JP2018120904A - ヒートシンク - Google Patents
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Abstract
Description
を縮小する、所謂、チップシュリンクが必要不可欠となっており、その結果、発熱密度が増大し高温になることから、高熱伝達率を有するヒートシンクが求められている。
一方で、発熱密度が高いSiCと一緒に、発熱密度の低い部品が同一ヒートシンク上に配置される場合がある。
図1は、この発明の実施の形態1に係るヒートシンクを示す分解斜視図であり、図2はフィンが配置された面から見たベースの平面図である。
図1及び図2において、実施の形態1に係るヒートシンク100は、発熱密度が低い発熱素子が設置された面10と、発熱密度が高い発熱素子が設置された面11と、発熱密度が低い発熱素子が設置された面10の裏面に設けられた狭ピッチのジグザグに蛇行した溝を複数列並べた形状の第1放熱フィン12と、発熱密度が高い発熱素子が設置された面11の裏面に設けられたピン形状の第2放熱フィン13を有するベース14と、ベース14を収納したジャケット15と、このジャケット15の対向した側面にそれぞれ設けられた冷媒入口部16及び冷媒出口部17と、を備えて構成されている。
、壁に衝突し、流れ方向を90°変えながら、短い流路18と長い流路19を交互に通過して第1放熱フィン12から排出される。
次に、この発明の実施の形態2に係るヒートシンクについて説明する。図4は、実施の形態2に係るヒートシンク200の放熱フィンが配置された面から見たベースの模式図である。
ベース14には、流体抵抗の大きな狭ピッチのジグザグに蛇行した溝を複数列並べた形状の第1放熱フィン12と、流体抵抗の小さなピン形状の第2放熱フィン13とが並列に配置されており、一般的には、流体抵抗の大きな第1放熱フィン12には小流量の冷媒が流れ、流体抵抗の小さな第2放熱フィン13には大流量の冷媒が流れるため、冷却性能は第1放熱フィン12よりも第2放熱フィン13の方が大きくなる。
流体抵抗の小さな第2放熱フィン13の添え字を1、流体抵抗の大きな第1放熱フィン12の添え字を2とし、hを冷却性能の指標である熱伝達率、Pを圧力損失、Uを前面流速、γ、δ、m、nをフィン形状で決まる定数と置くと、それぞれの領域の熱伝達率hと、圧力損失Pは、それぞれ次式(1)〜(4)で表わすことができる。
h1=γ1U1 m1・・・(1)
P1=δ1 U1 n1・・・(2)
h2=γ2U2 m2・・・(3)
P2=δ2 U2 n2・・・(4)
ここで、冷媒は放熱フィンに対して並列に流されているため、P1=P2が成り立つ。
(2)式と(4)式より、
δ1 U1 n1=δ2 U2 n2
故に、U2={(δ1/δ2)U1 n1}1/n2・・・(5)
となり、(5)式が得られる。この(5)式を(3)式に代入、整理すると
h2=γ2{(δ1/δ2)U1 n1}m2/n2・・・(6)
となる。
{(γ2 δ1)/(γ1 δ2)}m2/n2<U1 (m1 n2−m2 n1)/n2・・・(7)
となる。
ここで、一般的に熱伝達率はおおよそ流速の0.5乗に比例し、圧損はおおよそ流速の2乗に比例することが知られており、簡単のためここではm1=m2=0.5、n1=n2=2と置き(7)式に代入、整理して
(δ1/δ2)0.25<γ1/γ2・・・(8)
が得られる。第1放熱フィン12と第2放熱フィン13の特性を(8)式を満たす様に設定することにより、確実に第2放熱フィン13の冷却性能を第1放熱フィン12の冷却性能より大きくすることができる。
次に、この発明の実施の形態3に係るヒートシンクについて説明する。図5は、実施の形態3に係るヒートシンク300のジャケットの斜視図、図6は図5のA−A線に沿う矢視断面図、図7は図6のB部の拡大図を示している。
狭ピッチのジグザグに蛇行した溝を複数列並べた形状の第1放熱フィン12とピン形状の第2放熱フィン13を例えばダイカストや鍛造等で製造する場合、離型性や型寿命向上の観点から第1放熱フィン12と第2放熱フィン13の間に隙間を設けた方が良い。
次に、この発明の実施の形態4に係るヒートシンクについて説明する。図8は、実施の形態4に係るヒートシンクの放熱フィンが配置された面から見たベースの平面図、図9は図8のC部の拡大図である。
実施の形態4に係るヒートシンク400では、第1放熱フィン12と第2放熱フィン13の間の隙間に多くの冷媒が流れてしまうことを防ぐため、第1放熱フィン12側の端部
に第2放熱フィン13の一部を埋め込んだ突起90を設けた。
次に、この発明の実施の形態5に係るヒートシンクについて説明する。実施の形態5のヒートシンクは、ピン形状の第2放熱フィンの断面形状が正六角形、もしくは正方形、もしくは正三角形(図示せず)であり、前記正六角形、もしくは正方形、もしくは正三角形の辺が互いに全面対向し、かつ、それぞれ互いに離間して対向した前記辺間距離が等しく配置されている。
前記第1放熱フィンを表す添え字を1、前記第2放熱フィンを表す添え字を2とし、hを熱伝達率、Pをフィンの圧力損失、Uをフィン領域に冷媒が流入する直前の流速、γ、δ、m、nをフィン形状で一意に決まる定数としたとき、h 1 =γ 1 U 1 m1 、P 1 =δ 1 U 1 n1 、h 2 =γ 2 U 2 m2 、P 2 =δ 2 U 2 n2 で表されるδ 1 、δ 2 、γ 1 、γ 2 が(δ 1 /δ 2 ) 0.25 <γ 1 /γ 2 を満たすことを特徴とする。
更に、流体抵抗の小さな第2放熱フィンの冷媒の流通方向と垂直な方向のフィン領域の幅が、流体抵抗の大きな第1放熱フィンの冷媒の流通方向と垂直な方向のフィン領域の幅よりも著しく小さくなっても、発熱密度が高い発熱素子の冷却性能が不足してしまうことがなくなる効果が得られる。
Claims (8)
- ベースに複数の放熱フィンを設けたヒートシンクにおいて、
前記放熱フィンは、ピン形状の第1放熱フィンと狭ピッチの蛇行した溝を複数列並べた形状の第2放熱フィンとを備えて構成され、
前記第1放熱フィンと前記第2放熱フィンは、前記ベースの同一平面上に、冷媒の流れ方向に対して並列に配置されていることを特徴とするヒートシンク。 - 前記第1放熱フィンを表す添え字を1、前記第2放熱フィンを表す添え字を2と置き、hを熱伝達率、Pをフィンの圧力損失、Uをフィン領域に冷媒が流入する直前の流速、γ、δ、m、nをフィン形状で一意に決まる定数と置いたとき、h1=γ1 U1 m1、P
1=δ1 U1 n1、h2=γ2U2 m2、P2=δ2 U2 n2で表されるδ1、δ2、γ1、γ2が(δ1/δ2)0.25<γ1/γ2を満たすことを特徴とする請求項1に記載のヒートシンク。 - 前記ヒートシンクのジャケットには、前記第1放熱フィンと、前記第2放熱フィンとの隙間に壁が設けられており、前記壁と前記第1放熱フィンとの隙間、及び前記壁と前記第2放熱フィンとの隙間は、前記第1放熱フィンのフィン同士の隙間、もしくは第2放熱フィンのフィン同士の隙間のうちの何れか小さい方の隙間より、小さくしたことを特徴とする請求項1又は2に記載のヒートシンク。
- 前記第2放熱フィンの前記第1放熱フィンが隣接する側の壁に、前記第1放熱フィンの一部を形成したことを特徴とする請求項1又は2に記載のヒートシンク。
- 前記第1放熱フィンは、断面形状が正六角形であり、前記正六角形の辺が互いに全面対向し、かつ、それぞれ互いに離間して対向した辺間距離が等しく配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のヒートシンク。
- 前記第1放熱フィンは、断面形状が正方形であり、前記正方形の辺が互いに全面対向し、かつ、それぞれ互いに離間して対向した辺間距離が等しく配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のヒートシンク。
- 前記第1放熱フィンは、断面形状が正三角形であり、前記正三角形の辺が互いに全面対向し、かつ、それぞれ互いに離間して対向した辺間距離が等しく配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のヒートシンク。
- 前記第1放熱フィンの側面に凹凸を設けたことを特徴とする請求項6又は7に記載のヒートシンク。
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