JP2009188208A - 放熱器 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体に近い放熱部に冷却風が効果的にあたるようにして、放熱性能を低下させることなく、小型化を実現可能な放熱器を提供する。
【解決手段】発熱体53に接触して伝熱される受熱板２の一側面２Ａに、複数の放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃが並設されると共に、その受熱板２と放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃの幅方向の長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３が、発熱体53の中心から離れた位置にあるほど次第に短く形成される。このように、発熱体53の中心から離れた位置にあって、放熱に寄与しにくい受熱板２や放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃの部分を切断することで、放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃの斜め方向から冷却風が送り込まれるような場合であっても、発熱体53からの熱が最初に伝わる放熱フィン３ｃに冷却風が効果的にあたるようになり、発熱体53から伝わった熱を効果的に冷却して、放熱効率を高めることができる。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、例えばスイッチング電源装置などに代表される各種電気機器の内部に使用され、半導体素子などの発熱体によって生じる熱を放熱させる放熱器に関する。

近年電子部品の高性能化、小型化につれ、集積度や実装密度は増大し、電子部品の発熱が多くなってきている。装置内の温度上昇は、各電子部品の寿命や動作の信頼性に影響を及ぼすので、冷却対策が課題となっている。発熱をともなう半導体素子などは、その発熱体に接触して発熱体からの熱を受ける受熱板を通じて、放熱フィンなどの放熱部に熱を導き、ここで送風装置などからの風をさせて放熱部を冷却することにより、温度上昇を低減している放熱器を有している。

図３Ａおよび図３Ｂは、従来の放熱器の構造を示したものである。同図において、51は絶縁体からなる基材の片面または両面に、銅箔などの配線パターン（図示せず）を形成し、さらにこの配線パターンの適所に、導電性のメッキスルーホール52を設けてなるプリント基板である。また、53は複数のリード端子54を有する発熱体である。発熱体53の各リード端子54は対応するスルーホール52にそれぞれ挿通され、リード端子54とスルーホール52との間に半田を溶融付着させることで、プリント基板51と発熱体53との電気的な接続が図られる。

一方、61は発熱体53からの熱を放散させるための放熱器である。この放熱器61は、当該発熱体53と並ぶようにプリント基板51上に立設される受熱板62と、当該受熱板62の一側面62Ａに一体成形された複数の放熱部としての放熱フィン63ａ，63ｂ，63ｃとを備えている。この放熱フィン63ａ，63ｂ，63ｃは、受熱板62の厚さ方向の一側面62Ａより等間隔に複数突出して設けられており、同一の突出長さＬ４’で形成されている。そして、発熱体53は受熱板62の一側面62Ａと接してねじ64によって固定される。

以上より従来の放熱器61は、半導体素子からなる発熱体53の熱が、熱伝導性に優れた材料からなる放熱器61によって受熱板62から放熱フィン63ａ，63ｂ，63ｃに速やかに伝熱し、ここで送風装置からの風を放熱フィン63ａ，63ｂ，63ｃに当てて熱交換を行なうことにより、発熱体53を冷却し空気中に放熱するようになっている。放熱フィン63ａ，63ｂ，63ｃへの伝熱作用は、まず発熱体53の近くに位置する放熱フィン63ｃに伝熱し、そこで送風装置からの送風により空気中に放熱され、さらにこの部位で放熱しきれなかった熱が、発熱体53から次第に離れた放熱フィン63ｂや放熱フィン63ａへと順に伝熱して送風により放熱していく（特許文献１参照）。
特開２００５−１７５２２５号公報

上記構成の放熱器61においては、発熱体53を中心として、この発熱体53から発生した熱が、受熱板54を放射状に伝わることになる。具体的には、受熱板54の基部から先ず発熱体53に最も近い放熱フィン63ｃに伝熱し、そこで放熱フィン63ｃの周辺を通過する空気と熱交換して放熱する。また、放熱フィン63ｃで放熱しきれなかった熱は、発熱体53から２番目に近い別な放熱フィン63ｂに伝熱し、そこで放熱フィン63ｂの周辺を通過する空気と熱交換して空気中に放熱する。さらに放熱フィン63ｂで放熱しきれなかった熱は、発熱体53から最も遠い位置にある放熱フィン63ａに伝熱し、同様に放熱フィン63ａの周辺を通過する空気と熱交換して空気中に放熱するようになっている。

しかし、放熱フィン63ａ，63ｂの幅方向両側部は、熱源である発熱体53から最も離れた部位にあって、発熱体53からの熱が届きにくく、放熱に寄与しにくい部分となっている。そのため、この部位における放熱フィン63ａ，63ｂが無駄になって、放熱器を組み込む電気機器の小型化を妨げている。

また、送風装置により放熱器61の一方向から強制風を送り込む場合、送風の向きによっては冷却性能が低下する場合があった。例えば、図３Ａを用いて説明すると、図示しない送風装置からの冷却風Ａが、各放熱フィン63ａ，63ｂ，63ｃに沿ってではなく、矢印に示すような放熱フィン63ａ，63ｂ，63ｃの斜め上方向から送り込まれている状況では、発熱体53から最も大きく離れた放熱フィン63ａの幅方向一側部に、冷却風Ａが集中してあたるようになっている。こうなると、放熱に寄与しにくい部位である放熱フィン63ａの幅方向一側部が邪魔をして、発熱体53からの熱が最初に伝わる放熱フィン63ｃに、冷却風が効果的にあたりにくくなり、放熱器61としての放熱性能が低下するという問題があった。

そこで本発明は、発熱体に近い放熱部に冷却風が効果的にあたるようにして、放熱性能を低下させることなく、小型化を実現可能な放熱器を提供することをその目的とする。

本発明の請求項１における放熱器は、発熱体に接触して前記発熱体からの熱を受ける受熱板と、前記受熱板の幅方向に沿って一側面に並設された複数の放熱部とからなり、前記受熱板と前記放熱部の幅方向の長さが、前記発熱体から離れた位置にあるほど次第に短く形成される。

本発明の請求項２における放熱器は、前記受熱板の他側面にも少なくとも１つ以上の放熱部が設置される。

請求項１の発明では、半導体素子などの発熱体に接触して伝熱される受熱板の一側面に、複数の放熱部が並設されると共に、その受熱板と放熱部の幅方向の長さが、発熱体の中心から離れた位置にあるほど次第に短く形成される。このように、発熱体の中心から離れた位置にあって、放熱に寄与しにくい受熱板や放熱部の部分を切断することで、放熱部の斜め方向から冷却風が送り込まれるような場合であっても、発熱体からの熱が最初に伝わる放熱フィンに冷却風が効果的にあたるようになり、発熱体から伝わった熱を効果的に冷却して、放熱効率を高めることができる。

実際、発熱体から受熱板を通じて放熱部に伝わる熱は、発熱体から放熱部までの位置が離れれば離れるほど伝わりにくく、放熱に寄与しにくい。そこで、放熱に寄与しにくい受熱板や放熱部の部分を短くしても、放熱機能に影響することはほとんどなく、こうした部分を切断することで、放熱器の小型化が可能になる。したがって、発熱体に近い放熱部に冷却風が効果的にあたるようにして、放熱性能を低下させることなく、小型化を実現可能な放熱器を提供できる。

また請求項２の発明では、受熱板の一側面だけではなく他側面にも放熱部を同様に設置しているので、放熱器としての放熱性能すなわち冷却効率をさらに高めることができる。また、例えば電子機器への搭載において、スペース的に放熱器の高さを抑える必要が出てきた場合でも、放熱部を受熱板の他側面に設けることで、放熱性能を維持しつつ放熱器の高さを抑えることができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明における放熱器の好ましい実施例を説明する。なお、以下の各実施例について、同一部分には同一符号を付し、その共通する箇所の説明は重複を避けるため極力省略する。

図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の第１実施例における放熱器１を示している。この放熱器１は発熱体53からの熱を放散させるためのもので、プリント基板51上に立設される受熱板２と、その受熱板２の厚さ方向の一側面２Ａに一体成形された複数の放熱部である放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃとを備えている。放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃと受熱板２は、軽量で熱伝導性にすぐれたアルミニウムなどの部材で一体成形される。また、放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃは、受熱板２の一側面２Ａよりくし歯状に、発熱体53の上部から受熱板２の上端にかけて、所定のピッチで並列に複数突出して設けられており、同一の突出長さＬ４で形成されている。そして、発熱体53は受熱板２の一側面２Ａと接してねじ64によって固定される。

プリント基板51は従来例と同様に、絶縁体からなる基材の片面または両面に、銅箔などの配線パターン（図示せず）を形成し、さらにこの配線パターンの適所に、導電性のメッキスルーホール52を設けて構成される。発熱体53の各リード端子54は対応するスルーホール52にそれぞれ挿通され、リード端子54とスルーホール52との間に半田を溶融付着させることで、プリント基板51と発熱体53との電気的な接続が図られる。

前記放熱器１の受熱板２は、プリント基板51に接する部分から上端にかけて所定の高さを有し、その高さ方向の上部に放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃを一体的に形成する一方で、下部に発熱体53を配置するようにしている。さらに本実施例では、受熱板２と熱的に接続する発熱体53を中心として、この発熱体53から受熱板２の端縁までの放射方向の距離ができるだけ等しくなるように、プリント基板51と平行な受熱板２および放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃの幅（横）方向の長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３が、発熱体53から離れた位置にあるほど次第に短く形成される。ここでは、矩形状の受熱板２の左右端面を斜め方向に且つ直線状に切断することで、発熱体53から最も離れた位置にある放熱フィン３ａの幅方向の長さＬ１が、当該放熱フィン３ａよりも発熱体53の近傍に位置する放熱フィン３ｂの幅方向の長さＬ２よりも短かく、また放熱フィン３ｂの幅方向の長さＬ２が、当該放熱フィン３ｂよりも発熱体53の近傍に位置する放熱フィン３ｃの幅方向の長さＬ３よりも短かく形成される。このように、放熱器１として発熱体53から遠く、放熱に寄与しにくい不要な部分を予め切断することで、放熱器全体の放熱性能に影響を及ぼすことなく、従来のものよりも小型化を実現することが可能になる。

なお、上記構成においては、放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃの幅方向の長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３が、発熱体53から離れた位置にあるほど両側から次第に短くなっていくように、受熱板２の左右端面を段階状に形成してもよい。また、発熱体53から受熱板２の端縁までの放射方向の距離を極力等しくするために、受熱板２の左右端面を直線状にではなく、湾曲状に形成してもよい。この場合も、受熱板２および放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃの幅方向の長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３の関係を保つようにする。さらに、発熱体53と受熱板２との熱伝導性を高めるために、この発熱体53と受熱板２との間にサーマルコンパウンドなどを介在させてもよい。

次に、上記構成の放熱器１について、その作用を説明する。半導体素子からなる発熱体53の熱が、熱伝導性に優れた材料からなる放熱器１によって受熱板２から放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃに速やかに伝熱し、ここで送風装置からの風を放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃに当てて熱交換を行なうことにより、発熱体53を冷却し空気中に放熱するようになっている。放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃへの伝熱作用は、まず発熱体53の近くに位置する放熱フィン３ｂに伝熱し、そこで図示しない送風装置からの送風により空気中に放熱され、さらにこの部位で放熱しきれなかった熱が、発熱体53から次第に離れた放熱フィン３ｂや放熱フィン３ａへと順に伝熱して送風により放熱していく。送風装置からの冷却風が、放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃに沿って横方向に流れる場合は、各放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃに伝達した熱を満遍なく奪うことが可能になる。

一方、図１Ａに示すように、送風装置からの冷却風Ａが、各放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃに沿って平行にではなく、矢印のような放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃの斜め上方向から送り込まれる場合も想定される。しかしこの場合は、受熱板２および放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃの幅方向の長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３が、発熱体53から離れた位置にあるほど次第に短かくなるように、受熱板２および放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃの左右端面が斜めに切断されている関係で、各放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃの左右端面周囲に冷却風が抵抗なく流れ、発熱体53の近傍に位置する放熱フィン３ｃに冷却風があたりやすくなる。したがって、発熱体53からの熱が最初に伝わる放熱フィン３ｃに冷却風が効果的にあたり、放熱器１として放熱性能を低下させることなく、小型化を実現することが可能になる。

このように、本実施例における放熱器１は、発熱体53に接触してこの発熱体53からの熱を受ける受熱板２と、受熱板２の幅方向に沿って一側面に並設された複数の放熱部たる放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃとからなり、受熱板２と放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃの幅方向の長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３が、発熱体53から離れた位置にあるほど次第に短く形成される。

この場合、半導体素子などの発熱体53に接触して伝熱される受熱板２の一側面２Ａに、複数の放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃが並設されると共に、その受熱板２と放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃの幅方向の長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３が、発熱体53の中心から離れた位置にあるほど次第に短く形成される。このように、発熱体53の中心から離れた位置にあって、放熱に寄与しにくい受熱板２や放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃの部分を切断することで、放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃの斜め方向から冷却風が送り込まれるような場合であっても、発熱体53からの熱が最初に伝わる放熱フィン３ｃに冷却風が効果的にあたるようになり、発熱体53から伝わった熱を効果的に冷却して、放熱効率を高めることができる。

実際、発熱体53から受熱板２を通じて放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃに伝わる熱は、発熱体53から放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃまでの位置が離れれば離れるほど伝わりにくく、放熱に寄与しにくい。そこで、放熱に寄与しにくい受熱板２や放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃの部分を短くしても、放熱機能に影響することはほとんどなく、こうした不要な部分を切断することで、放熱器１の小型化が可能になる。したがって、発熱体53に近い放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃに冷却風が効果的にあたるようにして、放熱性能を低下させることなく、小型化を実現可能な放熱器を提供できる。

図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の第２実施例における放熱器１を示している。放熱器１の構造は、第１実施例とほぼ同様であり、違いは、受熱板２の厚さ方向の一側面２Ａだけではなく、厚さ方向の他側面２Ｂにも、放熱フィン３ｄ，３ｅが同様に一体形成されていることである。すなわち、第１実施例では受熱板２の一側面２Ａにのみ複数の放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃを設けたが、ここでの放熱器１は、受熱板２の一側面２Ａに複数の放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃを設けるだけでなく、その受熱板２の他側面２Ｂにも同様に複数の放熱フィン３ｄ，３ｅを設けている。放熱フィン３ｄ，３ｅは、受熱板２の他側面２Ｂよりくし歯状に、所定のピッチで並列に複数突出して設けられており、ここでは同一の突出長さＬ７で形成されている。なお、複数の放熱フィン３ｄ，３ｅは所定のピッチである限り、受熱板２の他側面２Ｂのどの位置に設けてもよい。

そしてこの実施例でも、プリント基板51と平行な受熱板２および放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅの幅（横）方向の長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ５，Ｌ６が、発熱体53から離れた位置にあるほど次第に短く形成される。ここでは、矩形状の受熱板２の左右端面を斜め方向に且つ直線状に切断することで、受熱板２の一側において、発熱体53から最も離れた位置にある放熱フィン３ａの幅方向の長さＬ１が、当該放熱フィン３ａよりも発熱体53の近傍に位置する放熱フィン３ｂの幅方向の長さＬ２よりも短かく、また放熱フィン３ｂの幅方向の長さＬ２が、当該放熱フィン３ｂよりも発熱体53の近傍に位置する放熱フィン３ｃの幅方向の長さＬ３よりも短かく形成されると共に、受熱板２の他側において、発熱体53から最も離れた位置にある放熱フィン３ｄの幅方向の長さＬ５が、当該放熱フィン３ｄよりも発熱体53の近傍に位置する放熱フィン３ｅの幅方向の長さＬ６よりも短かく形成される。このように、放熱器１として発熱体53から遠く、放熱に寄与しにくい不要な部分を予め切断することで、放熱器全体の放熱性能に影響を及ぼすことなく、従来のものよりも小型化を実現することが可能になる。それ以外の放熱器１としての構成は、第１実施例と共通している。

本実施例では、放熱器１の受熱板２が発熱体53と接続しているので、発熱体53からの熱が、受熱板２と接続している部分から、発熱体53の最も近くに位置する放熱フィン３ｃに伝熱し、そこで放熱フィン３ｃの周辺を通過する空気と熱交換して放熱され、さらにこの放熱フィン３ｃで放熱しきれなかった熱が、発熱体53から次第に離れた別の放熱フィン３ｅ，３ｂ，３ｄ，３ａへと順に伝熱し放熱される。ここで、送風装置からの冷却風が、放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅに沿って横方向に流れる場合は、各放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅに伝達した熱を満遍なく奪うことが可能になるが、図２Ａに示すように、送風装置からの冷却風Ａが、矢印のように放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅの斜め上方向から送り込まれる場合であっても、受熱板２および放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅの幅方向の長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ５，Ｌ６が、発熱体53から離れた位置にあるほど次第に短かくなるように、受熱板２および放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅの左右端面が斜めに切断されているので、各放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅの左右端面周囲に冷却風が抵抗なく流れ、発熱体53の近傍に位置する放熱フィン３ｃや放熱フィン３ｄに冷却風があたりやすくなる。したがってこの場合も、発熱体53からの熱が最初に伝わる放熱フィン３ｃや放熱フィン３ｄに冷却風が効果的にあたり、放熱器１として放熱性能を低下させることなく、小型化を実現することが可能になる。
また、受熱板２の一側面２Ａだけではなく、受熱板２の他側面２Ｂにも放熱フィン３ｄ，３ｅを設けているので、放熱器１としての放熱性能すなわち冷却効率をさらに高めることができる。また、例えば電子機器への搭載において、スペース的に放熱器の高さを抑える必要が出てきた場合でも、スペース的に高さを抑える必要が出てきた場合でも、放熱フィン３ｄ，３ｅを受熱板２の他側面２Ｂに設けることで、放熱性能を維持しつつ放熱器１の高さを抑えることができる。

以上のように実施例２では、受熱板２の他側面２Ｂにも少なくとも１つ以上の放熱フィン３ｄ，３ｅが設置されるので、この放熱フィン３ｄ，３ｅを利用して熱交換を行なうことで、放熱性能すなわち冷却効率をさらに高めることができる放熱器を提供できる。さらに、スペース的に高さを抑える必要が出てきた場合でも、放熱フィン３ｄ，３ｅを受熱板２の他側面２Ｂに設けることで、放熱性能を維持しつつ放熱器１の高さを抑えることができる。

なお、別な変形例として、例えば受熱板２の一側面２Ａと他側面２Ｂで、対称的に放熱フィン３ａ，３ｂ，３ｃと放熱フィン３ｄ，３ｅをそれぞれ設置してもよい。また、第１実施例や第２実施例に共通して、受熱板２の他側面２Ｂに発熱体53を取り付けできるようにしてもよく、この場合も上記各実施例と同様の作用効果を発揮することができる。

なお、本実施例は上記各実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、放熱部としては実施例中のような板状の放熱フィンに代わり、複数のピンを所定の密度で配置したものを適用しても良い。

本発明の第１実施例を示す放熱器の正面図である。 本発明の第１実施例を示す放熱器の側面図である。 本発明の第２実施例を示す放熱器の正面図である。 本発明の第２実施例を示す放熱器の側面図である。 従来の実施例を示す放熱器の正面図である。 従来の実施例を示す放熱器の側面図である。

符号の説明

２ 受熱板
２Ａ 一側面
２Ｂ 他側面
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ 放熱フィン（放熱部）
53 発熱体

Claims (2)

1. 発熱体に接触して前記発熱体からの熱を受ける受熱板と、前記受熱板の幅方向に沿って一側面に並設された複数の放熱部とからなり、前記受熱板と前記放熱部の幅方向の長さが、前記発熱体から離れた位置にあるほど次第に短く形成されることを特徴とする放熱器。
2. 前記受熱板の他側面にも少なくとも１つ以上の放熱部が設置されることを特徴とする請求項１記載の放熱器。

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