JP3365858B2 - ヒートシンク - Google Patents
ヒートシンクInfo
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- JP3365858B2 JP3365858B2 JP10457394A JP10457394A JP3365858B2 JP 3365858 B2 JP3365858 B2 JP 3365858B2 JP 10457394 A JP10457394 A JP 10457394A JP 10457394 A JP10457394 A JP 10457394A JP 3365858 B2 JP3365858 B2 JP 3365858B2
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- heat sink
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- fins
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高速駆動マイクロコンピ
ュータなどの発熱密度の高いＬＳＩ、中容量のサイリス
タやパワートランジスタなどの半導体素子に使用される
ヒートシンク、特に空冷式で発熱を拡散冷却させ、小型
化を要求されるヒートシンクに関する。
ュータなどの発熱密度の高いＬＳＩ、中容量のサイリス
タやパワートランジスタなどの半導体素子に使用される
ヒートシンク、特に空冷式で発熱を拡散冷却させ、小型
化を要求されるヒートシンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋ
ａｇｅ）でセラミックス・パッケージのＬＳＩに、従来
のヒートシンクを取り付けた１例を示す斜視図と側面図
を示す図７と８において、ヒートシンク90はアルミニウ
ムや銅等の高熱伝導性の材料を用いて、熱伝導支柱部91
の周辺部にフィン92を持つように切削加工されており、
前記支柱部91の中央部が熱源となるＱＦＰ型のＬＳＩ93
の中央部平面に密着搭載され、前記ＬＳＩ93の発熱は前
記フィン92によって放熱されている。なお前記ＬＳＩ93
の配線基板との接続構造は、ピン80により行われてお
り、このピン80形状は、主に配線基板表面に平行に取り
付けるものと、配線基板を貫くように配線基板に垂直に
設けらえれているものの２種類がある。
ａｇｅ）でセラミックス・パッケージのＬＳＩに、従来
のヒートシンクを取り付けた１例を示す斜視図と側面図
を示す図７と８において、ヒートシンク90はアルミニウ
ムや銅等の高熱伝導性の材料を用いて、熱伝導支柱部91
の周辺部にフィン92を持つように切削加工されており、
前記支柱部91の中央部が熱源となるＱＦＰ型のＬＳＩ93
の中央部平面に密着搭載され、前記ＬＳＩ93の発熱は前
記フィン92によって放熱されている。なお前記ＬＳＩ93
の配線基板との接続構造は、ピン80により行われてお
り、このピン80形状は、主に配線基板表面に平行に取り
付けるものと、配線基板を貫くように配線基板に垂直に
設けらえれているものの２種類がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】周知の如く、一般に発
熱体となる半導体素子は、モジュールケースの中にチッ
プが埋設され、前記チップからの信号はケース外側に設
けられる配線基板取り付け用のピン80により伝達され
る。また従来例で述べたヒートシンク90等の放熱体は前
記ケースに取り付けられ、この周囲の空間に熱を放出し
ている。前記半導体素子の発熱を放出するということ
は、即ち前記チップに発生する熱を放出することにな
り、この熱は主にケースとピン及びケースに取り付けら
れるヒートシンク90によって周囲の空間に放出されてい
る。ここで前記周囲の空間にこの熱を放出するまでに
は、チップとケース間の熱抵抗、ケースとヒートシンク
間の熱抵抗、チップとピン80間の熱抵抗、ピン80と周囲
空間との熱抵抗等種々の熱抵抗が発生している。前記に
おいて、例えば冷却ファン等によりヒートシンク90に対
流がある場合では、ヒートシンク90の形状によって、一
つのヒートシンク90でもスムーズな対流が維持できる部
分と、逆に対流を遮るような形状で空気溜まりを起こし
てしまう部分があり、このような場合フィン92に均等な
熱が伝えられず、放熱出来る部分は冷却しやすく、逆に
熱溜まりを起こす部分では冷却効果が得られなくなり、
放熱体全体としての放熱効果を阻害してしまうといった
問題がある。
熱体となる半導体素子は、モジュールケースの中にチッ
プが埋設され、前記チップからの信号はケース外側に設
けられる配線基板取り付け用のピン80により伝達され
る。また従来例で述べたヒートシンク90等の放熱体は前
記ケースに取り付けられ、この周囲の空間に熱を放出し
ている。前記半導体素子の発熱を放出するということ
は、即ち前記チップに発生する熱を放出することにな
り、この熱は主にケースとピン及びケースに取り付けら
れるヒートシンク90によって周囲の空間に放出されてい
る。ここで前記周囲の空間にこの熱を放出するまでに
は、チップとケース間の熱抵抗、ケースとヒートシンク
間の熱抵抗、チップとピン80間の熱抵抗、ピン80と周囲
空間との熱抵抗等種々の熱抵抗が発生している。前記に
おいて、例えば冷却ファン等によりヒートシンク90に対
流がある場合では、ヒートシンク90の形状によって、一
つのヒートシンク90でもスムーズな対流が維持できる部
分と、逆に対流を遮るような形状で空気溜まりを起こし
てしまう部分があり、このような場合フィン92に均等な
熱が伝えられず、放熱出来る部分は冷却しやすく、逆に
熱溜まりを起こす部分では冷却効果が得られなくなり、
放熱体全体としての放熱効果を阻害してしまうといった
問題がある。
【０００４】また、上記構成のヒートシンク90では、Ｌ
ＳＩ93の発熱量が大きくなるに伴い、フィン92の直径ｄ
ｌを大きくしたり、またはフィンの枚数を増加させる等
によりヒートシンク90のフィン92の表面積を増加させな
ければ充分な放熱効果が得られないが、ヒートシンク90
のｄ１がＬＳＩ93の外形より大きくなったり、高さＨが
高くなり過ぎる場合、このような大型のヒートシンク90
を電子機器等の限られた狭い空間に配置すれば空気の対
流が妨げられ、著しく冷却能力が低下するという問題が
ある。上記ヒートシンク90の大型化を許容しての手段で
あっても、単純にフィン92の直径ｄｌを大きくしたり、
フィンの枚数を増加することは、発熱源（ＬＳＩ93）か
ら遠くなることによるヒートシンク90の材料の熱抵抗が
大きくなるために、フィンの厚みｔ１を厚くしたり、熱
伝導支柱部91の直径ｄ２を大きくする必要が生じるため
に、ＬＳＩの発熱量の増大の対策は、しばしばヒートシ
ンクの大型化と同時に、強制対流などのモータの大型化
も行われることが多かったためにコスト高ともなった。
ＳＩ93の発熱量が大きくなるに伴い、フィン92の直径ｄ
ｌを大きくしたり、またはフィンの枚数を増加させる等
によりヒートシンク90のフィン92の表面積を増加させな
ければ充分な放熱効果が得られないが、ヒートシンク90
のｄ１がＬＳＩ93の外形より大きくなったり、高さＨが
高くなり過ぎる場合、このような大型のヒートシンク90
を電子機器等の限られた狭い空間に配置すれば空気の対
流が妨げられ、著しく冷却能力が低下するという問題が
ある。上記ヒートシンク90の大型化を許容しての手段で
あっても、単純にフィン92の直径ｄｌを大きくしたり、
フィンの枚数を増加することは、発熱源（ＬＳＩ93）か
ら遠くなることによるヒートシンク90の材料の熱抵抗が
大きくなるために、フィンの厚みｔ１を厚くしたり、熱
伝導支柱部91の直径ｄ２を大きくする必要が生じるため
に、ＬＳＩの発熱量の増大の対策は、しばしばヒートシ
ンクの大型化と同時に、強制対流などのモータの大型化
も行われることが多かったためにコスト高ともなった。
【０００５】またヒートシンク90の加工は、ヒートシン
ク材料と切削工具の強度及び切削精度の関係から、熱伝
導支柱部91の直径ｄ２とフィン92の直径ｄ１との比はフ
ィン間隔ｔ２を対流に適当な一定間隔に保ちながら切削
加工できる限界があるため、ヒートシンク90のフィン厚
さｔ１を薄くするなど部分的な小型化にも限界があっ
た。
ク材料と切削工具の強度及び切削精度の関係から、熱伝
導支柱部91の直径ｄ２とフィン92の直径ｄ１との比はフ
ィン間隔ｔ２を対流に適当な一定間隔に保ちながら切削
加工できる限界があるため、ヒートシンク90のフィン厚
さｔ１を薄くするなど部分的な小型化にも限界があっ
た。
【０００６】上記課題を考慮し、ヒートシンクに冷却用
のファンを付加したものが提案されているが、発熱体を
搭載する電気、電子部品では小型化が要求されており、
図９に示す如くヒートシンク90の周囲空間部は極めて省
スペース化が要求されている。以上の要求により周囲空
間のスペースが小さくなれば、当然の如くヒートシンク
と周囲空間との熱抵抗が増加し、十分な周囲空間を持つ
電気、電子部品と比較して極端に冷却能力が低下する。
のファンを付加したものが提案されているが、発熱体を
搭載する電気、電子部品では小型化が要求されており、
図９に示す如くヒートシンク90の周囲空間部は極めて省
スペース化が要求されている。以上の要求により周囲空
間のスペースが小さくなれば、当然の如くヒートシンク
と周囲空間との熱抵抗が増加し、十分な周囲空間を持つ
電気、電子部品と比較して極端に冷却能力が低下する。
【０００７】本発明は上記課題を鑑みてなされたもの
で、放熱性能を向上させる小型軽量なヒートシンクの構
造を提供し、前述の課題を解決することを目的とする。
で、放熱性能を向上させる小型軽量なヒートシンクの構
造を提供し、前述の課題を解決することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明では、受熱プレート11に少なくとも一枚のフィン
12を重ね合わせ、この受熱プレート11、若しくはフィン
12配置部内に冷却ファン22を備えたヒートシンク10にお
いて、前記一部、若しくは全てのフィン12を停留フィン
12b形状とし、前記停留フィン12bは冷却ファン22から吐
出される対流が直接発熱体93のピン80、82に当たるよう
に成形されているヒートシンク10とする。また、前記冷
却ファン22がフィン12に埋設されることなく、フィン12
の上面に設けられているヒートシンク10としてもよい。
本発明では、受熱プレート11に少なくとも一枚のフィン
12を重ね合わせ、この受熱プレート11、若しくはフィン
12配置部内に冷却ファン22を備えたヒートシンク10にお
いて、前記一部、若しくは全てのフィン12を停留フィン
12b形状とし、前記停留フィン12bは冷却ファン22から吐
出される対流が直接発熱体93のピン80、82に当たるよう
に成形されているヒートシンク10とする。また、前記冷
却ファン22がフィン12に埋設されることなく、フィン12
の上面に設けられているヒートシンク10としてもよい。
【０００９】
【作用】上記構成により、従来発熱体93のフィン形状に
より、局部的に集中して発熱が発生して、同一のフィン
12においても、十分な熱拡散が行われないことがあった
が、ヒートシンク10に停留部12bを設けることにより、
フィン12全体の均熱化が行え、安定した放熱効果が得ら
れる。
より、局部的に集中して発熱が発生して、同一のフィン
12においても、十分な熱拡散が行われないことがあった
が、ヒートシンク10に停留部12bを設けることにより、
フィン12全体の均熱化が行え、安定した放熱効果が得ら
れる。
【００１０】また停留フィン12bから吐出される対流
は、直接発熱体93のピン80、82に当たるために、ピン8
0、82の冷却効果が促進できる。上記の如く前記ピン8
0、82は発熱体93のチップに直接接続されているので、
ピン80、82の冷却により、発熱体93の放熱も効果的に行
われる。
は、直接発熱体93のピン80、82に当たるために、ピン8
0、82の冷却効果が促進できる。上記の如く前記ピン8
0、82は発熱体93のチップに直接接続されているので、
ピン80、82の冷却により、発熱体93の放熱も効果的に行
われる。
【００１１】
【実施例】本発明の第１の実施例とするヒートシンクの
上面図を図１に、この図１を矢印方向に見た半断面図を
図２に示す。図１と２においてヒートシンク10はアルミ
ニウム、銅等熱伝導性に優れた材料を平板状で４辺形に
加工した受熱プレート11とフィン12から構成されてお
り、前記受熱プレート11の一面は受熱面として発熱体93
に取付けられ、この他面側にはフィン12と冷却ファン22
が配置されている。本実施例において、前記発熱体93と
なる半導体素子は、配線基板取り付け用ピン80が基板の
上面に配置され、それぞれが上面から見てケースの外側
に配置されている。
上面図を図１に、この図１を矢印方向に見た半断面図を
図２に示す。図１と２においてヒートシンク10はアルミ
ニウム、銅等熱伝導性に優れた材料を平板状で４辺形に
加工した受熱プレート11とフィン12から構成されてお
り、前記受熱プレート11の一面は受熱面として発熱体93
に取付けられ、この他面側にはフィン12と冷却ファン22
が配置されている。本実施例において、前記発熱体93と
なる半導体素子は、配線基板取り付け用ピン80が基板の
上面に配置され、それぞれが上面から見てケースの外側
に配置されている。
【００１２】本実施例では前記放熱フィン12は受熱プレ
ート11とほぼ同じ外径のものが４枚積層され、各々の放
熱フィン12の下向きには多数個のフィン凸部12aが設け
られ、対抗する面とロウ付等により接合されている。ま
た本実施例では従来の技術に示した熱伝導支柱部91を廃
止した部分、即ちフィン12の平板面の中心部分が対流孔
30となる空間部になっている。前記体流孔30には、回転
軸をフィン12に対して垂直になるように配置した冷却フ
ァン22が取付けられている。また本実施例では、積層す
るフィン12の最上とその下のものにあっては、それぞれ
中心軸の外側部が延長され、他のフィン12より長い構造
となっており、この先端部が発熱体93に向かって折り曲
げられている停留フィン12bとなっている。前記におい
て、停留フィン12bは、冷却ファン22から吐出される対
流が発熱体93のピン80に直接当たるように成形されてい
る。
ート11とほぼ同じ外径のものが４枚積層され、各々の放
熱フィン12の下向きには多数個のフィン凸部12aが設け
られ、対抗する面とロウ付等により接合されている。ま
た本実施例では従来の技術に示した熱伝導支柱部91を廃
止した部分、即ちフィン12の平板面の中心部分が対流孔
30となる空間部になっている。前記体流孔30には、回転
軸をフィン12に対して垂直になるように配置した冷却フ
ァン22が取付けられている。また本実施例では、積層す
るフィン12の最上とその下のものにあっては、それぞれ
中心軸の外側部が延長され、他のフィン12より長い構造
となっており、この先端部が発熱体93に向かって折り曲
げられている停留フィン12bとなっている。前記におい
て、停留フィン12bは、冷却ファン22から吐出される対
流が発熱体93のピン80に直接当たるように成形されてい
る。
【００１３】本発明の第２の実施例とするヒートシンク
10の上面図を図３に、この側面図を図４に示す。本第２
の実施例では、前記第１の実施例において述べたヒート
シンク10内に配置されている冷却ファン22がヒートシン
ク10の上面に配置され、前記冷却ファン22が配置されて
いたヒートシンク10内を他のフィン12と同様に幾つかの
フィン凸部12aとして構成している部分を除いては、第
１の実施例で述べた構造のヒートシンク10と同一または
相当分であるために説明は省略する。
10の上面図を図３に、この側面図を図４に示す。本第２
の実施例では、前記第１の実施例において述べたヒート
シンク10内に配置されている冷却ファン22がヒートシン
ク10の上面に配置され、前記冷却ファン22が配置されて
いたヒートシンク10内を他のフィン12と同様に幾つかの
フィン凸部12aとして構成している部分を除いては、第
１の実施例で述べた構造のヒートシンク10と同一または
相当分であるために説明は省略する。
【００１４】本発明の第３、第４の実施例とするヒート
シンクの側面判断面図を図５と図６に示す。第３と第４
の実施例では、前記第１と第２の実施例で使用した発熱
体93となる半導体素子のピン82が、配線基板を貫く形状
のタイプのもの、即ちピン82が半導体素子の基板取り付
け面から下に突出しているものとなっている。、冷却フ
ァン22の取り付け位置については、第３の実施例につい
ては第１の実施例と同様に、また第４の実施例について
は、第２の実施例と同様になっているので説明は省略す
る。第３、第４の実施例では、最上部のフィン12のみを
中心軸から外側に延長し、発熱体93方向に折り曲げ、前
記ピン82付近まで延長し、さらにここからピン82に向か
って先端部が折り曲げられている。上記構成の停留フィ
ン12bは、第１と第２の実施例に示したものと同様、冷
却ファン22からの対流をピン82に吐出させ、ピン82の冷
却を促進させる作用がある。以上の構成を除いては、前
記第１と第２において述べた構成と同一、若しくは相当
分であるために説明は省略する。
シンクの側面判断面図を図５と図６に示す。第３と第４
の実施例では、前記第１と第２の実施例で使用した発熱
体93となる半導体素子のピン82が、配線基板を貫く形状
のタイプのもの、即ちピン82が半導体素子の基板取り付
け面から下に突出しているものとなっている。、冷却フ
ァン22の取り付け位置については、第３の実施例につい
ては第１の実施例と同様に、また第４の実施例について
は、第２の実施例と同様になっているので説明は省略す
る。第３、第４の実施例では、最上部のフィン12のみを
中心軸から外側に延長し、発熱体93方向に折り曲げ、前
記ピン82付近まで延長し、さらにここからピン82に向か
って先端部が折り曲げられている。上記構成の停留フィ
ン12bは、第１と第２の実施例に示したものと同様、冷
却ファン22からの対流をピン82に吐出させ、ピン82の冷
却を促進させる作用がある。以上の構成を除いては、前
記第１と第２において述べた構成と同一、若しくは相当
分であるために説明は省略する。
【００１５】
【発明の効果】上記構成により、発熱体93の熱がヒート
シンク10のフィン12に拡散、伝達され、この中心部の冷
却ファン22により発生する対流により熱を放出でき、前
記フィン12には、フィン凸部12aが構成する幾つかの空
気溜まりが存在するが、従来対流作用が減衰するこの部
分は、対流作用の効果があるフィン12の外側部分と比較
し、発熱温度が高かったが、停留フィン12bを設けるこ
とにより、このフィン12の外側部分にも対流作用を減衰
させ、何れのフィン12も均熱化が実現できる。
シンク10のフィン12に拡散、伝達され、この中心部の冷
却ファン22により発生する対流により熱を放出でき、前
記フィン12には、フィン凸部12aが構成する幾つかの空
気溜まりが存在するが、従来対流作用が減衰するこの部
分は、対流作用の効果があるフィン12の外側部分と比較
し、発熱温度が高かったが、停留フィン12bを設けるこ
とにより、このフィン12の外側部分にも対流作用を減衰
させ、何れのフィン12も均熱化が実現できる。
【００１６】特に周囲空間部のスペースが十分に設けら
れない電気、電子部品において、本発明のヒートシンク
10の停留フィン12ｂを設けることにより、均熱化が促進
でき、放熱効果の促進が見込める。
れない電気、電子部品において、本発明のヒートシンク
10の停留フィン12ｂを設けることにより、均熱化が促進
でき、放熱効果の促進が見込める。
【００１７】また停留フィン12bから吐出される対流
は、直接発熱体93のピン80、82に当たるために、ピン8
0、82の冷却効果が促進できる。上記の如く前記ピン8
0、82は発熱体93のチップに直接接続されているので、
ピン80、82の冷却により、発熱体93の放熱も効果的に行
われる。
は、直接発熱体93のピン80、82に当たるために、ピン8
0、82の冷却効果が促進できる。上記の如く前記ピン8
0、82は発熱体93のチップに直接接続されているので、
ピン80、82の冷却により、発熱体93の放熱も効果的に行
われる。
【００１８】
【図１】 本発明の第１の実施例とするヒートシンクの
上面図である
上面図である
【図２】 図１の側面判断面図である
【図３】 本発明の第２の実施例とするヒートシンクの
上面図である
上面図である
【図４】 図３の側面判断面図である
【図５】 本発明の第３の実施例とするヒートシンクの
側面判断面図である
側面判断面図である
【図６】 本発明の第４の実施例とするヒートシンクの
側面判断面図である
側面判断面図である
【図７】 従来のヒートシンクの斜視図である
【図８】 従来のヒートシンクの側面図である
【図９】 ヒートシンクを搭載した電気、電子部品の筺
体内を示す図である
体内を示す図である
図において同一符号は同一、または相当部分を示す。
１０ ヒートシンク
１１ 受熱プレート
１２ フィン
１２ａ フィン凸部
１２ｂ 停留フィン
２２ 冷却ファン
２４ モータ
８０、８２ ピン
Claims (2)
- 【請求項１】 受熱プレートに少なくとも一枚のフィン
を重ね合わせ、この受熱プレート、若しくはフィン配置
部内に冷却ファンを備えたヒートシンクにおいて、前記
一部、若しくは全てのフィンを停留フィン形状とし、前
記停留フィンは冷却ファンから吐出される対流が直接発
熱体のピンに当たるように成形されているヒートシン
ク。 - 【請求項２】 冷却ファンがフィンに埋設されることな
く、フィンの上面に設けられている請求項１記載のヒー
トシンク。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10457394A JP3365858B2 (ja) | 1994-04-19 | 1994-04-19 | ヒートシンク |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10457394A JP3365858B2 (ja) | 1994-04-19 | 1994-04-19 | ヒートシンク |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07297328A JPH07297328A (ja) | 1995-11-10 |
| JP3365858B2 true JP3365858B2 (ja) | 2003-01-14 |
Family
ID=14384188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10457394A Expired - Fee Related JP3365858B2 (ja) | 1994-04-19 | 1994-04-19 | ヒートシンク |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3365858B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4550664B2 (ja) * | 2005-03-02 | 2010-09-22 | 古河電気工業株式会社 | ヒートパイプ付ヒートシンク |
| CN1905171A (zh) * | 2005-07-26 | 2007-01-31 | 黄福国 | 散热装置 |
| JP4564991B2 (ja) * | 2007-07-10 | 2010-10-20 | 株式会社ソニー・コンピュータエンタテインメント | ヒートシンク及び冷却装置 |
-
1994
- 1994-04-19 JP JP10457394A patent/JP3365858B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07297328A (ja) | 1995-11-10 |
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