JP2948734B2 - ピンフィン型放熱器 - Google Patents

ピンフィン型放熱器

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、集積回路や半導体素子
といった電子機器等の発熱体の放熱に利用される放熱器
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年電子機器用の半導体素子は、微細加
工技術の進歩とともに集積度があがり、著しく発熱量が
増加している。そこで電子機器の過熱を防ぐことを目的
として半導体素子から発生する熱を効率よく逃がすピン
フィン型放熱器が用いられている。図12、図13に従
来のピンフィン型放熱器の構造を示した。ピンフィン型
放熱器は、矩形状の基板部2上に上端から下端までが一
様の正方形断面のピンフィン1を、放熱量を大きくする
ため高密度に多数矩形配列することにより構成したもの
である。ピンフィン1は、熱伝導性の良い銅やアルミニ
ウム合金等からなっており、基板部2と一体成形される
かハンダ付けやロウ付けによって接合されている。ピン
フィン型放熱器は、放熱特性向上のために軸流ファン3
と併用して強制空冷放熱器として使用される。
【0003】図12、図13は軸流ファン3を内設した
ケーシング4をピンフィン型放熱器に取り付けた状態を
示す。ケーシング4は、上面に吸気口5を下面に送風口
とを設けており、軸流ファン3の送風方向が基板部2に
向かうようにピンフィン1上端に設置される。ケーシン
グ4を固定するための円形断面の支柱6、6・・を、矩
形の基板部2の上の四隅にそれぞれ設ける。支柱6の上
面にはネジ穴7が開けられており、支柱6、6・・にケ
ーシング5をネジ8、8・・で上から見て基板部2から
はみ出ないように締着することにより、ピンフィン型放
熱器の上面に取り付けられる。軸流ファン3は回転軸が
ある円筒部分内にモータが設けられており、ケーシング
4の上面部のモータリブによって保持される。
【0004】またはケーシング4がピンフィン型放熱器
のピンフィン1の上面の中心部に埋設されており、ケー
シング4はピンフィン型放熱器の中心部にある支柱6に
よって支えられているものもある。
【0005】いずれの場合も、ケーシング4に内設され
た軸流ファン3によって作り出される冷却空気の流れ9
はピンフィン1に沿って進み、発熱部品10から伝わっ
た熱をピンフィン1から奪い発熱部品10を冷却し、ピ
ンフィン1下端部の隙間から外部に向い排出される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
強制空冷用の軸流ファンを備えたピンフィン型放熱器を
使用する場合は冷却空気の流れの向きが問題になってい
た。軸流ファンはファン外周部付近における空気の吐き
出し方向がファンの軸方向でなく、若干ファンの半径方
向に広がるという特性を持っている。この特性はファン
の遠心力に起因するものであり、ファンの回転数が大き
くすなわち風量の増加と共に半径方向に広がる風量が増
加するため、冷却空気の流れに無駄が生じるという欠点
がある。
【0007】従来のピンフィン型放熱器においては、強
制空冷用の軸流ファンを内設したケーシングがピンフィ
ン上端部に当設して設置されており、軸流ファンの吹き
出し口の近傍にピンフィン群が設置されている。そのた
め、軸流ファンの前面での流路抵抗が増すことにより、
冷却空気はピンフィン下端まで流れずにピンフィン上端
でピンフィン型放熱器の外部に流失する。
【0008】本発明は軸流ファンを上部に備えたピンフ
ィン型放熱器において、ピンフィン上端近傍における冷
却空気の流れを制御することにより、良好な放熱効率を
持つピンフィン型放熱器を提供することを目的としてい
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のピンフィン型放熱器は、軸流ファンを内設
するケーシングの下方に位置し且つピンフィン型放熱器
の外周部に配置されるピンフィンの上端部近傍を整流板
で覆い、あるいは、その整流板の代わりにケーシングの
側面板をケーシング底面より下方に延長して外周部に配
置されるピンフィンの上端部近傍を囲繞し、更に、その
整流板の高さ、あるいはケーシング側面板の延長部分の
高さが、それぞれピンフィンの高さに占める割合の20
%以下にしたものである。また、ピンフィン群を、外周
部分のピンフィンと中央部分の高さの低いピンフィンと
から構成し、ケーシングをそのピンフィン群に囲まれた
空間に埋設し、ケーシングの下方に位置するピンフィン
群の外周部に配置されるピンフィンの上端部近傍を整流
板で覆ったものである。また、その整流板の高さが、ピ
ンフィンの高さに占める割合の20%以下にしたもので
ある。
【0010】または本発明は、上記ケーシングを備えた
ピンフィン型放熱器において、外周部に配置されるピン
フィンの上端近傍の断面積を中部から下端の断面積より
大きくするものである。あるいは、外周部分に配置され
たピンフィンの断面積を上端から下端に向かって漸次小
さくしたものである。
【0011】更に、外周部ピンフィンの上端部近傍の断
面積を中部から下端の断面積より大きくした部分の高さ
が、ピンフィンの高さに占める割合の20%以下にした
ものである。
【0012】
【作用】上記のようにして構成された整流板、あるいは
ケーシングの側面板をケーシング底面より下方に延長し
た部分をピンフィン型放熱器に備えることによって、軸
流ファンから冷却空気を送風した場合、外周部に配置さ
れたピンフィンの上端部における外側方向への流れが遮
られる。そのため冷却空気の流れは基板部に向い、ピン
フィンの下部まで冷却した後ピンフィン型放熱器の外部
に流出する。
【0013】ピンフィン上端近傍の外周部ピンフィンの
断面積を中部から下端部までの断面積より大きくする
と、上記のような整流板が無くても、ピンフィン上端部
における外側方向への流路抵抗が増大する。その結果、
軸流ファンから冷却空気を送風した場合に冷却空気は基
板部に向かって流れるので、上記整流板と同様の効果を
もたらす。
【0014】加えて、既に述べた種々のピンフィン上端
部における外側方向への流路抵抗を増大させる作用を有
する部分が、ピンフィンの高さに占める割合を20%以
下にすることによって、冷却空気の流れの圧力損失を抑
えることができる。
【0015】
【実施例】実施例について図面を参照して説明するが、
従来例と同一部分は同一符号を用いる。以下の実施例に
おいては、ピンフィンの断面はいずれも正方形状として
いるが多角形状または円形状の断面でも良く、全てのピ
ンフィンは熱伝導性部材から成るものとする。
【0016】図1に示すように、軸流ファン3を内部に
設置したケーシング4はピンフィン上部に取り付けられ
ており、図2においてはケーシング4を取り付けていな
い状態の図を示しているが従来技術で説明した図13の
ように取り付けるものとする。ピンフィン型放熱器の矩
形状の基板部2の四隅にはそれぞれケーシング4を支え
るための支柱6が合計四本設けられている。ケーシング
4はネジ8、8・・により支柱6、6・・に取り付けら
れる。
【0017】図1、図2に示す第1の実施例において、
ピンフィン1は矩形状の基板部2上に配列されており、
上端から下端まで一様な矩形断面を持っている。整流板
11は、ピンフィン群の基板部2の外周上に位置する外
周部ピンフィン12の上端近傍に取り付けられる。更に
整流板11は、ピンフィン型冷却器の側面を取り巻くよ
うにケーシング4との間に隙間なく設置される。
【0018】該整流板11は四角形状の枠体を成す薄い
アルミ板等の熱伝導性の部材で構成されており、有機性
接着剤等で取り付けられる。
【0019】ピンフィン型放熱器の上面から軸流ファン
3により冷却空気を流し、図1、図2に示した整流板1
1を備えた本実施例の場合と、図12、図13に示した
従来例の場合とについて、風量と放熱量との関係のグラ
フを図3に示した。どちらの場合も風量の増加と共に放
熱量も増加するが、同一風量では本実施例の場合の方が
従来例の場合より放熱量が大きくなっており、整流板1
1は放熱量の向上に効果がある。これは、整流板11を
設けることによって冷却空気の流れ9がより多く基板部
2へ導かれるようになったためである。しかし整流板1
1を設置することにより整流板11による圧力損失は増
大する。
【0020】図4に種々のファン動力における、ピンフ
ィン3の高さに対する整流板11の高さの占める割合の
風量への効果を示した。整流板11がない場合の風量を
1.0として、整流板11の占める割合を大きくしてい
くとファン動力の大小に係わらずほぼ同じ割合で風量は
低下していき、ピンフィン1の高さに対する整流板11
の高さの占める割合が50%の点では、風量ほぼ0.8
にまで低下した。
【0021】図5には本実施例において種々のファン動
力における、ピンフィン1の高さに対する整流板11の
高さの占める割合の放熱量への影響を示した。整流板1
1がない場合の放熱量を1.0として、一定のファン動
力の場合、整流板11の占める割合を大きくしていくと
放熱量は徐々に増加して1.0を越え、ある点で最大値
をとり以後はなだらかに低下した。
【0022】この傾向はファン動力の大小に係わらず同
じであったが、ファン動力が小さいほど放熱量の最大点
は整流板11の高さの占める割合の小さい点に移動す
る。更にファン動力が大きい場合、整流板11の高さの
占める割合と放熱量との関係はファン動力にほとんど依
存しなくなる。上記の場合においては、ピンフィン1の
高さに対する整流板11の高さの占める割合が35%以
上ではファン動力が大きくしても放熱量は1.0以下に
なる。
【0023】以上の実験結果から、風量低下を5%以内
に押さえつつファン動力が変化しても放熱量を従来例よ
りも良くするためには、ピンフィン1の高さに対する整
流板11の高さの占める割合を20%以下とすると良い
という結論が得られた。
【0024】上記実施例では別途に整流板11を取り付
けているが、その代わりにケーシング4の側面下部を基
板部2方向に延長して、外周部ピンフィン12の上端近
傍の側面を囲繞するように整流板をケーシング4と一体
成形することもできる。
【0025】ここで第2の実施例を図6、図7に示す。
矩形状の熱伝導性部材からなる基板部2上の外周部付近
に垂直に並立して複数のピンフィンを設ける。該基板部
の中央部分には、複数の高さを低くしたピンフィン13
が並立して正方形状に設置される。高さを低くしたピン
フィン13群の四隅にそれぞれ四本の円形断面の支柱
6、6・・を垂直に基板部上に取り付ける。
【0026】また軸流ファン3を内設し上面に吸気口5
と下面に送風口とを設けたケーシング4を、外周部付近
のピンフィン14と高さを低くしたピンフィン13によ
って囲まれた立方体状の空間に埋設する。上記ケーシン
グ4は該支柱6、6・・上にネジ8、8・・で締着され
る。このような構成のピンフィン型放熱器において、熱
伝導性部材からなる四角形状の枠体の整流板11を、ケ
ーシング側面下部と隙間なく繋がるように、高さを低く
したピンフィン13の上端近傍を囲繞して有機性接着剤
等で取り付ける。
【0027】または上記整流板11の代わりに、ケーシ
ング4の側面下部を基板部2方向に延長して、高さを低
くしたピンフィン13の上端近傍の外側を囲繞しても良
い。
【0028】図8、図9に示す第3の実施例では、軸流
ファン3を内設したケーシング4をピンフィン1の上面
に取り付けたピンフィン型放熱器において、上端部の断
面積を中部から下端部の断面積より大きくした外周部ピ
ンフィン12を設けた。尚、ピンフィンの配列のピッチ
や外周部ピンフィン12以外のピンフィン1は従来と同
様の形状のものを用いる。該外周部ピンフィン12は正
方形状の断面形状を持ち、中部から下端部の断面積は一
様であり、上端部分の断面積のみを大きくした。図8、
図9おいて上端部の断面積15は、中部から下端部の断
面積16に対して断面の各辺の長さを2倍にすることに
より断面積を四倍にしている。図8においては、ピンフ
ィン上端部の断面積15の高さの占める割合は、ピンフ
ィン全体の高さに対して15%としてあるが、すでに第
1の実施例で述べた理由により20%以下であればよ
い。
【0029】前述のような外周部ピンフィン12を設け
たことにより、外周部ピンフィン12の上端部において
ピンフィン間の間隔が狭くなる。その結果、冷却空気の
流路体積が小さくなるため冷却空気の流れ9は、ピンフ
ィン上端で外周部ピンフィン12の外側への流れが妨げ
られ、ピンフィン下端までを冷却してからピンフィン型
放熱器の外部に排出される。すなわち、外周部ピンフィ
ン12の上端部の断面積が大きい部分が整流板11と同
じ作用を果たすことになる。さらに外周部ピンフィン1
2の上端部において、冷却空気のピンフィン型放熱器の
外部への流れを減らすために、外周部ピンフィンの上端
部の断面積15は大きいほど良い。
【0030】第4の実施例については図10、図11に
示す。第3の実施例とは外周部ピンフィン12の形状の
みを変え他は全て同一構造を取るものとする。外周部ピ
ンフィン12の上端の断面積を大きくして基板部2に向
かって下端まで漸次、断面積が減少する外周部ピンフィ
ン12を設ける。これによっても整流板11と同様の機
能を果たす。
【0031】
【発明の効果】本発明のピンフィン型放熱器によれば、
整流板を設けることにより軸流ファンからの冷却空気の
流れを効率よくピンフィンの下部まで導き放熱量を向上
できる。更に従来のピンフィン型放熱器をそのまま利用
できるので設備に投資が少なくすむ。
【0032】または、ケーシングの側面下部を延長し、
外周部ピンフィンの上端近傍の側面を囲繞しすることに
よっても整流板と同様の効果が得られる。加えて、整流
板を取り付ける作業を必要としない。
【0033】外周部ピンフィンの断面積を変化させるこ
とにより、整流板を設けたことと同じ効果が得られる。
また外周部ピンフィン以外は従来のピンフィン型放熱器
をそのまま利用でできるので設備に投資が少なくてす
み、且つ整流板を取り付ける作業を必要としない。
【0034】上記の種々のピンフィン上端部において、
ピンフィン型放熱器の外側方向への流れを妨げる部分の
高さが、ピンフィンの高さに占める割合を20%以下に
することによって、風量の低下を押さえつつピンフィン
型放熱器の放熱量の増大をはかれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における第1の実施例の側面図である。
【図2】本発明における第1の実施例の上面図である。
【図3】本発明における第1の実施例と従来例との風量
の放熱量への影響を示すグラフである。
【図4】本発明における第1の実施例の整流板の高さの
風量への影響を示すグラフである。
【図5】本発明における第1の実施例の整流板の高さの
放熱量への影響を示すグラフである。
【図6】本発明における第2の実施例の側面図である。
【図7】本発明における第2の実施例の上面図である。
【図8】本発明における第3の実施例の側面図である。
【図9】本発明における第3の実施例の上面図である。
【図10】本発明における第4の実施例の側面図であ
る。
【図11】本発明における第4の実施例の上面図であ
る。
【図12】従来のピンフィン型放熱器の側面図である。
【図13】従来のピンフィン型放熱器の上面図である。
【符号の説明】 1:ピンフィン 2:基板部 3:軸流ファン 4:ケーシング 6:支柱 9:冷却空気の流れ 10:発熱部品 11:整流板 12:外周部ピンフィン 15:上端部の断面積 16:中部から下端部の断面積
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−49700(JP,A) 特開 昭62−55000(JP,A) 実開 平6−45392(JP,U) 実開 平6−55266(JP,U) 実開 平7−3143(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 23/34 - 23/473

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱伝導性部材からなる矩形状の基板部
    と、熱伝導性部材からなる柱状の複数のピンフィンを該
    基板部上に垂直に並立して設けることにより構成された
    ピンフィン群と、軸流ファンを内設し上面に吸気口と下
    面に送風口とを設けたケーシングと、該ケーシングを該
    ピンフィン群の上面に配設することにより構成されたピ
    ンフィン型放熱器において、熱伝導部材からなる枠体の
    整流板によってピンフィン群の上端近傍の外周部分を
    繞し、且つ、前記整流板の高さがピンフィン全体の高さ
    に占める割合を20%以下にしたことを特徴とするピン
    フィン型放熱器
  2. 【請求項2】 熱伝導性部材からなる矩形状の基板部
    と、熱伝導性部材からなる柱状の複数のピンフィンを該
    基板部上に垂直に並立して設けることにより構成された
    ピンフィン群と、軸流ファンを内設し上面に吸気口と下
    面に送風口とを設けたケーシングと、該ケーシングを該
    ピンフィン群の上面に配設することにより構成されたピ
    ンフィン型放熱器において、該ケーシングの側面板をケ
    ーシング底面より下方に延長することによってピンフィ
    ン群の上端近傍の外周部分を囲繞し、且つ、前記整流板
    の高さがピンフィン全体の高さに占める割合を20%以
    下にしたことを特徴とするピンフィン型放熱器
  3. 【請求項3】 熱伝導性部材からなる矩形状の基板部
    と、該基板部上の外周部近傍に垂直に並立して設けられ
    た熱伝導性部材からなる複数の柱状のピンフィンと、該
    基板部上の中央部分に垂直に並立して設けられた熱伝導
    性部材からなる高さを低くした複数の柱状のピンフィン
    とにより構成されたピンフィン群と、軸流ファンを内設
    し上面に吸気口と下面に送風口とを設けたケーシングを
    上記のように構成されたピンフィン群によって囲まれた
    空間に埋設することにより構成されたピンフィン型放熱
    器において、熱伝導性部材からなる枠体の整流板によっ
    てケーシングの下方に位置するピンフィン群の上端近傍
    の外周部分を囲繞したことを特徴とするピンフィン型放
    熱器。
  4. 【請求項4】 熱伝導性部材からなる矩形状の基板部
    と、熱伝導性部材からなる柱状の複数のピンフィンを該
    基板部上に垂直に並立して設けることにより構成された
    ピンフィン群と、軸流ファンを内設し上面に吸気口と下
    面に送風口とを設けたケーシングと、該ケーシングを該
    ピンフィン群の上面に配設することにより構成されたピ
    ンフィン型放熱器において、外周部分に配置されたピン
    フィンの上端近傍の断面積を中部から下端の断面積より
    大きくしたことを特徴とするピンフィン型放熱器。
  5. 【請求項5】 熱伝導性部材からなる矩形状の基板部
    と、熱伝導性部材からなる柱状の複数のピンフィンを該
    基板部上に垂直に並立して設けることにより構成された
    ピンフィン群と、軸流ファンを内設し上面に吸気口と下
    面に送風口とを設けたケーシングと、該ケーシングを該
    ピンフィン群の上面に配設することにより構成されたピ
    ンフィン型放熱器において、外周部分に配置されたピン
    フィンの断面積を上端から下端に向かって漸次小さくし
    たことを特徴とするピンフィン型放熱器。
  6. 【請求項6】 整流板の高さが、またはピンフィン型放
    熱器の外周部分に配置されたピンフィンにおいて中部か
    ら下端部より大きい断面積を有した上端部分の高さが
    ピンフィン全体の高さに占める割合を20%以下にした
    ことを特徴とする請求項3または4記載のピンフィン型
    放熱器。
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