JP2010199371A - Heat sink - Google Patents

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fixed
heat sink
fins
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Ryohei Nomura
良平 野村
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Toppan Inc
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a forced air-cooled heat sink which can reduce the load on an air-exchange means, such as, fan and which can be manufactured at low cost. <P>SOLUTION: In an interdigital heat sink, a plurality of planar fins are arranged into an interdigital shape, in a planar base plate 11. A part of the fins is a fixed fin 12, which is fixed to the base plate, and another part of the fins, is a movable fin 13. The fixed fin 12 and the movable fin 13 are connected by a bimetal 14. While a chip is at a relatively low temperature, the movable fin 13 is moved to the vicinity of the fixed fin, to avoid load on an air exchange means. Meanwhile, at a high temperature, the movable fin 13 is moved to the vicinity of a center between the fixed fins 12 and the movable fin 13, and the fin is set in a state with narrowed air circulation path and enhanced the heat dissipation efficiency. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、高発熱量の電子部品などを効率よく冷却することを目的としたヒートシンクに関する。 The present invention relates to a heat sink for the purpose of efficiently cooling electronic parts having a high calorific value.

CPUに代表される電子計算機用の半導体素子(以下チップと呼ぶ)を用いる場合、その発熱量に応じた熱対策が必要となる。放熱の方法にはペルチェ効果を利用したものやヒートパイプを組み合わせたもの等さまざまであるが、いずれも最終的には空気、水などの冷却流体に放熱するようになっており、大きくは空冷式と液冷式に分けることができる。空冷式は、熱伝導性の優れた金属(アルミニウムや銅)を用い、周囲の空気との接触面積が広くなるような形状に形成されたフィンを通して空気中に放熱するものである。液冷式は、発熱体にごく近い位置に設置されたパイプ等の中を流れる液体へ放熱するものである。後者は前者に比べ高い冷却能力を有するが、高価である、メンテナンスに労力を要するなどの理由から、一般的には可能な限り前者が選択される。
空冷式の中でも、ヒートシンク周囲の空気の交換を、自然対流に任せる自由対流熱伝達(以下、自然空冷と呼ぶ)により行なうものと、ファン等により強制的に入れ替える強制対流熱伝達(以下、強制空冷と呼ぶ)により行なうものとに分類でき、後者のほうが高い放熱性能を有している。
強制空冷を行なう場合のファン等の空気交換手段は、周囲に空気循環の障害物となるものが少ないほうが負荷は小さくなり、逆に、周囲に空気循環の障害物となるものが多いと負荷は大きくなる。負荷が大きい状態で使用し続けると、ファン等の空気交換手段の寿命が短くなるため、なるべく負荷の小さい状態でファン等の空気交換手段を使用できることが望ましい。
例えば、電源投入直後でチップがまだあまり熱くなっておらず、ヒートシンクからの放熱がそれほど必要ではない間は、空気循環の障害物になるヒートシンク自体のフィンの数や向きを調節して空気交換手段にあまり負荷がかからない状態とし、チップが熱くなってきたら空気交換手段に負荷はかかるが放熱効率を高くした状態とすることができれば、ファン等の空気交換手段の寿命を延ばすことができる。
特許文献1には、ヒートシンクに導かれる風量を調節するために、ヒートシンクの排気口側に可動フィンを設けてその角度を調整するという技術が記載されている。
しかしながら、特許文献1の可動フィンは制御機構により動作制御されていて特許文献1の高温試験装置のような用途には向いていると考えられるが、実際の電子計算機等の製品中で使用されるようなヒートシンクとしては、より簡便な仕組みで安価に製造できることが望ましい。
When a semiconductor element for an electronic computer represented by a CPU (hereinafter referred to as a chip) is used, it is necessary to take measures against heat according to the amount of heat generated. There are various ways of heat dissipation, such as those using the Peltier effect and combinations of heat pipes, but all of them finally dissipate heat to cooling fluids such as air and water. And liquid cooling. The air-cooling type uses a metal (aluminum or copper) having excellent thermal conductivity and radiates heat into the air through fins formed in a shape that increases the contact area with the surrounding air. In the liquid cooling method, heat is radiated to the liquid flowing in a pipe or the like installed at a position very close to the heating element. The latter has a higher cooling capacity than the former, but the former is generally selected as much as possible because it is expensive and requires labor for maintenance.
Among air-cooled types, the air around the heat sink is exchanged by free convection heat transfer (hereinafter referred to as natural air cooling), which is left to natural convection, and forced convection heat transfer (hereinafter, forced air cooling) that is forcibly switched by a fan or the like. The latter has a higher heat dissipation performance.
In the case of forced air cooling, the air exchange means such as fans reduce the load when there are few obstacles around the air circulation around the air. growing. If it continues to be used in a state where the load is large, the life of the air exchange means such as a fan will be shortened.
For example, as long as the chip is not too hot immediately after power is turned on and heat dissipation from the heat sink is not necessary, air exchange means by adjusting the number and orientation of the fins of the heat sink itself, which becomes an obstacle to air circulation If the load is applied to the air exchange means when the chip gets hot, the life of the air exchange means such as a fan can be extended.
Patent Document 1 describes a technique in which a movable fin is provided on the exhaust port side of the heat sink and the angle thereof is adjusted in order to adjust the air volume guided to the heat sink.
However, although the movable fin of Patent Document 1 is controlled by a control mechanism and is considered to be suitable for applications such as the high-temperature test apparatus of Patent Document 1, it is used in actual products such as electronic computers. It is desirable that such a heat sink can be manufactured at a low cost with a simpler mechanism.

特許第3339484号公報Japanese Patent No. 3339484

本発明は上記の問題点に鑑みなされたものであって、ファン等の空気交換手段の負荷を減らすことが可能でかつ安価に製造できる、強制空冷式ヒートシンクを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a forced air-cooling heat sink that can reduce the load of air exchange means such as a fan and can be manufactured at low cost.

上記課題を解決するため本発明の請求項1においては、
平板状のベース板の主面の一方に複数の平板状のフィンが櫛形に配置された櫛形ヒートシンクであって、
前記平板状のフィンのうちの一部は前記ベース板に固定された固定フィンであり、
前記平板状のフィンのうちの別の一部は可動フィンであり、
前記固定フィンと可動フィンとが、温度によって両者の距離を変化させる接続板を介して接続されていることを特徴とするヒートシンク、
としたものである。なお、このような接続板としてはバイメタルや形状記憶合金の薄板が使用できる。
In order to solve the above problem, in claim 1 of the present invention,
A comb heat sink in which a plurality of flat fins are arranged in a comb shape on one of the main surfaces of a flat base plate,
A part of the flat fins is a fixed fin fixed to the base plate,
Another part of the flat fins is a movable fin,
A heat sink, wherein the fixed fin and the movable fin are connected via a connection plate that changes a distance between the fixed fin and the movable fin according to temperature;
It is what. In addition, as such a connection plate, a thin plate of bimetal or shape memory alloy can be used.

本発明のヒートシンクによれば、チップがまだあまり熱くなっておらず、従ってヒートシンク全体および接続板が比較的低温である間は、可動フィンを固定フィンの近傍に移動させることにより、空気循環経路を広くして空気交換手段にあまり負荷がかからない状態とできる。また、このためその騒音も小さいという効果がある。
また、チップが熱くなって、従ってヒートシンク全体および接続板が高温になったら、可動フィンを固定フィン間の中央付近に移動させることにより、空気循環経路を狭くして空気交換手段に負荷はかかるが放熱効率を高くした状態とすることができる。
According to the heat sink of the present invention, while the chip is not yet very hot, and the entire heat sink and the connection plate are relatively cold, moving the movable fins in the vicinity of the fixed fins reduces the air circulation path. It can be made wide so that the air exchange means is not so heavily loaded. For this reason, the noise is also small.
Also, if the chip becomes hot and therefore the heat sink and the connection plate become hot, moving the movable fins near the center between the fixed fins narrows the air circulation path and places a load on the air exchange means. The heat dissipation efficiency can be increased.

本発明の第1の実施形態で、比較的低温の状態を示す模式図The schematic diagram which shows the state of comparatively low temperature in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施形態で、高温の状態を示す模式図The schematic diagram which shows the state of high temperature in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態で、比較的低温の状態を示す模式図Schematic diagram showing a relatively low temperature state in the second embodiment of the present invention 本発明の第2の実施形態で、高温の状態を示す模式図The schematic diagram which shows a high temperature state in the 2nd Embodiment of this invention.

以下、本発明のヒートシンクの実施形態について説明する。
図1および図2は、本発明のヒートシンクの第1実施形態の一例を示した模式図である。図1はヒートシンクが比較的低温のときの状態を示したもので、図1(A)は上面図、図1(B)は側面図である。また、図2はヒートシンクが高温になったときの状態を示したもので、図2(A)は上面図、図2(B)は側面図である。
本実施形態のヒートシンク10は、通常の櫛形ヒートシンクと同様にベース板11の一方の面に複数の固定フィン12が一体的に形成されており、さらに固定フィン12には接続板14を介して可動フィン13が接続されている。
空気循環効率を良くするためには、固定フィン12と可動フィン13は互いに略平行になるよう配置しておくことが望ましい。従って固定フィン12と可動フィン13を接続する接続版14は、1組につき2箇所以上あることが望ましい。
可動フィン13は、固定フィン12と同様の長方形の板状であり、その側面をベース板11の面と接触させた状態で配置する。これは可動フィン13にも熱をよく伝えるためである。
接続板14はバイメタルや形状記憶合金からなる薄板であり、曲がった状態でその片方の端部が固定フィン12に、もう片方の端部が可動フィン13に固定されている。ヒートシンク10が比較的低温の時には図1に示すように強く曲がった状態で、可動フィン13を固定フィン12に近い位置で保持する。
一方、ヒートシンク10が高温になった時には図2に示すように、接続板14は開いた状態となり、可動フィン13を固定フィン12から遠い位置で保持する。このとき、可動フィン13が隣の固定フィンとの間の略中央に来るように、接続板14の長さや開き具合を調節しておくのが望ましい。
図1および図2においては、接続板14は折り目がついた状態で折り曲げられているものの場合を示しているが、折り目がない湾曲状態のものを用いてもかまわない。また、接続板14はヒートシンク10の内側に折り込まれている場合を示しているが、設置スペース
の周囲に余裕があればヒートシンク10の外側に出ていてもかまわない。
また、図1および図2においては、接続板14が、ヒートシンク10の各フィンの側面がわの端部に取り付けられている場合を示しているが、ヒートシンク10の各フィンの上面がわの端部に取り付けられていてもかまわない。
図3および図4は、本発明のヒートシンクの第2実施形態の一例を示した模式図である。図3はヒートシンクが比較的低温のときの状態を示したもので、図3(A)は上面図、図3(B)は側面図である。また、図4はヒートシンクが高温になったときの状態を示したもので、図4(A)は上面図、図4(B)は側面図である。
可動フィン13は、それぞれ、個別接続板17により共通の全体接続板18に接続されている。全体接続板18の端部は、可動接続板15に接続されており、さらに可動接続板15は固定接続板16により所定の固定フィン12aと接続されている。この可動接続板15は、バネやゴムなどの伸縮可能な弾性体から構成されており、他方、個別接続板17、全体接続板18、固定接続板16は、実質的に伸縮不可能な剛性材料から構成されている。
そして、固定接続板16の接続された固定フィン12aは、バイメタルから構成される接続板14を介して所定の可動フィン13が接続されている。この接続板14としては、前述のとおり、バイメタルの他、形状記憶合金などが使用できる。
この実施形態にあっては、ヒートシンク10が比較的低温の時には図3に示すように、接続板14が強く曲がった状態である。このため、固定フィン12aに接続された可動フィン13を固定フィン12に近い位置で保持する。
一方、ヒートシンク10が高温になった時には図4に示すように、接続板14は開いた状態となり、固定フィン12aに接続された可動フィン13を固定フィン12から遠い位置に移動させる。
Hereinafter, embodiments of the heat sink of the present invention will be described.
1 and 2 are schematic views showing an example of the first embodiment of the heat sink of the present invention. FIG. 1 shows a state where the heat sink is at a relatively low temperature. FIG. 1 (A) is a top view and FIG. 1 (B) is a side view. FIG. 2 shows a state when the heat sink becomes hot. FIG. 2 (A) is a top view and FIG. 2 (B) is a side view.
In the heat sink 10 of this embodiment, a plurality of fixed fins 12 are integrally formed on one surface of a base plate 11 in the same manner as a normal comb heat sink, and the fixed fins 12 are movable via a connection plate 14. Fins 13 are connected.
In order to improve the air circulation efficiency, it is desirable to arrange the fixed fins 12 and the movable fins 13 so as to be substantially parallel to each other. Therefore, it is desirable that there are two or more connecting plates 14 for connecting the fixed fins 12 and the movable fins 13 per group.
The movable fins 13 have a rectangular plate shape similar to that of the fixed fins 12 and are arranged with their side surfaces in contact with the surface of the base plate 11. This is for transferring heat to the movable fins 13 well.
The connection plate 14 is a thin plate made of a bimetal or a shape memory alloy. One end of the connection plate 14 is fixed to the fixed fin 12 and the other end is fixed to the movable fin 13 in a bent state. When the heat sink 10 is at a relatively low temperature, the movable fin 13 is held at a position close to the fixed fin 12 while being bent strongly as shown in FIG.
On the other hand, when the heat sink 10 reaches a high temperature, as shown in FIG. 2, the connection plate 14 is opened, and the movable fin 13 is held at a position far from the fixed fin 12. At this time, it is desirable to adjust the length of the connecting plate 14 and the degree of opening so that the movable fin 13 comes to substantially the center between the adjacent fixed fins.
1 and 2, the connection plate 14 is shown as being bent with a crease, but a connection with a crease may also be used. Moreover, although the case where the connection plate 14 is folded inside the heat sink 10 is shown, it may be outside the heat sink 10 if there is a margin around the installation space.
1 and 2 show the case where the connection plate 14 is attached to the end of the fin on the side surface of each fin of the heat sink 10, but the upper surface of each fin of the heat sink 10 is the end of the hook. It may be attached to the part.
3 and 4 are schematic views showing an example of the second embodiment of the heat sink of the present invention. FIG. 3 shows a state where the heat sink is at a relatively low temperature. FIG. 3 (A) is a top view and FIG. 3 (B) is a side view. FIG. 4 shows a state when the heat sink becomes hot. FIG. 4 (A) is a top view and FIG. 4 (B) is a side view.
Each of the movable fins 13 is connected to a common overall connection plate 18 by an individual connection plate 17. The end of the overall connection plate 18 is connected to the movable connection plate 15, and the movable connection plate 15 is further connected to a predetermined fixed fin 12 a by a fixed connection plate 16. The movable connection plate 15 is made of a stretchable elastic body such as a spring or rubber. On the other hand, the individual connection plate 17, the overall connection plate 18, and the fixed connection plate 16 are rigid materials that are substantially non-stretchable. It is composed of
And the fixed fin 12a to which the fixed connection plate 16 is connected is connected to a predetermined movable fin 13 via a connection plate 14 made of bimetal. As the connection plate 14, as described above, a shape memory alloy or the like can be used in addition to the bimetal.
In this embodiment, when the heat sink 10 is at a relatively low temperature, the connection plate 14 is strongly bent as shown in FIG. For this reason, the movable fin 13 connected to the fixed fin 12 a is held at a position close to the fixed fin 12.
On the other hand, when the heat sink 10 reaches a high temperature, as shown in FIG. 4, the connection plate 14 is opened, and the movable fin 13 connected to the fixed fin 12 a is moved to a position far from the fixed fin 12.

そして、この可動フィン13は個別接続板17により共通の全体接続板18に接続されており、その他の可動フィン13も共通の全体接続板18に接続されているから、固定フィン12aに接続された可動フィン13の移動に伴い、すべての可動フィン13が固定フィン12aから遠い位置に移動する。このとき、可動接続板15が伸縮するから、可動フィン13には無理な力がかかることなくスムーズに移動することができる。   The movable fins 13 are connected to the common overall connection plate 18 by the individual connection plates 17, and the other movable fins 13 are also connected to the common overall connection plate 18, so that they are connected to the fixed fins 12a. As the movable fins 13 move, all the movable fins 13 move to positions far from the fixed fins 12a. At this time, since the movable connecting plate 15 expands and contracts, the movable fin 13 can move smoothly without applying an excessive force.

10 櫛形ヒートシンク
11 櫛形ヒートシンクのベース板
12,12a 櫛形ヒートシンクの固定フィン
13 可動フィン
14 接続板
15 可動接続板
16 個別接続板
18 全体接続板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Comb-shaped heat sink 11 Comb-shaped heat sink base plates 12, 12a Fixed fin 13 for comb-shaped heat sink 13 Movable fin 14 Connection plate 15 Movable connection plate 16 Individual connection plate 18 Overall connection plate

Claims (1)

平板状のベース板の主面の一方に複数の平板状のフィンが櫛形に配置された櫛形ヒートシンクであって、
前記平板状のフィンのうちの一部は前記ベース板に固定された固定フィンであり、
前記平板状のフィンのうちの別の一部は可動フィンであり、
前記固定フィンと可動フィンとが、温度によって両者の距離を変化させる接続板を介して接続されていることを特徴とするヒートシンク。
A comb heat sink in which a plurality of flat fins are arranged in a comb shape on one of the main surfaces of a flat base plate,
A part of the flat fins is a fixed fin fixed to the base plate,
Another part of the flat fins is a movable fin,
The heat sink, wherein the fixed fin and the movable fin are connected via a connection plate that changes a distance between them according to temperature.
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