった結果、輻射伝熱効率はさらに向上し対流誘導板
からの熱伝達による流入空気の温度上昇も抑制できるた
め、ユニット内の部品の温度上昇を防止できる。

【００２７】本発明の他の実施例の電子回路装置の垂直
断面図を図８に示す。

【００２８】対流誘導板１は輻射線透過層（例えばガラ
ス）８３，空気断熱層８１，８２，輻射線吸収層（例え
ば表面に黒体塗料を塗布した銅板）８０で構成されてい
る。また、対流誘導板１には空気流入口８４と空気流出
口８５がある。この対流誘導板１が従来の電子回路装置
と同様に上下のユニットの間に配置され、空気流入口８
４と空気流出口８５がユニット外の空気が出入りできる
ように配置されている。ユニットは部品を搭載したプリ
ント回路基板（例えばガラスエポキシ基板）３で構成さ
れている。

【００２９】このように構成された電子回路装置に通電
した場合、上下段のユニット内のプリント回路基板３上
で発熱している部品からの輻射熱３１，３２は輻射線透
過層８３および空気断熱層８１，８２を透過し輻射線吸
収層８０で吸収される。吸収された熱により輻射線吸収
層８０の温度が上昇するが空気流入口８４より流れ込ん
だ冷却空気８６が空気断熱層８１，８２により形成され
た空気流路を通り抜けるときに輻射線吸収層８０から熱
をうばって空気流出口８５で排気８７されるため輻射線
吸収層８０の温度上昇は抑制される。さらに、輻射線吸
収層８０は輻射線透過層８３と空気断熱層８２による断
熱構造のため下段のユニットからの流出空気９による加
熱を受けないので温度上昇は抑制されて輻射伝熱効率が
向上する。同様に上段のユニットへ流れ込む流入空気８
は透過層８３と空気断熱層８１による断熱構造のため輻
射線吸収層８０による加熱を受けないので上段のユニッ
ト内の部品の冷却効率も向上する。これによりユニット
内の部品の温度上昇防止効果が増大する。図９は図８に
おけるＡ−Ａ断面図である。図９に示すように輻射線吸
収層８０に突起９０を形成すれば、輻射線吸収面積を増
すことになり、輻射線吸収効率の向上とともに冷却空気
流への熱伝達促進が可能となり、ユニット内の部品の温
度上昇防止効果がさらに増大する。

【００３０】本発明の他の実施例の電子回路装置の対流
誘導板の垂直断面図を図１１に示す。

【００３１】対流誘導板１は輻射線透過層（例えばガラ
ス）８３，空気断熱層８１，８２，輻射線吸収層（例え
ば表面に黒体塗料を塗布した銅板）８０で構成されてい
る。輻射線吸収層８０にはヒートパイプの集熱部（例え
ば銅管）５１を設置されている。設置方法は前記図５，
図６，図７の実施例で説明した方法がある。図１０の実
施例と同様にヒートパイプの放熱部を設置し、対流誘導
板１を上下のユニットの間に配置している。

【００３２】以上のように構成された電子回路装置に通
電した場合、上下段のユニット内の部品からの輻射熱は
輻射線透過層８３および空気断熱層８１，８２を透過し
輻射線吸収層５０で吸収される。吸収された熱はヒート
パイプの集熱部５１で熱交換されヒートパイプの放熱部
まで輸送された後、図１０の実施例と同様にヒートパイ
プの放熱部で熱交換されユニットの枠体で放熱される。
これにより、輻射線吸収層５０の温度上昇は抑制され
る。さらに、図９の実施例と同様に輻射線吸収層５０は
輻射線透過層８３と空気断熱層８２による断熱構造のた
め下段のユニットからの流出空気による加熱を受けない
ので温度上昇は抑制されて輻射伝熱効率が向上する。同
様に上段のユニットへ流れ込む流入空気は透過層８３と
空気断熱層８１による断熱構造のため輻射線吸収層８０
による加熱を受けないので上段のユニット内の部品の冷
却効率も向上する。これによりユニット内の部品の温度
上昇防止効果が増大する。空気断熱層８１を真空断熱層
にすればこの効果はさらに増大する。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、発熱部品から放出され
る輻射伝熱量を増大させることおよびユニット間の熱干
渉を低減させることにより発熱部品の温度上昇を低減す
ることができる。これにより、電子回路装置の高密度実
装化が可能になる。

【００３４】また、実装基板内の冷却特性の不均一性が
軽減されるので部品の破損および電気特性の劣化を防止
できる。これにより電子回路装置の信頼性が向上する。

【００３５】さらに、対流誘導板を対象に実施するため
プリント回路基板の保守性に関して障害にならず容易で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来電子回路装置の要部を示す斜視図。

【図２】従来電子回路装置の要部を示す断面図。

【図３】本発明の一実施例を示す電子回路装置の断面
図。

【図４】本発明の第二の実施例を示す電子回路装置の断
面図。

【図５】本発明の第二の実施例を示す対流誘導板の断面
図。

【図６】本発明の第三の実施例を示す対流誘導板の断面
図。

【図７】本発明の第四の実施例を示す対流誘導板の断面
図。

【図８】本発明の第三の実施例を示す電子回路装置の断
面図。

【図９】図８のＡ−Ａ断面の断面図。

【図１０】本発明の第四の実施例を示す電子回路装置の
要部を示す斜視図。

【図１１】本発明の第五の実施例を示す対流誘導板の断
面図。

【符号の説明】

１…対流誘導板、２…対流誘導板、３…プリント回路基
板、５…ユニット、６…空気流入口、７…空気流出口、
８…冷却気流、９…排気、５０…輻射線吸収面、５１…
ヒートパイプの集熱部、８１…空気断熱層、８２…空気
断熱層、８３…輻射線透過層、１００…ヒートパイプの
放熱部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多数の発熱部品を搭載したプリント基板ま
   たは多数の発熱部品及び放熱部品を搭載したプリント基
   板を上面及び下面に空気出入口が形成されている枠体の
   中にブックシェルフ実装し、前記枠体の外側に配置した
   対流誘導板によって前記枠体外から前記空気出入口まで
   の空気流の経路を形成する電子回路装置において、前記
   対流誘導板の表面が輻射線反射面になっていることを特
   徴とする電子回路装置。