JP2015225919A - ヒートシンク及び基板ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】フィン間の冷媒流路を流れる冷媒の量を発熱部品の位置に応じて調整する。
【解決手段】フィンベースとカバーとの間の冷媒流路がフィンにより複数の小流路に仕切られる。小流路の流入口又は流出口に配置される調整板は、冷却対象の位置に応じて異なる高さを有しており、小流路の流路断面積を調整する。
【選択図】図６

Description

本願の開示する技術はヒートシンク及び基板ユニットに関する。

冷却プレート（放熱フィン）の先端とヒートシンクの間に設けた隙間をなくすために、放熱フィンに対向して冷媒流動防止部材を設け、放熱フィンと冷媒流動防止部材とを接触させた構造がある。

また、放熱部材の溝に、銅、アルミニウム、鋼あるいはプラスチック等の蓋体で蓋をして冷却流路を形成した構造がある。

特開２００７−１１００２５号公報 特開２００４−６７１７号公報

フィンベースが発熱部品から受ける熱量は、発熱部品（冷却対象）の位置に応じて偏る場合がある。このようにフィンベースの受熱量に偏りがある場合に、冷媒流路を一様に冷媒が流れると、冷媒への熱移動の効率が低い。

本願の開示技術は、１つの側面として、フィン間の冷媒流路を流れる冷媒の量を発熱部品の位置に応じて調整することが目的である。

本願の開示する技術では、フィンベースとカバーとの間の冷媒流路がフィンにより複数の小流路に仕切られる。小流路の流入口又は流出口に配置される調整板は、冷却対象の位置に応じて異なる高さを有しており、小流路の流路断面積を調整する。

本願の開示する技術によれば、フィン間の冷媒流路を流れる冷媒の量を発熱部品の位置に応じて調整できる。

図１は第一実施形態のヒートシンクを示す斜視図である。 図２は第一実施形態のヒートシンクを示す分解斜視図である。 図３は第一実施形態のキャップを上下反転して示す斜視図である。 図４は第一実施形態のヒートシンクを示す平面図である。 図５は第一実施形態のヒートシンクを正面図である。 図６は第一実施形態のヒートシンクを有する基板を示す断面図である。 図７は第二実施形態のヒートシンクを有する基板を示す断面図である。 図８は第三実施形態のヒートシンクを示す斜視図である。 図９は第四実施形態のヒートシンクを示す斜視図である。 図１０は第五実施形態のヒートシンクを部分的に示す斜視図である。

第一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

第一実施形態の基板ユニット１２は、図６に示すように、基板１４と、ヒートシンク１６とを有する。基板１４には、冷却対象である発熱部品１８Ａが搭載される。発熱部品１８Ａとしては、たとえば集積回路等の半導体チップを挙げることができるが、発熱部品１８Ａはこれに限定されない。

図面において、ヒートシンク１６の幅方向、奥行方向及び高さ方向をそれぞれ矢印Ｗ、矢印Ｄ及び矢印Ｈで示す。ただし、これらの方向は説明の便宜のためであり、実際のヒートシンク１６の使用状態における方向を制限するものではない。

図１〜図５にも示すように、ヒートシンク１６は、フィン部材２０を有する。本実施形態では、フィン部材２０は金属製であり、フィンベース２２と、このフィンベース２２に形成される複数のフィン２４を有する。

本実施形態では、フィンベース２２は、金属製で板状に形成されている。図６から分かるように、フィンベース２２は、発熱部品１８Ａに対し、基板１４の反対側から接触し、発熱部品１８Ａの熱を受ける。なお、発熱部品１８Ａとフィンベース２２の間には、他の部材、たとえばグリス等が介在されていてもよい。

本実施形態では、フィンベース２２は、法線方向（矢印Ａ１方向）に見て、発熱部品１８Ａよりも大きな長方形状（または正方形状）である。フィンベース２２において、発熱部品１８Ａと接触する面の反対面の中央には凹部２６が形成される。凹部２６は、本実施形態では、図２及び図６から分かるように、矢印Ａ１方向に見て、発熱部品１８Ａよりも大きな長方形状（または正方形状）である。

ヒートシンク１６は、カバー２８を有する。カバー２８は、矢印Ａ１方向に見て外周部分に位置する外枠部３０と、中央部分に位置し外枠部３０よりもフィンベース２２から離間するカバー本体３２とを有する。

そして、外枠部３０がフィンベース２２と対向した状態で、カバー２８がボルト３４によってフィンベース２２に取り付けられる。これにより、フィンベース２２とカバー本体３２の間に、冷媒流路３６が形成される。

フィンベース２２の凹部２６からは、複数の板状のフィン２４が立設される。第一実施形態では、フィン２４のそれぞれは、小流路３６Ｓにおける冷媒の流れ方向（矢印Ｗ方向）に連続する板状である。

複数のフィン２４は奥行方向（矢印Ｄ方向）には一定の間隔をあけて互いに平行に配置されている。複数のフィン２４により、冷媒流路３６が、複数の小流路３６Ｓに仕切られる。

カバー２８のカバー本体３２には、導入路３８及び排出路４０が形成される。導入路３８を通じて冷媒が冷媒流路３６に流入する。排出路４０を通じて冷媒が冷媒流路３６から流出する。

本実施形態では、図４からも分かるように、導入路３８及び排出路４０は、矢印Ａ１方向で長方形状のカバー本体３２における対角に形成される。本実施形態では、導入路３８及び排出路４０はいずれも筒状に形成される。

図４から分かるように、カバー本体３２の内寸の幅Ｗ１は、凹部２６の幅Ｗ２よりも長い。そして、小流路３６Ｓよりも上流側（図４では左側）には、上流共通流路４２が形成される。また、小流路３６Ｓよりも下流側（図４では右側）には、下流共通流路４４が形成される。すなわち、導入路３８から上流共通流路４２に流入した冷媒は、小流路３６Ｓに分かれて流れる（矢印Ｆ１参照）。そして、小流路３６Ｓに分かれて冷媒が流れる（矢印Ｆ２参照）。小流路３６Ｓを流れた冷媒は、下流共通流路４４で合流し、排出路４０から流出する（矢印Ｆ３参照）。

フィン部材２０とカバー２８の間には、キャップ４６が配置される。第一実施形態では、キャップ４６は、フィン２４の先端２４Ｔと、カバー２８のカバー本体３２の間に配置される板状の中間板４８を有する。

中間板４８における幅方向の両端からは、調整板５０、５２が延出される。図４及び図５から分かるように、調整板５０の位置は、小流路３６Ｓの流入口３６Ｈでフィン２４の上流側端部に接触する位置である。調整板５２の位置は、小流路３６Ｓの流出口３６Ｄでフィン２４の下流側端部に接触する位置である。なお、調整板は、小流路３６Ｓの流入口３６Ｈ又は流出口３６Ｄに配置されていればよい。ここでいう「又は」には、小流路３６Ｓの流入口３６Ｈと流出口３６Ｄの双方にそれぞれ調整板が配置された上記の例が含まれる。

調整板５０、５２はいずれも、奥行方向の両端側に、中間板４８からの深さが深い背高部５４を有する。調整板５０、５２はさらに、奥行方向の中央に、中間板４８からの深さが浅い背低部５６を有する。すなわち、調整板５０、５２は、両端側の背高部５４と、中央の背低部５６を有する２段の深さ（高さ）の形状である。

図６から分かるように、背低部５６の下端５６Ｂ及び背高部５４の下端５４Ｂは、いずれもフィンベース２２から離間している。そして、特に、背高部５４の下端５４Ｂとフィンベース２２との間隔Ｇ１は、背低部５６の下端５６Ｂとフィンベース２２との間隔Ｇ２より狭い。

図６から分かるように、調整板５０、５２は、小流路３６Ｓのそれぞれにおいて、流入口３６Ｈ（上流側）及び流出口３６Ｄ（下流側）で流路断面積を減少させている。特に、背高部５４は背低部５６よりも深いので、背高部５４に対応する小流路３６Ｓでは、背低部５６に対応する小流路３６Ｓよりも流路断面積が小さい。

背低部５６の範囲は、発熱部品１８Ａがフィンベース２２に接触する位置５８と同程度もしくはこれより広い範囲である。これに対し、背高部５４の範囲は、背低部５６以外の範囲、換言すれば、発熱部品１８Ａがフィンベース２２に接触しない位置６０の範囲内である。すなわち、発熱部品１８Ａから直接的に熱を受ける位置５８では、熱を受ける量が相対的に少ない（直接的に受熱しない）位置６０と比較して、小流路３６Ｓの流路断面積が大きい。

図２及び図３から分かるように、カバー２８は、２枚の調整板を連結する２枚の連結板６２を有する。調整板５０、５２は、連結板６２で連結されており、調整板５０、５２と連結板６２とを矢印Ａ１方向に見ると長方形の枠状である。

このように、本実施形態では、キャップ４６は、中間板４８、調整板５０、５２及び連結板６２を有する。換言すれば、キャップ４６は、２枚の調整板５０、５２が中間板４８及び連結板６２で一体化された構造であり、中間板４８は連結部の一例である。

さらに、キャップ４６は、２枚の調整板５０、５２が、連結板６２で連結された構造であり、連結板６２は連結部の一例である。

図２、図４及び図６から分かるように、フィンベース２２とカバー本体３０の間には、冷媒流路３６を取り囲む封止材６４が配置される。封止材６４により、冷媒流路３６から、フィン部材２０とカバー２８の間を通って冷媒が漏れ出すことが抑制される。

次に、本実施形態の作用を説明する。

冷媒流路３６は、フィン２４によって、複数の小流路３６Ｓに仕切られる。図４から分かるように、導入路３８から流入した冷媒は、上流共通流路４２から、複数の小流路３６Ｓに分かれて小流路３６Ｓを流れる。そして、小流路３６Ｓを分かれて流れた冷媒は、下流共通流路４４で合流し、排出路４０から流出する。

小流路３６Ｓの流入口３６Ｈ（上流側）には調整板５０が、流出口３６Ｄ（下流側）には調整板５２がそれぞれ配置される。小流路３６Ｓは、背高部５４及び背低部５６により、小流路３６Ｓの流路断面積を、小流路３６Ｓの位置に応じて調整している。具体的には、本実施形態では、具体的には、小流路３６Ｓの流路断面積は、幅方向の両側部分よりも中央部分で広い。

すなわち、本実施形態では、調整板５０、５２を配置することで、小流路３６Ｓを流れる冷媒の流量を、発熱部品１８Ａの位置に応じて調整できる。図６に示す例では、たとえば、発熱部品１８Ａが接触する位置５８において、小流路３６Ｓの流路断面積を大きくし、発熱部品１８Ａが接触しない位置６０において、小流路３６Ｓの流路断面積を小さくする。これにより、小流路３６Ｓの流路断面積が均一である構造と比較して、発熱部品１８Ａの熱が多く伝わる位置５８を効率的に冷却できる。

本実施形態では、キャップ４６を有しており、２枚の調整板５０、５２は、中間板４８及び連結板６２により連結されて一体化される。したがって、２枚の調整板５０、５２が別体である構造と比較して、部品点数が少ない。そして、キャップ４６を、複数のフィン２４の全体に被せることで、調整板５０を小流路３６Ｓの上流側に、調整板５２を小流路３６Ｓの下流側に配置できる。

中間板４８は、複数のフィン２４の先端とカバー２８の間に配置され、フィン２４の先端とカバー２８の双方に接触する。これにより、フィン２４の先端とカバー２８の隙間を解消できるので、小流路３６Ｓの間での不用意な冷媒の移動を抑制できる。

特に、中間板４８は厚み方向に弾性を有しているので、フィン２４の先端とカバー２８に密着して、これらの隙間を解消できる。

また、キャップ４６を複数のフィン２４に被せた状態で、さらにカバー２８をフィン部材２０に組み付けることで、組付時にフィン２４とカバー２８の間にキャップ４６が介在する。キャップ４６、特に中間板４８がフィン２４とカバー２８とに密着することで、カバー２８のフィンベース２２に対する位置ズレを抑制できる。

カバー２８は、冷媒流路３６に冷媒が流入する導入路３８を備える。導入路３８をカバー２８と別体とした構造と比較して、本実施形態では部品点数が少ない。同様に、カバー２８は、冷媒流路３６から冷媒が流出する排出路４０を備える。排出路４０をカバー２８と別体とした構造と比較して、本実施形態では部品点数が少ない。

図４から分かるように、導入路３８は、フィンベース２２から、フィンベース２２の法線方向に延出される。導入路３８がフィンベース２２の法線方向と交差する方向に延出される構造と比較して、ヒートシンク１６を矢印Ａ１方向に見たときに導入路３８が出っ張らず、小型化できる。同様に、排出路４０は、フィンベース２２から、フィンベース２２の法線方向に延出される。排出路４０がフィンベース２２の法線方向と交差する方向に延出される構造と比較して、ヒートシンク１６を矢印Ａ１方向に見たときに排出路４０が出っ張らず、小型化できる。

次に、第二実施形態について説明する。第二実施形態において、第一実施形態と同様の要素や部材等については、図面に同一符号を付し、説明を適宜省略する。

図７に示すように、第二実施形態では、基板１４に、発熱部品１８Ａに加えて、発熱部品１８Ｂ、１８Ｃが搭載される。発熱部品１８Ｂ、１８Ｃの位置は、図７に示す例では、発熱部品１８Ａの両側であるが、位置は限定されない。発熱部品１８Ｂ、１８Ｃの発熱量は、発熱部品１８Ａの発熱量よりも小さい場合を想定している。

第二実施形態のヒートシンク６６のキャップ６８では、調整板５０に、背高部５４と背低部５６の間の深さである中間背部７０、７２が形成される。図７から分かるように、中間背部７０、７２の位置は、発熱部品１８Ｂ、１８Ｃがフィンベース２２に接触する位置７４Ｂ、７４Ｃである。

中間背部７０、７２は、背高部５４と背低部５６の中間の深さであり、中間背部７０、７２に対応する小流路３６Ｓでは、背高部５４に対応する小流路３６Ｓと、背低部５６に対応する小流路３６Ｓの中間の流路断面積である。

第二実施形態においても、調整板５０、５２を配置することで、小流路３６Ｓを流れる冷媒の流量を、小流路３６Ｓの位置に応じて調整できる。

第二実施形態では、複数の発熱部品１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃにフィンベース２２が接触するので、複数の発熱部品１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃを冷却することが可能である。

特に第二実施形態では、たとえば、発熱部品１８Ａが接触する位置５８では、小流路３６Ｓの流路断面積を大きくし、発熱部品１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃが接触しない位置６０では、小流路３６Ｓの流路断面積を小さくする。さらに、発熱部品１８Ｂ、１８Ｃが接触する位置７４Ｂ、７４Ｃでは、小流路３６Ｓの流路断面積を、背高部５４に対応する小流路３６Ｓの流路断面積と、背低部５６に対応する流路断面積の中間とする。このように、調整板５０の深さ（高さ）を、複数の発熱部品１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃに応じて異なる高さとすることで、複数の発熱部品１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃを発熱量に応じて効率的に冷却できる。

次に、第三実施形態について説明する。第三実施形態において、第一実施形態と同様の要素や部材等については、図面に同一符号を付し、説明を適宜省略する。また、第三〜第五の各実施形態では、キャップの構造が異なるが、ヒートシンク及び基板の構造は同一とすることが可能であり、図示を省略する。

図８に示すように、第三実施形態のキャップ７６は、調整板５０、５２及び中間板４８を有する。すなわち、キャップ７６は、２枚の調整板５０、５２が中間板４８によって一体化された構造である。

したがって、第三実施形態では、２枚の調整板５０、５２が中間板４８によって一体化されているので、調整板５０、５２が別体である構造と比較して、部品点数が少ない。

第三実施形態のキャップ７６は、連結板６２（図２等参照）がないため、連結板６２を有する構造と比較して、軽量化を図ることができる。

また、第三実施形態では、中間板４８を有する。中間板４８は、複数のフィン２４の先端とカバー２８の間で、フィン２４の先端とカバー２８の双方に接触する。フィン２４の先端とカバー２８の隙間を解消できるので、小流路３６Ｓの間での不用意な冷媒の移動を抑制できる。

特に、中間板４８は厚み方向に弾性を有しており、フィン２４の先端とカバー２８に密着して、これらの隙間を解消できる。

次に、第四実施形態について説明する。第四実施形態において、第一実施形態と同様の要素や部材等については、図面に同一符号を付し、説明を適宜省略する。

図９に示すように、第四実施形態のキャップ７８は、調整板５０、５２及び連結板６２を有する。すなわち、キャップ７８は、２枚の調整板５０、５２が連結板６２によって連結され一体化された枠状である。

したがって、第四実施形態では、２枚の調整板５０、５２が連結板６２によって一体化されているので、調整板５０、５２が別体である構造と比較して、部品点数が少ない。

第四実施形態のキャップ７８は、中間板４８（図２等参照）がないため、中間板４８を有する構造と比較して、軽量化を図ることができる。

なお、これに対し、第一実施形態のキャップ４６は、調整板５０、５２が、中間板４８と連結板６２によって連結されているので、キャップ４６の全体としての曲げ剛性が高く、形状が安定する。

上記した第一〜第四の各実施形態では、複数のフィン２４のそれぞれが冷媒の流れ方向で連続している。そして、複数のフィン２４は、冷媒の流れ方向と直交する方向には互いに一定間隔をあけて配置される。これにより、フィン２４によって、複数の小流路３６Ｓを均一に形成できる。そして、所望の流路断面積（冷媒の流量）とされた小流路３６Ｓを流れる冷媒が、不用意に隣接する小流路３６Ｓに移動することをフィン２４により抑制できる。

次に、第五実施形態について説明する。第五実施形態において、第一実施形態と同様の要素や部材等については、図面に同一符号を付し、説明を適宜省略する。

図１０に示すように、第五実施形態のフィン８０は、小流路３６Ｓにおける冷媒の流れ方向（矢印Ｆ２向）で複数に分割された形状である。

第五実施形態のキャップ８２は、調整板５０、５２、連結板６２及び区画板８４を有する。区画板８４は２枚備えられている。それぞれの区画板８４は、調整板５０における背高部５４と背低部５６の境界と、調整板５２における背高部５４と背低部５６の境界まで連続する。

第五実施形態では、冷媒流路３６は、背高部５４及び背低部５６により、小流路３６Ｓの流路断面積が大きい領域３６Ａと、小さい領域３６Ｂとが形成される。そして、フィン８０が矢印方向に分割されていても、区画板８４により、領域３６Ａと領域３６Ｂの間の冷媒の移動は抑制される。

このため、第五実施形態でも、小流路３６Ｓを流れる冷媒の流量を、小流路３６Ｓの位置に応じて調整できる。

なお、第五実施形態のキャップとしては、図２、図３及び図８に示す中間板４８を有する構造であってもよい。さらに、第五実施形態のキャップとしては、連結板６２がない構造であってもよい。

以上、いずれの実施形態においても、小流路３６Ｓにおける冷媒の流量を調整するために調整板５０、５２を配置すれば足りる。すなわち、調整板５０、５２以外の部材が不要なので、小流路３６Ｓ（冷媒流路３６）の構造の複雑化を回避できると共に、コストの上昇を抑制できる。

上記では、小流路３６Ｓにおける冷媒の流れ方向（矢印Ｆ２方向）の上流側及び下流側に調整板５０、５２を設けた例を挙げたが、調整板は、上流側の調整板５０あるいは下流側の調整板５２だけであってもよい。さらに、冷媒の流れ方向の中央部に調整板を設けてもよい。冷媒流路３６における冷媒の流れ方向（矢印Ｆ２方向）の上流側及び下流側の双方に調整板５０、５２を設けると、小流路３６Ｓの上流側及び下流側の双方で、小流路３６Ｓの流路断面積を調整できる。

以上、本願の開示する技術の実施形態について説明したが、本願の開示する技術は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

本明細書は、以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
発熱部品の熱を受けるフィンベースと、
前記フィンベースとの間で冷媒が流れる冷媒流路を形成するカバーと、
前記フィンベースに形成され、前記冷媒流路を複数の小流路に仕切る複数のフィンと、
前記小流路の流入口又は流出口に配置されて異なる高さの部位を有し前記小流路の流路断面積を調整する調整板と、
を有するヒートシンク。
（付記２）
前記冷媒の流れ方向では連続する前記フィンが、前記流れ方向と直交する方向に間隔をあけて前記フィンベースに複数形成される付記１に記載のヒートシンク。
（付記３）
前記調整板が、前記小流路の流入口及び流出口の双方に配置される付記２に記載にヒートシンク。
（付記４）
前記流入口側の前記調整板と前記流出口側の前記調整板とが連結部により連結されて一体化される付記３に記載のヒートシンク。
（付記５）
前記連結部が、複数の前記フィンの先端と前記カバーとの間に配置されて前記フィンと前記カバーの隙間を埋める中間板を有する付記４に記載のヒートシンク。
（付記６）
前記中間板が厚み方向に弾性を有する付記５に記載にヒートシンク。
（付記７）
前記カバーが、前記冷媒流路への前記冷媒の導入路及び排出路を備える付記１〜付記６のいずれか１つに記載のヒートシンク。
（付記８）
前記導入路及び前記排出路が、前記フィンベースの法線方向に延出される付記７に記載のヒートシンク。
（付記９）
発熱部品が搭載される基板と、
前記発熱部品の熱を受けるフィンベースと、
前記フィンベースとの間で冷媒が流れる冷媒流路を形成するカバーと、
前記フィンベースに形成され、前記冷媒流路を複数の小流路に仕切る複数のフィンと、
前記小流路の流入口又は流出口に配置されて異なる高さを有し前記小流路の流路断面積を調整する調整板と、
を有する基板ユニット。
（付記１０）
前記フィンベースが、複数の前記発熱部品の熱を受ける付記９に記載の基板ユニット。
（付記１１）
前記調整板の前記高さが、複数の前記発熱部品に応じて異なる高さである付記１０に記載の基板ユニット。

１２ 基板ユニット
１４ 基板
１６ ヒートシンク
１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ 発熱部品
２２ フィンベース
２４ フィン
２８ カバー
３６ 冷媒流路
３６Ｓ 小流路
３８ 導入路
４０ 排出路
４６ キャップ
４８ 中間板（連結部の一例）
５０、５２ 調整板
６２ 連結板（連結部の一例）
６６ ヒートシンク
８０ フィン

Claims (5)

1. 発熱部品の熱を受けるフィンベースと、
   前記フィンベースとの間で冷媒が流れる冷媒流路を形成するカバーと、
   前記フィンベースに形成され、前記冷媒流路を複数の小流路に仕切る複数のフィンと、
   前記小流路の流入口又は流出口に配置されて異なる高さの部位を有し前記小流路の流路断面積を調整する調整板と、
   を有するヒートシンク。
2. 前記冷媒の流れ方向では連続する前記フィンが、前記流れ方向と直交する方向に間隔をあけて前記フィンベースに複数形成される請求項１に記載のヒートシンク。
3. 前記調整板が、前記小流路の流入口及び流出口の双方に配置される請求項２に記載のヒートシンク。
4. 前記流入口側の前記調整板と前記流出口側の前記調整板とが連結部により連結されて一体化される請求項３に記載のヒートシンク。
5. 発熱部品が搭載される基板と、
   前記発熱部品の熱を受けるフィンベースと、
   前記フィンベースとの間で冷媒が流れる冷媒流路を形成するカバーと、
   前記フィンベースに形成され、前記冷媒流路を複数の小流路に仕切る複数のフィンと、
   前記小流路の流入口又は流出口に配置されて異なる高さを有し前記小流路の流路断面積を調整する調整板と、
   を有する基板ユニット。

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