JP3167710U - 積層放熱モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】放熱効率を高める積層放熱モジュールを提供する。【解決手段】積層放熱モジュールは、第１放熱フィン１に、少なくとも１つの第２放熱フィン２が接続されることにより積層形成される。第１放熱フィン１及び第２放熱フィン２は、放熱性が良好な非金属からなり、互いに左右対称に複数の貫通孔２０が設けられる。貫通孔２０には、第１放熱フィン１及び第２放熱フィン２を固定する金属固定棒３が貫設され、第１放熱フィン１の表面と熱源Ａとを接続し、金属固定棒３を介し、熱源Ａから発生した熱を第１放熱フィン１及び第２放熱フィン２に伝えて放熱させる。【選択図】図１

Description

本考案は、電子部品の放熱技術分野に属する放熱モジュールに関するものであり、さらに詳しくは、金属固定棒を用いて複数の非金属放熱フィンを接続し、放熱効率を向上させた積層放熱モジュールに関するものである。

近年、情報産業及び半導体産業の発展に伴い、半導体チップの高周波化が進んでいる。例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）などの電子装置の処理速度は、近年急速に向上し、発光ダイオード（ＬＥＤ）の高効率照明への応用が進む一方で、作動により高温が発生する虞がある。

かかる状況下において、電子装置の熱源（例えば、ＣＰＵ、ＬＥＤ、ＩＣ、整流器、抵抗器、コンデンサ、インダクタなど、熱を発生させる電子能動素子及び電子電気受動素子）から生じた熱を有効に放出し、電子装置を適切な動作温度で作動させることに各メーカはしのぎをけずっている。例えば、ＬＥＤは、固体照明であり、チップに通電すると励起を起こしてエネルギー（即ち、光）を放出する。

しかし、発光する際に、チップ内の光エネルギーが外部に完全に伝送されないため、放射されなかった光エネルギーが、チップ内及びパッケージ内で吸収されて熱が形成されることがある。

一般に、ＬＥＤの変換効率は約１０〜３０％にすぎないので、電力１Ｗのうち０．２Ｗ以下しか可視光に変換されない。変換されなかった残りの電力が熱となり、放熱されない場合、チップに熱がたまって性能が低下し、寿命が短くなる。そのため、高効率のＬＥＤを照明設備に応用する場合、まず、放熱問題を解決する必要がある。従来のＬＥＤは、金属放熱フィン（ｍｅｔａｌｌｉｃ ｈｅａｔｓｉｎｋ ｆｉｎ）、熱伝導チューブ（ｈｅａｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｔｕｂｅ）、冷却チップ（ｃｈｉｌｌ ｅｎａｂｌｉｎｇ ｃｈｉｐ）、放熱板（ｈｅａｔ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ ｂｏａｒｄ）、冷却ファン（ｃｏｏｌｉｎｇ ｆａｎ）などを用いて放熱を行うが、一般に放熱効果が好ましく、放熱速度が遅く、また、放熱モジュールの構造が複雑で製造コストが高いなどの欠点がある。

かかる状況下において、例えば、特開２００９−１１１３３５号公報（特許文献１）には、底部と該底部上に設置されたガイド柱とが一体成形されたアルミ押出型のベースと、前記ガイド柱上にフィットされたフィンとからなる放熱モジュールが記載されている。しかし、簡便な構造であって放熱効率を求めるには未だ改良すべき点がある。かかる観点から、従来の問題点を解決することができる放熱モジュールが求められていた。
特開２００９−１１１３３５号公報

従って、本考案の課題は、簡便な構造からなり、放熱効率が優れた放熱モジュールを提供することにある。そこで、本考案者は、本考案の課題を解決するため鋭意検討を加えた結果、金属固定棒を用いて複数の非金属放熱フィンを接続することにより、形成された積層放熱モジュールが、前記課題を解決することに着目し、かかる知見に基いて本考案を想到した。

かくして、本考案の第１の形態によれば、
第１放熱フィンに、少なくとも１つの第２放熱フィンが接続されて積層形成され、
前記第１放熱フィン及び前記第２放熱フィンは、放熱性が良好な非金属からなり、
前記第１放熱フィン及び前記第２放熱フィンには、互いに左右対称に複数の貫通孔が設けられ、
前記貫通孔には、前記第１放熱フィン及び前記第２放熱フィンを固定する金属固定棒が貫設され、前記第１放熱フィンの表面と熱源とを接続し、前記金属固定棒を介し、前記熱源から発生した熱を前記第１放熱フィン及び前記第２放熱フィンに伝えて放熱させることを特徴とする積層放熱モジュール
が提供される。

前記第１放熱フィン及び前記第２放熱フィンは、放熱性の良好な多孔体構造の非金属からなることが好ましい。

前記金属固定棒は、前記熱源を電源に接続する際、前記第１放熱フィンの側部に位置する一方の端部を前記熱源の電気接続部に接続し、他方の端部を外部電源に接続させることが好ましい。

前記金属固定棒は、前記熱源の前記電気接続部と前記外部電源とを接続する導線が挿設された中空金属チューブであることが好ましい。

前記第１放熱フィン及び前記第２放熱フィンは、互いに左右対称な位置にそれぞれ設けられたサーマルピアを有し、前記サーマルピアには、前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとを接続させ、前記熱源からの熱を、前記第１放熱フィン及び前記第２放熱フィンへ迅速に伝えて放熱する熱伝導棒が設けられていることが好ましい。

前記熱伝導棒は、熱伝導率が高い金属からなることが好ましい。

前記熱伝導棒は、前記第１放熱フィン及び前記第２放熱フィンより熱伝導率が高い非金属からなることが好ましい。

前記熱伝導棒は中空構造であることが好ましい。
前記放熱フィンのそれぞれの間には、前記放熱フィンをそれぞれ接続する界面層が設けられていることが好ましい。

前記界面層は、熱伝導率が高い金属材料からなることが好ましい。

前記界面層は低温半田であることが好ましい。

本考案は、前記の如き簡素な構造であって、しかも放熱効率に優れたものである。

本考案の第１実施形態による積層放熱モジュールを示す断面図である。 本考案の第２実施形態による積層放熱モジュールを示す断面図である。 本考案の第３実施形態による積層放熱モジュールを示す断面図である。 本考案の第４実施形態による積層放熱モジュールを示す断面図である。 本考案の第５実施形態による積層放熱モジュールを示す断面図である。 本考案の第６実施形態による積層放熱モジュールを示す断面図である。

以下、本考案の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、これらによって本考案が限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１を参照する。図１に示すように、本考案の第１実施形態による積層放熱モジュールは、第１放熱フィン１に少なくとも１つの第２放熱フィン２が接続されて積層構造に形成されている（第１実施形態の場合、第１放熱フィン１に２つの第２放熱フィン２が接続されている）。第１放熱フィン１及び第２放熱フィン２は、放熱性が良好な非金属からなり、好ましくは、放熱性が良好な多孔体構造の非金属からなる。例えば、第１放熱フィン１及び第２放熱フィン２は、酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３、酸化ジルコニウムＺｒ_２Ｏ、窒化アルミニウムＡＩＮ、窒化ケイ素ＳｉＮ、窒化ホウ素ＢＮ、炭化タングステンＷＣ、炭化ケイ素ＳｉＣ、黒鉛Ｃ、結晶炭化ケイ素、再結晶炭化ケイ素ＲｅＳｉＣなど、熱伝導率の高い非金属粉末から調製したものであってもよく、そのなかでも特に、窒化アルミニウム、炭化ケイ素からなることが好ましい。
第１放熱フィン１及び第２放熱フィン２は、金属固定棒３を貫設するために用いる複数の貫通孔１０，２０を有し、金属固定棒（例えば、熱伝導率が高い金属製ボルト、リベット、ピンなど）３により第１放熱フィン１及び第２放熱フィン２が固定される。第１放熱フィン１の表面に配置された熱源Ａから発生した熱は、金属固定棒３を介して第１放熱フィン１及び各第２放熱フィン２へ迅速に伝えられて放熱される。

（第２実施形態）
図２を参照する。図２に示すように、本考案の第２実施形態による積層放熱モジュールは、金属固定棒３を介して電源（例えば、ＬＥＤモジュール）に熱源Ａを接続するとき、第１放熱フィン１の側部に位置する一方の端部が熱源Ａの電気接続部Ｂに接続され、他方の端部が外部電源に接続される。

（第３実施形態）
図３を参照する。図３に示すように、本考案の第３実施形態による積層放熱モジュールの金属固定棒３は中空金属チューブ３０であり、熱源Ａの電気接続部Ｂと、外部電源とを接続させる導線Ｃがその中に挿設されている。この構成により、金属固定棒３は、伝熱機能を有する他に、電極機能を有する。

（第４実施形態）
図４を参照する。図４に示すように、本考案の第４実施形態による積層放熱モジュールは、第１放熱フィン１と熱源Ａとが接触する箇所に設けられた金属熱伝導層４を有する。この金属熱伝導層４は、例えば、金、銀、銅、鉄、アルミニウム、コバルト、ニッケル、亜鉛、チタン、マンガンなど、熱伝導率が高い金属からなる。この構成により、熱源Ａから発生した熱は、第１放熱フィン１及び第２放熱フィン２へ迅速に伝えられ、放熱させることができる。金属熱伝導層４は、部品の数を減らして製造コストを減らすことができるように、印刷方式、塗布方式などの方式により、第１放熱フィン１と熱源Ａとの接続箇所に直接形成し、第１放熱フィン１上に直接設けてもよい。

（第５実施形態）
図５参照する。図５に示すように、本考案の第５実施形態による積層放熱モジュールは、第１放熱フィン１及び第２放熱フィン２が、互いに左右対称に設けられたサーマルピア１１，２１を有する。サーマルピア１１及びサーマルピア２１には、第１放熱フィン１と第２放熱フィン２とを接続させ、熱源Ａから発生した熱を第１放熱フィン１及び第２放熱フィン２へ迅速に伝えて放熱させるために用いる熱伝導棒５が配置されている。この熱伝導棒５は、熱伝導率が高い金属（例えば、金、銀、銅、鉄、アルミニウム、コバルト、ニッケル、亜鉛、チタン、マンガンなど）からなったり、第１放熱フィン１及び第２放熱フィン２より熱伝導率が高い非金属からなったりしてもよい。前述の熱伝導棒５は、中空構造又は熱伝導チューブ構造でもよい。

（第６実施形態）
図６を参照する。図６に示すように、本考案の第６実施形態による積層放熱モジュールの放熱フィン１，２のそれぞれの間には、放熱フィン１，２をそれぞれ接続する界面層６が設けられている。この界面層６は、例えば、低温半田（ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｏｌｄｅｒ ｔｉｎ）を主な材料とする熱伝導率が高い金属材料からなり、融点を下げるために、希土類元素、アルカリ金属、遷移金属などが添加されてもよい。
本実施形態の金属固定棒３及び金属熱伝導層４は、密度及び比熱が大きい金属からなるため、熱伝導率が高い。例えば、銅金属の熱伝導率は３８２Ｗ／ｍ℃である。非金属の放熱フィンは、粒径が異なる熱伝導率が高い非金属粒子からなる。例えば、炭化ケイ素ＳｉＣの熱伝導率は２７０Ｗ／ｍ℃である。非金属は比熱が小さいため放熱材料として用いるのに適している。本実施形態の積層放熱モジュールは、各非金属放熱フィンに金属熱伝導棒を貫設することにより、放熱効果を向上させたものである。

当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本考案の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本考案を限定するものではない。本考案の主旨と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本考案の実用新案登録請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

１ 第１放熱フィン
２ 第２放熱フィン
３ 金属固定棒
４ 金属熱伝導層
５ 熱伝導棒
６ 界面層
１０ 貫通孔
１１ サーマルピア
２０ 貫通孔
２１ サーマルピア
３０ 中空金属チューブ
Ａ 熱源
Ｂ 電気接続部
Ｃ 導線

Claims (11)

1. 第１放熱フィンに、少なくとも１つの第２放熱フィンが接続されて積層形成され、
   前記第１放熱フィン及び前記第２放熱フィンは、放熱性が良好な非金属からなり、
   前記第１放熱フィン及び前記第２放熱フィンには、互いに左右対称に複数の貫通孔が設けられ、
   前記貫通孔には、前記第１放熱フィン及び前記第２放熱フィンを固定する金属固定棒が貫設され、前記第１放熱フィンの表面と熱源とを接続し、前記金属固定棒を介し、前記熱源から発生した熱を前記第１放熱フィン及び前記第２放熱フィンに伝えて放熱させることを特徴とする積層放熱モジュール。
2. 前記第１放熱フィン及び前記第２放熱フィンは、放熱性の良好な多孔体構造の非金属からなることを特徴とする請求項１に記載の積層放熱モジュール。
3. 前記金属固定棒は、前記熱源を電源に接続する際、前記第１放熱フィンの側部に位置する一方の端部を前記熱源の電気接続部に接続し、他方の端部を外部電源に接続させることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層放熱モジュール。
4. 前記金属固定棒は、前記熱源の前記電気接続部と前記外部電源とを接続する導線が挿設された中空金属チューブであることを特徴とする請求項３に記載の積層放熱モジュール。
5. 前記第１放熱フィン及び前記第２放熱フィンは、互いに左右対称な位置にそれぞれ設けられたサーマルピアを有し、
   前記サーマルピアには、前記第１放熱フィンと前記第２放熱フィンとを接続させ、前記熱源からの熱を、前記第１放熱フィン及び前記第２放熱フィンへ迅速に伝えて放熱する熱伝導棒が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層放熱モジュール。
6. 前記熱伝導棒は、熱伝導率が高い金属からなることを特徴とする請求項５に記載の積層放熱モジュール。
7. 前記熱伝導棒は、前記第１放熱フィン及び前記第２放熱フィンより熱伝導率が高い非金属からなることを特徴とする請求項５に記載の積層放熱モジュール。
8. 前記熱伝導棒は中空構造であることを特徴とする請求項５に記載の積層放熱モジュール。
9. 前記放熱フィンのそれぞれの間には、前記放熱フィンをそれぞれ接続する界面層が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層放熱モジュール。
10. 前記界面層は、熱伝導率が高い金属材料からなることを特徴とする請求項９に記載の積層放熱モジュール。
11. 前記界面層は低温半田であることを特徴とする請求項９に記載の積層放熱モジュール。
    

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