JP2011061006A - ヒートシンクモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】 限られた狭いスペースを利用してICなどの複数の発熱部品を冷却する。他の電子素子や電子部品によって冷却風の流動が損なわれたりする箇所や、ファンから遠く離れた通風性の悪い箇所であっても、発熱部品の放熱を促進させ得るようにする。
【解決手段】 発熱部品11が面接触状態で重ね合わされるヒートシンク11及び押え片14を有するヒートシンクユニット10と、複数のヒートシンクユニット10を着脱可能な取付部21を周囲複数箇所に有する支柱20と、ヒートシンクユニット10を支柱20の取付部21に取り付けるための固定機構30と、支柱20を回路基板70に実装するための固着機構40と、を有する。ヒートシンクユニット10に別ヒートシンク50を増設可能とする。
【選択図】 図2

Description

本発明は、ヒートシンクモジュール、詳しくは、限られたスペースでICなどの複数の発熱部品を冷却することが可能になるヒートシンクモジュールに関する。
ICなどの電子素子ないし電子部品はその動作時に発熱を伴い、発熱による温度上昇によって誤動作したり損傷したりするおそれがある。そこで、発熱を伴う電子部品、すなわち発熱部品が回路基板に搭載されているAV機器などの電気電子機器では、ファンを駆動して回路基板を収容しているキャップの内部空間に気流を生じさせ、その気流を冷却風として発熱部品やその発熱部品からの放熱を促すための放熱板やヒートシンクなどに接触させることが行われている。
図5には発熱部品からの放熱を促す従来例としての放熱のための構成を概略斜視図で例示してある。同図の構成は、伏形ICなどの発熱部品1を、その平坦な外面がアルミニウム板などの熱伝導性に優れた金属板でなる放熱板2の板面に重ね合わせて両者をビス止めし、かつ、回路基板3に放熱板2を起立姿勢で取り付けると共に、発熱部品1のリード脚4を回路基板3の裏面で回路パターンに半田付けしてなる。
ところで、一般的な電気電子機器のキャビネットに収容されている回路基板には、ICなどの種々の電子素子や電子部品などが実装されていて、それらの中には、背高のものや幅広のものなどが存在する。そのため、回路基板に電子素子や電子部品を実装する上でのレイアウト上、どうしても特定の電子素子や電子部品が上記した冷却風の流動を遮ったり損なったりすることになり、その冷却風による冷却作用が全部の発熱部品に十分に行き渡らなくなることが多々ある。また、ファンから遠く離れた箇所では近い箇所よりも通風性が低下するために、そのような遠く離れた箇所に位置している発熱部品の冷却効果が低下してしまうことになる。
一方、従来より、図6や図7に示した構成のヒートシンク構造体が知られていた(たとえば、特許文献1、特許文献2参照)。
図6のヒートシンク構造体では、半導体素子102を収容しているケース101がプリント板100に実装されている。そして、ケース101に伝熱板103と支持板104とが順に重ね合わされていると共に、支持板104に放熱シート105を介してヒートシンク106がさらに重ね合わされている。また、ヒートシンク106が放熱シート105と共に取付けねじ107によって支持板6に共締めさている。
これに対し、図7のヒートシンク構造体では、プリント板200に実装された半導体部品201の上に、支持板204と熱伝導体202と平板状の偏平なヒートシンク203とが順に重ね合わされていると共に、熱伝導体202とヒートシンク203とが、支持板204に設けられたスタッド205に、スプリングワッシャ206を介して、ナット207によって共締めされている。
特開平10−256444号公報 特開平10−284659号公報
図5を参照して説明した従来例としての放熱のための構成では、背高幅広の放熱板2が回路基板3から起立しているために、発熱部品1が、仮にファンから遠く離れた箇所に位置しているとしても、背高幅広の放熱板2の放熱面積が大きいために、冷却風による冷却作用が比較的高く保たれるという利点がある。しかしながら、その一方で、背高幅広の放熱板2が回路基板3から起立しているために、その放熱板2が冷却風の流動を遮ったり損なったりして他の箇所の発熱部品の冷却効果を損なうおそれがある。また、1個の小さな発熱部品1の放熱を促進するためにサイズの大きな放熱板2を用いていることにより、限られたスペースで複数の発熱部品を放熱することには困難の伴うことが考えられる。
これに対し、図6に示したヒートシンク構造体は、ヒートシンク106が図示のように比較的背高であるために、上記したところと同様に他の箇所の発熱部品の冷却効果を損なうおそれがあるだけでなく、1個の小さな半導体素子102を収容しているケース101の放熱を促進するためにサイズの大きなヒートシンク106を用いていることにより、限られたスペースで複数の発熱部品を放熱することには困難の伴うことが考えられる。
また、図7に示したヒートシンク構造体は、平板状の偏平なヒートシンク203が用いられているので、ヒートシンクが冷却風を遮ったりして他の箇所の発熱部品の冷却効果を損なうおそれが少ないという利点があるものの、1個の小さな半導体部品201の放熱を促進するために平面サイズの大きなヒートシンク106を用いていることにより、限られたスペースで複数の発熱部品を放熱することには困難の伴うことが考えられる。
本発明は以上の状況の下でなされたものであり、限られた狭いスペースを利用するだけでICなどの複数の発熱部品を冷却することが可能になるヒートシンクモジュールを提供することを目的とする。
また、本発明は、他の電子素子や電子部品によって冷却風の流動が損なわれたりする箇所や、ファンから遠く離れた通風性の悪い箇所に設置されたとしても、発熱部品の放熱が促進されてその冷却効果を向上させることのできるヒートシンクモジュールを提供することを目的とする。
本発明に係るヒートシンクモジュールは、発熱部品が面接触状態で重ね合わされる平坦面を有するヒートシンク及びこのヒートシンクとの間に上記発熱部品を挟み込む押え片を有してなるヒートシンクユニットと、複数の上記ヒートシンクユニットを着脱可能な取付部を周囲複数箇所に有する支柱と、上記ヒートシンクユニットを上記支柱の取付部に取り付けるための固定機構と、上記支柱を回路基板に実装するための固着機構と、を有する。
この構成を有すヒートシンクによると、回路基板に実装された支柱の周囲複数箇所の取付部を利用して所要数のヒートシンクユニットを取り付けることによって、ヒートシンクユニットの数に見合う個数の発熱部品を、当該ヒートシンクモジュールが設置される1箇所に配置することが可能である。そのため、限られた狭いスペースを利用して複数の発熱部品を冷却することが可能になる。
本発明において、上記固着機構を介して上記回路基板に実装された上記支柱の取付部に、上記ヒートシンクユニットが上記固定機構を介して取り付けられた状態では、それらのヒートシンク及び押え片のそれぞれの板面が上記回路基板の板面に対向する倒伏姿勢になるように、上記ヒートシンク及び上記押え片が板状に形成されている、という構成を採用することが望ましい。この構成であると、限られた狭いスペースを利用して複数の発熱部品を冷却することが可能になるという上記した作用が奏される。しかも、それに加えて、板状に形成されているヒートシンクユニットのヒートシンク及び押え片が回路基板の板面に対向する倒伏姿勢になっていることにより、ヒートシンクや押え片が冷却風を遮って他の箇所の発熱部品の冷却効果を損なうおそれが少なくなるだけでなく、当該ヒートシンクモジュールがファンから遠く離れた通風性の悪い箇所に設置されたとしても、回路基板の板面に沿って流動する冷却風がヒートシンクに効率よく接触して発熱部品の放熱が促進され、その冷却効果を向上させることが可能になる。
本発明では、上記ヒートシンクユニットの押え片を上記発熱部品と共に上記ヒートシンクにビス止めするための共締め機構を備え、その共締め機構が、上記押え片及び上記発熱部品に設けられたそれぞれのビス挿通孔と、上記ヒートシンクに設けられたねじ孔と、上記ビス挿通孔に挿通されて上記ねじ孔にねじ込まれる締付けビスと、を有してなる、という構成を採用することが可能である。この構成であると、ヒートシンクユニットの押え片と発熱部品とヒートシンクとが1本の締付けビスで共締めされるので、締付けビスの必要本数が最少限度に抑えられ、ヒートシンクユニットの組立工数も少なく抑えられる。
本発明において、上記共締め機構は、上記発熱部品に面接触してその発熱部品を上記ヒートシンクとの間に挟み込む増設された別のヒートシンクを、上記押え片及び上記発熱部品と共に上記ヒートシンクに共締めすることが可能に構成されていることが望ましい。この構成であれば、別のヒートシンクを上記した共締め機構を利用して増設することが可能であるので、当該ヒートシンクモジュールがファンから遠く離れた通風性の悪い箇所に設置されたとしても、発熱部品の放熱が促進されてその冷却効果をいっそう向上させることが容易に可能になる。
本発明では、上記取付部が、上記支柱に設けられた差込み孔部と、上記支柱に設けられてその支柱の頂面で開口するねじ孔とを有し、上記固定機構が、上記ヒートシンクに設けられて支柱の上記差込み孔部に差し込まれる差込み片部と、上記発熱部品を上記ヒートシンクとの間に挟み込んでいる上記押え片に設けられて支柱の上記頂面に重ね合わされるビス止め片部と、このビス止め片部に形成されたビス挿通孔に挿通されて支柱の上記ねじ孔にねじ込まれる止めビスと、でなる、という構成を採用することが可能である。この構成であれば、ヒートシンクの差込み片部が支柱の差込み孔部に差し込まれ、かつ、押え片のビス止め片部が支柱の上記頂面に重ね合わされてビス止めされるので、支柱の周囲にヒートシンクユニットがぐらつきなく強固に取り付けられる。そのため、振動による異音が生じにくくなる。
本発明では、上記支柱の周囲複数箇所の取付部に取り付けられる複数の上記ヒートシンクユニットの押え片のビス止め片部は、他のヒートシンクユニットの押え片のビス止め片部との重なり位置で上記止めビスによって上記支柱に共締めされるように構成されていることが望ましい。この構成であれば、複数のヒートシンクユニットを支柱に取り付けたときでも、それらのヒートシンクユニットの押え片が1本の止めビスによって支柱に取り付けられるために、止めビスの必要数が最少限度に抑えられ、ヒートシンクモジュールの組立工数も少なく抑えられる。
以上のように、本発明によれば、限られた狭いスペースを利用するだけでICなどの複数の発熱部品を冷却することが可能になるだけでなく、他の電子素子や電子部品によって冷却風の流動が損なわれたりする箇所や、ファンから遠く離れた通風性の悪い箇所に設置されたとしても、発熱部品の放熱が促進されてその冷却効果を向上させることが可能になる。また、当該ヒートシンクモジュールの組立に必要な止めビスや締付けビスなどの部品点数も最少限度に抑えられるので、それだけ組立工数が削減されて組立コストを安く抑えることが容易である。さらに、1個の発熱部品に対してヒートシンクを増設することにより、その発熱部品の冷却作用を向上させることが可能であるので、当該ヒートシンクモジュールがファンから遠く離れた通風性の悪い箇所に設置されたとしても、発熱部品の放熱が促進されてその冷却効果を向上させることが容易に可能になる。
本発明に係るヒートシンクモジュールの分解して示した断面図である。 ヒートシンクモジュールの縦断面図である。 ヒートシンクモジュールの作用を説明するための概略平面図である。 支柱の変形例を示した平面図である。 従来例としての放熱のための構成を示した概略斜視図である。 先行例としてのヒートシンク構造体の縦断面図である。 先行例としての他のヒートシンク構造体の分解断面図である。
図1は本発明の実施形態に係るヒートシンクモジュールの分解して示した断面図である。また、図2はヒートシンクモジュールの縦断面図、図3はヒートシンクモジュールの作用を説明するための概略平面図、図4は支柱20の変形例を示した平面図である。
図1に示したように、この実施形態のヒートシンクモジュールは、複数のヒートシンクユニット10と、1つの支柱20と、ヒートシンクユニット10を支柱20に取り付けるための固定機構30と、支柱20を回路基板70に実装するための固着機構40と、を有している。
図例の固着機構40は、回路基板70に開設された取付け孔部41と、支柱20に設けられて上記取付け孔部41に挿入された所要本数の脚部42と、それらの脚部42を回路基板70の裏面の半田ランド(不図示)に接合している半田付け部43とでなる。支柱20は樹脂成形体又は熱伝導性に優れるアルミニウムなどの金属でなり、その脚部42には、回路基板70の裏面に係合して上記半田ランドに重なり合っている爪部42aが備わっている。固着機構40は上記した構成に限定されず、たとえば、支柱20を回路基板70にビス止めするための構成を備えていても、取付金具を用いて支柱20を回路基板70に固着することのできる構成を備えていてもよい。また、図例では支柱20が回路基板70の板面から浮き上がった状態でその回路基板70に実装されているけれども、この点は、支柱20が回路基板70の板面に接触して重なり合っていてもよい。
支柱20にはその周囲の4箇所に取付部21が備わっている。図例の4箇所の取付部21は、支柱20の周囲の等角度おきの4箇所に取付部21ごとに設けられた横向きの差込み孔部22と、支柱20に設けられてその支柱20の頂面25で開口している1つのねじ孔23とを有していて、4箇所の取付部21では、1つのねじ孔23が共用される構成になっている。
図1に示した2つのヒートシンクユニット10は、伏形ICなどの発熱部品11が面接触状態で重ね合わされる平坦面13を有する板状のヒートシンク12と、このヒートシンク12との間に発熱部品11を挟み込む押え片14を有している。板状のヒートシンク12は熱伝導性の良好なアクミニウムなどの金属製の成形体でなり、そのヒートシンク12の一端部が、上記した固定機構30の要素である差込み片部31として形成されている。また、押え片14の一端部が、上記した固定機構30の要素であるビス止め片部32として形成されている。なお、ヒートシンクユニット10には、必要に応じて、発熱部品11と押え片14との間に挟み込まれるワッシャ15が含まれる。
図1に示した2つのヒートシンクユニット10において、押え片14は、発熱部品11と共にヒートシンク12にビス止めによって共締めされる。この共締めのための共締め機構は、押え片14に設けられたビス挿通孔16及び発熱部品11に設けられたビス挿通孔17と、ヒートシンク12に設けられたねじ孔18と、押え片14及び発熱部品11のそれぞれのビス挿通孔16,17に挿通されてヒートシンク12のねじ孔18にねじ込まれる締付けビス19と、を有している。
図1に示したそれぞれのヒートシンクユニット10の組み立ては、たとえば次の手順に順にしたがって行われる。すなわち、ヒートシンク12の上に発熱部品11を重ね合わせ、その発熱部品11の上にワッシャ15を介して押え片14を重ね合わせ状態で、ビス挿通孔16,17に挿通した締付けビス19をねじ孔18にねじ込んで締め付ける。このようて組み立てを行うと、発熱部品11がヒートシンク12の平坦面13に重なり合って面接触し、さらに発熱部品11が押え片14によってヒートシンク12に押し付けられる。
上記固定機構30は、既述したところのヒートシンク12の一端部に設けられている差込み片部31、及び、押え片14の一端部に設けられているビス止め片部32の他に、止めビス33を備えている。
図1の左半分に示した1つのヒートシンクユニット10を上記した固定機構30によって支柱20の1箇所の取付部21に取り付けるときには、ヒートシンク12の差込み片部31を支柱20の1箇所の取付部21に設けられている横向きの差込み孔部22に差し込むことによって、そのヒートシンク12を水平に保持させると共に、押え片14のビス止め片部32を支柱20の頂面25に重ね合わせ、そのビス止め片部32に形成されているビス挿通孔34に止めビス33を挿通させて支柱20のねじ孔23にねじ込んで締め付ける。なお、ヒートシンクユニット10に組み込まれている発熱部品11のリード脚11aは、L字形に折り曲げられて回路基板70の孔部に挿通され、その回路基板70の裏面で回路パターンに半田付けされる。
次に、図1の右半分に示した他の1つのヒートシンクユニット10には、別の板状のヒートシンク50が増設されている。図示した別のヒートシンク50は、複数のフィン51を有していて、その一端部にビス挿通孔52を備えている。そして、図1の右半分に示した他の1つのヒートシンクユニット10にあっては、別のヒートシンク50が、上記した共締め機構によって、押え片14及び発熱部品11と共にヒートシンク12に共締めされる。具体的には、ヒートシンク12の上に発熱部品11を重ね合わせ、その発熱部品11の上にワッシャ15を介して押え片14を重ね合わせ、さらにその押え片14の上に別の増設されたヒートシンク50を重ね合わせた状態で、別のヒートシンク50のビス挿通孔52と押え片のビス挿通孔16と発熱部品11のビス挿通孔17とに挿通した締付けビス19を、ヒートシンク12のねじ孔18にねじ込んでそれらをヒートシンク12に共締めする。このようて組み立てを行うと、発熱部品11がヒートシンク12の平坦面13に重なり合って面接触し、さらに発熱部品11が押え片14によってヒートシンク12に押し付けられ,さらに、別の増設されたヒートシンク50が発熱部品11に重なり合って面接触する。
図1の右半分に示したヒートシンクユニット10は、増設された別のヒートシンク50と共に上記のように組み立てられる。そして、固定機構30によって支柱20の他の1箇所の取付部21に取り付けられる。この取付けを行うときには、上記した図1の左半分のヒートシンクユニット10を取り付ける場合と同様に、ヒートシンク12の差込み片部31を支柱20の他の1箇所の取付部21に設けられている横向きの差込み孔部22に差し込むことによって、そのヒートシンク12を水平に保持させる。そして、押え片14のビス止め片部32を、図1の左半分のヒートシンクユニット10に含まれている押え片14のビス止め片部32の上に重ね合わされ、その重なり位置で、ビス止め片部32に形成されているビス挿通孔34に止めビス33を挿通させて支柱20のねじ孔23にねじ込んで締め付ける。なお、ヒートシンクユニット10に組み込まれている発熱部品11のリード脚11aは、L字形に折り曲げられて回路基板70の孔部に挿通され、その回路基板70の裏面で回路パターンに半田付けされる。
図2に示したヒートシンクモジュールでは、支柱20の1箇所の取付部21と他の1箇所とにそれぞれヒートシンクユニット10,10がそれぞれ取り付けられている。そして、同図の左半分に示されているヒートシンクユニット10は図1の左半分に示したヒートシンクユニット10に対応し、同図の右半分に示されているヒートシンクユニット10は図1の右半分に示したヒートシンクユニット10に対応している。
同図によって判るように、このヒートシンクモジュールでは、1つの支柱20に、発熱部品11を1個ずつ含む2つのヒートシンクユニット10,10が取り付けられている。このため、限られた狭いスペースを利用するだけでICなどの複数の発熱部品を冷却することが可能になる。また、左右それぞれのヒートシンクユニット10,10のヒートシンク12,12及び押え片14,14の板面が、回路基板70の板面に対向する倒伏姿勢になっている。そのため、図示していないファンの回転によって生じた気流でなる冷却風が、2つのヒートシンクユニット10,10に含まれているヒートシンク12,12や増設されたヒートシンク50、押え片14,14によって遮られにくくなり、それだけその冷却風が回路基板70の板面に沿って流動しやすくなる。その結果、冷却風の流動性を損ねるおそれが少ない。しかも、当該ヒートシンクモジュールが、他の電子素子や電子部品によって冷却風の流動が損なわれたりする箇所や、ファンから遠く離れた通風性の悪い箇所に設置されているとしても、回路基板70の板面に沿って流動する冷却風がヒートシンク12,12から効率よく脱熱して発熱部品11からの放熱を促進することになる。特に、必要があれば、右側のヒートシンクユニット10のように、別のヒートシンク50を増設することも可能であるので、そのようにすると、回路基板70の板面に沿って流動する冷却風がヒートシンク12,12や増設されたヒートシンク50から効率よく脱熱して発熱部品11からの放熱をいっそう促進することになる。
この実施形態では、1つの支柱20の周囲4箇所にヒートシンクユニット10を取り付けることが可能である。そのような支柱20の形状は、図3に示したように平面視矩形であっても、図4に示したように平面視円形であってもよい。そして、図3や図4に示したように1つの支柱20の4箇所に取付部21が設けられていると、その支柱20に最大で4つのヒートシンクユニット10を取り付けることができるので、4個の発熱部品11の放熱を1箇所で行わせることが可能になる。また、支柱の4箇所より多い箇所に取付部を設けることも可能であるので、そのようにすると、1つの支柱でさらに多くのヒートシンクユニット10を取り付けることができるようになり、そのヒートシンクユニットの数に応じた発熱部品11の放熱を1箇所で行わせることが可能になる。
以上説明した実施形態では、固定機構30に、支柱20の差込み孔部22に差し込まれるヒートシンク12の差込み片部31が含まれているけれども、この差込み孔部22と差込み片部31との嵌合構造は不可欠ではない。しかし、この嵌合構造を採用しておくと、ヒートシンク12が支柱20に支えられて耐振性が向上するという利点がある。
また、支柱20の頂面25と押え片14のビス止め片部32との間、複数の押え片14,14同士の重なり箇所の相互間にワッシャを必要に応じて介在させることも可能である。
さらに、ヒートシンクユニット10に含まれるヒートシンク12にフィン付きヒートシンクを採用して放熱効率を高めることも可能である。
10 ヒートシンクユニット
11 発熱部品
12 ヒートシンク
14 押え片
16,17 ビス挿通孔
18 ねじ孔
19 締付けビス
20 支柱
21 取付部
22 差込み孔部
25 支柱の頂面
23 ねじ孔
30 固定機構
31 差込み片部
32 ビス止め片部
33 止めビス
40 固着機構
50 増設された別のヒートシンク
70 回路基板

Claims (6)

  1. 発熱部品が面接触状態で重ね合わされる平坦面を有するヒートシンク及びこのヒートシンクとの間に上記発熱部品を挟み込む押え片を有してなるヒートシンクユニットと、複数の上記ヒートシンクユニットを着脱可能な取付部を周囲複数箇所に有する支柱と、上記ヒートシンクユニットを上記支柱の取付部に取り付けるための固定機構と、上記支柱を回路基板に実装するための固着機構と、を有することを特徴とするヒートシンクモジュール。
  2. 上記固着機構を介して上記回路基板に実装された上記支柱の取付部に、上記ヒートシンクユニットが上記固定機構を介して取り付けられた状態では、それらのヒートシンク及び押え片のそれぞれの板面が上記回路基板の板面に対向する倒伏姿勢になるように、上記ヒートシンク及び上記押え片が板状に形成されている請求項1に記載したヒートシンクモジュール。
  3. 上記ヒートシンクユニットの押え片を上記発熱部品と共に上記ヒートシンクにビス止めするための共締め機構を備え、その共締め機構が、上記押え片及び上記発熱部品に設けられたそれぞれのビス挿通孔と、上記ヒートシンクに設けられたねじ孔と、上記ビス挿通孔に挿通されて上記ねじ孔にねじ込まれる締付けビスと、を有してなる請求項1又は請求項2に記載したヒートシンクモジュール。
  4. 上記共締め機構は、上記発熱部品に面接触してその発熱部品を上記ヒートシンクとの間に挟み込む増設された別のヒートシンクを、上記押え片及び上記発熱部品と共に上記ヒートシンクに共締めすることが可能に構成されている請求項3に記載したヒートシンクモジュール。
  5. 上記取付部が、上記支柱に設けられた差込み孔部と、上記支柱に設けられてその支柱の頂面で開口するねじ孔とを有し、
    上記固定機構が、上記ヒートシンクに設けられて支柱の上記差込み孔部に差し込まれる差込み片部と、上記発熱部品を上記ヒートシンクとの間に挟み込んでいる上記押え片に設けられて支柱の上記頂面に重ね合わされるビス止め片部と、このビス止め片部に形成されたビス挿通孔に挿通されて支柱の上記ねじ孔にねじ込まれる止めビスと、でなる請求項1ないし請求項4に記載したヒートシンクモジュール。
  6. 上記支柱の周囲複数箇所の取付部に取り付けられる複数の上記ヒートシンクユニットの押え片のビス止め片部は、他のヒートシンクユニットの押え片のビス止め片部との重なり位置で上記止めビスによって上記支柱に共締めされるように構成されている請求項5に記載したヒートシンクモジュール。
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