JP2005079349A

JP2005079349A - ルーバー付きヒートシンク

Info

Publication number: JP2005079349A
Application number: JP2003307986A
Authority: JP
Inventors: Seizo Ueno; 誠三上野; Toshiyuki Hosokawa; 俊之細川; Yoshiya Eda; 義弥枝
Original assignee: Furukawa Sky KK
Current assignee: Furukawa Sky KK
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2023-08-29
Also published as: JP4462877B2

Abstract

【課題】ルーバーが設けられた櫛型ヒートシンクの放熱性能の向上を図る。
【解決手段】発熱体を接続するベース板（２）に放熱用のフィン（１）が取り付けられており、そのフィン（１）にルーバー（４）が設けられたヒートシンクであって、流入した冷却流体（５）の一部をヒートシンクのフィンの先端（１ａ）側へ偏向させ、フィンの先端（１ａ）側からフィン外へ排出するようルーバー（４）をベース板（２）から離れた位置に配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＩＧＢＴなどの発熱素子を冷却するためのヒートシンクに関するものである。

従来の櫛形や格子形のヒートシンクは、図４に示すようにベース板２の片面に被冷却体として放熱用の板状フィン１が、ロウ付けまたはカシメにより立設されている。冷却はフィン１の間を流れる冷却流体５により、フィン１およびベース板２からの放熱によるものである。このヒートシンクは安価なため多く使われているが、放熱性能が低い欠点がある。
そこで、出願人等は放熱用のフィン１にルーバー４を取付け、冷却流体の流れをベース板２側に偏向させて放熱性能を向上させることを提案した。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１１８９７２号公報

一般の櫛型ヒートシンクの場合、冷却流体には厚い境界層ができるため効率の良い放熱が行えず性能が良くないという問題があった。
また、上記公報記載のものは、ルーバーを用いて流入する冷却流体をベース板側に向け、ベース板側の流速を上げて放熱性能を向上させることを意図したものである。しかし、風下側ルーバーの多くは多数の風上側ルーバーの影となるため、冷却流体は風下側ルーバーからあまり入らずルーバーの設置効果が小さかった。そのうえ、逆にルーバーが障害となって冷却流体の流速が落ち、風下側のフィン部分の放熱効率が悪くなって意図したほど冷却性能が向上しないことがあった。

本発明者等は、上記の課題に鑑み研究の結果、温まった流体を積極的に外部へ排出することに着目し本発明をなすに至った。
すなわち、本発明は、
（１）発熱体を接続するベース板に放熱用のフィンが取り付けられており、そのフィンにルーバーが設けられたヒートシンクであって、流入した冷却流体の一部をヒートシンクのフィンの先端側へ偏向させるルーバーを配置したことを特徴とするヒートシンク、および、
（２）前記ルーバーをベース板から離れた位置に１個以上配置したことを特徴とする（１）に記載のヒートシンク、
を提供するものである。

本発明は、冷却流体の一部をフィン先端側へ偏向させるルーバーを配置することで、ヒートシンクのフィンの先端側から冷却流体の一部を排出し、ヒートシンク内から温まった冷却流体を積極的に排出し、フィン外の周りの冷たい冷却流体を多量に取り込むことができる。また、冷却流体の一部はルーバーに邪魔されることなくそのまま直進するので、流速が低下することはない。したがって、本発明のヒートシンクは高い放熱性能が得られる。

本発明のヒートシンクの好ましい実施の態様について、図１〜図３を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明のヒートシンクの斜視図であり、図２は本発明のヒートシンクの側面図である。本発明のヒートシンクは、図１に示すように発熱素子３（図２に示す）が接続されたベース板２の片面には、被冷却体として櫛型に板状の放熱用のフィン１が取り付けられている。そして、前記放熱用のフィン１に、冷却流体５の流れ方向からフィンの先端１ａ（本明細書では、フィンが取り付けられているベース側の反対側を「先端」という）側に向かって傾斜してルーバー４を配置する。
そして、図２に流線６で示すように、このルーバー４のガイド作用により偏向し、フィン間に流入した冷却流体の一部をフィン間の先端１ａ側から排出するようにしている。ルーバーの影響を受けない冷却流体の一部は、そのまま直進し流入側と対向する側から排出する。

これにより、図２に示すようにヒートシンクのフィン１間から温まった冷却流体を積極的にフィン外部へ排出し、ヒートシンク周囲の冷たい冷却流体を多く取り込むことができる。またヒートシンクのフィン内とフィン外との流速の違いで生じる圧力差により、ヒートシンクフィン内の温まった冷却流体が吸引排出され、フィン間の流速は上がり放熱性能が向上する。
更に、図２に示すように、ルーバーによりフィン間の冷却流体の流れを曲げたり、ルーバーで流れを乱すことにより、フィン表面に形成される境界層の厚さを薄くし、フィンから効率良く放熱することができる。
本発明は、先に述べた特開２００１−１１８９７２号公報に記載の技術とは異なり、ルーバーでベース板側からフィンの先端側へ冷却流体を大量に排出するため、フィン先端まで冷却流体が通って流速が上り、フィン全体で効率良く放熱することができる。

設置するルーバー４は、放熱用のフィン１とベース板３のサイズ、発熱素子の位置や発熱量、冷却流体の速度等の条件を勘案し、その数やサイズ、配置位置、列数、冷却流体に対する角度を設定する。
ルーバーの設置角度は、流体の流れ方向から先端側に向かって（図１のθ）５°〜４５°傾斜しているのが好ましく、さらに好ましいのは５°〜１５°である。傾斜角度（θ）が小さいとルーバーの設置意義がなく、冷却流体が先端側から出にくく、大きくてもルーバーが抵抗板になり流速を弱め、同様にフィンの先端側から出にくいためである。なお、各ルーバーは同一の傾斜角度で設置するのが、その作製上好ましいが、必ずしも同一ではなく、フィン面の取り付ける位置によって、または冷却流体の流入側からの距離によってその傾斜角度を変更してもよい。

ルーバー４の設置位置は、冷却流体の一部をフィンの先端１ａ側から排出できればどの位置でもよく、ベース板２から離れた位置であればよい。例えば、図１〜図３に示すようにフィンの先端近傍に設けてもよいし、フィンの高さ方向中間部に設置してもよい。いずれにしても、フィンの先端側からの排出を良好にするには、その位置は、フィン高さの半分位置よりもフィンの先端寄りに設置するのが好ましい。
また、ルーバー４は図１に示すように冷却流体の流入方向に１列に一様に分布配置させることもできるが、２列、３列と複数列とすることもできる。列は、同一高さ位置ではなく、図２に例示するようにその高さ位置がずれていてもよい。

一列に配置するルーバーの数は、１個以上いくらでもよく、特に冷却流体の流入速度に基づいてその間隔を考慮して、設置個数を設定するのがよい。そのサイズにも特に制限はなく、適宜の大きさでよく、同一サイズのものが作製するには都合がよい。しかし、図３に示すように下流側のものは大きくすることにより、先端側への排出を良好にすることもできる。

本発明のヒートシンクにあっては、発熱素子を設けたベース板２及び被冷却体であるフィン１の材質は、例えば熱伝導性の高いアルミニウム又はアルミニウム合金が用いられている。フィンはアルミニウムに限らず、銅などの金属板でもよい。ベース板とフィンがアルミニウム又はその合金であれば、一体でアルミ押出成形で形成することもできるし、フィンとベース板を別々に作りロウ付けやはんだ、溶接、カシメで接合して作製することもできる。
一般的に放熱用のフィンはアルミニウムや銅などの金属板を用いる。ルーバー４は、フィン１の一部を切り起こし（四角形の３辺に切り目を入れ、残る１辺で曲げて起こす）て作ったり、ルーバーとなる長方形の板を用意し、予めフィンに空けておいたスリットにルーバーとなる長方形の板を差し込み、ロウ付けや溶接等で接合して作ることもできる。

また、更に放熱性能を上げるためには、ベース板２にヒートパイプを埋め込み発熱素子の熱をベース板全体に広げて、放熱部位を広く均一化し、放熱用のフィンを広範囲に有効に働かせるのが好ましい。
本発明のヒートシンクは、フィンの間に向けて冷却流体を吹き込むか、または冷却流体を吸い出す位置にファンを設置し、フィン間を流れる冷却流体によりフィン及びベース板からの放熱で冷却するものである。

次に、本発明を実施例に基づいて、さらに詳細に説明する。
実施例１
ヒートシンクは、図１に示すようにＩＧＢＴ発熱素子３（図示していない）を接続するベース板２の片面に放熱用のフィン１を等間隔で櫛型に配置し、フィン１にルーバー４を各フィン当り６個（図では５個しか示していない）傾斜して設けた。ここでは、ベース板２及び放熱用のフィン１の材質はアルミニウム合金を用いており、ベース板の片面に設けたフィンの接合はロウ付け接合によるものである。
ルーバーは、長方形のアルミニウム合金板を用意し、予め各フィンの高さ中央よりもフィン先端寄りに設けておいた傾斜角３０°のスリットに長方形のアルミ板を差し込み、ロウ付けで接合して作った。

このヒートシンクを用いてその放熱性能を調べた。放熱性能は、ベース板上の発熱素子間に熱電対を取り付け、その温度より熱抵抗値を求めることに依った。熱抵抗値は０．０２８であった。
同様形状のルーバーのない周知のヒートシンク、および図４に示すような傾斜角３０°で６個のルーバーを有する冷却流体の流れをベース板側に偏向するヒートシンクをそれぞれ用いて、上記と同条件で放熱性能を調べたら、熱抵抗値はそれぞれ０．０４２および０．０３２であった。
このことから、本発明のヒートシンクは、優れた放熱性能を有するものであることがわかった。

本発明のルーバー付きヒートシンクを示す斜視図である。本発明のルーバー付きヒートシンクを示す側面図であり、冷却流体の流れを示す。本発明のルーバー付きヒートシンクの一実施態様を示す側面図である。従来例のヒートシンクを示す斜視図である。

符号の説明

１フィン
２ベース板
３発熱素子
４ルーバー
５冷却流体
６流線

Claims

発熱体を接続するベース板に放熱用のフィンが取り付けられており、そのフィンにルーバーが設けられたヒートシンクであって、流入した冷却流体の一部をヒートシンクのフィンの先端側へ偏向させるルーバーを配置したことを特徴とするヒートシンク。
前記ルーバーをベース板から離れた位置に１個以上配置したことを特徴とする請求項1に記載のヒートシンク。