JP2008140831A - Heat-sink structure - Google Patents

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Haruhisa Toyoda
晴久 豊田
Takao Maeda
貴雄 前田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat-sink structure capable of circulating a fluid without deteriorating an energy efficiency. <P>SOLUTION: The heat-dissipating structure has: a base section 1; a first heat-dissipating section A<SB>1</SB>being placed in the first region of the base section and dissipating a heat; and a second heat-dissipating section A<SB>2</SB>being placed in a second region adjacent to the first region and dissipating the heat. The quantity of heat dissipated per unit area of the base section in the first heat-dissipating section is made larger than that in the second heat-dissipating section. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、放熱構造体に関し、より具体的には、各種の半導体デバイス等の冷却対象の温度上昇を抑えるための放熱構造体に関するものである。   The present invention relates to a heat dissipation structure, and more specifically to a heat dissipation structure for suppressing a temperature increase of a cooling target such as various semiconductor devices.

高速のデータ処理演算装置、通信装置、自動車等には多くの半導体デバイスが用いられており、これらの半導体デバイスからは損失電力に起因する多くの熱が発生する。これら装置では、処理の高速化、装置の大容量化(大電流化)、小型化などに伴い、半導体デバイスにおける温度上昇の問題が深刻化している。十分な放熱をしない場合には、半導体デバイスの温度が上昇し、正常な動作を遂行することができなくなる。   Many semiconductor devices are used in high-speed data processing arithmetic devices, communication devices, automobiles, and the like, and a lot of heat is generated from these semiconductor devices due to power loss. In these apparatuses, the problem of temperature rise in semiconductor devices has become serious as the processing speed increases, the capacity of the apparatus increases (large current), and the size of the apparatus decreases. If sufficient heat dissipation is not performed, the temperature of the semiconductor device rises and normal operation cannot be performed.

上記半導体デバイスの温度上昇は、古くから問題とされ、多くの取り組みがなされてきた。たとえば、半導体デバイスの放熱に用いられる並列状の放熱フィンの放熱性を向上させるために、空気流が直線状に放熱フィン間隙を通過しないように、乱流発生用の邪魔板を取り付けた構造、または千鳥配列の円柱状フィンの構造が開示されている(特許文献1)。この構成によれば、斜めに取り付けた邪魔板または千鳥配列の円柱状フィンにより乱流が発生して放熱効果を高めることができる。また、多数の半導体デバイスを搭載して鉛直配置された複数の基板の冷却において、下部から上部へと冷却媒体の空気を流す際、下部では未昇温の空気による放熱が効くが、上部では熱交換の結果、昇温するため、冷却能力が低下して、上部の半導体デバイスの動作に問題を生じることがある。これを解決するため、上記複数の基板の間のスペースを下広(したがって上狭)になるように、基板位置に応じて異なる傾斜を付けて配置して、流路の断面積を上部で狭くすることにより、上部での流速を高めて冷却能力を確保するという方策の提案がなされている(特許文献2)。この方策によれば、上部で基板間のスペースを通り抜ける空気の流速は上部で大となり、空気の温度上昇があっても上部での放熱能力を確保することができる。なお、上記の放熱構造体では、熱媒体の流体が流れる流路のいずれかの場所に、強制的に流体を循環させるファン等を配置することを前提としており、上記の邪魔板等または基板間の上狭スペースは、流動抵抗を増大させるものの、これらファン等により強制的に循環駆動されるので、上記のように、放熱効果を高めることができるのである。
特開2001−345585号公報 特開平3−85796号公報
The temperature rise of the semiconductor device has been a problem for a long time, and many efforts have been made. For example, in order to improve the heat dissipation performance of the parallel radiating fins used for radiating semiconductor devices, a structure in which a baffle plate for generating turbulence is attached so that the airflow does not pass straight through the radiating fin gap, Or the structure of the cylindrical fin of a staggered arrangement is disclosed (patent document 1). According to this structure, a turbulent flow is generated by the baffle plate or the staggered columnar fins attached obliquely, and the heat dissipation effect can be enhanced. In addition, when cooling multiple substrates vertically mounted with a large number of semiconductor devices, when cooling medium air flows from the lower part to the upper part, heat is dissipated by unheated air in the lower part. As a result of the replacement, the temperature rises, so that the cooling capacity is lowered, and a problem may occur in the operation of the upper semiconductor device. In order to solve this, the cross-sectional area of the flow path is narrowed at the upper part by arranging different slopes depending on the substrate position so that the space between the plurality of substrates becomes wider (and therefore narrower). By doing so, the proposal of the policy of raising the flow velocity in the upper part and ensuring the cooling capacity has been made (Patent Document 2). According to this measure, the flow velocity of air passing through the space between the substrates at the upper portion becomes large at the upper portion, and the heat dissipation capability at the upper portion can be ensured even if the temperature of the air rises. In the above heat dissipation structure, it is assumed that a fan or the like that forcibly circulates the fluid is disposed anywhere in the flow path through which the fluid of the heat medium flows. Although the upper narrow space increases the flow resistance, it is forcedly circulated by these fans or the like, so that the heat dissipation effect can be enhanced as described above.
JP 2001-345585 A Japanese Patent Laid-Open No. 3-85796

上記のデータ処理演算装置、通信装置等では、流体を強制循環させるファンまたはポンプを用いると、これらファンまたはポンプが消費する電力が無視できず、半導体デバイスでロスされる電力に加算されるため、エネルギー効率が低下する。しかしながら、大型のデータ処理演算装置等では、多くの半導体デバイスが配置されるため、流体を循環させないと温度分布が不均一になり、局所的に高温になった位置の半導体デバイスが正常動作しなくなり、トラブル発生を招くことになる。このため、エネルギー効率を低下させずに流体を循環させることができる放熱装置の開発が望まれてきた。   In the above data processing arithmetic device, communication device, etc., when a fan or pump that forcibly circulates fluid is used, the power consumed by the fan or pump cannot be ignored and is added to the power lost in the semiconductor device. Energy efficiency is reduced. However, in a large-scale data processing arithmetic unit or the like, many semiconductor devices are arranged. Therefore, the temperature distribution becomes non-uniform unless the fluid is circulated, and the semiconductor device at a location where the temperature is locally high does not operate normally. This will cause trouble. For this reason, development of the heat radiating device which can circulate a fluid, without reducing energy efficiency has been desired.

本発明は、エネルギー効率を低下させずに流体を循環させることができる放熱構造体を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the thermal radiation structure which can circulate a fluid, without reducing energy efficiency.

本発明の放熱構造体は、基部と、基部の第1の領域に位置して熱を放熱する第1の放熱部と、基部において、第1の領域の隣の第2の領域に位置して熱を放熱する第2の放熱部とを備える。そして、第1の放熱部における基部単位面積当たりの放熱量を、第2の放熱部における基部単位面積当たりの放熱量より大きくしたことを特徴とする。   The heat dissipating structure of the present invention is located in the base, the first heat dissipating part located in the first region of the base and dissipating heat, and the base in the second region adjacent to the first region. And a second heat dissipating part that dissipates heat. The heat dissipation amount per base unit area in the first heat dissipating part is larger than the heat dissipating amount per base unit area in the second heat dissipating part.

上記の構成によれば、第1および第2の放熱部のそれぞれにおいて、たとえばフィンを配置した場合にはフィン表面(伝熱面)と流体との間に熱伝達が行われ、流体は自然対流し、伝熱面において自然対流熱伝達が起こる。それに加えて、第1の放熱部における基部単位面積当たりの放熱量が、第2の放熱部におけるそれより大きいので、第1の放熱部における流体温度は、第2の放熱部における流体温度より高温になる。その結果、温度差に起因する、放熱構造体の領域間に流体移動の駆動力を生じ、ファンやポンプを配置しなくても放熱構造体の範囲内で循環が行われるので、エネルギー効率を低下させずに放熱構造体における放熱量を大きくすることができる。流体が、どのように移動するかは周囲の境界条件、重力方向などに依存して大きく変わるが、上記の駆動力により、ポンプやファンなしで、上記の流体に対して放熱構造体の範囲内に循環のための駆動力が発生することになる。放熱構造体の領域内で強制的な循環が行われると熱伝達量は大きく向上するので、エネルギー効率を犠牲にすることなく流体への放熱量を増大させることができる。   According to said structure, in each of the 1st and 2nd thermal radiation part, when fins are arrange | positioned, for example, heat transfer is performed between the fin surface (heat transfer surface) and the fluid, and the fluid is a natural convection. However, natural convection heat transfer occurs on the heat transfer surface. In addition, since the heat dissipation amount per base unit area in the first heat radiating portion is larger than that in the second heat radiating portion, the fluid temperature in the first heat radiating portion is higher than the fluid temperature in the second heat radiating portion. become. As a result, a driving force for fluid movement is generated between the areas of the heat dissipation structure due to the temperature difference, and circulation is performed within the range of the heat dissipation structure without arranging a fan or pump, thus reducing energy efficiency. Without this, the heat radiation amount in the heat radiation structure can be increased. How the fluid moves varies greatly depending on the surrounding boundary conditions, the direction of gravity, etc., but within the range of the heat dissipation structure for the above fluid without a pump or fan due to the above driving force. Therefore, a driving force for circulation is generated. When forced circulation is performed in the region of the heat dissipation structure, the amount of heat transfer is greatly improved, so that the amount of heat dissipation to the fluid can be increased without sacrificing energy efficiency.

上記の第1の放熱部と第2の放熱部とは、基板単位面積当たりの放熱量が第1の放熱部で高ければどのような形態でもよく、第1および第2の放熱部内で基板単位面積当たりの放熱量の連続的な勾配がついた形態でもよく、またステップ状に基板単位面積当たりの放熱量が変化した形態であってもよい。また、上記の放熱構造体の範囲内に、第1放熱部と、第2の放熱部との中間の、もしくはこれらのいずれよりも高い、またはこれらのいずれよりも低い、基板単位面積当たりの放熱量を有するほかの領域があってもよいことは言うまでもない。   The first heat radiating part and the second heat radiating part may have any form as long as the heat radiating amount per substrate unit area is high in the first heat radiating part. A form with a continuous gradient of the heat radiation amount per area may be used, or a form in which the heat radiation amount per unit area of the substrate is changed stepwise. Further, within the range of the heat dissipation structure, the discharge per unit area of the substrate is intermediate between the first heat dissipation portion and the second heat dissipation portion, or higher than any of these, or lower than any of these. It goes without saying that there may be other regions having a calorific value.

本発明の別の放熱構造体は、基部と、基部の第1の領域に立つフィンを有する第1の放熱部と、基部において、第1の領域の隣の第2の領域に立つフィンを有する第2の放熱部とを備える。そして、第1の放熱部における基部単位面積当たりのフィンおよび基部の表面積を、第2の放熱部における基部単位面積当たりのフィンおよび基部の表面積より大きくしたことを特徴とする。   Another heat dissipating structure of the present invention has a base, a first heat dissipating part having a fin standing in the first region of the base, and a fin standing in the second region adjacent to the first region in the base. A second heat radiating section. And the surface area of the fin per base unit area in a 1st thermal radiation part and the surface area of the fin per base unit area in a 2nd thermal radiation part was made larger, It is characterized by the above-mentioned.

上記の構成によれば、第1の放熱部における流体の温度を、第2の放熱部における流体の温度より高くすることが可能となる。このため、上述のように温度差に起因する放熱構造体の範囲内における流体移動の駆動力を生じ、ファンやポンプを配置しなくても放熱構造体の領域内で強制循環が行われるので、エネルギー効率を低下させずに放熱量を大きくすることができる。   According to said structure, it becomes possible to make the temperature of the fluid in a 1st thermal radiation part higher than the temperature of the fluid in a 2nd thermal radiation part. For this reason, as described above, a driving force for fluid movement within the range of the heat dissipation structure due to the temperature difference is generated, and forced circulation is performed in the region of the heat dissipation structure without arranging a fan or a pump. The amount of heat radiation can be increased without reducing the energy efficiency.

上記の第1の放熱部と第2の放熱部とは、上記表面積が第1の放熱部で高ければどのような形態でもよく、第1および第2の放熱部内で上記表面積に連続的な勾配がついた形態でもよく、またステップ状に上記表面積が変化する形態であってもよい。また、上記の放熱構造体の範囲内に、第1放熱部と、第2の放熱部との中間の、もしくはこれらのいずれよりも高い、またはこれらのいずれよりも低い、上記表面積を有するほかの領域があってもよいことは言うまでもない。   The first heat radiating portion and the second heat radiating portion may have any form as long as the surface area is high in the first heat radiating portion, and a continuous gradient to the surface area in the first and second heat radiating portions. It may be a form with a mark, or a form in which the surface area changes stepwise. In addition, within the range of the heat dissipation structure, the intermediate surface between the first heat dissipating part and the second heat dissipating part, or higher than any of these, or lower than any of these, has the above surface area. It goes without saying that there may be areas.

また、上記の第1の放熱部のフィン高さと第2の放熱部のフィン高さとを、揃えるように構成することができる。これにより、第1の放熱部における流体温度を、確実に第2の放熱部における流体温度よりも高くでき、かつ、基部とフィンとを備える放熱構造体の製造を容易化することができる。   Moreover, it can comprise so that the fin height of said 1st thermal radiation part and the fin height of the 2nd thermal radiation part may be arrange | equalized. Thereby, the fluid temperature in the 1st heat radiating part can be reliably made higher than the fluid temperature in the 2nd heat radiating part, and manufacture of a heat radiating structure provided with a base and a fin can be facilitated.

また、第1の放熱部のフィンの全てまたは一部のフィン高さが、第2の放熱部のフィン高さよりも高い構成としてもよい。これにより、第1の放熱部の基部単位面積当たりの放熱量を、第2の放熱部のそれより大きくすることを可能にする構造を、容易に得ることができる。   Moreover, it is good also as a structure where the fin height of all or one part of the fin of a 1st thermal radiation part is higher than the fin height of a 2nd thermal radiation part. Thereby, the structure which makes it possible to make the heat radiation amount per base unit area of the first heat radiation portion larger than that of the second heat radiation portion can be easily obtained.

本発明の別の放熱構造体は、流体と接触して熱を伝える構造体であって、基部と、基部の第1の領域に位置して熱を放熱する第1の放熱部と、基部において、第1の領域の隣の第2の領域に位置して前記熱を放熱する第2の放熱部とを備える。そして、第1の放熱部における流体の温度が、第2の放熱部における流体の温度より高くなるようにしたことを特徴とする。   Another heat dissipating structure of the present invention is a structure that conducts heat in contact with a fluid, and includes a base, a first heat dissipating part that is located in a first region of the base and dissipates heat, and a base. And a second heat dissipating part located in a second region adjacent to the first region to dissipate the heat. And the temperature of the fluid in a 1st thermal radiation part was made to become higher than the temperature of the fluid in a 2nd thermal radiation part, It is characterized by the above-mentioned.

上記の構成によれば、第1および第2の放熱部のそれぞれにおいて、たとえばフィンを配置した場合にはフィン表面(伝熱面)と流体との間に熱伝達が行われ、流体は自然対流し、伝熱面において自然対流熱伝達が起こる。それに加えて、第1の放熱部における流体と第2の放熱部における流体との間に温度差が生じるので、各位置において自然対流しながら停留する流体の停留均衡を破る駆動力が発生する。   According to said structure, in each of the 1st and 2nd thermal radiation part, when fins are arrange | positioned, for example, heat transfer is performed between the fin surface (heat transfer surface) and the fluid, and the fluid is a natural convection. However, natural convection heat transfer occurs on the heat transfer surface. In addition, since a temperature difference is generated between the fluid in the first heat radiating portion and the fluid in the second heat radiating portion, a driving force is generated that breaks the stationary balance of the fluid that is retained during natural convection at each position.

本発明の放熱構造体によれば、エネルギー効率を低下させることなく、冷却媒体である流体を循環させることができる。   According to the heat dissipation structure of the present invention, the fluid that is the cooling medium can be circulated without reducing the energy efficiency.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における放熱構造体10を示す斜視図である。また、図2は、図1の放熱構造体10の平面図である。この放熱構造体10は、基部1と、その基部1の上に立つ立壁状のフィン3,5とによって構成される。基部10およびフィン3,5と接触する流体が流れる流路は、流体が基部およびフィンに接触する限り、どのように形成されてもよく、放熱構造体10が配置される装置に応じて、適宜、設定することができる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view showing a heat dissipation structure 10 according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the heat dissipation structure 10 of FIG. The heat dissipation structure 10 includes a base 1 and standing wall-like fins 3 and 5 that stand on the base 1. The flow path through which the fluid in contact with the base 10 and the fins 3 and 5 flows may be formed in any way as long as the fluid contacts the base and the fins. Can be set.

本実施の形態における放熱構造体10では、立壁状のフィン3が第1の放熱部Aおよび第2の放熱部Aにわたって連続して配置されているのに対して、立壁状のフィン5は第1の放熱部Aにのみに限定され、第2の放熱部Aには延在していない。このため、第1の放熱部Aにおける基部単位面積当たりの(基部+立壁状のフィン)の表面積は、第2の放熱部Aにおける基部単位面積当たりの(基部+立壁状のフィン)の表面積より大きくなる。 In heat dissipation structure 10 in the present embodiment, while the standing wall-shaped fins 3 are arranged continuously over the first heat radiation member A 1 and the second heat radiating portion A 2, vertical wall-like fins 5 It is limited only to the first heat radiation member a 1, the second heat radiating portion a 2 does not extend. Therefore, the surface area of the (base + standing wall-shaped fins) per base unit area in the first heat radiation member A 1 is per base unit area in the second heat radiating portion A 2 of the (base + standing wall-shaped fins) It becomes larger than the surface area.

立壁状のフィン3,5の高さをH、幅をWとし、フィン3の長さL、第1の放熱部Aの基部の面積をSとすれば、図1および図2を参照して、第1の放熱部Aにおける基部単位面積当たりの(基部+立壁状のフィン)の表面積は、{(S+2×H×L×9+W×H×9)/S}となる。H×Lはフィンの側面3S,5Sの面積であり、両側面あるので2がかかり、W×Hは端面3E,5Eの面積である。またフィン3,5は、第1の放熱部に全部で9本配置されるので、9が掛かる。第2の放熱部Aの基部の面積をS2とし、その領域の長さをLとすれば、同様の見積りを行うと、{(S+2×H×L×5+W×H×5)/S}となる。フィン3のみが配置されているので、側面および端面の面積には、フィンの本数5が掛かる。比較の便宜上、たとえば第2の放熱部Aの基部の面積S2をS(=S)に等しくし、その領域の長さLをL(=L)に等しくとることとすれば、次のようになる。算式で比較するまでもなく、基部単位面積当たりの、基部およびフィンの表面積は、第1の放熱部Aのほうが第2の放熱部Aより大きいのであるが、算式によりどれだけ大きいかなどの程度を明らかにすることができる。
<基部単位面積当たりの(基部+フィン)の表面積>
第1の放熱部A:{1+(18H×L+9W×H)/S}
第2の放熱部A:{1+(10H×L+5W×H)/S}
上記の説明は、図1の例示に基づきフィン3の本数を5本とし、フィン5の本数を4本として説明したが、フィン3または5の本数は、これに限定されるものではない。
Assuming that the height of the standing wall-like fins 3 and 5 is H, the width is W, the length L 1 of the fin 3 and the area of the base of the first heat radiation part A 1 are S 1 , FIG. 1 and FIG. Referring to the surface area of the (base + standing wall-shaped fins) per base unit area in the first heat radiation member a 1 is, {(S 1 + 2 × H × L 1 × 9 + W × H × 9) / S 1} It becomes. H × L 1 is the area of the side surfaces 3S and 5S of the fin, and is 2 because it is on both sides, and W × H is the area of the end surfaces 3E and 5E. Moreover, since nine fins 3 and 5 are arrange | positioned in the 1st thermal radiation part in total, 9 takes. If the area of the base of the second heat radiating part A 2 is S 2 and the length of the region is L 2 , the same estimation is performed, {(S 2 + 2 × H × L 2 × 5 + W × H × 5) / S 2 }. Since only the fins 3 are disposed, the number of fins 5 is applied to the area of the side surface and the end surface. For convenience of comparison, for example, the area S 2 of the second base portion of the heat radiating portion A 2 equal to S 1 (= S), if taking equal length L 2 of the region in L 1 (= L) It becomes as follows. Needless to compare with formula, per base unit area, the surface area of the base and the fins, but rather the first heat radiation member A 1 is greater than the second heat radiating portion A 2, how much greater the formula such as The degree of can be clarified.
<Surface area of (base + fin) per base unit area>
First radiating portion A 1: {1+ (18H × L + 9W × H) / S}
Second heat radiation part A 2 : {1+ (10H × L + 5W × H) / S}
In the above description, the number of fins 3 is set to five and the number of fins 5 is set to four based on the illustration of FIG. 1, but the number of fins 3 or 5 is not limited to this.

上記の基部単位面積当たりの、基部およびフィンの表面積は、当該放熱部における流体の温度、または放熱量と、厳密に比例関係にあるわけではないが、当該放熱部における流体の温度の高低、または放熱量の大小を、大まかに判断する基準にすることはできる。上記の放熱構造体10は、フィン3,5の高さは、揃っている場合を例示したが、広くは、フィンの高さが不揃いであってもよい。とくに第1の放熱部Aの基部単位面積当たりの放熱量を第2の放熱部Aのそれより大きくする場合、製造上の容易性という点から、第1の放熱部Aのフィンの全てまたは一部の高さを、第2の放熱部Aのフィンの高さより高くするのがよい。フィンの高さが不揃いの場合、フィンおよび基部の表面積の大小と、当該放熱部の放熱量、または流体温度の大小とは、傾向的にも一致しない場合があるが、本発明の技術思想の根本は、放熱部における単位面積当たりの放熱量に大小が生じればよく、フィンおよび基部の表面積の大小と、当該放熱部の放熱量、または流体温度の大小とが、通常の場合(フィン高さが揃っている場合など)とは逆転する場合があってもかまわない。 The surface area of the base and the fin per unit area of the base is not strictly proportional to the temperature of the fluid in the heat radiating portion or the amount of heat radiated, but the temperature of the fluid in the heat radiating portion is high or low, or The amount of heat release can be used as a rough reference. In the heat dissipation structure 10 described above, the heights of the fins 3 and 5 are exemplified. However, the fins may be unevenly wide. In particular, when the heat radiation amount per base unit area of the first heat radiating portion A 1 is made larger than that of the second heat radiating portion A 2 , the fins of the first heat radiating portion A 1 are considered in terms of manufacturing ease. The height of all or part of the height may be higher than the height of the fins of the second heat radiation part A2. When the heights of the fins are not uniform, the size of the surface area of the fins and the base and the amount of heat radiation of the heat radiating portion or the size of the fluid temperature may not agree with each other. Basically, the amount of heat radiation per unit area in the heat radiating part needs to be large or small, and the surface area of the fin and the base and the amount of heat radiation of the heat radiating part or the fluid temperature are normal (fin height It may be reversed from the case of the same size).

上記の放熱構造体10は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等を押し出し加工により、基部1およびフィン3,5を一体成形加工することができる。また、基部1の上にフィン3,5をはんだ接合、溶着、溶接、接着等により取り付けてもよいし、機械加工で基部平行方向へのフィン長さを短くしてもよい。本発明において、基部とフィンとの間に面接触を確保することが、良好な熱伝導を確保する上で重要である。   The heat dissipation structure 10 can integrally form the base 1 and the fins 3 and 5 by extruding aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, or the like. Further, the fins 3 and 5 may be attached on the base 1 by soldering, welding, welding, adhesion, or the like, or the fin length in the base parallel direction may be shortened by machining. In the present invention, ensuring surface contact between the base and the fin is important for ensuring good heat conduction.

上記の放熱構造体10を用いた場合、どのような流体駆動力を発生するかについて、以後に説明する。図3は、流体の流路21が筐体23と基部1との間に、重力方向に交差するように、平面配置され、放熱構造体10がその流路21内に沿うように平置きされた場合を示す図である。図3において、冷却対象物たとえば半導体デバイス15が基部1の裏面にわたって配置されている。半導体デバイス15は熱を生じており、基部1を伝って熱がフィン3,5から流体へと放熱されている。第1の放熱部Aと第2の放熱部Aの境目の部分において、第1の放熱部Aにおける流体温度Tは、第2の放熱部Aにおける流体温度Tより高くなる。流路21は筐体壁23によって画されるため、高温にされた第1の放熱部Aにおける流体は、第2の放熱部Aにおける流体よりも圧力が上昇し、流体に対して第1の放熱部Aから第2の放熱部Aに向かう駆動力が働く。 What kind of fluid driving force is generated when the heat dissipation structure 10 is used will be described later. In FIG. 3, the fluid flow path 21 is disposed between the casing 23 and the base 1 so as to intersect in the direction of gravity, and the heat dissipation structure 10 is placed flat along the flow path 21. FIG. In FIG. 3, an object to be cooled, for example, a semiconductor device 15 is arranged over the back surface of the base 1. The semiconductor device 15 generates heat, and the heat is radiated from the fins 3 and 5 to the fluid through the base 1. In the portion of the first boundary of the heat radiating portion A 1 and the second heat radiating unit A 2, the fluid temperatures T 1 in the first heat radiating unit A 1 is higher than the fluid temperature T 2 in the second heat radiating portion A 2 . Since the flow path 21 that is bounded by the housing wall 23, the fluid in the first heat radiation member A 1 that is a high temperature, pressure than the fluid in the second heat radiating portion A 2 is increased, the relative fluid driving force directed from the first heat radiating portion a 1 in the second heat radiating portion a 2 acts.

流路入口に近い放熱構造体における流体と、流路内の流体との間に駆動力は、当然、発生するが、基部1の面積または放熱構造体の面積が、流路断面に比べてある程度以上広い場合、基部1の範囲内でほとんど均一な温度分布となっていると、放熱構造体10の基部1の中で流体を循環させる駆動力は小さいものとしかならない。しかし、上記のように、広い放熱構造体10の基部1の範囲内に放熱量の小さい領域と大きな領域とが隣り合って位置する場合、その間に圧力の高低が生じ、流体に対して駆動力を発生する。この結果、強制循環用のファンを配置しなくても、放熱構造体10の基部1の範囲内に流体を循環させる駆動力を得ることができ、放熱におけるエネルギー効率を高めることができる。   The driving force naturally occurs between the fluid in the heat dissipation structure close to the flow path inlet and the fluid in the flow path, but the area of the base 1 or the area of the heat dissipation structure is to some extent as compared to the cross section of the flow path. In the case where the width is wide, when the temperature distribution is almost uniform within the range of the base portion 1, the driving force for circulating the fluid in the base portion 1 of the heat dissipation structure 10 is only small. However, as described above, when a region with a small heat dissipation amount and a large region are located next to each other within the range of the base 1 of the wide heat dissipation structure 10, a pressure level is generated between them, and a driving force is exerted on the fluid. Is generated. As a result, it is possible to obtain a driving force for circulating the fluid within the range of the base portion 1 of the heat dissipation structure 10 without disposing a forced circulation fan, and to increase the energy efficiency in heat dissipation.

図4は、放熱構造体10を、図3と同様に水平配置しているが、流体の流路21が開放されているか、または基部1の面からの距離に対応する高さのスペースが大きい流路の場合に生じる駆動力の説明図である。この場合には、温度Tの高温部である第1の放熱部Aから重力方向と反対に上昇流が生じ、温度Tの低温部である第2の放熱部Aからその上昇流の流体を補充する基部の面に沿うような流れが生じる。このため、ファンやポンプを作動しなくても、放熱構造体10の範囲内で自然に循環が起きて、放熱量を向上させることができ、効率よく放熱量を向上させることができる。 4, the heat dissipating structure 10 is horizontally arranged in the same manner as in FIG. 3, but the fluid flow path 21 is open or a space with a height corresponding to the distance from the surface of the base 1 is large. It is explanatory drawing of the driving force produced in the case of a flow path. In this case, the first from the heat radiating portion A 1 and the direction of gravity upward flow occurs in the opposite, second of the upward flow from the heat radiating portion A 2 is a low-temperature portion of the temperature T 2 is a high temperature portion of the temperature T 1 of A flow occurs along the surface of the base where the fluid is replenished. For this reason, even if it does not operate a fan or a pump, circulation occurs naturally within the range of the heat dissipation structure 10, the heat dissipation amount can be improved, and the heat dissipation amount can be improved efficiently.

図5は、重力方向に沿うように放熱構造体10の基部1を、第1の放熱部Aを上にして鉛直配置した場合の説明図である。図5のように放熱構造体10を鉛直配置した場合には、第1および第2の放熱部A,Aで基部単位面積当たりの放熱量に差をつけるようにしなくても、下側の放熱部(第2の放熱部A)を経由して上側の放熱部(第1の放熱部A)に到達した流体は、すでに下側の放熱部で熱交換をして熱が伝達されているので、上側で高温、また下側でそれより低温という温度差が自ずと生じる。このため、特許文献2における課題のように、上側の放熱部における放熱量が低下して、上側の半導体デバイス15の動作に支障をきたすことがある。このような問題を解決するために、たとえば上記特許文献2では、フィンを有する複数の基部を、上部より下部の基部間の間隔を広くして、すなわち上部での基部間隙を小さくするように配置して、上部での基部単位面積当たりの放熱量を大きくする方策をとっている。 5, the base 1 of the heat dissipation structure 10 along the direction of gravity, is an explanatory diagram in the case of vertically arranged first heat radiating portion A 1 above. When the heat dissipating structure 10 is vertically arranged as shown in FIG. 5, the first and second heat dissipating parts A 1 and A 2 do not require a difference in the heat dissipating amount per base unit area. The fluid that has reached the upper heat radiating part (first heat radiating part A 1 ) via the heat radiating part (second heat radiating part A 2 ) has already exchanged heat in the lower heat radiating part and transfers heat. Therefore, a temperature difference of high temperature on the upper side and lower temperature on the lower side naturally occurs. For this reason, like the subject in patent document 2, the amount of heat radiation in the upper heat radiating portion may be reduced, and the operation of the upper semiconductor device 15 may be hindered. In order to solve such a problem, for example, in Patent Document 2, a plurality of base portions having fins are arranged so that the interval between the lower base portions is wider than the upper portion, that is, the base gap in the upper portion is made smaller. Thus, measures are taken to increase the heat dissipation per unit area of the base at the top.

図5に示す放熱構造体10は、複数の層からなる基部ではなく、単一の基部とそこに立つフィンを備える放熱構造体であるが、フィンの構造を上部で放熱量が大きくなるように構成しているので、結果的に、上記特許文献2に開示された内容と同様に、上部でも下部と同様な放熱量を確保できる。すなわち、図5では、上部の放熱部における基部単位面積当たりの放熱量を下部の放熱部のそれよりも大きくしているので、上部の放熱部における放熱量が下部に比べて大きく低下することはなく、上部放熱部の裏面に位置する半導体デバイス15は、その熱を下部放熱部と同じ程度の速度で放熱され、したがって温度上昇が大きくなるのを防ぐことができる。   The heat dissipation structure 10 shown in FIG. 5 is not a base composed of a plurality of layers but a heat dissipation structure including a single base and a fin standing on the base, so that the heat dissipation amount is increased at the top of the fin structure. As a result, similar to the contents disclosed in Patent Document 2, the same amount of heat radiation can be secured at the upper part as at the lower part. That is, in FIG. 5, since the heat dissipation amount per base unit area in the upper heat dissipation portion is larger than that in the lower heat dissipation portion, the heat dissipation amount in the upper heat dissipation portion is greatly reduced compared to the lower portion. Instead, the semiconductor device 15 located on the back surface of the upper heat radiating portion can dissipate its heat at the same rate as the lower heat radiating portion, and thus prevent an increase in temperature.

上記の図5の構成に対する説明は、流路が開放的に広い場合でも、また図示していない筐体で狭く画されている場合でも成り立つことである。しかし、流路が開放的な場合には、図5の配置において、さらに補充流の駆動力fが生じて、比較的温度上昇が小さい範囲の流路から流体を上部の放熱部に引き込んでいる。このため、上部の放熱部では比較的低温の流体を加えられて、放熱量をより一層確実に確保することができる。   The above description of the configuration shown in FIG. 5 is valid even when the flow path is open and wide, or when the flow path is narrowly defined by a housing (not shown). However, when the flow path is open, in the arrangement shown in FIG. 5, a replenishment flow driving force f is further generated, and the fluid is drawn into the upper heat radiating portion from the flow path having a relatively small temperature rise. . For this reason, a relatively low-temperature fluid is added to the upper heat radiating section, and the amount of heat radiated can be more reliably ensured.

図6は、図5と同様の放熱構造体10を鉛直配置した場合であるが、放熱量が大きい第1の放熱部Aを下部に、また放熱量がそれより小さい第2の放熱部Aを上部に配置した点で相違している。この場合、下部の放熱部Aにおける基部単位面積当たりの放熱量は、上部の放熱部Aにおけるそれよりも大きいので、下方から流体を押し上げる力Fが作用する。このため、上部の放熱部Aにおける流体の上向きの流速は加速され、上部の放熱部Aでは、基部単位面積当たりの放熱量の相違がない場合(放熱量が均一な場合)よりも、基部単位面積当たりの放熱量は加速される。この結果、図6のように、基部単位面積当たりの放熱量が下部側で大きい配置の場合でも、上部の放熱部Aの裏面に位置する半導体デバイス15の温度上昇は、放熱量分布が均一な場合よりも、抑制される。 Figure 6 is a case where the vertically arranged heat dissipation structure 10 similar to FIG. 5, the first heat radiation member A 1 is larger heat radiation at the bottom, also heat dissipation it is smaller than the second radiating portion A 2 is different in that it is arranged at the top. In this case, the heat radiation amount per base unit area in the lower part of the heat radiating portion A 1 is greater than that in the upper portion of the heat radiating portion A 2, acts a force F pushing up the fluid from below. For this reason, the upward flow velocity of the fluid in the upper heat radiating portion A 2 is accelerated, and in the upper heat radiating portion A 2 , compared to the case where there is no difference in the heat radiating amount per base unit area (when the heat radiating amount is uniform), Heat dissipation per base unit area is accelerated. As a result, as shown in FIG. 6, even when the amount of heat radiation per base unit area of greater arranged at the lower side, the temperature rise of the semiconductor device 15 located on the back surface of the upper portion of the heat radiating portion A 2 are uniform heat radiation amount distribution It is suppressed more than the case.

図5および図6の放熱構造体の鉛直配置の場合において、放熱量の密度に差がある領域があることによって得られる上記の作用効果は、図3および図4の水平配置において得られる作用効果と同じ理由に基づいている。すなわち、どちらも放熱量密度に差がある領域が隣り合うことによって、放熱構造体10の範囲の内部において流体を駆動する駆動力が生じることに起因している。   In the case of the vertical arrangement of the heat dissipating structure in FIGS. 5 and 6, the above-described operational effect obtained by the presence of a region having a difference in the amount of heat radiation is the operational effect obtained in the horizontal arrangement of FIGS. 3 and 4. Is based on the same reason. That is, both are caused by the fact that a driving force for driving a fluid is generated within the range of the heat dissipation structure 10 due to the adjacent regions having different heat dissipation density.

上記のように、放熱構造体10の放熱量の密度に差があることによって、流体に対して駆動力が生じ、自然に循環力が生じる作用に加えて、上記の放熱構造体10において流体の流れが乱流化しやすいという作用効果を得ることができる。すなわち、図1および図2に示す放熱構造体10では、フィン3,5の配置に疎密があるために、流体は、フィンの高密度配置の領域と、それより低密度配置の領域との間を経由する際に、それまで層流の状態にあったものが乱流状態にされやすい。それは流体が、フィン疎配置域からフィン密配置域に移動する場合であっても、フィン密配置域からフィン疎配置域に移動する場合であっても、同じであり、どちらの場合も乱流化しやすい。流体による放熱部からの抜熱(放熱)は、周知のように、層流よりも乱流のほうが固体表面での流速小の層をなす流れが剥がされ新しい流体と入れ代わるため、非常に大きいからである。   As described above, due to the difference in the density of the heat dissipation amount of the heat dissipation structure 10, a driving force is generated for the fluid, and in addition to the action of naturally generating a circulation force, The effect that the flow is easily turbulent can be obtained. That is, in the heat dissipating structure 10 shown in FIGS. 1 and 2, since the fins 3 and 5 are sparsely arranged, the fluid flows between the high density arrangement area of the fins and the low density arrangement area. When passing through, what has been in a laminar flow state is likely to be turbulent. It is the same whether the fluid moves from the sparse fin arrangement area to the fin sparse arrangement area or from the fin dense arrangement area to the sparse fin arrangement area. Easy to convert. As is well known, heat removal from a heat radiating part due to fluid (heat radiation) is much larger than laminar flow because turbulent flow separates the flow that forms a low-velocity layer on the solid surface and replaces it with new fluid. It is.

以上をまとめると、図1および図2に示す放熱構造体10による上記の基部領域内に生じる駆動力は、基部単位面積当たりの放熱量を第1の放熱部Aと第2の放熱部Aとで異なるようにするために、フィンの配置密度を異なるようにした結果得られる。さらに、上記の放熱構造体10は、上記放熱量の密度差の要因に加えて、乱流発生要因の上からも効果的な放熱量の向上に寄与することができる。 In summary, the driving force generated in the base region by the heat radiating structure 10 shown in FIG. 1 and FIG. 2 determines the heat radiation amount per unit unit area of the first heat radiating portion A 1 and the second heat radiating portion A. In order to make it different from 2, it is obtained as a result of changing the arrangement density of the fins. Furthermore, in addition to the factor of the density difference of the said heat dissipation amount, said heat dissipation structure 10 can contribute to the improvement of an effective heat dissipation from a turbulent flow generation factor.

(実施の形態2)
図7は、本発明の実施の形態2における放熱構造体10を示す斜視図である。この放熱構造体10は、基部1と、その基部1の上に立つ棒状のフィン7とによって構成される。基部10およびフィン7と接触する流体が流れる流路は、流体が基部およびフィンに接触する限り、どのように形成されてもよく、放熱構造体10が配置される装置に応じて、適宜、設定することができる。
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a perspective view showing the heat dissipation structure 10 according to Embodiment 2 of the present invention. The heat dissipation structure 10 includes a base 1 and rod-like fins 7 standing on the base 1. The flow path through which the fluid in contact with the base 10 and the fins 7 may be formed in any manner as long as the fluid contacts the base and the fins, and is appropriately set according to the device in which the heat dissipation structure 10 is disposed. can do.

本実施の形態における放熱構造体10では、棒状のフィン7が第1の放熱部Aにおいて、第2の放熱部Aよりも密に、およそ倍の密度で配置されている。このため、第1の放熱部Aにおける基部単位面積当たりの(基部+棒状のフィン)の表面積は、第2の放熱部Aにおける基部単位面積当たりの(基部+棒状のフィン)の表面積より大きくなる。 In the heat dissipation structure 10 of this embodiment, the fins 7 of the rod-shaped in the first heat radiation member A 1, densely than the second heat radiating portion A 2, are arranged at a density of approximately doubled. Therefore, the surface area of the (base + rod-like fins) per base unit area in the first heat radiation member A 1, from the surface area of the (base + rod-like fins) per base unit area in the second heat radiating portion A 2 growing.

上記の基部単位面積当たりの、基部およびフィンの表面積は、当該放熱部における流体の温度、または放熱量と、厳密に比例関係にあるわけではないが、当該放熱部における流体の温度の高低、または放熱量の大小を、大まかに判断する基準にすることはできる。上記の放熱構造体10は、フィン7の高さは、揃っている場合を例示したが、広くは、フィンの高さが不揃いであってもよい。フィンの高さが不揃いの場合、フィンおよび基部の表面積の大小と、当該放熱部の放熱量、または流体温度の大小とは、傾向的にも一致しない場合があるが、本発明の技術思想の根本は、放熱部における単位面積当たりの放熱量に大小が生じればよく、フィンおよび基部の表面積の大小と、当該放熱部の放熱量、または流体温度の大小とが、通常の場合(フィン高さが揃っている場合など)とは傾向が逆転する場合があってもかまわない。   The surface area of the base and the fin per unit area of the base is not strictly proportional to the temperature of the fluid in the heat radiating portion or the amount of heat radiated, but the temperature of the fluid in the heat radiating portion is high or low, or The amount of heat release can be used as a rough reference. In the heat dissipation structure 10 described above, the fins 7 have the same height. However, the fins may be unevenly wide. When the heights of the fins are uneven, the size of the surface area of the fin and the base and the amount of heat radiation of the heat radiating portion or the size of the fluid temperature may not be consistent, but the technical idea of the present invention Basically, the amount of heat radiation per unit area in the heat radiating part may be large or small, and the size of the surface area of the fin and the base and the amount of heat radiation of the heat radiating part or the size of the fluid temperature are normal (fin height It ’s okay if the trend is reversed.

上記の放熱構造体10は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等を冷間鍛造の一種であるフレクションプレス(Flection Press)によって、基部1およびフィン7を一体成形加工することができる。このフレクションプレスによれば、フラットタイプのフィンは別にして、通常、ピン径1mm〜5mm、ピン高さ5mm〜10mm、ピンのピッチ1mm〜5mm、基部厚み2mm〜4mmの基部+フィンの放熱構造体を冷間で一体成型加工することができる。   In the heat dissipation structure 10, the base 1 and the fins 7 can be integrally formed by using a friction press that is a kind of cold forging of aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, or the like. According to this flexure press, apart from the flat type fins, the heat radiation of the base and the fins, usually with a pin diameter of 1 mm to 5 mm, a pin height of 5 mm to 10 mm, a pin pitch of 1 mm to 5 mm, and a base thickness of 2 mm to 4 mm. The structure can be integrally molded in the cold.

図8は、流体の流路21が筐体23と基部1との間に、重力方向に交差するように、平面配置され、放熱構造体10がその流路21内に沿うように平置きされた場合を示す図である。図8において、冷却対象物たとえば半導体デバイス15が基部1の裏面にわたって配置されている。半導体デバイス15は熱を発しており、基部1を伝って熱がフィン7から流体へと放熱されている。第1の放熱部Aと第2の放熱部Aの境目の部分において、第1の放熱部Aにおける流体温度Tは、第2の放熱部Aにおける流体温度Tより高くなる。流路21は筐体壁23によって画されるため、高温にされた第1の放熱部Aにおける流体は、第2の放熱部Aにおける流体よりも圧力が上昇し、流体に対して第1の放熱部Aから第2の放熱部Aに向かう駆動力が働く。 In FIG. 8, the fluid flow path 21 is disposed between the casing 23 and the base portion 1 so as to intersect in the direction of gravity, and the heat dissipation structure 10 is laid flat along the flow path 21. FIG. In FIG. 8, an object to be cooled, for example, a semiconductor device 15 is arranged over the back surface of the base 1. The semiconductor device 15 generates heat, and the heat is radiated from the fins 7 to the fluid through the base 1. In the portion of the first border of the heat radiating portion A 1 and the second heat radiating unit A 2, the fluid temperatures T 1 in the first heat radiating unit A 1 is higher than the fluid temperature T 2 in the second heat radiating portion A 2 . Since the flow path 21 that is bounded by the housing wall 23, the fluid in the first heat radiation member A 1 that is a high temperature, pressure than the fluid in the second heat radiating portion A 2 is increased, the relative fluid driving force directed from the first heat radiating portion a 1 in the second heat radiating portion a 2 acts.

流路入口に近い放熱構造体における流体と、流路内の流体との間に駆動力は、当然、発生するが、基部1の面積または放熱構造体の面積が、流路断面に比べてある程度以上広い場合、基部1の範囲内でほとんど均一な温度分布となっていると、放熱構造体10の基部1の範囲内に流体を循環させる駆動力は限定され、小さいものでしかない。しかし、上記のように、広い放熱構造体10の基部1の範囲内に放熱量の小さい領域と大きな領域とが隣り合って位置する場合、その間に圧力の高低が生じ、放熱構造体10の中で流体に対して駆動力を発生する。この結果、強制循環用のファンを配置しなくても、放熱構造体10の基部1の範囲内に流体を循環させる駆動力を得ることができ、放熱におけるエネルギー効率を高めることができる。   The driving force naturally occurs between the fluid in the heat dissipation structure close to the flow path inlet and the fluid in the flow path, but the area of the base 1 or the area of the heat dissipation structure is to some extent as compared to the cross section of the flow path. In the case where the width is wide, if the temperature distribution is almost uniform within the range of the base 1, the driving force for circulating the fluid within the range of the base 1 of the heat dissipation structure 10 is limited and only small. However, as described above, when a region with a small amount of heat dissipation and a large region are located next to each other within the range of the base portion 1 of the wide heat dissipation structure 10, a pressure level is generated between them. A driving force is generated for the fluid. As a result, it is possible to obtain a driving force for circulating the fluid within the range of the base portion 1 of the heat dissipation structure 10 without disposing a forced circulation fan, and to increase the energy efficiency in heat dissipation.

図9は、放熱構造体10を、図8と同様に水平配置しているが、流体の流路21が開放されているか、または基部1の面からの距離に対応する高さのスペースが大きい流路の場合に生じる駆動力の説明図である。この場合には、温度Tの高温部である第1の放熱部Aから重力方向と反対に上昇流が生じ、温度Tの低温部である第2の放熱部Aからその上昇流の流体を補充する水平流が生じる。このため、ファンやポンプを作動しなくても、放熱構造体10の範囲内において自然に循環が起きて、放熱量を向上させることができ、効率よく放熱量を向上させることができる。 9, the heat dissipating structure 10 is horizontally arranged in the same manner as in FIG. 8, but the fluid flow path 21 is open, or a space having a height corresponding to the distance from the surface of the base 1 is large. It is explanatory drawing of the driving force produced in the case of a flow path. In such a case, the first from the heat radiating portion A 1 and the direction of gravity upward flow occurs in the opposite, second of the upward flow from the heat radiating portion A 2 is a low-temperature portion of the temperature T 2 is a high temperature portion of the temperature T 1 of A horizontal flow is created that replenishes the fluid. For this reason, even if it does not operate a fan or a pump, circulation occurs naturally within the range of the heat dissipation structure 10, the heat dissipation amount can be improved, and the heat dissipation amount can be improved efficiently.

図10は、重力方向に沿うように放熱構造体10の基部1を、第1の放熱部Aを上にして鉛直配置した場合の説明図である。図10のように放熱構造体10を鉛直配置した場合には、第1および第2の放熱部A,Aで基部単位面積当たりの放熱量に差をつけるようにしなくても、下側の放熱部(第2の放熱部A)を経由して上側の放熱部(第1の放熱部A)に到達した流体は、すでに下側の放熱部で熱交換をして熱が伝達されているので、上側で高温、また下側でそれより低温という温度差が自ずと生じる。このため、上側の放熱部における放熱量が低下して、上側の半導体デバイス15の動作に支障をきたすことがある。このような問題を解決するために、たとえば上記特許文献2では、フィンを有する複数の基部を、上部より下部の基部間の間隔を広くして、すなわち上部での基部間隙を小さくするように配置して、上部での基部単位面積当たりの放熱量を大きくする方策をとっている。 10, a base 1 of the heat dissipation structure 10 along the direction of gravity, is an explanatory diagram in the case of vertically arranged first heat radiating portion A 1 above. When the heat dissipating structure 10 is arranged vertically as shown in FIG. 10, the first and second heat dissipating parts A 1 and A 2 do not require a difference in the amount of heat dissipated per base unit area. The fluid that has reached the upper heat radiating part (first heat radiating part A 1 ) via the heat radiating part (second heat radiating part A 2 ) has already exchanged heat in the lower heat radiating part and transfers heat. Therefore, a temperature difference of high temperature on the upper side and lower temperature on the lower side naturally occurs. For this reason, the heat radiation amount in the upper heat radiation portion may be reduced, which may hinder the operation of the upper semiconductor device 15. In order to solve such a problem, for example, in Patent Document 2, a plurality of base portions having fins are arranged so that the interval between the lower base portions is wider than the upper portion, that is, the base gap in the upper portion is made smaller. Thus, measures are taken to increase the heat dissipation per unit area of the base at the top.

図10に示す放熱構造体10は、複数の層からなる基部ではなく、単一の基部とそこに立つフィン7を備える放熱構造体であるが、フィンの構造を上部で放熱量が大きくなるように構成しているので、結果的に、上記特許文献2に開示された内容と同様に、上部でも下部と同様な放熱量を確保できる。すなわち、図10では、上部の放熱部における基部単位面積当たりの放熱量を下部の放熱部のそれよりも大きくしているので、上部の放熱部における放熱量が下部に比べて大きく低下することはなく、上部放熱部の裏面に位置する半導体デバイス15は、その熱を下部放熱部と同じ程度の速度で放熱され、したがって温度上昇が大きくなるのを防ぐことができる。   The heat dissipation structure 10 shown in FIG. 10 is not a base composed of a plurality of layers but a heat dissipation structure including a single base and fins 7 standing on the base, so that the heat dissipation amount is increased at the top of the fin structure. As a result, similarly to the content disclosed in Patent Document 2, the same amount of heat radiation can be secured at the upper part as at the lower part. That is, in FIG. 10, since the heat dissipation amount per base unit area in the upper heat dissipation portion is larger than that in the lower heat dissipation portion, the heat dissipation amount in the upper heat dissipation portion is greatly reduced compared to the lower portion. Instead, the semiconductor device 15 located on the back surface of the upper heat radiating portion can dissipate its heat at the same rate as the lower heat radiating portion, and thus prevent an increase in temperature.

上記の図10の構成に対する説明は、流路が開放的に広い場合でも、また図示していない筐体で狭く画されている場合でも成り立つことである。しかし、流路が開放的な場合には、図10の配置において、さらに補充流の駆動力fが生じて、比較的温度上昇が小さい範囲の流路から流体を上部の放熱部に引き込んでいる。このため、上部の放熱部では比較的低温の流体を加えられて、放熱量をより一層確実に確保することができる。   The above description of the configuration of FIG. 10 is valid even when the flow path is open and wide, or when the flow path is narrowly defined by a housing (not shown). However, when the flow path is open, in the arrangement shown in FIG. 10, a replenishment flow driving force f is further generated, and the fluid is drawn into the upper heat radiating portion from the flow path in a range where the temperature rise is relatively small. . For this reason, a relatively low-temperature fluid is added to the upper heat radiating section, and the amount of heat radiated can be more reliably ensured.

図11は、図10と同様の放熱構造体10を鉛直配置した場合であるが、放熱量が大きい第1の放熱部Aを下部に、また放熱量がそれより小さい第2の放熱部Aを上部に配置した点で相違している。この場合、下部の放熱部Aにおける基部単位面積当たりの放熱量は、上部の放熱部Aにおけるそれよりも大きいので、下方から流体を押し上げる力Fが作用する。このため、上部の放熱部Aにおける流体の上向きの流速は加速され、上部の放熱部Aでは、基部単位面積当たりの放熱量の相違がない場合(放熱量が均一な場合)よりも、基部単位面積当たりの放熱量は加速される。この結果、図11のように、基部単位面積当たりの放熱量が下部側で大きい配置の場合でも、上部の放熱部Aの裏面に位置する半導体デバイス15の温度上昇は、放熱量分布が均一な場合よりも、抑制される。 Figure 11 is a case where the vertically arranged heat dissipation structure 10 similar to FIG. 10, the first heat radiation member A 1 is larger heat radiation at the bottom, also the heat radiation amount is smaller than it the second heat radiating portion A 2 is different in that it is arranged at the top. In this case, the heat radiation amount per base unit area in the lower part of the heat radiating portion A 1 is greater than that in the upper portion of the heat radiating portion A 2, acts a force F pushing up the fluid from below. For this reason, the upward flow velocity of the fluid in the upper heat radiating portion A 2 is accelerated, and in the upper heat radiating portion A 2 , compared to the case where there is no difference in the heat radiating amount per base unit area (when the heat radiating amount is uniform), Heat dissipation per base unit area is accelerated. As a result, as shown in FIG. 11, even when the amount of heat radiation per base unit area of greater arranged at the lower side, the temperature rise of the semiconductor device 15 located on the back surface of the upper portion of the heat radiating portion A 2 are uniform heat radiation amount distribution It is suppressed more than the case.

図10および図11の放熱構造体の鉛直配置の場合において、放熱量の密度に差がある領域があることによって得られる上記の作用効果は、図8および図9の水平配置において得られる作用効果と同じ理由に基づいている。すなわち、どちらも放熱量密度に差がある領域が隣り合うことによって、放熱構造体10の範囲の内部において流体を駆動する駆動力が生じることに起因している。   In the case of the vertical arrangement of the heat dissipating structure of FIGS. 10 and 11, the above-described operational effect obtained by the presence of a region having a difference in the amount of heat radiation is the operational effect obtained in the horizontal arrangement of FIGS. Is based on the same reason. That is, both are caused by the fact that a driving force for driving a fluid is generated within the range of the heat dissipation structure 10 due to the adjacent regions having different heat dissipation density.

上記のように、放熱構造体10の放熱量の密度に差があることによって、流体に対して駆動力が生じ、自然に循環力が生じる作用に加えて、流体の流れが乱流化しやすいという作用効果を得ることができる。すなわち、図7に示す放熱構造体10では、フィン7の配置に疎密があるために、流体は、フィンの高密度配置の領域と、それより低密度配置の領域との間を経由する際に、それまで層流の状態にあったものを乱流状態にされやすい。それは流体が、疎配置から密配置に移動する場合であっても、密配置から疎配置に移動する場合であっても、同じであり、どちらの場合も乱流化しやすい。流体による放熱部からの抜熱(放熱)は、層流よりも乱流のほうが固体表面での流速小の層をなす流れが剥がされ新しい流体と入れ代わるため、非常に大きいことが知られている。それは、棒状のフィン7を流体の流れ方向に沿って、並行に配置した場合でも、並行配置よりもはるかに乱流化しやすい千鳥状に配置した場合でも、フィンの疎密配置に起因する乱流化発生の促進効果は変わらない。   As described above, due to the difference in the density of the heat dissipation amount of the heat dissipation structure 10, a driving force is generated for the fluid, and in addition to the action of naturally generating a circulation force, the fluid flow is likely to be turbulent. An effect can be obtained. That is, in the heat dissipating structure 10 shown in FIG. 7, since the fins 7 are densely arranged, the fluid passes between the high density arrangement area of the fins and the low density arrangement area. What was previously in a laminar flow state is likely to be turbulent. It is the same whether the fluid moves from a sparse arrangement to a dense arrangement or from a dense arrangement to a sparse arrangement, and in either case, the fluid tends to be turbulent. It is known that the heat removal from the heat dissipation part (heat dissipation) by the fluid is much larger than the laminar flow because the turbulent flow separates the flow that forms a layer with a low flow velocity on the solid surface and replaces it with a new fluid. . Even if the rod-like fins 7 are arranged in parallel along the flow direction of the fluid, even if they are arranged in a zigzag manner that is much easier to turbulent than the parallel arrangement, the turbulent flow caused by the dense arrangement of the fins The effect of promoting generation remains unchanged.

以上をまとめると、図7に示す放熱構造体10による基部領域内での駆動量は、基部単位面積当たりの放熱量を第1の放熱部Aと第2の放熱部Aとで異なるようにするために、フィンの配置密度を異なるようにした結果得られる。さらに、上記の放熱構造体10は、上記放熱量の密度差の要因に加えて、乱流発生要因の上からも効果的な放熱量の向上に寄与することができる。 In summary, the driving amount in the base region by heat dissipation structure 10 shown in FIG. 7, the heat radiation amount per base unit area the first heat radiation member A 1 and the second heat radiating portion A 2 in a different manner In order to achieve this, it is obtained as a result of varying the fin arrangement density. Furthermore, in addition to the factor of the density difference of the said heat dissipation amount, said heat dissipation structure 10 can contribute to the improvement of an effective heat dissipation from a turbulent flow generation factor.

(実施の形態3)−基部単位面積当たりの放熱量(フィンおよび基部の表面積)の分布−
基部単位面積当たりの放熱量、または基部単位面積当たりのフィンおよび基部の表面積の分布は、どのような形態であってもよく、たとえば図12に示すように、連続的に勾配がついた形態でもよいし、ステップ状に変化する形態であってもよい。また、図12における第1の放熱部Aおよび第2の放熱部Aの設定の仕方から分かるように、第1の放熱部Aの基部単位面積当たりの放熱量が第2の放熱部Aのそれより大きければ、これら放熱部はどのように区分けしてもよい。また、放熱構造体の範囲内に、第1放熱部と、第2の放熱部との中間の、もしくはこれらのいずれよりも高い、またはこれらのいずれよりも低い、基板単位面積当たりの放熱量を有するほかの領域があってもよい。
(Embodiment 3) -Distribution of heat dissipation amount (surface area of fin and base) per base unit area-
The heat dissipation amount per base unit area, or the distribution of the fin and base surface area per base unit area may be any form, for example, as shown in FIG. It may be a form that changes stepwise. As can be seen from the way of the first heat radiation member A 1 and the second heat radiation member A 2 set at 12, the heat radiation amount per base unit area of the first heat radiation member A 1 and the second heat radiation member greater than that of a 2, it may be divided how these heat radiating portion. In addition, within the range of the heat dissipation structure, a heat dissipation amount per unit area of the substrate that is intermediate between the first heat dissipation portion and the second heat dissipation portion, or higher than any of these, or lower than any of these. There may be other areas to have.

本発明の実施の形態1および2では、放熱構造体の領域が、第1の放熱部Aと第2の放熱部Aとで2つに区分けされる形態を例示した。しかし、本発明においては、図13に示すように、たとえば第1の放熱部Aと第2の放熱部Aとが交互に入り組んだパターンにしてもよい。または、図示はしないが、本発明においては、矩形の第1の放熱部Aと第2の放熱部Aとが、市松模様に配列したパターンであってもよい。 In the first and second embodiments of the present invention, the area of the heat dissipation structure is illustrated an embodiment which is divided into two by the first heat radiation member A 1 and the second and the heat radiating portion A 2. However, in the present invention, as shown in FIG. 13, for example, a pattern in which the first heat radiating portion A 1 and the second heat radiating portion A 2 are alternately arranged may be used. Or, although not shown, in the present invention, the first heat radiation member A 1 of the rectangle and the second heat radiating portion A 2 may be a pattern arrayed in a checkered pattern.

上記において、本発明の実施の形態および実施例について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態および実施例は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。   Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, the embodiments and examples of the present invention disclosed above are merely examples, and the scope of the present invention is the implementation of these inventions. It is not limited to the form. The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.

本発明の冷却構造体では、隣り合う放熱部に放熱量密度の差をつけることにより、放熱構造体内に位置する流体に駆動力を付与することができ、ファンなどを用いることなく、放熱構造体内に循環力を付与することができるので、高いエネルギー効率で高レベルの放熱を実現することができる。   In the cooling structure of the present invention, it is possible to apply a driving force to the fluid located in the heat dissipation structure by making a difference in heat dissipation density between adjacent heat dissipation portions, and without using a fan or the like, Therefore, a high level of heat dissipation can be realized with high energy efficiency.

本発明の実施の形態1における放熱構造体の斜視図である。It is a perspective view of the thermal radiation structure in Embodiment 1 of this invention. 図1の放熱構造体の平面図である。It is a top view of the thermal radiation structure of FIG. 図1の放熱構造体を、水平の狭い流路に配置した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which has arrange | positioned the thermal radiation structure of FIG. 1 in the horizontal narrow flow path. 図1の放熱構造体を、水平の開放流路または高さスペース大の流路に配置した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which has arrange | positioned the thermal radiation structure of FIG. 1 to the horizontal open flow path or the flow path of large height space. 図1の放熱構造体を、鉛直の流路に、高放熱部を上部にして配置した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which has arrange | positioned the thermal radiation structure of FIG. 図1の放熱構造体を、鉛直の流路に、高放熱部を下部にして配置した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which has arrange | positioned the thermal radiation structure of FIG. 1 in the vertical flow path with the high thermal radiation part as the lower part. 本発明の実施の形態2における放熱構造体の斜視図である。It is a perspective view of the thermal radiation structure in Embodiment 2 of this invention. 図7の放熱構造体を、水平の狭い流路に配置した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which has arrange | positioned the thermal radiation structure of FIG. 7 to the horizontal narrow flow path. 図7の放熱構造体を、水平の開放流路または高さスペース大の流路に配置した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which has arrange | positioned the thermal radiation structure of FIG. 7 in the horizontal open flow path or the flow path of large height space. 図7の放熱構造体を、鉛直の流路に、高放熱部を上部にして配置した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which has arrange | positioned the thermal radiation structure of FIG. 図7の放熱構造体を、鉛直の流路に、高放熱部を下部にして配置した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which has arrange | positioned the thermal radiation structure of FIG. 本発明の実施の形態3における基部単位面積当たりの放熱量または上記表面積の分布形態を例示する図である。It is a figure which illustrates the heat dissipation amount per base unit area in Embodiment 3 of this invention, or the distribution form of the said surface area. 基部単位面積当たりの放熱量または上記表面積の分布パターンを例示する図である。It is a figure which illustrates the heat dissipation amount per base unit area, or the distribution pattern of the said surface area.

符号の説明Explanation of symbols

1 基部、3,5 立壁状のフィン、7 棒状のフィン、10 放熱構造体、15 半導体デバイス、21 流路、26 筐体、A 第1の放熱部(高放熱部)、A 第2の放熱部(低放熱部)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base part, 3, 5 Standing-wall-like fin, 7 Rod-like fin, 10 Heat dissipation structure, 15 Semiconductor device, 21 Flow path, 26 Case, A 1 1st heat dissipation part (high heat dissipation part), A 2 2nd Heat dissipation part (low heat dissipation part).

Claims (4)

基部と、
前記基部の第1の領域に位置して熱を放熱する第1の放熱部と、
前記基部において、前記第1の領域の隣の第2の領域に位置して熱を放熱する第2の放熱部とを備え、
前記第1の放熱部における基部単位面積当たりの放熱量を、前記第2の放熱部における基部単位面積当たりの放熱量より大きくしたことを特徴とする、放熱構造体。
The base,
A first heat dissipating part located in the first region of the base and dissipating heat;
A second heat dissipating part located in a second region adjacent to the first region to dissipate heat;
A heat dissipation structure characterized in that a heat dissipation amount per base unit area in the first heat dissipation portion is larger than a heat dissipation amount per base unit area in the second heat dissipation portion.
基部と、
前記基部の第1の領域に立つフィンを有する第1の放熱部と、
前記基部において、前記第1の領域の隣の第2の領域に立つフィンを有する第2の放熱部とを備え、
前記第1の放熱部における基部単位面積当たりのフィンおよび基部の表面積を、前記第2の放熱部における基部単位面積当たりのフィンおよび基部の表面積より大きくしたことを特徴とする、放熱構造体。
The base,
A first heat dissipating part having fins standing in the first region of the base part;
A second heat dissipating part having fins standing in a second region adjacent to the first region in the base;
A heat radiating structure characterized in that the surface area of the fins and the base portion per base unit area in the first heat radiating portion is larger than the surface area of the fins and the base portion per base unit area in the second heat radiating portion.
前記第1の放熱部のフィン高さと前記第2の放熱部のフィン高さとが、揃っていることを特徴とする、請求項2に記載の放熱構造体。   The heat dissipation structure according to claim 2, wherein a fin height of the first heat dissipation portion and a fin height of the second heat dissipation portion are aligned. 前記第1の放熱部のフィンの全ておよび一部のフィン高さが、前記第2の放熱部のフィン高さよりも高いことを特徴とする、請求項2に記載の放熱構造体。   3. The heat dissipation structure according to claim 2, wherein a fin height of all and a part of the fins of the first heat dissipation portion is higher than a fin height of the second heat dissipation portion.
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