JPH0626265U - ヒートシンク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 体積当りの放熱表面積が大きくされており、
対流によって有効に冷却され、かつ、熱伝導に対しても
損失の少ないヒートシンクを提供することを目的とす
る。 【構成】 相対する２面に開口を有する直方体状枠体を
なし、この直方体状枠体内に、複数の隔壁が、相対する
壁面間に相互に平行に形成され、この隔壁のそれぞれの
左右に、コの字と逆コの字とが交互に連結されている連
続体が、隔壁の側面に沿って連接して形成されているヒ
ートシンクである。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、半導体装置等の発熱体の冷却のために使用されるヒートシンクの改 良に関する。特に、強制風冷方式ヒートシンクを強制的に冷却する場合に、対流 効果と伝導効果とをともに向上して放熱効率を向上し、ヒートシンクの体積を小 さくできるようにする改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

工作機械等に使用されるＡＣスピンドルサーボ装置等の中で比較的に大きな体 積を占めているのは、モータ駆動用インバータ・コンバータ等の半導体装置の放 熱のために使用されているヒートシンクである。これまでヒートシンクは自然空 冷方式のものが多かった。図３に従来技術に係る自然空冷方式のヒートシンクの 形状を示す。４は基盤であり、５はフィンである。半導体等の発熱体（図示せず 。）は基盤４に取り付けられ、発熱体が発する熱は熱伝導により基盤４からフィ ン５に伝わり、基盤４およびフィン５の表面から空気中に熱放散され、空気中で は主として対流により熱放散される。自然空冷方式のヒートシンクでは、フィン ５の表面から熱放散が良くなるように、フィン５相互の間隔が比較的広く取られ ており、フィン５相互間で空気の対流が発生し易くしてある。このため、ヒート シンクの体積当りの表面積を大きくすることができず、発熱量が大きいときはヒ ートシンクも大きくせざるを得なかった。

【０００３】 そこで、小さな体積のヒートシンクで大きな放熱効果を得て大きな発熱量を放 熱するために、強制空冷方式のヒートシンクが使用されてきた。

【０００４】 図４に従来技術に係る強制空冷方式のヒートシンクの形状を示す。１は相対す る２面に開口を有する直方体状枠体であり、１１はこの直方体状枠体１の壁面で あり、そのうちの１面で比較的厚い肉圧を有し、この壁面に半導体装置等の発熱 体が取り付けられる。２はこの壁面１１に直角に形成された複数の隔壁であり、 壁面１１に連接している。発熱体が発する熱は熱伝導により壁面１１から隔壁２ と直方体状枠体１の他の壁面とに伝わり、発熱体が取り付けられる壁面１１と直 方体状枠体１の他の壁面１１と隔壁２の表面とから空気中に熱放散される。強制 空冷方式のヒートシンクでは、直方体状枠体１の空間で図４の矢印Ｆにて示す方 向に、空冷ファン等により強制通風されるので、隣接する隔壁２の間隔は比較的 狭くても良いので、自然空冷方式のヒートシンクに比べると、体積当りの表面積 を大きくすることができ、大きな放熱効果を得ることができる。なお、従来技術 に係る強制空冷方式のヒートシンクの１例の寸法は、横寸法（Ａ）が約１２４ｍ ｍであり、縦寸法（Ｂ）が約７７ｍｍであり、奥行き寸法（Ｃ）が約３００ｍｍ であり、発熱体が載せられる壁面１１の板厚（ｔ）が約１２ｍｍであり、隔壁２ の板厚（ｔ1 ）が約０．８ｍｍであり、隣接する隔壁２の間隔（ｇ1 ）が約３ｍ ｍである（Ａ、Ｂ、Ｃ、ｔ、ｔ1 、ｇ1 については図４参照。）。また、壁面１ １と隔壁２との結合は、壁面１１の内側に刻まれた溝に隔壁２が嵌め込まれるよ うにされており、隔壁２の板厚（ｔ1 ）が約０．８ｍｍと薄いので熱抵抗が大き いと云う欠点があることゝ、隔壁２が嵌め込み構造であるため熱伝導に対して多 少の損失が生ずると云う欠点があることゝは免れない。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、プリント板実装用部品でのサーフェイスマウント化にともなう小型 化技術や、半導体パワー部品等での体積当りの大容量化の要請に応える小型化技 術に比べると、ヒートシンクの放熱効果はそれほど向上しておらず、例えば、工 作機械等に使用されるＡＣスピンドルサーボ装置では、小型化の最大の阻害要因 がヒートシンクとなっていた。

【０００６】 本考案の目的は、この欠点を解消することにあり、体積当りの放熱表面積が大 きくされており、対流によって有効に冷却され、かつ、熱伝導に対しても損失の 少ないヒートシンクを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】 上記の目的は、相対する２面に開口を有する直方体状枠体（１）をなし、この 直方体状枠体（１）の少なくとも１の壁面（１１）が厚い肉圧を有し、前記の直 方体状枠体（１）内に、複数の隔壁（２）が、前記の壁面（１１）の相対する壁 面間に相互に平行に形成され、この隔壁（２）のそれぞれの左右に、コの字と逆 コの字とが交互に連結されている連続体（３）が、前記の隔壁（２）の側面に沿 って連接して形成され、前記の厚い肉圧を有する壁面（１１）に発熱体が取り付 けられるようにされているヒートシンクによって達成される。

【０００８】

【作用】

本考案に係るヒートシンクにおいては、発熱体が発する熱は熱伝導により、発 熱体が載置される壁面１１から隔壁２や直方体状枠体１の他の壁面１１に伝わり 、さらに隔壁２から連続体３に伝わり、壁面１１や隔壁２や連続体３の表面から 空気中に熱放散される。すなわち、連続体３により空気の通路は狭くなるが、強 制空冷方式であるので、放熱効果が損なわれることはなく、連続体３により放熱 面積が大きくなった分放熱量が増大する。また、隔壁２の数を減らしても、隔壁 ２の板厚を厚くして隔壁２の数と隔壁２の板厚の積を大きくすれば、熱が隔壁２ 中を伝導するときの熱抵抗が減少する。このため、放熱効率を高くし、ヒートシ ンクの小型化に寄与することができる。

【０００９】

【実施例】

以下、図面を参照して、本考案に係るヒートシンクについてさらに詳細に説明 する。

【００１０】 図１・図２参照 図１は本考案に係るヒートシンクの１実施例の外形を示す図であり、図２は図 １の部分拡大図である。図１・図２において、１は直方体状枠体であり、相対す る２面（紙の表面と裏面とに対応する面）には開口が形成されている。１１は壁 面であり、発熱体が載置される壁面１１の肉圧は厚くされている。２は隔壁であ り壁面１１に直角または平行に形成されている。３は本考案に係る連続体であり 、コの字と逆コの字とが交互に連結された形に折り曲げられて製作され、隔壁２ の左右に連続体３が対称になるようにされている。直方体状枠体１の材質は壁面 １１も含めアルミニウムである。隔壁２も連続体３も、共に、材質はアルミニウ ムである。直方体状枠体１と隔壁２との間と、隔壁２と連続体３との間と、互い に隣接する連続体３との間と、直方体状枠体１と直方体状枠体１とに隣接する連 続体３との間とのそれぞれは、アルミニウム用溶接材例えばブレージングシート を介して張り合わされて、温度約６００℃に加熱すると、例えばブレージングシ ートは溶融してロー付けされる。図２の点線はロー付けの箇所を示す。このよう にロー付けにより連接されているため、発熱体が取り付けられる壁面１１に取り 付けられる半導体等の発熱体（図示せず。）の発する熱は、この壁面１１から隔 壁２や直方体状枠体１の他の壁面１１に伝熱され、また、隔壁２から連続体３へ も損失無く伝熱される。

【００１１】 本実施例に係るヒートシンクの寸法は、１例として、直方体状枠体１の寸法が 、横寸法（Ａ）が約１２４ｍｍであり、縦寸法（Ｂ）が約７７ｍｍであり、奥行 き寸法（Ｃ）が約３００ｍｍであり、発熱体が載置される壁面１１の板厚（ｔ） が約１２ｍｍであり、隔壁２の板厚（ｔ1 ）が約３ｍｍであり、隣接する隔壁２ の間隔（ｇ1 ）が約８ｍｍであり、連続体３の板厚（ｔ2 ）が約０．５ｍｍであ り、連続体３の間隔（ｇ2 ）が約３．５ｍｍである（Ａ、Ｂ、Ｃ、ｔ、ｔ1 、ｔ 2 、ｇ1 、ｇ2 については図１・図２参照。）。すなわち、従来技術に係るヒー トシンクと比較すると、放熱面積については本実施例は従来例に対し約１．４倍 と広くなり、熱放散の改善を実現することができた。一方、隔壁２の板厚と隔壁 ２の数との積すなわち発熱体が載置される壁面１１から隔壁２への伝熱面積は約 １．２倍と広くなり、熱伝導の改善も実現することができた。

【００１２】 この実施例に係るヒートシンクと、従来技術に係るヒートシンクとのそれぞれ の頂部壁面１１の中央に損失６００Ｗの発熱体を載置したときの頂部壁面１１に おける自然空冷方式のときの温度上昇をシミュレーションにより求めた結果は、 前者が５１．５℃であり、後者が５３．８℃であり、本実施例に係るヒートシン クのほうが低く、効果が確認された。自然空冷方式の場合は連続体３の間隙が狭 く、放熱表面積にもとづく対流効果がほとんど期待できないにも拘らず、温度上 昇が低かった理由は熱伝導の向上による効果であると考えられる。

【００１３】 厚い肉圧を有する壁面１１を前記の直方体状枠体１の相対する２面に設け、半 導体装置等の発熱体をこの２面の双方に載置することもできる。発熱体が載置さ れる壁面１１が１面の場合は、隔壁２において伝導にもとづく温度降下が発生す るのに対し、発熱体が載置される壁面１１が２面の場合は、温度降下が発生しな いので、熱放散の点から効果がある。

【００１４】

【考案の効果】

以上説明したとおり、本発明に係るヒートシンクによれば、隔壁の間にコの字 と逆コの字とが交互に連結されている連続体が隔壁に連接されているので、隔壁 の板厚を厚くし隔壁の数を減らしても、放熱のための表面積が増加し、表面積が 増加した分だけ放熱効果が向上し、一方、隔壁の板厚が厚いときは隔壁の末端に まで熱が伝導するので、放熱効果がさらに向上し、ヒートシンクの体積をさらに 小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の１実施例に係るヒートシンクの斜視図
である。

【図２】図１の部分拡大正面図である。

【図３】従来技術に係る自然空冷方式のヒートシンクの
斜視図である。

【図４】従来技術に係る強制空冷方式のヒートシンクの
斜視図である。

【符号の説明】

１ 直方体状枠体 ２ 隔壁 ３ 本考案に係る連続体 ４ 基盤 ５ フィン １１ 直方体状枠体の壁面 Ａ 直方体状枠体の横寸法 Ｂ 直方体状枠体の縦寸法 Ｃ 奥行き寸法 ｔ 基盤壁面の板厚 ｔ1 隔壁の板厚 ｔ2 本考案に係る連続体の板厚 ｇ1 隔壁相互間の間隔 ｇ2 本考案に係る連続体の間隔

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対する２面に開口を有する直方体状枠
   体（１）をなし、 該直方体状枠体（１）の少なくとも１の壁面（１１）は
   厚い肉圧を有し、 前記直方体状枠体（１）内に、複数の隔壁（２）が、前
   記壁面（１１）の相対する壁面間に相互に平行に形成さ
   れ、 該隔壁（２）のそれぞれの左右に、コの字と逆コの字と
   が交互に連結されてなる連続体（３）が、前記隔壁
   （２）の側面に沿って連接して形成され、 前記厚い肉圧を有する壁面（１１）に発熱体を取り付け
   るとされてなることを特徴とするヒートシンク。