JP5177794B2 - Radiator - Google Patents
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Description
本発明は、例えばスイッチング電源装置などに代表される各種電気機器の内部に使用され、半導体素子などの発熱体によって生じる熱を放熱させる放熱器に関する。 The present invention relates to a radiator that is used in various electric equipments typified by, for example, a switching power supply device and radiates heat generated by a heating element such as a semiconductor element.
近年電子部品の高性能化、小型化につれ、集積度や実装密度は増大し、電子部品の発熱が多くなってきている。装置内の温度上昇は、各電子部品の寿命や動作の信頼性に影響を及ぼすので、冷却対策が課題となっている。発熱をともなう半導体素子などは、その発熱体に接触して発熱体からの熱を受ける受熱板を通じて、放熱フィンなどの放熱部に熱を導き、ここで送風装置などからの風をさせて放熱部を冷却することにより、温度上昇を低減している放熱器を有している。 In recent years, as the performance and size of electronic components have increased, the degree of integration and mounting density has increased, and the heat generation of electronic components has increased. Since the temperature rise in the apparatus affects the life of each electronic component and the reliability of operation, cooling measures are an issue. A semiconductor element that generates heat, for example, directs heat to a heat-dissipating part such as a heat-dissipating fin through a heat receiving plate that contacts the heat-generating element and receives heat from the heat-generating element. The radiator has reduced the temperature rise by cooling.
図3Aおよび図3Bは、従来の放熱器の構造を示したものである。同図において、51は絶縁体からなる基材の片面または両面に、銅箔などの配線パターン(図示せず)を形成し、さらにこの配線パターンの適所に、導電性のメッキスルーホール52を設けてなるプリント基板である。また、53は複数のリード端子54を有する発熱体である。発熱体53の各リード端子54は対応するスルーホール52にそれぞれ挿通され、リード端子54とスルーホール52との間に半田を溶融付着させることで、プリント基板51と発熱体53との電気的な接続が図られる。
3A and 3B show the structure of a conventional radiator. In the figure, 51 is a wiring pattern (not shown) such as a copper foil formed on one or both sides of a base material made of an insulator, and a conductive plated through
一方、61は発熱体53からの熱を放散させるための放熱器である。この放熱器61は、当該発熱体53と並ぶようにプリント基板51上に立設される受熱板62と、当該受熱板62の一側面62Aに一体成形された複数の放熱部としての放熱フィン63a,63b,63cとを備えている。この放熱フィン63a,63b,63cは、受熱板62の厚さ方向の一側面62Aより等間隔に複数突出して設けられており、同一の突出長さL4’で形成されている。そして、発熱体53は受熱板62の一側面62Aと接してねじ64によって固定される。
On the other hand, 61 is a radiator for dissipating heat from the
以上より従来の放熱器61は、半導体素子からなる発熱体53の熱が、熱伝導性に優れた材料からなる放熱器61によって受熱板62から放熱フィン63a,63b,63cに速やかに伝熱し、ここで送風装置からの風を放熱フィン63a,63b,63cに当てて熱交換を行なうことにより、発熱体53を冷却し空気中に放熱するようになっている。放熱フィン63a,63b,63cへの伝熱作用は、まず発熱体53の近くに位置する放熱フィン63cに伝熱し、そこで送風装置からの送風により空気中に放熱され、さらにこの部位で放熱しきれなかった熱が、発熱体53から次第に離れた放熱フィン63bや放熱フィン63aへと順に伝熱して送風により放熱していく(特許文献1参照)。
上記構成の放熱器61においては、発熱体53を中心として、この発熱体53から発生した熱が、受熱板54を放射状に伝わることになる。具体的には、受熱板54の基部から先ず発熱体53に最も近い放熱フィン63cに伝熱し、そこで放熱フィン63cの周辺を通過する空気と熱交換して放熱する。また、放熱フィン63cで放熱しきれなかった熱は、発熱体53から2番目に近い別な放熱フィン63bに伝熱し、そこで放熱フィン63bの周辺を通過する空気と熱交換して空気中に放熱する。さらに放熱フィン63bで放熱しきれなかった熱は、発熱体53から最も遠い位置にある放熱フィン63aに伝熱し、同様に放熱フィン63aの周辺を通過する空気と熱交換して空気中に放熱するようになっている。
In the
しかし、放熱フィン63a,63bの幅方向両側部は、熱源である発熱体53から最も離れた部位にあって、発熱体53からの熱が届きにくく、放熱に寄与しにくい部分となっている。そのため、この部位における放熱フィン63a,63bが無駄になって、放熱器を組み込む電気機器の小型化を妨げている。
However, both sides in the width direction of the
また、送風装置により放熱器61の一方向から強制風を送り込む場合、送風の向きによっては冷却性能が低下する場合があった。例えば、図3Aを用いて説明すると、図示しない送風装置からの冷却風Aが、各放熱フィン63a,63b,63cに沿ってではなく、矢印に示すような放熱フィン63a,63b,63cの斜め上方向から送り込まれている状況では、発熱体53から最も大きく離れた放熱フィン63aの幅方向一側部に、冷却風Aが集中してあたるようになっている。こうなると、放熱に寄与しにくい部位である放熱フィン63aの幅方向一側部が邪魔をして、発熱体53からの熱が最初に伝わる放熱フィン63cに、冷却風が効果的にあたりにくくなり、放熱器61としての放熱性能が低下するという問題があった。
In addition, when forced air is sent from one direction of the
そこで本発明は、発熱体に近い放熱部に冷却風が効果的にあたるようにして、放熱性能を低下させることなく、小型化を実現可能な放熱器を提供することをその目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a radiator that can be reduced in size without deteriorating heat dissipation performance by effectively applying cooling air to a heat radiating portion close to a heating element.
本発明の請求項1における放熱器は、発熱体に接触して前記発熱体からの熱を受ける受熱板と、前記受熱板の幅方向に沿って一側面に並設された複数の放熱部とからなり、前記受熱板と前記放熱部の幅方向の長さが、前記発熱体から離れた位置にあるほど次第に短く形成される。 A radiator according to claim 1 of the present invention includes a heat receiving plate that contacts the heat generating element and receives heat from the heat generating element, and a plurality of heat dissipating parts that are arranged side by side along the width direction of the heat receiving plate. The length in the width direction of the heat receiving plate and the heat radiating portion is gradually shortened as the distance from the heating element increases.
本発明の請求項2における放熱器は、前記受熱板の他側面にも少なくとも1つ以上の放熱部が設置される。
In the heat radiator according to
請求項1の発明では、半導体素子などの発熱体に接触して伝熱される受熱板の一側面に、複数の放熱部が並設されると共に、その受熱板と放熱部の幅方向の長さが、発熱体の中心から離れた位置にあるほど次第に短く形成される。このように、発熱体の中心から離れた位置にあって、放熱に寄与しにくい受熱板や放熱部の部分を切断することで、放熱部の斜め方向から冷却風が送り込まれるような場合であっても、発熱体からの熱が最初に伝わる放熱フィンに冷却風が効果的にあたるようになり、発熱体から伝わった熱を効果的に冷却して、放熱効率を高めることができる。 In the first aspect of the present invention, a plurality of heat radiating portions are arranged in parallel on one side of the heat receiving plate that is transferred to heat by contacting a heating element such as a semiconductor element, and the length in the width direction of the heat receiving plate and the heat radiating portion. However, the distance from the center of the heating element is gradually shortened. In this way, the cooling air is sent from an oblique direction of the heat radiating part by cutting the heat receiving plate and the heat radiating part which are located away from the center of the heat generating element and hardly contribute to heat radiation. However, the cooling air is effectively applied to the radiating fin to which the heat from the heating element is first transmitted, and the heat transmitted from the heating element can be effectively cooled to increase the heat radiation efficiency.
実際、発熱体から受熱板を通じて放熱部に伝わる熱は、発熱体から放熱部までの位置が離れれば離れるほど伝わりにくく、放熱に寄与しにくい。そこで、放熱に寄与しにくい受熱板や放熱部の部分を短くしても、放熱機能に影響することはほとんどなく、こうした部分を切断することで、放熱器の小型化が可能になる。したがって、発熱体に近い放熱部に冷却風が効果的にあたるようにして、放熱性能を低下させることなく、小型化を実現可能な放熱器を提供できる。 In fact, the heat transmitted from the heat generating element to the heat radiating part through the heat receiving plate is less likely to be transmitted as the position from the heat generating element to the heat radiating part increases, and it is difficult to contribute to heat dissipation. Therefore, even if the heat receiving plate and the heat radiating portion that are unlikely to contribute to heat radiation are shortened, the heat radiating function is hardly affected. By cutting such a portion, the radiator can be miniaturized. Therefore, it is possible to provide a radiator that can be reduced in size without deteriorating the heat dissipation performance by effectively applying cooling air to the heat radiating portion close to the heating element.
また請求項2の発明では、受熱板の一側面だけではなく他側面にも放熱部を同様に設置しているので、放熱器としての放熱性能すなわち冷却効率をさらに高めることができる。また、例えば電子機器への搭載において、スペース的に放熱器の高さを抑える必要が出てきた場合でも、放熱部を受熱板の他側面に設けることで、放熱性能を維持しつつ放熱器の高さを抑えることができる。
Further, in the invention of
以下、添付図面を参照しながら、本発明における放熱器の好ましい実施例を説明する。なお、以下の各実施例について、同一部分には同一符号を付し、その共通する箇所の説明は重複を避けるため極力省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of a radiator according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following embodiments, the same portions are denoted by the same reference numerals, and description of common portions is omitted as much as possible to avoid duplication.
図1Aおよび図1Bは、本発明の第1実施例における放熱器1を示している。この放熱器1は発熱体53からの熱を放散させるためのもので、プリント基板51上に立設される受熱板2と、その受熱板2の厚さ方向の一側面2Aに一体成形された複数の放熱部である放熱フィン3a,3b,3cとを備えている。放熱フィン3a,3b,3cと受熱板2は、軽量で熱伝導性にすぐれたアルミニウムなどの部材で一体成形される。また、放熱フィン3a,3b,3cは、受熱板2の一側面2Aよりくし歯状に、発熱体53の上部から受熱板2の上端にかけて、所定のピッチで並列に複数突出して設けられており、同一の突出長さL4で形成されている。そして、発熱体53は受熱板2の一側面2Aと接してねじ64によって固定される。
1A and 1B show a radiator 1 according to a first embodiment of the present invention. The radiator 1 is for radiating heat from the
プリント基板51は従来例と同様に、絶縁体からなる基材の片面または両面に、銅箔などの配線パターン(図示せず)を形成し、さらにこの配線パターンの適所に、導電性のメッキスルーホール52を設けて構成される。発熱体53の各リード端子54は対応するスルーホール52にそれぞれ挿通され、リード端子54とスルーホール52との間に半田を溶融付着させることで、プリント基板51と発熱体53との電気的な接続が図られる。
As in the conventional example, the printed
前記放熱器1の受熱板2は、プリント基板51に接する部分から上端にかけて所定の高さを有し、その高さ方向の上部に放熱フィン3a,3b,3cを一体的に形成する一方で、下部に発熱体53を配置するようにしている。さらに本実施例では、受熱板2と熱的に接続する発熱体53を中心として、この発熱体53から受熱板2の端縁までの放射方向の距離ができるだけ等しくなるように、プリント基板51と平行な受熱板2および放熱フィン3a,3b,3cの幅(横)方向の長さL1,L2,L3が、発熱体53から離れた位置にあるほど次第に短く形成される。ここでは、矩形状の受熱板2の左右端面を斜め方向に且つ直線状に切断することで、発熱体53から最も離れた位置にある放熱フィン3aの幅方向の長さL1が、当該放熱フィン3aよりも発熱体53の近傍に位置する放熱フィン3bの幅方向の長さL2よりも短かく、また放熱フィン3bの幅方向の長さL2が、当該放熱フィン3bよりも発熱体53の近傍に位置する放熱フィン3cの幅方向の長さL3よりも短かく形成される。このように、放熱器1として発熱体53から遠く、放熱に寄与しにくい不要な部分を予め切断することで、放熱器全体の放熱性能に影響を及ぼすことなく、従来のものよりも小型化を実現することが可能になる。
The
なお、上記構成においては、放熱フィン3a,3b,3cの幅方向の長さL1,L2,L3が、発熱体53から離れた位置にあるほど両側から次第に短くなっていくように、受熱板2の左右端面を段階状に形成してもよい。また、発熱体53から受熱板2の端縁までの放射方向の距離を極力等しくするために、受熱板2の左右端面を直線状にではなく、湾曲状に形成してもよい。この場合も、受熱板2および放熱フィン3a,3b,3cの幅方向の長さL1,L2,L3は、L1<L2<L3の関係を保つようにする。さらに、発熱体53と受熱板2との熱伝導性を高めるために、この発熱体53と受熱板2との間にサーマルコンパウンドなどを介在させてもよい。
In the above configuration, the
次に、上記構成の放熱器1について、その作用を説明する。半導体素子からなる発熱体53の熱が、熱伝導性に優れた材料からなる放熱器1によって受熱板2から放熱フィン3a,3b,3cに速やかに伝熱し、ここで送風装置からの風を放熱フィン3a,3b,3cに当てて熱交換を行なうことにより、発熱体53を冷却し空気中に放熱するようになっている。放熱フィン3a,3b,3cへの伝熱作用は、まず発熱体53の近くに位置する放熱フィン3bに伝熱し、そこで図示しない送風装置からの送風により空気中に放熱され、さらにこの部位で放熱しきれなかった熱が、発熱体53から次第に離れた放熱フィン3bや放熱フィン3aへと順に伝熱して送風により放熱していく。送風装置からの冷却風が、放熱フィン3a,3b,3cに沿って横方向に流れる場合は、各放熱フィン3a,3b,3cに伝達した熱を満遍なく奪うことが可能になる。
Next, the effect | action is demonstrated about the heat radiator 1 of the said structure. The heat of the
一方、図1Aに示すように、送風装置からの冷却風Aが、各放熱フィン3a,3b,3cに沿って平行にではなく、矢印のような放熱フィン3a,3b,3cの斜め上方向から送り込まれる場合も想定される。しかしこの場合は、受熱板2および放熱フィン3a,3b,3cの幅方向の長さL1,L2,L3が、発熱体53から離れた位置にあるほど次第に短かくなるように、受熱板2および放熱フィン3a,3b,3cの左右端面が斜めに切断されている関係で、各放熱フィン3a,3b,3cの左右端面周囲に冷却風が抵抗なく流れ、発熱体53の近傍に位置する放熱フィン3cに冷却風があたりやすくなる。したがって、発熱体53からの熱が最初に伝わる放熱フィン3cに冷却風が効果的にあたり、放熱器1として放熱性能を低下させることなく、小型化を実現することが可能になる。
On the other hand, as shown in FIG. 1A, the cooling air A from the air blower is not parallel along the
このように、本実施例における放熱器1は、発熱体53に接触してこの発熱体53からの熱を受ける受熱板2と、受熱板2の幅方向に沿って一側面に並設された複数の放熱部たる放熱フィン3a,3b,3cとからなり、受熱板2と放熱フィン3a,3b,3cの幅方向の長さL1,L2,L3が、発熱体53から離れた位置にあるほど次第に短く形成される。
As described above, the heat radiator 1 in this embodiment is arranged side by side along the width direction of the
この場合、半導体素子などの発熱体53に接触して伝熱される受熱板2の一側面2Aに、複数の放熱フィン3a,3b,3cが並設されると共に、その受熱板2と放熱フィン3a,3b,3cの幅方向の長さL1,L2,L3が、発熱体53の中心から離れた位置にあるほど次第に短く形成される。このように、発熱体53の中心から離れた位置にあって、放熱に寄与しにくい受熱板2や放熱フィン3a,3b,3cの部分を切断することで、放熱フィン3a,3b,3cの斜め方向から冷却風が送り込まれるような場合であっても、発熱体53からの熱が最初に伝わる放熱フィン3cに冷却風が効果的にあたるようになり、発熱体53から伝わった熱を効果的に冷却して、放熱効率を高めることができる。
In this case, a plurality of
実際、発熱体53から受熱板2を通じて放熱フィン3a,3b,3cに伝わる熱は、発熱体53から放熱フィン3a,3b,3cまでの位置が離れれば離れるほど伝わりにくく、放熱に寄与しにくい。そこで、放熱に寄与しにくい受熱板2や放熱フィン3a,3b,3cの部分を短くしても、放熱機能に影響することはほとんどなく、こうした不要な部分を切断することで、放熱器1の小型化が可能になる。したがって、発熱体53に近い放熱フィン3a,3b,3cに冷却風が効果的にあたるようにして、放熱性能を低下させることなく、小型化を実現可能な放熱器を提供できる。
In fact, the heat transmitted from the
図2Aおよび図2Bは、本発明の第2実施例における放熱器1を示している。放熱器1の構造は、第1実施例とほぼ同様であり、違いは、受熱板2の厚さ方向の一側面2Aだけではなく、厚さ方向の他側面2Bにも、放熱フィン3d,3eが同様に一体形成されていることである。すなわち、第1実施例では受熱板2の一側面2Aにのみ複数の放熱フィン3a,3b,3cを設けたが、ここでの放熱器1は、受熱板2の一側面2Aに複数の放熱フィン3a,3b,3cを設けるだけでなく、その受熱板2の他側面2Bにも同様に複数の放熱フィン3d,3eを設けている。放熱フィン3d,3eは、受熱板2の他側面2Bよりくし歯状に、所定のピッチで並列に複数突出して設けられており、ここでは同一の突出長さL7で形成されている。なお、複数の放熱フィン3d,3eは所定のピッチである限り、受熱板2の他側面2Bのどの位置に設けてもよい。
2A and 2B show a radiator 1 in the second embodiment of the present invention. The structure of the radiator 1 is almost the same as that of the first embodiment, and the difference is that not only the one
そしてこの実施例でも、プリント基板51と平行な受熱板2および放熱フィン3a,3b,3c,3d,3eの幅(横)方向の長さL1,L2,L3,L5,L6が、発熱体53から離れた位置にあるほど次第に短く形成される。ここでは、矩形状の受熱板2の左右端面を斜め方向に且つ直線状に切断することで、受熱板2の一側において、発熱体53から最も離れた位置にある放熱フィン3aの幅方向の長さL1が、当該放熱フィン3aよりも発熱体53の近傍に位置する放熱フィン3bの幅方向の長さL2よりも短かく、また放熱フィン3bの幅方向の長さL2が、当該放熱フィン3bよりも発熱体53の近傍に位置する放熱フィン3cの幅方向の長さL3よりも短かく形成されると共に、受熱板2の他側において、発熱体53から最も離れた位置にある放熱フィン3dの幅方向の長さL5が、当該放熱フィン3dよりも発熱体53の近傍に位置する放熱フィン3eの幅方向の長さL6よりも短かく形成される。このように、放熱器1として発熱体53から遠く、放熱に寄与しにくい不要な部分を予め切断することで、放熱器全体の放熱性能に影響を及ぼすことなく、従来のものよりも小型化を実現することが可能になる。それ以外の放熱器1としての構成は、第1実施例と共通している。
Also in this embodiment, the length L1, L2, L3, L5, L6 in the width (lateral) direction of the
本実施例では、放熱器1の受熱板2が発熱体53と接続しているので、発熱体53からの熱が、受熱板2と接続している部分から、発熱体53の最も近くに位置する放熱フィン3cに伝熱し、そこで放熱フィン3cの周辺を通過する空気と熱交換して放熱され、さらにこの放熱フィン3cで放熱しきれなかった熱が、発熱体53から次第に離れた別の放熱フィン3e,3b,3d,3aへと順に伝熱し放熱される。ここで、送風装置からの冷却風が、放熱フィン3a,3b,3c,3d,3eに沿って横方向に流れる場合は、各放熱フィン3a,3b,3c,3d,3eに伝達した熱を満遍なく奪うことが可能になるが、図2Aに示すように、送風装置からの冷却風Aが、矢印のように放熱フィン3a,3b,3c,3d,3eの斜め上方向から送り込まれる場合であっても、受熱板2および放熱フィン3a,3b,3c,3d,3eの幅方向の長さL1,L2,L3,L5,L6が、発熱体53から離れた位置にあるほど次第に短かくなるように、受熱板2および放熱フィン3a,3b,3c,3d,3eの左右端面が斜めに切断されているので、各放熱フィン3a,3b,3c,3d,3eの左右端面周囲に冷却風が抵抗なく流れ、発熱体53の近傍に位置する放熱フィン3cや放熱フィン3dに冷却風があたりやすくなる。したがってこの場合も、発熱体53からの熱が最初に伝わる放熱フィン3cや放熱フィン3dに冷却風が効果的にあたり、放熱器1として放熱性能を低下させることなく、小型化を実現することが可能になる。
また、受熱板2の一側面2Aだけではなく、受熱板2の他側面2Bにも放熱フィン3d,3eを設けているので、放熱器1としての放熱性能すなわち冷却効率をさらに高めることができる。また、例えば電子機器への搭載において、スペース的に放熱器の高さを抑える必要が出てきた場合でも、スペース的に高さを抑える必要が出てきた場合でも、放熱フィン3d,3eを受熱板2の他側面2Bに設けることで、放熱性能を維持しつつ放熱器1の高さを抑えることができる。
In this embodiment, since the
Moreover, since the
以上のように実施例2では、受熱板2の他側面2Bにも少なくとも1つ以上の放熱フィン3d,3eが設置されるので、この放熱フィン3d,3eを利用して熱交換を行なうことで、放熱性能すなわち冷却効率をさらに高めることができる放熱器を提供できる。さらに、スペース的に高さを抑える必要が出てきた場合でも、放熱フィン3d,3eを受熱板2の他側面2Bに設けることで、放熱性能を維持しつつ放熱器1の高さを抑えることができる。
As described above, in the second embodiment, at least one
なお、別な変形例として、例えば受熱板2の一側面2Aと他側面2Bで、対称的に放熱フィン3a,3b,3cと放熱フィン3d,3eをそれぞれ設置してもよい。また、第1実施例や第2実施例に共通して、受熱板2の他側面2Bに発熱体53を取り付けできるようにしてもよく、この場合も上記各実施例と同様の作用効果を発揮することができる。
As another modification, for example, the
なお、本実施例は上記各実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、放熱部としては実施例中のような板状の放熱フィンに代わり、複数のピンを所定の密度で配置したものを適用しても良い。 In addition, a present Example is not limited to said each embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible. For example, as the heat radiating portion, a plate in which a plurality of pins are arranged at a predetermined density may be applied instead of the plate-shaped heat radiating fins in the embodiment.
2 受熱板
2A 一側面
2B 他側面
3a,3b,3c,3d,3e 放熱フィン(放熱部)
53 発熱体
2
53 Heating element
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