JP2015170649A - ヒートシンク - Google Patents

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Abstract

【課題】 冷却風の風向によっては十分な冷却効果を得ることができない場合がある。【解決手段】 被冷却部品の実装位置に対向する位置に、円形の雌ねじ構造を含むベースヒートシンクと、側面にそのベースヒートシンクの雌ねじ構造に螺合可能な雄ねじ構造を含み、一方の底面に略垂直に突出するピンフィン構造を含む円柱形ヒートシンクと、を含む。【選択図】 図１

Description

本発明は、固体デバイスの冷却技術に関し、特にヒートシンクに関する。
固体デバイスの冷却技術に関し、さまざまな関連技術が知られている。
例えば、特許文献１は、固体デバイス用ヒートシンク組立体を開示する。特許文献１のヒートシンク部材は、ねじ込ベースを形成されている。そのねじ込ベースは、アダプタの上壁に形成されているねじ穴に受容されるように構成されている。そのアダプタは、電子デバイスパッケージの離隔した縁部を把持するように構成されている。
その電子デバイスパッケージが、そのアダプタの対向した溝内に挿入される。次いで、ヒートシンクが、ヒートシンクベースの平坦な下面が電子デバイスパッケージの上面に対して強固に偏倚させられてこれに熱結合するまで、パッケージに向かってねじ込まれる。そのヒートシンクは、ほぼ円筒状の芯に沿って離隔させられているほぼ円形状の複数の「ひれ」または芯から延在する螺線形の「ひれ」を有する。
特許文献２は、電磁波を遮蔽するシールドケース内に収納された印刷基板に実装された半導体装置から発生する熱を、そのシールドケース外に放熱する冷却技術を開示する。特許文献２の電子機器は、シールドケース内に収納された印刷基板に実装された半導体装置の上面と、ねじ部材（放熱部材）の先端面との間に熱伝導シートを挟持配置させ、その電子機器が構成される。
その半導体装置で発生する熱は、その熱伝導シート、そのねじ部材へ伝導され、その後、そのねじ部材へ伝導された熱は、ケース蓋体の外側面から突出しているそのねじ部材の基端部等からそのシールドケースの外部に放熱される。
また、特許文献２は、そのねじ部材にひれ状の放熱フィンを構成することを開示する。
特表平０８−５０７６５５号公報 特開２００６−１７９７１２号公報
しかしながら、上述した先行技術文献に記載された技術においては、冷却風の風向によっては十分な冷却効果を得ることができない場合があるという問題点がある。換言すると、上述した先行技術文献に記載された技術においては、冷却風の風向が制限されるという問題点がある。
その理由は、特許文献１のヒートシンク及び特許文献２の放熱部材においては、放熱の効果を上げるためのひれ部材が、円筒状のヒートシンクまたは放熱部材の半径方向に広がるように形成されているためである。即ち、冷却風が、その円筒状のヒートシンクまたは放熱部材の軸方向から送風された場合、上端のひれ部材以外の部分に冷却風が十分に当たらないからである。
本発明の目的は、上述した問題点を解決できるヒートシンクを提供することにある。
本発明の一様態におけるヒートシンクは、被冷却部品の実装位置に対向する位置に、円形の雌ねじ構造を含むベースヒートシンクと、側面に前記雌ねじ構造に螺合可能な雄ねじ構造を含み、一方の底面に略垂直に突出する第１のピンフィン構造を含む円柱形ヒートシンクと、を含む。
本発明は、十分な冷却効果を得るための冷却風の風向に対する制限を緩和することが可能になるという効果がある。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るヒートシンクの構成を示す等角投影図である。 図２は、第１の実施形態におけるベースヒートシンクと円柱形ヒートシンクとが螺合している状態を示す等角投影図である。 図３は、本発明の第２の実施形態に係るヒートシンクの構成を示す等角投影図である。 図４は、第２の実施形態におけるヒートシンクがプリント基板に取り付けられる手順を示す図である。 図５は、第２の実施形態におけるヒートシンクがプリント基板に取り付けられた状態を示す正面図である。 図６は、第２の実施形態におけるディンプル加工されたピンフィンの例を示す等角投影図である。 図７は、第２の実施形態における円柱形状のピンフィンの例を示す等角投影図である。 図８は、第２の実施形態における頭部が球面形状のピンフィンの例を示す等角投影図である。 図９は、本発明の第３の実施形態に係るヒートシンクの構成を示す等角投影図である。 図１０は、第３の実施形態におけるヒートシンクがプリント基板に取り付けられた状態を示す正面図である。 図１１は、第３の実施形態におけるヒートシンクがプリント基板に取り付けられた状態を示す正面図である。 図１２は、本発明に係るヒートシンクがプリント基板の両面に取り付けられた状態を示す正面図である。
本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。尚、各図面及び明細書記載の各実施形態において、同様の構成要素には同様の符号を付与し、適宜説明を省略する。
＜＜＜第１の実施形態＞＞＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るヒートシンク１００の構成を示す等角投影図である。
図１に示すように、本実施形態に係るヒートシンク１００は、ベースヒートシンク１１０と、円柱形ヒートシンク１２０とを含む。
ベースヒートシンク１１０は、被冷却部品（不図示）の実装位置に対抗する位置である位置１５１に、円形の雌ねじ構造１１３を含む。
円柱形ヒートシンク１２０は、側面に、雌ねじ構造１１３に螺合可能な雄ねじ構造１２３を含む。また、円柱形ヒートシンク１２０は、一方の底面（図１においては、上側の底面）に略垂直に突出するピンフィン１２４を有する。即ち、円柱形ヒートシンク１２０は、一方の底面にピンフィン構造（第１のピンフィン構造）を含む。
図２は、ベースヒートシンク１１０と円柱形ヒートシンク１２０とが螺合している状態を示す等角投影図である。
ベースヒートシンク１１０と円柱形ヒートシンク１２０とは、ねじ構造で螺合される。従って、円柱形ヒートシンク１２０は、回転量に対応して、ベースヒートシンク１１０対して相対的に図２における下方に位置する。即ち、ベースヒートシンク１１０との相対的な位置が決定された被冷却部品（不図示）と円柱形ヒートシンク１２０との距離は、円柱形ヒートシンク１２０の回転量により調整可能である。
従って、ヒートシンク１００は、部品公差や被冷却部品（例えば、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ−Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ））の高さばらつきに依存せず、放熱グリースを十分潰すことができる。換言すると、ヒートシンク１００は、被冷却部品との所望の熱的な結合を得ることができる。
また、ヒートシンク１００は、ばねを使わずにヒートシンクの固定ができるので、ばねやそれに伴う部品を削減することができる。
また、ヒートシンク１００は、ヒートシンク固定にばねを使った場合に比べて、信頼性が高い。なぜならば、ヒートシンク固定にばねがしようされた場合、例えば運送中など、ばね荷重より強い振動、衝撃が掛かると、ヒートシンク１００と被冷却部品との間の放熱グリースの剥離やエアトラップが発生する場合がある。そのような剥離、エアトラップは、放熱グリースの性能を低下させる。ヒートシンク１００は、そのような剥離、エアトラップの発生を防ぐことができる。
また、ヒートシンク固定にばねが使用された場合、部品公差、被冷却部品の高さばらつきによっては被冷却部品への過剰荷重（例えば、被冷却部品がＬＳＩの場合、ＬＳＩバンプ高負荷によるバンプ破損につながる）が発生する場合がある。ヒートシンク１００は、そのような過剰荷重を防ぐことができる。
円柱形ヒートシンク１２０のピンフィン１２４は、円柱形ヒートシンク１２０の底面に平行な面上の３６０度の任意の方向のみならず、その底面に対する半球の任意の方向からの冷却風を、互いに妨害することなく受ける
上述した本実施形態における第１の効果は、十分な冷却効果を得るための、冷却風の風向に対する制限を緩和することが可能になる点である。
その理由は、ベースヒートシンク１１０にねじ構造で螺合される円柱形ヒートシンク１２０が、底面に垂直なピンフィン１２４を含むからである。
＜＜＜第２の実施形態＞＞＞
図３は、本発明の第２の実施形態に係るヒートシンク１０１の構成を示す等角投影図である。
図３に示すように、本実施形態に係るヒートシンク１０１は、ベースヒートシンク１１１と、円柱形ヒートシンク１２１とを含む。
ベースヒートシンク１１１は、第１の実施形態のベースヒートシンク１１０に比べて、ピンフィン１１４（第２のピンフィン構造）を更に含む。
図３は、ベースヒートシンク１１１が、ねじ１７０により、プリント基板１４０に固定されている状態を示している。
円柱形ヒートシンク１２１は、第１の実施形態の円柱形ヒートシンク１２０に比べて、ドライバー用のねじ頭１２５を含む
図４は、ヒートシンク１０１をプリント基板１４０に取り付ける手順を示す図である。
図４を参照すると、プリント基板１４０には、ＬＳＩ（被冷却部品とも呼ばれる）１５０が実装されている。
プリント基板１４０は、ＬＳＩ１５０の周囲に固定設置されたスタッド１６０を含む。
ベースヒートシンク１１１は、ねじ１７０を貫通させるための穴が設けられている。ねじ１７０は、その穴に通され、ベースヒートシンク１１１をスタッド１６０へ固定される。
ベースヒートシンク１１１が固定された後、ＬＳＩ１５０の上面に放熱グリース１８０が塗布される。
次に、円柱形ヒートシンク１２１の雄ねじ構造１２３とベースヒートシンク１１１の雌ねじ構造１１３とが合わせられ、ドライバー１９０で円柱形ヒートシンク１２１が回転され、円柱形ヒートシンク１２１がベースヒートシンク１１１へ固定される。
尚、円柱形ヒートシンク１２１の底面の円は、ＬＳＩ１５０の上面を内接する円の大きさとする。これは、ＬＳＩ１５０との円柱形ヒートシンク１２１との接触面を最大にするためである。従って、必要な冷却効果を得るために、ＬＳＩ１５０との円柱形ヒートシンク１２１との接触面を最大にしなくてもよい場合は、円柱形ヒートシンク１２１の底面の円は、ＬＳＩ１５０の上面を内接する円より小さい円であってもよい。
図５は、ヒートシンク１０１がプリント基板１４０に取り付けられた状態を示す正面図である。
この状態において、円柱形ヒートシンク１２１の回転数が調整され、円柱形ヒートシンク１２１とＬＳＩ１５０との距離を調整する。即ち、円柱形ヒートシンク１２１とＬＳＩ１５０の間に塗布されている放熱グリース１８０は、その回転数に応じた厚みとなる。
尚、放熱グリース１８０は、ベースヒートシンク１１１の固定前に塗布されてもよい。
また、放熱グリース１８０に替えて、弾力性を有する放熱シートが利用されてもよい。この場合、回転により放熱シートのズレ等が生じないように注意がなされる必要がある。
ドライバー１９０は、通常のドライバーが使用されてもよいし、距離調整を容易にするためにトルクドライバーが使用されてもよい。
ピンフィン１２４及びピンフィン１１４のそれぞれの表面は、ディンプル加工されていてもよい。図６は、ディンプル加工されたピンフィン１２４の例を示す等角投影図である。
ピンフィン１２４及びピンフィン１１４のそれぞれの形状は、同一であっても異なっていてもよい。その形状は、例えば、正四角柱である。その形状は円柱であってもよい。また、その形状は、軸に垂直な断面が連続的に或いは非連続的に変化する、柱上の形状であってもよい。図７は、円柱形状のピンフィン１２４の例を示す等角投影図である。
また、ピンフィン１２４及びピンフィン１１４のそれぞれの頭部は、任意の曲率の球面状であってよいし、平面であってもよい。図８は、頭部が球面形状のピンフィン１２４の例を示す等角投影図である。
上述した本実施形態における第１の効果は、第１の実施形態の効果に加えて、更に冷却効果を向上させることが可能になる点である。
その理由は、ベースヒートシンク１１１がピンフィン１１４を含むからである。
また、その理由は、ピンフィン１２４及びピンフィン１１４のそれぞれの表面がディンプル加工され、ピンフィン１２４及びピンフィン１１４のそれぞれの表面積が増加したからである。
上述した本実施形態における第２の効果は、冷却風により発生する騒音を低減することが可能になる点である。
その理由は、ピンフィン１２４及びピンフィン１１４が円柱形状だからである。更に、ピンフィン１２４及びピンフィン１１４の頭部が球面形状だからである。
＜＜＜第３の実施形態＞＞＞
次に、本発明の第３の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。以下、本実施形態の説明が不明確にならない範囲で、前述の説明と重複する内容については説明を省略する。
図９は、本発明の第３の実施形態に係るヒートシンク１０３の構成を示す等角投影図である。
図３に示すように、本実施形態に係るヒートシンク１０３は、ベースヒートシンク３１１と、円柱形ヒートシンク１２１とを含む。ヒートシンク１０３は、円柱形ヒートシンク１２１を２つ含む。
ベースヒートシンク３１１は、第１の実施形態のベースヒートシンク１１１に比べて、雌ねじ構造１１３を２つ含む。
図１０は、ヒートシンク１０３がプリント基板１４０に取り付けられた状態を示す正面図である。
図１０において、左側のＬＳＩ１５２は低背ＬＳＩであり、右側のＬＳＩ１５３は、高背ＬＳＩである。ＬＳＩ１５２及びＬＳＩ１５３のそれぞれに対応する円柱形ヒートシンク１２１の回転数が調整され、円柱形ヒートシンク１２１とＬＳＩ１５２及びＬＳＩ１５３のそれぞれとの距離を調整する。
図１０に示すように、ＬＳＩ１５２に対応する円柱形ヒートシンク１２１は、ベースヒートシンク３１１の下側まではみ出しているが、ＬＳＩ１５３に対応する円柱形ヒートシンク１２１は、ベースヒートシンク３１１に隠れた状態である。即ち、円柱形ヒートシンク１２１の回転数を調整することにより、円柱形ヒートシンク１２１とＬＳＩ１５２及びＬＳＩ１５３のそれぞれとの距離が同じになるように調整することができる。
尚、ヒートシンクは、３以上の被冷却部品に対応するように、３以上の雌ねじ構造１１３を含むベースヒートシンク４１１と、雌ねじ構造１１３の数量と同じ数量の円柱形ヒートシンク１２１とを含むようにしてもよい。図１１は、４つのＬＳＩ１５０に対応するヒートシンク１０４がプリント基板１４０に取り付けられた状態を示す等角投影図である。
上述した本実施形態における効果は、マルチチップモジュールなどの複数冷却部品に対応して、第２の実施形態と同様の効果を得られる点である。
その理由は、ベースヒートシンクが複数の雌ねじ構造１１３を含むからである。
尚、各実施形態のヒートシンク１００、ヒートシンク１０１、ヒートシンク１０３及びヒートシンク１０４は、プリント基板１４０の両面に取り付けられてもよい。図１２は、ヒートシンク１０４とヒートシンク１０１とが、プリント基板１４０の両面のそれぞれに取り付けられた状態を示す正面図である。
以上、各実施形態及び実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しえるさまざまな変更をすることができる。
１００ ヒートシンク
１０１ ヒートシンク
１０３ ヒートシンク
１０４ ヒートシンク
１１０ ベースヒートシンク
１１１ ベースヒートシンク
１１３ 雌ねじ構造
１１４ ピンフィン
１２０ 円柱形ヒートシンク
１２１ 円柱形ヒートシンク
１２３ 雄ねじ構造
１２４ ピンフィン
１２５ ねじ頭
１４０ プリント基板
１５０ ＬＳＩ
１５１ 位置
１５２ ＬＳＩ
１５３ ＬＳＩ
１６０ スタッド
１８０ 放熱グリース
１９０ ドライバー
３１１ ベースヒートシンク
４１１ ベースヒートシンク

Claims (4)

  1. 被冷却部品の実装位置に対向する位置に、円形の雌ねじ構造を含むベースヒートシンクと、
    側面に前記雌ねじ構造に螺合可能な雄ねじ構造を含み、一方の底面に略垂直に突出する第１のピンフィン構造を含む円柱形ヒートシンクと、を含む
    ヒートシンク。
  2. 前記ベースヒートシンクは、前記ベースヒートシンクに前記円柱形ヒートシンクが螺合された状態において、前記円柱形ヒートシンクの前記ピンフィンと同じ方向に突出する第２のピンフィン構造を含む
    ことを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
  3. 前記第１のピンフィン構造のピンフィンは、円柱形状である
    ことを特徴とする請求項１または２記載のヒートシンク。
  4. 前記第１のピンフィン構造のピンフィンは、頭部が球面形状である
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒートシンク。
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