JP2016181547A

JP2016181547A - ヒートシンク、冷却構造及び装置

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Publication number: JP2016181547A
Application number: JP2015059700A
Authority: JP
Inventors: 知行三井; Tomoyuki Mitsui
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2015-03-23
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2016-10-13
Anticipated expiration: 2035-03-23
Also published as: US20160282065A1; JP6079806B2

Abstract

【課題】送風部にヒートシンクを近づけても各フィンを通過させる風量の偏りを軽減する。【解決手段】本発明のヒートシンク１４０は、平板状のベース部と、ベース部の一方の面に立設された複数のフィンと、を具備し、複数のフィンの少なくとも一部は、風が流入する位置に、少なくとも隣接するフィンに風を導く導風領域１４７を有して構成される。【選択図】図２

Description

本発明は、ヒートシンク、冷却構造及び装置に関する。

近年、パーソナルコンピュータ等の装置（例えば、電子装置）においては、高性能化が進んでいる。これに伴い、パーソナルコンピュータに実装されているＣＰＵ、このＣＰＵの周辺の集積回路、及び電源回路等の発熱体の発熱量が増大傾向にある。「ＣＰＵ」とは、「ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ」の略である。このため、電子装置には、発熱体から発生する熱を放熱する技術が求められている。発熱体から発生する熱を放熱する技術として、ヒートシンクを用いた技術が一般的に知られている。このヒートシンクは、発熱体に熱的に接触させて設けられている。これにより、発熱体から発生する熱がヒートシンクに伝わり、伝わった熱がヒートシンクにより放熱されている。

このように、ヒートシンクにより発熱体から発生する熱を放熱させる技術として、例えば、特許文献１には、半導体冷却構造に関する技術が開示されている。この特許文献１記載の技術は、ベース面上に複数のフィンを平行に直立させてなるプレートフィンタイプのヒートシンクを具備している。そして、特許文献１記載の技術は、ファンを用いてフィンの延在方向に向かって風を送り込み、各フィンの間に風を流すことで、ヒートシンクを冷やしている。このように、特許文献１記載の技術は、ヒートシンクを冷やすことで、ヒートシンクの放熱効果を高めている。

特許第３０３０５２６号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の技術は、送風部（ファン）にヒートシンクを近づけて配設すると、ヒートシンクの幅方向における送風部に近いフィンにより風を遮ってしまい、送風部から遠いフィンに風を送ることができない。

ここで、図１１を用いて、本発明の技術に関連するヒートシンク９４０、冷却構造９３０及び電子装置（装置）９００を例示して、上述のような放熱性能にバラつきを生じさせてしまう理由について説明する。図１１は、本発明に関連するヒートシンク９４０、冷却構造９３０及び電子装置（装置）９００の構成を示す斜視図である。なお、図１１に示す太矢印は、送風部９５０から送風される風の流れを示す矢印である。

電子装置９００は、基板９１０、発熱体９２０及び冷却構造９３０を具備している。冷却構造９３０は、ヒートシンク９４０及び送風部９５０を具備している。図１１に例示されるように、送風部９５０の送風口９５１は、一般的に、ヒートシンク９４０の幅方向における全幅ではなく、幅方向における一部に位置している。このため、ヒートシンク９４０は、送風部９５０の送風口９５１に近い箇所では、送風部９５０からの風を取り込めるが、遠い箇所では、ヒートシンク９４０のフィンに遮られてしまい、送風部９５０からの風を取り込めない。これにより、ヒートシンク９４０は、送風部９５０の送風口９５１から近い箇所と遠い箇所とで通過させる風量の偏りを生じさせてしまう。

なお、例えば、ヒートシンク９４０を送風部９５０から離して配設すると、上述のような問題は解消されるが、電子装置９００の大きさに制約がある場合、ヒートシンク９４０を小さくしなければならない。なお、電子装置９００の大きさに制約がある場合とは、例えば、ブレードサーバ等、筐体の大きさに制約がある場合をいう。このように、ヒートシンク９４０を小さくしなればならないと、放熱性能を低減させてしまう。また、ヒートシンク９４０を送風部９５０から離して配設すると、送風部９５０の近傍に位置する発熱体の熱を放熱することが困難であるという技術的課題がある。

このような理由により、上記特許文献１では、送風部にヒートシンクを近づけると、各フィンを通過させる風量に偏りを生させてしまい、フィンから遠ざけると、ヒートシンクの大きさ、発熱体のレイアウトを制限してしまうという技術的課題がある。

そこで、本発明の目的は、上記従来の実状に鑑みて、ヒートシンクを送風部に近づけても各フィンを通過させる風量の偏りを軽減させることが可能なヒートシンク、冷却構造及び装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るヒートシンクは、平板状のベース部と、上記ベース部の一方の面に立設された複数のフィンと、を具備し、上記複数のフィンの少なくとも一部は、風が流入する位置に、少なくとも隣接するフィンに風を導く導風領域を有して構成される。

上記目的を達成するために、本発明に係る冷却構造は、上記ヒートシンクと、上記ヒートシンクに風を送る送風部と、を具備して構成される。

上記目的を達成するために、本発明に係る装置は、上記冷却構造と、上記冷却構造に熱を伝える発熱体と、を具備して構成される。

本発明によれば、ヒートシンクを送風部に近づけても各フィンを通過させる風量の偏りを軽減させることができる。

本発明の一実施形態（第１の実施形態）に係るヒートシンク、冷却構造及び電子装置（装置）の構成を示す斜視図である。本発明の一実施形態（第１の実施形態）に係るヒートシンク、冷却構造及び電子装置（装置）の構成を示す分解斜視図である。本発明の一実施形態（第１の実施形態）に係るヒートシンク、冷却構造及び電子装置（装置）の構成を示す平面図である。図３におけるＡ方向から目視した状態を示す側方面図である。本発明の他の実施形態（第２の実施形態）に係るヒートシンク、冷却構造及び電子装置（装置）の構成を示す斜視図である。本発明の他の実施形態（第２の実施形態）に係るヒートシンク、冷却構造及び電子装置（装置）の構成を示す分解斜視図である。本発明の他の実施形態（第２の実施形態）に係るヒートシンク、冷却構造及び電子装置（装置）の構成を示す平面図である。図７におけるＢ方向から目視した状態を示す側方面図である。本発明の他の実施形態（第３の実施形態）に係るヒートシンク、冷却構造及び電子装置（装置）の構成を示す斜視図である。本発明の他の実施形態（第３の実施形態）に係るヒートシンク、冷却構造及び電子装置（装置）の構成を示す分解斜視図である。本発明に関連するヒートシンク、冷却構造及び電子装置（装置）の構成を示す斜視図である。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１乃至図４を用いて、本発明の一実施形態（第１の実施形態）について説明する。図１乃至図３は、本実施形態（第１の実施形態）に係るヒートシンク１４０、冷却構造１３０及び電子装置（装置）１００の構成を示す斜視図、分解斜視図及び平面図である。図４は、図３におけるＡ方向から目視した状態を示す側方面図である。なお、図２に示す太矢印は、ヒートシンク１４０への光の照射方向を示している。図３に示す太矢印は、送風部１５０から送風される風の流れを示す矢印である。

電子装置１００は、発熱体１２０及び冷却構造１３０を具備している。この発熱体１２０は、周知の技術であるため、簡略的な説明に留め、具体的な説明を省略するが、例えば、ＣＰＵ、ＩＣ、ＬＳＩ、ＭＰＵ等の集積回路素子である。発熱体１２０は、作動時に熱を発する。発熱体１２０により発生する熱を放熱するために、発熱体１２０には、冷却構造１３０のヒートシンク１４０が載置される。なお、「ＩＣ」は「ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ」の略である。「ＬＳＩ」は「ＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ」の略である。「ＣＰＵ」は「ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ」の略である。「ＭＰＵ」は「ＭｉｃｒｏＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ」の略である。

冷却構造１３０は、ヒートシンク１４０及び送風部１５０を具備している。このヒートシンク１４０は、平板状のベース部を具備する。また、ヒートシンク１４０は、ベース部の一方の面に立設された複数のフィンを具備している。複数のフィンの少なくとも一部は、風を受け入れる位置に少なくとも隣接するフィンに風を導く導風領域１４７を有する。

ここで、図１１を用いて、本実施形態に関連するヒートシンク９４０、冷却構造９３０及び電子装置９００を例示したように、ヒートシンク９４０を送風部９５０に近接させると、ヒートシンク９４０の風上側のフィンに風が遮られてしまい、風下側のフィンに風を送ることができない。これにより、関連する技術では、ヒートシンク９４０の放熱性能にバラつきを生じさせてしまう。

これに対し、本実施形態において、ヒートシンク１４０は、上述したように、複数のフィンの少なくとも一部の風を受け入れる位置に、少なくとも隣接するフィンに風を導く導風領域１４７を有している。このため、ヒートシンク１４０は、このヒートシンク１４０を送風部１５０の送風口１５１に近づけても、送風部１５０の送風口１５１から送風される風をヒートシンク１４０の幅方向に送る空間を確保することが可能となる。

よって、本実施形態のヒートシンク１４０によれば、このヒートシンク１４０を送風部１５０に近づけても、ヒートシンク１４０の各フィンの温度差を軽減させることができる。

同様に、本実施形態の冷却構造１３０によれば、ヒートシンク１４０を送風部１５０の送風口１５１に近づけても、ヒートシンク１４０を通過させる風量の偏りを軽減することができる。同様に、本実施形態の電子装置１００によれば、ヒートシンク１４０を送風部１５０に近づけても、ヒートシンク１４０を通過させる風量の偏りを軽減することができる。

（第２の実施形態）
図５乃至図８を用いて、本発明の他の実施形態（第２の実施形態）について説明する。図５乃至図７は、本実施形態（第２の実施形態）に係るヒートシンク２４０、冷却構造２３０及び電子装置（装置）２００の構成を示す斜視図、分解斜視図及び平面図である。図８は、図７におけるＢ方向から目視した状態を示す側方面図である。なお、図７に示す太矢印は、送風部２５０から送風される風の流れを示す矢印である。

電子装置２００は、基板２１０、発熱体２２０、冷却構造２３０及び筐体２６０を具備している。この基板２１０は、周知の技術であるため、簡略的な説明に留め、具体的な説明を省略するが、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を用いて板状をなして形成されている。そして、板状をなして形成された基板２１０の面上には、発熱体２２０が配設される。

この発熱体２２０は、周知の技術であるため、簡易的な説明に留め、具体的な説明を省略するが、例えば、ＣＰＵ、ＩＣ、ＬＳＩ、ＭＰＵ等の集積回路素子である。発熱体２２０は、作動時に熱を発する。発熱体２２０により発生する熱を放熱するために、発熱体２２０には、冷却構造２３０のヒートシンク２４０が載置される。

冷却構造２３０は、ヒートシンク２４０及び送風部２５０を具備している。このヒートシンク２４０は、平板状をなすベース部の一方の面に複数のフィンを所定の間隔で立設させてなり、送風部から送風される風を、これら複数のフィンの間に通風させ、発熱体２２０から発生した熱を放熱している。このヒートシンク２４０は、熱伝導性の良い、アルミニウム、鉄、又は銅等の金属を用いて形成される。

このヒートシンク２４０の一例を示すと、ヒートシンク２４０は、プレートフィンタイプであり、ベース部と複数のプレートフィンとからなり、ベース部に複数のプレートフィンを立設させてなる。このプレートフィンタイプのヒートシンク２４０は、これら複数のプレートフィンを送風部２５０から送風される風向き方向に沿って延在させている。このため、送風部２５０によりヒートシンク２４０に風を送ると、各プレートフィンの間を風が通過し、ヒートシンク２４０の全体を冷やすことが可能となる。これにより、ヒートシンク２４０は、発熱体２２０により発生する熱の放熱効果を高めている。なお、本実施形態のヒートシンク２４０は、上述したように、プレートフィンタイプであるが、これに限定されず、例えば、ピンフィンタイプ等であっても良い。

本実施形態において、ヒートシンク２４０の複数のフィンの夫々は、フィンの平面形状２４５に含まれず、この平面形状２４５を含む最小面積の矩形２４６に含まれる領域２４７を有し、これら各フィンに対する所定の平面２４８への正射影２４９が共通部分を有する。なお、このヒートシンク２４０については、後述する。

送風部２５０は、周知の技術であるため、簡略的な説明に留め、具体的な説明を省略するが、例えば、軸流ファン、ブロアファン等である。送風部２５０は、ヒートシンク２４０のフィンの延在方向に向かって風を送風可能な位置に配設される。これら冷却構造２３０を構成するヒートシンク２４０及び送風部２５０の外周には、送風部２５０からヒートシンク２４０に送風される風の風漏れを抑制するために、筐体２６０が配設される。

筐体２６０は、内部に空間を有するトンネル型をなして形成される。そして、筐体２６０は、ヒートシンク２４０及び送風部２５０を覆って配設される。これにより、筐体２６０は、上述したように、送風部２５０により送風される風の風漏れを抑制している。本実施形態において、筐体２６０の内面には、整流板２６１が配設されている。この整流板２６１については、ヒートシンク２４０の画成部２４４とあわせて後述する。

本実施形態において、冷却構造２３０は、送風部２５０にヒートシンク２４０を近接させている。このように、冷却構造２３０は、送風部２５０にヒートシンク２４０を近接させることで、この送風部２５０に近い位置に位置する第１の発熱体２２０ａ又は第２の発熱体２２０ｂから発生する熱を放熱することが可能となる。

ここで、図１１を用いて、本実施形態に関連するヒートシンク９４０、冷却構造９３０及び電子装置９００を例示したように、ヒートシンク９４０を送風部９５０に近接させると、ヒートシンク９４０の各フィンにまんべんなく風を送ることができない。このため、関連する技術では、ヒートシンク９４０の放熱性能にバラつきを生じさせてしまう。

これに対し、本実施形態の冷却構造２３０は、送風部２５０にヒートシンク２４０を近づけてもヒートシンク２４０の各フィンに風を送ることが可能な構成となっている。詳述すると、ヒートシンク２４０の各フィンの平面形状２４５に含まれず、この平面形状２４５を含む最小面積の矩形２４６に含まれる領域２４７の所定の平面２４８への正射影２４９が共通部分を有している。このように、各フィンが領域２４７を有することで、ヒートシンク２４０と送風部２５０との間には、送風部２５０から送風される風をヒートシンク２４０の幅方向に向かって通風させる通風領域が画成される。これにより、送風部２５０から送風される風は、通風領域を通って、ヒートシンク２４０の各フィンに送られることとなる。

なお、本実施形態において、上述の領域２４７を画成するために、ヒートシンク２４０の各フィンの隅を斜めに切り欠いてなる。これにより、ヒートシンク２４０の送風部２５０との対向面には、傾斜面２４４が形成される。なお、本実施形態では、傾斜面２４４としているが、ヒートシンク２４０と送風部２５０との間に導風領域を画成するものであれば、これに限定されず、例えば、フィンの隅を弧状に切り欠いて形成しても良い。また、この領域は、ベース部を残し、フィンを全て切り欠いても良い。また、フィンの一部を凹状に切り欠いても良い。また、フィンの一部に風孔を設けても良い。また、フィンの高さを送風部２５０に近い位置から遠い位置に向かって徐々に高くしても良い。

また、本実施形態の冷却構造２３０は、より確実にヒートシンク２４０の幅方向における全幅に風を送るために、上述の導風領域に、複数の整流板２６１を有している。詳述すると、これら複数の整流板２６１は、筐体２６０の内面に取り付けられ、この内面から垂直に延設されている。また、これら複数の整流板２６１は、送風部２５０の送風口２５１からヒートシンク２４０に向かって放射状に延設されている。以下、図７の下方側から上方側に向かって順に、第１の整流板２６１ａ、第２の整流板２６１ｂ、第３の整流板２６１ｃ、第４の整流板２６１ｄ、第５の整流板２６１ｅ、とする。

送風部２５０の送風口２５１の口面と第１の整流板２６１ａから第５の整流板２６１ｅの各々とのなす角がこの順に小さくなるように、各整流板が配設されている。このため、これら整流板２６１により区画される領域の空間が、第５の整流板２６１ｅ側に向かって大きくなる。これにより、整流板２６１により区画される領域において、送風部２５０から送風される風を取り込める風量が、第５の整流板２６１ｅ側に向かって多くなる。このように、取り込める風量を調整することで、送風口２５１に近い位置と遠い位置とにおける送風部２５０から送風される風のバランス調整を図っている。送風部２５０から送風される風をヒートシンク２４０の幅方向における全幅に向けて送ることが可能となる。整流板２６１により、送風部２５０から送風される風をヒートシンク２４０の全体にバランス良く供給することが可能となる。

また、これら複数の整流板２６１は、第１の整流板２６１ａから第５の整流板２６１ｅに向かって面積を大となるよう、形成される。このように、第１の整流板２６１ａから第５の整流板２６１ｅに向かって面積を大きくしているため、これら複数の整流板２６１により区画された導風領域は、送風口２５１に近い位置から遠い位置に向かって大きくなる。このため、整流板２６１により区画される領域において、送風部２５０から送風される風を取り込める風量が、第５の整流板２６１ｅ側に向かって多くなる。これにより、送風口２５１に近い位置と遠い位置とにおける送風部２５０から送風される風のバランス調整を図っている。

また、これら複数の整流板２６１の送風口２５１における間隔は、ヒートシンク２４０の幅方向における近い位置から遠い位置に向かって小となる。このように、送風口２５１における間隔を複数の整流板２６１で異ならせることで、これら複数の整流板２６１により区画された送風口２５１の面積を異ならせている。このため、送風口２５１を通過する風の流速をヒートシンク２４０の幅方向における近い位置から遠い位置に向かって速くすることが可能となる。これにより、送風口２５１に近い位置と遠い位置とにおける送風部２５０から送風される風のバランス調整を図っている。

以上のように、本実施形態のヒートシンク２４０によれば、送風部２５０に本体を近づけても、この送風部２５０から送風される風を本体の全体にわたって流通させることが可能となり、送風部２５０から送風される風の偏りを抑制することができる。

同様に、本実施形態の冷却構造２３０は、ヒートシンク２４０を送風部２５０に近づけても、この送風部２５０から送風される風をヒートシンク２４０の全体にわたって流通させることが可能となる。よって、冷却構造２３０によれば、送風部２５０から送風される風の偏りを抑制することができる。

同様に、本実施形態の電子装置２００は、送風部２５０にヒートシンク２４０を近づけても、この送風部２５０から送風される風をヒートシンク２４０の全体にわたって流通させることが可能となる。よって、電子装置２００によれば、送風部２５０から送風させる風の偏りを抑制することができる。

なお、本実施形態の電子装置２００の一例として、この電子装置２００は、ＰＣＩＥ規格に基づく、カードである。このＰＣＩＥ規格のカードのサイズには、一般的に、フルサイズ、ショートサイズ、ロープロファイル等がある。このＰＣＩＥ規格に基づく、カードサイズは、フルサイズで高さが１０７ｍｍ、長さが３１２ｍｍと規定されている。また、ショートサイズで高さが１０７ｍｍ、長さが１７３ｍｍと規定されている。「ＰＣＩＥ」とは、「ＰｅｒｉｐｈｅｒａｌＣｏｍｐｏｎｅｎｔＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔＥｘｐｒｅｓｓ」の略である。

（第３の実施形態）
図９及び図１０を用いて、本発明の他の実施形態（第３の実施形態）について説明する。図９及び図１０は、本実施形態（第３の実施形態）に係るヒートシンク３４０、冷却構造３３０及び電子装置３００の構成を示す斜視図及び分解斜視図である。

なお、本実施形態のヒートシンク３４０は、上述の第２の実施形態のヒートシンク２４０に対し、ヒートシンク３４０が第１のヒートシンク３４１、第２のヒートシンク３４２及び第３のヒートシンク３４３から構成されている点が異なり、他の点は同様である。したがって、上述の第２の実施形態に相当する箇所には、同一又は相当する符号を付してその説明を省略する。

本実施形態において、ヒートシンク３４０は、第１のヒートシンク３４１、第２のヒートシンク３４２及び第３のヒートシンク３４３を具備している。このように、本実施形態のヒートシンク３４０は、これら第１のヒートシンク３４１、第２のヒートシンク３４２及び第３のヒートシンク３４３を互いに独立させている。このため、ヒートシンク３４０は、互いに発熱体２２０から伝わった熱を他のヒートシンク３４０に伝え難くしているため、互いの放熱性能を高めている。

１００電子装置
１２０発熱体
１３０冷却構造
１４０ヒートシンク
１４７導風領域
１５０送風部

また、これら複数の整流板２６１の送風口２５１における間隔は、ヒートシンク２４０の幅方向における整流板２６１ａから整流板２６１ｅに向かって大となる。このように、送風口２５１における間隔を複数の整流板２６１で異ならせることで、これら複数の整流板２６１により区画された送風口２５１の面積を異ならせている。このため、送風口２５１を通過する風の流速をヒートシンク２４０の幅方向における近い位置から遠い位置に向かって速くすることが可能となる。これにより、送風口２５１に近い位置と遠い位置とにおける送風部２５０から送風される風のバランス調整を図っている。

Claims

平板状のベース部と、
前記ベース部の一方の面に立設された複数のフィンと、を具備し、
前記複数のフィンの少なくとも一部は、風が流入する位置に、少なくとも隣接するフィンに風を導く導風領域を有する、
ことを特徴とするヒートシンク。
前記導風領域は、フィンの隅を斜めに切り欠いてなる、
ことを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
前記導風領域は、フィンの隅を弧状に切り欠いてなる、
ことを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
請求項１乃至３の何れか一項に記載のヒートシンクと、
前記ヒートシンクに風を送る送風部と、を具備する、
ことを特徴とする冷却構造。
前記導風領域に、前記ヒートシンクに向かって前記送風部からの風を導く整流板を配設する、
ことを特徴とする冷却構造。
前記整流板を複数有し、これら複数の整流板を前記ヒートシンクの幅方向における前記送風口に近い位置から遠い位置に向かって、前記送風口に対する角度が小さくなるよう傾斜させる、
ことを特徴とする請求項５記載の冷却構造。
前記複数の整流板は、
前記ヒートシンクの幅方向における前記送風口に近い位置から遠い位置に向かって大となる、
ことを特徴とする請求項６記載の冷却構造。
前記ヒートシンクを覆って配置され、前記送風部からの風を取り込む筐体を有し、前記整流板は、前記筐体に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項５乃至７の何れか一項に記載の冷却構造。
前記複数の整流板は、前記送風部の送風口から前記ヒートシンクに向かって延設され、これら複数の整流板の送風口における間隔は、前記ヒートシンクの幅方向における近い位置から遠い位置に向かって小となる、
ことを特徴とする請求項６乃至８の何れか一項に記載の冷却構造。
請求項４乃至９の何れか一項に記載の冷却構造と、
前記冷却構造に熱を伝える発熱体と、を具備する、
ことを特徴とする装置。