JPH11307705A - Heat sink for forced air cooling and its cooling method - Google Patents

Heat sink for forced air cooling and its cooling method

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JPH11307705A
JPH11307705A JP11500398A JP11500398A JPH11307705A JP H11307705 A JPH11307705 A JP H11307705A JP 11500398 A JP11500398 A JP 11500398A JP 11500398 A JP11500398 A JP 11500398A JP H11307705 A JPH11307705 A JP H11307705A
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JP
Japan
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heat
heat sink
pins
pin
substrate
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Withdrawn
Application number
JP11500398A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenjiro Shinohara
健治郎 篠原
Masahira Tasaka
誠均 田坂
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve heat dissipation of a pin fin type heat sink by increasing the heat transfer rate at the center of the heat sink. SOLUTION: In regard to one row in the flow direction of cooling wind, the draft resistance becomes low at the upper part of a long pin 11a close to the center of a board where the total heat dissipating area of the pins reduces but the temperature is highest, and as the flow velocity of cooling wind that blows over a heating part 13 increases, the heat transfer rate of the heating part 13 is improved. At the same time, as a cool wind whose temperature is not yet increased is made easier to be applied on the long pin 11a, heat dissipation of the heating part 13 is improved. The length of a short pin 11b is preferably 1/2 of that of the long pin 11a or shorter so as to sufficiently supply the cooling wind to the vicinity of the heating part 13. Therefore, by using this heat sink, heat transfer at the center of the heat sink can be improved, and elements that generate heat such as LSI element can be stabilized.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はLSI、パワートラ
ンジスタ等の発熱素子に装着して放熱冷却するためのピ
ンフィン型の強制空冷用のヒートシンクに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pin-fin type heat sink for forced air cooling which is mounted on a heating element such as an LSI or a power transistor to cool and radiate heat.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近の電子機器においては、LSI等が
多く使用され、高速化に伴って発熱量が増加する一方、
小型化と実装の高密度化により、素子の表面積が減少す
るため、放熱・冷却が問題である。すなわち、LSI等
にあっては、その内部を構成するSiチップが多量の熱
を発生するので、この熱をいかに放散させるかが、LS
Iを正常にかつ高速に作動させるポイントとなる。LS
I等の素子の熱を放散させるために、通常放熱面積の大
きいヒートシンクが素子に装着される。
2. Description of the Related Art In recent electronic devices, LSIs and the like are often used, and the amount of heat generated increases with the speeding up.
Since the surface area of the element is reduced by miniaturization and high-density mounting, heat dissipation and cooling are problems. That is, in an LSI or the like, the Si chip that forms the inside of the LSI generates a large amount of heat.
This is the point where I operates normally and at high speed. LS
In order to dissipate heat of an element such as I, a heat sink having a large heat dissipation area is usually mounted on the element.

【0003】図1はピングリッドアレイ型のLSIパッ
ケージ21にヒートシンク22を取り付けた状態を示す
概要図である。Siチップ23はセラミックス製の伝熱
基板24の下面に接合され、額縁状のセラミックス製の
コンテナ25、額縁状のセラミックス製の多層配線板2
6および金属製のリッド27で構成された気密空間27
aに収納されている。Siチップ23で発生した熱は大
部分が伝熱基板24からヒートシンク22の基板12を
通ってピン11に伝わり、空気中に放散される。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a state in which a heat sink 22 is mounted on a pin grid array type LSI package 21. The Si chip 23 is joined to the lower surface of the ceramic heat transfer substrate 24, and has a frame-shaped ceramic container 25, a frame-shaped ceramic multilayer wiring board 2.
6 and a hermetic space 27 composed of a metal lid 27
a. Most of the heat generated in the Si chip 23 is transmitted from the heat transfer substrate 24 to the pins 11 through the substrate 12 of the heat sink 22 and is radiated into the air.

【0004】一般に、ヒートシンクを用いた発熱素子の
冷却では、ヒートシンクから空気への熱伝達が全体の放
熱量を決定するので、ヒートシンクの高性能化には伝熱
面から空気への熱伝達率の向上が最も重要である。熱伝
達率を向上させるためには、伝熱面近傍に形成される温
度境界層を破壊、もしくは薄くすることが有効であり、
通常はヒートシンクを基板面と平行な方向から強制空冷
するのが効果的である。
In general, in cooling a heat generating element using a heat sink, heat transfer from the heat sink to the air determines the total amount of heat radiation. Therefore, to improve the heat sink performance, the heat transfer coefficient from the heat transfer surface to the air must be reduced. Improvement is paramount. In order to improve the heat transfer coefficient, it is effective to break or thin the temperature boundary layer formed near the heat transfer surface,
Usually, it is effective to forcibly cool the heat sink from a direction parallel to the substrate surface.

【0005】図2はピンフィン型ヒートシンクの外観を
示す斜視図である。同図の形式のヒートシンク22は、
基板12上に定ピッチで複数のピン11が林立した構造
を有し、ピンの前縁効果(冷却風が衝突する部分で最も
熱伝達が大きくなる効果)および、ピンを通過した流れ
の非定常化・乱流化の効果により、ピン表面の温度境界
層を常に薄く保つことができ、優れた冷却性能を発揮す
るヒートシンクとして数多く用いられている。
FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of a pin fin type heat sink. A heat sink 22 of the type shown in FIG.
It has a structure in which a plurality of pins 11 stand at a constant pitch on the substrate 12, and has a leading edge effect of the pins (an effect that maximizes heat transfer at a portion where the cooling air collides) and an unsteady flow of the flow passing through the pins. Due to the effect of turbulence, the temperature boundary layer on the pin surface can always be kept thin, and it is widely used as a heat sink exhibiting excellent cooling performance.

【0006】ピンフィン型ヒートシンクの基板12を局
部的に見ると、放熱性能つまり、熱伝達率の分布は一定
ではない。すなわち、冷却風が直接当たる風上側で熱伝
達率が最も高く、中央部ではそれより低くなる傾向があ
る。これは、ヒートシンク中心部での通風抵抗が高く、
ヒートシンク内を通る冷却風の速度が著しく低下するた
めと、ヒートシンク内を通過する空気の温度が上昇し
て、ピンと空気との温度差が小さくなることによるもの
である。このような熱伝達率の局部的な不均一は、ピン
の周りに空気が迂回する空間があるほど大きくなる。
When the substrate 12 of the pin fin type heat sink is viewed locally, the heat radiation performance, that is, the distribution of the heat transfer coefficient is not constant. That is, the heat transfer coefficient tends to be the highest on the windward side where the cooling air is directly applied, and tends to be lower at the center. This is because the ventilation resistance at the center of the heat sink is high,
This is because the speed of the cooling air passing through the heat sink is significantly reduced, and the temperature of the air passing through the heat sink is increased, and the temperature difference between the pin and the air is reduced. Such local nonuniformity of the heat transfer coefficient becomes greater as the space around the pin around which the air bypasses is provided.

【0007】熱伝達率の局部的なばらつきは、発熱部が
ヒートシンク基板全体にほぼ均一に存在する場合はあま
り問題にならず、ヒートシンク全体の平均的な放熱性能
が重要であるが、発熱部に偏りが存在する場合には問題
が生じる。
[0007] The local variation of the heat transfer coefficient is not so problematic when the heat-generating portion is present almost uniformly over the entire heat sink substrate, and the average heat dissipation performance of the entire heat sink is important. A problem arises when there is a bias.

【0008】すなわち、一般のLSIパッケージ等で
は、発熱体であるSiチップが基板の中央部にあること
が多いのに対し、局部的な熱伝達率はヒートシンクの中
央部で低くなっている。つまり、熱伝達率が低くなる部
分で最も発熱量が大きい。そのためにヒートシンクの平
均的な放熱性能はよくても、実際に使用してみると要求
された性能を確保するのが困難になることがあった。例
えば、60mm×60mmの正方形ヒートシンクで、発
熱部が中心の1/4程度、すなわち30mm×30mm
に集中している場合、全体の放熱性能は均一な発熱部の
場合に比べて50%程度に低下してしまうことがある。
That is, in a general LSI package or the like, the Si chip as a heating element is often located at the center of the substrate, while the local heat transfer coefficient is low at the center of the heat sink. That is, the calorific value is the largest in the portion where the heat transfer coefficient is low. For this reason, even though the average heat dissipation performance of the heat sink is good, it may be difficult to secure the required performance when actually used. For example, in the case of a square heat sink of 60 mm × 60 mm, the heat generating portion is about 1 / of the center, that is, 30 mm × 30 mm
When the heat is concentrated, the overall heat radiation performance may be reduced to about 50% as compared with the case of the uniform heat generating portion.

【0009】この問題点を解決する技術として例えば特
開平2−291154号公報には、ヒートシンクのピン
径を中央部から周辺にかけて順次変化させ、中央部を最
も太く、周辺を最も細くしたピンフィン型ヒートシンク
が提案されている。同公報に開示された技術は、パッッ
ケージ中央部付近の発熱部のピン径を太くすることによ
り、ピンの放熱面積を増やし、ピンの間隔を減らしてピ
ン間の空気の流速を大きくし、中央部の熱伝達率を周辺
より大きくして放熱効率の向上を狙うものである。
As a technique for solving this problem, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-291154 discloses a pin fin type heat sink in which the pin diameter of the heat sink is sequentially changed from the center to the periphery so that the center is thickest and the periphery is thinnest. Has been proposed. The technology disclosed in the publication is to increase the pin heat dissipation area near the center of the package, thereby increasing the heat radiation area of the pins, reducing the distance between the pins, increasing the air flow rate between the pins, and The aim is to increase the heat transfer coefficient of the surroundings to improve the heat dissipation efficiency.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記特開平2
−291154号公報に開示された技術は次のような問
題点がある。
However, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open
The technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 291154 has the following problems.

【0011】一般に空気の流れは、抵抗の少ないところ
を通過する性質がある。ピン径を太くすれば、ピン間隔
が小さくなり、流路の断面積が減少し、流路の抵抗が増
加するために、空気は主に他の空間を通過してしまい、
中央部での流速の増加はあまり期待できない。つまり、
ヒートシンク中央部の熱伝達率の向上はあまり期待でき
なかった。
Generally, the flow of air has a property of passing through a place having a small resistance. If the pin diameter is increased, the pin spacing becomes smaller, the cross-sectional area of the flow path decreases, and the resistance of the flow path increases, so that air mainly passes through other spaces,
The increase of the flow velocity in the central part cannot be expected very much. That is,
Improvement of the heat transfer coefficient at the center of the heat sink could not be expected much.

【0012】上述のように、従来のピンフィン型ヒート
シンクでは局所的な熱伝達率の偏り(中央部付近で熱伝
達率が小さくなる傾向)があるために、発熱部が中央部
の狭い範囲に集中している場合に冷却効果が低くなると
いう問題点があった。
As described above, in the conventional pin fin type heat sink, since the heat transfer coefficient is locally biased (the heat transfer coefficient tends to be small near the center), the heat generating portions are concentrated in a narrow area in the center. In such a case, there is a problem that the cooling effect is reduced.

【0013】本発明の課題は、発熱部が素子の中央部に
集中して存在する場合に、ヒートシンクの中央部の熱伝
達率をより大きくすることにより、優れた放熱性能を有
するピンフィン型ヒートシンクを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a pin fin type heat sink having excellent heat radiation performance by increasing the heat transfer coefficient at the central portion of the heat sink when the heat generating portion is concentrated at the central portion of the element. To provide.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】発明者らはピンフィン型
ヒートシンクにおいて、素子の発熱部に対応するヒート
シンクの中央部で熱伝達率が小さくなる問題を下記の
(a) 〜(b) のように整理した。
Means for Solving the Problems In the pin fin type heat sink, the inventors have found the following problem that the heat transfer coefficient becomes small at the center of the heat sink corresponding to the heat generating portion of the element.
(a) and (b).

【0015】(a) ヒートシンク中央部の熱伝達率が低下
するのは、ピン群の内部の通風抵抗により、流速が減少
するためである。
(A) The reason why the heat transfer coefficient at the center of the heat sink decreases is that the flow velocity decreases due to the ventilation resistance inside the pin group.

【0016】(b) さらに、ピンの間を流れる空気の温度
は流路に沿って上昇し、ヒートシンク中央部では空気と
ピンとの温度差が小さくなって放熱量が低下する。
(B) Further, the temperature of the air flowing between the pins rises along the flow path, and the temperature difference between the air and the pins becomes small at the central portion of the heat sink, so that the heat radiation decreases.

【0017】これに対する対策としては、(A) 中央部を
通過する空気の流速を大きくすることと、(B) 中央部に
温度上昇していない空気を供給すること、の2点が考え
られる。
As measures against this, two points can be considered: (A) increasing the flow velocity of the air passing through the central portion, and (B) supplying air whose temperature has not risen to the central portion.

【0018】以上の知見に基づき、完成した本発明の要
旨は下記の(1) 〜(3) にある。(1) 基板と、その上に定
ピッチで林立した複数のピンとを有するピンフィン型の
強制空冷用のヒートシンクであって、被冷却素子の発熱
部に対応する基板部分に対し、基板面と平行な特定方向
の側および/または反特定方向の側のピンが前記発熱部
に対応する部分のピンより短い状態、および前記特定方
向の側および/または反特定方向の側のピンが間引きさ
れている状態のうち、少なくともいずれかの状態でピン
が配置されていることを特徴とする強制空冷用ヒートシ
ンク。
Based on the above findings, the gist of the present invention is as follows (1) to (3). (1) A pin fin type forced air cooling heat sink having a substrate and a plurality of pins arranged at a constant pitch on the substrate, wherein a substrate portion corresponding to a heat generating portion of the element to be cooled is parallel to the substrate surface. A state in which pins in a specific direction and / or an anti-specific direction are shorter than pins in a portion corresponding to the heat generating portion, and a state in which the pins in the specific direction and / or an anti-specific direction are thinned out Wherein the pins are arranged in at least one of the states.

【0019】(2) ピンが短いか、またはない基板部分の
面積が基板全体の面積の20%以下であることを特徴と
する前記(1) または(2) 項に記載の強制空冷用ヒートシ
ンク。
(2) The heat sink for forced air cooling as described in the above item (1) or (2), wherein the area of the substrate portion having short or no pins is 20% or less of the area of the entire substrate.

【0020】(3) 前記(1) または(2) 項に記載のヒート
シンクの特定方向の側から強制空冷用の冷却風を送るこ
とを特徴とするヒートシンクの冷却方法。
(3) A method for cooling a heat sink according to the above (1) or (2), wherein cooling air for forced air cooling is sent from a side in a specific direction of the heat sink.

【0021】ここで、「ピンが林立」した状態とは、多
数のピンが基板の平面上にほぼ直立して配置されている
ことを言い、「定ピッチ」とは、少なくとも前記特定方
向にピン相互の間隔が規則正しく配置されていることを
いう。
Here, "the state where the pins are standing" means that a large number of pins are arranged substantially upright on the plane of the substrate, and "constant pitch" means that the pins are located at least in the specific direction. It means that the mutual interval is regularly arranged.

【0022】「被冷却素子の発熱部に対応する基板部分
に対し、基板面と平行な特定方向の側」とは、例えば、
該特定方向に平行な空気流を想定したとき、該基板部分
の直風上側およびその直風上側の空気流路の両側部分を
いい、「反特定方向の側」とは該基板部分の直風下側お
よびその直風下側の空気流路の両側部分をいう。
"The side in a specific direction parallel to the substrate surface with respect to the substrate portion corresponding to the heat generating portion of the element to be cooled" means, for example,
Assuming an air flow parallel to the specific direction, it means the windward side of the substrate portion and both side portions of the air flow path on the windward side, and the “anti-specific direction side” is directly downwind of the substrate portion. Side and both sides of the air flow path immediately downstream of it.

【0023】「ピンが短い」とは、前記発熱部に対応す
る基板部分のいずれのピンよりも短く、高さゼロのピ
ン、すなわち実質的にピンがない状態も含まれる。「ピ
ンを間引き」するとは、当該基板部分の少なくとも1つ
のピンを除去することをいう。
The term "short pins" includes a pin shorter than any pin on the substrate portion corresponding to the heat generating portion and having a height of zero, that is, a state in which there is substantially no pin. "Pinning out pins" refers to removing at least one pin of the substrate portion.

【0024】また基板上の面積は、ピンが無い部分を除
き、定ピッチで配置された部分の基板の面積をピン数で
割った値を単位として計算する。
The area on the board is calculated by using a value obtained by dividing the area of the board of the portion arranged at a constant pitch by the number of pins, excluding the portion having no pins.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】図3は本発明のヒートシンクの一
例を示す概要図であり、同図(a) は平面図、同図(b) は
A−A断面の一列分のピンの縦断面図である。符号11
はピン、111aは長尺ピン(同図(a) では○で示
す)、11bは短尺ピン(同図(a) では●で示す)、1
2は基板、13は発熱部を表す。通常LSIのパッケー
ジは素子チップが中央に配置されているため、本説明で
はとくに断らない限り、LSIの発熱部に対応するヒー
トシンクの中央部をヒートシンクの発熱部ともいう。
FIG. 3 is a schematic view showing an example of a heat sink according to the present invention. FIG. 3 (a) is a plan view, and FIG. 3 (b) is a vertical sectional view of one row of pins AA. FIG. Code 11
Is a pin, 111a is a long pin (shown by a circle in FIG. 1A), 11b is a short pin (shown by a circle in FIG. 1A), 1
Reference numeral 2 denotes a substrate, and 13 denotes a heating unit. Normally, an LSI package has an element chip arranged in the center, and unless otherwise specified in this description, the central part of the heat sink corresponding to the heat generating part of the LSI is also called the heat generating part of the heat sink.

【0026】同図において、冷却風の流れ方向で見たと
き、発熱部13を通過する1列のピンが発熱部13以外
の周辺部、すなわち同図では発熱部13の風上側でピン
が短い部分がある。
In FIG. 2, when viewed in the flow direction of the cooling air, one row of pins passing through the heat generating portion 13 is short in the peripheral portion other than the heat generating portion 13, that is, in the figure, the pin is short on the windward side of the heat generating portion 13. There are parts.

【0027】冷却風の流れ方向の1列で見たとき、ピン
の合計の放熱面積は減少するが、最も高温になる基板中
央付近の長尺ピン11aの上部での通風抵抗は低くな
り、発熱部13を流れる冷却風の流速が増加するため、
発熱部13の熱伝達率が向上する。同時に、温度がまだ
上昇していない冷たい空気が発熱部13の長尺ピン11
aにあたりやすくなるために発熱部13の放熱性能が改
善される。発熱部13近傍に冷却風が十分に供給される
よう、短尺ピン11bの長さは長尺ピン11aの長さの
1/2以下が望ましい。
When viewed in one row in the flow direction of the cooling air, the total heat radiation area of the pins is reduced, but the ventilation resistance at the top of the long pin 11a near the center of the substrate where the temperature is the highest becomes low, and the heat is generated. Since the flow velocity of the cooling air flowing through the part 13 increases,
The heat transfer coefficient of the heat generating portion 13 is improved. At the same time, the cold air whose temperature has not yet risen is
The heat radiation performance of the heat generating portion 13 is improved because the heat radiation portion 13 is easily hit. The length of the short pin 11b is desirably not more than の of the length of the long pin 11a so that the cooling air is sufficiently supplied to the vicinity of the heat generating portion 13.

【0028】ただし、短尺ピン11bの部分の面積が全
体の基板面積の20%を超えると、放熱面積の減少によ
る放熱量の低下が著しくなり、部分的な熱伝達率の向上
分を相殺してしまうため好ましくない。
However, if the area of the short pins 11b exceeds 20% of the entire substrate area, the amount of heat radiation is significantly reduced due to the reduction of the heat radiation area, thereby offsetting the partial improvement of the heat transfer coefficient. This is not preferred.

【0029】本発明のヒートシンクのピンの配列に関し
ては、図1に示したように発熱部の風上側のピンを短尺
にした形式のほか、種々の態様がある。
As for the arrangement of the pins of the heat sink according to the present invention, there are various modes other than the type in which the pin on the windward side of the heat generating portion is shortened as shown in FIG.

【0030】図4は本発明のヒートシンクの他の例を示
す概要図であり、同図(a) は平面図、同図(b) はA−A
断面の一列分のピンの縦断面図である。同図および以下
の図において、図3と同一部分は同一の符号で示す。図
4において発熱部13の風上側のピン11は間引きされ
ている。同図においても、発熱部13の風上側のピン1
1の本数が少ないため、発熱部での冷却風の流速が増加
する効果と、冷たい空気が発熱部13のピン11にあた
りやすくなる効果がある。同図において、間引きされた
部分の面積が全体の基板面積の20%を超えると、放熱
面積の減少による放熱量の低下が著しくなり、部分的な
熱伝達率の向上分を相殺してしまうため好ましくない。
FIG. 4 is a schematic view showing another example of the heat sink of the present invention. FIG. 4A is a plan view, and FIG.
It is a longitudinal cross-sectional view of the pin of one row of a cross section. In this figure and the following figures, the same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 4, the pin 11 on the windward side of the heat generating unit 13 is thinned out. Also in FIG.
Since the number of 1s is small, there is an effect of increasing the flow velocity of the cooling air in the heat generating portion and an effect of making it easier for the cold air to hit the pins 11 of the heat generating portion 13. In the figure, when the area of the thinned portion exceeds 20% of the entire substrate area, the amount of heat radiation is significantly reduced due to the decrease in the heat radiation area, and the improvement in the partial heat transfer coefficient is offset. Not preferred.

【0031】図5は本発明のヒートシンクの他の例を示
す概要図であり、同図(a) は平面図、同図(b) はA−A
断面の一列分のピンの断面図である。同図において発熱
部13の風上側でピン11が存在しない部分がある。同
図の態様においても、発熱部での冷却風の流速が増加す
る効果と、冷たい空気が発熱部13のピン11にあたり
やすくなる効果がある。同図のピンの無い部分の面積が
全体の基板面積の20%を超えると、放熱面積の減少に
よる放熱量の低下が著しくなり、部分的な熱伝達率の向
上分を相殺してしまうため好ましくない。
FIGS. 5A and 5B are schematic views showing another example of the heat sink of the present invention. FIG. 5A is a plan view, and FIG.
It is sectional drawing of the pin of one row of a cross section. In the figure, there is a portion on the windward side of the heat generating portion 13 where the pin 11 does not exist. Also in the embodiment shown in the drawing, there is an effect of increasing the flow rate of the cooling air in the heat generating portion and an effect of making it easier for cold air to hit the pins 11 of the heat generating portion 13. If the area of the portion without pins in the figure exceeds 20% of the entire substrate area, the amount of heat dissipation is significantly reduced due to the decrease in the heat dissipation area, and the improvement in the partial heat transfer coefficient is offset, which is preferable. Absent.

【0032】図6は本発明のヒートシンクの他の例を示
す平面図である。同図に示すように、本発明のヒートシ
ンクのピン配置は流れを横切る方向に、中央から順にピ
ン数が変化するように配列されている。このように、ピ
ンを配置することにより、発熱部13への冷風供給は図
5のヒートシンクの例より一層大きくなる。
FIG. 6 is a plan view showing another example of the heat sink of the present invention. As shown in the figure, the pin arrangement of the heat sink of the present invention is arranged so that the number of pins changes sequentially from the center in the direction crossing the flow. By arranging the pins in this manner, the supply of the cool air to the heat generating unit 13 is further increased as compared with the example of the heat sink in FIG.

【0033】図7は本発明のヒートシンクの他の例を示
す平面図である。同図に示すように、ピンを配置しない
部分が発熱部の風上側および風下側の双方にあって、通
気方向のピン数を減らすようにしている。ピンを配置し
ない部分を風下側のみに限るようにしてもよい。
FIG. 7 is a plan view showing another example of the heat sink of the present invention. As shown in the figure, portions where no pins are arranged are on both the leeward and leeward sides of the heat generating portion, so that the number of pins in the ventilation direction is reduced. The portion where the pin is not arranged may be limited only to the leeward side.

【0034】本発明のヒートシンクでは、発熱部を通る
空気の流れに沿ったピンのピッチはそれ以外の部分のピ
ンのピッチと同一である。図8は本発明に含まれないヒ
ートシンクの例の平面図である。同図において、空気の
流路方向に沿ってピン数を減少させずに、ヒートシンク
中央部のピンの流れ方向のピッチを小さくし、発熱部の
前方にピンの存在しないスペースを設けている。同図の
例では、発熱部近くのピンに冷たい空気が当たりやすく
なるが、通風抵抗も増加してしまい、ヒートシンク中央
部を流れる空気量の増加は期待できない。
In the heat sink of the present invention, the pitch of the pins along the flow of the air passing through the heat generating portion is the same as the pitch of the pins in the other portions. FIG. 8 is a plan view of an example of a heat sink not included in the present invention. In the drawing, the pitch in the flow direction of the pins at the center of the heat sink is reduced without decreasing the number of pins along the flow direction of the air, and a space where no pins exist is provided in front of the heat generating portion. In the example shown in the figure, although the cold air easily hits the pins near the heat generating portion, the ventilation resistance also increases, so that an increase in the amount of air flowing through the central portion of the heat sink cannot be expected.

【0035】図9は本発明に含まれないヒートシンクの
他の例の平面図である。同図において、ヒートシンクの
発熱部のピン数を減少させて、ピンピッチを大きくすれ
ば、熱伝達率の高くなる前面のピンの位置が発熱部より
離れてしまうことになり、ヒートシンク中央部からの放
熱量の改善にはいたらない。
FIG. 9 is a plan view of another example of a heat sink not included in the present invention. In the figure, if the number of pins of the heat-generating portion of the heat sink is reduced and the pin pitch is increased, the position of the pin on the front surface where the heat transfer coefficient is high is separated from the heat-generating portion, and the heat is released from the central portion of the heat sink. No improvement in calorific value.

【0036】上述の通り、本発明は、強制空冷用ピンフ
ィン型ヒートシンクにおいて、放熱に寄与する割合の低
い発熱部の風上側および/または風下側のピンを短くす
るか、間引きするか、あるいは除去することにより放熱
に寄与する割合の高い中央部のピンの熱伝達率を大きく
し、優れた放熱性能を有するヒートシンクを得るもので
ある。
As described above, according to the present invention, in the pin fin type heat sink for forced air cooling, the pins on the windward and / or leeward side of the heat generating portion which contributes little to heat radiation are shortened, thinned out, or eliminated. Thus, the heat transfer coefficient of the central pin, which contributes to heat dissipation, is increased, and a heat sink having excellent heat dissipation performance is obtained.

【0037】なお、本発明では短尺化または間引きする
ピンの数は特に規定するものではなく、発熱部の大き
さ、使用環境に応じて最適なピンの配置をその都度決定
することが望ましい。
In the present invention, the number of pins to be shortened or thinned out is not particularly limited, and it is desirable to determine an optimum pin arrangement each time according to the size of the heat generating portion and the use environment.

【0038】また、上記説明では発熱部がヒートシンク
の中央部にあるとして説明したが、特殊な素子の場合、
必ずしも発熱部が中央部にないこともある。その場合、
発熱部に対応する部分のピンはそのままとし、発熱部の
風上側および/または風下側でピンのない部分を設ける
ことが望ましい。
In the above description, the heat generating portion is described as being at the center of the heat sink, but in the case of a special element,
The heating part may not always be at the center. In that case,
It is desirable to leave a pin corresponding to the heat generating portion as it is and to provide a pinless portion on the windward and / or leeward side of the heat generating portion.

【0039】[0039]

【実施例】次に本発明を実施例を用いて説明する。 (実施例1)図10は実施例1の試験に用いたヒートシ
ンクを示す概要図であり、同図(a)は本発明例、同図(b)
は比較例である。同図(a) において、各寸法は基板部
が100mm×100mm×厚さ4mmで、ピン寸法は
φ2.0mm×高さ29mm、ピンピッチ4.0mmで
ある。一列のピン数は22本であり、同図(a) に示すよ
うに、本発明のヒートシンクの中央部のピン列の流れ方
向の前よりのピン10x4=40本を除去しており、ピ
ンの総本数は444本である。同図(b) の比較例のヒー
トシンクは、基板寸法、ピン寸法は同図(a) の本発明例
と同じで、ピンを全く除去しないヒートシンクである。
Next, the present invention will be described with reference to examples. (Embodiment 1) FIG. 10 is a schematic view showing a heat sink used in the test of Embodiment 1, wherein FIG. 10A is an example of the present invention, and FIG.
Is a comparative example. In FIG. 9A, the dimensions of the substrate are 100 mm × 100 mm × 4 mm in thickness, the pin dimensions are φ2.0 mm × 29 mm in height, and the pin pitch is 4.0 mm. The number of pins in one row is 22, and as shown in FIG. 2A, 40 × 10 × 4 pins in front of the flow direction of the pin row at the center of the heat sink of the present invention are removed, and The total number is 444. The heat sink of the comparative example shown in FIG. 9B has the same substrate dimensions and pin dimensions as those of the example of the present invention shown in FIG.

【0040】これら本発明例、比較例のヒートシンクの
基板裏側(図中波線で囲んだ領域)に40×40mmの
面発熱型のヒータを張り付け、断面が180×55mm
のダクトにセットし、ヒータを加熱しながら冷却風を
0.5〜4.0m/sの範囲で変化させて流し、ヒータ
表面の温度を測定してヒートシンクの放熱性能を測定し
た。
A 40 × 40 mm surface-heating type heater was attached to the back side of the substrate (the area surrounded by the wavy line in the drawing) of the heat sinks of the present invention and comparative examples, and the cross section was 180 × 55 mm.
And the cooling air was flowed while changing the temperature in the range of 0.5 to 4.0 m / s while heating the heater, and the heat dissipation performance of the heat sink was measured by measuring the temperature of the heater surface.

【0041】図11は試験結果を示すグラフである。同
図の縦軸は熱抵抗(単位入熱量当たりの基板温度の上昇
値:℃/W)、横軸は冷却風の流速(m/s)である。
同図に示すように、風速2m/s以下の場合には本発明
のヒートシンクの放熱性能が5〜10%優れていること
がわかった。
FIG. 11 is a graph showing test results. The vertical axis in the figure is the thermal resistance (elevated value of the substrate temperature per unit heat input: ° C / W), and the horizontal axis is the flow velocity (m / s) of the cooling air.
As shown in the figure, when the wind speed was 2 m / s or less, the heat radiation performance of the heat sink of the present invention was found to be excellent by 5 to 10%.

【0042】(実施例2)図12は実施例2の試験に用
いたヒートシンクを示す概要図であり、同図(a)は本発
明例、同図(b) は比較例である。
(Example 2) FIG. 12 is a schematic view showing a heat sink used in the test of Example 2, wherein FIG. 12 (a) is an example of the present invention and FIG. 12 (b) is a comparative example.

【0043】同図(a) において、各寸法は基板部が基板
部が60mm×60mm×厚さ3mmで、ピン寸法はφ
1.5mmx高さ20mm、ピンのピッチ2.7mmで
ある。一列のピン数は22本であり、同図(a) 示すよう
に、本発明のヒートシンクの中央部のピン列の流れ方向
の前後のピン36×2=72本を除去してある。そのた
めピンの総本数は412本である。同図(b) の比較例の
ヒートシンクは、基板寸法、ピン寸法は同図(a) の本発
明例と同じで、ピンを全く除去しないヒートシンクであ
る。
In FIG. 5A, each dimension of the substrate is 60 mm × 60 mm × 3 mm in thickness, and the pin dimension is φ
1.5 mm x height 20 mm, pin pitch 2.7 mm. The number of pins in one row is 22, and as shown in FIG. 7A, 72 pins 36 × 2 = 72 before and after in the flow direction of the pin row at the center of the heat sink of the present invention are removed. Therefore, the total number of pins is 412. The heat sink of the comparative example shown in FIG. 6B has the same substrate dimensions and pin dimensions as those of the present invention shown in FIG.

【0044】これら本発明例、比較例のヒートシンクの
基板裏側に32mm×32mmの面発熱型のヒータを張
り付け(図中波線で囲んだ領域)、断面が200mm×
100mmのダクトにセットし、ヒータを加熱しながら
冷却風を0.5〜4.0m/sの範囲で変化させて流
し、ヒータ表面の温度を測定してヒートシンクの放熱性
能を測定した。
A 32 mm × 32 mm surface heating type heater was attached to the back side of the substrate of each of the heat sinks of the present invention and comparative examples (the area surrounded by the wavy line in the figure), and the cross section was 200 mm ×
It was set in a 100 mm duct, the cooling air was flowed while changing the temperature in the range of 0.5 to 4.0 m / s while heating the heater, the temperature of the heater surface was measured, and the heat radiation performance of the heat sink was measured.

【0045】図10は本実施例2の試験結果を示すグラ
フである。縦軸横軸は図11と同じである。同図に示す
ように、風速2m/s以下の場合には本発明のヒートシ
ンクの放熱性能が5〜10%優れていることがわかる。
FIG. 10 is a graph showing test results of the second embodiment. The vertical and horizontal axes are the same as in FIG. As shown in the figure, when the wind speed is 2 m / s or less, the heat radiation performance of the heat sink of the present invention is superior by 5 to 10%.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明のヒートシンクを用いることによ
り、ヒートシンク中央部の熱伝達を向上することがで
き、LSI素子などの発熱素子の安定化を図ることがで
きる。
By using the heat sink of the present invention, the heat transfer at the central portion of the heat sink can be improved, and the heat generating element such as an LSI element can be stabilized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】ピングリッドアレイ型のLSIパッケージ21
にヒートシンク22を取り付けた状態を示す縦断面図で
ある。
FIG. 1 shows a pin grid array type LSI package 21.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a state where a heat sink 22 is attached to the radiator.

【図2】ピンフィン型ヒートシンクの外観を示す斜視図
である。
FIG. 2 is a perspective view showing an appearance of a pin fin type heat sink.

【図3】本発明のヒートシンクの例を示す概要図であ
り、同図(a) は平面図、同図(b)はA−A断面の一列分
のピンの縦断面図である。
FIG. 3 is a schematic view showing an example of a heat sink according to the present invention, wherein FIG. 3 (a) is a plan view and FIG. 3 (b) is a longitudinal sectional view of one row of pins taken along the line AA.

【図4】本発明のヒートシンクの例を示す概要図であ
り、同図(a) は平面図、同図(b)はA−A断面の一列分
のピンの縦断面図である。
FIG. 4 is a schematic view showing an example of a heat sink according to the present invention. FIG. 4 (a) is a plan view, and FIG. 4 (b) is a longitudinal sectional view of one row of pins taken along the line AA.

【図5】本発明のヒートシンクの他の例を示す概要図で
あり、同図(a) は平面図、同図(b) はA−A断面の一列
分のピンの断面図である。
FIGS. 5A and 5B are schematic views showing another example of the heat sink of the present invention, wherein FIG. 5A is a plan view and FIG. 5B is a cross-sectional view of one row of pins taken along the line AA.

【図6】本発明のヒートシンクの例を示す平面図であ
る。
FIG. 6 is a plan view showing an example of a heat sink according to the present invention.

【図7】本発明のヒートシンクの例を示す平面図であ
る。
FIG. 7 is a plan view showing an example of a heat sink of the present invention.

【図8】本発明に含まれないヒートシンクの例の平面図
である。
FIG. 8 is a plan view of an example of a heat sink not included in the present invention.

【図9】本発明に含まれないヒートシンクの例の平面図
である。
FIG. 9 is a plan view of an example of a heat sink not included in the present invention.

【図10】試験に用いたヒートシンクを示す概要図であ
り、同図(a) は本発明例、同図(b) は比較例である。
FIG. 10 is a schematic view showing a heat sink used in the test, wherein FIG. 10 (a) is an example of the present invention and FIG. 10 (b) is a comparative example.

【図11】試験結果を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing test results.

【図12】試験に用いたヒートシンクを示す概要図であ
り、同図(a) は本発明例、同図(b) は比較例である。
FIG. 12 is a schematic view showing a heat sink used in the test, wherein FIG. 12 (a) is an example of the present invention and FIG. 12 (b) is a comparative example.

【図13】試験結果を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing test results.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 ピン 11a 長尺ピン 11b 短尺ピン 12 基板 13 発熱部 21 LSIパッケージ 22 ヒートシンク 23 Siチップ 24 伝熱基板 25 コンテナ 26 多層配線板 27 リッド 27a 気密空間 11 Pin 11a Long Pin 11b Short Pin 12 Substrate 13 Heating Part 21 LSI Package 22 Heat Sink 23 Si Chip 24 Heat Transfer Board 25 Container 26 Multilayer Wiring Board 27 Lid 27a Airtight Space

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、その上に定ピッチで林立した複
数のピンとを有するピンフィン型の強制空冷用のヒート
シンクであって、被冷却素子の発熱部に対応する基板部
分に対し、基板面と平行な特定方向の側および/または
反特定方向の側のピンが前記発熱部に対応する部分のピ
ンより短い状態、および前記特定方向の側および/また
は反特定方向の側のピンが間引きされている状態のう
ち、少なくともいずれかの状態でピンが配置されている
ことを特徴とする強制空冷用ヒートシンク。
1. A pin fin type forced air cooling heat sink having a substrate and a plurality of pins arranged at a constant pitch on the substrate, wherein a substrate portion corresponding to a heat generating portion of an element to be cooled is disposed on a substrate surface. A state in which pins on the side of the parallel specific direction and / or on the side opposite to the specific direction are shorter than pins on a portion corresponding to the heat generating portion, and the pins on the side of the specific direction and / or on the side opposite to the specific direction are thinned out. Characterized in that the pins are arranged in at least one of the states of the forced air cooling.
【請求項2】 ピンが短いか、またはない基板部分の面
積が基板全体の面積の20%以下であることを特徴とす
る請求項1または2に記載の強制空冷用ヒートシンク。
2. The heat sink for forced air cooling according to claim 1, wherein the area of the substrate portion having short or no pins is 20% or less of the area of the entire substrate.
【請求項3】 請求項1または2のいずれかに記載のヒ
ートシンクの特定方向の側から強制空冷用の冷却風を送
ることを特徴とするヒートシンクの冷却方法。
3. A method for cooling a heat sink, comprising: sending cooling air for forced air cooling from a side of a specific direction of the heat sink according to claim 1 or 2.
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