JP2010287730A

JP2010287730A - 受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体

Info

Publication number: JP2010287730A
Application number: JP2009140339A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takigawa; 宏瀧川; Hiroshi Noda; 浩野田; Yoshiki Hashimoto; 良樹橋本; Kazunari Aoyama; 一成青山
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2009-06-11
Publication date: 2010-12-24
Anticipated expiration: 2029-06-11
Also published as: CN101925290A; CN101925290B; TW201107698A; JP4723661B2; TWI424140B

Abstract

【課題】プリント回路基板の主面に取付け可能な受熱面平行フィン型扁平状放熱構造のヒートシンクを提供する。
【解決手段】柱状部２の１つの側面を発熱体表面に相対する受熱面４とし、柱状部２の受熱面４と異なる柱状部２の２つの側面から、受熱面２に平行な板状放熱フィン３が、第１の方向と該第１の方向と逆方向である第２の方向にそれぞれ延伸した構造を有する受熱面平行フィン型放熱構造体１において、柱状部２の長軸方向３０に垂直な受熱面平行フィン型放熱構造体１の断面における前記受熱面に垂直な方向の該受熱面平行フィン型放熱構造体１の高さＨ（ｍｍ）と該受熱面に水平な方向の該受熱面平行フィン型放熱構造体の幅Ｗ（ｍｍ）が、Ｈ≦（Ｗ−４７）^0.5／０．６＋５、ただし、５≦Ｈかつ４７≦Ｗ（単位：ｍｍ）、の関係式で表されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器筐体内に収納され動作時に発熱するＩＣ、ＣＰＵなどの半導体素子やその他の発熱部を有する電子部品の冷却に用いられるヒートシンクに関する。

近年、電子機器において、電子機器筐体内に収納されている電子部品の中でも、ＣＰＵ（中央演算装置）は特に近年の動作クロックの高クロック周波数化に伴って、動作時に最も発熱量の大きい電子部品の１つとなっている。ＣＰＵの動作の安定性、また動作寿命の確保の点からも放熱対策が重要な問題である。例えば、ＣＰＵの放熱については、水冷式の水冷モジュールや、放熱フィンを備えた空冷放熱体構造（ヒートシンク）が用いられている。

水冷式は、ポンプを使用して吸熱した液体をラジエータに運んで放熱させる技術であるが、ポンプを用いること、配管から液体が流出する恐れなどで、長期の信頼性やコスト面で不利である。一方、ヒートシンクは、メインテナンスがし易く、信頼性も高く、コストも低いことから、いまだに広く使用されている。

特許文献１には、ＩＣ、ＣＰＵなどの半導体や発熱部を有する電子部品の冷却に用いられるタワー状や複数のピン状のフィンを備えたヒートシンクの技術が開示されている。タワー型と呼ばれる一般的に背の高いヒートシンクは、受熱面から垂直な方向に伸びる支柱から受熱面に対して平行な板状フィンを設けた構造を備えている。

特開２００１−１９６５１１

ＣＰＵの発熱量の増加に伴い、より放熱性の良いヒートシンクが要求される一方で、電子機器の高密度化も進み、電子機器筐体内でヒートシンクが利用できるスペースは次第に制限されるようになっている。このため、コンパクトで放熱効率の優れたヒートシンクの必要性が益々高まっている。

しかし、特に、複数のプリント回路基板が狭い間隔で配置された場合のように、ＣＰＵの上側（ＣＰＵ実装プリント回路基板との接合面と反対側の表面側）にスペースが少なく、背の高い通常のフィン型ヒートシンク（受熱面を一主面とするベース板のもう一方の主面に、受熱面に対して垂直に板状フィンを立設したヒートシンク）を使用できない場合には、十分な放熱性能を確保することは困難であった。

図１８には、フィン型ヒートシンクの一例が図示されている。符号２０はベース板から受熱面に垂直な方向に板状放熱フィンを立設したヒートシンク（以下、「垂直フィン型ヒートシンク」という）を示しており、ベース板１９に立設された複数枚の板状放熱フィン３を有する。垂直フィン型ヒートシンク２０は、ベース板１９の厚さを薄くすると、受熱領域から離れた板状放熱フィン３までの熱抵抗が高くなる。したがって、板状放熱フィン３の枚数を増加しても、枚数の増加を放熱に有効に利用できない。逆にベース板１９を厚くすると、高さの制限で元々の高さの低い板状放熱フィン３の高さが益々低くなり、板状放熱フィン３の放熱面積が減少する。すなわち、プリント回路基板の主面に平行な方向にスペースがあっても、このスペースをヒートシンクの放熱性能を向上させることに活用できないという課題があった。

ＣＰＵの上側にスペースが無くても、電子機器筐体内のどこかにスペースがあれば、図１９に示されるような、受熱ブロックと板状放熱フィンをヒートパイプで結合したヒートシンク（以下、「分離型ヒートシンク」という）２３を用いることができる。受熱ブロック２１と垂直フィン型ヒートシンク２０をヒートパイプ２２で結合した分離型ヒートシンク２３は、図示しないＣＰＵに受熱ブロック２１だけ配置し、電子機器筐体内の他のスペースに垂直フィン型ヒートシンク２０を配置する。受熱ブロック２１で受取ったＣＰＵの熱はヒートパイプ２２を介して垂直フィン型ヒートシンク２０に伝えられ、垂直フィン型ヒートシンク２０から放熱される。

しかし、電子機器筐体内全体において各種電子部品の配置の高密度化が進展し、ヒートシンクを収納するスペースを確保することが困難となっている。また、ヒートパイプ２２を用いることは、離れた場所にある受熱ブロック２１と垂直フィン型ヒートシンク２０とをそれぞれ固定しながら受熱ブロック２１をＣＰＵに密着させるための複雑な取り付け機構が必要となり、組立工数の増加も含めて電子機器のコストアップにつながる課題があった。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の課題に鑑み、プリント回路基板の主面に平行な方向のスペースをヒートシンクの放熱性能を向上させることに利用できる受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体を提供することである。

本願の請求項１に係る発明は、長軸に平行な少なくとも３つの側面を持つ柱状部と板状放熱フィンを有し、前記柱状部の１つの側面を発熱体表面に相対する受熱面とし、前記柱状部の前記１つの側面と異なる前記柱状部の２つの側面から、前記受熱面に平行な前記板状放熱フィンが、第１の方向と該第１の方向と逆方向である第２の方向にそれぞれ延伸した構造を有する受熱面平行フィン型放熱構造体において、前記柱状部の前記長軸に垂直な受熱面平行フィン型放熱構造体の断面における前記受熱面に垂直な方向の該受熱面平行フィン型放熱構造体の高さ（Ｈ（ｍｍ））と該受熱面に水平な方向の該受熱面平行フィン型放熱構造体の幅（Ｗ（ｍｍ））が、
Ｈ≦（Ｗ−４７）^0.5／０．６＋５
ただし、５≦Ｈかつ４７≦Ｗ単位：ｍｍ
の関係式で表されることを特徴とする受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体である。

請求項２に係る発明は、前記板状放熱フィンの厚さが０．８ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲であり、前記板状放熱フィンのピッチが４ｍｍ〜５．５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体である。

請求項３に係る発明は、前記受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体の材質が、熱伝導率が１８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のアルミニウムあるいはアルミニウム合金で、前記柱状部の長軸に垂直な断面における前記柱状部の前記受熱面に平行な方向の幅が、前記受熱面から最も近い部分について１０ｍｍ〜１２ｍｍであり、前記受熱面から最も遠い部分について８ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体である。

請求項４に係る発明は、前記受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体の材質が、熱伝導率が３５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の銅あるいは銅合金で、前記柱状部の長軸に垂直な断面における前記柱状部の前記受熱面に平行な方向の幅が、前記受熱面から最も近い部分について８ｍｍ〜１０ｍｍであり、前記受熱面から最も遠い部分について２ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体である。

請求項５に係る発明は、前記受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体は、押出し成形または引抜き成形によって成形されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体である。

本発明により、プリント回路基板の主面の高さ方向に制限がある電子機器筐体内において、該主面に平行な方向のスペースをヒートシンクの放熱性能を向上させることに利用できる受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体を提供することが可能である。

図３に示される本発明の第１の実施形態を受熱面側から見た斜視図である。図３に示される本発明の第１の実施形態を受熱面側と反対側から見た斜視図である。本発明の第１の実施形態を説明する図であり、図３（ａ）は図２の一点鎖線３２で切断した断面図であり、図３（ｂ）は柱状部を拡大した図である。同じ幅と高さをもつ、ベース板から受熱面に対して垂直方向に板状放熱フィンを立設した従来技術である垂直フィン型ヒートシンクの熱抵抗に対する本発明の受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体の熱抵抗の比（＝Ｒ）が０．９以下の範囲を説明する図である。解析により求めた、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体における板状放熱フィンの厚さとピッチを変数とする相対的な熱抵抗の等高線に最適範囲を追記した図である。本発明の第２の実施形態を説明する図である。本発明の第３の実施形態を説明する図である。本発明の第４の実施形態を説明する図である。受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体がアルミニウム合金の場合における、解析により求めた、規格化した熱抵抗に対する受熱面から最も近い部分と最も遠い部分の柱状部の幅依存性を示す図である。受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体が銅の場合における、解析により求めた、規格化した熱抵抗に対する受熱面から最も近い部分と最も遠い部分の柱状部の幅依存性を説明する図である。本発明の第５の実施形態を説明する図であり、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体のドーターボードへの取り付けにバネ付き螺子を使用した実施形態の斜視図である。図１１に示される本発明の第５の実施形態において、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体をドーターボードにバネ付き螺子を用いて取り付けた場合のバネ付き螺子付近の断面図である。本発明の第６の実施形態を説明する図であり、受熱面に垂直で柱状部の長軸に沿った断面図である。理解し易いように、横方向に比較して縦方向に拡大している。本発明の第７の実施形態を説明する図であり、受熱面に垂直で柱状部の長軸に沿った断面図である。理解し易いように、横方向に比較して縦方向に拡大している。本発明の第８の実施形態を説明する図であり、溝を形成した受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体を有することを説明する図である。図１５（ａ）は受熱面の反対側から見た平面図であり、図１５（ｂ）は側面図である。本発明の第８の実施形態に用いられる板状弾性部材の一形態の斜視図である。本発明の第８の実施形態である、図１５に示される溝を形成した受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体を図１６に示される板状弾性部材を使用して、ドーターボードに取り付けた状態の斜視図である。ベース板から受熱面に垂直な方向に板状放熱フィンを立設した従来技術の垂直フィン型ヒートシンクの斜視図である。受熱ブロックと板状放熱フィンをヒートパイプで結合した従来技術のヒートシンクの斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。なお、各部材の番号は機能的に類似するものは従来技術の説明の図の各部材の番号と同じにした。
本発明は、高さが低く、高さに対して垂直な横方向に延伸した状態（図１〜図３，図６〜図８，図１１〜図１７参照）とし、従来の板状放熱フィンを立設した従来技術の垂直フィン型ヒートシンク（図１８参照）の放熱性能を超える能力を有する受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体である。

図１、図２、および図３を用いて本発明の受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体の一実施形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態を受熱面側から見た斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態を受熱面側と反対側から見た斜視図である。図３は、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体の柱状部の長軸に垂直な断面図である。

図１に示されるように、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１は、柱状部２、複数枚の板状放熱フィン３から構成される。柱状部２と板状放熱フィン３とは同質の金属材料からなる。柱状部２は、４つの側面を有する形状をなしており、その一側面である破線３１−破線３１と柱状部２の端縁で囲まれた側面を受熱面４としている。符号３０は柱状部２の長軸方向を表している。符合Ｗ、符号Ｈ、および符号Ｌは、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１の幅、高さ、および奥行きをそれぞれ表す。奥行きＬは冷却すべき領域の面積あるいは放熱構造体の設置が許容されるスペースに応じて設定する。また、幅Ｗと高さＨは、図４を用いて後述する幅Ｗの関係式（数１式）によって規定される。

板状放熱フィン３は薄板状部材である。そして、板状放熱フィン３は、受熱面４と異なる柱状部２の２つの側面から受熱面４に平行に、第１の方向と該第１の方向と逆方向である第２の方向にそれぞれ延伸した構造である。板状放熱フィン３は、柱状部２の一端から一端までに亘って連続して柱状部２の各側面からそれぞれ延伸している。

図２は、図１に示される受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１を、受熱面４の面側と反対側から見た斜視図である。図３（ａ）は、図２の一点鎖線３２の箇所で切断した断面の形状である。符号５は柱状部２の受熱面４から最も近い部分、つまり、柱状部２の受熱面４の幅であり、符号６は柱状部２の受熱面４から最も遠い部分、つまり、受熱面４に対抗する面の幅（図２の破線３３で挟まれる部位）を表す。図３（ｂ）は、図３（ａ）の柱状部２を拡大した図である。第１の実施形態では柱状部２は側面２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの４つの面を有し、側面２ａを受熱面４としている。柱状部２の側面の数は４つに限定されるものではなく、側面２ｃのない断面３角形の形状を除外するものではない。

受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１は上述の構造を備えていることから、押出し成形により加工することができる。図示しない加工用ダイスを用いて高温状態の伝熱性素材から押出し成形によって、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１を成形する。この成形方法によって、柱状部２と板状放熱フィン３を同時に成形することができる。

次に、本発明の受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１が、板状放熱フィン３を立設した従来技術である垂直フィン型ヒートシンク２０（図１８参照）の放熱性能を超える能力を有することを、図４を用いて説明する。
図４において、横軸は放熱体の幅Ｗ（ｍｍ）、縦軸は放熱体の高さＨ（ｍｍ）を表す。放熱体は、図１８に示されるような従来技術であるベース板１９から受熱面に対して垂直方向に同じ幅と高さをもつ板状放熱フィン３を立設した垂直フィン型ヒートシンク２０と、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１とを意味する。高さＨは、垂直フィン型ヒートシンク２０の場合ベース板１９の受熱面から板状放熱フィン３の先端までの長さ、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１の場合では受熱面４と受熱面４から一番離れた板状放熱フィン３までの長さを表している。

図４において、符号Ｒは受熱面４に接するＣＰＵ等の発熱体の温度上昇を発熱量で除算して求めた熱抵抗の比を表している。より具体的に述べると図４は、図１８に示されるようなベース板１９から受熱面に対して垂直方向に同じ幅と高さをもつ板状放熱フィン３を立設した垂直フィン型ヒートシンク２０の熱抵抗Ｔｒ_verticalに対する受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１の熱抵抗Ｔｒ_paralleの比（Ｔｒ_parallel／Ｔｒ_vertical＝Ｒ）が０．９以下である範囲を説明する図である。熱抵抗の比Ｒが０．９以下であることは、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１が従来技術の板状放熱フィンを立設したヒートシンクより熱抵抗が小さく、効率的に放熱することができることを意味する。

図４では、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１と図１８に示される通常の垂直フィン型ヒートシンク２０について、フィンの厚さやフィンのピッチなどを変えて熱流体解析により形状を最適化したもの同士の性能を比較した結果を示しており、最適化した受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１と最適化した垂直フィン型ヒートシンク２０を使用して実験を行った結果、実験結果は解析結果とほぼ一致した。同一の幅Ｗと同一の高さＨの放熱体を比較すると、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１は、通常の垂直フィン型ヒートシンク２０（図１８参照）に比べて、数１式の関係が成立する場合には、放熱効率が１０％以上高い。
Ｈ≦（Ｗ−４７）^0.5／０．６＋５（数１式）
但し４７≦Ｗ、５≦Ｈ、単位：ｍｍ
なお、図４において、数１式の関係は、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１の材質が伝導率１８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属であり、空気の流速が押出し成形あるいは引抜き成形による放熱体に通常適用する範囲であれば、放熱体や材質や流速にはほとんど依存しない。なお、図４では通常用いられる受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１の幅Ｗが１００ｍｍまでを示しているが、幅Ｗや高さＨの上限値は、数１式の関係を満たせば特に限定されるものではない。

数１式で規定される寸法範囲の受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体を用いることによって、ＣＰＵなどの発熱体の上面側にスペースが少ない場所であっても、従来の垂直フィン型ヒートシンク２０では実現できない高い放熱性能を持った受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１を配設することができる。これにより、電子機器の大型化を防止するとともに、ＣＰＵなどの発熱体の温度上昇を抑制することができ、電子機器の信頼性や寿命が大幅に向上する。

なお、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１の配置方向は、自然利用する場合には柱状部２の長軸方向３０を鉛直方向に略一致させ、送風用ファンを使用した強制空冷の場合には、柱状部２の長軸方向３０をファンによって生じる空気の流線方向と略一致させることが望ましく、このように配置することによって本来の放熱性能を発揮することができる。

板状放熱フィン３の厚さは、薄いと放熱フィン先端から柱状部２までの熱抵抗が高くなり、板状放熱フィン３の先端近傍からの放熱量が低下し、逆に厚いと、板状放熱フィン間の間隔が狭くなって空気の流通が阻害されて放熱量が低下する。

板状放熱フィン３の厚さには最適値が存在するが、通常よく使用されると考えられる幅Ｗが１００ｍｍ以内の受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１であれば、図５に示されるように、柱状部２から板状放熱フィン３の先端までの距離が比較的長いにも関わらず、板状放熱フィン３の厚さは０．８ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲で最も放熱性能が高いことを見出した。

この板状放熱フィン３の厚さは押出し成形法、あるいは、引抜き成形法等による成形が可能な範囲である。また、板状放熱フィン３のピッチ（１つの板状放熱フィン３と隣接する他の板状放熱フィン３の中心間の距離）についても、ピッチが大きいと放熱構造体の高さが限られているため、板状放熱フィン３の枚数が減少して放熱に寄与する表面積が減少する。逆に、ピッチが小さいと、板状放熱フィン３の厚さが厚い場合と同様に、板状放熱フィン３間の間隔が狭くなって空気の流通が阻害されて放熱性能が低下する。そのため、板状放熱フィン３のピッチについても最適値が存在する。
図５に示されるように、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１が放熱性能的に優位性を示す放熱体の高さが１７ｍｍ以下の場合、従来の垂直フィン型ヒートシンク２０（図１８参照）の最適値よりは広い４ｍｍ〜５．５ｍｍ程度が最も放熱性能が高いことを見出した。板状放熱フィン３をこの厚さやピッチにすることによって受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１は最も良い放熱特性を示す。

図５は、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体における解析により求めた板状放熱フィンの厚さとピッチを変数とする相対的な熱抵抗の等高線に最適範囲を追記した図である。図５において、記号Ｔｒは熱抵抗を表し、記号Ｔｒ（ｍｉｎ）は最も小さい熱抵抗の値（最小値）である。上述したように、板状放熱フィン３のフィンの厚さ、フィンのピッチのいずれにも最適値があり、最適値からずれるに従って、熱抵抗が増加する。すなわち、最適値からずれるに従って受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１の放熱性能が低下する。

図５の破線の長方形で示したフィン厚が０．８ｍｍ〜１．５ｍｍ、フィンピッチが４ｍｍ〜５．５ｍｍの範囲は、熱抵抗Ｔｒが熱抵抗の最小値Ｔｒ（ｍｉｎ）のプラス３％以内の領域（Ｔｒ≦Ｔｒ（ｍｉｎ）＊１．０３）に内包されており、熱抵抗Ｔｒが最小値のプラス１％以内の領域と大半がオーバーラップしている。この図５から、フィン厚が０．８ｍｍ〜１．５ｍｍ、フィンピッチが４〜５．５ｍｍの範囲の放熱構造体が、実質的に最も良い放熱性能を示すことがわかる。

具体的には、例えば、図３に示される柱状部２の２つの側面に３枚ずつ備えた高さ１０ｍｍの受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１（第１の実施形態）、図６に示される厚さが１ｍｍでピッチが４．５ｍｍの板状放熱フィン３を柱状部２の２つの側面に２枚ずつ備えた高さ５．５ｍｍの受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１（第２の実施形態）、図７に示される柱状部２の２つの側面に４枚ずつ備えた高さ１４．５ｍｍの受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１（第３の実施形態）などが最適構造である。これらの受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１は、同じ幅と同じ高さを持つ放熱構造体の中で最も高い放熱特性を備える。

図３の第１の実施形態、図６の第２の実施形態、および図７の第３の実施形態は、受熱面４と受熱面４に最も近い板状放熱フィン３の一主面が段差のない同平面となっているが、ＣＰＵなどの発熱体の厚さが薄く、この板状放熱フィン３の一主面への空気の流通が良くない場合には図８に示される形状としてもよい。図８には第４の実施形態が図示されている。この第４の実施形態は受熱面４が砲台状に板状放熱フィン３から突出した形状の受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１である。

次に、柱状部２の幅について説明する。柱状部２の太さ（柱状部２の長軸に垂直な放熱構造体の断面における柱状部の受熱面４に平行な方向の幅）は、太くする（幅を広くする）と、受熱面４と受熱面４から遠い板状放熱フィン３の間の熱抵抗が低下して、受熱面４から遠い板状放熱フィン３からの放熱が増加し易くなるプラスの効果もあるが、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体全体の幅Ｗが限られていると、その分だけ柱状部２から板状放熱フィン３の先端までの距離が短くなって板状放熱フィン３の表面積が減少するマイナスの効果もある。

そのため、柱状部２の幅についても最適値がある。柱状部２の幅の最適値は、材質の熱伝導率によって異なり、熱伝導率が高い程、最適な幅は狭い傾向があり、また、受熱面４に近い幅の方を受熱面４から遠い方の幅より広くした方が、放熱性能が高くなることを確認した。

柱状部２の幅について図９、図１０を用いて説明する。図９は、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１がアルミニウム合金の場合における、解析により求めた、規格化した熱抵抗に対する受熱面から最も近い部分と最も遠い部分の柱状部の幅依存性を示す図である。図１０は、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体が銅の場合における、解析により求めた、規格化した熱抵抗に対する受熱面から最も近い部分と最も遠い部分の柱状部の幅依存性を説明する図である。

受熱面４に近い幅（換言すれば、受熱面４の幅）と受熱面４から遠い方の幅についてそれぞれ最適値を求めた結果、次のことが分った。放熱部材として多用されている熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度のアルミニウム展伸材の場合は、図９に示したように、柱状部２の長軸方向３０に垂直な受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１の断面において、柱状部２の幅は受熱面４から最も近い部分（換言すれば、受熱面４の幅）を１０ｍｍ〜１２ｍｍ、受熱面４から最も遠い部分を８ｍｍ〜１０ｍｍにすると、最も放熱特性が高くなるという結果を得た。

図９において横軸は柱状部２の幅で、縦軸は熱抵抗の最小値で規格化した熱抵抗である。右側の曲線は受熱面４から最も近い部分の柱状部の幅依存性の解析結果であり、左側の曲線は受熱面４から最も近い部分の柱状幅を最適値の１１ｍｍとした場合の受熱面４から最も遠い部分の柱状部の幅依存性の解析結果である。なお、アルミニウムの表面は輻射による放熱を促進するため、黒アルマイト処理等の黒化処理を行うことが望ましい。

熱伝導率が高い銅の場合は図１０に示したように、長軸方向３０に垂直な断面において、柱状部２の幅は受熱面４から最も近い部分を８ｍｍ〜１０ｍｍ、受熱面４から最も遠い部分を２ｍｍ〜５ｍｍにすると最も放熱特性が高くなるという結果を得た。図１０においては、右側の曲線が受熱面４から最も近い部分の柱状部の幅依存性の解析結果であり、左側の曲線は、受熱面４から最も近い部分の柱状幅を最適値の９ｍｍとした場合の受熱面４から最も遠い部分の柱状部の幅依存性の解析結果である。

受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１は、受熱面４に平行な方向のスペースを有効に活用することができる。したがって、マザーボードに搭載されたドーターボードに実装されたＣＰＵなどの放熱を行う場合、できるだけ広い板状放熱フィン３の面積を確保するために、図１１に示したように、受熱面４側から見た放熱構造体の形状が、ドーターボードの主面形状とほぼ同じとして、ドーターボードの主面に対応した位置に、対向して配置することによって、より高い放熱特性が実現できる。

図１１は、本発明の第５の実施形態を説明する図であり、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１のドーターボード７への取り付けにバネ付き螺子８を使用した実施形態の斜視図である。図１２は、図１１に示される本発明の第５の実施形態において、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１をドーターボード７にバネ付き螺子８を用いて取り付けた場合のバネ付き螺子８付近の断面図である。

そして、広い面積の板状放熱フィン３を備えた受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１を用いることによって、図１３に示されるように、ドーターボード７上の発熱部品１１，１２，１２を１つの放熱構造体で一括して放熱させることも可能であり、部品点数の削減、組立工数を少なくすることが可能となる。

図１３は、本発明の第６の実施形態を説明する図であり、受熱面に垂直で柱状部の長軸に沿った断面図である。理解し易いように、縦方向に拡大している。符号１１は最も発熱密度の高い発熱部品である。符号１２は比較的発熱密度が低い発熱部品である。符号１３は熱伝導界面材料である。ＣＰＵなどの最も発熱密度の高い発熱部品１１の放熱面と受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１の受熱面４の間には、熱伝導グリースや熱伝導接着剤、熱伝導シート等の熱伝導界面材料１３が導入される。ＣＰＵのように最も発熱密度の高い発熱部品１１から効率的な放熱を行えるように、最も発熱密度の高い発熱部品１１と受熱面４とのギャップは最も小さくすることが望ましい。一方、比較的発熱密度が低い発熱部品１２は、ギャップをそれほど狭くする必要はなく、熱伝導界面材料が比較的厚くなっても充分放熱できるためである。

図１４は、本発明の第７の実施形態を説明する図であり、受熱面に垂直で柱状部の長軸に沿った断面図である。理解し易いように、横方向に比較して縦方向に拡大している。符号１４は最も発熱密度の高い発熱部品より厚い部品である。符号１５は凹状の窪みである。受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１がカバーする領域内に最も放熱を必要とする最も発熱密度の高い発熱部品１１より背の高い（厚い）部品が存在した場合には、最も発熱密度の高い発熱部品１１の放熱面と受熱面４との間のギャップが最小となるように、図１４に示したように、背の高い部品に対応する領域について、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１の受熱面４に凹状の窪み１５を形成することによって、最も発熱密度の高い発熱部品１１と受熱面との間の熱抵抗を低減することができる。

受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１を受熱面４が発熱部品に接した状態でマザーボードやドーターボードに取り付ける方法として、図２に示されるように追加工をしていない受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１を熱伝導接着剤で接着することも可能である。しかし、受熱面４の面積が広いこともあって、リワークが困難になる可能性あることから、図１１および図１２に例示したように、最も受熱面に近い板状放熱フィン３を通常のフィン型ヒートシンク（図１８参照）のベース板の代わりに利用して、一般に行われているようなバネ付き螺子で取り付けることも可能である。この場合、熱伝導界面材料として、熱伝導グリースや熱伝導シート等を用いることによって容易にリワークすることができる。

また、図１５及び図１６に示されるように、組立工数低減のために板状弾性部材１７からなるクリップを利用することも可能である。図１５は本発明の第８の実施形態を説明する図であり、溝１６を形成した受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１を説明する図である。図１５（ａ）は受熱面４の反対側から見た平面図であり、図１５（ｂ）は側面図である。図１６は、本発明の第８の実施形態に用いられる板状弾性部材１７の一形態の斜視図である。図１７は、図１５に示される溝１６を形成した受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１を図１６に示される板状弾性部材１７を使用して、ドーターボード７に取り付けた状態の斜視図である。板状弾性部材１７を溝１６に沿って這わせ、受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体１をドーターボードなどに固定することができる。板状弾性部材１７による固定は、着脱が容易である。
そして、本発明は、低コストを実現するためには、主構造が切削加工ではなく、押出し成形法、あるいは、引抜き成形法などにより一体成形可能な構造であり、追加して加工することが少ない構造であることが望ましい。

１受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体
２柱状部
３板状放熱フィン
４受熱面
５柱状部の受熱面に平行な方向の幅（受熱面から最も近い部分）
６柱状部の受熱面に平行な方向の幅（受熱面から最も遠い部分）
７ドーターボード
８バネ付き螺子
９バネ
１０ナット
１１最も発熱密度の高い発熱部品
１２比較的発熱密度が低い発熱部品
１３熱伝導界面材料
１４最も発熱密度の高い部品より厚い部品
１５凹状の窪み
１６溝
１７板状弾性部材
１８フック部
１９ベース板
２０垂直フィン型ヒートシンク
２１受熱ブロック
２２ヒートパイプ
２３分離型ヒートシンク

Claims

長軸に平行な少なくとも３つの側面を持つ柱状部と板状放熱フィンを有し、
前記柱状部の１つの側面を発熱体表面に相対する受熱面とし、
前記柱状部の前記１つの側面と異なる前記柱状部の２つの側面から、前記受熱面に平行な前記板状放熱フィンが、第１の方向と該第１の方向と逆方向である第２の方向にそれぞれ延伸した構造を有する受熱面平行フィン型放熱構造体において、
前記柱状部の前記長軸に垂直な受熱面平行フィン型放熱構造体の断面における前記受熱面に垂直な方向の該受熱面平行フィン型放熱構造体の高さ（Ｈ（ｍｍ））と該受熱面に水平な方向の該受熱面平行フィン型放熱構造体の幅（Ｗ（ｍｍ））が、
Ｈ≦（Ｗ−４７）^0.5／０．６＋５
ただし、５≦Ｈかつ４７≦Ｗ単位：ｍｍ
の関係式で表されることを特徴とする受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体。
前記板状放熱フィンの厚さが０．８ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲であり、前記板状放熱フィンのピッチが４ｍｍ〜５．５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体。
前記受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体の材質が、熱伝導率が１８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のアルミニウムあるいはアルミニウム合金で、前記柱状部の長軸に垂直な断面における前記柱状部の前記受熱面に平行な方向の幅が、前記受熱面から最も近い部分について１０ｍｍ〜１２ｍｍであり、前記受熱面から最も遠い部分について８ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体。
前記受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体の材質が、熱伝導率が３５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の銅あるいは銅合金で、前記柱状部の長軸に垂直な断面における前記柱状部の前記受熱面に平行な方向の幅が、前記受熱面から最も近い部分について８ｍｍ〜１０ｍｍであり、前記受熱面から最も遠い部分について２ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載の受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体。
前記受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体は、押出し成形または引抜き成形によって成形されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の受熱面平行フィン型扁平状放熱構造体。