JP2003179189A - 薄型ヒートシンクおよびその実装構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高密度実装された電子部品や光部品などの発
熱体を冷却するのに好適な薄型ヒートシンクおよびその
実装構造を提供する。 【解決手段】 ベース板３上または板型ヒートパイプ上
に、高さの低い有穴フィン２が設けられている薄型ヒー
トシンク。 【効果】 有穴フィン２は表面積が大きいため高さを低
くしても良好な熱放散性または熱吸収性を発現する。ま
た有穴フィン２は軽量なため使用中にその重みで板型ヒ
ートパイプの外装板が変形したりしない。さらに本発明
のヒートシンクは、そのベース板３または板型ヒートパ
イプを発熱体に接触または近接させて用いた場合は有穴
フィン２の良好な熱放散性により、また有穴フィン２を
発熱体に接触または近接させて用いた場合は有穴フィン
２の良好な熱吸収性により、いずれの場合も優れた冷却
特性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高密度実装された
電子部品（ＣＰＵ、半導体チップなど）や光部品（ＬＤ
など）などの発熱体を冷却するのに好適な薄型ヒートシ
ンクおよびその実装構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】高密度実装された電子部品や光部品など
の発熱体を冷却するヒートシンクには、スペースの点か
ら、図１０（イ）に示すようなベース板３に高さの低い
無穴フィン２０を設けたもの、図１０（ロ）に示すよう
な前記ベース板３上に丸型ヒートパイプ９を接合したも
の、図１０（ハ）に示すような板型ヒートパイプ１１に
高さの低い無穴フィン２０を設けたものなどが用いられ
ている。図１０（ロ）で２１は丸型ヒートパイプ９の取
付具である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記図１０（イ）〜
（ハ）に示した従来のヒートシンクは無穴フィン２０の
高さが低いため冷却特性が悪いという問題がある。さら
に図１０（ハ）に示したヒートシンクには、板型ヒート
パイプ１１の外装板１２が薄肉のため、無穴フィン２０
の重みで変形して冷却特性が低下するという問題もあ
る。本発明は、優れた冷却特性が安定して得られる薄型
ヒートシンクおよびその実装構造の提供を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
ベース板上に、高さの低い有穴フィンが設けられている
ことを特徴とする薄型ヒートシンクである。

【０００５】請求項２記載の発明は、ベース板にヒート
パイプが埋め込まれていることを特徴とする請求項１記
載の薄型ヒートシンクである。

【０００６】請求項３記載の発明は、前記高さの低い有
穴フィンが、多数の微細穴が開けられた多穴金属板また
は金網により構成されていることを特徴とする請求項１
または２記載の薄型ヒートシンクである。

【０００７】請求項４記載の発明は、前記有穴フィンが
コルゲート状またはプレート状であることを特徴とする
請求項１乃至３のいずれかに記載の薄型ヒートシンクで
ある。

【０００８】請求項５記載の発明は、前記ベース板上に
前記有穴フィンが金属接合により設けられていることを
特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の薄型ヒー
トシンクである。

【０００９】請求項６記載の発明は、前記ベース板上に
前記有穴フィンがかしめにより設けられていることを特
徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の薄型ヒート
シンクである。

【００１０】請求項７記載の発明は、請求項１乃至６の
いずれかに記載の薄型ヒートシンクを構成するベース板
または有穴フィンが発熱体に接触または近接しているこ
とを特徴とする薄型ヒートシンクの実装構造である。

【００１１】請求項８記載の発明は、ベース板に代えて
板型ヒートパイプが用いられていることを特徴とする請
求項１、３〜５のいずれかに記載の薄型ヒートシンクで
ある。

【００１２】請求項９記載の発明は、請求項８記載の薄
型ヒートシンクを構成する板型ヒートパイプまたは有穴
フィンが発熱体に接触または近接していることを特徴と
する薄型ヒートシンクの実装構造である。

【００１３】

【発明の実施の形態】請求項１〜６記載発明のヒートシ
ンクは、ベース板上に有穴フィンを設けたものであり、
前記有穴フィンは表面積が大きく通風性も良いことから
熱放散性に優れ、その高さを低くしても良好な冷却特性
が得られるため、高密度実装される電子部品や光部品の
冷却に適する。請求項８記載発明のヒートシンクは、板
型ヒートパイプ上に有穴フィンを設けたものであり、有
穴フィンは表面積が大きく熱放散性に優れ、しかも板型
ヒートパイプは冷却能が高いため、フィンの高さを低く
しても十分良好な冷却特性が安定して得られる。さらに
有穴フィンは軽量のため板型ヒートパイプの外装板が変
形することがない。

【００１４】以下に本発明のヒートシンクを図を参照し
て具体的に説明する。図１は本発明のヒートシンクの第
１の実施形態を示す横断面図である。このヒートシンク
は、微細穴１が多数開けられたアルミニウム合金薄板を
所定のプレート形状に切り出してプレート状有穴フィン
２とし、この有穴フィン２の一端をベース板３に開けた
複数の溝４に１枚づつ半田５接合したものである。この
ヒートシンクは前記プレート状有穴フィン２は、微細穴
１が多数開けられていて表面積が大きいため、その高さ
を低くしても良好な熱放散性が得られる。

【００１５】図２は本発明のヒートシンクの第２の実施
形態を示す横断面図である。このヒートシンクは、プレ
ート状有穴フィン２の一端をベース板３に開けた複数の
溝４に１枚づつかしめて金属接合したもので、図１に示
したヒートシンクと同等の冷却特性が得られる。このも
のは面倒な半田接合を要さないため組み立て作業性に優
れる。図２で６はかしめ接合のために溝４間に、たがね
を打ち込んで入れたノッチである。状況によっては、こ
のヒートシンクでは、溝４とプレート状有穴フィン２間
に伝熱性グリ−スなどを介在させて両者間の熱抵抗を小
さくする方法もある。

【００１６】図３は本発明のヒートシンクの第３の実施
形態を示す横断面図である。このヒートシンクは、鋸状
有穴フィン７の一端側をベース板３に開けた複数の溝４
内に差し込み、そこへ楔８を打ち込んでかしめ接合した
ものである。このヒートシンクは、フィンの高さが同じ
場合、図２に示したヒートシンクよりフィンの長さが長
い分、より高い冷却特性が得られる。

【００１７】図４は本発明のヒートシンクの第４の実施
形態を示す横断面図である。このヒートシンクは、図１
に示したヒートシンクのベース板３上にコルゲート状有
穴フィン１０を半田付けし、さらにベース板３に断面円
形の孔１７を開け、この孔１７に丸型ヒートパイプ９を
挿入したものである。このヒートシンクは、図１に示し
たヒートシンクと較べて、大きさが同じで、より高い冷
却特性が得られる。このヒートシンクは発熱密度の大き
い発熱体やトップヒートモード時の冷却に用いられる。
孔１７と丸型ヒートパイプ９間に伝熱性グリースを介在
させたり或いは挿入後丸型ヒートパイプ９を拡径して両
者間の熱抵抗を小さくすることが望ましい。

【００１８】図５（イ）は本発明のヒートシンクの第５
の実施形態を示す斜視図、（ロ）は（イ）のａ−ａ断面
図である。このヒートシンクは、金属細線１３を編んだ
金網１４をコルゲート状に成形して高さの低いコルゲー
ト状有穴フィン１５とし、これを板型ヒートパイプ１１
の外装板１２上に半田５接合したもので、板型ヒートパ
イプ１１が高冷却能を有するため冷却特性が極めて優れ
る。さらに有穴フィン１５は軽量なので、その重みで板
型ヒートパイプ１１の外装板１２が変形することもな
い。

【００１９】本発明において、ベース板２または板型ヒ
ートパイプ１１の外装板１２にはＣ１０２０、Ｃ１１０
０、Ｃ１２００などの銅系材料、Ａ１０１０、Ａ１１０
０、Ａ５０００系、Ａ６０００系、Ａ７０００系などの
アルミニウム系材料が好適である。ベース板２は、押
出、鍛造、圧延、鋳造、プレス後かしめ、機械加工など
の常法により製造される。板型ヒートパイプ１１は、板
材を溶接、半田付け、接着剤接合などで接合して形成す
る方法、型材押出を利用する方法などにより製造され
る。

【００２０】本発明において、有穴フィンは、金属薄板
に微細穴を多数開けた多穴金属板や金属細線を編んだ金
網などをコルゲート状、プレート状、格子状、くし型
状、オフセット状、ピン状などに成形して作製される。
金属薄板に開ける微細穴の大きさおよび穴密度（メッシ
ュ）は、微細穴を開ける前の金属薄板に較べて表面積が
大きくなるように選定される。

【００２１】前記くし型状やピン状の有穴フィンは、製
法上、厚さが厚くなるが、厚さの薄いベース板または板
型ヒートパイプを用いることによりヒートシンク全体の
厚さを抑えることができる。

【００２２】本発明において、有穴フィンを構成する多
穴金属板または金網には、前記銅系材料またはアルミニ
ウム系材料の他、カーボン系材料、セラミック材料など
の任意の熱伝導性材料が用いられる。

【００２３】前記多穴金属板１６は、図７（イ）〜
（ヘ）に示すような種々の穴形状のものが使用できる。
これらの多穴金属板１６は金属薄板をプレス加工などし
て作製される。金網には図８（イ）〜（ニ）に示すよう
な種々の編み方のものが使用できる。金網の表面積は金
属細線の線径、編み方などにより変えられる。本発明に
おいて、有穴フィンの高さｈ（図１参照）は１０ｍｍ程
度以下が望ましい。

【００２４】前記コルゲート状有穴フィンでは、図６
（イ）に示す有穴フィン１０の高さの揃ったもの、図６
（ロ）に示す有穴フィン１０の高さが不揃いのもの、図
６（ハ）に示す有穴フィン１０の先端を膨らませて表面
積を大きくしたものなどが使用できる。この有穴フィン
１０は複数枚重ねて用いても良く、またベース板を用い
る場合は、図８（ニ）に示すように無穴フィン２０を下
に重ねて用いても良い。

【００２５】ベース板または板型ヒートパイプへの有穴
フィンの接合は熱伝導の良い金属接合が望ましい。金属
接合にはロウ（硬ロウ、軟ロウ）付法、超音波溶接法、
抵抗加熱溶接法、アーク（ＴＩＧ、ＭＩＧ、プラズマ）
溶接法などが挙げられる。熱伝導性の良い接着剤を用い
ても良い。ベース板に接合する場合はかしめ法も適用で
きる。

【００２６】前記有穴フィンはメッキなどの表面処理を
施して外観やろう付け性を改善することができる。有穴
フィンの材料が銅の場合はニッケルメッキ、アルミニウ
ムの場合はアルマイト処理やＮｉメッキなどが有用であ
る。

【００２７】次に、本発明の薄型ヒートシンクの実装構
造を図を参照して説明する。図９（イ）に示す実装構造
はプリント基板１８に実装されているＣＰＵ（発熱体）
１９に板型ヒートパイプ１１を接触させて熱伝導により
冷却する例である。ＣＰＵ１９と板型ヒートパイプ１１
の間に伝熱性グリース、伝熱性シート、伝熱性硬化剤な
どを介在させておくと熱抵抗が低減し望ましい。

【００２８】図９（ロ）に示す実装構造はＣＰＵ１９に
有穴フィン１０を近接させて放射熱を吸収し、これを板
型ヒートパイプ１１に伝えて放熱する例である。板型ヒ
ートパイプ１１の裏面にも有穴フィン１０を設けておく
と冷却特性が一層向上する。網目フィンと発熱体の位置
決めには、ヒートシンクの外側に枠を設けておく方法が
有効である。板型ヒートパイプ１１をベース板に置き換
えても同様の実装構造が得られる。

【００２９】

【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。 （実施例１）厚さ０．２ｍｍの金属薄板に、図７（ハ）
に示したパターンの穴（０．２３ｍｍφ）をプレス加工
により３０メッシュの密度で開け、これを高さ４．１ｍ
ｍ、ピッチ１．４ｍｍのコルゲート状に加工して有穴フ
ィンを形成し、このコルゲート状有穴フィンをベース板
にかしめ接合または半田接合して薄型ヒートシンクを製
造した。次に、この薄型ヒートシンクのベース板を発熱
体に接触させ或いは有穴フィンを発熱体に近接させて熱
移動量を測定した。前記熱移動量は熱抵抗の逆数を意味
する。前記金属薄板（有穴フィン）、ベース板にはＣ１
０２０銅合金またはＡ１１００アルミニウム合金を用い
た。

【００３０】（実施例２）線径０．２ｍｍの銅線または
アルミニウム線を図７（イ）に示した編み方で編んだ金
網を用いて有穴フィンを形成した他は、実施例１と同じ
方法により薄型ヒートシンクを製造し、熱移動量を測定
した。

【００３１】（比較例１）厚さ０．２ｍｍの金属薄板を
高さ４．１ｍｍ、ピッチ１．４ｍｍのコルゲート状に加
工した無穴フィンを用いた他は、実施例１と同じ方法に
より薄型ヒートシンクを製造し、熱移動量を測定した。
実施例１、２および比較例１で測定した熱移動量を相対
値で表１に示した。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１から明らかなように、実施例１、２
（Ｎｏ．１〜６）はいずれもフィンが有穴で熱放散性に
優れるため高い熱移動量を示した。これに対し比較例１
（Ｎｏ．７〜９）はいずれもフィンが無穴で熱放散性に
劣り熱移動量が低下した。

【００３４】（実施例３）ベース板に代えて板型ヒート
パイプを用いた他は、実施例１と同じ方法により薄型ヒ
ートシンクを製造し、熱移動量を測定した。

【００３５】（実施例４）ベース板に代えて板型ヒート
パイプを用いた他は、実施例２と同じ方法により薄型ヒ
ートシンクを製造し、熱移動量を測定した。

【００３６】（比較例２）ベース板に代えて板型ヒート
パイプを用いた他は、比較例１と同じ方法により薄型ヒ
ートシンクを製造し、熱移動量を測定した。実施例３、
４および比較例２で測定した熱移動量を相対値で表２に
示した。

【００３７】

【表２】

【００３８】表２から明らかなように、実施例３、４
（Ｎｏ．１１〜１４）はいずれもフィンが有穴で熱放散
性に優れるため高い熱移動量を示した。また板型ヒート
パイプは、フィンが軽量なため、その外装板が変形した
りせず安定して機能した。これに対し比較例２（Ｎｏ．
１７〜１９）はいずれもフィンが無穴で熱放散性に劣
り、しかも板型ヒートパイプが変形して熱移動量が低下
した。

【００３９】以上、コルゲート状有穴フィンを用いた場
合について説明したが、プレート状など他の形状の有穴
フィンを用いた場合にも、実施例１〜４と同様の効果が
得られることは別途行った実験により確認した。

【００４０】

【発明の効果】本発明のヒートシンクは、ベース板上ま
たは板型ヒートパイプ上に有穴フィンを設けたもので、
この有穴フィンは表面積が大きいため高さを低くしても
良好な熱放散性または熱吸収性を発現する。また有穴フ
ィンは軽量なためその重みで板型ヒートパイプの外装板
が変形したりしない。さらに本発明のヒートシンクは、
そのベース板または板型ヒートパイプを発熱体に接触ま
たは近接させて用いた場合は有穴フィンの良好な熱放散
性により、また有穴フィンを発熱体に接触または近接さ
せて用いた場合は有穴フィンの良好な熱吸収性により、
いずれの場合も優れた冷却特性が得られる。依って、本
発明のヒートシンクは薄型化でき、高密度実装された電
子部品や光部品などの冷却に好適であり、工業上顕著な
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヒートシンクの第１の実施形態を示す
横断面説明図である。

【図２】本発明のヒートシンクの第２の実施形態を示す
横断面説明図である。

【図３】本発明のヒートシンクの第３の実施形態を示す
横断面説明図である。

【図４】本発明のヒートシンクの第４の実施形態を示す
横断面説明図である。

【図５】本発明のヒートシンクの第５の実施形態を示す
（イ）は斜視図、（ロ）は（イ）のａ−ａ断面図であ
る。

【図６】（イ）〜（ニ）は本発明で用いる有穴フィンの
例を示す横断面説明図である。

【図７】（イ）は本発明で用いる多穴金属板の例を示す
平面図および横断面図、（ロ）〜（ヘ）は平面図であ
る。

【図８】（イ）〜（ニ）は本発明で用いる金網の例を示
す平面図および横断面図である。

【図９】（イ）、（ロ）は本発明のヒートシンクの実装
構造の例を示す横断面説明図である。

【図１０】（イ）〜（ハ）は従来のヒートシンクの横断
面説明図である。

【符号の説明】

１ 微細穴 ２ プレート状有穴フィン ３ ベース板 ４ ベース板に開けた溝 ５ 半田 ６ ノッチ ７ 鋸状有穴フィン ８ 楔 ９ 丸型ヒートパイプ １０ 多穴金属板からなるコルゲート状有穴フィン １１ 板型ヒートパイプ １２ 外装板 １３ 金属細線 １４ 金網 １５ 金網からなるコルゲート状有穴フィン １６ 多穴金属板 １７ 断面円形の孔 １８ プリント基板 １９ ＣＰＵ（発熱体） ２０ コルゲート状無穴フィン ２１ 丸型ヒートパイプの取付具

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA04 BA26 BB01 BB05 BB60 BC06

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベース板上に、高さの低い有穴フィンが
   設けられていることを特徴とする薄型ヒートシンク。
2. 【請求項２】 ベース板にヒートパイプが埋め込まれて
   いることを特徴とする請求項１記載の薄型ヒートシン
   ク。
3. 【請求項３】 前記高さの低い有穴フィンが、多数の微
   細穴が開けられた多穴金属板または金網により構成され
   ていることを特徴とする請求項１または２記載の薄型ヒ
   ートシンク。
4. 【請求項４】 前記有穴フィンがコルゲート状またはプ
   レート状であることを特徴とする請求項１乃至３のいず
   れかに記載の薄型ヒートシンク。
5. 【請求項５】 前記ベース板上に前記有穴フィンが金属
   接合により設けられていることを特徴とする請求項１乃
   至４のいずれかに記載の薄型ヒートシンク。
6. 【請求項６】 前記ベース板上に前記有穴フィンがかし
   めにより設けられていることを特徴とする請求項１乃至
   ４のいずれかに記載の薄型ヒートシンク。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれかに記載の薄型
   ヒートシンクを構成するベース板または有穴フィンが発
   熱体に接触または近接していることを特徴とする薄型ヒ
   ートシンクの実装構造。
8. 【請求項８】 ベース板に代えて板型ヒートパイプが用
   いられていることを特徴とする請求項１、３〜５のいず
   れかに記載の薄型ヒートシンク。
9. 【請求項９】 請求項８記載の薄型ヒートシンクを構成
   する板型ヒートパイプまたは有穴フィンが発熱体に接触
   または近接していることを特徴とする薄型ヒートシンク
   の実装構造。