JP2006294784A - 放熱フィン - Google Patents

Abstract

【課題】 風の流通抵抗が増大することを抑制して放熱効率の良好な放熱フィンを提供すること。
【解決手段】 底板３と、該底板３上に相互に平行となるように設けられた複数の突条フィン４とを備え、前記複数の突条フィン４の少なくとも１つで前記風の流入側に、切欠部５が形成され、該突条フィン４の間に風を流通させることで放熱を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、送風することによって強制空冷する放熱フィンに関する。

一般に、車載用などの半導体素子を含む電子部品の冷却は、電子部品に冷却のための放熱フィンを取り付けることによって行われている。また、放熱フィンによる放熱効果が不足している場合には、放熱フィンに送風することで放熱性を向上させている。
このような放熱フィンにおいて、底板と底板に対して突出して設けられた複数のピンフィンとによって構成されたピンフィン型の放熱フィンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この放熱フィンは、搭載された半導体素子などの発熱体に対応する底板に対して底板と平行な特定方向の側のピンフィンを、他のピンフィンよりも短くしたり、間引きしたり、除去することによって、底板の発熱体が搭載された部位の熱伝達率を高くしている。
特開平１１−３０７７０５号公報

しかしながら、上記従来の放熱フィンには以下の問題がある。すなわち、ピンフィンに送風することで強制空冷を行うと、流通する風がピンフィンに吹き当たることでピンフィンの後ろ側で乱流が発生する。したがって、風の流通抵抗が大きくなり、ピンフィン間を流通する風の流速が低減されることで、効率のよい冷却を行うことができないという問題がある。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、風の流通抵抗が増大することを抑制して放熱効率の良好な放熱フィンを提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の放熱フィンは、底板と、該底板上に相互に平行となるように設けられた複数の突条フィンとを備え、該突条フィンの間に流体を流通させることで放熱を行う放熱フィンにおいて、前記複数の突条フィンの少なくとも１つで前記流体の流入側に、切欠部が形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、複数の突条フィンのうちの少なくとも１つの流入側に切欠部を形成することで、複数の突条フィンの間に流体を流通させるときに、流体の流入側において切欠部が形成された突条フィンに対して流体が流入側の端部に吹き当たらない。これにより、流体の流入側における流通抵抗が、切欠部を形成しない場合と比較して小さくなる。すなわち、切欠部を形成することによって、切欠部が形成された突条フィンに対して流体が流入しやすくなる。これにより、複数の突条フィンの間を流通する流体の流速が大きくなって複数の突条フィンによる放熱性を向上させることができる。
また、突条フィンに流体を送ることで、流体が突条フィンに当たっても突条フィンの間を流通するので、乱流の発生を抑制する。

また、本発明の放熱フィンは、前記切欠部が形成された突条フィンと、前記切欠部が形成されていない突条フィンとが、交互に設けられていることが好ましい。
この発明によれば、上述したように切欠部が形成された突条フィンに対しては流体が流入しやすいことから、切欠部が形成された突条フィンと切欠部が形成されていないものとを交互に配置することで、切欠部が形成されていない突条フィンにも流体を流通させることができる。これにより、各突条フィンの間を流体が偏りなく流通することになる。したがって、放熱性の向上が図れる。

また、本発明の放熱フィンは、前記突条フィンの高さをＴ（ｍｍ）としたときに、前記突条フィンに沿った前記切欠部の長さが、−１．２×Ｔ＋４８．６（ｍｍ）の９０％以上１１０％以下の範囲であることが好ましい。
この発明によれば、突条フィンの高さをＴ（ｍｍ）としたときに、切欠部の長さを−１．２×Ｔ＋４８．６（ｍｍ）とすることによって、放熱フィンによる放熱性が良好となる。そして、切欠部の長さをこの値に対して９０％以上とすることで、複数の突条フィンの間を流通する流体の流速が過度に低くなって放熱性が低下することを抑制する。また、切欠部の長さをこの値に対して１１０％以下とすることで、底板及び複数の突条フィンによる表面積を維持し、放熱性が低下することを抑制する。

本発明の放熱フィンによれば、切欠部を形成することによって、流入側における流通抵抗を小さくできる。したがって、複数の突条フィンの間を流通する流体の流速が大きくなり複数の突条フィンによる放熱性を向上させることができる。また、流体が突条フィンに当たっても乱流を発生させない。

以下、本発明にかかる放熱フィンの一実施形態を、図面に基づいて説明する。
本実施形態による放熱フィン１は、図１及び図２に示すように、半導体素子のような発熱体である電子部品２が搭載されて電子部品２で発生した熱を放散することによって電子部品２を冷却するものである。
そして、放熱フィン１は、底板３と、底板３に対して垂直に突設された複数の突条フィン４とによって構成されている。これら底板３及び複数の突条フィン４は、アルミニウムによって形成されており、ダイカスト成型によって一体成型されている。そして、放熱フィン１の一端が流体としての風の流入側である入口側、他の一端が風の排出側である出口側となっている。

底板３は、平面視で矩形の平板形状を有しており、長辺の長さＬ１が例えば１７５ｍｍ、短辺の長さＬ２が例えば２３０ｍｍとなっている。
突条フィン４は、そのフィン幅が例えば３．５ｍｍであって、その高さＬ３が例えば２８ｍｍとなっており、底板３の長辺に沿って２９箇所に設けられている。そして、複数の突条フィン４が互いに平行となるように設けられている。また、複数の突条フィン４の間隔Ｌ４は、例えば６ｍｍとなっている。
そして、底板３に対して２８箇所に設けられた複数の突条フィン４のうち、１４箇所の突条フィン４の入口側には切欠部５が形成されている。

この切欠部５は、突条フィン４の入口側を削除することによって形成されている。また、切欠部５の長さＬ５は、下記の式（１）を満足するように１５ｍｍとなるように形成されている。
Ｌ５＝−１．２×Ｌ３＋４８．６…（１）
切欠部５が形成されている突条フィン４と切欠部５が形成されていない突条フィン４との配置は、切欠部５が形成されていない突条フィン４と切欠部５が形成されている突条フィン４とが互いに隣接するように設けられている。すなわち、切欠部５が形成されている突条フィン４に対して隣接する両側の突条フィン４には切欠部５が形成されておらず、切欠部５が形成されていない突条フィン４に対して隣接する両側の突条フィン４には切欠部５が形成されている。したがって、切欠部５が形成されている突条フィン４と切欠部５が形成されていない突条フィン４とが交互に配置されている。なお、底板３における短辺方向の両側には、切欠部５が形成されていない突条フィン４が設けられている。

このように構成された放熱フィン１に対して電子部品２を駆動することによって電子部品２を発熱させ、放熱フィン１の入口側に送風を行うと、風が突条フィン４の入口側の端部に吹き当たる。ここで、切欠部５が形成された突条フィン４と切欠部５が形成されていない突条フィン４とを比較すると、切欠部５が形成された突条フィン４の入口側の端部は、切欠部５が形成されていない突条フィン４の入口側の端部よりも出口側に後退して位置している。したがって、切欠部５が形成された突条フィン４の方が、切欠部５が形成されていない突条フィン４よりも入口側において流通抵抗が小さくなる。すなわち、切欠部５が形成された突条フィン４を設けない場合と比較して、突条フィン４の間を流通する風の風速が大きくなる。なお、本実施形態における放熱フィン１では、突条フィン４に切欠部５を形成しない場合と比較して、風速が１０％程度上昇した。

これにより、切欠部５が形成されていない突条フィン４に吹き当たった風は、切欠部５に向けて主に流入する。そして、切欠部５に流入した風は、切欠部５が形成された突条フィン４によって、切欠部５が形成された突条フィン４と切欠部５が形成されていない突条フィン４との間に流入する。その後、突条フィン４の間を流通した風は、出口側から流出する。ここで、突条フィン４が底板３の長辺に沿って設けられているので、放熱フィン１の入口側から出口側において、突条フィン４の一方の側面を流通する風と他方の側面を流通する風とが合流することによって乱流が発生することが防止される。したがって、突条フィン４の間を、風が滑らかに流通する。

このとき、風が複数の突条フィン４の間を流通する間に風と底板３及び突条フィン４との間で熱交換が行われ、電子部品２で発生して底板３または突条フィン４に伝熱された熱が突条フィン４の間を流通する風によって吸収される。ここで、切欠部５が形成された突条フィン４と切欠部５が形成されていない突条フィン４とが交互に配置されていると共に、切欠部５の長さが１５ｍｍであることによって、突条フィン４間を流通する風の流速を十分に増大させると共に、放熱フィン１の表面積を十分に確保されている。したがって、電子部品２での発熱を効率よく放散させる。このようにして、電子部品２の冷却を行う。

以上より、本実施形態の放熱フィン１によれば、底板３の２９箇所に設けられた突条フィン４のうち、１４の突条フィン４の入口側に切欠部５を形成することによって、放熱フィン１の入口側における流通抵抗が小さくなる。これにより、突条フィン４間を流通する風の流速が増大して放熱効率を向上させることができる。ここで、切欠部５が形成された突条フィン４と切欠部５が形成されていない突条フィン４とが交互に配置されており、また、切欠部５の長さを１５ｍｍとすることによって、突条フィン４間を流通する風の流速と底板３及び突条フィン４の表面積を十分に確保することができる。したがって、電子部品２を効率よく冷却することができる。

次に、本発明にかかる放熱フィンを、実施例により具体的に説明する。
まず、上述した実施形態における放熱フィン１を製造し、電子部品２としてＦＥＴ（Field Effect Transistor）を底板３上に搭載した。そして、切欠部５の長さＬ５を変化させたときの電子部品２の最高温度を測定した。この結果を、図３に示す。ここで、放熱フィン１に流入する風の流量を３８ｍ^３／ｈ、４２ｍ^３／ｈとしている。なお、測定は複数回行っており、その平均値としている。また、切欠き長さが０ｍｍとは、突条フィン４に切欠部５を形成していないことを示している。

図３に示すように、切欠部５の長さＬ５を長くすることによって、入口側における流通抵抗が小さくなり、突条フィン４間を流通する風の流速が増大することによって電子部品２の放熱効果が向上し、切欠部５の長さＬ５が１５ｍｍであるときに最も高い放熱効果が得られていることがわかる。また、切欠部５の長さＬ５を３０ｍｍと長くし過ぎると、底板３及び放熱フィン１の表面積が過度に小さくなることによって突条フィン４間を流通する風の流速が増大しても放熱効果が減少していることがわかる。
そして、放熱フィン１に流入する風の流量は、切欠部５の長さＬ５の放熱効果への影響に対して依存していないことがわかる。

次に、突条フィン４の高さＬ３を３３ｍｍとして、上述と同様の測定を行った。この結果を、図４に示す。また、切欠部５の長さＬ５に対する放熱性を、図５に示す。
図４に示すように、突条フィン４の高さＬ３を高くすることによって切欠部５の長さＬ５が９ｍｍであるときに最も高い放熱効果が得られていることがわかる。そして、図５からも、放熱フィン１に流入する風の流量は、切欠部５の長さＬ５の放熱効果への影響に対して依存していないことがわかる。

そして、突条フィン４の高さＬ３を変化させたときに、最も高い放熱効果が得られる切欠部５の長さＬ５の測定を行った。この結果を、図６に示す。なお、図６において、放熱フィン１に流入する風の流量は一定としている。
図６に示すように、突条フィン４の高さＬ３と切欠部５の長さＬ５との関係は、上述した式（１）に示す一次式となっていることがわかる。
以上より、切欠部５が形成された突条フィン４と切欠部５が形成されていない突条フィン４とを交互に底板３上に設けた放熱フィン１では、突条フィン４の高さＬ３に応じて切欠部５の長さＬ５を、上記式（１）を満足する値とすることによって、突条フィン４間を流通する風の流速と底板３及び突条フィン４の表面積を十分に確保することができ、最も放熱効率を高くすることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、流体として風を用いているが、他の流体であってもよい。
また、長辺の長さが１７５ｍｍ、短辺の長さが２３０ｍｍである底板を用い、フィン幅が３．５ｍｍであってその高さが２８ｍｍでありフィンピッチが６ｍｍである突条フィンを２９箇所に設けているが、底板上に搭載される電子部品に応じて底板の形状や突条フィンの幅、高さ、ピッチ、数を適宜変更してもよい。ここで、ダイカスト成型によって形成することから、突条フィンのフィンピッチを少なくとも６ｍｍ、フィン高さを最大で３０ｍｍ、長さを３００ｍｍ以下とすることが好ましい。このとき、放熱フィンの形状を適宜変更することによって、電子部品の冷却温度は変化するが、切欠部の長さと放熱性との関係は変化しない。
また、切欠部の形状は適宜変更してもよい。

また、切欠部が形成されている突条フィンと切欠部が形成されていない突条フィンとを交互に配置しており、切欠部の長さが上記式（１）を満足するように形成されているが、切欠部の長さは上記式（１）を満足する値に対して９０％以上１１０％以下の範囲であればよい。このような範囲にあれば、十分に流通抵抗を小さくすると共に表面積を維持することができる。また、切欠部が形成されている突条フィンと切欠部が形成されていない突条フィンとを交互に配置しているが、設計に応じて適宜変更してもよい。
また、放熱フィンは、ダイカスト成型によって一体的に形成されているが、底板と突条フィンとを別々に製作し、これらを接続する構成としてもよい。

また、平板形状の底板上に突条フィンを設けた構成となっているが、図７に示すような構成の放熱フィン１１としてもよい。この放熱フィン１１は、底板１２の電子部品を搭載する搭載面に搭載面に対して垂直に周壁部１２Ａが設けられている。このような構成であっても、上述と同様の作用、効果を有する。
また、突条フィン４に対する送風を良好に行うため、図８に示すような風洞１５に放熱フィン１１を設ける構成としてもよい。このような構成であっても、上述と同様の作用、効果を有する。

本発明の一実施形態における放熱フィンを示す斜視図である。 図１の裏面図である。 本発明の実施例における切欠部の長さと電子部品の温度との関係を示すグラフである。 図３と同様に、本発明の実施例における切欠部の長さと電子部品の温度との関係を示すグラフである。 図４における切欠部の長さと放熱性との関係を示すグラフである。 本発明の実施例における突条フィンの高さと放熱効率が最良となる切欠部の長さとの関係を示すグラフである。 本発明を適用可能な他の放熱フィンを示す斜視図である。 同じく、本発明を適用可能な他の放熱フィンを示す斜視図である。

符号の説明

１、１１ 放熱フィン
３、１２ 底板
４ 突条フィン
５ 切欠部

Claims (3)

1. 底板と、該底板上に相互に平行となるように設けられた複数の突条フィンとを備え、該突条フィンの間に流体を流通させることで放熱を行う放熱フィンにおいて、
   前記複数の突条フィンの少なくとも１つで前記流体の流入側に、切欠部が形成されていることを特徴とする放熱フィン。
2. 前記切欠部が形成された突条フィンと、前記切欠部が形成されていない突条フィンとが、交互に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の放熱フィン。
3. 前記突条フィンの高さをＴ（ｍｍ）としたときに、
   前記突条フィンに沿った前記切欠部の長さが、−１．２×Ｔ＋４８．６（ｍｍ）の９０％以上１１０％以下の範囲であることを特徴とする請求項２に記載の放熱フィン。
   

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