JP2002026201A - 放熱器 - Google Patents

放熱器

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aluminum
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Masayuki Kobayashi
正幸 小林
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体等の高発熱の電子部品を搭載できる放
熱器を提供する。 【構成】 鍛造等で製造された基板1の厚肉台部2に放
熱フィン3を接合する。放熱フィン3は、アルミニウム
等の金属薄板の加工や、アルミニウム,アルミニウム合
金,銅,銅合金等の中空押出加工によって作られる。 【効果】 中実押出し材の放熱フィンを用いた場合等に
比べ、フィンの数を多く、高さを高くできることから効
率のよい放熱器が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体等の発熱体を搭
載し、発熱体から発生する熱を効率よく外部に放出させ
る放熱器に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体等の電子部品は殆どがその動作中
みずから発熱し、高温になる。電子部品はその動作温度
を定格内に収めるため、電子装置の設計にあたっては温
度上昇を考慮し、場合によっては放熱器等の適当な冷却
手段が必要となる。従来の放熱器としては、基板に放熱
フィンをろう付け法やカシメ法で接合したり、押し出し
法,鍛造法,ダイキャスト法等で基板に放熱フィンや放
熱ピンを一体成形したものが知られている。これら放熱
器では、発熱体から基板が受けた熱は基板の面内方向に
伝達され、基板面から垂直方向に立設している各放熱フ
ィンや放熱ピンを介して空気中に放散される。空気中へ
の熱の放散を助けるため、冷却風を放熱フィンや放熱ピ
ンに送ることもある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】半導体等の電子部品は
高集積化,小型化に伴って発熱の密度が高くなり、従来
にもまして効率の良い放熱器が必要になってきている。
放熱の効率向上には、フィン等の放熱体の空気と接する
表面積を大きくする必要がある。しかし、従来の押し出
し法,鍛造法,ダイキャスト法等で製造される放熱器基
板では成形できるフィンの数やフィンの高さ、すなわち
放熱表面積の増加に限界があり、おのずから放熱効率に
も限界があった。たとえば特開平6−163767号公
報では、アルミニウム押出材を所要長に切断した断面形
状の異なる上下放熱フィンを基板の両面に接合してなる
放熱器が紹介されているが、このような中実の押出し材
で多数の細かいフィン状の部分を形成することはメタル
フローからして困難である。
【0004】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、薄板の加工又は中空形状の押出し
材で形成した表面積の大きい放熱フィンを、発熱体が搭
載される部分の基板裏側に設けた厚肉台部に接合するこ
とにより、放熱効率の良好な放熱器を提供することを目
的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の放熱器は、その
目的を達成するため、発熱体が載置される部分の反対側
に厚肉台部をもつ基板と、該厚肉台部周面に接合された
放熱フィンとを備えていることを特徴とする。厚肉台部
をもつ基板は、好ましくはアルミニウム,アルミニウム
合金,銅,又は銅合金の鋳造材,押出し材又は圧延材を
鍛造して厚肉台部と一体成形される。放熱フィンは金属
製の薄板を加工して作られる。アルミニウム,アルミニ
ウム合金,銅,又は銅合金の中空押出し材を所定長に切
断して放熱フィンとすることもできる。
【0006】
【実施の形態】本発明に従った放熱器10は、たとえば
図1に示すように基板1の厚肉台部2に放熱フィン3を
接合して実施される。基板1は、平らな基板1aにブロ
ック状の厚肉台部2をろう付け,ハンダ付け,熱伝導性
接着剤等で接合して作られる。もちろん、圧入法でも接
合可能であるが圧入部の寸法精度が必要になる。好まし
くは、たとえばアルミニウム等の押出し材や圧延材を鍛
造することにより基板1に厚肉台部2が一体形成された
ものを使用する。この場合、基板1から厚肉台部2への
熱伝導性がよくなり、さらに鍛造により基板1の表面の
平坦性がよくなるため載置された発熱体Hとの接触性も
向上し、熱伝導性もよくなる。発熱体Hは厚肉台部2の
裏側に載置され、発熱体Hから発生した熱量は直接厚肉
台部2に拡散する。
【0007】放熱フィン3は、金属製薄板を波型に加工
したものを用いることができる。例えば0.3〜0.6
mm程度の厚みのアルミニウム薄板を波型に加工し、直
径25mm程度の厚肉台部2周囲に対して適用する場
合、山折り及び谷折りそれぞれ30個程度設けることが
できる。この波型の放熱フィン3を厚肉台部2の周囲に
巻付け、厚肉台部2との接触部xで接合することによ
り、発熱体Hから基板1の面に垂直な方向に移動し、厚
肉台部2に拡散した熱量を放熱フィン3から効率よく放
熱することができる。好ましくはさらに基板面1aとの
接触部xにも接合する。この場合、発熱体Hから基板面
1aの面内方向に拡散した熱量も放熱フィン3に伝導し
て放熱されるので放熱効率はより向上する。
【0008】接合にはろう付け,ハンダ付け,熱伝導性
接着剤等が採用できる。放熱フィン3の山折りの部分に
は開口部3aが設けられ、通風が確保される。同様の意
味で基板1にも放熱フィン3の山折り部分に囲まれた位
置で円形やスリット状の貫通孔(図示せず)を穿設する
こともできる。通常、放熱フィン3の高さは厚肉台部2
より突出するように高く設定される。波型の側面3bは
従来のフィン1個に相当する機能をもち、山折り及び谷
折りそれぞれ30個程度設けた場合60個ものフィンを
設けた場合と同等の効果が得られる。そのうえ基板1の
平面からの高さh1及び厚肉台部2からの高さh2は十分
高くすることができる。アルミニウム薄板には、予めラ
ス加工を施しておけば開口部3aは省略してもよい。放
熱フィン3の接合される近傍で基板1自体に通風孔を設
けることもできる。
【0009】放熱フィン3を形成する金属製薄板のサイ
ズ,素材は、熱伝導性,加工性,重量,コスト等を考慮
して適宜選択されるが、その意味ではアルミニウム薄板
が適している。放熱フィン3の形状は、厚肉台部2の形
状に応じて適宜決められる。たとえば、矩形状の厚肉台
部2に対しては図2のような形状を採用できる。すなわ
ち、厚肉台部2の各一辺ごとに対応する放熱フィン3,
3が厚肉台部2に接して、接触部xで接合される。好ま
しくはさらに基板1にも接触部xで接合される。この場
合においても、放熱フィン3には開口部3aが適宜設け
られるが、図2(b)のような形状の開口部3aとする
こともできる。開口部3aを基板1まで切欠いた図2
(c)の形状も可能である。放熱フィン3の基板1及び
厚肉台部2に接合される部分は、高い熱伝導性が確保さ
れるように十分なろうやはんだが盛られる。接触面積を
増加させるため、接合される部分に溝gを設けたり(図
2d)、放熱フィン3の厚肉台部2に接する部分でコの
字型に折り曲げることも放熱性向上に効果的である(図
2e)。
【0010】本発明の放熱フィン3は中空形状であれば
採用できるため、アルミニウム,アルミニウム合金,
銅,銅合金等の押出加工によっても製造可能である。一
般に、押出加工では図3(a)のように中実形状の放熱
フィンの押出加工は、中実部とフィン部3dに対応する
ダイス開口部面積の大きなアンバランスがあり偏肉が発
生しやすいため、高さの高い多くのフィンをもった放熱
フィンは製造困難である。たとえばアルミニウム合金の
場合、直径25mmの中実部分wをもつものでは26枚
程度のフィン部3dを設けるのが限界である。その点、
中空形状の放熱フィン3では中空部直径内径22mm、
外径25mmのリング3eの周囲に設けた半径方向長さ
20mmのフィンなら、34枚のフィン部3dを困難な
く形成できる。このため、中空部vをもつ放熱フィン3
(図3b)を用いて、本発明に従って放熱器10を製造
するとき、従来の中実形状の放熱フィンより高い放熱効
率が得られる。押出材は所定長さで押出方向に垂直に切
断され、放熱フィン3が作られる。
【0011】放熱フィン3が作り出される押出し材の断
面形状は図3(b)に示した以外にも、たとえば図5に
示す形状も製造可能である。図5(a)のスパイラル形
状では、放熱フィン3の形状が図4のように配置された
ファン4からの風の流れに整合するため騒音が少なくな
る利点がある。また、図5(b)のようにフィン部3d
の一部に節部3fを設けた形状では、押出加工時にはメ
タルフローの抵抗を低下させ偏肉を防止でき、放熱フィ
ン3としては乱流を生起して放熱効率を向上する効果が
ある。
【0012】押出材の放熱フィン3を用いる場合、放熱
フィン3のリング部3eが厚肉台部2に嵌め込まれ、放
熱フィン3と厚肉台部2との接触部xがろう付け,はん
だ付け等で接合される。厚肉台部2の外径とリング部3
eの内径の寸法精度を良くしておけば圧入で接合するこ
とも可能である。リング部3eは一部を切り欠いてお
き、放熱フィン3のリング部3eの弾力を利用して厚肉
台部2に嵌め込み、接合してもよい。いずれにしても、
基板面1aの面内方向に拡散した熱量をも放散するた
め、フィン部3dを基板面1aにも接合することが好ま
しい。放熱フィン3は銅等の金属粉末を少量のバインダ
ーで混練して、金型を通して射出成形し、焼結したもの
も採用できる。この場合、圧力・温度等の焼結条件を最
適にすることによって高い熱伝導率を得ることができ
る。
【0013】放熱フィン3は銅等の金属粉末を少量のバ
インダーで混練して、金型を通して射出成形し、焼結し
たものも採用できる。この場合、圧力・温度等の焼結条
件を最適にすることによって高い熱伝導率を得ることが
できる。放熱器10には、厚肉台部2の大きさ以上の直
径をもつファン4を厚肉台部2に対向して設け、送風す
ることが好ましい(図4)。この点、厚肉台部2の大き
さよりも小さい直径のファンでは、放熱フィン3全体に
十分な風を送ることができず、ファンの消費電力に見合
った冷却効果が得られない。
【0014】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明に従った
放熱器10では、基板1の厚肉台部2に放熱フィン3を
接合しているため、放熱フィン3は基板1とは別途、加
工のしやすい金属薄板を用いたり、中空形状の押出し材
から作ることができ、簡単に多くのフィンをもつ放熱フ
ィン3を形成することができる。そのため、厚肉台部2
の裏側に載置された発熱体の熱は直ちに厚肉台部2に吸
収され、次いで厚肉台部2から多くのフィンをもつ放熱
フィン3を介して空中に放熱でき、効率のよい放熱が可
能となる。さらに、放熱フィン3を基板1にも接合する
とき、基板1の面内に拡散した熱量もフィン部から放熱
される。この放熱器10を用いることにより、高性能の
CPU等、発熱量の大きな電子部品でも実装することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に従った放熱器の一例を示す基板
(a)及び放熱フィン(b)斜視図,放熱器の平面図
(c)及びA−A断面図(d)
【図2】 本発明に従った他の例の基板平面図(a),
(c),一部斜視図(b)及び接合部分詳細図(d),
(e)
【図3】 中実形状(a)及び中空形状(b)の押出し
材放熱フィン
【図4】 放熱器に設けられた冷却ファン
【図5】 中空形状の放熱フィン用押出し材の断面形状
の例
【符号の説明】 1:基板 2:厚肉台部 3:放熱フィン
3a:開口部 3d:フィン部 3e:リン
グ部 4:ファン 放熱器10 H:発熱体 V:中空部 W:中実部
x:接合部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発熱体が載置される部分の反対側に厚肉
    台部をもつ基板と、該厚肉台部周面に接合された放熱フ
    ィンとを備えていることを特徴とする放熱器。
  2. 【請求項2】 アルミニウム,アルミニウム合金,銅,
    又は銅合金の鋳造材,押出し材又は圧延材を鍛造するこ
    とにより厚肉台部をもつ基板が一体成形されている請求
    項1に記載の放熱器。
  3. 【請求項3】 金属製の薄板を加工して作られた放熱フ
    ィンを備えている請求項1又は2に記載の放熱器。
  4. 【請求項4】 アルミニウム,アルミニウム合金,銅,
    又は銅合金の中空押出し材から切出された放熱フィンを
    備えている請求項1又は2に記載の放熱器。
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