JP2001053201A - ヒートシンク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被冷却部品（電子部品）の熱を外部に放出す
るヒートシンクのフィン形状を改良し、熱移動効率を向
上させたヒートシンクを提供すること。 【解決手段】 本発明は、発熱体を取り付けるベースプ
レートと、該ベースプレートに立設しベースプレートの
熱を放熱するフィンとからなるヒートシンクにおいて、
前記ベースプレートに立設のフィンの先端は隣接するい
ずれかのフィンと少なくともその一部で連結しているこ
とを特徴とするヒートシンクである。前記連結部をフィ
ン先端よりも高く構成し、フィンに風を送るファンを該
連結部でその動きを規制するように装着し、ファンの取
り付けを安定化したことを特徴とするヒートシンクであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は各種電子・電気機器
に搭載される電子機器やその部品の放熱に用いられるヒ
ートシンクの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンピューター等に代表される各種電子
・電気機器に搭載されている半導体素子等の放熱は、近
年、重要課題として注目されてきている。このような放
熱が必要な半導体素子等の放熱方法として、それが搭載
される機器筐体にファンを取り付け、その機器筐体内の
空気を強制循環する方法や、放熱すべき半導体素子等に
ヒートシンクを取り付けて放熱する方法、あるいはこれ
らを組み合わせた方法等が代表的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】放熱すべき半導体素子
等の部品（以下、被冷却部品と言う）を放熱するヒート
シンクとしては従来から各種のものが提案され実用化さ
れている。中でも、近年この種ヒートシンクの小型化を
図るためにフィン付きベースプレートとファンとを一体
的に組み立てた空冷式のファン付きヒートシンクが提案
され、実用化の段階に入っている。このようなヒートシ
ンクの一つを図７に示す。図７に示すヒートシンク７０
は銅、アルミあるいはマグネシウム等のベースプレート
７１にフィン７２として薄い平板を複数枚、ベースプレ
ート７１に対して直角に取り付け、該フィン７２上方に
設けたファン７３により風を送る構成となっている。か
かるヒートシンク７０による被冷却部品７４の放熱は、
被冷却部品７４をベースプレート７１の受熱部７５に面
接触するように取り付ける。被冷却部品７４からの熱は
ベースプレート７１からフィン７２を介して外気へ放熱
する。フィン７２はファンの回転による強制送風により
空冷され、被冷却部品７４の熱を放熱する。この構造の
ヒートシンク７０はベースプレート７１に薄板のフィン
７２を直接取り付けているので伝熱面積を大きく取れ、
従って、装置を小型化することが容易であるという利点
がある。

【０００４】しかしながら、電子機器装置内の発熱量の
増大や、実装密度の高まり等から従来の空冷方式では十
分な冷却性能が得られなくなってきている。また、従来
のヒートシンクはベースプレートとフィンとをアルミニ
ウムやマグネシウムのダイキャストによる一体成形や一
体押出し、あるいは機械加工で制作されていた。この
内、ダイキャストによる一体成形や押出成形ではフィン
の厚さを薄くしたり、高さを高くするのに限界があり、
ヒートシンクとして十分な性能を引き出すことができ
ず、また、機械加工ではコストが高くなり、量産には適
さない等の問題点があった。このため、ベースプレート
７１とフィン７２とを別々に作り、ベースプレート７１
にフィン７２を一枚一枚組み付ける方法が提案されてい
るが、薄いフィン７２をベースプレート７１に直角に、
かつ一定の幅をおいて立設するには精密な機械加工や熟
練した技術を要し、コスト高にもなっていた。このた
め、一枚の長い薄板をコルゲート状に折り曲げたコルゲ
ートフィンが提案されている。このコルゲートフィンは
フィン全体が一枚の薄板で構成されているのでベースプ
レートへの取付けは容易となるが、このフィンに図７に
示すように上方からファンの風を送る構造とすると各々
のフィンの片面にしか風が当たらず、従って放熱効率が
悪いという欠点があった。

【０００５】この解決策の一つとして本発明者等はフィ
ンの構造を種々考案し、放熱性を犠牲にすることなく加
工性、組み立て性に優れたフィン構造を開発するととも
に、ファンの羽の構造とフィンの高さとの関係を解明
し、全体の大きさ（特に高さ）を大きくすることなく放
熱効果に優れた、フィン付きベースプレートとファンと
を一体に組み付けたヒートシンクを種々実験の結果完成
させた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した従来
のヒートシンクの問題点を解消し、放熱効率に優れ、コ
ンパクトなヒートシンクを提供するものである。本願の
第１の発明は、発熱体を取り付けるベースプレートと、
該ベースプレートに立設しベースプレートの熱を放熱す
るフィンとからなるヒートシンクにおいて、前記ベース
プレートに立設のフィンの先端は隣接するいずれかのフ
ィンと少なくともその一か所で連結されていることを特
徴とするヒートシンクである。

【０００７】また、本願の第２の発明は、発熱体を取り
付けるベースプレートと、該ベースプレートの熱を放熱
するフィンと、該フィンに風を送るファンとからなるヒ
ートシンクにおいて、フィンの先端は隣接するいずれか
のフィンと一か所で連結され、該フィン相互を連結する
連結部はフィン先端よりも高く構成され、前記ファンは
前記連結部で動きが規制されるように装着されているこ
とを特徴とするヒートシンクである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下図面に基づいて本発明の実施
の形態を説明する。図１（イ）（ロ）は本発明の第１の
実施形態を示すもので、（イ）はフィン付きヒートプレ
ート、（ロ）はヒートプレートにファンを組付けたヒー
トシンクである。図において、Ｈは本発明のヒートシン
クで、銅、アルミニウム、鉄、ステンレス等の伝熱性に
優れたベースプレート１と、該ベースプレート１に立設
した銅、アルミニウム、鉄、ステンレス等の伝熱性に優
れたフィン２と、該フィン２の上方に設けたファン３と
から構成され、フィン２付きベースプレート１とファン
３とは一体に組み立てられている。前記ファン３は図示
しないモータで回転する回転羽４と、該回転羽４を取り
付けたケーシング５からなり、回転羽４は回転軸６と翼
７とで構成されている。８は電子部品等の発熱体（被冷
却部品）でベースプレート１のフィン取り付け面とは反
対側の面１０（受熱面）に伝熱効率よく取り付けられて
いる。

【０００９】上記実施形態に示す本発明のフィン２は、
図１（イ）に示すようにベースプレート１に立設され、
その先端は隣接するいずれかのフィンと少なくともその
一か所で連結されている。図中９はその連結部で、図示
した実施形態では連結部９は左右に一か所づつ設けられ
ている。このように、フィン２の先端を隣接するフィン
２とその一か所で連結することによりフィンを薄くして
もフィン相互の間隔が不規則になることがなく、強度も
向上し、フィンとしての放熱性能も向上する。即ち、連
結部９はフィン相互の間隔が不規則になるのを防止し、
かつ、強度を落とさない程度の幅とすることで空気の流
れを阻害することなく、連結部９を設けることで放熱効
率が低下するようなこともない。

【００１０】かかるフィン２の制作は、図２（イ）に示
すように長尺の薄板１２に一定間隔でスリット１３を開
け、図２（ロ）に示すように破線１４に沿ってコルゲー
ト状に折り曲げることにより極めて簡単に作成すること
ができる。図３（イ）は、連結部９が中央にくるように
スリット１３を両端に抜けるように設けて構成したもの
である。なお、連結部９の位置は図２（イ）に示すよう
に同一位置でもよく、あるいは図３（ロ）に示すように
任意に設けてもよく、放熱効果とデザインとを加味して
設計することが可能である。このように、フィン２をコ
ルゲート状に折り曲げることによりフィン２をベースプ
レート１に取り付ける作業はフィン全体が一体となって
おり、かつフィン２とベースプレート１との接触面が平
面となっているので、例えばベースプレート１のフィン
立設面に接着剤（半田、合成樹脂性接着剤等）を塗布し
てフィン２を取り付けることができ、取付け作業に特殊
な加工や熟練を要さずに組み付けることができる。

【００１１】図４（イ）（ロ）は本発明の第２の実施形
態を示すもので、（イ）はフィン付きヒートプレート
を、（ロ）はフィン付きヒートプレートにファンを組付
けたものである。本実施例では、フィン２相互はその両
端に連結部９を有し、該連結部９はフィン先端よりもや
や高く構成され、フィン先端部の両連結部９間にはファ
ン３が設けられた構造となっている。フィン連結部９を
フィン先端よりも高く構成するには、図５（イ）に示す
ようにフィン用薄板１２に設けるスリット１３の幅より
も狭い幅の破線１４に沿って折り曲げることにより簡単
に構成することができる。上述したようにファン３はフ
ィン先端の連結部９、９間に配置される。このようにフ
ァン３を連結部９、９間に配置することによりファン３
は連結部９でその動きを規制され、従って、ファン３の
フィン付きベースプレートへの取付けは極めて容易とな
る。特に、図５（ロ）または（ハ）に示すように連結部
９の位置をファン３（あるいはケーシング５）の外形に
合わせて構成すれば、ファン３は前後左右に動くことが
できなくなるため、その取付けはなお一層簡素化でき、
組み立て工数が削減できてコスト低減となる効果があ
る。

【００１２】ベースプレ−ト１とフィン２との部材（材
質、あるいは材料）を選択することによってもヒートシ
ンクとしての性能を大きく変更することができる。例え
ば軽量のヒートシンクを構成するには、軽く熱伝導率の
良いアルミニウムを使用し、ベースプレートとしては強
度に優れるアルミ合金（例えば６０００系合金）を使用
し、フィン材としては加工性に優れるアルミ合金（例え
ば１０００系合金）を採用することにより軽量で優れた
性能を有するヒートシンクを提供できる。また、熱伝導
性能を重視するならばベースプレートにアルミニウムよ
りも約２倍熱伝導率に優れる銅を使用し、フィンとして
は加工性に優れるアルミニウムを使用することで、要求
性能を満足するヒートシンクを提供することができる。
このように、放熱効率、重量、価格等を勘案して設計値
に合わせた構成とすることが可能となる。

【００１３】次に、フィン２の高さとファン３の回転羽
４の回転軸６の関係につき種々実験した結果、フィン２
の高さａをファンの羽回転軸６の軸径ｂより短くするこ
とにより放熱効率がよくなることを見いだした。図６は
横軸に（フィン２の高さａ／ファン３の羽回転軸６の軸
径ｂ）を、縦軸に放熱性能（°Ｃ／Ｗ）をとり、実験結
果をグラフとしたもので、このグラフから明らかなよう
に、フィン２の高さａがファンの羽回転軸６の軸径ｂよ
りも大きい場合（グラフの右サイド）の放熱効率はフィ
ンの高さが大きい程悪く、フィン２の高さａがファンの
羽回転軸６の軸径ｂと等しいか、小さくなると（グラフ
の左サイド）放熱効率はよくなることが分かる。

【００１４】

【実施例１】図４に示すヒートシンクを、フィンの高さ
（ａ）を２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍ、３５ｍｍと変
化させ、また、風量特性を類似させて、羽回転軸の軸径
（ｂ）を表１に示すように異ならせて作成し、放熱性能
を実験した。実験結果を表１に併記する。 表１ 上記表１から明らかなように、ファンの羽回転軸の軸径
とフィンの高さが等しいかあるいは短い時に放熱効率が
向上していることが分かる。

【００１５】本発明は上述したように、フィン２の先端
の少なくとも一か所を隣接するいずれかのフィン２に連
結したことにより、フィン２の作成、ならびにフィン２
をベースプレート１に組付ける作業を極めて容易とし、
該フィン２の上方に設けたファン３からの風をフィン２
の両面に受けることで放熱効率が従来のコルゲートフィ
ンを使用した場合に比べて１．８倍向上したヒートシン
クを構成することができる。また、フィンとフィンとを
連結する連結部９をフィン２の高さよりも高くし、該連
結部９でファンの動きを規制することで、ファンの取り
付け作業が簡素化されるとともにファン３とフィン２と
の位置が長年にわたりズレることがなく、安定した性能
のヒートシンクを提供することができる。なお、フィン
２の高さとファン３の羽回転軸６の軸径との関係を、
（フィン２の高さａ／ファン３の羽回転軸６の軸径ｂ）
が１かまたは１より小さくすることで放熱効果に優れた
ヒートシンクを構成することができる。

【００１６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は放熱性に
優れ、かつ製造、加工の容易なヒートシンクを効率よく
安価に提供できる優れた効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（イ）（ロ）は本発明の一実施形態を示す説明
図で、（イ）はフィン付きヒートプレートを、（ロ）は
ヒートシンクを示す斜視図である。

【図２】（イ）（ロ）はフィンを作成する工程を示す説
明図である。

【図３】（イ）（ロ）はフィンを作成する薄板の加工過
程を示す説明図である。

【図４】（イ）（ロ）は本発明の他の実施形態を示す説
明図で、（イ）はフィン付きヒートプレートを、（ロ）
はヒートシンクを示す斜視図である。

【図５】（イ）（ロ）（ハ）はフィンを作成する薄板の
加工過程を示す説明図である。

【図６】ヒートシンクにおけるフィンの高さと羽回転軸
の軸径の関係を示すグラフである。

【図７】従来のヒートシンクを示す説明図である。

【符号の説明】

Ｈ ヒートシンク １ ベースプレート ２ フィン ３ ファン ６ 回転軸 ７ 翼 ９ 連結部 １２ フィン用薄板 １３ スリット １４ 破線（折り曲げ線）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱体を取り付けるベースプレートと、
   該ベースプレートに立設しベースプレートの熱を放熱す
   るフィンとからなるヒートシンクにおいて、前記ベース
   プレートに立設のフィンの先端は隣接するいずれかのフ
   ィンと少なくともその一か所で連結していることを特徴
   とするヒートシンク。
2. 【請求項２】 発熱体を取り付けるベースプレートと、
   該ベースプレートの熱を放熱するフィンと、該フィンに
   風を送るファンとからなるヒートシンクにおいて、フィ
   ンの先端は隣接するいずれかのフィンと一か所で連結さ
   れ、該フィン相互を連結する連結部はフィン先端よりも
   高く構成され、前記ファンは前記連結部で動きが規制さ
   れるように装着されていることを特徴とするヒートシン
   ク。