JP2001007263A - Heat-sink assembly comprising improved heat-exchanger - Google Patents
Heat-sink assembly comprising improved heat-exchangerInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、熱交換器
のような冷却装置に係り、より詳細には、改良された熱
交換器を備えたヒートシンク組立体に係る。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to cooling devices such as heat exchangers, and more particularly to heat sink assemblies with improved heat exchangers.
【０００２】[0002]
【従来の技術】コンピュータ業界のような種々の業界で
は、マイクロプロセッサや半導体のような部品を冷却す
るために低価格高性能の熱交換器が必要とされている。
多くの半導体は多量の熱を発生するために、熱が除去さ
れないと、修復不能なダメージを被ることになる。従っ
て、半導体から熱を消散しそしてその熱を周囲環境へと
発散するために、ヒートシンクを用いた熱交換器が使用
されている。BACKGROUND OF THE INVENTION Various industries, such as the computer industry, require low cost, high performance heat exchangers to cool components such as microprocessors and semiconductors.
Many semiconductors generate a great deal of heat and, if not removed, will suffer irreparable damage. Therefore, heat exchangers using heat sinks have been used to dissipate heat from semiconductors and dissipate the heat to the surrounding environment.
【０００３】半導体に使用されるヒートシンクの１つの
形式は、半導体にネジ止め又はクランプされる簡単なア
ルミニウム押出成形部品である。この押出成形部品は、
通常、半導体に接触する平らな下部プレートと、このプ
レートから櫛形に延びる複数のフィン又は平行な突起と
を有している。このような押出成形部品には、フィンの
高さがフィンの厚みによって制限されることを含む多数
の制約がある。１平方インチ当たりのフィンの数は、厚
み及び高さによって制限される。フィンの密度に関する
このような制限は、熱除去効率を低下させる。[0003] One type of heat sink used in semiconductors is a simple aluminum extruded part that is screwed or clamped to the semiconductor. This extruded part is
It typically has a flat lower plate in contact with the semiconductor and a plurality of fins or parallel protrusions extending comb-like from the plate. Such extruded parts have a number of limitations, including that the height of the fin is limited by the thickness of the fin. The number of fins per square inch is limited by thickness and height. Such limitations on fin density reduce heat removal efficiency.
【０００４】ファン付の熱交換器に特に使用するため
に、著しく改良されたヒートシンクが設計されている。
このヒートシンクは、「折り曲げフィン」構成を使用す
るもので、折り曲げられたフィンが熱伝導性プレートに
クランプされてヒートシンク組立体を形成する。特に、
折り曲げフィン型の熱交換器は、アルミニウム又は他の
熱伝導性材料のシートを波状パターンに折り曲げて、山
部と谷部を交互に形成することにより作られる。折り曲
げられたフィンは、冷却されるべき基板又は個別の熱伝
導性ベースプレートに直接配置されて、ヒートシンク組
立体が形成される。この折り曲げフィン設計は、高い熱
伝導性、非常に大きな表面積及び低いコストを与えるも
のである。大きな表面積の利点を取り入れることによ
り、業界規格の熱仕様を満足するために必要とされる空
気流量が少なくなる。[0004] Significantly improved heat sinks have been designed for use specifically with heat exchangers with fans.
The heat sink uses a "folded fin" configuration in which the folded fins are clamped to a thermally conductive plate to form a heat sink assembly. In particular,
Folded fin-type heat exchangers are made by folding a sheet of aluminum or other thermally conductive material into a wavy pattern, with alternating peaks and valleys. The folded fins are placed directly on the substrate to be cooled or on a separate thermally conductive base plate to form a heat sink assembly. This folded fin design offers high thermal conductivity, very large surface area and low cost. By taking advantage of the large surface area, less air flow is required to meet industry standard thermal specifications.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ファンのよ
うな従来型の空気源と共に使用するのに加えて、ファン
以外の空気源からの線型空気流と共に使用することもで
きる改良された折り曲げフィン型の熱交換器に向けられ
る。この改良された折り曲げフィン型の熱交換器では、
ファンのような空気源からの強制空気は必要とされない
ので、正圧力及び負圧力の両空気流環境において等しく
良好に機能し、一方、従来の四角形のヒートシンクは、
正圧力の空気流環境でしか良好に機能しない。又、この
改良された折り曲げフィン型の熱交換器は、これが取り
付けられるいかなる所定サイズの基板又は熱伝導性のベ
ースプレートに対しても冷却表面積を著しく増大する。
そこで、本発明の目的は、上記特徴の新規で且つ改良さ
れたヒートシンク組立体を提供することである。本発明
の別の目的は、このようなヒートシンク組立体に使用す
るための新規で且つ改良された熱交換器を提供すること
である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is an improved fold that, in addition to being used with a conventional air source such as a fan, can also be used with linear airflow from an air source other than a fan. It is aimed at fin type heat exchangers. In this improved folded fin heat exchanger,
Because forced air from an air source such as a fan is not required, it works equally well in both positive and negative pressure airflow environments, while conventional square heat sinks
It works well only in a positive pressure airflow environment. The improved folded fin heat exchanger also significantly increases the cooling surface area for any given size substrate or thermally conductive base plate to which it is attached.
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a new and improved heat sink assembly of the above character. It is another object of the present invention to provide a new and improved heat exchanger for use in such a heat sink assembly.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明によるヒートシン
ク組立体は、熱伝導性のシートを山部と谷部に交互に折
り曲げてほぼ平行なフィンを形成した熱交換器を備えて
いる。従って、フィンの両端縁は、熱交換器の両側に空
気導入端と空気放出端とを形成する。ヒートシンク組立
体は、折り曲げられたシートの谷部が取り付けられる熱
伝導性のベースプレートを備え、熱交換器の山部は、谷
部より長い。熱交換器の空気導入端は、山部から熱伝導
性のベースプレートに向かって内方にテーパ付けされ
る。別の実施形態では、熱交換器の空気導入端及び空気
放出端の両方が、山部から熱伝導性のベースプレートに
向かって内方にテーパ付けされる。SUMMARY OF THE INVENTION A heat sink assembly according to the present invention includes a heat exchanger in which a thermally conductive sheet is alternately bent into peaks and valleys to form substantially parallel fins. Therefore, both ends of the fin form an air introduction end and an air discharge end on both sides of the heat exchanger. The heat sink assembly includes a thermally conductive base plate to which the valleys of the folded sheet are attached, wherein the ridges of the heat exchanger are longer than the valleys. The air inlet end of the heat exchanger tapers inwardly from the peak toward the thermally conductive base plate. In another embodiment, both the air inlet end and the air outlet end of the heat exchanger are tapered inwardly from the peak toward the thermally conductive base plate.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の好適な実施形態を詳細に説明する。添付図面の図１
には、本発明によるヒートシンク組立体１２の熱交換器
１０が示されている。この熱交換器１０は、熱伝導性の
ベースプレート１４に取り付けられ、このベースプレー
トは、ヒートシンク組立体１２を集積回路チップパッケ
ージ（図示せず）に取り付けるのに使用される。しかし
ながら、熱交換器１０の新規な構造は、このような用途
に限定されないことを理解されたい。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Figure 1 of the accompanying drawings
Shown is a heat exchanger 10 of a heat sink assembly 12 according to the present invention. The heat exchanger 10 is mounted on a thermally conductive base plate 14, which is used to mount the heat sink assembly 12 to an integrated circuit chip package (not shown). However, it should be understood that the novel structure of the heat exchanger 10 is not limited to such an application.
【０００８】図２ないし４を参照すれば、熱交換器１０
は、熱伝導性のシートを山部１６と谷部１８に交互に折
り曲げてほぼ平行なフィン２０を形成することにより作
られる。最も外側の谷部は、熱交換器の両側で、外方に
突出するフランジ２２を形成するように切断され、これ
らフランジ２２は、谷部１８とほぼ平らである。山部１
６と谷部１８は、図示されたように平坦である。谷部１
８は、特に、熱伝導性のベースプレート１４に係合する
表面域を形成するために平坦にされねばならない。Referring to FIGS. 2-4, heat exchanger 10
Is made by alternately folding a thermally conductive sheet into peaks 16 and valleys 18 to form substantially parallel fins 20. The outermost troughs are cut on both sides of the heat exchanger to form outwardly projecting flanges 22 that are substantially flat with the troughs 18. Yamabe 1
6 and valleys 18 are flat as shown. Tanibe 1
8 must be flattened, in particular, to form a surface area that engages the thermally conductive base plate 14.
【０００９】図１及び２から明らかなように、折り曲げ
フィン型の熱交換器１０の山部１６は、谷部１８より長
い。これは、フィン２０が四角形である場合よりも、即
ち山部と谷部の長さが谷部の長さに等しい場合よりも、
著しく大きな冷却面積をフィン２０に与える。換言すれ
ば、熱交換器１０が取り付けられる所定の表面域（図２
に矢印Ａで示す）に対し、フィン２０の上面域は、矢印
Bで示すように、相当に長くされる。矢印Ａで示された
「取り付け」面域は、用途によってかなり制限されるこ
とを理解されたい。フィン２０を図２に示すようにある
種の「テール」形状にすることにより、熱交換器に対し
て著しく大きな冷却表面積を与えることができる。As apparent from FIGS. 1 and 2, the peaks 16 of the bent fin type heat exchanger 10 are longer than the valleys 18. This is greater than when the fins 20 are square, ie, when the lengths of the peaks and valleys are equal to the lengths of the valleys.
Giving the fins 20 a significantly larger cooling area. In other words, a predetermined surface area to which the heat exchanger 10 is attached (FIG. 2)
, The upper surface area of the fin 20 is indicated by an arrow A.
As shown by B, it is considerably longer. It should be understood that the "mounting" area indicated by arrow A is significantly limited by the application. Forming the fins 20 in a certain "tail" shape as shown in FIG. 2 can provide a significantly greater cooling surface area for the heat exchanger.
【００１０】熱交換器１０の構成に伴う別の顕著な効果
は、正圧力及び負圧力の両空気流環境において、典型的
な四角形の熱交換器よりも、多量の空気を効果的に引き
込むことである。これは、図２から理解できよう。空気
流が、矢印Cで示すように熱交換器を経て押される（正
圧力の空気流）か又は引っ張られる（負圧力の空気流）
ときには、フィン２０の両側縁が熱交換器の空気導入端
２４及び空気放出端２６を形成する。谷部１８は山部１
６に比して長さが短く、そして対応的にフィンの寸法は
下部において短いので、空気は、矢印Eで示すように長
い上部よりも、矢印Dで示すように下部の方が抵抗が少
ない状態で、熱交換器を通過する。熱交換器の下部付近
の方が空気流に対する抵抗が小さいので、空気は、熱交
換器の外部から矢印Fの方向に空気導入端２４に向かっ
て下方に容易に進行する。Another significant benefit associated with the construction of heat exchanger 10 is that it draws more air in both positive and negative airflow environments than a typical square heat exchanger. It is. This can be seen from FIG. The air flow is pushed (positive pressure air flow) or pulled (negative pressure air flow) through the heat exchanger as shown by arrow C
Occasionally, both side edges of the fin 20 form an air inlet end 24 and an air outlet end 26 of the heat exchanger. Valley 18 is Mountain 1
6, the air has less resistance at the lower part as shown by arrow D than at the longer upper part as shown by arrow E, since the length is shorter than at 6, and the dimensions of the fins are correspondingly shorter at the lower part. In a state, it passes through a heat exchanger. Since the resistance to the air flow is lower near the lower portion of the heat exchanger, the air easily travels downward from the outside of the heat exchanger toward the air introduction end 24 in the direction of arrow F.
【００１１】公知の折り曲げフィン型熱交換器のように
フィン２０が四角形である場合には、熱交換器に流れる
空気に対する抵抗力は、その上部から下部まで等しいも
のとなる。これは、空気の線型流又は層流を熱交換器に
向かい且つそれを通してまっすぐに引っ張る傾向とな
る。しかしながら、本発明の熱交換器１０では、正圧力
の空気流環境が存在しようと、負圧力の空気流環境が存
在しようと、上述したように、下向きの空気流パターン
が生じ、これは、ある量の空気を空気導入端の上から矢
印F及びGで示すように下方に進行させ、これにより、冷
却されている電子パッケージから消散されるべき熱エネ
ルギーが集中する熱交換器の谷部に流れる空気の量を増
加させる。When the fins 20 are square, as in known folding fin heat exchangers, the resistance to air flowing through the heat exchanger is equal from the top to the bottom. This tends to pull a linear or laminar flow of air toward and through the heat exchanger. However, in the heat exchanger 10 of the present invention, whether a positive pressure airflow environment or a negative pressure airflow environment exists, a downward airflow pattern occurs, as described above, which is A quantity of air travels down from the top of the air inlet end, as indicated by arrows F and G, whereby the heat energy to be dissipated from the electronic package being cooled flows into the valley of the heat exchanger where it is concentrated Increase the amount of air.
【００１２】[0012]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
により、正圧力及び負圧力の両空気流環境において良好
に機能する改良された折り曲げフィン型の熱交換器が提
供され、又、この熱交換器が取り付けられる所定サイズ
の基板又は熱伝導性のベースプレートに対して冷却表面
積が著しく増加された新規で且つ改良されたヒートシン
ク組立体が提供された。As will be apparent from the foregoing, the present invention provides an improved folded fin heat exchanger that performs well in both positive and negative pressure airflow environments. A new and improved heat sink assembly has been provided that has significantly increased cooling surface area for a given size substrate or thermally conductive base plate on which the heat exchanger is mounted.
【図１】本発明の熱交換器を組み込んだヒートシンク組
立体を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a heat sink assembly incorporating a heat exchanger of the present invention.
【図２】ヒートシンク組立体の熱交換器の側面図であ
る。FIG. 2 is a side view of a heat exchanger of the heat sink assembly.
【図３】熱交換器の上面図である。FIG. 3 is a top view of the heat exchanger.
【図４】熱交換器の端面図である。FIG. 4 is an end view of the heat exchanger.
１０ 熱交換器 １２ ヒートシンク組立体 １４ ベースプレート １６ 山部 １８ 谷部 ２０ フィン ２２ フランジ ２４ 空気導入端 ２６ 空気放出端 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Heat exchanger 12 Heat sink assembly 14 Base plate 16 Crest part 18 Valley part 20 Fin 22 Flange 24 Air introduction end 26 Air discharge end
Claims (15)
に交互に折り曲げてほぼ平行なフィン２０を形成し、フ
ィン２０の両端縁が空気導入端２４及び空気放出端２６
を両側に形成するようにした熱交換器１０と、 折り曲げられたシートの谷部１８が取り付けられる熱導
電性のベースプレート１４とを備え、 上記山部１６は上記谷部１８より長く、これにより、熱
交換器１０の上記空気導入端２４及び空気放出端２６の
少なくとも一方の端部形状は、山部１６から熱伝導性の
ベースプレート１４に向かって内方にテーパ付けされた
形状であることを特徴とするヒートシンク組立体１２。1. A heat conductive sheet is provided with peaks 16 and valleys 18.
Are alternately bent to form fins 20 which are substantially parallel to each other.
And a heat conductive base plate 14 to which the folded sheet valleys 18 are attached, wherein the ridges 16 are longer than the valleys 18, The shape of at least one of the air introduction end 24 and the air discharge end 26 of the heat exchanger 10 is tapered inward from the peak 16 toward the heat conductive base plate 14. A heat sink assembly 12.
に記載のヒートシンク組立体１２。2. The taper according to claim 1, wherein said taper is non-linear.
A heat sink assembly 12 according to item 1.
は、山部１６から熱伝導性のベースプレート１４に向か
って内方にテーパ付けされる請求項２に記載のヒートシ
ンク組立体１２。3. The air inlet end 24 of the heat exchanger 10.
3. The heat sink assembly (12) according to claim 2, wherein the (12) tapers inwardly from the ridges (16) toward the thermally conductive base plate (14).
は、山部１６から熱伝導性のベースプレート１４に向か
って内方にテーパ付けされる請求項２に記載のヒートシ
ンク組立体１２。4. The air discharge end 26 of the heat exchanger 10.
3. The heat sink assembly (12) according to claim 2, wherein the (12) tapers inwardly from the ridges (16) toward the thermally conductive base plate (14).
及び空気放出端２６は、山部１６から熱伝導性のベース
プレート１４に向かって内方にテーパ付けされる請求項
２に記載のヒートシンク組立体１２。5. The air inlet end 24 of the heat exchanger 10.
The heat sink assembly (12) of claim 2, wherein the air discharge end (26) tapers inwardly from the ridge (16) toward the thermally conductive base plate (14).
に交互に折り曲げてほぼ平行なフィン２０を形成し、フ
ィン２０の両端縁が空気導入端２４及び空気放出端２６
を両側に形成するようにし、そして上記山部１６は上記
谷部１８より長く、これにより、上記空気導入端２４及
び空気放出端２６の少なくとも一方の端部形状は、山部
１６から谷部１８に向かって内方にテーパ付けされた形
状であることを特徴とする折り曲げフィン型の熱交換器
１０。6. The heat conductive sheet is provided with peaks 16 and valleys 18.
Are alternately bent to form fins 20 which are substantially parallel to each other.
Are formed on both sides, and the ridge 16 is longer than the valley 18, so that the shape of at least one of the air introduction end 24 and the air discharge end 26 is changed from the ridge 16 to the valley 18. A bent fin type heat exchanger 10 characterized in that it has a shape tapered inward toward.
に記載の折り曲げフィン型の熱交換器１０。7. The taper according to claim 6, wherein said taper is non-linear.
4. The heat exchanger 10 of the folding fin type according to 1.
は、山部１６から谷部１８に向かって内方にテーパ付け
される請求項７に記載の折り曲げフィン型の熱交換器１
０。8. The air inlet end 24 of the heat exchanger 10.
8. The bent fin type heat exchanger 1 according to claim 7, wherein the heat exchanger is tapered inward from the peak portion 16 toward the valley portion 18.
0.
は、山部１６から谷部１８に向かって内方にテーパ付け
される請求項７に記載の折り曲げフィン型の熱交換器１
０。9. The air discharge end 26 of the heat exchanger 10.
8. The bent fin type heat exchanger 1 according to claim 7, wherein the heat exchanger is tapered inward from the peak portion 16 toward the valley portion 18.
0.
４及び空気放出端２６は、山部１６から谷部１８に向か
って内方にテーパ付けされる請求項７に記載の折り曲げ
フィン型の熱交換器１０。10. The air inlet end 2 of the heat exchanger 10.
8. The folded fin heat exchanger 10 according to claim 7, wherein the air discharge end 4 and the air discharge end 26 are tapered inward from the ridge 16 to the valley 18.
８に交互に折り曲げてほぼ平行なフィン２０を形成し、
フィン２０の両端縁が空気導入端２４及び空気放出端２
６を両側に形成するようにし、上記ほぼ平行なフィン２
０の少なくとも１つの端部形状は、空気導入端２４にお
いて山部１６から谷部１８へと内方にテーパ付けされ、
このテーパが非直線的であることを特徴とする折り曲げ
フィン型の熱交換器１０。11. The heat conductive sheet is made up of ridges 16 and valleys 1.
8 to bend alternately to form substantially parallel fins 20,
Both ends of the fin 20 have the air introduction end 24 and the air discharge end 2
6 are formed on both sides, and the substantially parallel fins 2 are formed.
0 at least one end shape is tapered inwardly from the ridge 16 to the valley 18 at the air inlet end 24;
A bent fin type heat exchanger 10 characterized in that the taper is non-linear.
も１つの端部形状は、空気放出端２６において山部１６
から谷部１８へと内方にテーパ付けされる請求項１１に
記載の折り曲げフィン型の熱交換器１０。12. The shape of at least one end of the generally parallel fins 20 includes a ridge 16 at an air discharge end 26.
12. The folded fin heat exchanger 10 of claim 11, wherein the heat exchanger is tapered inwardly from the bottom to a valley.
非直線的である請求項１２に記載の折り曲げフィン型の
熱交換器１０。13. The taper of the air discharge end 26 is:
13. The folded fin heat exchanger 10 of claim 12, which is non-linear.
８に交互に折り曲げてほぼ平行なフィン２０を形成し、
フィン２０の両端縁が空気導入端２４及び空気放出端２
６を両側に形成するようにし、上記ほぼ平行なフィン２
０の少なくとも１つの端部形状は、空気放出端２６にお
いて山部１６から谷部１８へと内方にテーパ付けされ、
このテーパが非直線的であることを特徴とする折り曲げ
フィン型の熱交換器１０。14. A heat conductive sheet comprising a peak portion 16 and a valley portion 1.
8 to bend alternately to form substantially parallel fins 20,
Both ends of the fin 20 have the air introduction end 24 and the air discharge end 2
6 are formed on both sides, and the substantially parallel fins 2 are formed.
0 at least one end shape is tapered inwardly from the peak 16 to the valley 18 at the air discharge end 26;
A bent fin type heat exchanger 10 characterized in that the taper is non-linear.
も１つの端部形状は、空気導入端２４において山部１６
から谷部１８へと内方にテーパ付けされる請求項１４に
記載の折り曲げフィン型の熱交換器１０。15. The shape of at least one end of the generally parallel fins 20 includes a ridge 16 at the air introduction end 24.
15. The folded fin heat exchanger 10 of claim 14, wherein the heat exchanger is tapered inwardly from the bottom to a valley 18.
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