JP4115350B2

JP4115350B2 - Heat sink having elasticity, heat dissipation member, and fixing method of heat sink

Info

Publication number: JP4115350B2
Application number: JP2003198927A
Authority: JP
Inventors: 千佳佐々木
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2023-07-18
Also published as: JP2005038985A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放熱フィンを用いたヒートシンクおよび放熱フィンの固定方法に関する。本発明の放熱フィンを用いたヒートシンクは、例えばパーソナルコンピュータ、ゲーム機などに代表される電子機器に使用される発熱性電子部品等の放熱・冷却用のヒートシンクに限らず、放熱を必要とするあらゆる分野における放熱冷却に利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータ、ゲーム機、オーディオ装置等各種電子機器において、使用される半導体チップ等は、小型化されると共に、集積度が高まり、処理速度が飛躍的に高まり、それに伴って発熱密度が極めて高くなっている。
このように発熱密度が高くなった半導体チップ等を備えたパーソナルコンピュータ、ゲーム機、オーディオ装置等の電子機器の発する熱を放熱する手段として、例えば電子機器にファンを取り付け、電子機器の筐体内の空気の温度を下げる方法や、発熱素子に冷却体を取り付けることによって、その被冷却素子を冷却する方法等がある。
【０００３】
冷却体としては、熱伝性の金属材、例えば板材、ブロック等があり、発熱素子からの熱を金属ブロックで受熱し、次いで、金属ブロックに取付けられた放熱フィンによって、放熱する。このような放熱フィンを備えたヒートシンクが、広く利用されている。板材と放熱フィンが一体的に形成されたヒートシンクも広く利用されている。
他方、電子機器は、放熱冷却だけでなく、更に電気ノイズ対策が要求されるようになり、装置内部を金属製シールド板材で囲っている。金属製シールド板材と放熱フィンを組み合わせたヒートシンクが、例えば、特開２００１−５７４０５に開示されている。
【０００４】
図１３は従来の板材と放熱フィンが一体的に形成された一体型ヒートシンクを示す斜視図である。図１３に示すように、従来のヒートシンク１０１は、被冷却部品が熱的に接続される板材部１０７と板材部に伝わった熱を放熱する複数の放熱フィン部１０９が一体的に形成されている。図１４は、従来の一体型ヒートシンクを伝熱ラバーを介して被冷却部品（例えば、IC）に接続した、固定前の状態を示す概略断面図である。
【０００５】
図１４に示すように、一体型ヒートシンク１０１の裏面には、ヒートシンクと基板１０５とを固定するための固定部材が取り付けられている。基板１０５の表面上に搭載された被冷却部品１０３は、所定の厚さの伝熱ラバー１０４を介して、ヒートシンクの裏面に熱的に接続される。なお、図１４に示すように、固定部材１０２の下端部と基板１０５との間は、所定の隙間が設けられている。伝熱ラバーは弾力性があり、ヒートシンクの高さ方向のバラツキを吸収する働きをする。
【０００６】
図１５は、図１４に示す状態から、一体型ヒートシンクを基板上に固定した状態を説明する図である。図１５に示すように、ヒートシンクは、固定部材１０６によって、ヒートシンク１０５の底面が伝熱ラバー１０４を圧縮した状態で、被冷却部品１９３を搭載した基板１０５に固定されている。なお、固定部材１０２は固定ビス１０６によって基板１０５に固定されている。図１５から明らかなように、弾力性のある伝熱ラバーが圧縮され、ヒートシンクの高さ方向のバラツキを吸収している。
【０００７】
【特許文献】
特開２００１−５７４０５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した一体型ヒートシンクにおいては、弾力性のある厚い伝熱ラバーによって、ヒートシンクの高さ方向のバラツキを吸収している。
厚い伝熱ラバーは、熱伝導率が低く、ヒートシンクの放熱性を劣化させる。しかも伝熱ラバーは高価であり、ヒートシンクのコストが高くなる。更に、伝熱ラバーの厚さ分だけ、ヒートシンク全体の高さが高くなるという問題点がある。即ち、薄型の電子機器の場合には、回路基板と筐体の間の間隔が狭く、金属シールド板材と基板の間の寸法もおのずと狭くなってしまい、厚い伝熱ラバーを使用することができなくなる。
【０００９】
従って、この発明の目的は、高さ方向のバラツキを吸収するための厚い伝熱ラバーを使用することなく、加工コストが安価で、放熱効率に優れ、薄型の電子機器に使用することができる、弾力性を備えたヒートシンク、放熱部材およびヒートシンクの固定方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した従来の問題点を解決するために、発明者等は鋭意研究を重ねた。その結果、並列配置したコの字形放熱部の上面部に、復元力を有する可変部、例えば２本のスリットと、その間に形成された突起部を設け、受熱面としてのコの字形放熱部の底面部を発熱素子に熱的に接続し、板材例えばシールド材によって、突起部を押圧した状態で発熱素子を搭載する基板に固定すると、可変部のたわみを利用して、伝熱ラバーの代わりに、可変部のたわみ即ち弾性変形（状況により塑性変形でもよい）によって、厚い伝熱ラバーを使用しなくても、ヒートシンクの高さ方向のバラツキを吸収することができ、薄型の電子機器に使用することができることが判明した。更に、受熱部としての放熱部の底面部が直接発熱素子に熱的に接続されるので、放熱性能が著しく向上することが判明した。
【００１１】
この発明は上述した研究結果に基づいてなされたものであって、この発明の一態様にかかるヒートシンク固定装置は、請求項１に記載するように、基板に搭載された発熱素子に熱的に接続される平らな受熱面を形成する底面部と、前記底面部に対向する上面部と、前記底面部と前記上面部とを接続する接続部とからなる略コの字状放熱部が複数個並列されて形成される、弾性力を備えたヒートシンクと、前記ヒートシンクの上面に載置される板材であって、前記発熱素子を搭載した前記基板の部分に固定される押え用板材と、前記板材の縁部において前記板材を前記基板に固定する締め付け部材と、前記ヒートシンクの前記放熱部毎に対応して形成された放熱部毎可変部と、を備え、前記板材を前記ヒートシンクに載置したとき、前記締め付け部材を締め付けていない状態において、当該締め付け部材の部位における前記板材と前記基板間に間隙が形成されるように構成し、前記締め付け部材を締め付けた状態において、前記間隙がなくなると同時に、前記放熱部毎の前記可変部の変位を通じて、前記放熱部毎の高さのバラツキが吸収され、且つ、前記ヒートシンクが前記発熱素子に押し付けられるように構成し、前記ヒートシンクと前記発熱素子との間に、前記放熱部毎の高さのバラツキを吸収するに十分な厚さの伝熱ラバーを不要としたことを特徴とするヒートシンク固定装置である。
【００１２】
この発明の他の態様に係るヒートシンク固定装置は、請求項２以下の従属項に記載するとおりである。
【００１７】
この発明のヒートシンクの固定方法の第１の態様は、上記各態様のヒートシンク固定装置を調製するヒートシンク固定方法において、前記ヒートシンクを調製し、前記基板に搭載された前記発熱素子上に前記ヒートシンクを載置し、前記板材を前記ヒートシンクに載置し、前記締め付け部材を締め付ける、ヒートシンク固定方法である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図面を参照しながら、この発明の放熱フィンを用いたヒートシンクおよびその固定方法について説明する。
この発明の弾性力を備えたヒートシンクの１つの態様は、並列に組み合わされて、基板に搭載された発熱素子に熱的に接続される平らな受熱面を形成する底面部と、少なくとも１つの復元力を有する可変部を備えた上面部と、前記底面部と前記上面部とを接続する接続部とからなる略コの字形の放熱部が複数個並列されて形成される、弾性力を備えたヒートシンクである。
【００２７】
更に、この発明の弾性力を備えたヒートシンクにおいては、前記底面部および前記上面部の少なくとも一方が、隣接するそれぞれの底面部および上面部を連結する爪部と爪部に対応する爪受け部とを備えている。更に、この発明の弾性力を備えたヒートシンクにおいては、前記上面部が傾斜した平面部からなっており、復元力を有する前記可変部が、前記傾斜した平面部からなっている。更に、この発明の弾性力を備えたヒートシンクにおいては、前記上面部が、２つの切り込み部（スリット、空隙等であってもよい）と切り込み部の間に形成された突起部を備えており、復元力を有する前記可変部が、前記切り込み部および突起部からなっている。更に、この発明の弾性力を備えたヒートシンクにおいては、前記上面部が、１つの切り込み部（スリット、空隙等であってもよい）と突起部を備えており、前記突起部が隣接する放熱部の切り込み部との間に形成されている。
【００２８】
図１は、この発明の弾性力を備えたヒートシンクにおける略コの字形の放熱部を示す図である。図１に示すように、放熱部１は、放熱性に優れた部材で一体的に形成された上面部７、底面部９および接続部８からなる略コの字形の部材である。上面部７には、少なくとも１つの復元力を有する可変部を備えている。図１に示す態様においては、復元力を有する可変部は、２本のスリット３とスリットの間に形成された突起部４からなっている。突起部４は上面部から上方に突出しており、突起部に力を加えて下方に押し下げると、２本のスリットによって下方にたわみ、力を取り除くと、元の状態に復元する。このように、突起部と２本のスリットによって、放熱部は弾力性を備えている。
【００２９】
更に、上面部の一方端には、上面部と同一面上で外方に突出した爪部５を備えており、他方端には、爪部に対応する大きさの爪受け部６を備えている。底面部の一方端には上述したと同一の爪部５を備え、他方端には爪部に対応する爪受け部を備えている。
【００３０】
図２は、この発明の弾力性を備えたヒートシンクを示す図である。図２に示すように、図１に示す放熱部１が並列に複数個配置されている。即ち、上面部７に復元力を有する可変部（２本のスリット３および突起部４）を有するコの字形の放熱部１の上面部７および底面部９に形成された爪部５が、隣接するコの字形の放熱部１の対応する爪受け部６に連結されている。このように爪部５および爪受け部６が連結されたコの字形の放熱部が更に隣接するコの字形の放熱部に連結されて、この発明の弾力性を備えたヒートシンク２が形成される。コの字形の放熱部の底面部９は並列配置されて、基板に搭載された発熱素子に熱的に接続される平らな受熱面を形成している。
【００３１】
上述したように爪部が隣接する爪受け部に連結されることによって、突起部に上方から力が加わると、連結した爪部および爪受け部が力を受ける支点として機能し、２本のスリット３によって側方が開放されているので、その間に形成された突起部４が、上下方向に復元可能に移動し、弾力性を有し、ヒートシンクの高さ方向のバラツキを吸収するバネとして働く。
なお、図１および図２に示す態様においては、上面部に形成される復元力を有する可変部（２本のスリット３および突起部４）が１つだけ形成されているが、ヒートシンクの大きさ、期待する復元力等に応じて、上面部にそれぞれ複数の復元力を有する可変部（２本のスリット３および突起部４）が形成されてもよい。
【００３２】
図３および図４は、この発明の弾力性を備えたヒートシンクを、基板に搭載した発熱素子に取り付ける状態を説明する図である。図３は、基板に搭載した発熱素子にヒートシンクを熱的に接続し、板材をヒートシンクの上に配置した状態を説明する図である。図４は、基板に搭載した発熱素子に熱的に接続されたヒートシンクの上に配置した板材を締め付けて基板に固定した状態を説明する図である。
【００３３】
図３に示すように、基板１０の上に搭載された発熱素子１１に、並列に配置された放熱部１の底面部９が受熱面として熱的に接続される。このように基板１０に搭載された発熱素子１１の上にヒートシンク２が配置され、その上に板材１２が配置される。図３から明らかなように、上面部に形成された突起部は板材の内側面と接触しているけれども、元の形状を保ち、このように配置された板材の周辺部と基板との間にはａで示す間隙が存在している。
【００３４】
図４に示すように、板材の周辺部を締め付け部材１３で締め付けると、板材の中央部によって、コの字形の放熱部の上面部に形成された弾力性を有する突起部４が押圧され圧縮されて、板材と基板の間の間隙部ａがなくなり、板材と基板が直接接触した状態で基板に固定される。即ち、厚い伝熱ラバーを使用しなくても、上面部に形成された復元力を有する可変部（２つのスリットとその間に形成された突起部）によって、ヒートシンクの高さ方向のバラツキを吸収することができ、薄型の電子機器に使用することができる。更に、受熱部としての放熱部の底面部が直接発熱素子に熱的に接続されるので、放熱性能が著しく向上することがわかる。
【００３５】
この発明の弾力性を有するヒートシンクについて、その弾力性について実際に調査した。その結果を図１２に示す。図１２（Ａ）に示すように、基板の上に搭載された発熱素子（ＩＣ）の上に、受熱面としての底面部が直接熱的に接続されるように、この発明の弾力性を有するヒートシンクを載せて、その上から荷重をかけた。５枚のコの字形の放熱部を並列配置し、爪部、爪受け部によって連結して形成されたヒートシンクは、縦５０ｍｍ×高さ１８ｍｍ×横４０ｍｍであった。放熱部のそれぞれの上面には、幅１ｍｍの２本のスリットが形成され、スリットの間に、幅３ｍｍ、高さ１．１ｍｍの半円柱状の突起部が形成されていた。図１２（Ａ）に示すように、ヒートシンクの上面部と突起部の上端部までの距離が０．５ｍｍのときの荷重は５０Ｎ（５ｋｇ）であった。
図１２（Ｂ）は、荷重とヒートシンクの上面部と突起部の上端部までの距離との間の関係を示すグラフである。その結果、所定の範囲でバラツキが許容される。即ち、０．５ｍｍを基準として、−０．４ｍｍまで（即ち、ＩＣの高さが低い場合：実際には０．１ｍｍだけ圧縮された状態）バラツキが許容される。更に、＋０．６ｍｍまで（即ち、ＩＣの高さが高い場合：実際には突起部の上端部が上面部と一致する状態）までバラツキが許容される。
図１２Ｃに示すように、３０〜５０Ｎ（３〜５ｋｇ）の荷重のとき、圧縮されて荷重とヒートシンクの上面部と突起部の上端部までの距離が０．５ｍｍになっている。
【００３６】
図５は、この発明の弾力性を備えたヒートシンクの他の態様を説明する図である。図５に示す態様の弾力性を備えたヒートシンクにおいては、放熱部を貫通する固定部材を更に備えている。即ち、図１を参照して説明したように、上面部７に復元力を有する可変部（２本のスリット３および突起部４）を有するコの字形の放熱部１の上面部７および底面部９に形成された爪部５が、隣接するコの字形の放熱部１の対応する爪受け部６に連結され、このように爪部５および爪受け部６が連結されたコの字形の放熱部が更に隣接するコの字形の放熱部に連結されて、この発明の弾力性を備えたヒートシンク２が形成される。
【００３７】
コの字形の放熱部の底面部９は並列配置されて、基板に搭載された発熱素子に熱的に接続される平らな受熱面を形成している。この状態で、更に、それぞれの放熱部の垂直面を貫通する固定部材が備えられている。固定部材は、熱伝導性に優れた材料で作製された棒状又は角柱状の部材であればよい。更に、固定部材はヒートパイプからなっていてもよい。
なお、上述したスリット及び突起部の形状は、矩形のスリット、半円柱状の突起部であるが、所定の復元力が得られる形状であればどのような形状であってもよい。
【００３８】
図６はこの発明の弾性力を備えたヒートシンクにおける略コの字形の放熱部の他の態様を示す図である。図６に示すように、放熱部１は、放熱性に優れた部材で一体的に形成された傾斜した平面部からなる上面部７、底面部９および接続部８からなる略コの字形の部材である。上面部７は、少なくとも１つの復元力を有する可変部を備えている。図６に示す態様においては、復元力を有する可変部は、傾斜した平面部からなっている。即ち、傾斜した平面部からなる上面部７は、力を加えて下方に押し下げると、底面部９および接続部８と一体的に形成された上面部７の傾斜した部分が下方にたわみ、上方からの力を吸収し、力を取り除くと、元の状態に復元する。このように、底面部および接続部と一体的に形成された傾斜した平面部からなる上面部によって、放熱部は弾力性を備えている。
【００３９】
更に、この態様の放熱部においては、上面部は上述したように傾斜した平らな平面からなっているが、底面部の一方端には、外方に突出した爪部５を備えており、他方端には、爪部に対応する大きさの爪受け部６を備えている。
【００４０】
図７は、この発明の弾力性を備えたヒートシンクの他の態様を示す図である。図７に示すように、図６に示す放熱部１が並列に複数個配置されている。即ち、上面部７に復元力を有する可変部（傾斜した平面部）を有する略コの字形の放熱部１の底面部９に形成された爪部５が、隣接する略コの字形の放熱部１の対応する爪受け部６に連結されている。このように爪部５および爪受け部６が連結された略コの字形の放熱部が更に隣接する略コの字形の放熱部に連結されて、この発明の弾力性を備えたヒートシンク２が形成される。この態様においても、略コの字形の放熱部の底面部９は並列配置されて、基板に搭載された発熱素子に熱的に接続される平らな受熱面を形成している。
【００４１】
この態様のヒートシンクにおいては、上述した底面部および接続部と一体的に形成された傾斜した平面部からなる上面部によって、弾力性を有し、ヒートシンクの高さ方向のバラツキを吸収するバネとして働く。なお、期待する復元力が得られるように、略コの字形の放熱部の部材の材質を選択することが出来る。
【００４２】
図８は、この発明の弾性力を備えたヒートシンクにおける略コの字形の放熱部の他の態様を示す図である。図８に示すように、放熱部１は、放熱性に優れた部材で一体的に形成された上面部７、底面部９および接続部８からなる略コの字形の部材である。上面部７には、少なくとも１つの復元力を有する可変部を備えている。図８に示す態様においては、復元力を有する可変部は、垂直面側に設けられた１本のスリットと突起部からなっており、突起部は上面部の垂直面側端部に設けられたスリットと隣接する放熱部のスリットとの間に形成されている。突起部４は上面部から上方に突出しており、突起部に力を加えて下方に押し下げると下方にたわみ、力を取り除くと、元の状態に復元する。このように、突起部と１本のスリットによって、放熱部は弾力性を備えている。
【００４３】
更に、上面部の一方端には、上面部と同一面上で外方に突出した爪部５を備えており、他方端には、爪部に対応する大きさの爪受け部６を備えている。底面部の一方端には上述したと同一の爪部５を備え、他方端には爪部に対応する爪受け部を備えている。
【００４４】
図９は、この発明の弾力性を備えたヒートシンクの他の態様を示す図である。図９に示すように、図８に示す放熱部１が並列に複数個配置されている。即ち、上面部７に復元力を有する可変部（１本のスリット３および突起部４）を有するコの字形の放熱部１の上面部７および底面部９に形成された爪部５が、隣接するコの字形の放熱部１の対応する爪受け部６に連結されている。このように爪部５および爪受け部６が連結されたコの字形の放熱部が更に隣接するコの字形の放熱部に連結されて、この発明の弾力性を備えたヒートシンク２が形成される。コの字形の放熱部の底面部９は並列配置されて、基板に搭載された発熱素子に熱的に接続される平らな受熱面を形成している。
【００４５】
上述したように爪部が隣接する爪受け部に連結されることによって、突起部に上方から力が加わると、連結した爪部および爪受け部が力を受ける支点として機能し、スリット部によって突起部の側面が開放されているので、突起部４が、上下方向に復元可能に移動することができ、弾力性を有し、ヒートシンクの高さ方向のバラツキを吸収するバネとして働く。
【００４６】
この態様においても、上述したスリット及び突起部の形状は、矩形のスリット、半円柱状の突起部であるが、所定の復元力が得られる形状であればどのような形状であってもよい。更に、図８および図９に示す態様においては、上面部に形成される復元力を有する可変部（１本のスリット３および突起部４）が１つだけ形成されているが、ヒートシンクの大きさ、期待する復元力等に応じて、上面部にそれぞれ複数の復元力を有する可変部（１本のスリット３および突起部４）が形成されてもよい。
【００４７】
次に、この発明のヒートシンクの固定方法について説明する。
この発明のヒートシンクの固定方法の１つの態様は、並列に組み合わされて、基板に搭載された発熱素子に熱的に接続される平らな受熱面を形成する底面部と、少なくとも１つの復元力を有する可変部を備えた上面部と、前記底面部と前記上面部とを接続する接続部とからなる略コの字形の放熱部が複数個並列されて形成される、弾性力を備えたヒートシンクを調製し、
前記ヒートシンクの前記受熱部を基板に搭載された発熱素子に直接熱的に接続し、
板材の一部によって復元力を有する前記可変部を押圧して、前記受熱部を前記発熱素子に押圧した状態で、前記板材の周辺部を前記基板に固定する、ヒートシンクの固定方法である。
【００４８】
更に、この発明のヒートシンクの固定方法において、上面部が傾斜した平面部からなっており、復元力を有する前記可変部が、前記傾斜した平面部からなっていてもよい。更に、上面部が、２本のスリットとスリットの間に形成された突起部を備えており、復元力を有する前記可変部が、前記スリットおよび突起部からなっていてもよい。更に、上面部が、１本のスリットと突起部を備えており、前記突起部が隣接する放熱部のスリットとの間に形成されていてもよい。更に、受熱面が極薄伝熱ラバーまたはオイルを介して発熱素子に熱的に接続されていてもよい。
【００４９】
即ち、図３および図４を参照して説明したように、この発明のヒートシンクの固定方法においては、並列に組み合わされて、基板１０に搭載された発熱素子１１に熱的に接続される平らな受熱面を形成する底面部９と、少なくとも１つの復元力を有する可変部を備えた上面部７と、底面部９と上面部７とを接続する接続部８とからなる略コの字形の放熱部１が複数個並列されて形成される、弾性力を備えたヒートシンク２を調製し、次いで、上述したヒートシンク２の受熱部を基板１０に搭載された発熱素子１１に直接熱的に接続し、次いで、板材１２の一部によって復元力を有する可変部（突起部４）を押圧して、受熱部を発熱素子に押圧した状態で、板材の周辺部を基板１０に固定する。
【００５０】
次にこの発明の弾力性を有する放熱部材について説明する。
この発明の弾力性を有する放熱部材の第１の態様は、並列に組み合わされて、基板に搭載された発熱素子に熱的に接続される平らな受熱面を形成する底面部と、前記底面と概ね平行な上面部と、前記底面部と前記上面部とを接続する接続部とからなる略コの字形の放熱部が複数個並列されて形成されるヒートシンクと、その一部に復元力を有する可変部を有し、前記ヒートシンクの前記受熱面を前記発熱素子に熱的に接続させた状態で、前記上面部を前記可変部で押圧した状態で、前記ヒートシンクを前記基板に固定する、板材とを備えた弾力性を有する放熱部材である。
即ち、この発明の弾力性を有する放熱部材においては、ヒートシンクは略コの字形の放熱部が並列配置されて形成され、板材に復元可能な可変部が設けられている。
【００５１】
図１０および図１１は、この発明の弾力性を有する放熱部材を説明する図である。図１０は、この発明の弾力性を有する放熱部材の板材を示す図である。図１１は、この発明の弾力性を有する放熱部材の放熱部（ａ）およびヒートシンク（ｂ）を示す図である。図１０に示すように、放熱部材の板材は、その内面側の中央部に復元力を有する可変部を備えている。可変部は、図１および図２を参照して説明した２本のスリット２３とその間に形成された突起部２４からなっていてもよい。図１０に示す突起部２４は、板材の内面側から基板側に下方に向けて突出している。両側に形成されたスリットによって、突起部の両側に開放部が形成され、突起部に力が加わると、突起部は、板材の面に関して、上下方向に復元可能に移動し、弾力性を有する。
【００５２】
図１１（ａ）は、この発明の弾性力を備えた放熱部材における略コの字形の放熱部を示す図である。図１１（ａ）に示すように、放熱部２１は、放熱性に優れた部材で一体的に形成された上面部２７、底面部２９および接続部２８からなる略コの字形の部材である。更に、上面部の一方端には、上面部と同一面上で外方に突出した爪部２５を備えており、他方端には、爪部に対応する大きさの爪受け部２６を備えている。底面部の一方端には上述したと同一の爪部２５を備え、他方端には爪部に対応する爪受け部２６を備えている。
【００５３】
図１１（ｂ）は、この発明の弾力性を備えた放熱部材におけるヒートシンクを示す図である。図１１（ｂ）に示すように、図１１（ａ）に示す放熱部２１が並列に複数個配置されている。即ち、コの字形の放熱部２１の上面部２７および底面部２９に形成された爪部２５が、隣接するコの字形の放熱部２１の対応する爪受け部２６に連結されている。このように爪部２５および爪受け部２６が連結されたコの字形の放熱部が更に隣接するコの字形の放熱部に連結されて、この発明の弾力性を備えた放熱部材におけるヒートシンク２２が形成される。コの字形の放熱部の底面部２９は並列配置されて、基板に搭載された発熱素子に熱的に接続される平らな受熱面を形成している。
【００５４】
上述したように爪部が隣接する爪受け部に連結されることによって、ヒートシンクに上方から力が加わると、連結した爪部および爪受け部が力を受ける支点として機能し、力が均一にヒートシンクに加わる。
図３および図４を参照して説明したと同様に、上述したヒートシンク２２を、基板に搭載された発熱素子に直接熱的に接続し、ヒートシンクの上に内面側に復元可能な可変部が備えられた板材を配置し、板材の周辺部を締付け部材によって締付けると、板材の内面側に形成された突起部がヒートシンクの平らな上面部に押圧されて圧縮される。
その結果、厚い伝熱ラバーを使用しなくても、板材の内面側に形成された復元力を有する可変部（２つのスリットとその間に形成された突起部）によって、ヒートシンクの高さ方向のバラツキを吸収することができ、薄型の電子機器に使用することができる。更に、受熱部としての放熱部の底面部が直接発熱素子に熱的に接続されるので、放熱性能が著しく向上することがわかる。
なお、図１０および図１１に示す態様においては、板材の内面側に形成される復元力を有する可変部（２本のスリット３および突起部４）が一列だけ形成されているが、ヒートシンクの大きさ、期待する復元力等に応じて、板材の内面側に複数列の復元力を有する可変部（２本のスリット３および突起部４）が形成されてもよい。
復元力を有する可変部は、図８および図９に示すような可変部が板材の内面側に形成されていてもよい。更に、放熱部の垂直面を貫通する固定部材が備えられていても良い。
【００５５】
ヒートパイプは、密封された空洞部を備えており、その空洞部に収容された作動流体の相変態と移動により熱の輸送が行われる。熱の一部は、ヒートパイプを構成する容器（コンテナ）を直接伝わって運ばれるが、大部分の熱は、作動流体による相変態と移動によって移動される。
【００５６】
ヒートパイプの吸熱側において、発熱電子部品から放熱フィンに伝わった熱は、ヒートパイプを構成する容器（コンテナ）の材質中を熱伝導して伝わってきた熱により、作動流体が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱側では、作動流体の蒸気は冷却され再び液相状態に戻る。そして、液相に戻った作動流体は再び吸熱側に移動（還流）する。このような作動流体の相変態や移動によって、熱の移動がなされる。
【００５７】
ヒートパイプ内の作動流体としては通常、水や水溶液、アルコール、その他有機溶剤等が使用される。特殊な用途としては水銀を作動流体に用いる場合もある。前述したようにヒートパイプは内部の作動流体の相変態等の作用を利用するものであるので、密封された内部への作動流体以外のガス等の混入をなるべく避けるように製造されることになる。このような混入物は、通常、製造途中に混入する大気（空気）や作動流体中に溶在している炭酸ガス等である。ヒートパイプの形状は、代表的な丸パイプ形状の他、平面型も広く用いられている。更に、ヒートパイプで移動した熱をファン等を使用して強制的に冷却してもよい。
【００５８】
ヒートパイプのコンテナの材質は、銅またはアルミニウム等の熱伝導の良好な金属を使用することができる。偏平状に加工するため、加工性に優れたアルミニウム材が好ましい。ウイックは偏平状ヒートパイプのコンテナと同一材質の部材を使用することができる。作動液は、ヒートパイプのコンテナの材質との適合性に応じて、水、代替フロン、フロリナートを使用する。
【００５９】
（図示しないが）上述したヒートパイプの他の端部は、更に延伸して、例えば、プリント基板上に取付けられた別の発熱電子部品の上に取付けられていてもよい。即ち、別の発熱電子部品の上には熱伝導性シートを介して金属製の受熱ブロックが設けられており、ヒートパイプの他の端部が受熱ブロックに設けられた孔部に装入されて、受熱ブロックと密着されて熱的に接続されている。このようにヒートパイプを配置することによって、別の発熱電子部品の熱を放熱フィンの位置まで移動し、放熱部によって、放熱することができる。
【００６０】
この発明の弾力性を有するヒートシンクにおいては、上述した底面部が極薄伝熱ラバーまたはオイル（グリース）を介して発熱素子に熱的に接続されてもよい。グリースは、放熱フィンの放熱部と被冷却部品の接触バラツキによって生じる空気層を埋める作用を有しており、製品間のバラツキを抑制することができる。グリースの代わりに、極薄伝熱ラバー（０．１〜０．５mm程度の厚さ）を用いても良い。圧縮代は少ないけれども、グリース同様に空気層を埋める作用を備えており、熱伝導性を損なうことなく、製品間のバラツキを抑制することができる。
【００６１】
【発明の効果】
この発明によると、各部品の高さ方向のバラツキを吸収するための厚い伝熱ラバーを使用することなく、加工コストが安価で、放熱効率に優れ、薄型の電子機器に使用することができる、弾力性を備えたヒートシンク、放熱部材およびその固定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の弾性力を備えたヒートシンクにおける略コの字形の放熱部を示す図である。
【図２】図２は、この発明の弾力性を備えたヒートシンクを示す図である。
【図３】図３は、基板に搭載した発熱素子にヒートシンクを熱的に接続し、板材をヒートシンクの上に配置した状態を説明する図である。
【図４】図４は、基板に搭載した発熱素子に熱的に接続されたヒートシンクの上に配置した板材を締め付けて基板に固定した状態を説明する図である。
【図５】図５は、この発明の弾力性を備えたヒートシンクの他の態様を説明する図である。
【図６】図６はこの発明の弾性力を備えたヒートシンクにおける略コの字形の放熱部の他の態様を示す図である。
【図７】図７は、この発明の弾力性を備えたヒートシンクの他の態様を示す図である。
【図８】図８は、この発明の弾性力を備えたヒートシンクにおける略コの字形の放熱部の他の態様を示す図である。
【図９】図９は、この発明の弾力性を備えたヒートシンクの他の態様を示す図である。
【図１０】図１０は、この発明の弾力性を有する放熱部材の板材を示す図である。
【図１１】図１１は、この発明の弾力性を有する放熱部材の放熱部（ａ）およびヒートシンク（ｂ）を示す図である。
【図１２】図１２は、この発明の弾力性を有するヒートシンクの弾力性について調査した結果を示す図である。
【図１３】図１３は従来の板材と放熱フィンが一体的に形成された一体型ヒートシンクを示す斜視図である。
【図１４】図１４は、従来の一体型ヒートシンクを伝熱ラバーを介して被冷却部品（例えば、IC）に接続した、固定前の状態を示す概略断面図である。
【図１５】図１５は、図１４に示す状態から、一体型ヒートシンクを基板上に固定した状態を説明する図である。
【符号の説明】
１．放熱部
２．ヒートシンク
３．スリット
４．突起部
５．爪部
６．爪受け部
７．上面部
８．接続部
９．底面部
１０．基板
１１．発熱素子
１２．板材
１３．締付け部材
１４．固定部材
２１．放熱部
２２．ヒートシンク
２３．スリット
２４．突起部
２５．爪部
２６．爪受け部
２７．上面部
２８．接続部
２９．底面部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat sink using a radiation fin and a fixing method of the radiation fin. The heat sink using the heat radiation fin of the present invention is not limited to a heat sink for heat radiation / cooling such as heat-generating electronic parts used in electronic devices typified by personal computers, game machines, etc. It can be used for heat radiation cooling in the field.
[0002]
[Prior art]
In various electronic devices such as personal computers, game machines, audio devices, etc., semiconductor chips used are miniaturized, the degree of integration is increased, the processing speed is dramatically increased, and the heat generation density is extremely increased accordingly. ing.
As a means for radiating heat generated by an electronic device such as a personal computer, a game machine, or an audio device having a semiconductor chip having a high heat generation density, for example, a fan is attached to the electronic device, There are a method for lowering the temperature of air, a method for cooling the element to be cooled by attaching a cooling body to the heating element, and the like.
[0003]
As the cooling body, there is a heat conductive metal material such as a plate material or a block, and the heat from the heating element is received by the metal block, and then is radiated by the radiation fins attached to the metal block. Heat sinks equipped with such heat radiation fins are widely used. A heat sink in which a plate material and a radiation fin are integrally formed is also widely used.
On the other hand, electronic devices are required not only for heat radiation cooling but also for measures against electric noise, and the inside of the device is surrounded by a metal shield plate material. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-57405 discloses a heat sink in which a metal shield plate material and a radiation fin are combined.
[0004]
FIG. 13 is a perspective view showing an integrated heat sink in which a conventional plate material and heat radiating fins are integrally formed. As shown in FIG. 13, a conventional heat sink 101 is integrally formed with a plate member 107 to which a component to be cooled is thermally connected and a plurality of radiating fin portions 109 for radiating heat transmitted to the plate member. . FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a state before fixation, in which a conventional integrated heat sink is connected to a component to be cooled (for example, an IC) via a heat transfer rubber.
[0005]
As shown in FIG. 14, a fixing member for fixing the heat sink and the substrate 105 is attached to the back surface of the integrated heat sink 101. The component 103 to be cooled mounted on the front surface of the substrate 105 is thermally connected to the back surface of the heat sink via a heat transfer rubber 104 having a predetermined thickness. As shown in FIG. 14, a predetermined gap is provided between the lower end portion of the fixing member 102 and the substrate 105. The heat transfer rubber is elastic and acts to absorb variations in the height direction of the heat sink.
[0006]
FIG. 15 is a diagram for explaining a state in which the integrated heat sink is fixed on the substrate from the state shown in FIG. As shown in FIG. 15, the heat sink is fixed to the substrate 105 on which the component to be cooled 193 is mounted in a state where the bottom surface of the heat sink 105 compresses the heat transfer rubber 104 by the fixing member 106. The fixing member 102 is fixed to the substrate 105 with a fixing screw 106. As is apparent from FIG. 15, the elastic heat transfer rubber is compressed and absorbs variations in the height direction of the heat sink.
[0007]
[Patent Literature]
JP 2001-57405 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the integrated heat sink described above, variations in the height direction of the heat sink are absorbed by the elastic thick heat transfer rubber.
A thick heat transfer rubber has low thermal conductivity and degrades the heat dissipation of the heat sink. Moreover, the heat transfer rubber is expensive, and the cost of the heat sink increases. Furthermore, there is a problem that the overall height of the heat sink is increased by the thickness of the heat transfer rubber. That is, in the case of a thin electronic device, the distance between the circuit board and the housing is narrow, and the dimension between the metal shield plate and the board is naturally narrow, making it impossible to use a thick heat transfer rubber. .
[0009]
Accordingly, the object of the present invention is to use a thin heat transfer rubber for absorbing variations in the height direction, with a low processing cost, excellent heat dissipation efficiency, and can be used for thin electronic devices. An object of the present invention is to provide an elastic heat sink, a heat radiating member, and a heat sink fixing method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned conventional problems, the inventors have conducted extensive research. As a result, a variable portion having a restoring force, for example, two slits and a protrusion formed therebetween are provided on the upper surface of the U-shaped heat dissipating portion arranged in parallel, and the U-shaped heat dissipating portion serving as the heat receiving surface When the bottom part is thermally connected to the heat generating element and fixed to the substrate on which the heat generating element is mounted with the projection part pressed by a plate material such as a shield material, the deflection of the variable part is used instead of the heat transfer rubber. The variation of the heat sink can be absorbed by the deflection of the variable part, that is, plastic deformation depending on the situation, without using a thick heat transfer rubber, and it can be used for thin electronic devices. It turns out that you can. Further, it has been found that the heat radiation performance is remarkably improved because the bottom surface of the heat radiating portion as the heat receiving portion is directly thermally connected to the heat generating element.
[0011]
The present invention has been made based on the research results described above.The heat sink fixing device according to one aspect includes a bottom surface portion that forms a flat heat receiving surface that is thermally connected to a heating element mounted on a substrate, and an upper surface that faces the bottom surface portion. A heat sink having elasticity and formed on a top surface of the heat sink, wherein a plurality of substantially U-shaped heat radiating portions each having a connection portion connecting the bottom surface portion and the top surface portion are formed in parallel. A pressing plate that is fixed to a portion of the substrate on which the heating element is mounted, a clamping member that fixes the plate to the substrate at an edge of the plate, and the heat dissipation of the heat sink Each heat dissipating part variable part formed corresponding to each part, and when the plate member is placed on the heat sink, in a state where the tightening member is not tightened, A gap is formed between the printing plate material and the substrate, and in the state where the fastening member is tightened, the gap disappears and at the same time, through the displacement of the variable part for each heat radiation part, A variation in height is absorbed, and the heat sink is configured to be pressed against the heating element, and is sufficient to absorb a variation in height between the heat sinks between the heat sink and the heating element. A heat sink fixing device characterized in that a heat transfer rubber having a thickness is not required.
[0012]
Of this inventionThe heat sink fixing device according to another aspect is as described in the dependent claims of claim 2 and the subsequent claims.
[0017]
The first aspect of the heat sink fixing method of the present invention is:In the heat sink fixing method for preparing the heat sink fixing device of each aspect described above, the heat sink is prepared, the heat sink is placed on the heat generating element mounted on the substrate, the plate material is placed on the heat sink, It is a heat sink fixing method that tightens the tightening member..
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
With reference to the drawings, a heat sink using the radiation fin of the present invention and a fixing method thereof will be described.
One aspect of the heat sink with elastic force according to the present invention includes a bottom surface part that is combined in parallel to form a flat heat receiving surface that is thermally connected to a heating element mounted on a substrate, and at least one restoration. A plurality of substantially U-shaped heat dissipating parts, each of which includes a top surface portion including a variable portion having a force and a connection portion connecting the bottom surface portion and the top surface portion, are provided with elastic force. It is a heat sink.
[0027]
Furthermore, in the heat sink having the elastic force of the present invention, at least one of the bottom surface portion and the top surface portion includes a claw portion that connects the adjacent bottom surface portion and top surface portion, and a claw receiving portion corresponding to the claw portion. It has. Furthermore, in the heat sink having the elastic force according to the present invention, the upper surface portion is formed of an inclined flat surface portion, and the variable portion having a restoring force is formed of the inclined flat surface portion. Furthermore, in the heat sink having the elastic force of the present invention, the upper surface portion includes a protrusion formed between two cut portions (may be a slit, a gap, etc.) and the cut portion, The variable portion having a restoring force includes the cut portion and the projection portion. Furthermore, in the heat sink having the elastic force of the present invention, the upper surface portion includes one cut portion (may be a slit, a gap, or the like) and a protrusion, and the heat dissipation portion adjacent to the protrusion. It is formed between the notch part.
[0028]
FIG. 1 is a view showing a substantially U-shaped heat dissipating part in a heat sink having an elastic force according to the present invention. As shown in FIG. 1, the heat radiating portion 1 is a substantially U-shaped member including a top surface portion 7, a bottom surface portion 9, and a connection portion 8 that are integrally formed of a member having excellent heat dissipation. The upper surface portion 7 includes a variable portion having at least one restoring force. In the embodiment shown in FIG. 1, the variable portion having a restoring force is composed of two slits 3 and a protrusion 4 formed between the slits. The protruding portion 4 protrudes upward from the upper surface portion. When a force is applied to the protruding portion and pushed downward, the protruding portion 4 bends downward by two slits, and when the force is removed, the original state is restored. Thus, the heat radiating part is provided with elasticity by the protrusion and the two slits.
[0029]
Furthermore, a claw portion 5 protruding outward on the same surface as the upper surface portion is provided at one end of the upper surface portion, and a claw receiving portion 6 having a size corresponding to the claw portion is provided at the other end. Yes. One end of the bottom surface portion is provided with the same claw portion 5 as described above, and the other end is provided with a claw receiving portion corresponding to the claw portion.
[0030]
FIG. 2 is a view showing a heat sink having elasticity according to the present invention. As shown in FIG. 2, a plurality of the heat radiating parts 1 shown in FIG. 1 are arranged in parallel. That is, the claw portions 5 formed on the upper surface portion 7 and the bottom surface portion 9 of the U-shaped heat radiating portion 1 having the variable portion (two slits 3 and the protruding portion 4) having a restoring force on the upper surface portion 7 are adjacent to each other. The U-shaped heat radiating part 1 is connected to the corresponding claw receiving part 6. In this way, the U-shaped heat dissipating part to which the claw part 5 and the claw receiving part 6 are connected is further connected to the adjacent U-shaped heat dissipating part to form the heat sink 2 having the elasticity of the present invention. . The bottom surface portions 9 of the U-shaped heat radiating portion are arranged in parallel to form a flat heat receiving surface that is thermally connected to the heating element mounted on the substrate.
[0031]
As described above, when the claw portion is connected to the adjacent claw receiving portion, when a force is applied to the protrusion from above, the connected claw portion and the claw receiving portion function as a fulcrum for receiving the force, and two slits Since the side is opened by 3, the protrusion 4 formed therebetween moves reversibly in the vertical direction, has elasticity, and acts as a spring that absorbs variations in the height direction of the heat sink.
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, only one variable portion (two slits 3 and protrusions 4) having a restoring force formed on the upper surface portion is formed. Depending on the expected restoring force, etc., variable portions (two slits 3 and protrusions 4) each having a plurality of restoring forces may be formed on the upper surface portion.
[0032]
3 and 4 are views for explaining a state in which the heat sink having elasticity according to the present invention is attached to a heating element mounted on a substrate. FIG. 3 is a diagram for explaining a state in which a heat sink is thermally connected to a heating element mounted on a substrate and a plate material is disposed on the heat sink. FIG. 4 is a diagram for explaining a state in which a plate material disposed on a heat sink thermally connected to a heating element mounted on the substrate is fastened and fixed to the substrate.
[0033]
As shown in FIG. 3, the bottom surface portion 9 of the heat radiating portion 1 arranged in parallel is thermally connected to the heat generating element 11 mounted on the substrate 10 as a heat receiving surface. Thus, the heat sink 2 is disposed on the heat generating element 11 mounted on the substrate 10, and the plate material 12 is disposed thereon. As is apparent from FIG. 3, the protrusion formed on the upper surface portion is in contact with the inner side surface of the plate material, but maintains the original shape, and between the peripheral portion of the plate material thus arranged and the substrate. There is a gap indicated by a.
[0034]
As shown in FIG. 4, when the peripheral portion of the plate member is tightened with the fastening member 13, the elastic protruding portion 4 formed on the upper surface portion of the U-shaped heat radiating portion is pressed and compressed by the central portion of the plate member. Thus, the gap a between the plate material and the substrate is eliminated, and the plate material and the substrate are fixed to the substrate in direct contact with each other. That is, even if a thick heat transfer rubber is not used, the variation in the height direction of the heat sink is absorbed by the variable portion (two slits and the protrusion formed between them) having a restoring force formed on the upper surface. Can be used for thin electronic devices. Furthermore, it can be seen that the heat radiation performance is remarkably improved because the bottom surface of the heat radiating portion as the heat receiving portion is directly thermally connected to the heating element.
[0035]
The elasticity of the heat sink having elasticity according to the present invention was actually investigated. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 12 (A), the elasticity of the present invention is provided so that a bottom surface portion as a heat receiving surface is directly thermally connected to a heating element (IC) mounted on a substrate. A heat sink was placed and a load was applied from above. The heat sink formed by arranging five U-shaped heat radiation parts in parallel and connecting them with a claw part and a claw receiving part was 50 mm long × 18 mm high × 40 mm wide. Two slits having a width of 1 mm were formed on the upper surfaces of the heat radiating portions, and a semi-cylindrical protrusion having a width of 3 mm and a height of 1.1 mm was formed between the slits. As shown in FIG. 12A, the load when the distance between the upper surface portion of the heat sink and the upper end portion of the protrusion portion was 0.5 mm was 50 N (5 kg).
FIG. 12B is a graph showing the relationship between the load and the distance between the upper surface portion of the heat sink and the upper end portion of the protrusion. As a result, variation is allowed within a predetermined range. That is, the variation is allowed up to −0.4 mm with 0.5 mm as a reference (that is, when the IC height is low: actually compressed by 0.1 mm). Further, variation is allowed up to +0.6 mm (that is, when the height of the IC is high: the state in which the upper end portion of the protrusion actually coincides with the upper surface portion).
As shown in FIG. 12C, when a load of 30 to 50 N (3 to 5 kg) is applied, the distance between the load and the upper surface of the heat sink and the upper end of the protrusion is 0.5 mm.
[0036]
FIG. 5 is a diagram for explaining another embodiment of the heat sink having elasticity according to the present invention. The heat sink having elasticity shown in FIG. 5 further includes a fixing member that penetrates the heat radiating portion. That is, as described with reference to FIG. 1, the upper surface portion 7 and the bottom surface portion of the U-shaped heat radiating portion 1 having the variable portion (two slits 3 and the protruding portion 4) having the restoring force on the upper surface portion 7. The nail | claw part 5 formed in 9 is connected with the corresponding nail | claw receiving part 6 of the adjacent U-shaped thermal radiation part 1, and the U-shaped heat dissipation with which the nail | claw part 5 and the nail | claw receiving part 6 were connected in this way. The heat sink 2 having elasticity according to the present invention is formed by connecting the portion to the adjacent U-shaped heat radiation portion.
[0037]
The bottom surface portions 9 of the U-shaped heat radiating portion are arranged in parallel to form a flat heat receiving surface that is thermally connected to the heating element mounted on the substrate. In this state, a fixing member penetrating the vertical surface of each heat radiating portion is further provided. The fixing member may be a rod-like or prismatic member made of a material having excellent thermal conductivity. Furthermore, the fixing member may consist of a heat pipe.
The slits and protrusions described above are rectangular slits and semi-cylindrical protrusions, but may have any shape as long as a predetermined restoring force can be obtained.
[0038]
FIG. 6 is a view showing another aspect of the substantially U-shaped heat dissipating portion in the heat sink having the elastic force of the present invention. As shown in FIG. 6, the heat radiating portion 1 is a substantially U-shaped member composed of a top surface portion 7, a bottom surface portion 9, and a connection portion 8, which are integrally formed of members having excellent heat dissipation properties. It is. The upper surface part 7 includes a variable part having at least one restoring force. In the embodiment shown in FIG. 6, the variable portion having the restoring force is composed of an inclined plane portion. That is, when the upper surface portion 7 composed of the inclined flat surface portion is pushed downward by applying a force, the inclined portion of the upper surface portion 7 formed integrally with the bottom surface portion 9 and the connecting portion 8 bends downward, and from above. It absorbs the power of and restores the original state when the power is removed. As described above, the heat radiating portion has elasticity by the upper surface portion formed of the inclined flat surface portion formed integrally with the bottom surface portion and the connection portion.
[0039]
Furthermore, in the heat radiating portion of this aspect, the upper surface portion is formed of a flat plane that is inclined as described above, but at one end of the bottom surface portion, the claw portion 5 that protrudes outward is provided. A claw receiving portion 6 having a size corresponding to the claw portion is provided at the end.
[0040]
FIG. 7 is a view showing another embodiment of the heat sink having elasticity according to the present invention. As shown in FIG. 7, a plurality of heat dissipating sections 1 shown in FIG. 6 are arranged in parallel. That is, the nail | claw part 5 formed in the bottom face part 9 of the substantially U-shaped thermal radiation part 1 which has the variable part (inclined plane part) which has a restoring force in the upper surface part 7 adjoins the substantially U-shaped thermal radiation part. 1 to the corresponding claw receiving portion 6. Thus, the substantially U-shaped heat dissipating part to which the claw part 5 and the claw receiving part 6 are connected is further connected to the adjacent substantially U-shaped heat dissipating part to form the elastic heat sink 2 of the present invention. Is done. Also in this aspect, the bottom surface portions 9 of the substantially U-shaped heat radiating portions are arranged in parallel to form a flat heat receiving surface that is thermally connected to the heat generating elements mounted on the substrate.
[0041]
In the heat sink of this aspect, the upper surface portion formed by the inclined flat surface portion formed integrally with the bottom surface portion and the connection portion described above has elasticity and acts as a spring that absorbs variations in the height direction of the heat sink. . In addition, the material of the substantially U-shaped heat radiating member can be selected so that the expected restoring force can be obtained.
[0042]
FIG. 8 is a view showing another aspect of the substantially U-shaped heat radiating portion in the heat sink having the elastic force of the present invention. As shown in FIG. 8, the heat radiating portion 1 is a substantially U-shaped member including a top surface portion 7, a bottom surface portion 9, and a connection portion 8 that are integrally formed of a member having excellent heat dissipation properties. The upper surface portion 7 includes a variable portion having at least one restoring force. In the embodiment shown in FIG. 8, the variable portion having the restoring force is composed of one slit and a protrusion provided on the vertical surface, and the protrusion is provided on the vertical surface end of the upper surface. It is formed between the slit and the slit of the adjacent heat radiating portion. The protruding portion 4 protrudes upward from the upper surface portion. When the force is applied to the protruding portion and pushed downward, the protruding portion 4 bends downward, and when the force is removed, the protruding portion 4 is restored to the original state. As described above, the heat radiating portion is provided with elasticity by the protruding portion and one slit.
[0043]
Furthermore, a claw portion 5 protruding outward on the same surface as the upper surface portion is provided at one end of the upper surface portion, and a claw receiving portion 6 having a size corresponding to the claw portion is provided at the other end. Yes. One end of the bottom surface portion is provided with the same claw portion 5 as described above, and the other end is provided with a claw receiving portion corresponding to the claw portion.
[0044]
FIG. 9 is a diagram showing another embodiment of the heat sink having elasticity according to the present invention. As shown in FIG. 9, a plurality of heat dissipating sections 1 shown in FIG. 8 are arranged in parallel. That is, the claw portions 5 formed on the upper surface portion 7 and the bottom surface portion 9 of the U-shaped heat radiating portion 1 having the variable portion (one slit 3 and the protruding portion 4) having a restoring force on the upper surface portion 7 are adjacent to each other. The U-shaped heat radiating part 1 is connected to the corresponding claw receiving part 6. In this way, the U-shaped heat dissipating part to which the claw part 5 and the claw receiving part 6 are connected is further connected to the adjacent U-shaped heat dissipating part to form the heat sink 2 having the elasticity of the present invention. . The bottom surface portions 9 of the U-shaped heat radiating portion are arranged in parallel to form a flat heat receiving surface that is thermally connected to the heating element mounted on the substrate.
[0045]
As described above, when the claw part is connected to the adjacent claw receiving part, when a force is applied to the protruding part from above, the connected claw part and the claw receiving part function as a fulcrum for receiving the force, and the slit part protrudes. Since the side surface of the portion is open, the protrusion 4 can move in a reversible manner in the vertical direction, has elasticity, and functions as a spring that absorbs variations in the height direction of the heat sink.
[0046]
Also in this aspect, the shape of the slit and the protrusion described above is a rectangular slit and a semi-cylindrical protrusion, but may be any shape as long as a predetermined restoring force can be obtained. Further, in the embodiment shown in FIGS. 8 and 9, only one variable part (one slit 3 and protrusion 4) having a restoring force formed on the upper surface part is formed. Depending on the expected restoring force or the like, a variable portion (one slit 3 and a protruding portion 4) having a plurality of restoring forces may be formed on the upper surface portion.
[0047]
Next, the fixing method of the heat sink of this invention is demonstrated.
One aspect of the heat sink fixing method according to the present invention includes a bottom surface portion that forms a flat heat receiving surface that is combined in parallel and is thermally connected to a heating element mounted on a substrate, and at least one restoring force. A heat sink having elastic force, wherein a plurality of substantially U-shaped heat dissipating parts, each of which includes a top surface portion including a variable portion and a connection portion connecting the bottom surface portion and the top surface portion, are formed in parallel. Prepared,
Directly and thermally connecting the heat receiving portion of the heat sink to a heating element mounted on a substrate;
A heat sink fixing method in which a peripheral portion of the plate material is fixed to the substrate in a state where the variable portion having a restoring force is pressed by a part of the plate material and the heat receiving portion is pressed against the heating element.
[0048]
Further, in the heat sink fixing method of the present invention, the upper surface portion may be formed of an inclined flat surface portion, and the variable portion having a restoring force may be formed of the inclined flat surface portion. Furthermore, the upper surface part may include a protrusion formed between two slits, and the variable part having a restoring force may be formed of the slit and the protrusion. Furthermore, the upper surface part may be provided with one slit and a protrusion, and the protrusion may be formed between adjacent slits of the heat dissipation part. Furthermore, the heat receiving surface may be thermally connected to the heating element via an ultrathin heat transfer rubber or oil.
[0049]
That is, as described with reference to FIG. 3 and FIG. 4, in the heat sink fixing method of the present invention, a flat combination that is combined in parallel and thermally connected to the heating element 11 mounted on the substrate 10. A substantially U-shaped heat radiation comprising a bottom surface portion 9 forming a heat receiving surface, a top surface portion 7 having a variable portion having at least one restoring force, and a connection portion 8 connecting the bottom surface portion 9 and the top surface portion 7. Preparing a heat sink 2 having elastic force, which is formed by arranging a plurality of portions 1 in parallel, and then thermally connecting the heat receiving portion of the heat sink 2 described above directly to the heating element 11 mounted on the substrate 10; Next, the peripheral portion of the plate material is fixed to the substrate 10 in a state where the variable portion (projection portion 4) having a restoring force is pressed by a part of the plate material 12 and the heat receiving portion is pressed against the heating element.
[0050]
Next, the elastic heat radiating member of the present invention will be described.
A first aspect of the heat dissipation member having elasticity according to the present invention includes a bottom surface part that is combined in parallel to form a flat heat receiving surface that is thermally connected to a heating element mounted on a substrate, and the bottom surface A heat sink formed by juxtaposing a plurality of substantially U-shaped heat dissipating parts composed of a substantially parallel upper surface part and a connecting part connecting the bottom surface part and the upper surface part, and a part thereof having a restoring force A plate member having a variable portion, and fixing the heat sink to the substrate in a state where the heat receiving surface of the heat sink is thermally connected to the heat generating element and the upper surface portion is pressed by the variable portion; It is a heat radiating member having elasticity.
In other words, in the heat radiating member having elasticity according to the present invention, the heat sink is formed by arranging substantially U-shaped heat radiating portions in parallel, and a variable portion that can be restored to the plate material is provided.
[0051]
10 and 11 are diagrams for explaining the heat-radiating member having elasticity according to the present invention. FIG. 10 is a view showing a plate member of the heat dissipation member having elasticity according to the present invention. FIG. 11 is a view showing a heat radiating portion (a) and a heat sink (b) of the heat radiating member having elasticity according to the present invention. As shown in FIG. 10, the plate member of the heat radiating member includes a variable portion having a restoring force at the central portion on the inner surface side. The variable portion may be composed of the two slits 23 described with reference to FIGS. 1 and 2 and a protrusion 24 formed therebetween. The protrusion 24 shown in FIG. 10 protrudes downward from the inner surface side of the plate material to the substrate side. Open portions are formed on both sides of the protrusion by the slits formed on both sides, and when a force is applied to the protrusion, the protrusion moves reversibly in the vertical direction with respect to the surface of the plate, and has elasticity.
[0052]
Fig.11 (a) is a figure which shows the substantially U-shaped thermal radiation part in the thermal radiation member provided with the elastic force of this invention. As shown in FIG. 11A, the heat radiating portion 21 is a substantially U-shaped member including a top surface portion 27, a bottom surface portion 29, and a connection portion 28 that are integrally formed with a member having excellent heat dissipation properties. Further, a claw portion 25 protruding outward on the same surface as the upper surface portion is provided at one end of the upper surface portion, and a claw receiving portion 26 having a size corresponding to the claw portion is provided at the other end. Yes. One end of the bottom surface portion is provided with the same claw portion 25 as described above, and the other end is provided with a claw receiving portion 26 corresponding to the claw portion.
[0053]
FIG.11 (b) is a figure which shows the heat sink in the heat radiating member provided with the elasticity of this invention. As shown in FIG. 11 (b), a plurality of heat radiation portions 21 shown in FIG. 11 (a) are arranged in parallel. That is, the claw portions 25 formed on the upper surface portion 27 and the bottom surface portion 29 of the U-shaped heat radiation portion 21 are connected to the corresponding claw receiving portions 26 of the adjacent U-shaped heat radiation portions 21. In this way, the U-shaped heat dissipating part to which the claw part 25 and the claw receiving part 26 are connected is further connected to the adjacent U-shaped heat dissipating part, so that the heat sink 22 in the heat radiating member having elasticity of the present invention is provided. It is formed. The bottom surface portions 29 of the U-shaped heat radiating portion are arranged in parallel to form a flat heat receiving surface that is thermally connected to the heating element mounted on the substrate.
[0054]
As described above, when the claw portion is connected to the adjacent claw receiving portion, when a force is applied to the heat sink from above, the connected claw portion and the claw receiving portion function as a fulcrum for receiving the force, and the force is uniformly distributed to the heat sink. To join.
As described with reference to FIGS. 3 and 4, the heat sink 22 described above is directly thermally connected to a heat generating element mounted on a substrate, and a variable portion that can be restored to the inner surface side is provided on the heat sink. When the plate member is disposed and the peripheral portion of the plate member is tightened by the tightening member, the protrusion formed on the inner surface side of the plate member is pressed against the flat upper surface portion of the heat sink and compressed.
As a result, even if a thick heat transfer rubber is not used, the variation in the height direction of the heat sink is caused by the variable portion (two slits and the protrusion formed between them) having a restoring force formed on the inner surface side of the plate material. Can be absorbed and can be used for thin electronic devices. Furthermore, it can be seen that the heat radiation performance is remarkably improved because the bottom surface of the heat radiating portion as the heat receiving portion is directly thermally connected to the heating element.
In the embodiment shown in FIGS. 10 and 11, only one row of variable portions (two slits 3 and protrusions 4) having a restoring force formed on the inner surface side of the plate material is formed. Depending on the expected restoring force and the like, variable portions (two slits 3 and protruding portions 4) having a plurality of rows of restoring force may be formed on the inner surface side of the plate material.
As for the variable part having the restoring force, the variable part as shown in FIGS. 8 and 9 may be formed on the inner surface side of the plate material. Furthermore, a fixing member penetrating the vertical surface of the heat radiating portion may be provided.
[0055]
The heat pipe has a sealed cavity, and heat is transferred by phase transformation and movement of the working fluid contained in the cavity. A part of the heat is carried directly through a container (container) constituting the heat pipe, but most of the heat is transferred by phase transformation and movement by the working fluid.
[0056]
On the heat-absorbing side of the heat pipe, the heat transferred from the heat generating electronic components to the heat-dissipating fins evaporates the working fluid due to the heat transferred through the material of the container (container) constituting the heat pipe. Moves to the heat dissipation side of the heat pipe. On the heat dissipation side, the working fluid vapor is cooled and returned to the liquid phase again. Then, the working fluid that has returned to the liquid phase again moves (refluxs) to the heat absorption side. Heat is transferred by such phase transformation and movement of the working fluid.
[0057]
As the working fluid in the heat pipe, water, an aqueous solution, alcohol, other organic solvents, etc. are usually used. As a special application, mercury may be used as a working fluid. As described above, the heat pipe uses an action such as phase transformation of the internal working fluid, and is manufactured so as to avoid mixing of gas other than the working fluid into the sealed inside as much as possible. . Such contaminants are usually the atmosphere (air) mixed in the course of production, carbon dioxide dissolved in the working fluid, and the like. As a shape of the heat pipe, a flat type is widely used in addition to a typical round pipe shape. Furthermore, the heat transferred by the heat pipe may be forcibly cooled using a fan or the like.
[0058]
As a material of the heat pipe container, a metal having good heat conduction such as copper or aluminum can be used. An aluminum material excellent in workability is preferable because it is processed into a flat shape. The wick can be made of the same material as the flat heat pipe container. Water, alternative CFCs, and Fluorinert are used as the hydraulic fluid according to the compatibility with the material of the heat pipe container.
[0059]
The other end of the heat pipe (not shown) may be further extended and attached, for example, on another heat generating electronic component attached on a printed circuit board. That is, a metal heat receiving block is provided on another heat generating electronic component via a heat conductive sheet, and the other end of the heat pipe is inserted into a hole provided in the heat receiving block. The heat receiving block is in close contact with and thermally connected. By disposing the heat pipe in this way, the heat of another heat generating electronic component can be moved to the position of the heat radiating fin, and can be radiated by the heat radiating portion.
[0060]
In the heat sink having elasticity according to the present invention, the above-described bottom surface portion may be thermally connected to the heating element via an ultra-thin heat transfer rubber or oil (grease). Grease has a function of filling an air layer caused by contact variation between the heat radiation portion of the heat radiation fin and the component to be cooled, and can suppress variation between products. Instead of grease, ultra-thin heat transfer rubber (thickness of about 0.1 to 0.5 mm) may be used. Although the compression allowance is small, it has an action of filling the air layer like grease, and can suppress variation between products without impairing thermal conductivity.
[0061]
【The invention's effect】
According to this invention, without using a thick heat transfer rubber to absorb the variation in the height direction of each component, the processing cost is low, the heat dissipation efficiency is excellent, and it can be used for a thin electronic device. A heat sink, a heat radiating member, and a fixing method thereof having elasticity can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a substantially U-shaped heat radiating portion of a heat sink having an elastic force according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing a heat sink having elasticity according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining a state in which a heat sink is thermally connected to a heating element mounted on a substrate and a plate material is disposed on the heat sink.
FIG. 4 is a diagram for explaining a state in which a plate member disposed on a heat sink thermally connected to a heating element mounted on a substrate is fastened and fixed to the substrate.
FIG. 5 is a diagram for explaining another embodiment of the heat sink having elasticity according to the present invention.
FIG. 6 is a view showing another aspect of the substantially U-shaped heat dissipating part in the heat sink having the elastic force of the present invention.
FIG. 7 is a view showing another embodiment of the heat sink having elasticity according to the present invention.
FIG. 8 is a view showing another aspect of the substantially U-shaped heat dissipating part in the heat sink having the elastic force of the present invention.
FIG. 9 is a view showing another embodiment of the heat sink having elasticity according to the present invention.
FIG. 10 is a view showing a plate member of a heat dissipation member having elasticity according to the present invention.
FIG. 11 is a view showing a heat radiating portion (a) and a heat sink (b) of the heat radiating member having elasticity according to the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a result of investigation on elasticity of a heat sink having elasticity according to the present invention.
FIG. 13 is a perspective view showing an integrated heat sink in which a conventional plate material and heat dissipating fins are integrally formed.
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a state before fixation, in which a conventional integrated heat sink is connected to a component to be cooled (for example, an IC) via a heat transfer rubber.
FIG. 15 is a diagram for explaining a state in which an integrated heat sink is fixed on a substrate from the state shown in FIG. 14;
[Explanation of symbols]
1. Heat dissipation part
2. heatsink
3. slit
4). protrusion
5. Nail
6). Nail holder
7. Top surface
8). Connection
9. Bottom
10. substrate
11. Heating element
12 Board
13. Tightening member
14 Fixed member
21. Heat dissipation part
22. heatsink
23. slit
24. protrusion
25. Nail
26. Nail holder
27. Top surface
28. Connection
29. Bottom

Claims

In the heat sink fixing device,
A bottom surface portion that forms a flat heat receiving surface that is thermally connected to a heating element mounted on the substrate, an upper surface portion that faces the bottom surface portion, and a connection portion that connects the bottom surface portion and the upper surface portion. A plurality of substantially U-shaped heat radiation portions formed in parallel, a heat sink having elastic force,
A plate material placed on the upper surface of the heat sink, the plate material for pressing fixed to the portion of the substrate on which the heating element is mounted,
A fastening member for fixing the plate material to the substrate at an edge of the plate material;
A variable part for each heat radiation part formed corresponding to each heat radiation part of the heat sink;
With
When the plate material is placed on the heat sink, in a state where the fastening member is not fastened, a gap is formed between the plate material and the substrate in the portion of the fastening member,
In the state where the tightening member is tightened, the gap disappears, and at the same time, the variation in the height of each heat radiating part is absorbed through the displacement of the variable part for each heat radiating part, and the heat sink is attached to the heating element. A heat sink fixing , wherein the heat transfer rubber is configured to be pressed and does not need a heat transfer rubber having a thickness sufficient to absorb the variation in height of each heat radiating portion between the heat sink and the heat generating element. apparatus.

2. The at least one of the bottom surface portion and the top surface portion of the heat radiating portion includes a claw portion that connects each adjacent bottom surface portion and top surface portion, and a claw receiving portion corresponding to the claw portion. Heat sink fixing device.

The heat sink fixing device according to claim 1, wherein the variable portion for each heat radiating portion is configured by an inclined surface in which an upper surface portion of each heat radiating portion is inclined.

2. The heat sink fixing device according to claim 1, wherein the variable portion for each heat radiating portion includes two cut portions formed on an upper surface portion of each heat radiating portion and a protrusion formed between the cut portions. .

The variable part for each heat radiating part includes a notch and a protrusion formed on the upper surface of each heat radiating part, and the protrusion is formed between the notch of the adjacent heat radiating part. The heat sink fixing device according to claim 1.

2. The heat sink fixing device according to claim 1, wherein the variable portion for each heat radiating portion includes a C-shaped protrusion formed on an upper surface portion of each of the heat radiating portions.

The heat sink fixing device according to claim 1, wherein the variable part for each heat radiating part includes a C-shaped protrusion formed on a surface corresponding to the heat radiating part of the plate material corresponding to each upper surface part of the heat radiating part.

In the heat radiation portion corresponding surface, in order to facilitate the displacement of the C-shaped protrusion, a cut portion longer than the edge is formed along the edge of the C-shaped protrusion. The heat sink fixing device as described.

The heat sink fixing device according to claim 1, further comprising a fixing member penetrating the heat radiating portion.

A heat sink fixing method for preparing a heat sink fixing device according to any one of claims 1 to 9,
Preparing the heat sink,
Placing the heat sink on the heating element mounted on the substrate;
Placing the plate on the heat sink;
A heat sink fixing method for fastening the fastening member.