JPH0779143B2 - 放熱装置 - Google Patents

放熱装置

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JPH0779143B2
JPH0779143B2 JP5006641A JP664193A JPH0779143B2 JP H0779143 B2 JPH0779143 B2 JP H0779143B2 JP 5006641 A JP5006641 A JP 5006641A JP 664193 A JP664193 A JP 664193A JP H0779143 B2 JPH0779143 B2 JP H0779143B2
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4093—Snap-on arrangements, e.g. clips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
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  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、表面に生じた熱を逃が
す構造であって、ベース部とフィン状部材またはフィン
要素を有し、フィン状部材のいくつかが相互に隣接し、
隣接したフィン状部材の少なくとも一部が互いに摺動可
能に係合し、各フィン状部材のベース部が発熱面と一致
する構造に関する。具体的には、フィン状部材は、隣接
して摺動可能に係合するように配置される個別のフィン
・アセンブリの一部である。さらに、各フィン状部材の
ベース部は、フィン状部材に適用される場合と同じよう
に、発熱面と熱接触するように配置される。この構造
は、バネ要素またはバネ負荷手段でフィン状部材を部分
的に密閉するハウジングを持ち、バネ負荷手段はハウジ
ングとフィン状部材の間に配置される。ハウジングはダ
クト状であり、フィン状部材間に流体の伝熱媒体を通す
ことができる。本発明の構造は、電子デバイスによって
生じる熱を放散させるためのものである。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータに用いられる半導体チップ
や半導体チップ・パッケージング基板等の電子デバイス
によって生じた熱を逃がすヒート・シンクには長い歴史
がある。ヒート・シンクが絶えず改良されるのは、チッ
プの一定面積に集積される熱を発する回路が多くなり、
こうした回路を含む最新の超大規模集積回路によって生
じる単位面積当たりの熱を逃がすためである。これと等
しく重要なことだが、半導体チップ用のヒート・シンク
の研究が絶えず続けられる背景には、ヒート・シンクの
製作コストを下げることで、パッケージ化される半導体
チップのコストを下げるとともに、コンピュータのコス
トも下げようとする動きがある。従来のヒート・シンク
は一般に、アルミニウム等の金属に代表される物質の押
出し、鋳造、及び機械加工によって作られる。アルミニ
ウムは比較的に低コストの金属であり、伝熱性は高い方
である。加工されたアルミニウムのヒート・シンクは、
アルミニウムのブロックから各部が切削除去されて作ら
れる。機械加工は、労働集約型で時間のかかるプロセス
であり、原料を最大限に利用するものではない。押出し
の場合、原料は押し型を通され、所望のヒート・シンク
の形が作られる。押出しでは高価な機械が必要であり、
押出される部品を作るための原料は比較的に多くなる。
鋳造の場合、溶融した原料が、所望の部品の形状を持つ
鋳型に流し込まれる。鋳造はコストの大きい労働集約型
のプロセスであり、部品を形作るのに必要な原料以上の
原料を要する。
【０００３】ヒート・シンクは一般に、ベースから突き
出した通常は事実上平坦な部材であるフィンを持つ。フ
ィンはこの形状に限定する必要はない。機械加工、押出
し、及び鋳造から得られるフィンは、熱に対して最適化
されていない。機械加工、押出し、及び鋳造の性質とそ
れらに固有の制限により、フィンは通常、効果的な放熱
手段として必要な最小厚みよりも厚くなる。このような
方法で作られたフィンは、一般的には厚さが約１ｍｍを
超える。また、フィンのアスペクト比すなわちその厚み
に対するフィンの高さの比は一般に、これらの製造方法
では約２０未満が限度である。
【０００４】一般に、熱を逃がすために、フィンをまた
ぐ形か、またはフィンの間に、気体や液体にもなり得る
流体（通常は空気）が導入される。気体が用いられる
時、一般にヒート・シンクのフィンの部分及びフィンと
フィンの間は、気流の出口の圧力に比べて減圧になる。
この減圧の原因はフィンであり、他の放熱アセンブリ
は、流体の流れを遮るものとなる。その一般的な原因は
構造寸法（フィン厚み、フィン高さ、及びフィンとフィ
ンの間隔）である。フィン厚みは液流に対して堅い障害
物になり、フィンの高さもそうである。フィンとフィン
の間隔が狭まればそれだけ流体の流れる余地が少なくな
る。流体の流れに対する抵抗が大きければ、フィンとフ
ィンの流体圧力が低下する。ヒート・シンクの冷却能力
を上げながら、空気抵抗を低く保つためには、薄く、か
つアスペクト比の大きいフィンを使用する必要がある。
以下に述べる従来の装置は、ダクト状のキャップと発熱
面の間に保持され、Ｓ字状あるいは波形に折り込まれた
シート材を示す。
【０００５】米国特許第２７７２３８２号明細書は、整
流器プレートのスタックのためのカバー２６を示してい
る。カバーは、直立したフィン要素を成すように波形に
折り曲げられる。カバーはさらに折り曲げられてショル
ダ２４、２５が形成され、整流器プレートのスタックの
端部が覆われる。このカバーには、整流器プレートのス
タックの下に折り込まれて下部を成す部分３４がある。
上部と下部はアイレット（鳩目）で保持される。
【０００６】IBM Technical Disclosure Bulletin（Vo
l．10、No．10、January 1968、p．1242）は、密閉され
た電子部品から熱を逃がすスナップ式の熱交換器を示し
ている。熱交換器は一体構造で、通常は折り込まれ
て、"折り"を持つ所望の形状のフィン部材になる銅板か
ら形成される。これにより熱交換器は、電子部品上に、
加熱された交換器を保持するための電子部品の端部に簡
単に装着できる。
【０００７】米国特許第４４８１５２５号明細書は、上
面に正方形の接地板２４を持ち、これが上におかれた放
熱要素１０の中の開口と係合するＩＣチップ１４を示し
ている。放熱要素１０は、伝熱クランプ１２によってチ
ップ１４の上面の所定位置に保持される。クランプ１２
は、チップ１４の下に置かれ、端部に放熱要素１０に掛
かるフランジを持つ直立した部材４８を備える。
【０００８】米国特許第４７４５４５６号明細書は、縦
方向に離隔された複数のフィン２８から形成される放熱
要素２４を示している。フィン２８は、ハウジング２４
の表面２０に位置し、対になったフィンの間に挿入され
るヒート・シンク・クリップ５０によって所定位置に保
持されるポストから放射状に突き出る。クリップは、ヒ
ート・シンクに反発力を与え、ヒート・シンクはハウジ
ング１４の上面２０のパッド１８と緊密に熱接触する。
このヒート・シンク・アセンブリは、枠を保持するハウ
ジング１４のラッチ材４０からヒート・シンク・クリッ
プのフランジ５４を取り外すことによって、素早く簡単
に分解できる。
【０００９】IBM Technical Disclosure Bulletin（Vo
l．26、No．7A、December 1983、p．3233）は、平行に
重なり合う複数のスロットを持ち、Ｓ字状に折り曲げら
れる伝熱性の高い金属板で形成される半導体チップ・パ
ッケージ用の金属冷却フィンを示している。スロットを
備えるこの構造は、接合界面を小領域に分け、それによ
って接合領域を分散させ、各領域が個別に拡大して、フ
ィン接合界面の集合的拡大を回避している。
【００１０】IBM Technical Disclosure Bulletin（Vo
l．32、No．9B、February 1990、p．408 ）は、０．２
ｍｍの銅または０．５ｍｍのＣｏＩｎ／Ｃｕで形成され
るフィン構造５を示している。構造５は、チップ２と熱
接触するように配置された厚い基板６に接合される。
【００１１】米国特許第２３２８４８８号明細書は、弾
性物質の波形部材１６を示している。これによれば整流
器を効率よく冷却できる。整流器は、整流要素の基板の
間に配置される。
【００１２】米国特許第２４１６１５２号明細書は、隣
接した整流器プレートの間に、空流の方向に対して横方
向に配置された薄い２本の銅片より成る波形スペーサ１
８を示している。銅片はこれにより、積み重ねられた整
流器プレートを通る冷却空気の流れを実質上妨げない。
【００１３】米国特許第３４４９１７２号明細書は、図
２で、あらかじめ打ち抜かれて折られた金属箔２５（通
常は２乃至５ミルの銅）を示している。これはホット・
シンク１１とコールド・シンク１３の間に置かれた（図
１の）コネクタに３次元の柔軟性を与える。
【００１４】米国特許第３１８０４０４号明細書は、図
３で、発熱要素５２上に、そこから熱を伝えるために装
着されたプレート５１、プレート５１の上面にろう付
け、あるいは固定される波形のフィン・ストリップ５
３、及びフィン・ストリップの上面に接触するカバー・
プレート４９を示している。カバーはプレート５１とと
もに動作し、波形のフィン・ストリップ５３上で冷却剤
の流れを制限するダクトを定義する。図８の波形フィン
・ストリップ４１は、波形になるようにまとめられた薄
い延性シート材から作られ、プレート３９に対して縦方
向に伸びる下面と上面を与える。
【００１５】米国特許第４８８４６３１号明細書は、ハ
ニカム、波形、Ｓ字状等、薄い構造材の構成を様々な実
施例に取り入れ、横方向の分流構成を採用した高効率の
強制エア・ヒート・シンク・アセンブリを示している。
Ｓ字状のフィン要素は、プレートから伸び、フィン構造
を入れる複数のチャネルを成す複数のフィン・サポート
を採用している。実施例は各々、外面が露出した伝熱板
を使用している。外面の１つは冷却対象の部品を受け、
１つはフィン構造を受ける。
【００１６】米国特許第４２６３９６５号明細書は、個
別にバネ負荷された薄葉状の複数の部材２１を示してい
る。これは個々の凹部２０ａ内で自由に動くことがで
き、薄葉状部材と、反対側に配置されるチップ１０のプ
レーナ面との間に比較的平坦な面係合が得られる。薄葉
状部材は四角形の薄い部材である。
【００１７】米国特許第４７３０６６６号明細書及び同
４９６４４５８号明細書は、図３で、チップ２２と熱接
触する伝熱シート３８を示している。シート３８は、示
差熱膨張を吸収し、シート３８の柔軟性を高めるために
チップ間の領域にコルゲーション４４を持つ。チップに
近接するシート３８は、フィン４０の集合を持ち、各集
合は圧力板４６とバネ４８によって各チップの背面の方
へ押されるため、可撓シート３８と各チップ背面の熱接
触が促進される。
【００１８】米国特許第４４０８２２０号明細書は、素
早く装着できＩＣパッケージからの取り外しを容易にす
るように一体構造とし、弾性物質から形成される放熱器
を示している。この弾性熱交換器は、サーマル・プレー
トとＤＩＰ ＩＣ（デュアル・イン・ライン集積回路）
パッケージとの間の熱接続を可能にする。
【００１９】米国特許第４７０７７２６号明細書は、ヒ
ート・シンクを持つ半導体パッケージの装着構造につい
て説明している。これは、内部両側に対になった側壁を
持ち、チャネルが形成されたヒート・シンクを含み、チ
ャネルの一方の側壁に掛かるバネ・ビームにより、半導
体パッケージともう一方の側壁との間に良好な伝熱係合
が得られる。
【００２０】米国特許第４９２２６０１号明細書は、電
気部品からハウジングへ熱を逃がすヒート・シンク・ア
センブリを示している。この構造には、キャリアと電気
部品をハウジング上の所定位置に保つようにキャリア機
構と接続された複数の弾性フィンガを持つ弾性負荷材が
含まれる。
【００２１】米国特許第４６０５０５８号明細書及び同
４８７２４０５号明細書は、基板内の開口と係合するよ
うに各々突起部を持つＵ形部材とＷ形部材を成すよう形
成されたヒート・シンクを示している。
【００２２】Research Disclosure（October、1990、N
o．318、Kenneth MasonPublications Ltd．、England
）は、天板と底板の間に巻かれたフィン状のバネを示
している。底板は伝熱性で、半導体チップに対して露出
しており、天板がバネを負荷することで底板が押されて
半導体チップと熱接触する。天板はフレーム上の、サー
マル・プレートの穴及び固定先の天板の穴を通して挿入
されるスナップ式ヘッドによって保持される。
【００２３】米国特許第４９７０５７９号明細書は、折
り込んだ金属板から作られるヒート・シンクを示してい
る。シートは、脆くならないよう、あるいは過剰な熱抵
抗が生じないように、薄くすることはできないが、一
方、重量やコストが問題となるほど厚くするわけにもい
かない。図７は、実験による熱抵抗と伝熱性をヒート・
シンクの厚みを乗じて描いている。熱抵抗は、チップの
消費電力で除した周囲温度よりも低いヒート・シンク温
度に等しい。
【００２４】米国特許第４２６１００５号明細書は、プ
ラスチック・ハウジング周辺に累積する熱を逃がすため
の、型打ちした一枚の金属板のヒート・シンクを示して
いる。ヒート・シンクは対称形の一体構造で、半導体パ
ッケージが、内端によって形成されるチャネル内に押し
込まれると、その内端が簡単に離れ、バネ力によって端
部がパッケージと係合しパッケージを保持する位置に戻
る柔軟性を持つ。
【００２５】米国特許第４６９１７６５号明細書は、プ
リント回路基板上に位置するヒート・シンクを示してい
る。これは、プリント回路基板の開口内に挿入しやすい
ように形成された装着タブを持つ。
【００２６】米国特許第４７１２１５９号明細書は、ヒ
ート・シンクを電子デバイス・パッケージに解除できる
ように接続するヒート・シンク・クリップ・アセンブリ
を示している。クリップ・アセンブリは、非導電装着ク
リップを含み、これがラッチ留めクリップとして、パッ
ケージの下側で、電子パッケージの反対側に隣接配置さ
れたヒート・シンクにまで伸び、ヒート・シンクが電子
デバイス・パッケージと熱接触する。
【００２７】Research Disclosure（May、1986、No．26
5、Kenneth Mason PublicationsLtd．、England）は、
ＰＣカード４に装着されたモジュール２上に装着される
高伝熱性の金属シェル１を示している。モジュールを覆
うためＰＣカード全面にカードの外装がセットされる。
シェル２は薄い表面伝熱パッドとして働き、カバーはヒ
ート・シンクとして働く。シェルは外装６が閉じられた
時に圧縮され、シェルとモジュールの間の接触面積が大
きくなる。シェルの物質は、アセンブリの空流抵抗を上
げないように薄くされる。カバー６はダクト状で、中及
びシェル上部を空気が流れる。
【００２８】米国特許第４６３９８２９号明細書は、半
導体チップ２０背面の方へバネ負荷されたピストン２３
を示している。
【００２９】米国特許第４２５４４３１号明細書は、上
に、複数のバネ２８で押されて半導体チップ１２の背面
の樹枝状突起３０と係合する樹枝状突起３０を持つヒー
ト・シンクを示している。
【００３０】米国特許第４７７０２４２号明細書は、各
々、半導体チップ１上に配置され、フィンのついた複数
の伝熱材１７を示している。伝熱材１７のフィンはハウ
ジング１５のフィン１６と係合する。伝熱材１７はバネ
２０によって半導体チップ１の方へ負荷され、バネはハ
ウジング１５と伝熱材１７の間に置かれる。
【００３１】米国特許第３５４８９２７号明細書は、放
熱材に接続された弾性クリップを示している。クリップ
は、中央の部品保持部の方へ下向きにバネ材を担持す
る。クリップの形状は、電子部品がその下を摺動し、放
熱材の保持部の方向に、また放熱材が対応するヒート・
シンク上に装着される領域の方向にバネ・クリップによ
って押されるように作られる。
【００３２】米国特許第４６８９７２０号明細書は、熱
源とヒート・シンクの間に熱路を設けて、熱源／ヒート
・シンクの表面の不規則性や、それらの間隔の不均一性
を補うように、バネ金属を利用した熱リンクを示してい
る。
【００３３】米国特許第４７１０８５２号明細書は、カ
プセル化した半導体デバイスを回路基板に直接または中
間の放熱器を介して固定するための、バネ鋼バヨネット
型保持器を示している。
【００３４】
【発明が解決しようとする課題】前記機械加工、押出
し、鋳造というこれまでの方法では、薄く、かつアスペ
クト比の大きいフィンを作るのは難しく、高コストにな
る。これに代わる高アスペクト比のフィン・アセンブリ
を得る方法は、伝熱物質でアスペクト比の高いシート
（フィン）をベース部に接着、ろう付け、あるいは接合
することである。ただし、こうした方法はコスト高にな
る。フィンを保持するための比較的に厚いベース材のプ
レート、比較的高価な接着剤、及び比較的高いアセンブ
リ・コストが必要なためである。このような方法の場
合、フィンが挿入されて接着、ろう付け、あるいは接合
される比較的に厚いベース材に、通常は溝が形成され
る。また、これらのヒート・シンクでは、薄いフィンに
寸法安定性がないことから、フィンのアスペクト比も制
限される。アスペクト比が高く、厚みが最小のフィン
は、剛性に欠けるため取り扱いが難しい。
【００３５】従来のヒート・シンクのどれをとっても、
発熱面と接触するヒート・シンク面の平坦度は、その間
の熱抵抗に影響を与える。ヒート・シンクのベース部が
比較的に大きく、平坦度が高くなるように加工されてい
ない場合、また熱接続される面が平坦度が高くなるよう
に加工されていない場合、各面の平坦度が不充分なため
にヒート・シンクのベースと発熱面との間に空隙ができ
る。このような隙間は熱抵抗の高い領域となる。また、
前記米国特許明細書等に示された構造は、Ｓ字状の構造
と発熱面の間の熱接触が最適な状態ではない。これら従
来のＳ字状構造のいくつかは普通、発熱面と接触する部
分が曲がっており、そのため、発熱面から、発熱面の半
分程度しか覆わない平面を持つＳ字状フィン構造へ熱が
伝わる領域が比較的小さくなる。これに対して本発明の
構造は、発熱面を事実上完全に覆うベースを持ち、発熱
面とフィン・アセンブリの間の熱接続を最適な状態にす
るフィン・アセンブリを備える。その上、本発明のフィ
ン・アセンブリは相互に独立して移動できるため、フィ
ン・アセンブリと発熱面との間に緊密な熱接触が得ら
れ、本発明の放熱効果が大幅に高められる。
【００３６】発明者は、機械加工、押出し、及び鋳造に
かかる大きなコストをなくし、薄いシート材を折り合わ
せることによってフィンを厚い基板に接着する放熱構造
を考案した。本発明の放熱構造はまた、ヒート・シンク
のベースと発熱面との間の平坦度が不充分という問題も
解決している。本発明は、フィンまたはフィン・アセン
ブリ（フィンの集合）が、隣接するフィンまたはフィン
・アセンブリに対して摺動可能に係合し、フィンまたは
フィン・アセンブリが発熱面と緊密に熱接触するように
押し当てられ、よって共形接続と熱接続が大きく改良さ
れる設計を用いる。
【００３７】本発明の構造は、厚みが最小でアスペクト
比が高く、各々の間隔が最小の放熱フィンを持つ。
【００３８】本発明の目的は、空気を１８．０Ｎ／ｍ2
の圧力でフィンに導入することによって、放熱力が平方
センチメートル当たり４．０ワットを超える構造を提供
することにある。
【００３９】本発明の目的には、製造コストの低い放熱
構造を提供することも含まれる。
【００４０】本発明の目的には、隣接するフィン・アセ
ンブリが相互に摺動可能に係合する部分を有し、フィン
・アセンブリの各々が発熱面と事実上共形の熱接続をす
るように負荷される放熱構造を提供することも含まれ
る。
【００４１】本発明の目的には、流体をフィンと並行な
方向に向けることによって、流体がフィンをまたぐよう
に、またフィンの間を通過するように、ダクト状の構造
を与えるハウジングでフィンのアセンブリを密閉するこ
とも含まれる。
【００４２】本発明の目的には、発熱する基板と共形に
熱接触するようにフィンを負荷するためにハウジングと
フィンの間に負荷手段を設けることも含まれる。
【００４３】
【課題を解決するための手段】本発明の最も広範囲な側
面に触れるため、表面に生じる熱を逃がすための構造に
ついて述べる。この構造は、フィン状部材とベースを持
つ複数のフィン・アセンブリを収容する。複数のフィン
・アセンブリの少なくともいくつかは、別のフィン・ア
センブリに隣接するため、フィン・アセンブリの隣接部
分のうち少なくとも一部は互いに摺動可能に係合し、フ
ィン状部材の各々が接続されるベース部を、発熱面と緊
密に熱接触させるように個別に配置することができる。
【００４４】フィン状部材は独立したフィン・アセンブ
リの各部であり、各フィン・アセンブリはベース部を持
ち、各フィン・アセンブリに少なくとも２つのフィン状
部材が含まれ、それらがベース部から突き出る。複数の
独立フィン・アセンブリの１つは、複数の独立フィン・
アセンブリのもう１つに隣接するため、対応するフィン
状部材が互いに摺動可能に係合する。
【００４５】この構造は、フィン・アセンブリを密閉す
るハウジングを持つ。ハウジングはダクト状の部材を成
し、伝熱媒体の流体がフィンの間及び上側を通過して熱
を逃がす。
【００４６】フィン・アセンブリのうち、発熱面と接触
するように配置されない部分とハウジングの間には、独
立フィン・アセンブリを発熱面の方向へ負荷する複数の
手段がある。これにより、フィン・アセンブリのベース
部と発熱面の間に緊密な熱接触が得られる。
【００４７】ハウジングは、発熱面を留めるグリップ手
段を持つ。
【００４８】ハウジングは、負荷手段を保持するグリッ
プ手段を持つ。
【００４９】
【実施例】図１は、本発明の冷却装置の実施例の断面を
示す。図２は、図１の装置の分解斜視図である。装置の
底板２は溝４を持つ。溝４は向き合った２つの側面に沿
って形成するのが望ましい。底板２は、チップを入れる
半導体チップ・パッケージのキャップにもなる。図１３
は、代表的な半導体チップのパッケージまたはモジュー
ルの側面断面図であり、半導体チップ６は、チップ表面
９のチップ・パッド１０と基板１４の基板パッド１２を
相互接続するハンダ・マウンド８を持つ基板１４上にフ
リップ・チップの形に装着される。チップ・パッド１０
はチップ・メタライゼーション１１に電気的に接続され
る。基板１４は、基板パッド１２をピン１８に電気的に
接続するために導電パターン１６が埋め込まれたセラミ
ック等の誘電物質である。半導体チップ６は、上表面２
２を持つキャップ２０によって密閉される。図１、図２
の底板２は、底板２の表面２４が図１３の上表面２２に
対応するように図１３のキャップ２０にもなる。あるい
は、図１、図２の底板２は、図１、図２の下表面２６を
図１３の上表面２２上に配置できる独立した部材とする
こともできる。
【００５０】図１、図２の構造は複数のフィン・アセン
ブリ２８を含む。フィン・アセンブリの各々は図３に示
した。
【００５１】図３に示した各フィン・アセンブリには、
各々フィン要素またはフィン状部材３６、３８が接続さ
れる第１エッジ３２と第２エッジ３４を持つベース部３
０がある。フィン要素またはフィン状部材３６、３８は
平坦なものが望ましいがこれは必要条件ではない。フィ
ン状部材３６、３８の形状は四角形が望ましい。フィン
状部材３６、３８は、好適にはベース部３０と９０°の
角度をなす。フィン状部材またはフィン・アセンブリ２
８は、アルミニウム、銅等の伝熱物質の単一シートを、
たとえば図３に示した形に折り込んで形成するのが望ま
しい。フィン要素３６の第１エッジ３２の反対側である
フィン状部材３６の上エッジ４０には、直角に突き出た
折り４２がある。折り４２にはさらに、直角に上向きに
伸びた折りまたはタブ４４がある。折り３４の反対側の
上エッジ４６のフィン要素３８には直角に出た折り４８
がある。折り４２のエッジ４５は折り４８のエッジ４７
にほぼ向き合い、フィン状部材３６、３８の上エッジ４
０、４６のスペーサを成す。図３のフィン・アセンブリ
を成す金属板の厚みは、最小約０．１ｍｍ、最大１ｍｍ
の範囲が望ましい。フィン状部材３６、３８に望ましい
物質はアルミニウム板である。各フィン状部材３６、３
８の（矢印５０で示した）高さは最小約１ｍｍ、最大約
１００ｍｍの範囲がよい。フィン要素３６、３８の間隔
は、折り込んだアルミニウム金属板で最小約０．１ｍ
ｍ、最大約１．０ｍｍの範囲が望ましい。
【００５２】図１、図２を参照する。複数のフィン・ア
センブリ２８のベース部３０は底板２の表面２４上に位
置する。表面２４はここでは発熱面とする。タブ４４
（ベース部３０に接続されないフィン状部材の端部にあ
る）を持つフィン・アセンブリ２８の上エッジ４０、４
６に隣接するのはバネ要素５４である。バネ要素または
バネ負荷手段５４は、ステンレス鋼３０２等のシート状
弾性物質で作られる。バネ要素５４に望ましい厚みは約
０．２５ｍｍから約１．０ｍｍの範囲である。バネ要素
５４は、通常はフィン要素３６、３８と平行になるよう
に、縦方向の複数のスロット５６を持つ。バネ要素５４
の複数のスロット５６はバネ要素５４のエッジ６０、６
２によって接合する独立した複数の小バネ要素５８を作
る。小バネ要素５８は各々、中に、フィン・アセンブリ
２８から突き出たタブ４４を受けるのに適した小スロッ
ト６４を持つ。（図３のフィン・アセンブリ２８は各フ
ィン・アセンブリに２つのフィン状部材３６、３８を示
しているが、フィン状部材は２つに制限されない。）バ
ネ要素５４はフィン・アセンブリのタブつき端部上に位
置し、タブ４４はバネ要素５４のスロット６４と整列
し、これに挿入される。カバー６６は、フィン・アセン
ブリ２８とバネ要素５４の上におかれる。カバー６６の
上部６８はバネ要素５４を加圧し、複数のフィン・アセ
ンブリ２８を底板２の方へ押す。カバー６６の２つの側
面７０、７２のエッジ７１、７３はカバー上部６８から
伸びる。この角度は５０°がよい。カバー６６は、アル
ミニウムまたは銅の鋼板等、折り込んだ金属板から形成
される。鋼板の厚みは約０．２５ｍｍから約１．０ｍｍ
の範囲が望ましい。カバー６６の上部６８から遠位の側
面７０、７２の端部には、エッジ７１、７３に各々、巻
き込んだリッジ７４、７６があり、これらは反対側の底
板２の側面３、５にある溝４に掛かる。またリッジ７
４、７６は、底板２の角７８、８０の回りに掛けるか、
底板２の側面に直接掛けることもできる。
【００５３】各フィン・アセンブリ２８にはこれに対応
した独立した小バネ要素５８があるため、フィン・アセ
ンブリ２８の各ベース部３０は個別に、底板２の表面２
４に押しつけられ、フィン・アセンブリ２８全体の底部
８２と底板２の表面２４との間に緊密な熱接触が得られ
る。表面２４はフィン・アセンブリ２８全体の発熱面で
ある。図１、図２の実施例では５つのフィン・アセンブ
リを示しているが、構造はこれに限定されない。
【００５４】組み立てやすさを考え、各フィン・アセン
ブリ２８は互いに隣接しておかれ、バネ要素５４の複数
のスロット６４には複数のタブ４４が挿入される。タブ
４４は、曲げ、捻り、接合等により、バネ要素５４をフ
ィン・アセンブリ２８と接触するように固定した状態に
保つ。
【００５５】カバー６６はそこで、フィン・アセンブリ
２８とバネ要素５４を組み合わせたものの上におかれ、
バネ要素５４のエッジ８４、８６が、カバー６６の上部
６８の前エッジ９２と後エッジ９４のフック９８、１０
０に差し込まれる。
【００５６】図４は、図１、図２の矢印５で示した方向
の図１の構造の右側面図である。図４のバネ要素５４
と、カバー６６の側面７０の後ろのフィン状部材３６の
上部は破線で示した。フック９８、１００も破線で示し
ている。フック１００に近い領域３は図６に拡大図を示
している。バネ要素５４のエッジ８６は、フック１００
とカバー６６の上部６８との間でくさび状になってい
る。バネ要素５４の他方のエッジ８４も同様に、キャッ
プ上部６８とフック９８の間でくさび状になっている。
これでカバー６６、バネ要素５４、及び複数のフィン状
部材３６、３８またはフィン・アセンブリ２８は、上を
押すだけで底板２のエッジに、あるいは底板２の溝４に
簡単に接続または繋留する組立構造を成す。図１の構造
が組み立てられると、流体が構造の、図２の１０４の方
向に向けられる。流体は通常、ファンによって送り出さ
れる空気である。
【００５７】図５は、図３のフィン・アセンブリ２８の
第２実施例で、２重折のフィン・アセンブリを示す。図
７は、一部折り込まれた図５の構造を示す。図５の構造
は１枚の金属板から作られる。ベース部は１０４、１０
６の２つがある。ベース部１０４の両側に折り１０８、
１１０、ベース部１０６の両側に折り１１２、１１４が
ある。フィン側１１６はエッジ１０８に、フィン側１１
８はエッジ１１０につながる。フィン側１２０はエッジ
１１２に、フィン側１２２はエッジ１１４につながる。
フィン側１１６の自由エッジ１２４にはタブ１２８が突
き出し、フィン側１２０のエッジ１４０にはタブ１２９
が突き出す。フィン側１２２は、中に開口１３４のある
ブリッジ１３２を通してフィン側１１８につながる。ブ
リッジ１３２の側面は、各々フィン側１１８、１２２に
つながるエッジ１３６、１３７に沿って折り込まれる。
図７の構造が壊れるか、あるいは図５の構造になるよう
に折られると、フィン側１１６はフィン側１２０に対し
て折り上げられ、突き出したタブ１２８、１２９はブリ
ッジ１３２の開口１３４から突き出る。ブリッジ１３２
は、フィン側１１８、１２２のエッジ１３０とエッジ１
３１の間のスペーサを成す。ベース部１０４、１０６は
発熱面に対して、図３に示したフィン・アセンブリと同
様に位置づけられる。
【００５８】図８は、本発明の構造の第２実施例であ
る。フィン・アセンブリは図１、図２、図３に示したも
のと同様で（図示のカバー６６はない）、各々ベース部
１３０を持つ独立したフィン・アセンブリ１２８があ
る。ベース部１３０は各々エッジ１３２、１３４を持
つ。エッジ１３２から、ベース部１３０に対して好適に
はほぼ直角にフィン状部材１３６が、エッジ１３４から
はベース部１３０に対してほぼ直角にフィン状部材１３
８が突き出る。フィン状部材１３６は上エッジ１４０
を、フィン状部材１３８は上エッジ１４２を持つ。直立
タブ１４４は上エッジ１４０から、直立タブ１４６は上
エッジ１４２から突き出る。直立タブ１４４の両側の上
エッジ１４０から、上エッジ１４２の方に折り下げられ
た折り下げタブ１４８、１５０がある。直立タブ１４６
の両側の上エッジ１４２から、上エッジ１４０の方向に
折り下げられた折り下げタブ１５２、１５４がある。折
り下げタブ１５２はエッジ１５６を、折り下げタブ１４
８はエッジ１５８を持ち、エッジ１５８はフィン状部材
１３６、１３８の間でタブ１５６と向き合う。同様に折
り下げタブ１５４にはエッジ１６０が、折り下げタブ１
５０にはエッジ１６２があり、エッジ１６２はフィン状
部材１３６、１３８の間及び小バネ要素１６８からの力
を受ける表面で折り下げタブ１５４のエッジ１６０と向
き合う。折り下げタブ１４８、１５０、１５２、１５４
の組み合わせは、フィン状部材１３６、１３８の上エッ
ジ１４０、１４２のスペーサを成す。直立タブ１４４、
１４６と折り下げタブ１４８、１５０、１５２、１５４
の間に、通常は四角形の開口１６４が形成される。バネ
要素１６６は通常、図２のバネ要素５４と同じ構造、同
じ形状であり、小バネ要素１６８は縦長スロット１７０
によって形成される。小バネ要素１６８は、バネ要素１
６６の端部１７２、１７４によって保持される。小バネ
要素１６８には下方向に突出した凹部１７８があり、こ
れは通常、断面が四角形で、フィン・アセンブリ１２８
の上部の開口１６４に挿入または係合するように寸法が
決められる。フィン・アセンブリ１２８の直立タブ１４
４、１４６は、小バネ要素１６８の凹部１７８の側面１
８０、１８２に、及び小バネ要素１６８に成形された凹
部１７８の下に伸びた金属側面１８４、１８６に沿って
位置づけられ、開口１６４のエッジ１８８、１９０に沿
って係合する。直立タブ１４４、１４６は、小バネ要素
１６８の凹部１７８上に折り下げれば、フィン・アセン
ブリ１２８をバネ要素１６６に保持することができる。
【００５９】図９は図１の構造の第３実施例を示す。図
９の構造は一部を分解した形である。図９は複数のフィ
ン・アセンブリ２２８である。図１０はフィン・アセン
ブリ２２８の１つの前面図である。図１１は一部展開し
た図１０の前面図である。図１０、図１１では、１枚の
金属板が折り込まれて複数のセクション２３０、２３
２、２３４、２３６、２３８、２４０、２４２が作られ
る。この折りは、構造が図１０の形状に折られた時に、
セクション２３０がセクション２３８に隣接し、セクシ
ョン２４０、２３２、２３４、２３６、２４２が通常は
図１０に示すような四角形の構造となるように作られ
る。図１０、図１１の構造の折り２４４は、セクション
２３０をセクション２４０に直角に、折り２４６はセク
ション２４０と２３２を直角に、折り２４８はセクショ
ン２３２、２３４を直角に、折り２５０はセクション２
３４、２３６を直角に、折り２５２はセクション２３
６、２４２を直角にそれぞれつないでいる。セクション
２３４はフィン・アセンブリのベース部に相当する。図
１０のフィン状部材２２８は一般には上下逆のＴ形か、
または閉じた四角形のダクトの側面から伸びるフィンを
有している。垂直部２３０、２３８は上端２５６と下端
２５８を持つ。下端２５８は、折り２４４、２４６、２
４８、２５０、２５２、２５４と５つの側面２４０、２
３２、２３４、２３６、２４２から作られるＴ形の垂直
部につながる。
【００６０】図９を参照する。フィン状部材２２８の１
つの側面２３２は、隣接するフィン要素の側面２３６に
対して、フィン・アセンブリ２６０に上部、フィン・ア
センブリ２６２に底部が作られ、ずらして配置されたフ
ィンが得られるように位置づけられる。バネ要素２６４
は、図２、図８のバネ要素５４、１６６の上向きの曲げ
と対比される下向きの曲げを持つ。バネ要素２６４は、
向き合うエッジ２６８、２７０に周辺スロット２６６を
持ち、小バネ要素２７２のような複数のフィンガを形成
する。小バネ要素は外向きの端部２７４を持ち、ここ
に、フィン状部材２２８の各々の上端２５６に掛かるか
または固定される折りクリップ２７６がある。クリップ
２７６は通常、Ｃ形または密閉形で、図１２に示す曲が
った端部が、フィン状部材２２８の上端２５６が挿入さ
れるスペース２８２を持つループ２７８、２８０を成
す。ハウジングまたはカバー２７８は、中央のバネ要素
２６４に加わる力を除いて、図１、図２のものとほぼ同
じである。
【００６１】平方センチメートル当たり４．０ワットの
熱を逃がす例を、図１、図２の実施例に適用される下表
の寸法で示す。 フィン高さ ＝ ５０．０ｍｍ フィン厚み ＝ ０．６ｍｍ フィン・アスペクト比 ＝ ８２．０ フィン長さ ＝ ６６．０ｍｍ フィン部材数 ＝ ２０ フィン間隔 ＝ ２．３６ｍｍ フィン材 ＝ アルミニウム カバー材 ＝ アルミニウム バネ手段 ＝ ステンレス鋼
【００６２】表のヒート・シンクは、約１８．０Ｎ／ｍ
2 の減圧、１０．８リットル／秒の速度で構造に導入さ
れる空気の温度を超える約４５℃の昇温で４．０ｗ／ｃ
ｍ2の放熱能力を持つ。
【００６３】
【発明の効果】本発明は様々なフィン・アセンブリを示
している。１つのフィン・アセンブリの一部が隣接する
フィン・アセンブリに接触するように配置される。隣接
するフィン・アセンブリは摺動可能に係合し、各フィン
・アセンブリのベースまたは底部が押されて発熱面と緊
密に熱接触する状態になり、放熱効果が大幅に向上す
る。放熱効果は、サーマル・ペースト、導電ポリマ等の
熱媒体がフィン・アセンブリのベースと発熱面との間に
置かれる場合にさらに向上する。また、放熱構造の要素
はほぼすべて、折られた金属板から形成され、原料コス
ト、製造コストが大幅に削減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の前面図である。
【図２】図１の実施例の分解斜視図である。
【図３】図１、図２のフィン・アセンブリの斜視図であ
る。
【図４】図１の方向５の右側面図である。
【図５】折り込み式フィン・アセンブリの斜視図であ
る。
【図６】図５の領域３の拡大図である。
【図７】一部折り込んだ図５のフィン・アセンブリの図
である。
【図８】折り込まれたフィン・アセンブリの凹部と係合
するように、負荷手段が複数の突起部を持つように折り
込まれた、フィン・アセンブリと負荷手段の第２実施例
の斜視図である。
【図９】フィン・アセンブリが、Ｔ形になるように折り
込まれた金属板から形成され、バネ負荷手段が、Ｔ形フ
ィン・アセンブリの縦長の部分に掛かるグリップ手段を
持つ、本発明に従った構造の第２実施例の斜視図であ
る。
【図１０】図９の構造の単一フィン・アセンブリの側面
図である。
【図１１】一部折り込まれた図１０のフィン状部材の図
である。
【図１２】図９のバネ要素のフィン・グリップ手段の側
面図である。
【図１３】半導体チップ・モジュールの側面断面図であ
る。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】表面の熱を逃がすために、 複数のフィン・アセンブリを含み、 上記複数のフィン・アセンブリの各々が少なくとも１つ
    のフィン状部材とベース部を有し、 上記フィン・アセンブリの少なくともいくつかは、少な
    くとも一部が、上記複数のフィン・アセンブリの別のフ
    ィン・アセンブリの少なくとも一部に隣接し、上記フィ
    ン・アセンブリの隣接部が互いに摺動可能に係合し、 上記複数のフィン・アセンブリの各々の上記ベース部
    が、上記表面と熱接触する位置に置かれるのに適した、 放熱装置。
  2. 【請求項２】上記フィン・アセンブリの各々の上記ベー
    ス部が第１エッジと第２エッジを有し、少なくとも１つ
    のフィン状部材が上記第１エッジと上記第２エッジの各
    々に接続される、請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】上記フィン・アセンブリを密閉し、上記フ
    ィン状部材の間で流体のチャネリングを可能にするハウ
    ジングを含む、請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】上記フィン・アセンブリの各々に熱表面の
    方に負荷をかける手段を含む、請求項１記載の装置。
  5. 【請求項５】上記少なくとも１つのフィン状部材が事実
    上平坦であり、上記ベース部と直角である、請求項１記
    載の装置。
  6. 【請求項６】フィン・アセンブリの各々が、少なくとも
    １つのフィン状部材が突き出る四角形の断面を有する、
    請求項１記載の装置。
  7. 【請求項７】上記フィン・アセンブリが、フィン状部材
    を形成する４つの主セクションを成すように折られ、上
    記４つのセクションのうち２つが２つのベース部の各々
    から突き出す１枚のシート材により形成される、請求項
    １記載の装置。
  8. 【請求項８】上記発熱面が電子デバイスと熱接触する、
    請求項１記載の装置。
  9. 【請求項９】上記構造により、上記表面と上記構造との
    間の２次元熱接触が可能になる、請求項１記載の装置。
  10. 【請求項１０】表面に生じた熱を逃がす装置であって、 側面と発熱面を有する発熱基板と、 各々、フィン状部材が突き出るベース部を有する複数の
    フィン・アセンブリと、 上記ベース部の各々が、上記発熱面と熱接触するよう配
    置され、 上記フィン・アセンブリの各々が、別のフィン・アセン
    ブリと隣接して、上記隣接したフィン・アセンブリの少
    なくとも一部が互いに摺動可能に係合し、 上記フィン・アセンブリを密閉し、上記複数のフィン・
    アセンブリの上にダクト状構造を成して、上記フィン状
    部材の間に流体が流れるハウジングと、 上記ハウジングと上記フィン・アセンブリの間に配置さ
    れて、上記ベース部を上記発熱面と熱接触するようにす
    る負荷手段とを含み、 上記ハウジングが、上記基板の上記側面と係合するため
    のエッジを有して、上記ハウジングを上記基板に対して
    所定位置に保持し、上記負荷手段に力を加え、 上記ハウジングが、上記負荷手段を、上記ハウジングと
    の空間が一定になるように保持する手段を有し、 上記フィン・アセンブリが、上記負荷手段と係合して、
    上記フィン・アセンブリを一定の空間位置に保持するた
    めの手段を有する、 放熱装置。
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