JP6132869B2 - heatsink - Google Patents
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Description
この発明は、例えば発熱素子を冷却するヒートシンクに関するものである。 The present invention relates to a heat sink for cooling a heat generating element, for example.
近年、CPU,LSI、パワー半導体素子等の発熱素子の発熱密度が増大し高温になることから、ヒートシンクに求められる放熱性能は年々高まっている。
ヒートシンクの放熱性能は、ヒートシンクに設けられた放熱フィンの単位体積当たりの放熱面積が大きい程高くなる。
放熱フィンの単位体積当たりの放熱面積は、隣接した、放熱フィン間の隙間の距離が小さい程大きくなるが、隣接した、各放熱フィン間の隙間にゴミ等が詰ることを防止するために、ヒートシンクの使用環境に応じて、放熱フィン間の隙間の距離に下限が設けられる場合がある。よって、放熱フィン間の隙間の制約内で、いかに放熱フィンの単位体積当たりの放熱面積を大きくするかが、ヒートシンクの放熱性能向上の鍵となる。
従来、ヒートシンクとして、断面形状が正六角形のフィンを規則的に配列したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
In recent years, since the heat generation density of heat generating elements such as CPUs, LSIs, and power semiconductor elements has increased and become high temperature, the heat dissipation performance required for heat sinks has been increasing year by year.
The heat radiation performance of the heat sink increases as the heat radiation area per unit volume of the heat radiation fin provided on the heat sink increases.
The heat dissipating area per unit volume of the heat dissipating fins increases as the distance between adjacent heat dissipating fins decreases. Depending on the usage environment, there may be a lower limit on the distance between the radiating fins. Therefore, how to increase the heat dissipating area per unit volume of the heat dissipating fin within the restriction of the gap between the heat dissipating fins is the key to improving the heat dissipating performance of the heat sink.
Conventionally, a heat sink in which regular hexagonal fins are regularly arranged is known (see, for example, Patent Document 1).
図17は、上記特許文献におけるヒートシンクの各放熱フィン3の配置を示す図である。
このヒートシンクでは、複数の放熱フィン3の配列は、風の方向である第1の方向に沿って、各放熱フィン3の正六角形の第1の辺の側壁面と第1の辺に対向する他の第4の辺の側壁面とが平行に整列し、かつ第1の方向に対して、各放熱フィンの正六角形の第1の辺に隣接する第2の辺が第1の辺に対してなす角度の第2の方向に沿って、第2の辺の側壁面と第2の辺に対向する第5の辺の側壁面とが平行に整列され、かつ第1の方向に対して、各放熱フィン3正六角形の第1の辺に隣接する第6の辺が第1の辺に対してなる角度の第3の方向に沿って、第6の辺の側壁面と第6の辺に対向する第3の辺の側壁面とが平行に整列されている。
FIG. 17 is a view showing the arrangement of the
In this heat sink, the arrangement of the plurality of radiating
上記ヒートシンクでは、各放熱フィン3は、正六角形の第1〜第6辺の各々について、辺の側壁面の延長面上に隣りの放熱フィン3における対応する辺の側壁面が位置付けられており、そのため図18の斜線で示したように、隣接した放熱フィン3間で、空き領域7の面積が大きいため、放熱フィンの単位体積当たりの放熱面積の向上には限界があるという問題点があった。
In the heat sink, for each of the first to sixth sides of the regular hexagon, the side surfaces of the corresponding sides of the
この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、ゴミ等が詰まることを防止するために設けられた隣接した放熱フィン間の距離の下限値を維持しつつ、放熱フィンの単位体積当たりの放熱面積を大きくし、放熱性能を高くすることができるヒートシンクを得ることを目的とする。 An object of the present invention is to solve such a problem, and while maintaining the lower limit of the distance between adjacent radiating fins provided to prevent clogging of dust, the radiating fins An object of the present invention is to obtain a heat sink capable of increasing the heat radiation area per unit volume and improving the heat radiation performance.
この発明に係るヒートシンクは、ベースに複数の放熱フィンが設けられたヒートシンクであって、
各前記放熱フィンは、断面形状が正多角形であり、
また隣接した前記放熱フィン同士は、互いに側面が全面対向し、かつ各互いに離間して対向した前記側面間の距離である側面間距離が等しく配置されている。
The heat sink according to the present invention is a heat sink in which a plurality of heat radiation fins are provided on a base,
Each of the radiating fins has a regular polygonal cross-sectional shape,
Further, the adjacent radiating fins are arranged such that the side surfaces face each other and the distance between the side surfaces, which is the distance between the side surfaces facing each other apart from each other, is equal.
この発明によれば、ゴミ等が詰まることを防止するために設けられたフィン側面間距離の下限値を維持しつつ、放熱フィンの単位体積当たりの放熱面積を大きくし、放熱性能を高くすることができる。 According to this invention, while maintaining the lower limit of the distance between the fin side surfaces provided to prevent clogging of dust, etc., the heat radiation area per unit volume of the heat radiation fin is increased, and the heat radiation performance is enhanced. Can do.
以下、この発明に係るヒートシンクの各実施の形態について図に基いて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。 Hereinafter, embodiments of the heat sink according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent members and parts will be described with the same reference numerals.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1のヒートシンクを示す分解斜視図である。
このヒートシンクは、発熱素子1が表面に設置されたベース2と、このベース2の裏面に設けられた複数の放熱フィン3と、ベース2を収納したジャケット4と、このジャケット4の対向した側面にそれぞれ設けられた冷媒入口部5、及び冷媒出口部6と、を備えている。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a heat sink according to
The heat sink includes a
このヒートシンクでは、冷媒は、図1の矢印イに示すように、冷媒入口部5を通って、ジャケット4とベース2との間の空間に入る。この空間内では、冷媒は、発熱素子1から受熱した放熱フィン3と熱交換し、放熱フィン3を通じて発熱素子1は冷却される。放熱フィン3との熱交換により受熱した冷媒は、そのまま冷媒出口部6を通じてヒートシンクの外部に排出される。
なお、冷媒は液体、気体、気液混合体を問わない。また、ヒートシンクが設置される環境によっては、ジャケット4は必ずしも必要ではなく、省略してもよい。
In this heat sink, the refrigerant enters the space between the
The refrigerant may be liquid, gas, or gas-liquid mixture. Further, depending on the environment in which the heat sink is installed, the
図2は、図1の放熱フィン3及びベース2を示す平面図、図3は図2のAの部位を拡大した図である。
この放熱フィン3は、断面形状が外接円半径rの正六角形である。放熱フィン3の配置は、1つの放熱フィン3の周囲に6つの放熱フィン3が隣接して配置されている。一つの放熱フィン3の各辺は、周囲の各放熱フィン3のそれぞれの辺と対向している。
互いに側面が全面対向し、かつ互いに離間して対向した側面間の距離を側面間距離と呼び、この値がtである。
FIG. 2 is a plan view showing the
The radiating
The distance between the side surfaces that face each other and face each other at a distance is called the distance between the side surfaces, and this value is t.
なお、放熱フィン3は、角部に角R(丸み)を形成してもよい。この場合は、外接円半径rは、角Rが付く前の放熱フィン3の断面形状に対する外接円半径とすればよい。
また、放熱フィン3は、ベース2から垂直方向にテーパーを付けてもよい。この場合は、側面間距離tは、テーパーの付いた放熱フィン3での平均高さ(例えば、放熱フィン3が直線状に傾斜していた場合には、その中間部での高さ)における側面間距離とすればよい。
In addition, the
Further, the
図4は、図2の放熱フィン3を紙面垂直方向に視た模式図、図5は、実施の形態1のヒートシンクにおける放熱フィン3の外接円半径をr、フィン側面間距離をt、r/t=αと置いたとき、放熱フィン3の単位体積当たりの放熱面積からtを除した値の12α/(√3+α)(3+√3α)を縦軸に、αを横軸にとったグラフである。
図4より、放熱フィン3の高さをhと置くと、図4の点線で囲まれた領域である、放熱フィン3の繰り返し単位の領域の放熱フィン3の体積は、(1)式で表すことができる。
FIG. 4 is a schematic view of the
From FIG. 4, when the height of the
(√3+α)(3+√3α)h・・・・(1) (√3 + α) (3 + √3α) h (1)
また、放熱フィン3から冷媒への放熱が側面からなされるものとすると、放熱フィン3の繰り返し単位の中にある放熱面積は、(2)式で表すことができる。
Further, assuming that heat is radiated from the
12rh・・・・(2) 12rh ... (2)
式(1)、式(2)より、放熱フィン3の繰り返し単位の領域での単位体積当たりの放熱面積は、
12rh/{(√3r+t)(3r+√3t)h}
=(1/t){12α/(√3+α)(3+√3α)}・・・・(3)
ただし、α=r/tとする。
From Formula (1) and Formula (2), the heat radiation area per unit volume in the repeating unit region of the
12 rh / {(√3r + t) (3r + √3t) h}
= (1 / t) {12α / (√3 + α) (3 + √3α)} (3)
However, α = r / t.
式(3)より、任意のtに対し12α/{(√3+α)(3+√3α)}が最大値をとるとき、そのtにおける単位体積当たりの放熱フィン3の放熱面積は最大となることが分かる。
なお、図5より、12α/{(√3+α)(3+√3α)}は、α=1.7で最大値1.0をとる。 さらに、式(3)より、単位体積当たりの表面積が最大値の70%〜100%となるαの範囲を求めると、0.506≦α≦5.93であり、α=t/rの関係から、0.169t≦r≦1.98tと変形することができる。
From equation (3), when 12α / {(√3 + α) (3 + √3α)} takes a maximum value for an arbitrary t, the heat dissipating area of the
From FIG. 5, 12α / {(√3 + α) (3 + √3α)} has a maximum value of 1.0 when α = 1.7. Further, when the range of α in which the surface area per unit volume is 70% to 100% of the maximum value is obtained from the equation (3), 0.506 ≦ α ≦ 5.93, and α = t / r relationship Therefore, it can be modified as 0.169t ≦ r ≦ 1.98t.
以上から、任意の側面間距離tに対し、放熱フィン3の外接円筒半径rの範囲を0.169t≦r≦1.98tとすることで、放熱フィン3の繰り返し単位の領域での単位体積当たりの放熱面積を最大値の70%〜100%とすることができるため、ゴミ等が詰まることを防止するために設けられた側面間距離tの下限値の制約が設定されている場合であっても、その制約内で特に放熱性能を向上させることができる。
From the above, by setting the circumscribed cylindrical radius r of the radiating
実施の形態2.
図6は、この発明の実施の形態2のヒートシンクおいて、放熱フィン3が設けられたベース2を示す平面図、図7は、図6のBの部位を拡大した図である。
この実施の形態2における放熱フィン3は、断面形状が外接円半径がrの正方形であり、放熱フィン3の配置は、1つの放熱フィン3の周囲に4つの放熱フィン3が隣接しており、隣接する放熱フィン3同士の側面間距離がtである配置である。
他の構成は実施の形態1のヒートシンクと同じである。
6 is a plan view showing the
The radiating
Other configurations are the same as those of the heat sink of the first embodiment.
なお、放熱フィン3は、角部に角R(丸み)を形成してもよい。この場合は、外接円半径rは、角Rが付く前の放熱フィン3の断面形状に対する外接円半径とすればよい。
また、放熱フィン3は、ベース2から垂直方向にテーパーを付けてもよい。この場合は、側面間距離tは、テーパーの付いた放熱フィン3の平均高さ(例えば、放熱フィン3が直線状に傾斜していた場合には、その中間部での高さ)における側面間距離とすればよい。
In addition, the
Further, the
図8は、実施の形態2のヒートシンクにおける放熱フィン3を、紙面垂直方向に視た模式図である。
図9は、放熱フィン3の外接円半径をr、フィン側面間距離をt、r/t=αと置いたとき、放熱フィン3の単位体積当たりの放熱面積からtを除した値の8√2α/(2+√2α)2を縦軸に、αを横軸にとったグラフである。
FIG. 8 is a schematic view of the radiating
FIG. 9 shows a value obtained by dividing t from the heat radiation area per unit volume of the
放熱フィン3の高さをhと置くと、放熱フィン3の繰り返し単位の領域の体積は(4)式で表される。
When the height of the radiating
(2+√2α)2h・・・・(4) (2 + √2α) 2 h (4)
また、放熱フィン3から冷媒への放熱が側面からなされるものとすると、放熱フィン3の繰り返し単位の中にある放熱面積は、(5)式で表される。
Further, assuming that heat is radiated from the radiating
8√2rh・・・・(5) 8√2rh ... (5)
式(4)、式(5)より、放熱フィン3の繰り返し単位の領域での単位体積当たりの放熱フィン3の放熱面積は、(6)式で表される。
From the equations (4) and (5), the heat radiation area of the
8√2rh/{(2+√2α)2h}
=(1/t){8√2α/(2+√2α)2}・・・・(6)
ただし、α=r/tとする。
8√2 rh / {(2 + √2α) 2 h}
= (1 / t) {8√2α / (2 + √2α) 2 } (6)
However, α = r / t.
式(6)より、任意のtに対し8√2α/(2+√2α)2が最大値をとるとき、そのtにおける単位体積当たりの放熱フィン3の放熱面積は最大となることが分かる。
なお、図9より、8√2α/(2+√2α)2はα=1.39のとき、最大値1.0をとる。 さらに、式(6)より、放熱フィン3の単位体積当たりの表面積が最大値の70%〜100%となるαの範囲を求めると、0.413≦α≦4.84であり、α=t/rの関係から、0.207t≦r≦2.42tと変形することができる。
From equation (6), it can be seen that when 8√2α / (2 + √2α) 2 takes the maximum value for an arbitrary t, the heat dissipating area of the
From FIG. 9, 8√2α / (2 + √2α) 2 takes a maximum value of 1.0 when α = 1.39. Furthermore, when the range of α in which the surface area per unit volume of the radiating
以上から、任意の側面間距離tに対し、放熱フィン3の外接円筒半径rの範囲を0.207t≦r≦2.42tとすることで、放熱フィン3の単位体積当たりの放熱面積を最大値の70%〜100%とすることができるため、放熱フィン3間の隙間である側面間距離tに、ゴミ等が詰まることを防止するために設けられた下限値の制約が設定されている場合であっても、その制約内で特に放熱性能を向上させることができる。
放熱フィン3の単位体積当たりの放熱面積が大きくなることにより、ヒートシンクの放熱性能が高くなる。
From the above, the heat radiation area per unit volume of the
Since the heat radiation area per unit volume of the
実施の形態3.
図10は、この発明の実施の形態3のヒートシンクおいて、放熱フィン3が設けられたベース2を示す平面図、図11は、図10のCの部位を拡大した図である。
この実施の形態3における放熱フィン3は、外接円半径がrの正三角形であり、放熱フィン3の配置は、1つの放熱フィン3の周囲に3つの放熱フィン3が隣接しており、隣接する放熱フィン3同士の側面間距離がtである配置である。
他の構成は、実施の形態1のヒートシンクと同じである。
FIG. 10 is a plan view showing the
The radiating
Other configurations are the same as those of the heat sink of the first embodiment.
なお、放熱フィン3は、角部に角R(丸み)を形成してもよい。この場合は、外接円半径rは、角Rが付く前の放熱フィン3の断面形状に対する外接円半径とすればよい。
また、放熱フィン3は、ベース2から垂直方向にテーパーを付けてもよい。この場合は、側面間距離tは、テーパーの付いた放熱フィン3の平均高さ(例えば、放熱フィン3が直線状に傾斜していた場合には、その中間部での高さ)における側面間距離とすればよい。
In addition, the
Further, the
図12は、実施の形態3のヒートシンクにおける放熱フィン3を、紙面垂直方向に見た模式図である。
図13は、実施の形態3のヒートシンクにおける放熱フィン3の外接円半径をr、フィン側面間距離をt、r/t=αと置いたとき、放熱フィン3の単位体積当たりの放熱面積からtを除した値の4α/(α+1)2を縦軸に、αを横軸にとったグラフである。
FIG. 12 is a schematic view of the radiating
FIG. 13 shows the relationship between the radiation area per unit volume of the
放熱フィン高さをhと置くと、放熱フィン3の繰り返し単位の領域の体積は、(7)式で表される。
When the height of the radiating fin is set to h, the volume of the region of the repeating unit of the radiating
(3r+3t)(√3r+√3t)h・・・・(7) (3r + 3t) (√3r + √3t) h (7)
また、放熱フィン3から冷媒への放熱が側面からなされるものとすると、放熱フィン3の繰り返し単位の中にある放熱面積は、(8)式で表される。
Further, assuming that heat is radiated from the radiating
12√3rh …(8) 12√3 rh (8)
式(7)、式(8)より、単位体積当たりの放熱面積は、(9)式で表される。 From Formula (7) and Formula (8), the heat radiation area per unit volume is represented by Formula (9).
12√3rh/{(3r+3t)(√3r+√3t)h}
=(1/t){4α/(α+1)2}・・・・(9)
ただし、α=r/t
12√3 rh / {(3r + 3t) (√3r + √3t) h}
= (1 / t) {4α / (α + 1) 2 } (9)
Where α = r / t
式(9)より、任意のフィン側面間距離tに対し4α/(α+1)2が最大値をとるとき、そのtにおける単位体積当たりの放熱面積は最大となることが分かる。
なお、図13より、4α/(α+1)2はα=0.987のとき、最大値1.0をとる。
さらに、式(9)より、単位体積当たりの表面積が最大値の70%〜100%となるαの範囲を求めると、0.292≦α≦3.42であり、α=t/rの関係から、0.292t≦r≦3.42tと変形することができる。
From equation (9), it can be seen that when 4α / (α + 1) 2 takes the maximum value for a given fin side surface distance t, the heat radiation area per unit volume at that t is maximized.
From FIG. 13, 4α / (α + 1) 2 takes a maximum value of 1.0 when α = 0.987.
Furthermore, when the range of α in which the surface area per unit volume is 70% to 100% of the maximum value is obtained from the equation (9), 0.292 ≦ α ≦ 3.42, and α = t / r relationship Therefore, it can be modified as 0.292t ≦ r ≦ 3.42t.
以上から、任意の隣接した放熱フィン間の隙間であるフィン側面間距離tに対し、放熱フィン3の外接円筒半径rの範囲を0.292t≦r≦3.42tとすることで、単位体積当たりの放熱面積を最大値の70%〜100%とすることができる。
そのため、フィン側面間隙間tに、ゴミ等が詰まることを防止するために設けられた下限値の制約が設定されている場合であっても、その制約内で放熱フィン3の無い空き領域を最小限に留めることができ、放熱フィン3の単位体積当たりの放熱面積を大きくすることができ、ヒートシンクの放熱性能が高くなる。
From the above, by setting the range of the circumscribed cylinder radius r of the
Therefore, even when a lower limit constraint is provided in order to prevent dust and the like from being clogged in the gap t between the fin side surfaces, the empty area without the
実施の形態4.
図14は、この発明の実施の形態4のヒートシンクの放熱フィン3を示す平面図である。
この実施の形態4の放熱フィン3は、断面正六角形状であって、その側面には凹凸部3aが形成されている。
他の構成は、実施の形態1のヒートシンクと同じである。
この実施の形態のヒートシンクによれば、放熱フィン3の側面に凹凸部3aが設けられているので、隣接した放熱フィン3間を流れる冷媒の流れが撹拌され、実施の形態1のヒートシンクと比較して更に放熱が促進される。
FIG. 14 is a plan view showing
The radiating
Other configurations are the same as those of the heat sink of the first embodiment.
According to the heat sink of this embodiment, since the uneven portion 3a is provided on the side surface of the
実施の形態5.
図15は、この発明の実施の形態5のヒートシンクの放熱フィン3を示す平面図である。
この実施の形態5の放熱フィン3は、断面正三角形状であって、その側面には凹凸部3aが形成されている。
他の構成は、実施の形態3のヒートシンクと同じである。
この実施の形態のヒートシンクによれば、放熱フィン3の側面に凹凸部3aが設けられているので、隣接した放熱フィン3間を流れる冷媒の流れが撹拌され、実施の形態3のヒートシンクと比較して更に放熱が促進される。
FIG. 15 is a plan view showing
The
Other configurations are the same as those of the heat sink of the third embodiment.
According to the heat sink of this embodiment, since the uneven portion 3a is provided on the side surface of the
実施の形態6.
図16は、この発明の実施の形態6のヒートシンクの放熱フィン3を示す平面図である。
この実施の形態6の放熱フィン3は、断面正四角形状であって、その側面には凹凸部3aが形成されている。
この実施の形態のヒートシンクによれば、放熱フィン3の側面に凹凸部3aが設けられているので、隣接した放熱フィン3間を流れる冷媒の流れが撹拌され、実施の形態2のヒートシンクと比較して更に放熱が促進される。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 16 is a plan view showing
The radiating
According to the heat sink of this embodiment, since the uneven portion 3a is provided on the side surface of the
なお、各実施の形態では、断面形状がそれぞれ六角形状、四角形、三角形の場合について説明したが、この発明は、断面が正多角形である放熱フィンであればよく、他にも例えば八角形状であってもよい。 In each of the embodiments, the case where the cross-sectional shape is a hexagonal shape, a quadrangular shape, and a triangular shape has been described. However, the present invention may be any heat dissipating fin having a regular polygonal cross section. There may be.
1 発熱素子、2 ベース、3 放熱フィン、3a 凹凸部、3b 第1貫通穴、3c 第2貫通穴、4 ジャケット、5 冷媒入口、6 冷媒出口、7 空き領域、8 ブロック、8a 小ブロック。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
各前記放熱フィンは、断面形状が正多角形であり、
また隣接した前記放熱フィン同士は、互いに側面が全面対向し、かつ各互いに離間して対向した前記側面間の距離である側面間距離が等しく配置されており、
前記放熱フィンの前記断面形状は、外接円半径がrである正六角形であり、前記側面間距離がtのとき、前記外接円半径rと前記側面間距離tとの間で、
0.169t≦r≦1.98tが成立するヒートシンク。 A heat sink having a plurality of heat dissipating fins on the base,
Each of the radiating fins has a regular polygonal cross-sectional shape,
Further, the adjacent radiating fins are arranged such that the side surfaces are opposite to each other and the distance between the side surfaces, which is the distance between the side surfaces facing each other apart from each other, is equal.
The cross-sectional shape of the radiating fin is a regular hexagon having a circumscribed circle radius of r, and when the distance between the side surfaces is t, between the circumscribed circle radius r and the distance between the side surfaces t,
A heat sink satisfying 0.169t ≦ r ≦ 1.98t.
各前記放熱フィンは、断面形状が正多角形であり、
また隣接した前記放熱フィン同士は、互いに側面が全面対向し、かつ各互いに離間して対向した前記側面間の距離である側面間距離が等しく配置されており、
前記放熱フィンの断面形状は、外接円半径がrである正三角形であり、前記側面間距離がtのとき、前記外接円半径rと前記側面間距離tとの間で、
0.292t≦r≦3.42tが成立するヒートシンク。 A heat sink having a plurality of heat dissipating fins on the base,
Each of the radiating fins has a regular polygonal cross-sectional shape,
Further, the adjacent radiating fins are arranged such that the side surfaces are opposite to each other and the distance between the side surfaces, which is the distance between the side surfaces facing each other apart from each other, is equal.
The cross-sectional shape of the radiation fin is an equilateral triangle having a circumscribed circle radius of r, and when the distance between the side surfaces is t, between the circumscribed circle radius r and the distance between the side surfaces t,
A heat sink satisfying 0.292t ≦ r ≦ 3.42t.
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