JPH0273697A - 放熱フイン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＬＳＩモジュール等の電子機器の冷却に用いら
れる放熱フィンに係り、特に発熱体の発熱量が大きい場
合でも優れた放熱性能を実現することが可能なフィン構
造に関する。

〔従来の技術〕

従来、ＬＳＩなどの電子機器冷却に用いられる放熱フィ
ンは、特開昭５６−７６５５４号公報に記載のように、
ＩＣチップを含み、熱伝導性被覆表面を含むモジュール
と熱伝導性の材料で上記被覆表面に取り付けた上部へ向
って伸びる開口部を有し、開口部をぬける空気流を生じ
せしめる熱シンクあるいはひれ状の熱シンクに対してほ
ぼ垂直しこ衝撃空気流を与えるための手段を設けるか、
特開昭５５−１１３３５３号公報に記載のように、半導
体素子から４出された円柱状スタッドとその円柱状スタ
ッドに素子収容容器の長辺の長さに略等しい直径を有す
る円板を基体とし素子収容容器の長辺に沿って切り落さ
れた形状を有する放熱フィンを略直角に取りつけ、放熱
フィンに沿って冷却用気体を流し、その冷却用気体の流
れに沿う方向に切溝を配設するとなっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術は、特開昭５６−７６５５４号公報では、
衝突噴流をＩＣチップを含み熱伝導性被覆表面を含むモ
ジュールに上部へ向って伸びる開口部を有し、かつ開口
部をぬける空気流を生じせしめる熱シンクあるいはひれ
状の熱シンクを設置し、その熱シンクに対してほぼ垂直
に衝撃空気流を与える構成となっており、被覆表面の表
面付近における空気界面層を破壊して熱抵抗を減じる効
果をねらっているが、熱シンクに沿って空気が流れると
きに温度上昇が生じるため、十分な熱伝達が促進されな
いという問題があった。又、特開昭５５−１１３３５３
号公報では、冷却流体は各放熱フィンの間を流れるため
、冷却流体の混合は生じにくく、後流側になるほど温度
差がとれないため放熱性能を十分向上できないという問
題があった。

本発明の目的は、上記欠点を解決し、衝突噴流（インピ
ンジング）により温度境界層を薄くして熱伝達向上をは
かり、かつ冷却媒体の混合を促進し、その冷却媒体を効
果的に流出させることにより放熱量を著しく増大できる
放熱フィンを得ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために１発熱体に対しほぼ垂直方向
に伸びる方向にフィン芯材を設置し、そのフィン芯材に
対してほぼ直交する方向に複数枚の放熱フィンをフィン
芯材の発熱体に近い程冷却媒体との衝突面積が大きくな
るように設け、冷却媒体を発熱体に対し垂直に噴出させ
るものである。

さらに、放熱効率を上げるためには発熱体に近い程、フ
ィン芯材の断面積が大きくなるように構成するか、発熱
体に近い程放熱フィンを密に設ける。

上記他の目的を達成するために、上記放熱フィンを冷却
媒体の流出方向に向って発熱体に近づくように設けたも
のである。

〔作用〕

発熱体に対しほぼ垂直方向に伸びる放熱フィン芯材を設
置し、そのフィン芯材に対してほぼ直交する方向に複数
枚の放熱フィンをフィン芯材に対してほぼ直交する方向
に発熱体に近い程冷却媒体との衝突面積を大きくするよ
うにし、冷却媒体を発熱体に対し垂直方向に流すので、
放熱フィンに衝突した冷却媒体により温度境界層を薄く
出来るので熱伝達率は向上し、高温である発熱体に近い
程、放熱フィンの衝突面積が大きく設定しているので、
上流の放熱フィンの放熱によって温度上昇が生じるが、
その影響をほとんど受けない冷たい冷却媒体によって衝
突噴流冷却が行なわれ、十分な放熱の促進がはかれる。

さらに、本構成によると高温である発熱体に近い放熱フ
ィンの方が放熱面積が大きいこととなるので、フィン表
面と冷却媒体との温度差の大きい発熱体に近い部分にお
いて、より効率的に放熱することができ、フィンの放熱
性能は向上することとなる。また、放熱フィンにより冷
却媒体の流れは乱され乱流効果によりフィン表面の熱伝
達率は増加し、放熱性能向上に寄与することにもなる。

又、上記放熱フィンは、冷却媒体を側方へ逃がすガイド
の役割をするため、例えば、突出部を冷却媒体の流れと
直交する方向より傾けて設ければ、その傾けた方向に冷
却媒体はより多量に流出する。

この様にして冷却媒体を特定方向へ流出させることが可
能となる。このため、冷却媒体を一方に片寄ることなく
、均等に効率よく周囲に流出させることが出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は、本発明によるＬＳＩモジュール等の発熱体の
冷却装置の斜視図を示している。ＬＳＩモジュール等の
発熱体１と底板２は熱伝導グリース等を介して熱的に接
触している。ピン形状フィン芯材３は底板２に熱的に接
触しかつ直立に保持されている。ピン形状フィン芯材３
の表面には複数個の放熱フィン４が設けられている。こ
の実施例では放熱フィン４はリング状の薄肉円板であり
、その円板径がピン形状フィン芯材３の発熱体１に近い
もの程大きくなっている。５は冷却媒体の流れを示して
おり、底板２に垂直に、かつピン形状フィン芯材３の中
心軸に平行に流入し、フィンと熱交換した発熱体１の周
囲に流出するという対向衝突噴流冷却の方式をとる。こ
の例ではピン形状フィン芯材３は底板２上に基盤目状に
配列しているが、ピン形状フィン芯材３の稠密性を向上
させるために、千鳥状配列としても良い。

第２図は、フィン単体を拡大した図であり、この図によ
り本実施例の動作を説明する。６は衝突噴流の流れを表
わしている０図中上方より流れてくる高速な冷却媒体の
流れの一部は、第一の放熱フィン４に衝突しその放熱フ
ィン４を冷却した後に、一部は主流と合流し第二の放熱
フィン４′へ向って流れ、また残りは側方へと流出して
行く６以下同様に、冷却媒体は順次放熱フィンとの衝突
を繰り返し底板２上面に衝突した後発熱体側方へ流出す
る。本実施例では放熱フィン４のリングの径がピン形状
フィン芯材３の発熱体１に近い方はど２つまり冷却媒体
の下流に行くに従って大きくなっているので、各放熱フ
ィン４には上流の放熱フィン４の放熱による温度上昇の
影響をほとんど受けない冷たい主流の冷却媒体が衝突す
ることになり冷却効果は極めて大となる。また、第２図
において、発熱体１は底板２の下方に位置するので、熱
は下方から上方へと放熱を伴いながら移動する。

そのため、フィン芯材３先端部より発熱体１に近い方が
ピン形状フィン芯材３、放熱フィン４ともフィン表面と
冷却媒体の温度差は大きくなっている。又、放熱フィン
４の冷却流体との衝突面積は、発熱体１に近い程大きく
しているので、冷却媒体との温度差の大きい発熱体１に
近い方で、より大きな衝突面積を得ることができ、非常
に有効に放熱することが可能となる。さらに放熱フィン
４は上方からの冷却媒体の流れを側方へ曲げるので、冷
却媒体を発熱体１の周囲へ逃がすガイドの役割を果して
いる。

第３図は、冷却媒体として空気を用いた場合の本発明に
よる冷却システムの断面図である。システムは左右対称
の一組の冷却系から構成され、筐体７中に納まっている
。垂直に支持された基板１０上に配置された複数個のＬ
ＳＩモジュール等の発熱体１上には、上記説明した構成
をとる放熱フィンが熱伝導性の良いグリース等の充填剤
を介して熱的に接触している。冷却媒体は、ファン８に
より送出され、ダクト９によって案内されて５で示した
流れを生じ放熱フィンへ１に向かってほぼ垂直に高速に
噴出する。放熱フィンと熱交換した冷却気体は発熱体１
の周囲へ排出される。

第４図は、第２図とは他の実施例を示しており、フィン
芯材３の断面形状が発熱体１に近い程大きくしている１
本構成にすることにより、前述の実施例で得られる効果
に加えて、熱を汲み上げるスタッドの役割を果たしてい
るフィン芯材３のフィン効率が大きくなるため、より効
果的に放熱することが可能となる。

第５図は他の実施例を示しており、フィン芯材に対して
ほぼ直交するように設ける複数個の放熱フィン４を互い
に重なる部分がないように半円状のフィンを両側面に交
互に設けることを特徴としている０本構成とすることに
より、各放熱フィンに噴流が衝突する距離を大きくする
ことができ、冷却媒体Ｅ流側に位置する放熱フィンの後
流に発生する流れのよどみ領域が後流側の放熱フィンに
影響を与えにくくなり、放熱性能の向上が望める。

第６図は、一体成形するため、放熱フィン４をらせん形
状とした実施例を示している。この実施例では、前記実
施例と同様に発熱体１に近い程。

衝突面積を大きくしている。こうすることにより。

後述する放熱フィンを傾けた時の効果も得ることができ
る。

第７図は、他の実施例を示しており、フィン芯材表面に
発熱体１の近傍で密になるように複数個の放熱フィン４
を設けたことを特徴としている。

本構成は、高温である発熱体１の近傍で伝熱面積をより
大きくし、放熱量をより増大させるという点で優れてい
る。

第８図は、他の実施例を示しており、第７図と同様にフ
ィン芯材３表面に発熱体１に近い程放熱フィン４の数が
密になる様に構成しているが、第２図においては、放熱
フィン４のリング径を大きく冷却媒体と放熱フィンとの
衝突面積を増大させていたのに対して１本構成では、リ
ング径を大きくせずに、その数を密にする方法をとって
いる。

こうすることにより、流体のまわり込みを利用して衝突
させるとともに放熱フィン４によって側方に流れる冷却
流体を用いて放熱させることができ、製作する部品点数
が少なくなる利点がある。

第９図は、他の実施例を示しており、フィン芯材３表面
に設ける複数個の放熱フィン４をフィン芯材３に対して
と直交する方向より傾けて設けたことを特徴とする。第
９図中上方の図は側面図。

下方の図は上面図である。１は発熱体、２は底抜、３は
フィン芯材、４は放熱フィンであり、フィン芯材３に対
して直交する方向より傾けて設けて、６の衝突噴流が放
熱フィン４に衝突後側方に逃げ易いようになっている。

以上の構成をとることにより、第９図中下図に示す通り
図中左右方向への冷却媒体の流出の方が１図中上下方向
への冷却媒体の流出より多くすることが可能となる。

コンピュータ等の電子機器においては、ＬＳＩマルチチ
ップモジュール等の発熱体を超密実装することが不可欠
となっている。ＬＳＩマルチチップモジュール等の発熱
体を冷却媒体の逃げるすきまのない程−列に接近して並
べた場合などには。

本実施例の構成を採ることにより、低圧力損失、高放熱
性能のフィンを作ることが可能となる。

以上のように、本発明はマルチチップモジュールの冷却
にきわめて有効である。第１図の様にフィン芯材をマル
チチップモジュール上に稠密に配置した結果、シングル
チップ上に一つのフィン芯材を配置した場合より熱交換
に寄与しないまま流出して行く冷却媒体の量が著しく減
少する。そのため、フィン芯材をマルチチップモジュー
ル上に稠密に配置した場合の方が、前述した衝突部面積
の増加、有効温度差の利用等の放熱性能向上効果がより
有効に働くことになる。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので以下
に記載されるような効果を奏する。

放熱フィンの冷却媒体との衝突面積が増大し、温度境界
層と薄くでき、かつフィンと冷却媒体との温度差の大き
い発熱体に近い部分において効率的に放熱できるので、
放熱性能のきわめて良い放熱フィンを可能とする。さら
に、フィン芯材の断面積を発熱体に近い程大きくするこ
とにより、熱スタッドの効率を良くすることができ、効
率的に放熱できる。さらに、発熱体に近い程、放熱フィ
ンを密に設けることにより、高温部の放熱面積を大きく
することになり放熱量を大きくできる効果がある。さら
に、フィン芯材表面に設ける放熱フィンを傾けることに
より、冷却媒体を特定方向へ流出させることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は第１図中
のフィン単体の拡大図、第３図は、特に冷却媒体を気体
とした場合の冷却システムの図、第４図は本発明の他の
実施例を表す図、第５図は本発明の他の実施例を示す図
、第６図は本発明の他の実施例を示す図、第７図は本発
明の他の実施例を示す図、第８図は本発明の他の実施例
を示す図、第９図は本発明の他の実施例を示す図である
。 １・・・発熱体、２・・・底板、３・・・フィン芯材、
４゜４ａ・・・突出部、５・・・冷却媒体の流れ、６，
６ａ・・・衝突噴流、 ７・・・筐体、 ８・・・ファン、 ９・・・ダクト、 １−・−発轄体 ２−・−厄払 ３−一一フィ＞θに ４−　放＠乃シ ５−　枠却…鞠庚れ 葛 図 竿 図 第 図 蕩 図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．発熱体に熱的に接触して取り付けられ、発熱体に対
   しほぼ垂直に冷却流体を流すことによつて発熱体の冷却
   を行う放熱フィンにおいて、発熱体に対しほぼ垂直に伸
   びる、一つあるいは複数個の放熱フィン芯材と、該フィ
   ン芯材の表面に該フィン芯材が伸びる方向とほぼ直交す
   る方向に、発熱体に近い程冷却媒体との衝突面積が大き
   い複数個の放熱フィンとで構成される複合フィンである
   ことを特徴とする放熱フィン。
2. ２．請求項１記載の放熱フィンであつて、発熱体がＬＳ
   Ｉマルチチップモジュール等の電子機器であることを特
   徴とする放熱フィン。
3. ３．主となる放熱フィン芯材の断面形状が発熱体に近い
   程大きくしたことを特徴とする請求項１記載の放熱フィ
   ン。
4. ４．フィン芯材の表面に設ける複数個の放熱フィンが両
   側面に交互に突出することを特徴とする放熱フィン。
5. ５．発熱体に近い程その数が密になる様に複数個の突出
   部を設けたことを特徴とする請求項１記載放熱フィン。
6. ６．発熱体に熱的に接触して取付けられ、発熱体に対し
   ほぼ垂直に冷却流体を流すことによつて発熱体の冷却を
   行う放熱フィンにおいて、放熱フィン芯材表面に設ける
   複数個の放熱フィンを発熱体に近い程衝突面積を大きく
   し、かつ冷却媒体を特定方向へ流出させるべく放熱フィ
   ン芯材に対し傾けたことを特徴とする放熱フィン。
7. ７．放熱フィン芯材表面に設ける複数個の放熱フィンを
   発熱体外周部の方が発熱体に近くなるように傾けたこと
   を特徴とする請求項６記載の放熱フィン。