JP2017183590A - heat sink - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発熱体を冷却するヒートシンクに関するものである。 The present invention relates to a heat sink for cooling a heating element.
近年、各種電子機器は、高機能化と処理の高速化に伴って、消費電力の多い高発熱量の電子部品等の発熱体が多数搭載されており、その発熱量も増大の一途をたどっている。そこで、高発熱量の電子部品等の発熱体を冷却して電子部品等の発熱体の動作を正常に保つことが、益々、重要となっている。 In recent years, various electronic devices have been equipped with a large number of heating elements, such as electronic parts with high heat generation and high power consumption, as the functionality and speed of processing have increased, and the amount of heat generation has been increasing. Yes. Therefore, it is increasingly important to cool the heating element such as an electronic component having a high calorific value to keep the operation of the heating element such as the electronic component normal.
電子部品等の発熱体を有するモジュールをヒートシンクにて冷却する場合、ヒートシンクにねじ穴を形成し、電子部品を有するモジュールを、ヒートシンクにねじ止めして、ヒートシンクに熱的に接続することが行われることがある(特許文献1)。 When a module having a heating element such as an electronic component is cooled by a heat sink, a screw hole is formed in the heat sink, and the module having the electronic component is screwed to the heat sink and thermally connected to the heat sink. (Patent Document 1).
また、前記高発熱量の電子部品として、IGBT等のパワーデバイスが用いられる場合がある。パワーデバイスをヒートシンクにて冷却する場合、パワーデバイスは従来の電子部品と比較して大型かつ重いので、ヒートシンクに対して、更に安定して固定されることが要求される。そこで、ヒートシンクのベースプレートに多数のねじ穴を形成し、パワーデバイスをベースプレートにねじ止めして、パワーデバイスをヒートシンクに熱的に接続する必要があった。 Moreover, a power device such as an IGBT may be used as the high heat generation electronic component. When a power device is cooled by a heat sink, the power device is larger and heavier than a conventional electronic component, so that it is required to be more stably fixed to the heat sink. Therefore, it is necessary to form a large number of screw holes in the base plate of the heat sink, screw the power device to the base plate, and thermally connect the power device to the heat sink.
一方で、電子部品等の発熱体の寸法が、ベースプレートの寸法と比較して小さい場合、ベースプレートの表面方向の全体に熱を広げる必要があるので、ヒートパイプをベースプレートに設置することがある。上記ヒートパイプの設置方法として、ベースプレートの表面に沿って、ベースプレート表面にヒートパイプ全体を埋設する溝を設けたり、ベースプレートの表面方向にベースプレートを貫通する孔部である貫通孔を設けることが行われている。また、上記ヒートパイプの設置方法として、ヒートパイプを2枚のベースプレートにて挟持する態様が使用される場合もある。 On the other hand, when the size of a heating element such as an electronic component is smaller than the size of the base plate, it is necessary to spread the heat in the entire surface direction of the base plate, so that a heat pipe may be installed on the base plate. As a method of installing the heat pipe, a groove for embedding the entire heat pipe is provided on the surface of the base plate along the surface of the base plate, or a through hole that is a hole that penetrates the base plate is provided in the surface direction of the base plate. ing. Moreover, as an installation method of the heat pipe, an aspect in which the heat pipe is sandwiched between two base plates may be used.
しかし、上記の通り、パワーデバイスをヒートシンクに熱的に接続するために、ヒートシンクのベースプレートに多数のねじ穴を形成する必要があるので、ベースプレートの厚さの増大を防止するには、ベースプレートのねじ穴部を回避するように、ヒートパイプ設置用の溝または貫通孔を形成する必要があった。しかし、この場合、ヒートパイプのベースプレートにおける設置位置が制約されるので、ベースプレートの表面方向に、十分に熱を広げることができず、また、ヒートパイプの形状が複雑化するという問題があった。また、ベースプレートのねじ穴部に制約されずに、つまり、発熱体の設置位置に制限されずにヒートパイプ設置用の溝または貫通孔を形成するには、ねじ穴の深さ分、ベースプレートの厚さを増大させる必要があり、ヒートシンクの重量、寸法が増大してしまうという問題があった。 However, as described above, in order to thermally connect the power device to the heat sink, it is necessary to form a large number of screw holes in the base plate of the heat sink. It was necessary to form a heat pipe installation groove or through hole so as to avoid the hole. However, in this case, since the installation position of the heat pipe in the base plate is restricted, there is a problem that heat cannot be sufficiently spread in the surface direction of the base plate, and the shape of the heat pipe is complicated. In addition, in order to form a groove or through hole for installing a heat pipe without being restricted by the screw hole portion of the base plate, that is, without being restricted by the installation position of the heating element, the thickness of the base plate is equal to the depth of the screw hole. Therefore, there is a problem that the weight and size of the heat sink are increased.
上記事情に鑑み、本発明は、ベースプレートの厚さの増大を防止しつつ、ベースプレートにおける、ヒートパイプの設置位置の優れた自由度が得られるヒートシンクを提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a heat sink that can provide an excellent degree of freedom in the installation position of the heat pipe in the base plate while preventing an increase in the thickness of the base plate.
本発明の態様は、平板状のベースプレートと、該ベースプレートに熱的に接続された、切り欠き部を有する放熱フィンと、該ベースプレートと該放熱フィンとに熱的に接続されたヒートパイプと、を備え、前記ヒートパイプが、前記放熱フィンの切り欠き部に配置されているヒートシンクである。 An aspect of the present invention includes a flat base plate, a heat radiation fin having a notch portion thermally connected to the base plate, and a heat pipe thermally connected to the base plate and the heat radiation fin. And the heat pipe is a heat sink disposed in a notch portion of the radiating fin.
本発明の態様は、前記ヒートパイプが、扁平加工されているヒートシンクである。 An aspect of the present invention is a heat sink in which the heat pipe is flattened.
本発明の態様は、前記ヒートパイプが、前記ベースプレートの表面上に配置され、前記放熱フィンが、前記切り欠き部以外の部位において、前記ベースプレートの表面と接する部位を有するヒートシンクである。 An aspect of the present invention is a heat sink in which the heat pipe is disposed on a surface of the base plate, and the heat radiating fin has a portion in contact with the surface of the base plate at a portion other than the notch.
本発明の態様は、前記放熱フィンが、前記ベースプレートの表面に対して垂直方向に立設され、前記ヒートパイプの長手方向が、前記ベースプレートの表面に対して平行である部位を有するヒートシンクである。 An aspect of the present invention is a heat sink in which the heat dissipating fins are erected in a direction perpendicular to the surface of the base plate and the longitudinal direction of the heat pipe is parallel to the surface of the base plate.
本発明の態様は、前記切り欠き部の形状が半楕円状または矩形状であるヒートシンクである。 An aspect of the present invention is a heat sink in which the shape of the notch is a semi-elliptical or rectangular shape.
本発明の態様は、前記ヒートパイプが、曲部を有し、前記ベースプレートと前記放熱フィンの頂部とに熱的に接続されているヒートシンクである。 An aspect of the present invention is a heat sink in which the heat pipe has a curved portion and is thermally connected to the base plate and a top portion of the radiating fin.
本発明の態様は、パワーデバイスの冷却用であるヒートシンクである。 An aspect of the present invention is a heat sink for cooling a power device.
本発明の態様は、前記ベースプレートが、前記パワーデバイスの固定のためのねじ穴を形成できる厚みを有するヒートシンクである。 An aspect of the present invention is a heat sink having a thickness that allows the base plate to form a screw hole for fixing the power device.
本発明の態様は、前記ヒートパイプが、前記ベースプレートの厚さ方向において、前記ねじ穴と重なり合う部位を有するヒートシンクである。 An aspect of the present invention is a heat sink in which the heat pipe has a portion overlapping the screw hole in the thickness direction of the base plate.
本発明の態様によれば、放熱フィンに切り欠き部が設けられ、前記切り欠き部にヒートパイプが配置されているので、ベースプレートに発熱体固定用のねじ穴が形成されても、ベースプレートの厚さの増大を防止しつつ、ヒートパイプのベースプレートにおける設置位置の自由度に優れたヒートシンクを得ることができる。 According to the aspect of the present invention, the notch portion is provided in the heat radiating fin, and the heat pipe is disposed in the notch portion. Therefore, even if the screw hole for fixing the heating element is formed in the base plate, the thickness of the base plate It is possible to obtain a heat sink excellent in the degree of freedom of the installation position on the base plate of the heat pipe while preventing the increase in the length.
本発明の態様によれば、ヒートパイプが扁平加工されていることにより、放熱フィン及びベースプレートに対する熱的接続性が向上する。 According to the aspect of the present invention, since the heat pipe is flattened, the thermal connectivity to the radiation fin and the base plate is improved.
本発明の態様によれば、放熱フィンが切り欠き部以外の部位においてベースプレート表面と接する部位を有することにより、放熱フィンに切り欠き部が設けられても、ベースプレートに対して優れた熱的接続性が得られる。 According to the aspect of the present invention, the heat dissipating fin has a portion that is in contact with the surface of the base plate at a portion other than the notch portion, so that even if the notch portion is provided in the heat dissipating fin, excellent thermal connectivity to the base plate. Is obtained.
本発明の態様によれば、ヒートパイプが曲部を有し、ベースプレートと放熱フィンの頂部とに熱的に接続されていることにより、放熱フィンの頂部における放熱効率が向上し、結果、放熱フィン全体の放熱効率が向上する。 According to the aspect of the present invention, the heat pipe has a curved portion and is thermally connected to the base plate and the top of the heat radiating fin, so that the heat radiating efficiency at the top of the heat radiating fin is improved. Overall heat dissipation efficiency is improved.
以下に、本発明の第1実施形態例に係るヒートシンクについて、図面を用いながら説明する。 Hereinafter, a heat sink according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、第1実施形態例に係るヒートシンク1は、平板状のベースプレート10と、ベースプレート10に熱的に接続された放熱フィン11(図1では、複数)と、ベースプレート10と放熱フィン11とに熱的に接続されたヒートパイプ12(図1では、複数)とを有し、それぞれの放熱フィン11には、切り欠き部13(図1では、複数)が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
ヒートシンク1では、平板状であるベースプレート10の表面側に、複数のヒートパイプ12が熱的に接続されている。図1では、ベースプレート10の表面に、各ヒートパイプ12が、直接、接することで、ベースプレート10とヒートパイプ12が熱的に接続されている。すなわち、ベースプレート10の表面に、各ヒートパイプ12が載置された態様となっている。従って、ヒートパイプ12は、その全体が、ベースプレート10の表面から突出した態様となっている。また、ヒートパイプ12の長手方向における形状、すなわち、平面視の形状は、直線状であり、ヒートパイプ12の長手方向(すなわち、熱輸送方向)が、ベースプレート10の表面に対して平行となっている。
In the
ヒートパイプ12は、ベースプレート10及び放熱フィン11に対する優れた熱的接続性を得るために、扁平加工されている。また、ヒートパイプ12は、ベースプレート10の一方の端部から他方の端部へ、相互に、その長手方向が平行または略平行となるように、並列配置されている。従って、ヒートシンク1では、ベースプレート10が発熱体(図1では、図示せず)から受熱した熱は、ヒートパイプ12によって、ベースプレート10の表面方向に輸送され、ベースプレート10全体が均熱化される。
The
ヒートシンク1では、平板状であるベースプレート10の表面側には、複数の矩形状の放熱フィン11がベースプレートの表面に対して垂直方向に立設されて、放熱フィン群14を形成している。放熱フィン11の下端部15、すなわち、ベースプレート10側の端部がベースプレート10の表面側に取り付けられることで、ベースプレート10に放熱フィン11が立設され、ベースプレート10に放熱フィン11が熱的に接続されている。それぞれの放熱フィン11は、放熱フィン11の表面が、相互に、平行または略平行の位置関係となるように、ベースプレート10の表面側に配置されている。また、放熱フィン11は、ベースプレート10の一方の端部から他方の端部へ、並列に配置されている。
In the
それぞれの放熱フィン11には、下端部15に切り欠き部13が形成されている。切り欠き部13の位置は、ヒートパイプ12の配置位置に対応するよう設けられ、さらに、ヒートパイプ12の設置数に応じて、切り欠き部13の設置数が設定されている。さらに、切り欠き部13の寸法は、ヒートパイプ12の径方向の断面の寸法に対応している。従って、ベースプレート10表面に対して平行方向における切り欠き部13の寸法は、ベースプレート10表面に対して平行方向におけるヒートパイプ12の径方向の断面の寸法であり、ベースプレート10表面に対して垂直方向における切り欠き部13の寸法は、ベースプレート10表面に対して垂直方向におけるヒートパイプ12の径方向の断面の寸法となっている。
Each radiating fin 11 has a
それぞれの放熱フィン11において、各切り欠き部13にヒートパイプ12が配置されている。従って、放熱フィン11の切り欠き部13にて、ヒートパイプ12と放熱フィン11とが熱的に接続されている。ヒートシンク1では、切り欠き部13の内面がヒートパイプ12の外面と直接接することで、ヒートパイプ12と放熱フィン11とが熱的に接続されている。
In each radiating fin 11, a
一方で、放熱フィン11の下端部15は、切り欠き部13以外の部位においては、ベースプレート10の表面と、直接接している。従って、放熱フィン11の下端部15は、切り欠き部13以外の部位において、ベースプレート10と、直接、熱的に接続されている。
On the other hand, the
切り欠き部13の形状は、特に限定されないが、ヒートシンク1では、ヒートパイプ12が扁平加工されていることに対応して、ヒートパイプ12に対する熱的接続性を向上させるために、略半楕円状または略矩形状が好ましく、図1では、矩形状となっている。
Although the shape of the
放熱フィン11及びベースプレート10は、いずれも熱伝導性のよい金属材料の平板であり、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などで製造されている。また、ヒートパイプ12のコンテナの材料としては、特に限定されないが、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス等を挙げることができる。また、コンテナに封入する作動流体としては、コンテナの材料との適合性に応じて、適宜選択可能であり、例えば、水、代替フロン、パーフルオロカーボン、シクロペンタン等を挙げることができる。また、放熱フィン11のベースプレート10への固定方法は、特に限定されず、例えば、はんだ付けや塑性変形(例えば、カシメ等)による固定やエポキシ樹脂等の接着剤を用いた固定等を挙げることができる。
The radiation fins 11 and the
ヒートシンク1では、放熱フィン11に設けられた切り欠き部13にヒートパイプ12が配置されているので、ベースプレート10に発熱体固定用のねじ穴(図1では、図示せず)が設けられても、ベースプレート10の厚さを増大させることなく、ベースプレート10における、ヒートパイプ12の設置位置の自由度が得られる。
In the
次に、本発明のヒートシンクの使用方法例として、第1実施形態例に係るヒートシンク1に発熱体を接続する態様を、図面を用いて説明する。
Next, as an example of how to use the heat sink of the present invention, a mode in which a heating element is connected to the
ヒートシンク1に発熱体を接続する第1の使用方法例として、図2に示すように、ヒートシンク1のベースプレート10の裏面側、すなわち、放熱フィン11の配置されている側の反対側に、発熱体(例えば、IGBT等のパワーデバイス)101が熱的に接続される。図2では、大小様々な発熱体101が、複数、熱的に接続され、各発熱体101のいずれかの側辺部が、ヒートパイプ12の長手方向に対して、平行方向となるように、各発熱体101が設置されている。また、それぞれの発熱体101は、ベースプレート10の裏面側に設けられた複数の発熱体固定用のねじ穴102によって、ベースプレート10にねじ止めされている。従って、ベースプレート10の厚さは、特に限定されないが、発熱体101がIGBT等のパワーデバイスの場合には、ベースプレート10は、パワーデバイスを固定できるだけの深さを有するねじ穴を形成できる厚さ、例えば、15mm以上の厚さを有することが好ましい。
As a first example of use of connecting a heat generating element to the
図2に示すように、ヒートシンク1は、ベースプレート10の厚さ方向において、ねじ穴102の位置と重なり合うように、すなわち、ねじ穴102の位置に制約されずに、ヒートパイプ12の位置を自由に設定することができる。つまり、ベースプレート10に発熱体固定用のねじ穴102が設けられても、ベースプレート10の厚さを増大させることなく、ヒートパイプ12のベースプレート10における設置位置の自由度を得ることができる。
As shown in FIG. 2, the
なお、ヒートシンク1では、発熱体固定用のねじ穴102の位置にかかわらず、ヒートパイプ12をベースプレート10に自由に配置できるので、発熱体101の設置方向は特に限定されず、発熱体を接続する第2の使用方法例として、図3に示すように、少なくとも一部の発熱体101について、ヒートパイプ12の長手方向に対して、発熱体101の側辺部が斜め方向となるように配置させてもよい。前記発熱体101の斜め方向の配置により、ベースプレート10の厚さ方向において、発熱体101とヒートパイプ12とが効果的に重なりあう事が可能となり、ヒートシンク1は、ベースプレート10の表面方向に熱をより円滑に広げることができる。これにより、効果的にベースプレート10からフィンへの伝熱が行われるため、放熱効率が向上する。
In the
また、発熱体101の設置数、ベースプレート10上における発熱体101の設置位置は、特に限定されず、ヒートシンク1の使用状況に応じて、適宜、選択可能である。IGBT等のパワーデバイスには、いろいろな種類があるので、従来、ヒートパイプ12と干渉しない位置に設置していくように設計していく必要があったが、本発明ではヒートシンク1の発熱体101の設置をねじ穴102箇所の制限を設けることなく自由に設置できるので、発熱体101の変更ごとにヒートシンク1の設計変更を行う必要がなくなり、例えば1種類のヒートシンク1でいろいろな種類のIGBT等のパワーデバイスに対応も可能になる。
Further, the number of the
次に、本発明のヒートシンクの他の実施形態例について説明する。上記第1実施形態例に係るヒートシンクでは、ヒートパイプの長手方向における形状(すなわち、平面視の形状)は直線状であったが、該形状は特に限定されず、例えば、L字状、U字状等、曲部を有する形状でもよい。 Next, another embodiment of the heat sink of the present invention will be described. In the heat sink according to the first embodiment, the shape of the heat pipe in the longitudinal direction (that is, the shape in plan view) is linear, but the shape is not particularly limited. For example, the shape is L-shaped or U-shaped. The shape which has a curved part, such as a shape, may be sufficient.
また、上記第1実施形態例に係るヒートシンクでは、ヒートパイプは、直線状であり、放熱フィンのうち、その下端部、すなわち、ベースプレート側の端部においてヒートパイプと熱的に接続されていたが、これに代えて、ヒートパイプをコ字状等の2つの直線部と1つの曲部とを有する形状とし、放熱フィンの下端部だけでなく、放熱フィンの上端部(頂部)、すなわち、ベースプレート側の端部とは反対側の端部でも、上記ヒートパイプと熱的に接続してもよい。上記態様により、放熱フィンの上端部(頂部)における放熱効率が向上し、結果、放熱フィン全体の放熱効率が向上する。 Further, in the heat sink according to the first embodiment, the heat pipe is linear, and among the radiating fins, the lower end portion thereof, that is, the end portion on the base plate side, is thermally connected to the heat pipe. Instead of this, the heat pipe has a shape having two straight portions such as a U-shape and one curved portion, and not only the lower end portion of the radiating fin but also the upper end portion (top portion) of the radiating fin, that is, the base plate Even the end opposite to the end on the side may be thermally connected to the heat pipe. By the said aspect, the thermal radiation efficiency in the upper end part (top part) of a thermal radiation fin improves, As a result, the thermal radiation efficiency of the whole thermal radiation fin improves.
上記第1実施形態例に係るヒートシンクでは、ヒートパイプは、ベースプレートの一方の端部から他方の端部へ、相互に、その長手方向が平行または略平行となるように、並列配置されていたが、ヒートパイプの配置は、特に限定されず、使用状況に応じて適宜選択可能であり、例えば、相互に、その長手方向が所定の角度(例えば、0°超〜90°)を有する態様で配置されてもよい。 In the heat sink according to the first embodiment, the heat pipes are arranged in parallel from one end of the base plate to the other end so that their longitudinal directions are parallel or substantially parallel to each other. The arrangement of the heat pipe is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the use situation. For example, the arrangement of the heat pipes is such that the longitudinal directions thereof have a predetermined angle (for example, more than 0 ° to 90 °). May be.
本発明のヒートシンクは、ベースプレートに発熱体固定用のねじ穴が形成されても、ベースプレートの厚さの増大を防止しつつ、ベースプレートにおける、ヒートパイプの設置位置の優れた自由度を得ることができるので、例えば、大型かつ重い電子部品であるIGBT等のパワーデバイスの冷却用として、特に利用価値が高い。 The heat sink of the present invention can obtain an excellent degree of freedom in the installation position of the heat pipe in the base plate while preventing an increase in the thickness of the base plate even if a screw hole for fixing the heating element is formed in the base plate. Therefore, the utility value is particularly high, for example, for cooling power devices such as IGBTs which are large and heavy electronic components.
1 ヒートシンク
10 ベースプレート
11 放熱フィン
12 ヒートパイプ
13 切り欠き部
1
Claims (9)
前記ヒートパイプが、前記放熱フィンの切り欠き部に配置されているヒートシンク。 A flat base plate, a heat radiation fin having a notch portion that is thermally connected to the base plate, and a heat pipe thermally connected to the base plate and the heat radiation fin,
A heat sink in which the heat pipe is disposed in a cutout portion of the radiating fin.
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