JP2010021387A - ヒートシンク - Google Patents

Abstract

【課題】従来の板材を組み合わせて形成したヒートシンクでは、放熱部が熱的に分断されているため、発熱素子が小型の場合、それぞれの放熱部に直接発熱素子が接続されず、放熱性能が低下してしまうという問題があった。
【解決手段】本発明のヒートシンクは、一の辺近傍が略直角に折り曲げられて形成された受熱部を有する複数の板材を、前記板材の厚さ方向に略平行に配列して形成された、発熱素子が直接取付けられる受熱面を備えた放熱フィン部と、前記受熱面の裏面に取付けられ、前記複数の板材を熱的に接続する接続部材とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートシンクに関し、特に受熱面よりも小さい発熱素子を効率良く冷却できるヒートシンクに関する。

テレビやＤＶＤ等の電気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電子部品は、素子の密度が高くなり、素子が発生する熱が高くなり、効果的な冷却を施さないと、素子等が熱で破壊されたり、誤動作を起したりするといった問題がある。このため、冷却を要する電気・電子素子（以下、「発熱素子」という）を冷却するための各種方法が適用されている。例えば、発熱素子にヒートシンク等の冷却体を取り付けることによって、その発熱素子を直接的に冷却する方法等が代表的に知られている。

発熱素子の熱を放散する方法として、例えば、銅材やアルミニウム材などの伝熱性に優れた材料からなるヒートシンク等に放熱フィンを接続し、発熱素子の熱をヒートシンクに移動し、放熱ファンによって空冷する。これらヒートシンクは、基板等に固定部材を用いて固定され、発熱素子に熱的に接続される。

ところで、近年の発熱素子の発熱量の更なる増加に対応するために、ヒートシンクの放熱性能を更に向上させる種々の工夫がなされている。従来のヒートシンクとして、特許文献１には、図１１に示すように、略矩形状の板材の対向する２辺近傍を略直角に折り曲げて上面部７、下面部９を形成した部材を、複数接続して形成したヒートシンク２が記載されている。

特開２００５−３８９８５号公報

しかしながら、従来の板材を組み合わせて形成したヒートシンクでは、各部材の下面部９（発熱素子が取付けられる面）が熱的に分断されているため、発熱素子が小型の場合、全ての部材の下面部９に直接発熱素子が接続されず、放熱性能が低下してしまうという問題があった。また、このような場合に、熱伝導性に優れた素材からなる均熱板を介して発熱素子とヒートシンクを接続すると、それぞれの部材の間での熱抵抗が増加し、放熱性能を向上することが困難であった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、複数の板材を接続して受熱面を形成したヒートシンクにおいて、受熱面よりも小さいサイズの発熱素子を効果的に冷却することができるヒートシンクを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一の態様に係るヒートシンクは、一の辺の内側端部が該一の辺に沿って略直角に折り曲げられて形成された受熱部および放熱部を有する複数の板材を、前記放熱部の厚さ方向に略平行に配列して形成された、発熱素子が直接取付けられる受熱面を備えた放熱フィン部と、前記受熱面の裏面に取付けられ、前記複数の板材を接続する接続部材とを備えることを特徴とする。

この態様によれば、ヒートシンクの受熱面に直接発熱素子が接続されているため、熱抵抗が小さくすることができ、また、受熱面の裏面に取付けられた接続部材によって発熱素子の熱をそれぞれの放熱部に移動することができるため、効率よく放熱することが可能となる。

また、本発明の別の態様に係るヒートシンクは、前記放熱部が、少なくとも前記発熱素子が取付けられた部分に対応する前記受熱面の裏面近傍に開口部を有し、前記接続部材は前記開口部に挿通されることを特徴とする。

この態様によれば、板材の発熱素子が取付けられた部分に対応する受熱面の裏面近傍に開口部を設け、該開口部に接続部材を挿通することによって、それぞれの板材を一体に接続しているので、接続部材の熱を効率よく各板材の放熱部に移動させることが可能となり、更に放熱効率を向上することができる。

また、本発明の別の態様にかかるヒートシンクは、前記接続部材が、前記発熱素子が実装される基板にヒートシンクを固定するための固定部を更に備えることを特徴とする。

また、本発明の別の態様にかかるヒートシンクは、前記受熱部および前記接続部材が、それぞれ対応する位置に孔部を備え、前記孔部に挿通して前記発熱素子を取付け固定するための発熱素子固定部材を更に備えることを特徴とする。

また、本発明の別の態様にかかるヒートシンクは、前記複数の板材の前記一の辺以外の少なくとも一つの他の辺をそれぞれ連結し、かつ前記発熱素子が実装される基板に固定するための連結固定部材を更に備えることを特徴とする。

本発明によれば、複数の板材を接続して受熱面を形成したヒートシンクにおいて、受熱面よりも小さいサイズの発熱素子であっても、効果的に冷却することができるヒートシンクを提供することができる。

以下、この発明のヒートシンクについて、図面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第１の実施形態を示す（ａ）斜視図Ｉおよび（ｂ）斜視図ＩＩである。図１（ａ）に示すように、略矩形の板材１００の対向する２つの辺の内側端部を各辺に沿って略直角に折り曲げられ、少なくとも一方の折り曲げられた端部側が受熱部１０２として形成されている。また、他方の折り曲げられた端部１０３と、折り曲げられた端部の間の板状部１０５が放熱部１０１として機能する。この板材１００を板状部１０５に対して略平行に複数配列し、それぞれの受熱部１０２を略同一面に揃えることで発熱素子２０を接続する受熱面１４０が形成される。

受熱面１４０の裏面側には、それぞれの板材１００を熱的に接続する接続部材１１０を備えている。接続部材１１０は、隣接する板材１００の熱を相互に移動させるために、隣接する板材１００の板状部１０５を接続し、かつ受熱部１０２に接触するように設けた部材であってもよく、受熱面１４０を形成する受熱部１０２の裏面を一体に接続する部材であってもよい。また、接続部材１１０は、ヒートシンク１０を発熱素子２０等が実装される基板に固定するための固定部１１２を備えていてもよい。

図２は、本発明のヒートシンクの第１の実施形態に用いられる板材１００の（ａ）上面図、（ｂ）Ａ−Ａ′断面図である。図２に示すように、板材１００は、受熱部１０２の裏面近傍に、一つの辺が受熱部１０２に接するように形成された、接続部材１１０を挿入するための略矩形状の開口部１０４を備えている。また、開口部１０４には、受熱部１０２に垂直な辺に、接続部材１１０を係止するための切り起し片１０６が設けられている。

図３は、本発明のヒートシンクの第１の実施形態に用いられる接続部材１１０を示す（ａ）斜視図、（ｂ）上面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ′断面図である。図３に示すように、接続部材１１０は、板材１００に設けられた切り起し片１０６に対応する係止部１１４を設けている。この係止部１１４は、図３（ａ）に示すような切り起しであってもよい。また、係止部１１４は、板材１００の切り起し片１０６を係止できる構造であればよく、所定形状の凹部や矩形の開口部であってもよい。

図３（ｂ）に示すように、接続部材１１０は、所定厚さの板材の対向する２つの辺の内側端部を該辺に沿ってを折り曲げた形状となっている。また、接続部材１１０は、受熱面１４０の裏面に接続される面１１０ａに孔部１１６を備えており、面１１０ａの裏面側はバーリング加工された凸部１１８が形成されている。孔部１１６は、板材１００、接続部材１１０および発熱素子２０を一体に固定する発熱素子固定部材１２０（図１参照）を挿通するためのものである。凸部１１８は、発熱素子固定部材１２０としてネジを使用する際等、各部材を固定するために必要な場合に適宜設ければよい。

次に、本発明のヒートシンクの製造方法について図４を用いて説明する。図４（ａ）に示すように、上述した板材１００を並列に配列し、放熱フィン部２００を形成する。次に図４（ｂ）に示すように、板材１００の開口部１０４に、係止部１１４が形成された接続部材１１０を図の矢印Ｘの方向に挿通する。係止部１１４は、開口部１０４に設けられた切り起し片１０６に対応する形状であり、接続部材１１０を開口部１０４に押し込むことによって、切り起し片１０６と嵌合し、接続部材１１０が係止される。接続部材１１０としては、板材１００と比較して厚い部材の対向する２つの辺近傍を折り曲げて形成したものを使用することができるが、熱伝導性を向上させるために、四角柱状の伝熱ブロックを用いることもできる。接続部材１１０は、放熱フィン部２００と接続するための位置決めをする爪部１１９を備えている。

図４（ｃ）は、放熱フィン部２００に接続部材１１０を係止した状態を示す上面図である。図に示すように、放熱フィン部２００によって形成される受熱面１４０の裏面に接続部材１１０の面１１０ａが熱的に接触している。

図４（ｄ）は、図４（ｃ）におけるＣ−Ｃ′断面図である。図４（ｄ）に示すように、放熱フィン部２００に挿通した接続部材１１０の係止部１１４は、それぞれの板材１００に設けられた切り起し片１０６と嵌合して、接続部材１１０の脱落を防止することができる。また、切り起し片１０６および／または係止部１１４は、弾性変形しやすい形状となっているため、放熱フィン部２００に接続部材１１０を押し込むだけで容易にヒートシンクを形成することができる。なお、接続部材１１０は、爪部１１９を備えていなくてもよい。

図５は、本発明のヒートシンクの第２の実施形態を示す斜視図である。図５に示すように、ヒートシンク３０は、受熱部３０２が設けられた辺と対向する辺３０８側にそれぞれの板材３００を連結して固定する連結固定部材１３０を備えている。また、連結固定部材１３０は、ヒートシンク３０を発熱素子が搭載される基板（図示しない）に固定するための固定部１３２を備えている。前述した接続部材１１０の固定部１１２と、連結固定部材１３０の固定部１３２によってヒートシンク３０をバランスよく確実に基板に固定することができる。なお、接続部材１１０と板材３００とを固定するための孔部２２６は、少なくとも発熱素子の固定のために必要な一部の板材に設けていればよい。

図６は、本発明のヒートシンクの第２の実施形態に用いられる板材３００を示す（ａ）上面図、および（ｂ）Ｃ−Ｃ′断面図である。図６に示すように、板材３００は、連結固定部材１３０が接続される辺３０８に、スリット３１０を備えている。またスリット３１０の内側には、スリット３１０の伸びる方向に向かう切り起し部３１２が設けられている。このスリット３１０および切り起し部３１２によって、板材３００に後述する連結固定部材１３０を接続する際に、板材３００の弾性変形が容易になり、板材３００および連結固定部材１３０の塑性変形を防止することができる。

図７は、本発明のヒートシンクの第２の実施形態に用いられる連結固定部材１３０を示す（ａ）斜視図、および（ｂ）Ａ部の拡大図である。図７（ａ）に示すように、連結固定部材１３０は、長方形状の板材を２箇所で略直角に折り曲げた形状（略コの字）をしている。板材３００に接続する部分には、係止スリット１３４を備えている。図７（ｂ）に示すように、係止スリット１３４は、係止辺１３４ａを備えており、前述した板材３００の切り起し部３１２が係止されることによって、板材３００のスリット３１０に連結固定部材１３０の係止スリットを押し込むだけで容易に、相互に固定することができる。

図８は、本発明のヒートシンクの第３の実施形態を示す斜視図である。図８に示すように、ヒートシンク４０は、複数の板材４００を備え、発熱素子２０と比較して更に大きな受熱面４４０が形成されている。このような場合、発熱素子２０は、一部の板材４１０には直接接続され、他の板材４２０には接続部材１１０を介して熱的に接続されている。すなわち、発熱素子２０の熱の一部は、一部の板材４１０の形成する受熱面４４０に移動した後、受熱面４４０の裏面側に取付けられた接続部材１１０を介して他の板材４２０に移動し、放熱される。ここで、接続部材１１０と他の板材４２０とは、上述した発熱素子固定部材１２０と同様の部材や、それぞれに形成された凹凸部をかしめる等の方法により熱的に接触している。

図９は、本発明のヒートシンクの第４の実施形態を示す（ａ）斜視図、および（ｂ）板材５００の上面図である。図９（ａ）に示すように、ヒートシンク５０は、対向する２つの辺近傍を略直角に折り曲げた板材５００を、複数接続して、受熱面５４０を形成している。受熱面５４０の裏面側には、開口部５０４が設けられ、接続部材１１０が挿通されている。更に、受熱部が形成された辺に隣接する辺５０８の少なくとも一方には、それぞれの板材５００を連結し、ヒートシンク５０を基板（図示しない）に固定するための固定部１３２を有する連結固定部材１３０を備えている。

また、図９（ｂ）に示すように、板材５００には、接続部材１１０を挿通するための開口部５０４および接続部材１１０を係止するための切り起し片５０６が形成されている。更に、受熱部５０２に隣接する辺５０８には、連結固定部材１３０が接続される部分にスリット５１０および切り起し部５１２が形成されている。

なお、連結固定部材としては、長方形状の板材を折り曲げて形成したものに限らず、図１０に示すように、長方形状の板材に固定部２３２および係止スリット２３４を設けた連結固定部材２３０であってもよい。

本発明に使用される板材および接続部材としては、熱伝導性の良好な種々の材料、例えばアルミニウム、銅およびそれらの合金等からなる板材を用いることができる。また、本発明の連結固定部材としては、機械的な強度に優れた鉄等を用いることができる。また、接続部材および連結固定部材に形成された固定部は、リフロー炉等によって簡単に半田付けができるようにスズ等でめっきされている。

本発明のヒートシンクの第１の実施形態を示す（ａ）斜視図Ｉおよび（ｂ）斜視図ＩＩである。 本発明のヒートシンクの第1の実施形態に用いられる板材１００の（ａ）上面図、（ｂ）Ａ−Ａ′断面図である。 本発明のヒートシンクの第1の実施形態に用いられる接続部材１１０を示す（ａ）斜視図、（ｂ）上面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ′断面図である。 本発明のヒートシンクを製造する工程を示す（ａ）、（ｂ）斜視図、（ｃ）上面図、（ｄ）Ｃ−Ｃ′断面図である。 本発明のヒートシンクの第２の実施形態を示す斜視図である。 本発明のヒートシンクの第２の実施形態に用いられる板材３００を示す（ａ）上面図、および（ｂ）Ｃ−Ｃ′断面図である。 本発明のヒートシンクの第２の実施形態に用いられる連結固定部材１３０を示す（ａ）斜視図、および（ｂ）Ａ部の拡大図である。 本発明のヒートシンクの第３の実施形態を示す斜視図である。 本発明のヒートシンクの第４の実施形態を示す（ａ）斜視図、および（ｂ）板材５００の上面図である。 本発明のヒートシンクに用いられる連結固定部材２３０を示す斜視図である。 従来のヒートシンクを示す斜視図である。

符号の説明

１０、３０、４０、５０ ヒートシンク
２０ 発熱素子
１００、３００、４００、４１０、４２０、５００ 板材
１０１ 放熱部
１０２、３０２、４０２、５０２ 受熱部
１０３ 端部
１０４、３０４、５０４ 開口部
１０５ 板状部
１０６、３０６、５０６ 切り起し片
１１０ 接続部材
１１０ａ 面
１１２、１３２、２３２ 固定部
１１４ 係止部
１１６、２２６ 孔部
１１８ 凸部
１１９ 爪部
１２０ 発熱素子固定部材
１３０、２３０ 連結固定部材
１３４、２３４ 係止スリット
１３４ａ 係止辺
１４０、４４０、５４０ 受熱面
２００ 放熱フィン部
３０８、５０８ 辺
３１０、５１０ スリット
３１２、５１２ 切り起し部

Claims (5)

1. 一の辺の内側端部が該一の辺に沿って略直角に折り曲げられて形成された受熱部および放熱部を有する複数の板材を、前記放熱部の厚さ方向に略平行に配列して形成された、発熱素子が直接取付けられる受熱面を備えた放熱フィン部と、
   前記受熱面の裏面に取付けられ、隣接する前記複数の板材をそれぞれ接続する接続部材と
   を備えることを特徴とするヒートシンク。
2. 前記放熱部は、少なくとも前記発熱素子が取付けられた部分に対応する前記受熱面の裏面近傍に開口部を有し、前記接続部材は前記開口部に挿通されることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
3. 前記接続部材は、前記発熱素子が実装される基板に固定するための固定部を更に備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートシンク。
4. 前記受熱部および前記接続部材は、それぞれ対応する位置に孔部を備え、前記孔部に挿通して前記発熱素子を取付け固定するための発熱素子固定部材を更に備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のヒートシンク。
5. 前記複数の板材の前記一の辺以外の少なくとも一つの他の辺をそれぞれ連結し、かつ前記発熱素子が実装される基板に固定するための連結固定部材を更に備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のヒートシンク。