JPH0611583Y2 - 電子機器の冷却装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は電子機器の冷却装置に係り、特に冷却性能を改
善したものに関する。

［従来の技術］ 一般に、電子機器は発熱電子部品の実装されたプリント
基板を多数搭載しており、その信頼性を保証するため冷
却装置が必要とする。近年、冷却装置は電子機器の高性
能化、大型化に伴ってより高い冷却性能が要求されてい
る。

従来の冷却装置として、ここでは、ＩＣテスタ用のテス
トヘッドの冷却装置を例に取って説明する。

テストヘッドは、被測定デバイス（以下、ＤＵＴとい
う）に印加する試料用電源、タイミングジェネレータ出
力、パターンジェネレータ出力部、及びデバイス出力を
ＩＣテスタの測定部に取り込むための入力部から主に構
成され、ＤＵＴを直接搭載し評価を行う。第１０図はこ
のようなテストヘッドを冷却するための従来の冷却装置
を示したものである。

テストヘッド９０は小型化のためにプリント基板９１が
放射状に装着さる。この放射状に装着されたプリント基
板９１に実装された発熱電子部品を排出空気によって冷
却するために、軸流ファン９２が複数台設けられる。通
常テストヘッド９０の中央には図示するように、ウェハ
チェック時に必要となる顕微鏡のための覗き孔９３を設
けた筒体９５が、マザーボード９４を通ってテストヘッ
ド９０を上下に貫通している。排出空気によって冷却す
る排出冷却方式が採用されたファン９２は、このマザー
ボード９４の裏面側に設ける必要から、マザーボード９
４に、ファン９２からの排出空気を通過させるための
孔、即ち風孔リングと呼ばれる通気開口９６が筒体９５
を取り囲むようにリング状に設けられている。

そして、ファン９２から出た冷却空気はこの開口９６を
通ってテストヘッド９０の基板収納室９７内に流入し、
プリント基板９１上の発熱電子部品を冷却した後、側面
に設けたスリットから排出されるようになっている。

［考案が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の冷却装置では、次のよう
な欠点があった。

マザーボードの裏面にはプリント基板に接続される多
くの線材が走っており、この線材がリング状の通気開口
を塞ぐため、通気抵抗が大きい。このため、十分な風量
を基板収納室内に送り込むことができない。

テストヘッドの多ピン化、大型化に伴いファンを大型
化、あるいは増加する必要があるが、そうすると、必要
以上にテストヘッドが大型化し、重量の増大を招く一
方、ハンドラやプローバとの接続機構が大掛かりとな
り、これらの周辺装置も含めたテストシステム全体の床
面積の増大を招く。

テストヘッド内の冷却温度分布を均一化するため、フ
ァンを複数台使用する必要があり騒音が大きくなる。フ
ァン数を増大すると騒音がさらに増える。

テストヘッド内に取り込んだ空気をそのまま外部に放
出しているため、環境汚染をもたらす。

テストヘッドの下部にファンを設けて、外部空気を下
部から吸上げて内部Ｂに導入して外部に排出する排出冷
却方式では、冷却効率が悪く、テストヘッドの大容量化
に対処できない。

上述したように従来の冷却機構では、テストヘッドの大
容量化に有効に対処できなかった。

本考案は、上述した従来技術の欠点に鑑みてなされたも
のである。

本考案の目的は、高い冷却効率が均一に得られる電子機
器の冷却装置を提供することにある。

また、本考案の目的は、構成が簡単な電子機器の冷却装
置を提供することにある。

また、本考案の目的は、環境汚染の防止が可能な電子機
器の冷却装置を提供することにある。

また、本考案の目的は、発熱分布が不均一であっても、
より均一な冷却温度分布が得られる電子機器の冷却装置
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本考案は、ケーシング内に収納され発熱電子部品の実装
されたプリント基板を多数搭載した電子機器を冷却する
冷却装置に適用される。

このような電子機器の冷却装置において、電子機器外に
設けられ外部の空気を電子機器内に導入して排出させる
ブロワと、電子機器とブロアとを接続して上記空気をブ
ロアに導くダクトと、このダクトと電子機器との接続部
に、接続部位により形成される電子機器のブロアから遠
くなる部分とブロアに近くなる部分とを仕切って、これ
らの部分に流れる風量を制御する仕切板とを備えたもの
である。

そして、構成を簡素化するために、特に上記電子機器が
これと電気的に接続される本体を備え、この本体が本体
内の発熱部品を冷却するためのブロアを有する場合に
は、上記電子機器用のブロアとして本体のブロアを共用
することが好ましい。

また、環境汚染を防止するために、上記電子機器をブロ
アの吸引側に接続することが望ましい。

更に、発熱分布に関わらず冷却の均一化を図るために、
上記仕切板をこれにより仕切られる風量を変更できるよ
うに位置調整自在に設けるとともに、電子機器内の温度
を検知する温度センサと、検知温度を設定温度と比較し
てそれに応じた信号を出力する温度制御部と、この温度
制御部の出力信号に応じて制御され上記仕切板の位置を
制御するアクチュエータとを備えることが好ましい。

［作用］ ブロアに通じるダクトを電子機器に接続すると、その接
続部位によって電子機器にはブロアに近い部分と遠い部
分とができる。そうなると、通気抵抗の関係からブロア
に近い部分からより多くの空気を吸引するので、ブロア
から遠い部分の風量は、ブロアに近い部分の風量よりも
少なくなる。その結果、電子機器内で温度の不均一が生
じる。

そこで、少なくともダクトと電子機器との接続部に、電
子機器のブロアから遠い部分とブロアに近い部分とを仕
切る仕切板を設け、ブロアから遠い部分とブロアから近
い部分とを完全に分離する。すると、ちょうど２台のブ
ロアで電子機器内の空気を引いているようになり、その
結果ブロアからの距離に関係なく、仕切られたダクトを
流れる風量が制御される。この制御を等分制御にする
と、電子機器内の温度分布が均一化される。

［実施例］ 以下、ＩＣテスタのテストヘッドに本考案を適用した実
施例を第１図〜第８図を用いて説明する。

第４図はＩＣテストシステムを示し、例えばロジックＬ
ＳＩやメモリの機能及び電気的特性を測定するＩＣテス
タ本体４１と、これに電気的に接続されてＤＵＴがテス
トされるテストヘッド５０とから主に構成される。台車
４３に載せられたテストヘッド５０とテスタ本体４１と
はフレキシブルなダクト６４によって機械的に接続さ
れ、テスタ本体４１内に収納されたブロア４６により、
このダクト６４を介してテストヘッド５０の内部を冷却
するようになっている。ブロア４６はテスタ本体４１内
の発熱部品や電源を冷却するために内蔵されているもの
を、そのままテストヘッド５０に流用したものである。
冷却方式として吸入空気によって冷却する吸収冷却方式
を採用し、テストヘッド５０は、ブロア４６から排出さ
れる空気ではなく、ブロア４６へ吸引される空気によっ
て冷却されるようにする。

テストヘッド５０内に取り込まれて内部を冷却し、これ
より排出された空気はダクト６４、ブロア４６を経てテ
スタ本体４１の頂部から出て室内の天井に抜ける排気ダ
クト４５に導かれる。これにより、テストヘッド５０を
冷却した空気が室内にばらまかれて室内を汚染すること
がないようにしている。

なお、ブロアはテスタ本体４１のブロア４６を共用しな
いで、別体のブロアをテストヘッド５０の外部に用意し
てもよい。

第５図及び第６図はテストヘッド５０の詳細を示す。

第５図において、テストヘッド５０は、ケーシングを構
成する下カバー５１、中央枠体５２、上カバー５３と、
ＩＣテスタ本体及びテストヘッドを電気的に接続する結
栓板５４、ＤＵＴの品種毎に固有の電源及び信号接続の
配線を行うために使用されるパフォーマンスボード５５
とから主に構成される。上カバー５３の全周側面にはス
リット状の風孔５７が多数設けられ、これよりテストヘ
ッド外部の空気を内部に取り込めるようになっている。
内部に取り込まれた空気は下カバー５１に設けた排出口
から排出させる。この排出口に既述したダクトが取り付
けられる。

なお、パフォーマンスボード５５の中央に開けられた孔
５６は顕微鏡用の覗き孔である。

上カバー５３を取り去った第６図において、枠体５２の
マザーボード６３上に、顕微鏡用の覗き孔５６を形成す
る筒体６２を取り囲むように放射状に多数のプリント基
板６１が取り付けられている。このプリント基板６１に
はＤＵＴを測定するための発熱電子部品、例えばＥＣＬ
（エミッタ・カップルド・ロジック）等の比較的消費電
力の大きな高速素子が実装されている。マザーボード６
３上の筒体６２の外周にリング状の通気開口６５が形成
されて、これよりプリント基板６１を収納した上カバー
内に形成される基板収納室内の空気をダクト６４へ排出
するようになっている。

冷却用ダクト６４の、テストヘッド５０との接続部は、
下カバー５１に設けた排出口５８からテストヘッド５０
の下カバー５１内に入り込み、筒体６２下まで延出され
るダクト直状部６７と、筒体６２を取り囲み、その端部
が通気開口６５と連通するように取り付けられるダクト
円筒部６６とから構成される。このときテストヘッド５
０内に入り込むダクト接続部は、マザーボード６３の裏
面の線材を排除して取り付けるようにする。これにより
基板収納室とダクト６４とは通気開口６５を介して障害
物なしに連通され、十分な風量を確保することが可能と
なる。

なお、テストヘッド内部のダクト接続部は外部のダクト
６４と一体となっているように説明したが、別体に形成
しても良い。

さて、このように一端にブロアの接続されたダクト６４
の他端をテストヘッド５０に連結すると、第３図に示す
ように基板収納室３１内へ外部から空気が取り込まれ、
プリント基板を冷却して通気開口６５から排出され、ダ
クト円筒部６６を通ってダクト直状部６７からブロア４
６に吸引される。ここで、ブロア４６に最も近い基板収
納室３１の通気開口６５付近のＢ点の温度と、ブロア４
６から最も遠い基板収納室３１の通気開口６５付近のＡ
点の温度とを測定してみた。その結果、Ａ点とＢ点とで
は温度差が生じ風量の分布が異なっていることが分かっ
た。即ち、ブロア４６から遠いＡ点の方が風量が少な
く、ブロア４６に近いＢ点の方の風量が多くなって、Ａ
点の温度が高くなっていた。これはテストヘッド５０の
外にブロア４６を設けてテストヘッド５０の一側から空
気を吸引したために、吸引風量のアンバランスが生じた
ためであると考えられる。

テストヘッドの信頼性を確保して所定のＭＴＢＦ（平均
故障時間）を保証するには、テストヘッド内の温度分布
が均一になっていることが望ましく、不均一の程度が大
きいと信頼性上問題がある。

そこで、この不均一分布を解消するために、第７図に示
すように仕切板やバイパス路を使った種々の実験を行な
った。その結果、後述するの方式が最も良いことが分
かった。

通気開口に通気抵抗を形成するための抵抗板を設ける
(第７図(ａ))。

Ｂ点側の風量が多いので、その風量を規制するため、通
気開口６５のＢ点側に三日月状の抵抗板を取り付け、最
もブロアに近い点の通気開口幅が最小でブロアから遠く
なるに従って徐々に開口幅が広くなるように抵抗板の幅
を変える。

バイパスを設ける(第７図(ｂ))。

ダクト円筒部６６のＡ点側とＢ点側との両境にこれらよ
りダクト直状部６７に合流するバイパス路７２を設け、
三方から空気を引くようにする。

分離板を設ける(第７図(ｃ))。

ダクト円筒部６６にダクト直状部６７に流れる空気流７
４と平行に、ダクト円筒部６６を二分割する分離板７３
を取り付け、空気流の流れを分離する。

Ｌ字状仕切板を設ける(第７図(ｄ))。

ダクト円筒部６６内をＡ点側とＢ点側とを分割するよう
に仕切るとともに、ダクト直状部６７内も二分割して、
テストヘッド内の空気を等価的に２つのブロアで引いて
いるようにする。

既述したようにの方式がテストヘッド内の温度分布の
均一化に最も優れ、他のからの方式は悪かった。そ
の理由は、にあっては、通気開口の面積が規制されて
も流速が上がるため、風量は変化しないためである。
にあっては、ブロアに最も近い通路が優先的により多く
の空気を引いてしまうからである。にあってはの理
由と同じである。

そこで、の構造を第１図及び第２図を用いて更に詳し
く説明する。

ダクト６４の接続部内にＬ字状の仕切板１０を設ける。
Ｌ字状仕切板１０の一辺１１はダクト円筒部６６内のＡ
点側とＢ点側とを軸方向に等分割するために筒体６２の
外側面とダクト円筒部６６の内側面とに沿って垂直に掛
け渡される。この一辺１１は筒体６２を逃げるための切
欠きが設けられる。Ｌ字状仕切板１０の他辺１２はダク
ト直状部６４内をこれに流れる空気流７３と直交する方
向に等分割するようにダクト直状部６４の両側面に沿っ
て水平に掛け渡される。

なお、筒体６２に沿うＬ字状仕切板１０の一辺１１の上
端は、図示するように筒体６２の中間部で止めるように
しても、あるいは筒体６２の先端まで、即ち、基板収納
室まで延長しても良い。一辺１１の下端はダクト直状部
６７の厚さ方向の中央部で止める。また、ダクト直状部
６７に沿う他辺１２は１００ｍｍ程度ダクト円筒部６６
からダクト直状部６７内へ侵入するように延長してある
が（実施例ではＬ＝１００ｍｍ）、さらにブロア側に延
長するようにしても良い。

さて、上記のような構成において、ブロア６４からテス
トヘッド内の空気を吸引すると、ダクト６４の接続部、
即ちテストヘッド側の排出口となる開口６５から直線状
のダクトの一部まで、Ａ点側とＢ点側との排出路が分離
されているため、あたかも２台のブロアで引いているよ
うに作用し、ブロア４６から遠いＡ点側もＢ点側と同じ
風量の風が引かれるようになる。その結果、テストヘッ
ド５０の外部にブロア４６を設けて、テストヘッドを冷
却する場合であってもテストヘッド内の温度分布の均一
化が図れる。

第８図は本実施例と試行例とを比較した温度特性と風量
特性を示したものである。図中、ブロアから遠いＡ側の
温度Ｔ_Ａ、風量Ｖ_Ａ、ブロアから近いＢ側の温度Ｔ_Ｂ、
風量Ｖ_Ｂとし、（Ａ）は縦軸をＴ_Ｂ／Ｔ_Ａ、（Ｂ）はＶ
_Ａ／Ｖ_Ｂとしている。試行例（ａ）〜（ｃ）と比べて本
実施例（ｄ）による方式がはるかに優れていることが分
かる。

第９図は本考案の他の実施例を示すもので、上記実施例
と異なる点は、テストヘッド内の風量分布を固定的に均
一化するということではなく、各プリント基板の発熱量
に応じて最適な風量調整を行なうことにより、より一層
温度分布の適切な均一化を図るようにしたものである。

まず、仕切板１０をこれにより仕切られる風量を可変で
きるように水平方向あるいは垂直方向に調整移動自在、
または位置制御あるいは姿勢制御自在に設ける。そし
て、テストヘッド５０内部の温度を検知する温度センサ
９１，９１…をテストヘッド５０内の周方向に必要数設
けて、テストヘッド５０内の温度をきめ細かく測定でき
るようにしてある。

これら温度センサ９１によって検知された検知温度を、
予め設定した設定温度と比較してそれに応じた信号を出
力する温度制御部９２を設ける。これは比較器やマイク
ロコンピュータで構成することができる。そして、この
温度制御部９２の出力信号に応じて制御されるアクチュ
エータ９３を設け、このアクチュエータ９３によって仕
切板１０の位置あるいは姿勢を制御して、各プリント基
板の発熱量が異なっても、テストヘッド５０内の温度分
布が常に均一化するように構成する。これによれば、プ
リント基板設計時、多数枚用意する必要のある各基板の
発熱を均一化する必要がないので、テストヘッドの設計
の自由度が向上するという利点もある。

以上述べたように本実施例によれば、通気開口を介して
ダクトを直接基板収納室へ接続したので、十分な風量を
基板収納室内に送り込むことができる。また、テストヘ
ッドが多ピン化、大型化してもテストヘッド外部のブロ
ア容量を変更することで有効に対処できるので、テスト
ヘッドの必要以上の大型化や、重量の増大を招くことが
なく、テストシステム全体の床面積の増大を抑えること
ができる。

更に、テストヘッド内の冷却温度分布を均一化するため
に、多数のファンを使用する必要がなく、騒音を小さく
することができる。また、テストヘッド内に取り込んだ
空気は本体内に導入し、本体からさらに天井に通じるダ
クトへ排出しているため、環境汚染をもたらすことがな
い。そして、ブロアによる吸収冷却方式を採用している
ので、排出冷却方式に比して冷却効率が高く、テストヘ
ッドの大容量化に対処できる。

なお、上記実施例ではＬ字状仕切板でダクト内を二分割
するようにしたが、本考案はこれに限定されるものでは
なく、三分割あるいはそれ以上に分割することもでき
る。この場合、複数枚のＬ字状仕切板を、ブロア吸引方
向に沿って互にずらすとともに、筒体の軸方向に沿って
多段に設けるようにするとよい。

また、上記実施例では電子機器としてＩＣテスタ用のテ
ストヘッドの場合について説明したが、テストヘッドに
限定されない。ブロアにより流体を引いて冷却する機器
であって、機器内の風量分布が不均一になるものであれ
ば、いずれの電子機器にも適用できる。

［考案の効果］ 以上述べたように本考案によれば次の効果を発揮する。

(1)請求項１に記載の電子機器の冷却装置によれば、電
子機器に接続したダクトを介してブロアにより冷却空気
を直接吸引するので、十分な風量が確保され、しかも仕
切板により風量分布を均一化することができるので、冷
却温度分布が均一に得られる。また、電子機器の外部に
ブロアを設けるため、電子機器の小型化、軽量化が図れ
る。また、電子機器内部に多数のファンを設置する必要
がなくなるので、騒音を可能な範囲で低減できる。

(2)請求項２に記載の電子機器の冷却装置によれば、本
体のブロアを共用するので構成が簡単になる。

(3)請求項３に記載の電子機器の冷却装置によれば、ブ
ロアの吸引口に電子機器を接続するので、環境汚染を有
効に防ぐことが可能となる。

(4)請求項４に記載の電子機器の冷却装置によれば、仕
切板を温度制御機構と連動させたので、機器内の発熱分
布が不均一であっても、より均一な冷却温度分布が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＩＣテスタのテストヘッドに適用した本考案の
実施例を示す概念図、第２図は第１図の斜視図、第３図
は本考案の実施例の前提となる概念図、第４図は本実施
例の冷却装置を装着したＩＣテストシステムの全体構成
図、第５図はテストヘッドの斜視図、第６図は上カバー
を除いた状態のテストヘッドの斜視図、第７図は本実施
例と試行例の概念図、第８図は本実施例と試行例とを比
較した特性図であって（Ａ）は温度特性図、（Ｂ）は風
量特性図、第９図は本考案の他の実施例を示す構成図、
第１０図は従来例によるテストヘッドの冷却装置を示す
概略説明図である。 １０…Ｌ字状仕切板、３１…基板収納室、４６…ブロ
ア、６２…筒体、６４…ダクト、６５…通気開口、６６
…ダクト円筒部、６７…ダクト直状部、７３…空気流。

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ケーシング内に収納され発熱電子部品の実
   装されたプリント基板を多数搭載した電子機器を冷却す
   る冷却装置おいて、 電子機器外に設けられ外部空気を電子機器内に導入して
   排出させるブロワと、 電子機器とブロアとを接続して上記空気をブロアに導く
   ダクトと、 このダクトと電子機器との接続部に、接続部位により形
   成される電子機器内のブロアから遠くなる部分とブロア
   に近くなる部分とを仕切って、これらの部分に流れる風
   量を制御する仕切板と を備えたことを特徴とする電子機器の冷却装置。
2. 【請求項２】上記電子機器がこれと電気的に接続される
   本体を備え、この本体が本体内の発熱部品を冷却するた
   めのブロアを有する場合において、上記電子機器用のブ
   ロアとして本体のブロアを共用するようにしたことを特
   徴とする請求項１に記載の電子機器の冷却装置。
3. 【請求項３】上記電子機器をブロアの吸引側に接続した
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電子機器の
   冷却装置。
4. 【請求項４】上記仕切板をこれにより仕切られる風量を
   変更できるように位置調整自在に設け、 電子機器内の温度を検知する温度センサと、 検知温度を設定温度と比較してそれに応じた信号を出力
   する温度制御部と、 この温度制御部の出力信号に応じて制御され上記仕切板
   の位置を制御するアクチュエータと を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
   に記載の電子機器の冷却装置。