JPWO2013180270A1 - heatsink - Google Patents

heatsink Download PDF

Info

Publication number
JPWO2013180270A1
JPWO2013180270A1 JP2014518752A JP2014518752A JPWO2013180270A1 JP WO2013180270 A1 JPWO2013180270 A1 JP WO2013180270A1 JP 2014518752 A JP2014518752 A JP 2014518752A JP 2014518752 A JP2014518752 A JP 2014518752A JP WO2013180270 A1 JPWO2013180270 A1 JP WO2013180270A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat sink
cooling fins
heat
cooling
air flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014518752A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6128563B2 (en
Inventor
敬 水田
敬 水田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kagoshima University NUC
Shikoku Instrumentation Co Ltd
Original Assignee
Kagoshima University NUC
Shikoku Instrumentation Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kagoshima University NUC, Shikoku Instrumentation Co Ltd filed Critical Kagoshima University NUC
Priority to JP2014518752A priority Critical patent/JP6128563B2/en
Publication of JPWO2013180270A1 publication Critical patent/JPWO2013180270A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6128563B2 publication Critical patent/JP6128563B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3672Foil-like cooling fins or heat sinks
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50Cooling arrangements
    • F21V29/70Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • F21V29/71Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks using a combination of separate elements interconnected by heat-conducting means, e.g. with heat pipes or thermally conductive bars between separate heat-sink elements
    • F21V29/713Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks using a combination of separate elements interconnected by heat-conducting means, e.g. with heat pipes or thermally conductive bars between separate heat-sink elements in direct thermal and mechanical contact of each other to form a single system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50Cooling arrangements
    • F21V29/70Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • F21V29/74Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks with fins or blades
    • F21V29/77Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks with fins or blades with essentially identical diverging planar fins or blades, e.g. with fan-like or star-like cross-section
    • F21V29/773Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks with fins or blades with essentially identical diverging planar fins or blades, e.g. with fan-like or star-like cross-section the planes containing the fins or blades having the direction of the light emitting axis
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50Cooling arrangements
    • F21V29/70Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • F21V29/83Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks the elements having apertures, ducts or channels, e.g. heat radiation holes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/467Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing gases, e.g. air
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/64Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/642Heat extraction or cooling elements characterized by the shape

Abstract

ヒートシンク(1)は、垂直空気流路(6)と、垂直空気流路(6)の周囲を取り囲むように放射状に配置された複数の下部冷却フィン(5)及び上部冷却フィン(4)を備え、隣接する下部冷却フィン(5)又は上部冷却フィン(4)の間には複数の放射状空気流路が形成されていて、放射状空気流路は、下部冷却フィン(5)及び上部冷却フィン(4)の外周の空間と垂直空気流路(6)を連絡するように形成される。その結果、ヒートシンク(1)の放熱効率が向上する。The heat sink (1) includes a vertical air flow path (6), and a plurality of lower cooling fins (5) and upper cooling fins (4) arranged radially so as to surround the vertical air flow path (6). A plurality of radial air flow paths are formed between adjacent lower cooling fins (5) or upper cooling fins (4), and the radial air flow paths are formed by lower cooling fins (5) and upper cooling fins (4). ) And the vertical air flow path (6). As a result, the heat dissipation efficiency of the heat sink (1) is improved.

Description

本発明は電子機器等を構成する電子素子等から発生する熱を環境に放出して、当該電子素子等を冷却するヒートシンクに関する。   The present invention relates to a heat sink that releases heat generated from an electronic device or the like constituting an electronic device or the like to cool the electronic device or the like.

ヒートシンクは電子機器等を構成する電子素子等から発生する熱を環境に放出して、当該電子素子を冷却する装置であり、複数の冷却フィンを備える(例えば、特許文献1)。一般に冷却フィンの表面積の総計を大きくすれば、単位時間当たりの放熱量を大きくできるが、電子機器等は小型軽量にすることが求められているから、ヒートシンクも小型化及び軽量化が求められている。そのため、ヒートシンクは多数の冷却フィンを高密度で配置して、冷却フィンの表面積の総計を拡大している。   The heat sink is a device that releases heat generated from an electronic element or the like constituting an electronic device or the like to cool the electronic element, and includes a plurality of cooling fins (for example, Patent Document 1). In general, if the total surface area of the cooling fins is increased, the amount of heat radiation per unit time can be increased. However, since electronic devices and the like are required to be smaller and lighter, heat sinks are also required to be smaller and lighter. Yes. For this reason, the heat sink has a large number of cooling fins arranged at high density to increase the total surface area of the cooling fins.

しかしながら、多数の冷却フィンを高密度で配置すれば、冷却フィン相互の間隔が小さくなるので、冷却フィンの間を流れる空気の流量流速が小さくなる。そのため、逆に放熱性能が低下する。このような場合には、冷却ファンを備えて冷却空気を冷却フィンに吹き付けて強制冷却を行なう。しかしながら、冷却ファンを備えれば、その分、電子機器等の容積と重量が大きくなるから、小型軽量化の要請と矛盾する。   However, if a large number of cooling fins are arranged at a high density, the spacing between the cooling fins becomes small, and the flow rate of air flowing between the cooling fins becomes small. As a result, the heat dissipation performance is reduced. In such a case, a cooling fan is provided and cooling air is blown onto the cooling fins to perform forced cooling. However, if a cooling fan is provided, the volume and weight of the electronic device and the like will increase accordingly, which contradicts the demand for a reduction in size and weight.

そこで、冷却ファンを使用しないで所望の冷却性能が得られ、しかも、小型軽量なヒートシンクが求められている。例えば、特許文献2には、ヒートパイプの軸方向に対して放射状に形成された複数の放熱フィンを備える空冷式半導体ヒートシンクが開示されている。   Therefore, there is a need for a heat sink that can achieve a desired cooling performance without using a cooling fan and that is small and light. For example, Patent Literature 2 discloses an air-cooled semiconductor heat sink including a plurality of heat radiation fins formed radially with respect to the axial direction of the heat pipe.

特許文献2に開示された空冷式半導体ヒートシンクでは、複数の放熱フィンをヒートパイプの軸方向に対して放射状に配置して、重力方向に平行な放熱フィンを形成している。そのため、浮力によって生じる空気の流れが妨げられないので、放熱性能が非常に向上するとされている。   In the air-cooled semiconductor heat sink disclosed in Patent Document 2, a plurality of radiating fins are arranged radially with respect to the axial direction of the heat pipe to form radiating fins parallel to the direction of gravity. For this reason, the air flow caused by buoyancy is not hindered, so that the heat dissipation performance is greatly improved.

特開2002−368468号公報JP 2002-368468 A 特開2003−100974号公報JP 2003-100804 A1

確かに、特許文献2に開示された空冷式半導体ヒートシンクは、放熱フィンが重力方向に平行に形成されているので、浮力によって生じる空気の流れが妨げられない。しかし、放熱フィンの下端付近で放熱フィンから受熱した空気は、放熱フィンに沿って流れ、境界層を形成し、境界層を形成する空気は放熱フィンの上端に向かうにつれて温度が上昇する。したがって、放熱フィンの上方にあっては、放熱フィンは高温の空気に包まれるので、放熱フィンから空気層への放熱が生じなくなる。そのため、特許文献2の図面にあるように、放熱フィンを高さ方向に伸ばして、放熱フィンの放熱面積を拡大しても、ヒートシンクの容積重量の増加に比して、放熱性能の伸びは小さくなる。そのため、容積重量の割には放熱性能が低いという問題がある。   Certainly, in the air-cooled semiconductor heat sink disclosed in Patent Document 2, since the radiating fins are formed in parallel to the direction of gravity, the air flow caused by buoyancy is not hindered. However, the air received from the radiation fin near the lower end of the radiation fin flows along the radiation fin to form a boundary layer, and the temperature of the air forming the boundary layer rises toward the upper end of the radiation fin. Therefore, above the heat radiating fins, the heat radiating fins are enveloped in high-temperature air, so that no heat is radiated from the heat radiating fins to the air layer. Therefore, as shown in the drawing of Patent Document 2, even if the heat dissipating fins are extended in the height direction and the heat dissipating area of the heat dissipating fins is expanded, the increase in heat dissipating performance is small compared to the increase in the volume weight of the heat sink. Become. Therefore, there is a problem that the heat dissipation performance is low for the volume weight.

本発明は、以上のような背景に鑑みてなされたものであり、容積重量に比べて放熱性能が高いヒートシンク、すなわち、所望の放熱性能を有して、容積重量が小さいヒートシンクを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the background as described above, and provides a heat sink having a high heat dissipation performance compared to the volume weight, that is, a heat sink having a desired heat dissipation performance and a small volume weight. Objective.

上記目的を達成するため、本発明に係るヒートシンクは、ヒートシンクにおいて、垂直空気流路と、前記垂直空気流路の周囲を取り囲むように放射状に配置された複数の冷却フィンを備え、隣接する前記冷却フィンの間には複数の放射状空気流路が形成されていて、前記放射状空気流路は、前記冷却フィンの外周の空間と前記垂直空気流路を連絡するように形成されていることを特徴する。   In order to achieve the above object, a heat sink according to the present invention comprises a vertical air flow path and a plurality of cooling fins arranged radially so as to surround the periphery of the vertical air flow path. A plurality of radial air flow paths are formed between the fins, and the radial air flow paths are formed so as to communicate the outer circumferential space of the cooling fin and the vertical air flow path. .

冷却対象物と伝熱的に連結されるとともに、前記複数の冷却フィンの下面に接して、前記複数の冷却フィンを機械的に結合する受熱部材を備えるようにしてもよい。   A heat receiving member that is connected to the object to be cooled in heat transfer and that is in contact with the lower surfaces of the plurality of cooling fins and mechanically couples the plurality of cooling fins may be provided.

前記ヒートシンクを上方から平面視する場合に、前記複数の冷却フィンの外側の端部が前記受熱部材の外縁よりも更に外側に突出するようにしてもよい。   When the heat sink is viewed from above, the outer ends of the plurality of cooling fins may protrude further outward than the outer edge of the heat receiving member.

前記冷却フィンの組を複数組備え、前記冷却フィンの組は上下に積層されるとともに、下層の放射状空気流路の上に、上層の冷却フィンが位置するように、中心軸周りにオフセットされて配置されるようにしてもよい。   A plurality of sets of the cooling fins are provided, and the sets of cooling fins are vertically stacked and offset around the central axis so that the upper cooling fins are positioned on the lower radial air flow path. It may be arranged.

上下に積層されて隣接する前記冷却フィンの組の間にあって、両者を機械的に結合するとともに伝熱的に連結する層間環状部材を備えるようにしてもよい。   An interlayer annular member may be provided between the pair of adjacent cooling fins that are stacked one above the other and that mechanically couples the two and connects them thermally.

本発明によれば、冷却フィンの間に複数の放射状空気流路が形成されていて、当該放射状空気流路は、前記冷却フィンの外周の空間と垂直空気流路を連絡するので、冷却フィンの放熱を受熱して高温になった空気が垂直空気流路に流入して、垂直空気流路内で上昇し排出されるので、冷却フィンに常に低温の空気が当る。そのため、放熱効率が高くなる。   According to the present invention, a plurality of radial air flow paths are formed between the cooling fins, and the radial air flow paths communicate with the outer peripheral space of the cooling fins and the vertical air flow paths. Since the air that has received heat radiation and has become high temperature flows into the vertical air flow path and rises and is discharged in the vertical air flow path, the low temperature air always hits the cooling fins. Therefore, the heat dissipation efficiency is increased.

また、冷却対象物と伝熱的に連結されるとともに、複数の冷却フィンの下面に接して、複数の冷却フィンを機械的に結合する受熱部材を備えれば、冷却対象物で発生する熱が複数の冷却フィンに等しく伝熱されるので、放熱効率が更に高くなる。また、前記ヒートシンクを上方から平面視する場合に、前記複数の冷却フィンの外側の端部が前記受熱部材の外縁よりも更に外側に突出するようすれば、ヒートシンクの下方から冷却フィン列に流入する空気の流線が改善されるので、放熱効率が更に高くなる。   Moreover, if it has a heat receiving member that is connected to the object to be cooled in heat transfer and is in contact with the lower surfaces of the plurality of cooling fins and mechanically couples the plurality of cooling fins, the heat generated in the object to be cooled can be obtained. Since heat is equally transferred to the plurality of cooling fins, the heat dissipation efficiency is further increased. Further, when the heat sink is viewed in plan from above, if the outer end portions of the plurality of cooling fins protrude further outward than the outer edge of the heat receiving member, the heat sink flows into the cooling fin row from below the heat sink. Since the air streamline is improved, the heat dissipation efficiency is further increased.

また、前記垂直空気流路の周囲を取り囲むように放射状に配置された複数の冷却フィンの組を複数組備えて、前記冷却フィンの組が上下に積層されれば、冷却フィンの数と、それらの放熱面積の総計が増加するので、放熱効率が高くなる。また、下層の冷却フィンの組の放射状空気流路の上に、上層の冷却フィンの組の冷却フィンが位置するように配置されれば、下層の冷却フィンに触れて温度が上昇した空気が、上層の冷却フィンに触れないから、つまり上層の冷却フィンには低温の空気が触れるから、放熱効率が更に高くなる。   In addition, if a plurality of sets of cooling fins arranged radially so as to surround the vertical air flow path are provided, and the sets of cooling fins are stacked vertically, the number of cooling fins, Since the total heat radiation area increases, the heat radiation efficiency increases. In addition, if the cooling fins of the upper cooling fins are arranged on the radial air flow path of the lower cooling fins, the air whose temperature has increased by touching the lower cooling fins, Since the upper cooling fins are not touched, that is, the low-temperature air touches the upper cooling fins, the heat dissipation efficiency is further increased.

また、隣接する前記冷却フィンの組の間にあって、両者を機械的に結合するとともに伝熱的に連結する層間環状部材を備えれば、下層の冷却フィンの組から上層の冷却フィンの組に均等に伝熱されるので、放熱効率が更に高くなる。   Further, if an interlayer annular member is provided between the adjacent cooling fin sets and mechanically couples and heat-transfers the two, the lower cooling fin set is equivalent to the upper cooling fin set. The heat dissipation efficiency is further increased.

本発明に係るヒートシンクの概念的な平面図である。It is a notional top view of the heat sink concerning the present invention. ヒートシンクの概念的な正面図である。It is a notional front view of a heat sink. ヒートシンクを図1AのA−A線で切断した断面図である。It is sectional drawing which cut | disconnected the heat sink by the AA line of FIG. 1A. ヒートシンクを構成する上部モジュールの概念的な平面図である。It is a notional top view of the upper module which constitutes a heat sink. 上部モジュールの概念的な正面図である。It is a notional front view of an upper module. ヒートシンクを構成する下部モジュールの概念的な平面図である。It is a notional top view of the lower module which constitutes a heat sink. 下部モジュールの概念的な正面図である。It is a conceptual front view of a lower module. ヒートシンク周りの冷却空気の流れを示す概念的な正面図である。It is a conceptual front view which shows the flow of the cooling air around a heat sink. ヒートシンク周りの冷却空気の流れを示す概念的な断面図である。It is a conceptual sectional view showing a flow of cooling air around a heat sink. ヒートシンクの寸法の定義を示す図である。It is a figure which shows the definition of the dimension of a heat sink. 数値シミュレーションの結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of numerical simulation. 数値シミュレーションの結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of numerical simulation. ヒートシンクの変形例を示す概念的な平面図である。It is a conceptual top view which shows the modification of a heat sink. ヒートシンクの変形例を示す概念的な正面図である。It is a conceptual front view which shows the modification of a heat sink. ヒートシンクの変形例を示す概念的な平面図である。It is a conceptual top view which shows the modification of a heat sink. ヒートシンクの斜視図である。It is a perspective view of a heat sink. ヒートシンクの平面図である。It is a top view of a heat sink. ヒートシンクの立面図である。It is an elevation view of a heat sink. ヒートシンクの立面図である。It is an elevation view of a heat sink. ヒートシンクの立面図である。It is an elevation view of a heat sink. ヒートシンクの立面図である。It is an elevation view of a heat sink. ヒートシンクの重量と熱抵抗の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the weight of a heat sink, and thermal resistance.

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明に係るヒートシンク1の概念的な構成を図1Aないし図1Cに示す。なお、図1Aはヒートシンク1の平面図であり、図1Bは正面図であり、図1Cはヒートシンク1を図1AのA−A線で切断した断面図である。   A conceptual configuration of a heat sink 1 according to the present invention is shown in FIGS. 1A to 1C. 1A is a plan view of the heat sink 1, FIG. 1B is a front view, and FIG. 1C is a cross-sectional view of the heat sink 1 taken along the line AA of FIG. 1A.

図1Aないし図1Cにおいて明らかなように、ヒートシンク1は、上部フィン列2と下部フィン列3を備える。上部フィン列2は、放射状に配置された(具体的には、中心軸Xを中心とする半径方向に延びて、全体として円環状に配列された)18枚の上部冷却フィン4を有していて、下部フィン列3の上方に配置されている。また、下部フィン列3は、放射状に配置された(具体的には、中心軸Xを中心とする半径方向に延びて、全体として円環状に配列された)18枚の下部冷却フィン5を有している。また、上部冷却フィン4と下部冷却フィン5は、いずれも平面形において矩形をなす金属(例えば、アルミニウム合金や黄銅の)平板である。   As is apparent from FIGS. 1A to 1C, the heat sink 1 includes an upper fin row 2 and a lower fin row 3. The upper fin row 2 has 18 upper cooling fins 4 arranged radially (specifically, extending in a radial direction around the central axis X and arranged in an annular shape as a whole). And disposed above the lower fin row 3. The lower fin row 3 has 18 lower cooling fins 5 arranged radially (specifically, extending radially in the center axis X and arranged in an annular shape as a whole). doing. Each of the upper cooling fin 4 and the lower cooling fin 5 is a metal (for example, aluminum alloy or brass) flat plate that is rectangular in a planar shape.

また、上部冷却フィン4と下部冷却フィン5は、それぞれ中心角において20°ピッチになるように、中心軸Xを中心とする円周上に等ピッチで配列されている。また、上部フィン列2と下部フィン列3は中心角において、10°だけオフセットされている。つまり平面図(図1A)において、隣接する2枚の上部冷却フィン4の中間に下部冷却フィン5が見えるように配置されている。   Further, the upper cooling fins 4 and the lower cooling fins 5 are arranged at equal pitches on the circumference centered on the central axis X so as to have a pitch of 20 ° at the central angle. The upper fin row 2 and the lower fin row 3 are offset by 10 ° at the central angle. That is, in the plan view (FIG. 1A), the lower cooling fins 5 are arranged so as to be visible between two adjacent upper cooling fins 4.

また、上部フィン列2と下部フィン列3は、平面図(図1A)において、いわゆるドーナッツ形に配置され、上部フィン列2と下部フィン列3の中心には、垂直空気流路6が形成されている。垂直空気流路6は、中心軸Xを中心とする円柱状の空洞であって、ヒートシンク1の下面から上面まで貫通している。言い替えれば、上部冷却フィン4と下部冷却フィン5は垂直空気流路6の周囲に放射状に配列されている。   The upper fin row 2 and the lower fin row 3 are arranged in a so-called donut shape in a plan view (FIG. 1A), and a vertical air flow path 6 is formed at the center of the upper fin row 2 and the lower fin row 3. ing. The vertical air flow path 6 is a cylindrical cavity centering on the central axis X, and penetrates from the lower surface to the upper surface of the heat sink 1. In other words, the upper cooling fins 4 and the lower cooling fins 5 are arranged radially around the vertical air flow path 6.

また、上部フィン列2と下部フィン列3の間には、第1の円筒部材7と第2の円筒部材8が配置される。第1の円筒部材7と第2の円筒部材8は、いずれも中心軸Xを中心とする円筒状の金属製の部材であって、上部フィン列2と下部フィン列3を機械的に結合するとともに、両者を伝熱的に連結する層間環状部材として機能する。   In addition, a first cylindrical member 7 and a second cylindrical member 8 are disposed between the upper fin row 2 and the lower fin row 3. Each of the first cylindrical member 7 and the second cylindrical member 8 is a cylindrical metal member centered on the central axis X, and mechanically couples the upper fin row 2 and the lower fin row 3. At the same time, it functions as an interlayer annular member that couples the two in a heat transfer manner.

下部フィン列3の下方には、環状部材9が配置される。環状部材9は下部フィン列3と機械的に結合される金属製の部材であって、ヒートシンク1の冷却対象と伝熱的に連結される部材である。つまり、環状部材9は冷却対象の排熱を受熱する受熱部材として機能する。本実施形態においては、環状部材9の下面に面状ヒートパイプ10が伝熱的に接触し、面状ヒートパイプ10の下面中央には、例えばLEDのような発熱素子11(冷却対象)が取り付けられる。したがって、発熱素子11で発生する熱は、面状ヒートパイプ10を通って環状部材9に伝熱し、更に環状部材9から下部フィン列3、第1の円筒部材7及び第2の円筒部材8を通って、上部フィン列2に伝熱し、下部フィン列3と上部フィン列2から環境、つまり周囲の空気に伝熱される。   An annular member 9 is disposed below the lower fin row 3. The annular member 9 is a metal member that is mechanically coupled to the lower fin row 3 and is a member that is thermally connected to the cooling target of the heat sink 1. That is, the annular member 9 functions as a heat receiving member that receives the exhaust heat of the cooling target. In the present embodiment, the planar heat pipe 10 is in heat transfer contact with the lower surface of the annular member 9, and a heating element 11 (an object to be cooled) such as an LED is attached to the lower surface center of the planar heat pipe 10. It is done. Therefore, the heat generated in the heating element 11 is transferred to the annular member 9 through the planar heat pipe 10, and from the annular member 9 to the lower fin row 3, the first cylindrical member 7 and the second cylindrical member 8. Then, heat is transferred to the upper fin row 2, and is transferred from the lower fin row 3 and the upper fin row 2 to the environment, that is, ambient air.

ヒートシンク1は、図2A及び図2Bに示すような上部モジュール12と、図2C及び図2Dに示すような下部モジュール13を組み合わせて構成される。   The heat sink 1 is configured by combining an upper module 12 as shown in FIGS. 2A and 2B and a lower module 13 as shown in FIGS. 2C and 2D.

上部モジュール12は、金属素材を鍛造して形成され、図2Aと図2Bに示すように、18枚の上部冷却フィン4、つまり上部フィン列2と第1及び第2の円筒部材7,8を備える。また、上部モジュール12において、上部冷却フィン4は第1及び第2の円筒部材7,8と格子状に組み合わされて、機械的に結合されている。なお、隣接する上部冷却フィン4の間には、放射状空気流路14が形成されている。したがって、上部フィン列2には、18本の放射状空気流路14が形成されて、垂直空気流路6と下部フィン列3の外側を連絡している。   The upper module 12 is formed by forging a metal material. As shown in FIGS. 2A and 2B, the upper module 12 includes 18 upper cooling fins 4, that is, the upper fin row 2 and the first and second cylindrical members 7 and 8. Prepare. In the upper module 12, the upper cooling fins 4 are mechanically coupled to the first and second cylindrical members 7 and 8 in a lattice shape. A radial air flow path 14 is formed between adjacent upper cooling fins 4. Accordingly, 18 radial air passages 14 are formed in the upper fin row 2, and communicate with the outside of the vertical air passage 6 and the lower fin row 3.

下部モジュール13も、金属素材を鍛造して形成され、図2Cと図2Dに示すように、18枚の下部冷却フィン5、つまり下部フィン列3と環状部材9を備える。また、下部モジュール13において、下部冷却フィン5の下端は環状部材9と当接して、機械的に結合されている。隣接する下部冷却フィン5の間にも、放射状空気流路15が形成されている。したがって、下部フィン列3には18本の放射状空気流路15が形成されて、垂直空気流路6と下部フィン列3の外側を連絡している。   The lower module 13 is also formed by forging a metal material, and includes 18 lower cooling fins 5, that is, the lower fin row 3 and the annular member 9, as shown in FIGS. 2C and 2D. In the lower module 13, the lower end of the lower cooling fin 5 abuts on the annular member 9 and is mechanically coupled. A radial air flow path 15 is also formed between adjacent lower cooling fins 5. Accordingly, 18 radial air passages 15 are formed in the lower fin row 3 and communicate with the vertical air passage 6 and the outside of the lower fin row 3.

このように構成されているので、ヒートシンク1では、図3A及び図3Bに示すような冷却空気の流れが励起される。なお、図3A及び図3Bにおいて、矢印付の曲線はヒートシンク1に流入、流出する冷却空気の流線を示している。   With this configuration, the heat sink 1 excites the flow of cooling air as shown in FIGS. 3A and 3B. 3A and 3B, a curve with an arrow indicates a streamline of cooling air flowing into and out of the heat sink 1.

すなわち、上部フィン列2と下部フィン列3は中心角において、10°だけオフセットされているので、図3Aに示すように、ヒートシンク1の下方から流入して、下部冷却フィン5の表面に沿って流れて、下部冷却フィン5から熱を受け取って温度が上昇した冷却空気は、上部冷却フィン4の間を通ってヒートシンク1の上方に抜ける。また下部冷却フィン5から離れた位置、つまり隣接する2枚の下部冷却フィン5の間を通って流れた冷却空気は下部冷却フィン5からほとんど熱を受け取ることなく、低温のまま上部フィン列2に流入し、上部冷却フィン4の表面に沿って流れて、上部冷却フィン4から熱を受け取ってヒートシンク1の上方に抜ける。つまり、上部フィン列2と下部フィン列3のいずれにも、低温の冷却空気が流入するので、効率良く、放熱(冷却)される。   That is, since the upper fin row 2 and the lower fin row 3 are offset by 10 ° at the central angle, as shown in FIG. 3A, the upper fin row 2 and the lower fin row 3 flow from below the heat sink 1 and follow the surface of the lower cooling fin 5. The cooling air that flows and receives the heat from the lower cooling fins 5 and rises in temperature passes through between the upper cooling fins 4 and escapes above the heat sink 1. Further, the cooling air that has flowed away from the lower cooling fins 5, that is, between the two adjacent lower cooling fins 5, receives almost no heat from the lower cooling fins 5 and remains in the upper fin row 2 at a low temperature. It flows in along the surface of the upper cooling fin 4, receives heat from the upper cooling fin 4, and exits above the heat sink 1. That is, since the low-temperature cooling air flows into both the upper fin row 2 and the lower fin row 3, heat is efficiently radiated (cooled).

また、図3Bに示すように、ヒートシンク1の下方から流入した冷却空気の一部は、前述したように、下部フィン列3と上部フィン列2を通って、ヒートシンク1の上方に抜け、残余は垂直空気流路6に流れて、垂直空気流路6を通ってヒートシンク1の上方に抜ける。また、下部フィン列3の側方から隣接する2枚の下部冷却フィン5の間の放射状空気流路15(図2C参照)に流入した冷却空気の一部は、上部フィン列2を通って、ヒートシンク1の上方に抜け、残余は垂直空気流路6に流れて、垂直空気流路6を通ってヒートシンク1の上方に抜ける。上部フィン列2の側方から隣接する2枚の上部冷却フィン4の間の放射状空気流路14(図2A参照)に流入した冷却空気の一部は、ヒートシンク1の上方に抜け、残余は垂直空気流路6に流れて、垂直空気流路6を通ってヒートシンク1の上方に抜ける。このように、ヒートシンク1には冷却空気が淀む部分、つまり行き止まり、袋小路のような形状がないので、効率良く放熱(冷却)できる。   Further, as shown in FIG. 3B, a part of the cooling air flowing from the lower side of the heat sink 1 passes through the lower fin row 3 and the upper fin row 2 and passes above the heat sink 1 as described above, and the remainder is It flows into the vertical air flow path 6, passes through the vertical air flow path 6, and exits above the heat sink 1. Further, a part of the cooling air flowing into the radial air flow path 15 (see FIG. 2C) between the two adjacent lower cooling fins 5 from the side of the lower fin row 3 passes through the upper fin row 2, It escapes above the heat sink 1, and the remainder flows into the vertical air flow path 6 and passes through the vertical air flow path 6 and above the heat sink 1. A part of the cooling air flowing into the radial air flow path 14 (see FIG. 2A) between the two adjacent upper cooling fins 4 from the side of the upper fin row 2 passes above the heat sink 1, and the remainder is vertical. It flows into the air flow path 6, passes through the vertical air flow path 6, and exits above the heat sink 1. As described above, the heat sink 1 has a portion where the cooling air stagnates, that is, a dead end, and does not have a shape like a narrow path, and therefore can efficiently radiate (cool) heat.

さて、ヒートシンク1の性能を確認するために、以下のような13種のモデル(モデルNo.1〜13)を想定して、総熱抵抗を推定する数値シミュレーションを行なった。また比較のために、特許文献2に開示された従来技術に係るヒートシンクのモデル(従来品)についても数値シミュレーションを行なった。   Now, in order to confirm the performance of the heat sink 1, a numerical simulation for estimating the total thermal resistance was performed assuming the following 13 types of models (model Nos. 1 to 13). For comparison, a numerical simulation was also performed on a heat sink model (conventional product) according to the related art disclosed in Patent Document 2.

No.1:初期モデル
No.2:フィンを半径方向と高さ方向に拡大し、内径を小さくし、外径を初期モデルとほぼ同一にしたモデル。
No.3:フィンを半径方向と高さ方向に拡大し、内径を初期モデルと同一にして、外径を大きくしたモデル。
No.4:フィンの高さを変えずに、フィンを半径方向に拡大し、内径を初期モデルと同一にしたモデル。
No.5:フィンを高くして、内径と外径を初期モデルと同一にしたモデル。
No.6:No.4モデルをベースとし、下段のフィンを50mmだけ高くしたモデル。
No.7:No.4モデルをベースとし、リング部の厚みを増加させたモデル。
No.8:No.4モデルをベースとし、下段、上段のフィンの高さをそれぞれ25mm増加させたモデル。
No.9:No.8のモデルをベースとする変形モデル。
No.10:No.9のモデルをベースとして、フィンの枚数を24枚から18枚へと変更したモデル。
No.11:No.10のモデルをベースとする変形モデル。
No.12:No.11のモデルをベースとする変形モデル。
No.13:No.11のモデルをベースとする変形モデル。
従来品:特許文献2に開示されたヒートシンクであって、No.2−5のモデルとほぼ同一のフィン面積を有するモデル。
No. 1: Initial model no. 2: A model in which the fins are enlarged in the radial direction and the height direction, the inner diameter is reduced, and the outer diameter is substantially the same as the initial model.
No. 3: A model in which the fin is enlarged in the radial direction and the height direction, the inner diameter is the same as the initial model, and the outer diameter is increased.
No. 4: A model in which the fins are enlarged in the radial direction without changing the height of the fins, and the inner diameter is the same as the initial model.
No. 5: A model in which the fins are raised and the inner and outer diameters are the same as the initial model.
No. 6: No. A model based on 4 models with the lower fin raised 50mm.
No. 7: No. A model based on 4 models with increased ring thickness.
No. 8: No. This model is based on 4 models, and the height of the lower and upper fins is increased by 25 mm each.
No. 9: No. Deformed model based on 8 models.
No. 10: No. Based on 9 models, the number of fins is changed from 24 to 18.
No. 11: No. A deformation model based on 10 models.
No. 12: No. A deformation model based on 11 models.
No. 13: No. A deformation model based on 11 models.
Conventional product: a heat sink disclosed in Patent Document 2, Model having almost the same fin area as 2-5 model.

モデルNo.1〜13及び従来品の寸法等を表1に示す。なお、表1に示した寸法等の意味については、図4を参照されたい。   Model No. Table 1 shows dimensions of 1 to 13 and conventional products. Refer to FIG. 4 for the meanings of dimensions and the like shown in Table 1.

Figure 2013180270
Figure 2013180270

表1から明らかなように、モデルNo.1〜13の寸法(外径と高さ)はいずれも従来品よりも小さい。また、モデルNo.6と8を除く各モデルの放熱部重量は従来品より小さい。   As is clear from Table 1, model no. The dimensions (outer diameter and height) of 1 to 13 are all smaller than the conventional product. Model No. Except for 6 and 8, the heat dissipation part weight of each model is smaller than the conventional product.

数値シミュレーションの結果を表2に示す。また、冷却フィンの面積の合計とヒートシンクの放熱部重量を、それぞれを横軸にして、数値シミュレーションの結果(総熱抵抗)を縦軸にしたグラフを、図5と図6に示す。   Table 2 shows the results of the numerical simulation. 5 and 6 are graphs in which the total area of the cooling fins and the heat radiation part weight of the heat sink are plotted on the horizontal axis, and the result of the numerical simulation (total thermal resistance) is plotted on the vertical axis.

Figure 2013180270
Figure 2013180270

表2から明らかなように、モデルNo.1〜13の熱抵抗はいずれも従来品の70%以下である。つまり、本発明に係るヒートシンクの熱抵抗は従来型のヒートシンクよりも小さく、放熱性に優れている。また、図5から明らかなように、フィン面積を大きくすると総熱抵抗は小さくなる傾向があるが、冷却フィンの面積が従来型と同等の場合であっても、熱抵抗は従来型の半分程度である。また、モデルNo.2〜5のフィン面積は、ほぼ同一であるが、総熱抵抗はモデルNo.4が最も小さい。このことから、フィン面積がほぼ同一ならば、フィンの外径を大きくすると総熱抵抗が小さくなることが解る。言い替えれば、フィンの半径を増加させて冷却フィンの面積を拡大する方が、フィンの高さを大きくして冷却フィンの面積を拡大する場合に比べて、総熱抵抗低減の効果が高いことが分かる。フィンの高さを大きくしても、冷却空気がフィンの表面に沿って上昇する境界層流れが発達して、フィンに接触する冷却空気の平均温度が上昇するためだと思われる。また、フィンの板厚を厚くしても、総熱抵抗低減の効果は低い。内部熱抵抗の減少は総熱抵抗の減少に大きな影響を与えないと考えられる。したがって、板厚をそのままにしてフィン面積を増加させ、あるいは板厚を小さくして、浮いた重量をフィン面積の増加に回すのが望ましいと考えられる。   As is clear from Table 2, model no. The thermal resistance of 1 to 13 is 70% or less of the conventional product. That is, the heat resistance of the heat sink according to the present invention is smaller than that of the conventional heat sink, and is excellent in heat dissipation. Further, as apparent from FIG. 5, the total thermal resistance tends to decrease when the fin area is increased, but the thermal resistance is about half that of the conventional type even when the area of the cooling fin is equal to that of the conventional type. It is. Model No. The fin areas of 2 to 5 are almost the same, but the total thermal resistance is model no. 4 is the smallest. From this, it can be seen that if the fin area is substantially the same, the total thermal resistance decreases as the fin outer diameter increases. In other words, increasing the fin radius to increase the cooling fin area is more effective in reducing the total thermal resistance than increasing the fin height to increase the cooling fin area. I understand. Even if the height of the fin is increased, a boundary layer flow in which the cooling air rises along the surface of the fin develops, and the average temperature of the cooling air in contact with the fin increases. Moreover, even if the plate thickness of the fin is increased, the effect of reducing the total thermal resistance is low. The decrease in internal thermal resistance is considered not to have a significant effect on the decrease in total thermal resistance. Therefore, it is desirable to increase the fin area while leaving the plate thickness as it is, or to reduce the plate thickness and to increase the floating weight to increase the fin area.

また、ヒートシンクの重量は冷却フィンの面積にほぼ比例するから、図6に示すように、重量が大きくなると、熱抵抗は小さくなるが、重量が従来品と同程度であって、熱抵抗は従来型の半分程度である。   Further, since the weight of the heat sink is substantially proportional to the area of the cooling fin, as shown in FIG. 6, when the weight increases, the thermal resistance decreases, but the weight is comparable to the conventional product, and the thermal resistance is About half of the mold.

また、ヒートシンク1の熱抵抗は、フィン列が環状部材9に対してオーバーハングするように配置されると減少する。言い替えると、ヒートシンク1を上方から平面視する場合に、フィン列を構成する複数の冷却フィンの外側、つまり垂直空気流路6の外側にある端部が、環状部材9の外縁よりも更に外側に、つまり垂直空気流路6から遠ざかる方向に突出するように配置すると、ヒートシンク1の性能は向上する。   Further, the thermal resistance of the heat sink 1 decreases when the fin row is arranged so as to overhang the annular member 9. In other words, when the heat sink 1 is viewed from above, the outer sides of the plurality of cooling fins constituting the fin row, that is, the outer ends of the vertical air flow paths 6 are further outside the outer edge of the annular member 9. In other words, if it is arranged so as to protrude in a direction away from the vertical air flow path 6, the performance of the heat sink 1 is improved.

オーバーハングの効果を検証するために、フィン面積の異なる、3タイプの冷却フィン列を設定し、各タイプにオーバーハング量の異なる4種のモデル(実施例1,2、比較例1,2)を設定し、つまり合計12種のモデルを設定し、各モデルの熱抵抗等を計算した。   In order to verify the effect of overhang, three types of cooling fin arrays with different fin areas were set, and four types of models with different overhang amounts for each type (Examples 1 and 2, Comparative Examples 1 and 2). That is, a total of 12 types of models were set, and the thermal resistance of each model was calculated.

計算に使用した冷却フィン列のタイプは、以下の3タイプである。
タイプ1:幅40mm、高さ60mm の冷却フィンを18枚有する。
タイプ2:幅50mm、高さ60mm の冷却フィンを18枚有する。
タイプ3:幅55mm、高さ60mm の冷却フィンを18枚有する。
なお、冷却フィンの素材はいずれも銅であり、板厚は3mmである。
The following three types of cooling fin arrays were used for the calculation.
Type 1: 18 cooling fins having a width of 40 mm and a height of 60 mm.
Type 2: It has 18 cooling fins with a width of 50 mm and a height of 60 mm.
Type 3: It has 18 cooling fins with a width of 55 mm and a height of 60 mm.
The material of the cooling fins is copper, and the plate thickness is 3 mm.

前記3タイプの冷却フィン列について、冷却フィン列がオーバーハングする2種のモデル、つまり実施例1,2と、オーバーハングしない2種のモデル、つまり比較例1,2を設定した。   For the three types of cooling fin arrays, two types of models in which the cooling fin array overhangs, that is, Examples 1 and 2, and two models in which no overhanging occurs, that is, Comparative Examples 1 and 2 were set.

[実施例1]
図9は、実施例1に係るヒートシンク21の外形を示す斜視図である。図9に示すように、ヒートシンク21は、放射状に配列された18枚の冷却フィン22からなる冷却フィン列23と、冷却フィン列23の下面に伝熱的に接する環状部材24とで構成され、冷却フィン列23(冷却フィン22)は環状部材24に固定されている。なお、環状部材24の素材はアルミニウムであり、板厚は8mmである。
[Example 1]
FIG. 9 is a perspective view illustrating an outer shape of the heat sink 21 according to the first embodiment. As shown in FIG. 9, the heat sink 21 includes a cooling fin row 23 composed of 18 cooling fins 22 arranged radially, and an annular member 24 that is in heat transfer contact with the lower surface of the cooling fin row 23. The cooling fin row 23 (cooling fin 22) is fixed to the annular member 24. The material of the annular member 24 is aluminum, and the plate thickness is 8 mm.

図10に示すように、冷却フィン列23と環状部材24は同心配置されて、冷却フィン列23は環状部材24に対してオーバーハングしている。すなわち、冷却フィン列23の外径Doが、環状部材24の外径Dboよりも大きくされている。言い替えると、ヒートシンク21を上方から平面視する場合に、冷却フィン22の外側の端部は、環状部材24の外縁よりも外側(冷却フィン列23と環状部材24の中心から離れる側)にある。なお、Diは冷却フィン列23の内径であり、垂直空気流路6(図1C参照)の直径に相当する。また、環状部材24の中心部には中心穴25が開けられていて、Dbiは中心穴25の直径(内径)である。   As shown in FIG. 10, the cooling fin row 23 and the annular member 24 are arranged concentrically, and the cooling fin row 23 overhangs the annular member 24. That is, the outer diameter Do of the cooling fin row 23 is made larger than the outer diameter Dbo of the annular member 24. In other words, when the heat sink 21 is viewed from above, the outer end portion of the cooling fin 22 is outside the outer edge of the annular member 24 (the side away from the center of the cooling fin row 23 and the annular member 24). Di is the inner diameter of the cooling fin row 23 and corresponds to the diameter of the vertical air flow path 6 (see FIG. 1C). A central hole 25 is formed at the center of the annular member 24, and Dbi is the diameter (inner diameter) of the central hole 25.

図11に示すように、ヒートシンク21は、例えばLED基板のような発熱体26に取り付けて使用される。発熱体26は環状部材24の下面に伝熱的に取り付けられ、中心穴25は発熱体26によって塞がれる。なお、Hは冷却フィン列23(冷却フィン22)の高さを示す符号である。   As shown in FIG. 11, the heat sink 21 is used by being attached to a heating element 26 such as an LED substrate. The heating element 26 is attached to the lower surface of the annular member 24 by heat transfer, and the center hole 25 is closed by the heating element 26. In addition, H is a code | symbol which shows the height of the cooling fin row | line | column 23 (cooling fin 22).

[実施例2]
図12は、実施例2に係るヒートシンク27の立面図である。ヒートシンク27の基本的な構成及び素材はヒートシンク21と同一であるが、冷却フィン列23の環状部材24に対するオーバーハングがヒートシンク21に比べて小さい点で異なる。すなわち、冷却フィン列23の外径Doと環状部材24の外径Dboの差がヒートシンク21に比べて小さい。
[Example 2]
FIG. 12 is an elevation view of the heat sink 27 according to the second embodiment. The basic configuration and material of the heat sink 27 are the same as those of the heat sink 21, but differ in that the overhang of the cooling fin row 23 with respect to the annular member 24 is smaller than that of the heat sink 21. That is, the difference between the outer diameter Do of the cooling fin row 23 and the outer diameter Dbo of the annular member 24 is smaller than that of the heat sink 21.

[比較例1]
図13は、比較例1に係るヒートシンク28の立面図である。ヒートシンク28の基本的な構成及び素材もヒートシンク21と同一であるが、冷却フィン列23が環状部材24に対してオーバーハングしていない点で異なる。冷却フィン列23の外径Doは環状部材24の外径Dboと等しい。
[Comparative Example 1]
FIG. 13 is an elevation view of the heat sink 28 according to Comparative Example 1. FIG. The basic configuration and material of the heat sink 28 are the same as those of the heat sink 21, except that the cooling fin row 23 does not overhang with respect to the annular member 24. The outer diameter Do of the cooling fin row 23 is equal to the outer diameter Dbo of the annular member 24.

[比較例2]
図14は、比較例2に係るヒートシンク29の立面図である。ヒートシンク29の基本的な構成及び素材もヒートシンク21と同一であるが、環状部材24の外径Dboが冷却フィン列23の外径Doより大きい点で異なる。
[Comparative Example 2]
FIG. 14 is an elevation view of the heat sink 29 according to Comparative Example 2. The basic configuration and material of the heat sink 29 are the same as those of the heat sink 21, except that the outer diameter Dbo of the annular member 24 is larger than the outer diameter Do of the cooling fin row 23.

[タイプ1の各モデル]
タイプ1の各モデルの主要寸法は以下の通りである。
[Each model of type 1]
The main dimensions of each type 1 model are as follows.

Figure 2013180270
Figure 2013180270

[タイプ2の各モデル]
タイプ2の各モデルの主要寸法は以下の通りである。
[Each model of type 2]
The main dimensions of each type 2 model are as follows.

Figure 2013180270
Figure 2013180270

[タイプ3の各モデル]
タイプ3の各モデルの主要寸法は以下の通りである。
[Each model of type 3]
The main dimensions of each type 3 model are as follows.

Figure 2013180270
Figure 2013180270

上記の3タイプ、12モデルについて、数値シミュレーションを行ったところ、以下のような結果を得た。なお、数値シミュレーションにおいては、雰囲気温度を298.15°K(25°C)とし、発熱体26の発熱量を70Wと仮定した。また、下表の「発熱体温度」とは、発熱体26の発熱量とヒートシンク21,27〜29による放熱量が均衡する時の発熱体26の下面中心の温度である。   When the above three types and 12 models were numerically simulated, the following results were obtained. In the numerical simulation, it was assumed that the ambient temperature was 298.15 ° K (25 ° C) and the heat generation amount of the heating element 26 was 70W. The “heating element temperature” in the following table is the temperature at the center of the lower surface of the heating element 26 when the heating value of the heating element 26 and the heat dissipation amount by the heat sinks 21 and 27 to 29 are balanced.

Figure 2013180270
Figure 2013180270

また、前記12個のモデルの重量と熱抵抗の関係を図15に示す。図15によれば、タイプ1,2,3の順で熱抵抗が小さくなることが分かる。つまり、冷却フィン列の表面積を大きくすれば熱抵抗が小さくなることが分かる。また、同タイプのモデルの中では、実施例1の熱抵抗が最も小さいことが分かる。つまり、冷却フィン列23を環状部材24に対してオーバーハングさせると熱抵抗が低下することが分かる。これは、ヒートシンク21の下方にある空気がオーバーハング部を通って冷却フィン列23の中に流入して、冷却フィン列23を効率よく冷却するためである。なお、オーバーハング部を通って冷却フィン列23の中に流入する空気の流線については、図3Bを参照されたい。   FIG. 15 shows the relationship between the weight and thermal resistance of the 12 models. FIG. 15 shows that the thermal resistance decreases in the order of types 1, 2, and 3. That is, it can be seen that the thermal resistance decreases as the surface area of the cooling fin row increases. Moreover, it turns out that the thermal resistance of Example 1 is the smallest among the models of the same type. That is, it can be seen that when the cooling fin row 23 is overhanged with respect to the annular member 24, the thermal resistance is lowered. This is because the air below the heat sink 21 flows into the cooling fin row 23 through the overhang portion and cools the cooling fin row 23 efficiently. In addition, refer to FIG. 3B for the streamline of the air flowing into the cooling fin row 23 through the overhang portion.

また、図15によれば、冷却フィン列23を環状部材24に対してオーバーハングさせると、ヒートシンク21の重量が軽くなることが分かる。つまり、冷却フィン列23を環状部材24に対してオーバーハングさせると、ヒートシンク21の熱抵抗を小さくできるだけでなく、ヒートシンク21の軽量化にも役立つことが分かる。   Further, according to FIG. 15, it is understood that when the cooling fin row 23 is overhanged with respect to the annular member 24, the weight of the heat sink 21 is reduced. That is, it can be seen that if the cooling fin row 23 is overhanged with respect to the annular member 24, not only the heat resistance of the heat sink 21 can be reduced, but also the weight of the heat sink 21 can be reduced.

以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲はこれに限定されない。特許請求の範囲に記載した技術的思想の限りにおいて、自由に応用変形あるいは改良して実施することができる。   Although specific embodiments of the present invention have been described above, the technical scope of the present invention is not limited thereto. As long as the technical idea described in the scope of claims is applied, the invention can be freely modified and improved.

例えば、ヒートシンク1は、冷却フィン列を2段重ねたものには限られない。図7に示すように、冷却フィン列1段だけでヒートシンク1を構成してもよい。また、ヒートシンク1の形状は、図1ないし図3に示したような、全体として円柱形に構成されたものには限定されない。様々な変形が可能である。また図8に示すように、ヒートシンク1の平面形が長方形に内接するようにして、全体として角柱形に構成されてもよい。また、垂直空気流路6の平面形(断面形)も円形には限られない。   For example, the heat sink 1 is not limited to one in which two rows of cooling fins are stacked. As shown in FIG. 7, the heat sink 1 may be configured with only one cooling fin row. Further, the shape of the heat sink 1 is not limited to the one configured as a column as a whole as shown in FIGS. 1 to 3. Various modifications are possible. Further, as shown in FIG. 8, the heat sink 1 may be formed in a prismatic shape as a whole so that the planar shape of the heat sink 1 is inscribed in a rectangular shape. Further, the planar shape (cross-sectional shape) of the vertical air flow path 6 is not limited to a circle.

また、上記実施形態の説明において、受熱部材の具体例として、環状部材9あるいは環状部材24を示したが、受熱部材は環状の平面形を有するものには限定されない。つまり、受熱部材は中央に開口を有するものには限られない。開口を有しない平板(例えば円板)であってもよい。あるいは、別の部材で開口を塞ぐようにしてもよい。   In the description of the above embodiment, the annular member 9 or the annular member 24 is shown as a specific example of the heat receiving member, but the heat receiving member is not limited to one having an annular planar shape. That is, the heat receiving member is not limited to one having an opening at the center. It may be a flat plate (for example, a circular plate) having no opening. Alternatively, the opening may be closed with another member.

ヒートシンク1等の素材は、用途や使用環境に応じて任意に選択できることは言うまでもない。   It goes without saying that the material of the heat sink 1 and the like can be arbitrarily selected according to the application and use environment.

なお、本発明は、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構の平成23年度先導的産業技術創出事業に係る「低エネルギー消費型高輝度・小型LED水中照明による低環境負荷型灯火漁業の実証研究」の成果物である。   In addition, the present invention relates to the “demonstration of low energy consumption type light and fishery by low energy consumption type high brightness and small LED underwater lighting” related to the 2011 new industrial technology development project of the New Energy and Industrial Technology Development Organization. It is a product of “research”.

本出願は2012年5月31日に出願された明細書、特許請求の範囲、図、および要約書を含む日本国特許出願2012−125170号に基づく優先権を主張するものである。この元となる特許出願の開示内容は参照により全体として本出願に含まれる。   The present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2012-125170 filed on May 31, 2012, including the specification, claims, figures, and abstract. The disclosure of this original patent application is hereby incorporated by reference in its entirety.

本発明は、電子機器等に取り付けられて、電子素子等から発生する熱を環境に放出して、当該電子素子を冷却するヒートシンクとして有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as a heat sink that is attached to an electronic device or the like and releases heat generated from the electronic element or the like to the environment to cool the electronic element.

1 ヒートシンク
2 上部フィン列
3 下部フィン列
4 上部冷却フィン
5 下部冷却フィン
6 垂直空気流路
7 第1の円筒部材
8 第2の円筒部材
9 環状部材
10 面状ヒートパイプ
11 発熱素子
12 上部モジュール
13 下部モジュール
14 放射状空気流路
15 放射状空気流路
21 ヒートシンク
22 冷却フィン
23 冷却フィン列
24 環状部材
25 中心穴
26 発熱体
27 ヒートシンク
28 ヒートシンク
29 ヒートシンク
1 heat sink 2 upper fin row 3 lower fin row 4 upper cooling fin 5 lower cooling fin 6 vertical air flow path 7 first cylindrical member 8 second cylindrical member 9 annular member 10 planar heat pipe 11 heating element 12 upper module 13 Lower module 14 Radial air flow path 15 Radial air flow path 21 Heat sink 22 Cooling fin 23 Cooling fin row 24 Annular member 25 Center hole 26 Heating element 27 Heat sink 28 Heat sink 29 Heat sink

【0002】
先行技術文献
特許文献
[0006]
特許文献1:特開2002−368468号公報
特許文献2:特開2003−100974号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0007]
確かに、特許文献2に開示された空冷式半導体ヒートシンクは、放熱フィンが重力方向に平行に形成されているので、浮力によって生じる空気の流れが妨げられない。しかし、放熱フィンの下端付近で放熱フィンから受熱した空気は、放熱フィンに沿って流れ、境界層を形成し、境界層を形成する空気は放熱フィンの上端に向かうにつれて温度が上昇する。したがって、放熱フィンの上方にあっては、放熱フィンは高温の空気に包まれるので、放熱フィンから空気層への放熱が生じなくなる。そのため、特許文献2の図面にあるように、放熱フィンを高さ方向に伸ばして、放熱フィンの放熱面積を拡大しても、ヒートシンクの容積重量の増加に比して、放熱性能の伸びは小さくなる。そのため、容積重量の割には放熱性能が低いという問題がある。
[0008]
本発明は、以上のような背景に鑑みてなされたものであり、容積重量に比べて放熱性能が高いヒートシンク、すなわち、所望の放熱性能を有して、容積重量が小さいヒートシンクを提供することを目的とする。
課題を解決する手段
[0009]
上記目的を達成するため、本発明に係るヒートシンクは、ヒートシンクにおいて、中心部垂直空気流路と、前記中心部垂直空気流路の周囲に放射状に広がる複数の冷却フィンを備え、隣接する前記冷却フィンの間には前記冷却フィンの前記中心部垂直空気流路から離れた端部において、前記冷却フィンの間を垂直方向に貫く端部垂直空気流路が形成されるともに、さらに、隣接する前記冷却フィンの間には、複数の放射状空気流路が形成され、前記放射状空気流路は、前記冷却フィンの外周の空間と前記中心部垂直空気流路を連絡するように形成されていることを特徴とする。
[0010]
冷却対象物と伝熱的に連結されるとともに、前記複数の冷却フィンの下面
[0002]
Prior Art Literature Patent Literature [0006]
Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2002-368468 Patent Document 2: Japanese Patent Laid-Open No. 2003-100484 Summary of the Invention Problems to be Solved by the Invention [0007]
Certainly, in the air-cooled semiconductor heat sink disclosed in Patent Document 2, since the radiating fins are formed in parallel to the direction of gravity, the air flow caused by buoyancy is not hindered. However, the air received from the radiation fin near the lower end of the radiation fin flows along the radiation fin to form a boundary layer, and the temperature of the air forming the boundary layer rises toward the upper end of the radiation fin. Therefore, above the heat radiating fins, the heat radiating fins are enveloped in high-temperature air, so that no heat is radiated from the heat radiating fins to the air layer. Therefore, as shown in the drawing of Patent Document 2, even if the heat dissipating fins are extended in the height direction and the heat dissipating area of the heat dissipating fins is expanded, the increase in heat dissipating performance is small compared to the increase in the volume weight of the heat sink. Become. Therefore, there is a problem that the heat dissipation performance is low for the volume weight.
[0008]
The present invention has been made in view of the background as described above, and provides a heat sink having a high heat dissipation performance compared to the volume weight, that is, a heat sink having a desired heat dissipation performance and a small volume weight. Objective.
Means for Solving the Problem [0009]
In order to achieve the above object, a heat sink according to the present invention comprises a central vertical air flow path and a plurality of cooling fins radially extending around the central vertical air flow path, and the adjacent cooling fins. Between the cooling fins, an end vertical air flow path penetrating the cooling fins in the vertical direction is formed at an end portion of the cooling fin away from the central vertical air flow path. A plurality of radial air flow paths are formed between the fins, and the radial air flow paths are formed so as to connect the outer circumferential space of the cooling fin and the central vertical air flow path. And
[0010]
The lower surface of the plurality of cooling fins is connected to an object to be cooled in heat transfer

Claims (5)

ヒートシンクにおいて、
垂直空気流路と、
前記垂直空気流路の周囲を取り囲むように放射状に配置された複数の冷却フィンを備え、
隣接する前記冷却フィンの間には複数の放射状空気流路が形成されていて、
前記放射状空気流路は、前記冷却フィンの外周の空間と前記垂直空気流路を連絡するように形成されている
ことを特徴するヒートシンク。
In the heat sink,
A vertical air flow path;
A plurality of cooling fins arranged radially to surround the periphery of the vertical air flow path;
A plurality of radial air flow paths are formed between the adjacent cooling fins,
The said radial air flow path is formed so that the space of the outer periphery of the said cooling fin and the said vertical air flow path may be connected. The heat sink characterized by the above-mentioned.
冷却対象物と伝熱的に連結されるとともに、前記複数の冷却フィンの下面に接して、前記複数の冷却フィンを機械的に結合する受熱部材を備える
ことを特徴とする請求項1に記載のヒートシンク。
The heat receiving member that is coupled to the object to be cooled in heat transfer and mechanically couples the plurality of cooling fins in contact with the lower surfaces of the plurality of cooling fins. heatsink.
前記ヒートシンクを上方から平面視する場合に、前記複数の冷却フィンの外側の端部は前記受熱部材の外縁よりも更に外側に突出している
ことを特徴とする請求項2に記載のヒートシンク。
3. The heat sink according to claim 2, wherein, when the heat sink is viewed in plan from above, outer ends of the plurality of cooling fins protrude further outward than an outer edge of the heat receiving member.
前記冷却フィンの組を複数組備え、
前記冷却フィンの組は上下に積層されるとともに、下層の放射状空気流路の上に、上層の冷却フィンが位置するように、中心軸周りにオフセットされて配置されている
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載のヒートシンク。
A plurality of sets of the cooling fins are provided,
The sets of cooling fins are stacked one above the other and are arranged offset around the central axis so that the upper cooling fins are positioned on the lower radial air flow path. The heat sink according to any one of claims 1 to 3.
上下に積層されて隣接する前記冷却フィンの組の間にあって、両者を機械的に結合するとともに伝熱的に連結する層間環状部材を備える
ことを特徴とする請求項4に記載のヒートシンク。
5. The heat sink according to claim 4, further comprising an interlayer annular member that is disposed between adjacent sets of cooling fins that are stacked one above the other and that mechanically couples the two and thermally connects the two.
JP2014518752A 2012-05-31 2013-05-31 heatsink Active JP6128563B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014518752A JP6128563B2 (en) 2012-05-31 2013-05-31 heatsink

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012125170 2012-05-31
JP2012125170 2012-05-31
JP2014518752A JP6128563B2 (en) 2012-05-31 2013-05-31 heatsink
PCT/JP2013/065201 WO2013180270A1 (en) 2012-05-31 2013-05-31 Heat sink

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2013180270A1 true JPWO2013180270A1 (en) 2016-01-21
JP6128563B2 JP6128563B2 (en) 2017-05-24

Family

ID=49673453

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014518752A Active JP6128563B2 (en) 2012-05-31 2013-05-31 heatsink

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6128563B2 (en)
TW (1) TW201350009A (en)
WO (1) WO2013180270A1 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6372845B2 (en) * 2014-01-16 2018-08-15 国立大学法人 鹿児島大学 heatsink
JP6964337B2 (en) * 2017-11-29 2021-11-10 かがつう株式会社 Heat sink and electronic component package
KR101936574B1 (en) * 2018-05-21 2019-01-09 스티븐 상근 오 Cooling device with mechanical deformation using phase change
JP6717878B2 (en) * 2018-05-22 2020-07-08 三菱電機株式会社 lighting equipment
KR102065508B1 (en) * 2018-09-12 2020-01-13 스티븐 상근 오 Cooling device with mechanical deformation using phase change
CN109548381B (en) * 2018-12-21 2020-07-10 华中科技大学 Radiator with radial fins with protrusions on surface
DE102020210454A1 (en) 2019-08-27 2021-05-12 Motional AD LLC (n.d.Ges.d. Staates Delaware) Cooling solutions for autonomous vehicles
DE102020121532A1 (en) 2019-08-29 2021-03-04 Motional AD LLC (n.d.Ges.d. Staates Delaware) Sensor housing
CN113432097A (en) * 2021-06-29 2021-09-24 深圳市海洋王照明工程有限公司 Heat dissipation structure and lamp

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1988000394A1 (en) * 1986-06-30 1988-01-14 Unisys Corporation Staggered radial-fin heat sink device for integrated circuit package
JPH0629148U (en) * 1992-07-23 1994-04-15 株式会社神戸製鋼所 Heat sink for semiconductor package
JPH09213849A (en) * 1996-01-29 1997-08-15 Toyo Electric Mfg Co Ltd Cooler of liquid-cooled heat sink
JP2001102508A (en) * 1999-10-01 2001-04-13 Mitsubishi Electric Corp Heat sink device
JP2002373963A (en) * 2001-06-15 2002-12-26 Nippon Buroaa Kk Finned heat sink and its manufacturing method
JP2004235171A (en) * 2003-01-28 2004-08-19 Yoshiyasu Sasa Cooling device with heat sink
US20040190245A1 (en) * 2003-03-31 2004-09-30 Murli Tirumala Radial heat sink with skived-shaped fin and methods of making same
JP2007273868A (en) * 2006-03-31 2007-10-18 Fujikura Ltd Heat sink
JP2009283672A (en) * 2008-05-22 2009-12-03 Yaskawa Electric Corp Electronic apparatus cooling device

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1988000394A1 (en) * 1986-06-30 1988-01-14 Unisys Corporation Staggered radial-fin heat sink device for integrated circuit package
JPH0629148U (en) * 1992-07-23 1994-04-15 株式会社神戸製鋼所 Heat sink for semiconductor package
JPH09213849A (en) * 1996-01-29 1997-08-15 Toyo Electric Mfg Co Ltd Cooler of liquid-cooled heat sink
JP2001102508A (en) * 1999-10-01 2001-04-13 Mitsubishi Electric Corp Heat sink device
JP2002373963A (en) * 2001-06-15 2002-12-26 Nippon Buroaa Kk Finned heat sink and its manufacturing method
JP2004235171A (en) * 2003-01-28 2004-08-19 Yoshiyasu Sasa Cooling device with heat sink
US20040190245A1 (en) * 2003-03-31 2004-09-30 Murli Tirumala Radial heat sink with skived-shaped fin and methods of making same
JP2007273868A (en) * 2006-03-31 2007-10-18 Fujikura Ltd Heat sink
JP2009283672A (en) * 2008-05-22 2009-12-03 Yaskawa Electric Corp Electronic apparatus cooling device

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013180270A1 (en) 2013-12-05
JP6128563B2 (en) 2017-05-24
TW201350009A (en) 2013-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6128563B2 (en) heatsink
US20090262505A1 (en) Heat radiator
JP2005116815A5 (en)
CN101652052A (en) Heat dissipating device
US10415895B2 (en) Heatsink
JP2011165704A (en) Heat sink and light emitting element unit
US8381799B2 (en) Heat radiating unit
CN103369932A (en) Layout method for radiating fins of power device radiator and radiator
CN203708744U (en) Enclosed circular heat radiation module
JP6372845B2 (en) heatsink
JP2017069499A (en) heat sink
JP2007080989A (en) Heat sink
TWI719244B (en) heat sink
KR20160095408A (en) Heat sink
JP2011165703A (en) Heat sink and light emitting element unit
CN202473901U (en) Plate-band-type integrated circuit water cooling heat radiating assembly
CN211557821U (en) Power electronic radiator
US20110073283A1 (en) Heat dissipation device
US20120261096A1 (en) Radiating fin structureand thermal module using same
TW201433252A (en) Cooling apparatus and heat sink thereof
JP2014093338A (en) Cooling fin
Huang et al. Simulation of a high-power LED lamp for the evaluation and design of heat dissipation mechanisms
JP2010034253A (en) Heat sink and method of manufacturing the same
JP2012160669A (en) Electronic component cooling device
JP6391749B2 (en) heatsink

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160329

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20160329

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170321

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170405

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6128563

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250