JPH08316389A - ヒートシンク冷却装置 - Google Patents

ヒートシンク冷却装置

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JPH08316389A
JPH08316389A JP12464995A JP12464995A JPH08316389A JP H08316389 A JPH08316389 A JP H08316389A JP 12464995 A JP12464995 A JP 12464995A JP 12464995 A JP12464995 A JP 12464995A JP H08316389 A JPH08316389 A JP H08316389A
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JP
Japan
Prior art keywords
heat sink
chamber
cooling
axial fan
heat dissipation
Prior art date
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Pending
Application number
JP12464995A
Other languages
English (en)
Inventor
Masahira Tasaka
誠均 田坂
Kenjiro Shinohara
健治郎 篠原
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】従来のヒートシンク冷却装置が抱える放熱フィ
ンの一部で熱伝達が不良となる問題を解決すべく、ヒー
トシンク全体に冷却空気を供給し高い放熱性能を有する
ヒートシンク冷却装置を提供する。 【構成】放熱フィンを有するヒートシンクと、送風して
放熱フィンを冷却するための軸流ファンとを備え、放熱
フィンと軸流ファン間に、軸流ファンからの冷却用空気
放熱フィンに送るためのチャンバが介在していることを
特徴とするヒートシンク冷却装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、LSI (大規模集積回
路)パッケージ、パワートランジスタ等の発熱を伴う電
子部品の冷却に好適なヒートシンク冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】LSI やパワートランジスタ等の電子部品
を構成する半導体素子は熱に対して極めて弱く、約140
〜150 ℃程度の温度で電気的に破壊される。またそれ以
下の温度においても温度上昇と共に信頼性は著しく低下
する。このため従来よりこれらの発熱を伴う素子を冷却
し、許容温度以下で作動させるべくヒートシンクが用い
られてきた。
【0003】素子の発熱量が小さい場合ヒートシンクの
みを用いた自然空冷により冷却可能であるが、素子の発
熱量が増加するとファンやブロワによりヒートシンクに
冷却空気を供給する強制空冷が必要となる。この強制空
冷を効率的に行うため、ヒートシンクに軸流ファンを直
接取り付けた冷却装置が例えば特開昭62-49700号公報に
開示されている。
【0004】図2は、従来より実用化されている代表的
な冷却装置を示す図で、軸流ファンがヒートシンクに取
り付けられている。軸流ファン11は放熱フィン15を有す
るヒートシンク14にボルト17により締結されている。軸
流ファン11はその中心部にあるモータ12によりブレード
13を回転させヒートシンク14へ冷却空気を吐出あるいは
吸引する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、軸流ファン
はその中心部を占めているモータ直下には殆ど送風出来
ないためモータに隣接する放熱フィンの熱伝達は不良と
なる。
【0006】図2(ロ)は、冷却装置の斜視図である図
2(イ)のBB´の断面図であるが、モータ12の直下は
送風不足となり、その部分にある斜線で示す放熱フィン
の放熱性能が悪化し、その直下のヒートシンク基板の斜
線部42はそれ以外の部分に比べて高温となる。発熱体で
あるLSI パッケージはヒートシンク基板の斜線部に相当
する所に取り付けられるため冷却能力に不足を生じる場
合がある。また基板に温度分布が生じ、ここに取り付け
られたLSI パッケージ等の表面に熱応力が発生するとい
った不都合が生じ易い。
【0007】本発明は、上記した従来のヒートシンク冷
却装置が抱える放熱フィンの一部で熱伝達が不良となる
問題を解決すべくなされたもので、ヒートシンク全体に
冷却空気を供給し高い放熱性能を有するヒートシンク冷
却装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは放熱フィン
に冷却空気を均等に送給できる冷却装置を開発すべく種
々実験検討を行った結果、軸流ファンと放熱フィン間に
チャンバを介在させ、ファンからの送風を直接放熱フィ
ンに当てるのでなく、チャンバ内の所定の開口部を通過
させて放熱フィンに放出することにより放熱フィンを均
一に冷却することできるということを知るに至った。本
発明の要旨とするところは、「放熱フィンを有するヒー
トシンクと、送風して放熱フィンを冷却するための軸流
ファンとを備え、放熱フィンと軸流ファンとの間に、軸
流ファンからの冷却用空気を放熱フィンに送るためのチ
ャンバが介在していることを特徴とするヒートシンク冷
却装置」にある。
【0009】
【作用】以下、LSI パッケージ用ヒートシンク冷却装置
の例を用いて本発明の作用を説明する。
【0010】図1(イ)は本発明のヒートシンク冷却装
置の一例を示す斜視図であり、図1(ロ)はその A-A´
における断面図である。同図においてヒートシンク14は
その基板16の表面に多数の矩形断面のピンを有するピン
フィンタイプである。発熱体である素子を封入したLSI
パッケージ18はヒートシンク基板16の裏面中央部に、図
示していないネジ、クリップあるいは接着剤等により密
着接合されている。ヒートシンク14にはチャンバ19が基
板16と同等あるいは小さな面積を有する開口部21をフィ
ン上部と接して密着固定されている。もう一方のチャン
バ開口部22には軸流ファン11が密着固定されている。開
口部22の開口面積は軸流ファン11の開口部と等しい。冷
却空気は軸流ファン11により開口部22を経てチャンバ19
へ送り込まれ、開口部21よりヒートシンク14に流入し放
熱フィン15間を通過後、ヒートシンク外部へ流出する。
【0011】放熱フィンと軸流ファンとの間にチャンバ
を介在させるのは、軸流ファンからの冷却用空気を放熱
フィンに均等に送給し、モータ直下の放熱フィンの冷却
能の低下を防止するためである。
【0012】すなわち、図1に示す冷却装置の場合、チ
ャンバのフィン側開口部はモータ直下の中央部に設けら
れており、軸流ファンからの冷却用空気は開口部に向か
って流れ開口部からピンフィン間を通り四方に流れ外部
に流出するので放熱フィンは均等に冷却されるのであ
る。従って、ピンフィンタイプの場合チャンバの開口は
ピンフィン群の中央に相当する部分に設けるのが好まし
い。要するに、チャンバの開口部からの冷却空気がフィ
ン群に均等に流出するような位置に開口部を設ければよ
い。
【0013】チャンバ19のヒートシンク側開口部21の断
面積は冷却空気が直接ヒートシンク外へ流出せぬようヒ
ートシンク基板面積以下であればよいが、極端に小さい
と流動抵抗が大きくなり空気流量の減少を招く。好まし
くは、ヒートシンク基板面積の40〜90%程度であ
る。
【0014】図3、図4はチャンバを示す図で、それぞ
れ(イ)は斜視図、(ロ)は(イ)図のA−A、B−B
の断面図である。チャンバ19の形状は図1に示したもの
以外に図3に示すようなノズル状のものや、図4に示す
ヒートシンク側開口部が複数の孔により構成されたもの
でも差し支えない。
【0015】ヒートシンクとチャンバ、チャンバと軸流
ファン各々の接続はネジ、クリップ、接着剤等で気密が
保たれるよう接合されれば良い。
【0016】ヒートシンクは勿論、チャンバも熱伝導性
の良好な材質であれば更に好ましい。例えば、アルミニ
ウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、セラミックス等
で、チャンバは合成樹脂であってもよい。
【0017】本発明のヒートシンク冷却装置を構成する
ヒートシンクは、図1に示したピンフィンタイプ以外、
プレートフィンタイプ等の如何なる形状でも差し支えな
い。
【0018】図5は、本発明におけるプレートフィンタ
イプヒートシンクの場合の冷却装置の例を示す図であ
る。この場合のチャンバの開口部21は、プレートフィン
14に直交する溝状となっている。これは放熱体がプレー
トフィン状であるため冷却空気は各フィン間をフィンに
沿って流れるので、各フィン間に冷却用空気を均等に放
出するためにチャンバの開口部がフィンに直交する溝状
となっている。
【0019】図6は、軸流ファンとチャンバをそれぞれ
2個備えた冷却装置の例を示す図である。ヒートシンク
71が角筒状で、その上面と下面72にLSI パッケージ73が
取り付けられ、その両端各々にチャンバ19、軸流ファン
11が接続されている。この軸流ファンは、一方を送風
に、他を吸引に用い冷却用空気を一方向に流すタイプで
ある。
【0020】
【実施例】
(実施例1)図1に示すピンフィンタイプヒートシンク
冷却装置を用いて冷却性能を調べた。
【0021】基板寸法が60mm×60mm×3mm 、フィン高さ
が17mm、フィン断面寸法が1.5mm ×1.5mm 、フィンピッ
チが3mm 、t0=5.25mm なる矩形断面ピンを有するジュラ
ルミン(A2024) 製ピンフィンタイプヒートシンク、外形
寸法60mm×60mm×20mm、ヒートシンク側開口部直径φ40
mm、軸流ファン側開口部断面寸法57mm×57mmの塩化ビニ
ル製チャンバ、及び外形寸法が60mm×60mm×25mm、入力
電圧 DC24V、入力電流0.1Aの軸流ファンより構成される
ヒートシンク冷却装置を用いて、このヒートシンク基板
裏面に60mm×60mmのシートヒータを取り付け一様熱流束
条件下で80W 発熱させ冷却試験を行ったところ、雰囲気
と基板裏面間の熱抵抗が0.31℃/W、雰囲気と基板裏面中
心間の温度差が27℃となった。
【0022】次に、比較例として上記と同じヒートシン
クと軸流ファンをチャンバ無しで直接接続した冷却装置
を用い同様な冷却試験を行った。雰囲気と基板裏面間の
熱抵抗が0.39℃/W、雰囲気と基板裏面中心間の温度差が
37℃であった。
【0023】両者を比較すると、本発明のチャンバを備
えた冷却装置の場合、比較例に比べ20% 以上冷却性能が
向上している。
【0024】(実施例2)次に、図6に示す軸流ファン
とチャンバを各2個備えた冷却装置の例を示す。
【0025】外寸法が240mm ×80mm×80mm、フィン高さ
が66mm、フィン厚さが1mm 、フィンピッチが 3.5mm、フ
ィン数が21枚なるアルミ合金(A5052) 製プレートフィン
タイプヒートシンク1 個、外形寸法80mm×80mm×70mm、
ヒートシンク側開口部寸法76mm×66mm、軸流ファン側開
口部断面寸法76mm×76mmのアクリル製チャンバ2 個、及
び外形寸法が80mm×80mm×25mm、入力電圧 AC100V 、入
力電流0.15A の軸流ファン2 個より構成されるヒートシ
ンク冷却装置を用いて、このヒートシンクの向かい合う
2 側面に80mm×240mm のシートヒータ2 枚を取り付け一
様熱流束条件下で各々60W ずつ計120W発熱させ冷却試験
を行ったところ、雰囲気とヒートシンク表面間の熱抵抗
が0.081 ℃/Wとなった。 なお、軸流ファンは、一方を
送風用として、他方を吸気用として用いた。また、チャ
ンバのヒートシンク側開口形状はフィンと直交する方向
に76mm、フィンと平行な方向に66mmの矩形とした。
【0026】比較例として、同じヒートシンクと軸流フ
ァンをチャンバ無しで直接接続した冷却装置を用い同様
な冷却試験を行った結果、雰囲気と基板裏面間の熱抵抗
が0.126 ℃/Wとなった。本発明の冷却装置は、この比較
例に比べ約50% も冷却性能が向上している。実施例1の
場合に比較して冷却性能の向上が著しいのは、軸流ファ
ンを2個用いることにより空気流量が増加したためであ
る。
【0027】(実施例3)図5に示した冷却装置におけ
る冷却性能を調べた結果である。
【0028】基板寸法が40mm×40mm×3mm 、フィン高さ
が13mm、フィン厚さが1mm 、フィンピッチが3mm なる純
アルミ製プレートフィンタイプヒートシンク、外形寸法
40mm×40mm×15mm、ヒートシンク側開口部寸法 10mm ×
38mm、軸流ファン側開口部断面寸法38mm×38mmの純アル
ミ製チャンバ、及び外形寸法が40mm×40mm×13mm、入力
電圧 DC12V、入力電流0.1Aの軸流ファンより構成される
ヒートシンク冷却装置を用いて、このヒートシンク基板
裏面に40mm×40mmのシートヒータを取り付け一様熱流束
条件下で 30W発熱させ冷却試験を行ったところ、雰囲気
と基板裏面間の熱抵抗が0.91℃/W、雰囲気と基板裏面中
心間の温度差が31℃となった。比較例として上記したも
のと同じヒートシンクと軸流ファンをチャンバ無しで直
接接続した冷却装置を用い同様な冷却試験を行った。雰
囲気と基板裏面間の熱抵抗が1.35℃/W、雰囲気と基板裏
面中心間の温度差が52℃となった。本発明の冷却装置は
比較例の装置に対し約50% も冷却性能が向上している。
【0029】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば冷却空気
がチャンバを介して流れるため、従来のヒートシンク冷
却装置では冷却空気が殆ど流れなかった軸流ファンモー
タ直下の放熱フィンにも充分な空気が流れ、その根元で
の温度上昇が抑制されると同時に、ヒートシンク全体と
しての冷却能力が向上する。
【0030】本発明をLSI パッケージ等の電子機器に適
用すれば、ヒートシンクの大型化や軸流ファンの高性能
化をすることなしにより発熱量の大きな素子の冷却が可
能であり、エレクトロニクス産業の発展に大なる寄与を
なすものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるヒートシンク冷却装置の一例を示
す図である。
【図2】従来のヒートシンク冷却装置の一例を示す図で
ある。
【図3】本発明の冷却装置のチャンバの例を示す図であ
る。
【図4】本発明の冷却装置のチャンバの例を示す図であ
る。
【図5】本発明によるヒートシンク冷却装置の例を示す
図である。
【図6】本発明によるヒートシンク冷却装置の例を示す
図である。
【符号の説明】
11 軸流ファン 12 モータ 13 ブレード 14 ヒートシンク 15 放熱フィン 18 LSI パッケージ 19 チャンバ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】放熱フィンを有するヒートシンクと、送風
    して放熱フィンを冷却するための軸流ファンとを備え、
    放熱フィンと軸流ファン間に、軸流ファンからの冷却用
    空気を放熱フィンに送るためのチャンバが介在している
    ことを特徴とするヒートシンク冷却装置。
JP12464995A 1995-05-24 1995-05-24 ヒートシンク冷却装置 Pending JPH08316389A (ja)

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JP12464995A JPH08316389A (ja) 1995-05-24 1995-05-24 ヒートシンク冷却装置

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JPH08316389A true JPH08316389A (ja) 1996-11-29

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