JP2005203385A

JP2005203385A - ヒートシンク

Info

Publication number: JP2005203385A
Application number: JP2003381808A
Authority: JP
Inventors: Koji Sakaguchi; 幸二坂口; Jinko Nishio; 仁孝西尾
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2003-10-06
Publication date: 2005-07-28

Abstract

【課題】ヒートシンクのベースにフィンを固定する場合にロウ付け、かしめ構造では放熱効率が落ちてしまうので、放熱効率を低下させない構造とすることを目的とする。
【解決手段】フィン１１１のベース１００側先端をベース１００に開口した孔より突き抜けさせて直接熱源である物に当接させることで放熱効率の低下を防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートシンクのベース側とフィン側の接続構造に関する。

半導体装置、各種機器、各種装置、エンジン、ラジエター、燃料電池等の熱を奪い取り正常な温度に保つ事で動作を安定させるため、半導体装置のパッケージ等の熱源に熱伝導グリス、熱伝導両面テープ等を介してアルミ材または銅材等の熱伝導性が高いヒートシンクが取り付けられている。このヒートシンクをさらに冷却するため空冷ファンにより空気を当てて冷却する方法もとられている。

ヒートシンク構造は、効率良く熱を伝達させる必要性から、半導体装置のパッケージ等に当接するベース部分と放熱するフィン部分とから通常成り立ち、多くの場合ベースにフィンが接続されている構造がとられている。一般的なアルミ材の場合は押し出し成形やダイカスト成形による一体構造をもつものが多い。銅材の場合は一体構造による押し出し成形やダイカスト成形ができない。

たとえば、特許文献１及び図６には銅材及びアルミ材による従来技術の一実施例を表し、フィン１１はベース１０に溝１２を掘り差込み後、ベース両端よりかしめて固定する方法をとっているものが記載されている。
特開２００３−２２９５１９号公報

図７は同じく銅材及びアルミ材による従来技術の他一実施例を表し、ベース１０に対してフィン１３をＬ字形に曲げたものをロウつけ１４した構造をとっているものである。図８は同じく銅材及びアルミ材によるベースの無い構造をしているもので、フィン１５のストレート部１６をボルト等でフィン全体を締め付け密着させ、先端側は扇状に開放させた構造をさせたものである。

図６および図７の従来構造の場合はベース１０とフィン１１または１３を接続させるため、図６構造においてはかしめ又は圧接、図７構造においてはロウ付けを行っている。この両方共に言えることは、ベースとの実質的な接触面積が低下しロウ付けにおいてはコストダウンのために銀ロウ等の熱伝導性の高いロウを使用することが一般的ではないため、半導体装置のパッケージ等に直接当接するベースまで熱が伝わっても、それ以上のフィンには効率よく熱伝導性が伝わりにくくロスが発生していた。

さらに、図８の従来構造の場合はベースが無い分、半導体装置の熱を直接フィン１５に伝えられるという利点はあるが、運搬性の問題からフィン１５はばらばらの状態で販売され、ヒートシンクを購入した個人がフィン１つ１つを重ね合わせた後フィンストレート部１６に通しボルト等を入れて全体を締め付けて使用するようになっている。この場合、締め付けた後のフィンの半導体装置当接端１７はフィン１５がそれぞれ微妙にずれてしまう結果となり半導体装置に接触する面積が低下し効率よくフィンの他一方の端まで熱を伝えることができなかった。

本発明は上記目的を達成するため次の構成を備える。
ベースより立設する多数のフィンをもつヒートシンク構造において、フィンのベース側先端を少なくとも１つ以上の段差とし、段差の先端側をベースに開口貫通させた少なくとも１つ以上のフィン挿入孔に挿入する事でベース端面をわずかに突き抜ける様にする。段差の根元側はベースのフィン側と一致させてそれ以上奥に差し込むことができないストッパー構造とする。ベースを突き抜けたフィン端とベースを同一面にするため、ベース面を研削することで同一面を確立させ、フィンを直接熱源である半導体装置等に当接できるようにしたこと。また、フィンはカバーにより位置ずれすることなくカバー溝に固定されていることを特徴とする。

本発明に係る構造によれば以下のような優れた効果を発揮することができる。半導体装置のパッケージ等の熱源に直接フィンが当接するため、半導体装置の熱を効率良くフィンに伝えることができ放熱効率が良く、半導体装置に無理なく理想的な放熱をすることができる。そのため、従来大型のフィンを必要としていたものが小さなフィンとすることができたり、またはフィンを冷やすための冷却ファンの回転数を落とすことができたり、風量の少ない小径の冷却ファンとすることができるという優れた効果が存在するまた、本発明は上記実施例に限定されず、ベースを突き抜けたフィン端を交互にずらすことで半導体装置を全体的にフィンに当てることができる等配置を変更することで更なる放熱効果を達成することができる等、本発明を逸脱しない範囲において改変も可能である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は本発明に係る実施の形態を表す構造を組立てる順に詳細に記載した図面である。図２はフィンの側面図である。図３（ａ）、（ｂ）はベースの平面図である。図４（ａ）、（ｂ）はフィン固定用のカバーの側面図と平面図である。図５は冷却ファンを取り付けた組立て状態の側面図である。

図１（ａ）において、ベース１００に矩形状に開けたフィンの挿入孔１０１を開けフィン１１１を挿入する。図１（ｂ）において、フィン１１１をベース１００に挿入した時の状態を表す。図１（ｃ）において、フィン１１１が抜けないようにカバー１２１をかぶせる。図１（ｄ）において、カバー１２１をかぶせてフィンがずれないようにした時の状態を表す。なお、カバー１２１はベース１００にネジ等で固定するか、ベース１００にフィン１１１をかしめても良い。

以下、個々の部品の形状を詳述する。図２においては、フィン形状について記載する。フィン１１１はベース側端が２種類の段差となり段の先端側１１２の大きさはベース１００の挿入孔１０１に丁度隙間が無いくらいに入る大きさであり、段の根元側１１３との段の深さはベースをわずかに突き抜ける長さとなっている。もしくは加工精度がよい場合に端面は丁度同一面となる寸法でも良い。また、段の先端側面は半導体装置１４１のパッケージが当接する部分に直接接触することができるような平面位置にする必要がある。また、フィンの先端側はカバーをかぶせた場合に位置ずれが起き難いようにカバー側溝に段差１１４を挿入することができるような構造に設けても良い。

図３（ａ）においては、ベース１００にフィン挿入孔１０１をマトリクスに配置させた例を示す。図３（ｂ）は半導体装置の当接部の大きさが大きい場合に全体的に放熱させるようにフィン挿入孔の配置を交互にずらした例を表す。このどちらを選択するかはパッケージとフィンの位置により適便選択する必要がある。また、この２種類の配置に限定する必要も無い。

図４（ａ）はフィン１１１の位置を固定するカバー１２１の側面図の一例を示している。図４（ｂ）はカバー１２１の平面図を表す。カバーの平面に冷却ファンを取り付ける場合は取り付け孔と冷却用送風穴１２３を設ける必要がある。また、フィンの位置を固定する溝１２２を設け、カバー溝にフィンの段差１１４を挿入固定する必要がある。なお、図１に示す順で組み立てた後、ベース１００よりフィンの段の先端側１１２がわずかに出ている面を研削盤で研削することで同一平面とすることが可能である。また、フィンとベースそれぞれの加工精度が良い場合には先端側をわずかに出す必要は無く、切削の必要も無い事は言うまでもない。

組付けた状態のヒートシンクの側面図を図５に示す。カバー１２１の上部に冷却ファン１３１を取り付ける場合、またはカバー１２１の側面に冷却ファン１３２を選択して使用してもよい。また、ベース１００は半導体装置１４１に密着できるようにネジ止め、フックなど使用しての引っ掛け、ばねを使用しての圧接等する必要がある。

本発明に係るフィン挿入過程を示す側面図である。フィンの側面図である。ベースのフィン挿入孔の平面図である。カバーの側面図および平面図である。組付け状態の側面図である。従来構造のかしめによる側面図である。従来構造のロウ付けによる側面図である。従来構造のフィンのみによる構造の側面図である。

符号の説明

１０ベース
１１、１３、１５フィン
１２かしめ溝
１４ロウ付け
１６フィンストレート部
１７半導体装置当接端
１００ベース
１０１フィン挿入孔
１１１フィン
１１２フィンの段の先端側
１１３フィンの段の根元側
１１４段差
１４１半導体装置
１２１カバー
１２２溝
１２３送風孔
１３１、１３２冷却ファン

Claims

ベースに多数のフィンを取り付け固定し、フィンをベースに立設させるヒートシンク構造において、フィンのベース側先端を少なくとも１つ以上の段差とし、段差の凸部先端側をベースに開口貫通させた少なくとも１つ以上のフィン挿入孔に個々挿入し、フィンを固定させ、ベース裏側取り付け面とフィンの段差の先端面を同一平面に加工したことを特徴とするヒートシンク。
ベースより開口貫通させたフィンの先端面は放熱を必要とする熱源に直接当接することを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
熱源は半導体装置であることを特徴とする請求項２記載のヒートシンク。
フィンはカバーにより位置ずれすることなくカバーの溝に固定されていることを特徴とする請求項３記載のヒートシンク。
フィンはベース溝により位置ずれすることなくベースの溝に固定されていることを特徴とする請求項３記載のヒートシンク。