JP2845833B2 - ヒートシンク - Google Patents

ヒートシンク

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＩＣチップやＬＳ
Ｉチップなどの半導体チップを冷却するためのヒートシ
ンクに関し、特にコンピュータ装置に用いられる半導体
チップを冷却するヒートシンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、コンピュータ装置などは処理能力
の向上およびダウンサイジング化が進み、装置内部に搭
載される各種半導体チップも小型化される傾向にある。
このため、半導体チップは年々高集積化され消費電力が
増大し高発熱化する傾向にある。
【０００３】これらの消費電力の大きな半導体チップは
冷却のため、放熱効果の高いアルミニウムなどを材料に
したヒートシンクをセラミックパッケージ表面に接触さ
せ、発生した熱を放熱させている。しかし、半導体チッ
プの消費電力がより大きくなると、ヒートシンクによる
自然放熱が困難となり、ヒートシンクと電動ファンを組
み合せて冷却効率を高めている。
【０００４】このようにヒートシンクに電動ファンを組
み合せることにより、部品点数の増加によるコストの上
昇、ファン回転による騒音の誘発及び装置の消費電力増
加を招いてしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】第１の問題点は、従来
から比較的多く使用されているアルミニウム製のヒート
シンクによる自然放熱には限界があるということであ
る。
【０００６】その理由は、アルミニウムは熱伝導率が比
較的良好で、軽量であるという利点はあるが、銅などに
比べ熱伝導率が低いため、自然放熱性能に限界があるか
らである。
【０００７】第２の問題点は、高い冷却効率を得るため
に高価な冷却用電動ファンを装着することで、コストの
上昇とファン回転による騒音を誘発してしまうことであ
る。
【０００８】その理由は、冷却用電動ファンの価格が高
いことにある。また、ファンが回転することによりモー
タ音、フィンの風切り音が騒音となり、品質低下につな
がりかねないことも理由である。
【０００９】本発明の目的は、アルミニウム製ヒートシ
ンクによる放熱限界をおぎない、電動ファン等による強
制空冷を行わなくても効率的な自然放熱を可能とするヒ
ートシンクを提供することにある。
【００１０】本発明の他の目的は、できる限りヒートシ
ンクの製造コストを抑えることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明のヒートシンク
は、第１の材料からなる第１のヒートシンクの第１のベ
ースの中央部に設けた穴に第２の材料からなる第２のヒ
ートシンクの第２のベースを嵌め込み固定したことを特
徴とし、第１のベースの中央部に設けた穴はテーパ穴で
あり、第２のベースの外周面はテーパ状であるように
し、第２のヒートシンクのベース底面からフィン先端ま
での高さは第１のヒートシンクのものより高いようにす
ることができる。
【００１２】上述の本発明のヒートシンクは、望ましく
は第２の材料は第１の材料より熱伝導率が高いように
し、例えば第１の材料はアルミニウムであり、第２の材
料は銅であるようにすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。
【００１４】図１は、本発明の実施の形態のヒートシン
クの斜視図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図、図３は
図１のヒートシンクの分解斜視図、図４は図１のヒート
シンクをＣＰＵ等の集積回路パッケージに搭載した時の
断面図である。
【００１５】図において、中央部に銅ヒートシンク２が
設けられていることを除き、アルミヒートシンク１は一
般に使用されているアルミニウム製のヒートシンクと同
形状のもので、四辺形のベース１２に多数のピン４が植
設されている。このピン４は冷却風がどの方向からでも
流入できるよう円柱形をしている。ベース１２の中央部
にはテーパ穴３が設けられていて、テーパ穴３には外周
がテーパ状に形成された銅ヒートシンク２のベース５が
嵌め込まれている。
【００１６】セラミックパッケージ６の下面の凹部に半
導体集積回路チップ７が実装され、この凹部にはキャッ
プ８が設けられている。セラミックパッケージ６の上面
にはヒートシンクが載置され、下面にはリード９が植設
されている。
【００１７】銅ヒートシンク２には冷却効率を上げるた
めヒートシンク１のピン４よりも高いピン４ａが放射状
に配列されてベース５に植設されている。下側が広がる
テーパ穴３に上側が細いテーパ状の外周面を有するベー
ス５が上向けに押し込まれテーパ穴３の内面にベース５
の外周が密着している。また、銅ヒートシンク２は、熱
伝導率の高い銅を材料とし、ベース５の下面は、図４の
チップ７が発生した熱を効率良く伝達するため、チップ
７の面積より大きく、またセラミックパッケージ６の表
面との良好な接触を得るため、できるだけ表面粗さは小
さくしてある。なお、ヒートシンク１と銅ヒートシンク
２との固定は溶着又は接着の方法を用いる。
【００１８】図４に示すように中央部に半導体集積回路
チップ７が実装されたパッケージ６に図１のヒートシン
クを搭載した場合は、ヒートシンクの中央部に設けられ
た熱伝導率の高い銅シンク２により発熱体であるチップ
７を効果的に冷却することができる。
【００１９】次に、図１〜図４に示すヒートシンクと従
来のアルミニウム製のヒートシンクとについて、冷却性
能の比較のためそれぞれの熱抵抗値をコンピュータによ
る熱流体シミュレーションにより算出し、そのグラフを
図７に示した。
【００２０】従来のアルミニウム製のヒートシンクで
は、風速０．６ｍ／ｓで熱抵抗３．８７℃／ｗであり、
本発明の実施例では、風速０．６ｍ／ｓで熱抵抗３．３
２℃／ｗとなった。この結果より、熱抵抗が小さい本発
明がアルミニウム製のヒートシンクより冷却性能で優れ
ていることが言える。
【００２１】図５及び第６図はそれぞれ本発明他の実施
の形態のヒートシンクの断面図及び分解斜視図である。
【００２２】図において、図１〜図４のヒートシンクと
異なる点は、銅ヒートシンク２２のベース２５の外周に
段差１１を付加し、アルミヒートシンク２１のベース３
２の中央部にベース２５に合致する形状の段差穴１０を
設けた点である。銅ヒートシンク２２のベース２５は下
面より段差穴１０に挿入され、溶着又は接着により固定
される。
【００２３】なお、上述の２つの実施の形態において、
銅ヒートシンクの材料を、銅に限らず銅以外の熱伝導率
の比較的良好な材料、例えば銀に変更してもよい。この
場合に、さらにアルミヒートシンクの材料を銅などに変
更しても本発明は適用できる。
【００２４】また、ベース５，２５をテーパ穴３、段差
穴１０へ圧入して固定するようにしてベース５，２５を
ベース１，３２に溶着も接着もしなくても済むようにも
できる。
【００２５】また、冷却風の向きが決まっていてヒート
シンクに指向性を持たせてもよい場合はピン４、４ａか
らなるフィンの代わりに板状のフィンを設けてもよい。
さらに放射状に配置されたピン４ａの代わりにベース２
５の中央部に固定した１本のピンに複数のフランジを設
けたようにしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】本発明はヒートシンクの中央部の第２の
材料と中央部以外の部分の第１の材料を異なったものと
することにより、第１及び第２の材料の長所を有するヒ
ートシンクを得ることができる。例えば、第１の材料に
アルミニウムを用い、第２の材料に銅を用いた場合の効
果を示せば次のとおりである。
【００２７】第１の効果は従来のアルミ製ヒートシンク
の放熱限界をおぎない、効率的な冷却が可能で、半導体
チップ等の冷却対象の発熱を抑えることが可能である。
【００２８】その理由は、アルミ製ヒートシンクの中央
部を熱伝導率の高い銅を材料とした銅ヒートシンクに置
き換えることで、半導体チップから発せられた熱を最も
近い位置で受熱し、効率的に放熱することが可能になる
からである。
【００２９】第２の効果は、冷却性能を向上させるが、
コストの上昇を抑えることが可能である。
【００３０】その理由は、必要最小限の部分、つまりヒ
ートシンク中央部のみを熱伝導率の高い銅にすること
で、コストの上昇をできる限り抑えることができるから
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のヒートシンクの斜視図で
ある。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１に示すヒートシンクの分解斜視図である。
【図４】図１に示すヒートシンクをＣＰＵ等のパッケー
ジに搭載した状態の断面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態のヒートシンクの断面
図である。
【図６】図５に示すヒートシンクの分解斜視図である。
【図７】図１に示すヒートシンクと従来のアルミ製ヒー
トシンクとのシミュレーションにより求めた熱抵抗を示
す図である。
【符号の説明】
１ アルミヒートシンク ２ 銅ヒートシンク ３ テーパ穴 ４ ピン ４ａ ピン ５ ベース ６ セラミックパッケージ ７ チップ ８ キャップ ９ リード １０ 段差穴 １１ 段差 １２ ベース ２１ アルミヒートシンク ２２ 銅ヒートシンク ２５ ベース ３２ ベース

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の材料からなる第１のヒートシンク
    の第１のベースの中央部に設けた穴に第２の材料からな
    る第２のヒートシンクの第２のベースを嵌め込み固定し
    たことを特徴とするヒートシンク。
  2. 【請求項２】 第１のベースの中央部に設けた穴はテー
    パ穴であり、第２のベースの外周面はテーパ状であるこ
    とを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
  3. 【請求項３】 第２のヒートシンクのベース底面からフ
    ィン先端までの高さは第１のヒートシンクのものより高
    い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. 【請求項４】 第２の材料は第１の材料より熱伝導率が
    高いことを特徴とする請求項１，２または３記載のヒー
    トシンク。
  5. 【請求項５】 第１の材料はアルミニウムであり、第２
    の材料は銅であることを特徴とする請求項１ないし４記
    載のヒートシンク。
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