JP4646219B2 - ヒートシンク - Google Patents

Description

本発明は、ファンと組み合わせて用いる電子機器の冷却用のヒートシンク、特に、ファンの送風が効率的に放熱フィンに流れ、放熱効率の高いヒートシンクに関する。

年々発熱量が増大する電子機器の半導体チップからの発熱を効果的に放熱するためには、半導体チップ等の発熱素子の上にヒートシンクを密着させて行う方法が一般的に用いられている。図９は、従来のヒートシンクを示す図である。図９に示すように、ヒートシンク１００はベース部１０１と放熱フィン部１０２からなり、薄い平板状の半導体チップ１０３に密着接合しやすいように平板状のベース板部分を有し、該ベース板の半導体チップとは反対側の面から、薄板の複数の放熱フィンが密生するように配置された構造を備えている。

半導体チップにより発生した熱は、半導体チップと熱的に接続する熱伝導性に優れたベースプレートによりその全体に拡散され、さらにベースプレートに熱的に接続された放熱フィンにより、拡大された伝熱面から例えば大気中に放熱される。
このヒートシンクは、アルミニウム製の一体成型品として押出成形によって形成することも可能ではあるが、放熱フィン間の長さであるフィンピッチの細密化に限りがある。従って、ヒートシンクにより優れた放熱効果を期待するためには、ベースプレートと放熱フィンを別々に作製し、放熱フィンをベースプレートにロウ付けにより接合するか、もしくはベースプレートに溝部を形成し、放熱フィンを溝部に挿入して溝部の両側部を機械的にかしめる等の方法によって機械接合することが望ましい。コスト的に有利なのは、後者のベースプレートと放熱フィンを別々に作製し、放熱フィンをベースプレートにロウ付けまたは機械的に接合する方法である。

ヒートシンクのフィン群に対して、近接して配置されたファンにより風を流して半導体チップを冷却する方法に、大別して２つの方法がある。即ち、図１０に示すように、ファン１０４がフィン群の横方向に位置する水平流型の場合と、図１１に示すように、ファン１０４がヒートシンクの上部につき合わせて配置された、垂直流型の場合がある。垂直流型の場合は、ファン１０４とヒートシンク１００が一体型のファンシンクとして、水平流型の場合よりもシステム構成上簡便であり、おもにデスクトップ型のＰＣで用いられている。一方、水平流型の場合は、冷却機構として十分なスペースのとれるサーバー、ワークステーション用のＰＣにおいて主として用いられている。
特開２００３−１１５６８５号公報 アメリカ特許公開２００４/０２４０１８２Ａ１ アメリカ特許公開２００３/０１３１９７０Ａ１

垂直流型の場合に特に問題となるのは、ファンによる空気流が停滞する場合、偏流が影響を及ぼす場合である。即ち、図１０の場合には、ヒートシンク１００から十分離れたところにファン１０４が配置され、配置された全てのフィン１０２に、より均一な風が、図中矢印で示すように、左から右に流れるため、効率的な冷却が可能である。しかしながら、図１１の場合には、ファン１０４がヒートシンク１００に接して直上にあるため、例えば、ファン１０４の軸の下面にあたるヒートシンク中央部には、ほとんど風が流れて来ない。また、ファン１０４による風は、フィン１０２間をフィンに沿って斜めの方向に抜けていく成分と、ヒートシンクのベースプレート１０１にあたり、跳ね返って、フィン間を通って抜けていく成分があり、これらによる圧力損失も大きく、流速も各部で一定ではない。従って、同等の拡大伝熱面に対して、同等の容量のファンを供した場合、図１０に示す場合の方が図１１に示す場合よりも、半導体チップの温度は低下する。

図１１に示す場合の上述した問題の対策として、ベースプレートの幅をフィン長よりも小さめに設定したり、ベースプレートに切り欠き部を設けて空気流の一部が上から下にストレートに抜けるようにした例が提案されている。しかしながら、この場合でも、図１０に示すような水平流方式のように全ての風がフィン間をストレートに抜けるわけではなく、あくまでも一部の風がストレートに抜けるだけであり、なおかつ、ベースプレートと各フィンの接合長は、短くなってしまうので、ベースプレートを通って拡散された熱がフィンに十分に伝わらないという、放熱上マイナスの要因も同時に加わることになる。

それでも、上述したような改善によって、ファンをヒートシンクの真上に取り付けた場合においても、条件によっては、現実に若干の効果を上げることもできたが十分ではなかった。
上述したように、昨今、チップ発熱量が増大するとともに、チップサイズが小型化し、結果的に発熱密度が急激に増大する傾向にあり、さらなるヒートシンクの性能アップが望まれている。

従って、この発明の目的は、小型で、発熱密度の高い半導体チップ等の発熱素子を効率的に冷却することができる、ファンの軸方向に平行に配置される放熱フィンを備えたヒートシンクを提供することにある。

発明者は、上述した従来の問題点を解決するために研究を重ねた。その結果、受熱部と放熱フィンとを備えたヒートシンクの真上に配置されるファンの風は、ファンの軸方向に平行に流れるのでなく、軸方向と所定の角度（例えば３０度）で流れていることが判明した。従って、ファンの軸方向と所定の角度で流れる風を受け入れてフィンの長手方向に沿って誘導することができれば、圧力損失を低下させ、全ての風が円滑にフィン間に入ることが可能になる。

即ち、ヒートシンクの放熱フィンをファンの軸方向に対して実質的に平行に配置し、放熱フィンのファンに面する先端部の一部に（即ち、垂直のフィン２本ごとに、１本の割合で）ファンの風を放熱フィン内に誘導する風誘導部（例えば折り曲げ部）を備えることによって、概ね全ての風がフィン間に誘導されることが判明した。

この発明は上述した研究結果に基づいて行われたものであって、請求項１の発明は、発熱素子からの熱を受熱・拡散する受熱面を備えた受熱部と、前記受熱部に熱的に接続されて放熱する複数の放熱フィンを備えた、送風するファンに近接して組み合わされるヒートシンクであって、前記放熱フィンは前記ファンの軸方向に対して実質的に平行に配置され、前記複数の放熱フィンのうちの一部のフィンの端部にファンの風を前記放熱フィン内に誘導する風誘導部を備え、前記風誘導部は、前記ファンの軸方向に対して、前記ファンの風の流れに略平行な角度で折り曲げられたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、この発明のヒートシンクの第３の態様は、前記受熱部が金属製ベースプレートからなっており、前記ベースプレートの一方の面が前記受熱面を形成し、前記複数のフィンが前記ベースプレートの他方の面に取り付けられていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２記載の発明おいて、前記フィンが平板状のフィンからなっており、前記フィンの風誘導部は２つの異なる方向に折り曲げられた部分からなっていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、前記ベースプレートと前記フィンとが別々の部材からなり、接合手段により熱的に接合していることを特徴とする。

請求項５の発明は、発熱素子からの熱を受熱・拡散する受熱面を備えた受熱部と、前記受熱部に熱的に接続されて放熱する複数のフィンを備えた、送風するファンに近接して組み合わされるヒートシンクであって、前記放熱フィンは前記ファンの軸方向に対して実質的に平行に配置され、前記複数の放熱フィンのうちの一部のフィンの端部にファンの風を前記放熱フィン内に誘導する風誘導部を備え、前記受熱部は、金属製ブロックからなり、前記ブロックの底面が前記受熱面を形成し、前記ブロックの側面に前記複数のフィンが取り付けられ、前記複数の放熱フィンは、前記ブロックの側面に接合された２つのフィン群からなっており、各フィン群の折り曲げ部は、相互に異なる方向に折り曲げた部分からなっていることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項５記載の発明において、前記ブロックの形状が略円柱状または略多角柱状であることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項５又は６に記載の発明において、前記ブロックまたは前記ベースプレートと前記フィンとが別々の部材からなり、接合手段により熱的に接合していることを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項６記載の発明において、前記フィンの上端部が前記ブロックの上端面よりも上に位置していることを特徴とするヒートシンクである。

請求項９の発明は、請求項６記載の発明において、前記フィンの上端部が前記ブロックの上端面と実質的に同一になるように位置していることを特徴とするヒートシンクである。

請求項１０の発明は、請求項１から９のいずれか1項に記載の発明において、この発明のヒートシンクの第１１の態様は、前記フィンの折り曲げ角度が、前記ファンの軸方向に対して２０〜６０度であることを特徴とする。

請求項１１の発明は、請求項１から１０のいずれか1項に記載の発明において、前記折り曲げられたフィンの部分の長さが、３〜１０ｍｍの範囲内であることを特徴とする。

請求項１２の発明は、請求項１から１１のいずれか1項に記載の発明において、前記複数の放熱フィンは、平板状のフィンと、前記風誘導部を備えたフィンからなっており、前記風誘導部を備えたフィンの枚数が、前記ヒートシンク全体のフィンの枚数の４分の１〜２分の１であることを特徴とする。

請求項１３の発明は、請求項１２記載の発明において、前記平板状のフィンがファンの軸方向と垂直な方向に折り曲げ部を備えていることを特徴とする。

この発明によると、放熱フィンの上端部に、ファンの送風方向に実質的に平行になるように設けられた風誘導部を備えているので、ヒートシンクの直上に配置されたファンの風が風誘導部を通ってファンの長軸方向に沿って均一に流れて、圧力損失、偏流が少なくなり、発熱密度の大きな発熱素子を効率的に冷却することができるヒートシンクを提供することができる。

更に、この発明によると、上述した風誘導部を金属製ブロックの上端面と同じ高さまたはそれよりも低い位置に配置することができるので、ヒートシンクの高さを低くすることができ、狭い部分にも配置することができる。
更に、この発明によると、風誘導部の他に、放熱フィンが短軸方向に折り曲げ部を備えているので、放熱フィンの伝熱面積を広く確保しつつ、全体としての幅を小さくすることができ、高い放熱性能を維持しつつコンパクト化することができる。

以下に、この発明のヒートシンクの態様を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１はファンの風の流れを説明する図である。図１に示すように、一般に軸流ファンによる風の動きを詳細に検討すると、ファン１が図中矢印２で示すように回転すると、ファンの風は軸に沿って鉛直に下方に吹いているわけではなく、ファン１の回転方向２に沿って、そのベクトルは、図中に矢印３で示すように傾きを持っている。

従って、ファンによって従来のベース部および放熱フィン部を備えたヒートシンクに風を送ると、複数の放熱フィンはファンの軸方向に平行に配置されているので、ファンによる風は、フィン群の上端部に斜めに当り、フィン間に入るときに大きな損失を伴う。
この発明では、フィンの上端部に折り曲げ部からなる風誘導部を設けている。即ち、フィンに風が流入する部分（即ち、風誘導部）を、ファンが回転する方向に対応して、図１で示したファンの風の流れに平行になるように折り曲げ部の角度を設定すると、ファンによる風が、折り曲げ部に導かれて、フィンの長軸方向に沿ってフィン間を通り易くなり、放熱性能が著しく向上する。

図２はこの発明のヒートシンクの１つの態様の断面模式図である。この発明のヒートシンクは、送風するファンに近接して組み合わされるヒートシンクである。ヒートシンク４は、発熱素子からの熱を受熱・拡散する受熱面を備えた受熱部５と、受熱部に熱的に接続されて放熱する複数のフィン７を備えている。複数の放熱フィン７はファンの軸方向に対して概ね平行に配置され、放熱フィンのファンに面する端部（即ち、フィンの上端部）の一部にファンの風を放熱フィン内に誘導する風誘導部７を備えている。上述した受熱部が金属製ベースプレート５からなっており、ベースプレートの一方の面が受熱面を形成し、複数のフィン７がベースプレートの他方の面に取り付けられている。

なお、近年、ヒートシンクの複数のフィンの間のフィンピッチは稠密化しており、従来のアルミニウム押出タイプでは製造出来ないフィンピッチの小さいヒートシンクの需要が高い。これもまた高い放熱性能の要求に答えるために伝熱面をより増大させる必要から生じたものである。この発明においては、機械的接合やロウ付け等により、ベースプレートにフィンを接合するので、一定の体積の中における伝熱面を飛躍的に増大させることができ、放熱性能が著しく高まる。具体的には、これらはフィンピッチで２ｍｍ以下、フィン間隙で１．６ｍｍ以下のオーダである。このようなフィンピッチ、フィン間隙を有するヒートシンクにおいては、単に全てのフィンを折り曲げてしまうと、フィン間がもともと非常に狭いため、むしろ風が全てのフィン間に入ることが妨げられる現象も起こりうる。例えば、フィン間隙が１．６ｍｍの時に全てのフィンを鉛直方向に対し３０度折り曲げるとフィン間隙は１．４ｍｍ弱になる。（＝１．６＊ＣＯＳ３０）すなわち、その分圧力損失が生じる。

本発明では、上述したように、放熱フィンのファンに面する端部（即ち、フィンの上端部）の一部にファンの風を放熱フィン内に誘導する風誘導部７を備えている。即ち、全てのフィンではなく、複数のフィンのうち、一部のフィンに風誘導部としての折り曲げ部を設ける。例えば、２枚に１枚の割合で折り曲げ部を備えたフィンを配置し、その他は例えば折り曲げ部を除いた短いストレートな部分からなるフィンを配置すれば、風は広いフィン間隙で風誘導部に導かれ、かつ方向の一致した（即ち、同一角度で折り曲げられた）フィン入り口部を通って、損失少なく、各フィン間に導入される。

フィンの折り曲げ角度は、近接して組み合わされるファンの送風方向に実質的に一致していることが望ましい。即ち、フィンの折り曲げ角度は、ファンの軸方向に対して２０度より小さいと十分な折り曲げ効果が無く、６０度以上ではむしろフィン群に対して実質的に蓋をするような状態になり、有害である。したがって、フィンの折り曲げ角度は、２０度から６０度の間が望ましい。
フィンの折り曲げ部の長さは、３ｍｍ以下では効果が無く、１０ｍｍ以上では有害である。

また折り曲げ部を備えたフィンの枚数は、上述したように、フィン２枚に１枚で効果が現れるが、３枚に１枚、４枚に１枚でも効果はさほど衰えないが、５枚に１枚では、大きく効果は減じる。

図３は、この発明のヒートシンクの１つの態様を説明する図である。図３に示すように、この発明のヒートシンクは、送風するファンに近接して組み合わされるヒートシンクであり、発熱素子からの熱を受熱・拡散する受熱面を備えた金属製ベースプレート５と、金属製ベースプレートに熱的に接続されて放熱する、平板状のフィン６と風誘導部を備えたフィン７からなる複数のフィンを備えている。即ち、平板状の短いフィン６と、折り曲げ部を備えたフィン７が交互に金属ベースプレート上に接合されている。

更に、この態様においては、折り曲げ部を備えたフィンは、２つの異なる方向に折り曲げられた部分を備えている。即ち、図３に示すように、概ね中央部に切り欠き部８が設けられ、それを境に折り曲げ方向が相互に反対になっている折り曲げ部９−１、９−２を備えている。

このような折り曲げ部の配置は、フィンの直上に配置されるファンの風の向きに対応している。即ち、この態様においても、折り曲げ角度は、近接して組み合わされるファンの送風方向に概ね一致して選定されている。図中、手前側は右から左方向に斜めに風が流れ、奥側は逆に左から右方向に斜めに風が流れる。図から明らかなように、折り曲げ部を備えたフィン７は、その間に平板状の短いフィン６を挟むように配置されているので、隣接する折り曲げ部間の間隙は広く、ファンの風が流入しやすい。

図４は、この発明のヒートシンクの１つの態様を説明する図である。図４に示すように、この発明のヒートシンク４は、断面が台形の角錐台からなる金属製ブロック５とブロックの側面に接合された複数のフィンからなっている。複数のフィンは、ブロックの断面台形の傾斜した両側面に接合された２つのフィン群からなっている。傾斜した側面のそれぞれに接合されたフィン群の折り曲げ部９−１、９−２は、相互に異なる方向に折り曲げた部分からなっている。

図４に示すように、図中、ブロックの左側の傾斜した面には、折り曲げ部９−２が手前に向かって傾斜して配置され、右側の傾斜した面には、折り曲げ部９−１が奥側に向かって傾斜して配置されている。
この態様においても、このような折り曲げ部の配置は、フィンの直上に配置されるファンの風の向きに対応している。即ち、この態様においても、折り曲げ角度は、近接して組み合わされるファンの送風方向に概ね一致して選定されている。図中、右側は奥側から手前に向かって斜めに風が流れ、左側は逆に手前から奥側に向かって斜めに風が流れる。更に、この態様においても、折り曲げ部を備えたフィン７は、その間に平板状の短いフィン６を挟むように配置されているので、隣接する折り曲げ部間の間隙は広く、ファンの風が流入しやすい。

図５は、この発明のヒートシンクの１つの態様を説明する図である。図５に示すように、この発明のヒートシンク４は、円柱からなる金属製ブロック５とブロックの側面に軸方向と平行に接合された複数のフィン６、７からなっている。複数のフィンは、平板状のフィン６と、風誘導部を備えたフィン７からなっており、ブロックの側面の全周にわたって接合されている。ブロックの側面の全周にわたって接合されたフィンの折り曲げ部９は、円柱５の上面より上方に位置している。

この態様においても、このような折り曲げ部９の配置は、フィンの直上に配置されるファンの風の向きに対応している。即ち、この態様においても、折り曲げ角度は、近接して組み合わされるファンの送風方向に概ね一致して選定されている。ファンは、時計方向に回って、ファンからの風が、円を描きながら斜め下方向に流れる。更に、この態様においても、折り曲げ部９を備えたフィン７は、その間に平板状の短いフィン６を挟むように配置されているので、隣接する折り曲げ部間の間隙は広く、ファンの風が流入しやすい。折り曲げ部を通過した風は、フィンの長軸方向に沿ってフィンの間を通過する。

図６は、図５に示したこの発明のヒートシンクの構成部材を示す図である。図６（ａ）は折り曲げ部９を備えたフィン、図６（ｂ）は平板状の短いフィン、図６（ｃ）は、フィンが挿入される溝部をそなえた円柱ブロックを示す図である。図６（ａ）から（ｃ）に示すように、円柱ブロックの側面に形成された溝部に、平板状の短いフィン６および折り曲げ部を備えたフィン７を交互に挿入し、半田付けによって接合する。この態様では、折り曲げ部は円柱ブロックの上面よりも上方に位置している。

なお、図示しないが、折り曲げ部の上端が、円柱ブロックの上面と同一高さ、または、円柱ブロックの上面よりも低い位置に配置されてもよい。
図７は、この発明のヒートシンクの１つの態様を説明する図である。図７に示すように、この発明のヒートシンク４は、８角柱からなる金属製ブロック５とブロックの側面に軸方向と平行に接合された複数のフィン６、７からなっている。複数のフィンは、平板状のフィン６と、２つの風誘導部９−１、９−２を備えたフィン７からなっており、ブロックの側面の全周にわたって接合されている。ブロックの側面の全周にわたって接合されたフィンの折り曲げ部９は、８角柱５の上面より上方に位置している。この態様においては、フィンは、更に短軸方向に折り曲げ部１１を備えている。即ち、平板状の短いフィン６および折り曲げ部９−１、９−２を備えたフィン７も短軸方向の概ね中央部において折り曲げられている。このようにフィンを配置することによって、フィンの幅を拡大することができ、実質的に伝熱面を拡大して、放熱性能を高めることができる。２つの風誘導部９−１、９−２の間に切り欠き部を備えることによって、フィンの短軸方向の折り曲げ角度を自在に選択することができる。

この態様においても、このような折り曲げ部９−１、９−２の配置は、フィンの直上に配置されるファンの風の向きに対応している。即ち、この態様においても、折り曲げ角度は、近接して組み合わされるファンの送風方向に概ね一致して選定されている。ファンは、時計方向に回って、ファンからの風が、円を描きながら斜め下方向に流れる。更に、この態様においても、折り曲げ部９−１、９−２を備えたフィン７は、その間に平板状の短いフィン６を挟むように配置されているので、隣接する折り曲げ部間の間隙は広く、ファンの風が流入しやすい。折り曲げ部を通過した風は、フィンの長軸方向に沿ってフィンの間を通過する。

図８は、図７に示したこの発明のヒートシンクの構成部材を示す図である。図８（ａ）は折り曲げ部９−１、９−２を備えたフィン、図８（ｂ）は平板状の短いフィン、図８（ｃ）は、フィンが挿入される溝部をそなえた６角柱ブロックを示す図である。図８（ａ）から（ｃ）に示すように、６角柱ブロックの側面に形成された溝部に、それぞれファンの軸方向と垂直な方向に折り曲げ部１１を備えた平板状の短いフィン６およびファンの軸方向に折り曲げ部９−１、９−２を備えたフィン７を交互に挿入し、溝部の側方を機械的にカシメて固定して接合する。この態様では、折り曲げ部は円柱ブロックの上面よりも上方に位置している。
なお、この態様においても、図示しないが、折り曲げ部９−１、９−２の上端が、６角柱ブロックの上面と同一高さ、または、６角柱ブロックの上面よりも低い位置に配置されてもよい。

この発明のヒートシンクを実施例によって、更に詳細に説明する。
実施例１
図３に示すように、幅６５ｍｍ、長さ８０ｍｍ、厚さ８ｍｍの銅製ベースプレート５に、幅０．５ｍｍ、深さ１．５ｍｍ、長さ８０ｍｍの溝部を２ｍｍピッチで３０本形成した。このように形成した溝部内に高さ３０ｍｍ×長さ８０ｍｍ×０．５ｍｍのアルミ二ウム製の折り曲げ部を備えたフィン７を１５枚、及び高さ２５ｍｍ×長さ８０ｍｍ×厚さ０．５ｍｍの平板状の短いフィン６を１５枚それぞれ交互に挿入した。次いで、各フィン間をプレスにて押圧して塑性変形させて、機械的に接合したヒートシンクを作成した。

高さ３０ｍｍの折り曲げ部を備えたフィン１５枚については、８０ｍｍの長さの中央上部に５ｍｍの深さであらかじめ切り込み部８を形成した。図３に示すように、このように形成したフィンの切り込み部を境に、手前のフィン群の上部５ｍｍを右向きに３０度の角度で折り曲げ、奥側のフィン群の上部５ｍｍを手前のフィン群の反対方向（左向き）に３０度の角度でそれぞれ折り曲げた。
このヒートシンクの上部に上から見て、右回転の軸流ファンを載せて、ファン付きヒートシンクとした。

このように形成したフィンに風誘導部を備えたこの発明のヒートシンクと、風誘導部を備えない平板状のフィンを備えた従来のヒートシンクとに関して、熱性能を比較したところ、フィンに風誘導部を備えたこの発明のヒートシンクの方が、従来のヒートシンクよりも、０．０１Ｋ／Ｗ、熱抵抗が低減した。このように、この発明によると、放熱性能が著しく向上することがわかる。
実施例２

図４に示すように、７０ｍｍ×３０ｍｍの長方形の下面と、７０ｍｍ×１０ｍｍの長方形の上面を有し、高さが３０ｍｍである角錐台の銅製ブロック５に対し、幅７０ｍｍの対向する２つの傾斜した側面に、高さ方向に沿って幅０．４５、深さ１．５の溝部を１．６ｍｍピッチで４０本形成した。一方、厚さ０．４ｍｍのアルミニウム製の板を、２種類の以下の形状に切り取ってフィンを作製した。すなわち、ひとつのフィンは、４０×３５の長方形の４０ｍｍの１辺を３０：１０に内分する点と、それと隣り合う３５ｍｍの辺を、３０：５に内分する点を結んだ線で、直角三角形を切り取った残りの５角形の部分からなる第一のフィン７である。

他のひとつは、下底３０ｍｍ、上底４０ｍｍ、高さ３０ｍｍで、下底と上底をつなぐ２辺のうち一辺は上底及び下底に直交する台形の形状の部分からなる第二のフィン６である。このような形状の第一のフィン３０枚、および、第二のフィン３０枚をそれぞれ調製した。第一のフィン７と第二のフィン６を交互に配し、これらのフィンのそれぞれ４０ｍｍの辺が上に位置するように、斜辺で上述したブロックの溝部内に嵌合せしめた。全フィンの下辺は、銅ブロックの下底面と同一平面になるように揃えて、実施例１と同様の方法で、フィンと銅ブロックを機械的に接合した。

結果的に、長さ９０ｍｍ、幅７０ｍｍ、高さ３５ｍｍのヒートシンクが作製できた。両側あわせて８０枚のフィンのうち、２枚に一枚は、上部に５ｍｍ付きだしている。この突き出し部分を、鉛直方向に対し、２５度の角度で折り曲げた。

このように作製したヒートシンクの上部に軸流ファンを載せて、ファン付きヒートシンクを形成した。
なお、フィン上部の折り曲げ部は、軸流ファンの回転方向に対応するように配置される。即ち、図に示すブロックを挟んで右側では、風の流れが奥から手前に流れ、その風を誘導するように、フィンの折り曲げ部分は奥側に傾斜し、ブロックの左側では、風の流れが手前から奥に向かって流れ、その風を誘導するように、フィンの折り曲げ部分は手前に向かって傾斜している。従って、ブロックを挟んで、それぞれの側で、フィンの折り曲げ方向は反対になる。

このように形成したフィンに風誘導部を備えたこの発明のヒートシンクと、風誘導部を備えない平板状のフィンを備えた従来のヒートシンクとに関して、熱性能を比較したところ、フィンに風誘導部を備えたこの発明のヒートシンクの方が、従来のヒートシンクよりも、０．０１Ｋ／Ｗ、熱抵抗が低減した。このように、この発明によると、放熱性能が著しく向上することがわかる。
実施例３

図５に示すように、底面の直径４０ｍｍ、高さ３０ｍｍの銅製の円柱５の側面に、厚さ０．５ｍｍ、３５×３０のアルミニウム製のフィン７を２４枚と、厚さ０．５ｍｍ、３０×３０のアルミニウム製のフィン６を２４枚、交互に放射状に半田付けした。

アルミニウム製のフィンにはあらかじめ半田付け代として、端の１ｍｍを折り曲げておき、かつＮｉメッキを施しておいた。全てのフィンの底辺は、銅柱の底面と同一面に揃えた。また、各フィンは、銅柱の直径方向に対し若干角度をもたせ半田付け根本部において、１０度程度、上から見て左に曲げておいた。
結果的に、ひとつおきのフィンが５ｍｍだけ上部に飛び出した約９５φ×３０ｍｍ高のヒートシンクができた。

この５ｍｍの突き出し部を、上から見て左方向に、鉛直方向に対し４５度の角度で折り曲げて折り曲げ部を備えたフィンとした。
このように作製したヒートシンクの上部に、右回転の軸流ファンを載せて、ファン付きヒートシンクとした。

このように形成したフィンに風誘導部を備えたこの発明のヒートシンクと、風誘導部を備えないフィンを備えた従来のヒートシンクとに関して、熱性能を比較したところ、フィンに風誘導部を備えたこの発明のヒートシンクの方が、従来のヒートシンクよりも、０．０１Ｋ／Ｗ、熱抵抗が低減した。このように、この発明によると、放熱性能が著しく向上することがわかる。
実施例４

図７に示すように、一辺が１８ｍｍの正６角形を底面とし、高さ３０ｍｍの銅製の正六角柱５をブロックとし、この側面に溝部を形成し、溝部に０．３ｍｍ厚、４０×３０ｍｍのアルミ製のフィン６を６０枚、４０×３５ｍｍのアルミ製のフィン７を６０枚挿入して、フィン間をカシメて機械的に接合した６角柱ヒートシンクを作成した。

なお、６角柱側面には、フィン２枚分の幅（０．６ｍｍ＋アルファ）の溝部を形成し、ひとつの溝部に高さ３０ｍｍのフィン６と高さ３５ｍｍのフィン７とを埋め込み、銅ブロック５に機械的に接合した。各フィンを水平面において、折り曲げ、１００φの円形状にし、さらにひとつの溝に接合されている二枚を開いて高密度なフィン群を形成した。

接合した後では、銅製の正六角柱より上部に６０枚のフィンが５ｍｍ突き出した状態になる。この突き出した部分を３０度の角度で、ファンの回転方向に対応する方向に折り曲げて風誘導部を備えたフィンを作製した。その結果、フィンは、二枚に一枚が折り曲げられている状態になった。
このように形成したフィンに風誘導部を備えたこの発明のヒートシンクと、風誘導部を備えないフィンを備えた従来のヒートシンクとに関して、熱性能を比較したところ、フィンに風誘導部を備えたこの発明のヒートシンクの方が、従来のヒートシンクよりも、０．０１Ｋ／Ｗ、熱抵抗が低減した。このように、この発明によると、放熱性能が著しく向上することがわかる。

上述したように、この発明によると、放熱フィンの上端部に、ファンの送風方向に実質的に平行になるように設けられた風誘導部を備えているので、ヒートシンクの直上に配置されたファンの風が風誘導部を通ってファンの長軸方向に沿って均一に流れて、圧力損失、偏流が少なくなり、発熱密度の大きな発熱素子を効率的に冷却することができるヒートシンクを提供することができる。

図１は、ファンの風の流れを説明する図である。 図２はこの発明のヒートシンクの１つの態様の断面模式図である。 図３は、この発明のヒートシンクの１つの態様を説明する図である。 図４は、この発明のヒートシンクの１つの態様を説明する図である。 図５は、図５は、この発明のヒートシンクの１つの態様を説明する図である。 図６は、図５に示したこの発明のヒートシンクの構成部材を示す図である。 図７は、この発明のヒートシンクの１つの態様を説明する図である。 図８は、図７に示したこの発明のヒートシンクの構成部材を示す図である。 図９は、従来のヒートシンクを示す図である。 図１０は、従来の水平流型のヒートシンクにおけるファンの風の流れを説明する図である。 図１１は、従来の垂直流型のヒートシンクにおけるファンの風の流れを説明する図である。

符号の説明

１ ファン
２ ファンの風
３ ファンの風の流れ
４ ヒートシンク
５ 受熱部
６ フィン
７ 風誘導部
８ 切り欠き部
９ 折り曲げ部
１０ 溝部
１１ ファンの軸方向に垂直な方向の折り曲げ部

Claims (13)

1. 発熱素子からの熱を受熱・拡散する受熱面を備えた受熱部と、前記受熱部に熱的に接続されて放熱する複数の放熱フィンを備えた、送風するファンに近接して組み合わされるヒートシンクであって、
   前記放熱フィンは前記ファンの軸方向に対して実質的に平行に配置され、前記複数の放熱フィンのうちの一部のフィンの端部にファンの風を前記放熱フィン内に誘導する風誘導部を備え、
   前記風誘導部は、前記ファンの軸方向に対して、前記ファンの風の流れに略平行な角度で折り曲げられたことを特徴とするヒートシンク。
2. 前記受熱部が金属製ベースプレートからなっており、前記ベースプレートの一方の面が前記受熱面を形成し、前記複数のフィンが前記ベースプレートの他方の面に取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載のヒートシンク。
3. 前記フィンが平板状のフィンからなっており、前記フィンの風誘導部は２つの異なる方向に折り曲げられた部分からなっていることを特徴とする、請求項２に記載のヒートシンク。
4. 前記ベースプレートと前記フィンとが別々の部材からなり、接合手段により熱的に接合していることを特徴とする請求項２又は３に記載のヒートシンク。
5. 発熱素子からの熱を受熱・拡散する受熱面を備えた受熱部と、前記受熱部に熱的に接続されて放熱する複数のフィンを備えた、送風するファンに近接して組み合わされるヒートシンクであって、
   前記放熱フィンは前記ファンの軸方向に対して実質的に平行に配置され、前記複数の放熱フィンのうちの一部のフィンの端部にファンの風を前記放熱フィン内に誘導する風誘導部を備え、
   前記受熱部は、金属製ブロックからなり、前記ブロックの底面が前記受熱面を形成し、前記ブロックの側面に前記複数のフィンが取り付けられ、
   前記複数の放熱フィンは、前記ブロックの側面に接合された２つのフィン群からなっており、各フィン群の折り曲げ部は、相互に異なる方向に折り曲げた部分からなっていることを特徴とするヒートシンク。
6. 前記ブロックの形状が略円柱状または略多角柱状であることを特徴とする請求項５に記載のヒートシンク。
7. 前記ブロックと前記フィンとが別々の部材からなり、接合手段により熱的に接合していることを特徴とする請求項５又は６に記載のヒートシンク。
8. 前記フィンの上端部が、前記ブロックの上端面よりも上に位置していることを特徴とする、請求項６に記載のヒートシンク。
9. 前記フィンの上端部が、前記ブロックの上端面と実質的に同一になるように位置していることを特徴とする、請求項６に記載のヒートシンク。
10. 前記フィンの折り曲げ角度が、前記ファンの軸方向に対して２０〜６０度であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のヒートシンク。
11. 前記折り曲げられたフィンの部分の長さが、３〜１０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のヒートシンク。
12. 前記複数の放熱フィンは、平板状のフィンと、前記風誘導部を備えたフィンからなっており、前記風誘導部を備えたフィンの枚数が、前記ヒートシンク全体のフィンの枚数の４分の１〜２分の１であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のヒートシンク。
13. 前記平板状のフィンが、ファンの軸方向と垂直な方向に折り曲げ部を備えていることを特徴とする請求項１２に記載のヒートシンク。

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