JP6726958B2 - ヒートシンク用部品、およびそれを備えるヒートシンク - Google Patents

Description

本発明の一側面は、ヒートシンク用部品、およびそれを備えるヒートシンクに関する。

従来から、電子部品が発する熱を外部に放出するためのヒートシンクが知られている。例えば下記特許文献１には、裏面でヒータおよび温度センサと接触して、バーレルネジとバネとを組み合わせて用いてガイドプレートに取り付けられたヒートシンクが記載されている。

特開２００７−５２５６７２号公報

特許文献１に記載されるようなヒートシンクには、ヒータおよび温度センサなどを組み込むための機構（例えば穴または留めねじ）を形成する必要がある。ヒートシンクのうちそのような機構が形成される部分は、電子部品の様々な種類および寸法に合わせて形成する必要があるので、その部分の加工が複雑になりがちである。そのため、ヒートシンクの設計または作製の自由度を高めることが望まれている。

本発明の一側面に係るヒートシンク用部品は、ヒートシンクの放熱部と接する接触部を有する第１モジュールと、第１モジュールと独立し、かつ温度調節器を支持する支持部を有する第２モジュールとを備え、ヒートシンク用部品が、第１モジュールおよび第２モジュールが連結された状態で、電子部品からの熱を放熱部に伝える。

このような側面においては、電子部品からの熱をヒートシンクの放熱部に伝えるためのヒートシンク用部品が、当該放熱部と接するモジュールと温度調節器を支持するモジュールとを組み合わせることで提供される。このようにそのヒートシンク用部品を複数のモジュールに分けることで個々のモジュールの設計または作製が単純化されるので、ヒートシンクの設計または作製の自由度を高めることができる。

本発明の一側面によれば、ヒートシンクの設計または作製の自由度を高めることができる。

第１実施形態に係るヒートシンクの利用例を示す斜視図である。 図１に対応する分解斜視図である。 第１実施形態に係るヒートシンク用部品の斜視図である。 第１実施形態に係るヒートシンク用部品の斜視図である。 第１実施形態に係るヒートシンク用部品の連結を説明する図である。 第１実施形態に係るヒートシンク用部品の連結を説明する図である。 （ａ），（ｂ）はヒートシンク用部品の素材加工方向を説明する図である。 第１実施形態に係るヒートシンク用部品への追加モジュールの取付例を示す図である。 第１実施形態に係るヒートシンク用部品への追加モジュールの取付例を示す図である。 第１実施形態に係るヒートシンク用部品への追加モジュールの取付例を示す図である。 第１実施形態に係るヒートシンクの別の利用例を示す斜視図である。 第２実施形態に係るヒートシンク用部品の利用例を示す分解斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一または同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１〜７を参照しながら、第１実施形態に係るヒートシンク用部品の構成を説明する。ヒートシンク用部品とは、電子部品が発する熱を外部に放出するためのヒートシンクの部品であり、より具体的には、電子部品からの熱をヒートシンクの放熱部に伝える役割を担う部品である。電子部品とは電気製品に使用される部品であり、ソケットを介して回路基板に電気的に接続される。ヒートシンクを必要とする電子部品の例として半導体デバイスが挙げられるが、電子部品の具体的な種類は何ら限定されない。

本実施形態におけるヒートシンクの利用例を図１，２に示す。回路基板１には、電子部品（図示せず）をその回路基板１と電気的に接続させるためのソケット２が取り付けられる。このソケット２は電子部品の性能の検査を目的に用いられる。本実施形態では、回路基板１が存在する側を「下側」と定義し、その反対方向を「上側」と定義する。また、上下方向と直交する方向、すなわち回路基板１の面と平行な方向を「水平方向」と定義する。ソケット２は、複数の導電性のプローブ（図示せず）を収容する基部２１と、その基部２１に挿入された電子部品を押さえるための蓋部２２とを備える。基部２１に取り付けられた電子部品は、金属製の平板状の圧力パッド３により上から押さえられる。圧力パッド３の中心には貫通孔３ａが形成され、電子部品の温度を測定するための温度センサ４がその貫通孔３ａに挿入されて電子部品に接触する。

ヒートシンク１０は圧力パッド３の上面に設けられる。ヒートシンク１０は、放熱部（フィン）１１と、電子部品が発した熱をその放熱部１１へと伝える金属製の中継部１２とを備える。この中継部１２が本実施形態に係るヒートシンク用部品に相当する。中継部１２は圧力パッド３の上面に置かれた状態でその圧力パッド３に固定され、放熱部１１は蓋部２２の上面に置かれた状態でその蓋部２２に固定される。中継部１２には、放熱部１１と接する柱状の接触部１３が形成され、この接触部１３は、ソケット２の蓋部２２に形成された貫通孔２２ａに挿入された状態で放熱部１１と接続する。中継部１２には、電子部品の温度を制御するための温度調節器５が取り付けられる。なお、温度調節器５はヒータでもよいし、クーラーでもよいし、あるいはヒータおよびクーラーの双方の機能を有してもよい。

ソケット２に取り付けられた電子部品が作動するとその電子部品が発熱する。その熱は、圧力パッド３を介してヒートシンク１０の中継部１２に伝わり、さらにその中継部１２から放熱部１１へと伝わり、その放熱部１１から大気中へと放出される。温度センサ４および温度調節器５はケーブルコネクタ６を介して回路基板１と電気的に接続する。

図３に示すように、実施形態に係るヒートシンク用部品、すなわち中継部１２は、矩形の平板状のベース１４と、そのベース１４の中央に設けられた上記の接触部１３とを備える。ベース１４の各片の中央には、ベース１４の上面から下面にかけて貫通孔１５が形成される。この貫通孔１５は、後述する追加モジュールを中継部１２に固定する役割と、中継部１２を圧力パッド３に固定する役割とを担う。また、ベース１４には、接触部１３を挟むようなかたちで、水平方向に延びる二つの長穴１６が形成される。長穴１６は、温度調節器５を収容する役割を持ち、温度調節器５を支持する支持部として機能する。本実施形態では、長穴１６と直交し且つ長穴１６に向かって水平方向に延びるねじ穴１７が、長穴１６の口に近いところに形成され、温度調節器５が長穴１６から抜けることを防ぐためのねじ１８がそのねじ穴１７にはめられる。図４に示すように、ベース１４の下面の中央部には、温度センサ４の配線の一部を収容する溝１９が形成される。

図５，６に示すように、中継部１２は、互いに独立した三つのモジュールである第１モジュール１０１、第２モジュール１０２、および第３モジュール１０３が連結されることで形成される。第１モジュール１０１は、上面に接触部１３が設けられ下面に溝１９が形成されたＴ字状のモジュールである。第２モジュール１０２および第３モジュール１０３はそれぞれ、長穴１６およびねじ穴１７が一つずつ形成された直方体状のモジュールである。中継部１２は、第１モジュール１０１の一方の連結面１０１ａと第２モジュール１０２の連結面１０２ａとを連結させ、第１モジュール１０１の他方の連結面１０１ｂと第３モジュール１０３の連結面１０３ａとを連結させることで形成される。中継部１２は、第１モジュール１０１、第２モジュール１０２、および第３モジュール１０３が連結された状態で、電子部品からの熱を放熱部１１に伝える。本実施形態では、連結面１０１ａ，１０１ｂ，１０２ａ，１０３ａはすべて平面である。

第２モジュール１０２および第３モジュール１０３の位置関係は、第１モジュールの連結面１０１ａまたは１０１ｂと平行な第１モジュール１０１の中心線１９０を対称軸として線対称の関係にある。ただし、このような線対称の関係は必須ではない。ここで、第２モジュールおよび第３モジュールの位置関係とは、第１モジュールを基準とした場合の二つのモジュールの配置の関係を意味し、第２モジュールおよび第３モジュールのそれぞれの構成要素（貫通孔１５、長穴１６、およびねじ穴１７）の配置の関係までをも含む概念ではない。本実施形態では、第２モジュールおよび第３モジュールのそれぞれの構成要素（貫通孔１５、長穴１６、およびねじ穴１７）の配置の関係も、第１モジュール１０１の中心線１９０を対称軸として線対称の関係にあるが、この線対称の関係も必須ではない。

中継部１２を上記のように三つのモジュールに分けることで、数値制御加工（ＮＣ加工）における素材加工方向（Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）を少なくすることができる。もし、中継部を複数のモジュールに分けることなく当初から一つの物体として加工するとなると、図７（ａ）に示す従来の中継部９０に示すように、少なくとも５方向（上方向、下方向、および三つの側方向）から加工する必要がある。これに対して本実施形態では、図７（ｂ）に示すように、第１モジュール１０１は２方向（上方向および下方向）から加工すれば済み、第２モジュール１０２および第３モジュール１０３はそれぞれ３方向（上方向および二つの側方向）から加工すれば済む。

実施形態に係るヒートシンク用部品、すなわち中継部１２は、この部品の最小機能単位である。これは、第１モジュール１０１、第２モジュール１０２、および第３モジュール１０３を連結することで得られる中継部１２の寸法が、中継部１２としての必要最小限の大きさであることを意味する。中継部１２の最小寸法は電子部品の様々な種類および寸法を考慮して決めればよい。

この中継部１２の寸法は、追加モジュールを用いて大きくすることができる。第１モジュール１０１に形成された二つの貫通孔１５、第２モジュール１０２に形成された貫通孔１５およびねじ穴１７、および第３モジュール１０３に形成された貫通孔１５およびねじ穴１７は、その追加モジュールの取り付けに用いられる取付機構である（ねじ穴１７は取付機構としても機能し得る）。

追加モジュールの取り付けの例を図８〜１０に示す。図８は、中継部１２の上面に平板状の追加モジュール３１を取り付けることでベース１４の厚さを増す例を示す。追加モジュール３１には四つの貫通孔１５に対応する四つの貫通孔３１ａが形成され、ねじ留めによりその追加モジュール３１を中継部１２に取り付けることができる。図９は、中継部１２の周囲に二つのＬ字状の追加モジュール３２を取り付けることでベース１４の外寸を増す例を示す。追加モジュール３２には二つの長穴１６に対応し得る二つの貫通孔３２ａと、ねじ穴１７に対応し得る二つの貫通孔３２ｂとが形成される。この追加モジュール３２は、ねじ穴１７と貫通孔３２ｂとが連通する箇所でねじ留めすることで中継部１２に取り付けることができる。図１０は、追加モジュール３１，３２の双方を中継部１２に取り付ける例を示す。

なお、追加モジュールの構造は図８〜１０の例に限定されず、電子部品の様々な種類および寸法を考慮して設計すればよい。いずれにしても、実施形態に係るヒートシンク用部品、すなわち中継部１２は、様々な追加モジュールと組み合わせることができ、一つの中継部１２に対して追加モジュールを付け替えることも可能である。

追加モジュールのための取付機構の構造は限定されず、孔とは異なる構造でもよい。その取付機構を、ヒートシンク部品（中継部）を構成するすべてのモジュールに設けることは必須ではなく、一部のモジュールにのみその取付機構が設けられてもよい。

ソケットの種類および目的は何ら限定されない。例えば、ヒートシンク１０は、電子部品を電気製品に組み込むためのソケットと共に用いられてもよい。あるいは、ヒートシンク１０は、電子部品の性能の検査と、電気製品への電子部品の組み込みとの双方の役割を持つソケット共に用いられてもよい。図１１は、電子部品７を電気製品に組み込むためのソケット２Ａと共にヒートシンク１０を用いる例を示す。この例では圧力パッド３と、ヒートシンク１０を支持するためのバー８ａおよびねじ８ｂも示すが、ヒートシンク１０が適用される態様はこの変形例に限定されない。

（第２実施形態）
図１２を参照しながら、第２実施形態に係るヒートシンク用部品の構成を説明する。図１２は、本実施形態におけるヒートシンクの利用例を示す。ソケット２Ｂは電子部品および回路基板（共に図示せず）を電気的に接続させる物品である。本実施形態（図１２）では、ソケット２Ｂが存在する側を「下側」と定義し、その反対方向を「上側」と定義する。また、上下方向と直交する方向を「水平方向」と定義する。ソケット２Ｂに取り付けられた電子部品は圧力パッド３により上から押さえられる。圧力パッド３の中心には貫通孔３ａが形成され、電子部品の温度を測定するための温度センサ４がその貫通孔３ａに挿入されて電子部品に接触する。

ヒートシンク１０Ａは圧力パッド３の上面に設けられる。ヒートシンク１０Ａは、放熱部（フィン）１１Ａと、電子部品が発した熱をその放熱部１１Ａへと伝える金属製の中継部１２Ａとを備える。この中継部１２Ａが本実施形態に係るヒートシンク用部品に相当する。中継部１２Ａは圧力パッド３の上面に置かれた状態でその圧力パッド３に固定され、放熱部１１Ａは中継部１２Ａの上面に置かれた状態でその中継部１２Ａに固定される。すなわち、中継部１２Ａの上面１３Ａは放熱部１１Ａの下面と接し、したがって接触部である。中継部１２Ａには、電子部品の温度を制御するための温度調節器５Ａ（ペルチェ素子）が取り付けられる。

ソケット２Ｂに取り付けられた電子部品が作動するとその電子部品が発熱する。その熱は、圧力パッド３を介してヒートシンク１０Ａの中継部１２Ａに伝わり、さらにその中継部１２Ａから放熱部１１Ａへと伝わり、その放熱部１１Ａから大気中へと放出される。温度センサ４および温度調節器５Ａはケーブルコネクタ（図示せず）を介して回路基板と電気的に接続する。

実施形態に係るヒートシンク用部品、すなわち中継部１２Ａは平たい直方体状を呈する。中継部１２Ａの各片の中央には、中継部１２Ａの上面から下面にかけて貫通孔１５Ａが形成される。この貫通孔１５Ａは、放熱部１１Ａ、中継部１２Ａ、および圧力パッド３をねじで一体化させるために用意される。上面１３Ａの一組の対角には、温度調節器５Ａの形状に対応する凹部１６Ａが形成される。温度調節器５Ａは凹部１６Ａに嵌められることにより支持され、したがって、この凹部１６Ａは温度調節器５Ａのための支持部である。

中継部１２Ａは、互いに独立した三つのモジュールである第１モジュール１１１、第２モジュール１１２、および第３モジュール１１３が連結されることで形成される。第１モジュール１１１は直方体状を呈し、その上面は放熱部１１Ａと接触する接触部として機能する。第２モジュール１１２および第３モジュール１１３はそれぞれ、凹部１６Ａが形成された直方体状のモジュールである。本実施形態では、第２モジュール１１２および第３モジュール１１３の上面も、放熱部１１Ａと接触する接触部として機能する。中継部１２Ａは、第１モジュール１１１の一方の連結面と第２モジュール１１２の連結面とを連結させ、第１モジュール１１１の他方の連結面と第３モジュール１１３の連結面とを連結させることで形成される。中継部１２Ａは、第１モジュール１１１、第２モジュール１１２、および第３モジュール１１３が連結された状態で、電子部品からの熱を放熱部１１Ａに伝える。本実施形態ではこれらの連結面はすべて平面である。

第２モジュール１１２および第３モジュール１１３の位置関係は、第１モジュールの連結面と平行な第１モジュール１１１の中心線１９０Ａを対称軸として線対称の関係にある。ただし、このような線対称の関係は必須ではない。本実施形態では、第２モジュールおよび第３モジュールのそれぞれの構成要素（貫通孔１５Ａおよび凹部１６Ａ）の配置の関係は、第１モジュール１１１の中心を対称点として点対称の関係にあるが、この点対称の関係も必須ではなく、例えば、その配置関係は、中心線１９０Ａを対称軸として線対称の関係にあってもよい。

以上説明したように、本発明の一側面に係るヒートシンク用部品は、ヒートシンクの放熱部と接する接触部を有する第１モジュールと、第１モジュールと独立し、かつ温度調節器を支持する支持部を有する第２モジュールとを備え、ヒートシンク用部品が、第１モジュールおよび第２モジュールが連結された状態で、電子部品からの熱を放熱部に伝える。

本発明の一側面に係るヒートシンクは、上記のヒートシンク用部品を備える。

このような側面においては、電子部品からの熱をヒートシンクの放熱部に伝えるためのヒートシンク用部品が、当該放熱部と接するモジュールと温度調節器を支持するモジュールとを組み合わせることで提供される。このようにそのヒートシンク用部品を複数のモジュールに分けることで個々のモジュールの設計または作製が単純化されるので、ヒートシンクの設計または作製の自由度を高めることができる。

他の側面に係るヒートシンク用部品では、第１モジュールおよび第２モジュールのうちの少なくとも一つのモジュールに、ヒートシンク用部品の寸法を拡張するための追加モジュールを取り付けるための取付機構が設けられてもよい。この場合には、電子部品の様々な種類および寸法に合わせてヒートシンク用部品の寸法を柔軟に設定することができる。

他の側面に係るヒートシンク用部品では、第１モジュールおよび第２モジュールと独立し、かつ温度調節器を支持する支持部を有する第３モジュールをさらに備え、ヒートシンク用部品が、第１モジュールおよび第２モジュールが連結され、かつ第１モジュールおよび第３モジュールが連結された状態で、電子部品からの熱を放熱部に伝え、第２モジュールおよび第３モジュールの位置関係が、第１モジュールの連結面と平行な第１モジュールの中心線を対称軸として線対称の関係であってもよい。三つのモジュールが線対称の関係になるようにそれぞれのモジュールを形成することで、個々のモジュールの設計または作製が単純化される。

他の側面に係るヒートシンク用部品では、第１モジュール、第２モジュール、および第３モジュールのうちの少なくとも一つのモジュールに、ヒートシンク用部品の寸法を拡張するための追加モジュールを取り付けるための取付機構が形成されてもよい。この場合には、電子部品の様々な種類および寸法に合わせてヒートシンク用部品の寸法を柔軟に設定することができる。

他の側面に係るヒートシンク用部品では、連結し合う二つのモジュールの連結面の双方が平面であってもよい。連結面を平面にすることで個々のモジュールの設計または作製を簡単にすることができる。

他の側面に係るヒートシンク用部品では、第１モジュールに、電子部品の温度を測定するための温度センサの配線を収容する溝が形成されてもよい。この場合には他のモジュールの設計または作製を簡単にすることができる。

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

上記各実施形態では、三つのモジュールが連結されることでヒートシンク用部品（中継部１２，１２Ａ）がヒートシンクの一部として機能するが、ヒートシンク用部品のために用意されるモジュールの個数は２以上であればいくつでもよい。一例として、ヒートシンクの放熱部と接する接触部を有するモジュールと、温度調節器を支持する支持部を有するモジュールという二つのモジュールのみを連結させることでヒートシンク用部品が形成されてもよい。例えば、第１実施形態における第１モジュール１０１および第２モジュール１０２を一体化したモジュール（これは、接触部を有するモジュールである）と、第１実施形態における第３モジュール１０３（これは、支持部を有するモジュールである）という二つのモジュールを連結させることでヒートシンク用部品が形成されてもよい。あるいは、４以上のモジュールを連結させることでヒートシンク用部品が形成されてもよい。ヒートシンクの放熱部と接する接触部を有するモジュールの個数は一つでも複数でもよい。温度調節器を支持する支持部を有するモジュールの個数も一つでも複数でもよい。

上記各実施形態では、ヒートシンク用部品を構成する各モジュールの連結面が平面であったが、連結面の構造はこれに限定されない。例えば、連結面は曲面を含んでもよいし、凹部または凸部を含んでもよい。

追加モジュールのための取付機構をヒートシンク用部品に導入するか否かは任意に決めてよい。また、温度センサの配線を収容するための溝をヒートシンク用部品に導入するか否かも任意に決めてよい。接触部および支持部を備えるヒートシンク用部品の形状は第１および第２実施形態に限定されるものではなく、任意に決めてよい。

１…回路基板、２，２Ａ，２Ｂ…ソケット、３…圧力パッド、４…温度センサ、５，５Ａ…温度調節器、６…ケーブルコネクタ、７…電子部品、１０，１０Ａ…ヒートシンク、１１，１１Ａ…放熱部、１２，１２Ａ…中継部（ヒートシンク用部品）、１３…接触部、１３Ａ…上面（接触部）、１４…ベース、１５…貫通孔（取付機構）、１５Ａ…貫通孔、１６…長穴（支持部）、１６Ａ…凹部（支持部）、１７…ねじ穴（取付機構）、１９…溝、３１，３２…追加モジュール、１０１，１１１…第１モジュール、１０２，１１２…第２モジュール、１０３，１１３…第３モジュール、１０１ａ，１０１ｂ，１０２ａ，１０３ａ…連結面。

Claims (7)

1. ヒートシンク用部品であって、
   前記ヒートシンクの放熱部と接する接触部を有する第１モジュールと、
   前記第１モジュールと独立し、かつ、電子部品が位置する側から温度調節器を支持する支持部を有する第２モジュールと
   を備え、
   前記ヒートシンク用部品が、前記第１モジュールおよび前記第２モジュールが連結された状態で、前記電子部品からの熱を前記放熱部に伝え、
   前記放熱部、前記第１モジュール、および前記電子部品が、第１方向に沿って並び、
   前記第１モジュールおよび前記第２モジュールが、前記第１方向と直交する第２方向に沿って並んだ状態で連結される、
   ヒートシンク用部品。
2. 前記第１モジュールおよび前記第２モジュールのうちの少なくとも一つのモジュールに、前記ヒートシンク用部品の寸法を拡張するための追加モジュールを取り付けるための取付機構が設けられた、
   請求項１に記載のヒートシンク用部品。
3. 前記第１モジュールおよび前記第２モジュールと独立し、かつ温度調節器を支持する支持部を有する第３モジュールをさらに備え、
   前記ヒートシンク用部品が、前記第１モジュールおよび前記第２モジュールが連結され、かつ前記第１モジュールおよび前記第３モジュールが連結された状態で、前記電子部品からの熱を前記放熱部に伝え、
   前記第２モジュールおよび前記第３モジュールの位置関係が、前記第１モジュールの連結面と平行な前記第１モジュールの中心線を対称軸として線対称の関係である、
   請求項１または２に記載のヒートシンク用部品。
4. 前記第１モジュール、前記第２モジュール、および前記第３モジュールのうちの少なくとも一つのモジュールに、前記ヒートシンク用部品の寸法を拡張するための追加モジュールを取り付けるための取付機構が形成された、
   請求項３に記載のヒートシンク用部品。
5. 連結し合う二つの前記モジュールの連結面の双方が平面である、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のヒートシンク用部品。
6. 前記第１モジュールに、前記電子部品の温度を測定するための温度センサの配線を収容する溝が形成された、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のヒートシンク用部品。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のヒートシンク用部品を備えるヒートシンク。

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