JP2009253253A

JP2009253253A - 冷却フィン

Info

Publication number: JP2009253253A
Application number: JP2008103458A
Authority: JP
Inventors: Miwako Hayashi; 美和子林
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2009-10-29

Abstract

【課題】冷却フィンから放出される不要電磁波を抑制する冷却フィンを提供する。
【解決手段】導電体からなるベース部１２、１４と、前記ベース部１２、１４に立設された、平板状の複数のフィン状部１２ａ、１４ａとを備える、電子素子の発熱を放熱する冷却フィン１であって、前記ベース部１２、１４の少なくとも一部において、絶縁体及び間隙の少なくともいずれかを設けたものである。また、ベース部１２、１４においては、導電体部の長さがλ／２以下であることが好適である。さらに、複数のフィン状部１２ａ、１４ａが導電体又は絶縁体からなることが好適である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子素子の発熱を放熱する冷却フィンに関し、特に、冷却フィンから放出される不要電磁波を抑制することができる冷却フィンに関する。

プリント基板上に搭載された電力変換素子等では、大電流が流れ損失が生じることによって、熱が発生する。この発熱により、電力変換素子等がその許容温度を超えてしまうことがある。このため、電力変換素子、又は電力変換素子を実装したプリント基板に冷却フィンを取り付け、発生した熱を拡散させる必要がある。

一般的に、従来の冷却フィンは、銅又はアルミニウム合金等の電導性の熱伝導性から構成される。また、発生した熱を周囲の空気に効果的に拡散させるため、冷却フィンの表面積を広げている。特許文献１には、発熱部品取り付け部及び冷却リブを、一枚金属板からプレス加工によって形成することが記載されている。また、これによって、軽量化、低廉化を図ることが記載されている。

一方で、電力変換素子等では、高速にスイッチングが行われるため、ノイズが発生する。図７に、従来の冷却フィン７２１を示す。電力変換素子１０によって発生したノイズと、冷却フィン７２１とが静電容量等７２２を介して電気的に結合すると、導体である冷却フィン７２１は、不要電磁波を放射するアンテナとして作用する。特に、冷却フィン７２１の寸法が波長（λ）の１／２となる周波数では、冷却フィン７２１には定常波が発生し、不要電磁波の放射効率が高くなる。このようにして発生した不要電磁波により、近傍の回路動作を妨害する問題や、不要電磁波が規制値よりも大きい場合は、製品が出荷できない等の問題が生じる。

ここで、不要電磁波の規制については、電子機器から放射される不要電磁波公共の放送や通信に障害を与えないようにするため、電子機器から放射される不要電磁波について各国において規制が行われている。例えば、ＣＩＳＰＲ等の国際規格がその代表的なものであり、規制の対象となる周波数範囲は、現状、３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚである。このため、製造メーカは製品の不要電磁波をその規制値以下に抑えなければ製品を出荷することができない。
特開平６−２６０５７１号公報

本発明は、上述の問題点を鑑み、冷却フィンからの放射電磁波を抑制することにより、ノイズ規格を満足することや、製品の信頼性を向上することができる、電子機器に用いる冷却フィンを提供することを課題とする。また、簡素な構造の冷却フィン、設計の自由度が高い冷却フィンを提供する。

上記課題を解決するために、本発明は、導電体からなるベース部と、ベース部に立設された、平板状の複数のフィン状部とを備える、電子素子の発熱を放熱する冷却フィンを提供する。ここで、本発明に係る冷却フィンは、ベース部の少なくとも一部において、絶縁体及び間隙の少なくともいずれかを設けるものである。

また、ベース部においては、導電体部の長さがλ／２以下であることが好適である。さらに、複数のフィン状部が導電体又は絶縁体からなることが好適である。

また、ベース部において、導電体部が、絶縁体の間に設置されたことが好適である。

さらに、ベース部において、電子素子側の面が絶縁体からなる、または、ベース部が絶縁体からなることが好適である。

本発明の冷却フィンは、ベース部の少なくとも一部において、絶縁体及び間隙の少なくともいずれかを設けることによって、冷却フィンから放出される不要電磁波を抑制することができる。また、これによって、ノイズ放射規格を満たすことができ、製品の信頼性を向上させることができる。

以下、本発明に係る冷却フィンの実施の形態について説明する。
図１（ａ）は、本発明に係る冷却フィンについて第１の実施の形態を示す。
本発明に係る冷却フィン１は、ベース部１２、１４と、平板状の複数のフィン状部１２ａ、１４ａとから構成される。ベース部１２、１４と、平板状の複数のフィン状部１２ａ、１４ａとは、それぞれ導電体である。また、ベース部１２と、ベース部１４とは、電気的に不連続な間隙ｄ_１によって、互いに導通しないように構成されている。

一般的に、冷却フィンは、導電体の寸法が大きくなる程、不要電磁波を多く放射する。これによって、冷却フィンは、アンテナとして作用する。これに対して、図１（ａ）に示す冷却フィン１では、ベース部１２と、ベース部１４との間に、電気的に不連続な間隙ｄ_１を設けることによって、アンテナとして作用する長さ、すなわち、電気的に連続な長さを短くする。

一方で、冷却フィン１は、上述したように、ベース部１２、１４間において、電気的に不連続な間隙ｄ_１を設けているが、冷却フィン１全体の表面積は大きく変化していない。したがって、本発明に係る冷却フィン１は、その放熱性能を大きく変化させることなく、冷却フィン１から放射する不要電磁波を抑制することができる。

図１（ａ）に示す冷却フィン１では、ベース部１２、１４は、その寸法がそれぞれλ／２以下である。ベース部１２、１４の寸法がλ／２以下となる周波数では、定在波が発生し、不要電磁波が効率良く放射される。よって、冷却フィン１は、放熱器からの放射を効率良く抑制することができる。

次に、図１（ｂ）は、本発明に係る冷却フィンについて第２の実施の形態を示す。
本発明に係る冷却フィン１Ａは、ベース部１２、１４、１６と、平板状の複数のフィン状部１２ａ、１４ａ、１６ａとから構成される。ベース部１２、１４、１６と、平板状の複数のフィン状部１２ａ、１４ａ、１６ａとは、それぞれ導電体である。また、ベース部１２と、ベース部１４とは、電気的に不連続な間隙ｄ_２によって、互いに導通しないように構成されている。同様に、ベース部１４と、ベース部１６とは、電気的に不連続な間隙ｄ_３によって、互いに導通しないように構成されている。

図１（ａ）において説明したように、冷却フィンは、ベース部の寸法が大きくなる程、不要電磁波を多く放射し、アンテナとして作用する。ここで、図１（ｂ）に示す冷却フィン１Ａでは、電気的に不連続な間隙ｄ_１、ｄ_２が設けられている。また、ベース部１２、１４、１６とは、それぞれ通電していない。よって、冷却フィン１Ａは、図１（ａ）に示した冷却フィン１と同様に、アンテナとして作用する長さ、すなわち、電気的に連続な長さを短くすることができる。

また、冷却フィン１Ａでは、電気的に不連続な間隙ｄ_１、ｄ_２が設けられているが、冷却フィン１Ａ全体の表面積は大きく変化していない。したがって、図１（ａ）で示した冷却フィン１同様に、本発明に係る冷却フィン１Ａは、その放熱性能を大きく変化させることなく、ベース部から放射する不要電磁波を抑制することができる。

ここで、冷却フィン１Ａは、冷却フィン１と比較し、導体部の長さを短くすることができる。つまり、冷却フィン１Ａは、導体部がアンテナとしての作用してしまうことをさらに抑えることができる。よって、冷却フィン１Ａは、放射妨害波のレベルをより低減することができる。また、冷却フィン１Ａは、放射レベルが極大値となる導体長（λ／２）となる周波数を高くすることが可能である。

図１（ｂ）に示す冷却フィン１Ａでも、ベース部１２、１４、１６の寸法をλ／２以下とする。よって、冷却フィン１Ａからの放射を効率的に抑制することができる。

図１（ａ）では、電気的に不連続な部位が１つ設けられた冷却フィンを示し、また、図１（ｂ）では、電気的に不連続な間隙が２つ設けられた冷却フィンを示した。しかし、本発明に係る冷却フィンでは、上記で述べた冷却フィンに限定されることなく、電気的に不連続な間隙を３つ以上設けることもできる。

図１（ｃ）は、本発明に係る冷却フィンについて第３の実施の形態を示す。
本発明に係る冷却フィン１Ｂは、ベース部１２、１４と、平板状の複数のフィン状部１２ａ、１４ａとから構成される。ベース部１２、１４と、平板状の複数のフィン状部１２ａ、１４ａとは、それぞれ導電体である。また、ベース部１２と、ベース部１４とは、電気的に不連続な間隙ｄ_１によって、互いに導通しないように構成されている。ここで、ベース部１２、１４とは、電子機器１０に、シリコングリース等の接着剤を用いることなく、それぞれねじ止めによって固定される。

また、ベース部１２と、ベース部１４とは、ねじ６、電力変換素子４等の接続部を介して通電されている。図１（ｃ）に示すように、ベース部１２と、ベース部１４とに、ねじ６がそれぞれ取り付けられ、それぞれのねじ６が、電力変換素子１６６に接続される。
図１（ｃ）に示す冷却フィン１Ｂでは、ベース部１２と、ベース部１４とが直接に接触していないが、接続部４、６を介して通電するように構成される。

図１（ａ）に示した冷却フィン１と同様に、本発明に係る冷却フィン１Ｂは、その放熱性能を大きく変化させることなく、冷却フィンから放射する不要電磁波を抑制することができる。

また、図１（ｃ）に示す冷却フィン１Ｂにおいても、不要電磁波が効率良く放射させるため、ベース部１２、１４の寸法をλ／２以下とする。

なお、本発明に係る冷却フィン１、１Ａ、１Ｂでは、ベース部及びフィン状部の形状は、図１（ａ）〜（ｃ）で示した形状に制限されない。

次に、図２（ａ）は、本発明に係る冷却フィンについて第４の実施の形態を示す。
本発明に係る冷却フィン２は、ベース部２１、２２と、平板状の複数のフィン状部２１ａ、２２ａとから構成される。ベース部２１は絶縁体である。また、ベース部２２、平板状の複数のフィン状部２１ａ、２２ａは、それぞれ導電体である。

冷却フィン２は、絶縁体からなるベース部２１を含むことによって、電気的に連続な長さを短くすることができる。したがって、本発明に係る冷却フィン２は、その放熱性能を大きく変化させることなく、冷却フィンから放射する不要電磁波を抑制することができる。

特に、冷却フィン２は、放射妨害波のレベルを低減することができる。また、冷却フィン２は、放射レベルが極大値となる導体長（λ／２）となる周波数を高くすることが可能である。

また、図２（ａ）に示す冷却フィン２でも、ベース部２２は、その寸法がλ／２以下である。よって、冷却フィンからの放射を効率的に抑制することができる。

図２（ｂ）は、本発明に係る冷却フィンについて第５の実施の形態を示す。
本発明に係る冷却フィン２Ａは、ベース部２１〜２３と、平板状の複数のフィン状部２１ａ〜２３ａとから構成される。ベース部２１、２３は絶縁体である。また、ベース部２２、平板状の複数のフィン状部２１ａ〜２３ａは、それぞれ導電体である。

図２（ａ）に示した冷却フィン２と同様に、冷却フィン２Ａは、絶縁体からなるベース部２１、２３を含むことによって、電気的に連続な長さを短くすることができる。また、同様に、冷却フィン２Ａでは、冷却フィン２Ａ全体の表面積は変化しない。したがって、本発明に係る冷却フィン２Ａは、その放熱性能を大きく変化させることなく、冷却フィンから放射する不要電磁波を抑制することができる。また、同様に、図２（ｂ）に示す冷却フィン２Ａでは、ベース部２２の寸法はλ／２以下である。

さらに、冷却フィン２Ａは、冷却フィン２と同様に、放射妨害波のレベルを効率的に低減することができ、放射レベルが極大値となる導体長（λ／２）となる周波数を高くすることができる。

図２に示した冷却フィン２，２Ａでは、プリント基板からのノイズが冷却フィンと結合する付近に、絶縁体からなるベース部２１、２３とを設けることができる。

図２に示した冷却フィン２、２Ａにおいて、絶縁体からなるベース部２１、２３は、セラミック、シリコン等の熱伝導性の高い材料である。これによって、冷却能力をさらに高めることが可能である。

なお、本発明に係る冷却フィン２、２Ａでは、絶縁体からなるベース部２１、２３、導電体からなるベース部２２、平板状の複数のフィン状部２１ａ〜２３ａは、図２（ａ）及び（ｂ）で示したその形状に制限されない。

図３（ａ）は、本発明に係る冷却フィンについて第６の実施の形態を示す。
本発明に係る冷却フィン３は、ベース部２１、２２と、平板状の複数のフィン状部２２ａとから構成される。ベース部２１は電子機器１０と接触し、ベース部２２と電子機器１０との間に設置される。ベース部２１は絶縁体であり、ベース部２２と、平板状の複数のフィン状部２２ａとは、それぞれ導電体である。

電子機器から発生したノイズと、冷却フィンとが、静電容量等を介して電気的に結合した場合、冷却フィンは、不要電磁波を放射するアンテナとして作用する。これに対して、絶縁体からなるベース部２１を、電子機器１０と導電体からなるベース部２２との間に設け、電子機器１０とベース部２２との間における電気的結合を小さくする。これによって、電子機器１０において発生したノイズが冷却フィン３に伝わりにくくなり、冷却フィン３から発生する不要電磁波を低減することができる。

図３（ａ）において、絶縁体からなるベース部２１は、セラミック、シリコン等の熱伝導性の高い材料からなる。これによって、ベース部２２に熱が伝わりやすくなり、冷却能力を高めることが可能である。

図３（ｂ）は、本発明に係る冷却フィンについて第７の実施の形態を示す。
本発明に係る冷却フィン３Ａは、ベース部２１、ベース部２２〜２６と、平板状の複数のフィン状部２２ａ〜２６ａとからなる。ここで、ベース部２１は電子機器１０と接触し、ベース部２１は、ベース部２２〜２６と電子機器１０との間に設置される。ベース部２１は絶縁体である。また、ベース部２２〜２６、平板状の複数のフィン状部２２ａ〜２６ａは、それぞれ導電体である。ここで、ベース部２２と、ベース部２４とは、電気的に不連続な間隙ｄ_２によって、互いに導通しないように構成されている。同様に、ベース部２４と、ベース部２６とは、電気的に不連続な間隙ｄ_３によって、互いに導通しないように構成されている。

図３（ａ）と同様に、絶縁体からなるベース部２１は、セラミック、シリコン等の熱伝導性の高い材料からなる。また、ベース部２２〜２６の寸法はλ／２以下とする。

図３（ｂ）に示す冷却フィン３Ａは、図１（ｂ）に示した冷却フィン１Ａと、図３（ａ）に示した冷却フィン３との利点を有する。つまり、冷却フィン３Ａは、その放熱性能を大きく変化させることなく、放熱器から放射する不要電磁波を抑制することができ、電子機器１０において発生したノイズを冷却フィン３Ａに伝わりにくくすることができる。

図４は、本発明に係る冷却フィンについて第８の実施の形態を示す。
本発明に係る冷却フィン４は、ベース部２１と、平板状の複数のフィン状部２１ａとから構成される。ベース部２１は絶縁体であり、平板状の複数のフィン状部２１ａは、それぞれ導電体である。

冷却フィン４は、絶縁体からなるベース部２１を、電子機器１０と平板状の複数のフィン状部２１ａとの間に設け、電子機器１０と平板状の複数のフィン状部２１ａとの間における電気的結合を小さくする。これによって、電子機器１０において発生したノイズが冷却フィン４に伝わりにくくなり、冷却フィン４から発生する不要電磁波を低減することができる。

絶縁体からなるベース部２１は、セラミック、シリコン等の熱伝導性の高い材料からなる。これによって、平板状の複数のフィン状部２１ａ全体に熱が伝わりやすくなり、冷却能力を高めることが可能である。

図５は、本発明に係る冷却フィンについて第９の実施の形態を示す。
本発明に係る冷却フィン５は、ベース部２１と、平板状の複数のフィン状部２１ａとから構成される。ベース部２１と、平板状の複数のフィン状部２１ｂとは、それぞれ絶縁体である。

冷却フィン５は、絶縁体からなるベース部２１と、絶縁体からなる平板状の複数のフィン状部２１ｂとを有し、これにより、冷却フィン５は、アンテナとして作用しない。よって、冷却フィン５は、冷却フィン５から発生する不要電磁波を低減することができる。

また、絶縁体からなるベース部２１、２１ｂは、それぞれセラミック、シリコン等の熱伝導性の高い材料からなる。これによって、冷却能力を高めることが可能である。

特定の実施形態を例示の目的で説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々な変更を行うことが可能である。よって、本発明に係る冷却フィンは、上述した実施の形態には限定されず、それらの等価物の全範囲に照らして添付の特許請求の範囲により規定される。

図６には、従来の冷却フィン及び本発明に係る第２の冷却フィンについて、冷却フィンからの放射電界をシミュレーションしたグラフである。ここで、従来の冷却フィンは、冷却フィンの寸法がλ／２付近となっている。
従来の冷却フィンでは、冷却フィン内部において発生する定在波に起因する放射電界にピークが生じている（破線ａ）。一方で、本発明に係る第２の冷却フィンでは、放射電界にピークが生じていなかった（実線ｂ）。さらに、従来の冷却フィンと比較して、図示した全周波数帯域（〜１ＧＨｚ）において放射電界の値を抑制していた。

（ａ）本発明の実施形態における第１の冷却フィンの構成図である。（ｂ）本発明の実施形態における第２の冷却フィンの構成図である。（ｃ）本発明の実施形態における第３の冷却フィンの構成図である。（ａ）本発明の実施形態における第４の冷却フィンの構成図である。（ｂ）本発明の実施形態における第５の冷却フィンの構成図である。（ａ）本発明の実施形態における第６の冷却フィンの構成図である。（ｂ）本発明の実施形態における第７の冷却フィンの構成図である。本発明の実施形態における第８の冷却フィンの構成図である。本発明の実施形態における第９の冷却フィンの構成図である。従来の冷却フィン及び本発明に係る第２の冷却フィンについて、冷却フィンからの放射電界をシミュレーションしたグラフである。従来における冷却フィンの構成を説明する概要図である。

符号の説明

１第１の冷却フィン
１０電子機器
１２、１４ベース部
１２ａ、１４ａ平板状の複数のフィン状部

Claims

導電体からなるベース部と、
前記ベース部に立設された、平板状の複数のフィン状部と
を備える、電子素子の発熱を放熱する冷却フィンであって、
前記ベース部の少なくとも一部において、絶縁体及び間隙の少なくともいずれかを設けることを特徴とする、冷却フィン。
前記ベース部において、導電体部が、絶縁体の間に設置されたことを特徴とする請求項１に記載の冷却フィン。
前記ベース部において、導電体部の長さがλ／２以下である請求項１又は２に記載の冷却フィン。
前記ベース部において、前記電子素子側の面が絶縁体からなる請求項１に記載の冷却フィン。
前記ベース部が絶縁体からなる請求項１に記載の冷却フィン。
前記複数のフィン状部が導電体である請求項１に記載の冷却フィン。
前記複数のフィン状部が絶縁体である請求項１に記載の冷却フィン。