JPH03252157A - 放熱フィン - 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〕 本発明は放熱フィン、特に電子機器を構成する半導体パ
ッケージ等に使用する放熱フィンに関する。

〔技術環境〕

近年の電子機器の開発は、半導体素子の高集積化１機器
自体の小型化、高機能化が急速に進んでいる。これに伴
い、電子機器のモジュールから放出する発熱密度が非常
に大きくなっており、熱に対する半導体素子の信頼性及
び安定性を保証するための放熱設計がますます重要とな
ってきた。

〔従来の技術〕

従来の放熱フィンは、アルミニウム等の熱伝導率の高い
材質からなる複数の平板を平行に設ける構造を有してい
る。

次に従来の放熱フィンについて図面を参照して詳細に説
明する。第５図は従来の放熱フィンの一例を示す斜視図
である。

第５図に示す放熱フィンは、半導体パッケージ３の上部
に平板状の放熱フィン２が固定されている。

発熱体である半導体パッケージ３から伝達された熱は放
熱フィン２を介し空気中に放出される。

一般に空気中に放出される熱量は、放熱フィンの表面積
を増すことで増加する。また放熱フィン周囲の杖態によ
っても異なり、空気を自然対流させた場合の熱伝達率は
約１０Ｗ／ｍ　　”Ｃ程度であるが、強制対流させた場
合の熱伝達率は約１００Ｗ／ｍ　　”Ｃ程度である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の放熱フィンは、熱伝達率を良くするため
に放熱フィンをとりまく空気を強制対流させる方法をと
った場合においても、放熱フィンのごく近傍領域での空
気の対流が十分に起こらず滞留した状態になっており、
実質的な熱伝達率の低下を引き起こすという欠点があっ
た。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の放熱フィンは、熱伝導率の高い材質からなる複
数の平板を平行に設ける放熱体と、少なくとも一つの前
記平板に設ける平板状の圧電素子とを含んで構成される
。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について、図面を参照して詳細に
説明する。

第１図は本発明の実施例を示す断面図である。

第１図に示す放熱フィンは、平板状の圧電素子１が放熱
フィン２の両側にそれぞれ形成され、半導体パッケージ
３の上部に固定されている。

次に本発明の動作原理について説明する。

第２図（ａ）、（ｂ）＋　　（ｃ）は、放熱フィン２の
片側に形成した圧電素子１へ、０バイアス。

順バイアス、逆バイアスの電圧印加を行った場合につい
て、放熱フィン２の動作する様子を示した断面図である
。

第２図（ａ）において、圧電素子１は０バイアスである
ので、圧電素子の伸縮はない。

第２図（ｂ）において、圧電素子１は順バイアスの電圧
印加することで圧電素子１が矢印で示すような高さ方向
に対し膨張するため、第２図（ｂ）のどとくΔＸの変位
量で湾曲する。

また第２図（Ｃ）において、圧電素子１は逆バイアスの
電圧印加によって圧電素子１が高さ方向に対し収縮する
ため、第２図（Ｃ）のごとく順バイアスと逆方向のΔＸ
′の変位量で湾曲する。

上述の動作は、交流バイアスを印加することによって、
連続的な圧電素子１の振動状態をつくる。

この振動状態は、放熱フィンの形状及び材質によって決
定される固有振動数に同調した交流バイアスの周波数を
選ぶことによって、放熱フィン全体に伝播することがで
きる。

尚、圧電素子を取り付けたフィンの部分は、他のフィン
と固有周波数が異らないようフィンの厚み等で調整する
。

さらに、放熱フィン２を強制空冷した場合の空気の流速
状態を第３図に示す。

第３図において、放熱フィン２の近傍では、空気の流れ
６の滞留が起こり流速を低下させている。この空気の滞
留域の幅は、第３図に示す流速状態かられかるように放
熱フィン２を圧電素子１によって振動させた方が従来の
放熱フィンと比較して小さい。

熱伝導から考えると、空気の滞留が少ない程放熱フィン
２の界面付近での空気の熱伝導率が良くなるので放熱効
果は向上する。

第４図は、本発明の動作状態を示す断面図である。

第４図において、圧電素子１に電極４と放熱フィン２を
電極として交流バイス５を印加する。交流バイアス５の
周波数は放熱フィン２の固有振動数と同調させておけば
放熱フィン２は第４図に示すごとく全体が振動する。

以下に本発明のさらに具体的な実施例について説明する
。

まず圧電素子は、ジルコンチタン酸鉛系材料を用いた。

圧電素子の厚みはｔ　＝　０．２５ｍｍ　１交流バイア
ス印加用の電極として圧電素子表面に金を蒸着している
。

また、放熱フィンの材料はアルミニウムを用いており、
圧電素子の電極として代用している。使用した放熱フィ
ンの固有振動数は約４ｋＨｚで、０．３ｖ程度の交流バ
イアス印加により放熱フィン全体が共鳴振動をした。

この振動を得るために必要なエネルギーは、当然熱エネ
ルギーとなって放出されるが、半導体パッケージの発熱
体より放出される熱エネルギーと比較し無視できる程度
の値である。

尚、圧電材料はジルコンチタン酸鉛系のほかに、チタン
酸バリウム系、ニオブ酸塩系等であってもよい。放熱フ
ィン材料としては、アルミニウムのほかに、熱伝導率の
高い銅、窒化アルミニウム等が挙げられる。

次に放熱効果を確認するために、半導体パッケージを実
際に動作し発熱体としての温度測定を放熱フィンのない
場合、従来の放熱フィンの場合、振動させる本発明の放
熱フィンの場合についてそれぞれ評価した。

その結果、放熱フィンのない場合に７０℃であった発熱
体は、従来の放熱フィンを使用した場合で６２℃、振動
させる本発明の放熱フィンを使用した場合で５９℃にな
った。このことより放熱フィン全体を振動させる本発明
は、放熱効果が十分にあることを確認した。

〔発明の効果〕

本発明の放熱フィンは、平板の放熱フィンの少なくとも
片面の１箇所を平板状の圧電素子で形成し、放熱フィン
の固有振動数に同調した交流電圧の印加により、放熱フ
ィン全体を強制振動させ、半導体パッケージの放熱効果
を向上できるという効果がある。

また、この放熱効果の改善による、半導体パッケージの
動作の安定性及び信頼性が向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図（ａ）
〜（Ｃ）は本発明の動作原理を示す断面図、第３図は第
２図の原理の効果を説明するための特性図、第４図は本
発明の動作杖態を示す断面図、第５図は従来の一例を示
す斜視図である。 １・・・圧電素子、２・・・放熱フィン、３・・・半導
体パッケージ、４・・・電極、５・・・交流バイアス、
６・・・空気の流れ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　熱伝導率の高い材質からなる複数の平板を平行に設け
   る放熱体と、少なくとも一つの前記平板に設ける平板状
   の圧電素子とを含むことを特徴とする放熱フィン。