JP2010267664A

JP2010267664A - ヒートシンク

Info

Publication number: JP2010267664A
Application number: JP2009115669A
Authority: JP
Inventors: Morihisa Yoshino; 森久吉野; Naoko Tamoto; 尚子田元; Katsuya Mochizuki; 克也望月; Mika Ataka; 美香安宅
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2009-05-12
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2010-11-25

Abstract

【課題】小型で放熱特性の高い、ヒートシンクを提供する。
【解決手段】ベース10と、ベースに搭載された２以上のフィン11とを備え、フィン11は、先端に近い部分22の主平面方向の幅22aが、基部21の主平面方向の幅21aよりも狭い。これによりフィンの間を対流する空気の速度は、抵抗の少ない先端部で大きくなるため、先端部の放熱速度を向上させることができ、ヒートシンク全体の放熱効率が向上する。例えば、フィン11の先端部の領域の主平面方向の幅は、先端に近づくにつれて連続的に直線、もしくは、曲線を描くように狭められている形状であってもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートシンクに関し、特に、光源用ヒートシンクとして適したものに関する。

ICチップやLSIチップ等の半導体素子の放熱のために、ヒートシンクに半導体素子を接着した半導体パッケージが知られている。例えば、特許文献１の図３には、板状のベースの上面に対して垂直に、複数の長方形のプレート状フィンを平行に配置したヒートシンクが開示されている。ベースおよびプレートは、いずれも放熱効率の高いアルミニウムや銅により構成される。半導体素子は、ベースの下面に半田等により固着される。このような従来の構造のヒートシンクの放熱効率を向上させるため、特許文献１では、長方形のプレート状フィンを波形とした構造を提案している。これにより、フィンの間を流れる空気の流量が、フィンの後方まで大きく保たれると記載している。

特開平４−２６９８５５号公報

従来の長方形のプレート状フィンを用いるヒートシンクは、放熱特性がヒートシンクの容積およびフィンの面積に依存するため、放熱性能を向上させるためにはヒートシンクの容積やフィンの面積を大きくしなければならない。このため、ヒートシンクを取り付けた商品のサイズが大きくなり、かつ重量が重くなるという課題があった。

本発明の目的は、小型で放熱特性の高い、ヒートシンクを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では以下のようなヒートシンクが提供される。すなわち、ベースと、ベースに搭載された２以上のフィンとを有するヒートシンクであって、フィンは、先端に近い部分の主平面方向の幅が、基部の主平面方向の幅よりも狭められている。これにより、フィンの先端部は、基部よりも空気の流れの抵抗が小さくなり、先端部を通過する流速が基部より大きくなる。このため、先端部の放熱性能が向上し、ヒートシンク全体の放熱効率を向上させることができる。

例えば、フィンの先端部の領域の主平面方向の幅は、先端に近づくにつれて連続的に狭められている形状にすることが可能である。

例えば、フィンの先端部の形状は、ベースの主平面に対して傾斜した直線、または、曲線とすることができる。

本実施形態のヒートシンクの（ａ）斜視図、（ｂ）正面図。（ａ）比較例のヒートシンクのフィン51間を流れる空気の速度を示す説明図、（ｂ）本実施形態のヒートシンクのフィン11間を流れる空気の速度を示す説明図。別の実施形態のヒートシンクの（ａ）斜視図、（ｂ）正面図。さらに別の実施形態のヒートシンクの（ａ）斜視図、（ｂ）正面図。比較例のヒートシンクの（ａ）斜視図、（ｂ）正面図。

本発明の一実施形態のヒートシンクについて説明する。

本発明では、ヒートシンクのフィンの根元の温度と先端の温度には差がある現象に着目し、この効果を増加させることのできるフィン形状を設計した。すなわち、フィンの根元の温度と先端の温度とに差が生じるのは、周囲で対流する空気の速度に関係があり、根元に比べて先端では対流速度が速いために温度が生じている。そこで、本発明では、フィンの形状をベース部よりも先端に向かうほど主平面方向の幅が細くなる形状にした。これにより、フィン先端部周囲の空気の対流速度は、矩形フィンと比べて速くなり、その結果として熱交換が促進されてフィン先端部の放熱性が向上するため、ヒートシンク全体の放熱性能を向上させることができる。

これにより、本実施形態のヒートシンクは、フィンの表面積が同じ矩形のヒートシンクよりも、高効率に放熱性能を向上させることができる。

以下、具体的に本実施形態のヒートシンクについて説明する。

図１（ａ）、（ｂ）は、本実施形態のヒートシンク1の斜視図および正面図である。本実施形態のヒートシンク1は、所定の厚さの主平面が長方形の板状のベース10と、板状のベース10の主平面の一側の面（表面）に搭載された複数のフィン11とを有して構成される。フィン11の基部は、ベースに連結されている。複数のフィン11の主平面は、ベース10の主平面に垂直に向けられており、フィン11は一定の間隔で平行に配置されている。

ベース10の主平面の他側の面（裏面）には、冷却すべき発熱源、例えば発光素子が固定される。

フィン11は基部21と先端部22とを有し、基部21の主平面方向の幅21aはベース10の幅と同一であるが、先端部22の主平面方向の幅22aはベース10から離れるにつれ狭くなるように設計されている。これを実現するために図１（ａ），（ｂ）のフィン11の外形は、先端部の片側が斜め方向に直線状にカットされた形状に設計されている。

このようにフィン11の形状を、先端部22の幅がベース10から離れるにつれて狭くなるように設計した本実施形態のヒートシンク1は、図５（ａ），（ｂ）に示した比較例の矩形のフィン51のヒートシンクと比べ、図２（ａ），（ｂ）のようにフィン11先端部の周囲の空気の対流速度（フィンを通過する流速）が比較例の矩形フィンのそれと比べて非常に速くなる。これは、フィン11先端部22の幅が狭いため、基部21よりも対流する空気に与える抵抗が小さいためである。これにより、フィン11先端部の対流速度を速めることができ、その結果として対流熱伝達効率が向上し、放熱性が向上する。よって、フィンの表面積が等しい場合には、本実施形態のヒートシンク1の方が、比較例のヒートシンクよりも放熱性能を向上させることができる。

このように、本実施形態のヒートシンクは、先端部の対流速度を向上させることにより、フィンの表面積を増加させることなく放熱性能を向上させることができるため、小型で放熱特性の高いヒートシンクを提供することができる。

なお、ヒートシンクのフィンの幅方向の向きは、例えば、上向きや下向きでもよく、あるいは角度などを含め配置は限定されないが、対流する空気の流れの向きが、フィン11の幅方向（図２（ｂ）の矢印の方向）に一致するように配置することが望ましい。したがって、例えば、ファンを配置する場合には、ファンに対してフィン11の切り落とした端面の側が向くように配置する。また、例えば、自然対流の場合には、対流方向が鉛直上方である場合が多いので、フィン11の切り落とした端面の側を鉛直下向きに向けて配置することにより、フィン先端部の対流速度を効果的に向上させることができる。

本発明の別の実施形態のヒートシンク3の斜視図および正面図を図３（ａ），（ｂ）に、さらに別の実施形態のヒートシンク4の斜視図および正面図を図４（ａ），（ｂ）にそれぞれ示す。ヒートシンク3および4は、いずれも図１（ａ），（ｂ）のヒートシンク1同様にフィン31、41の主平面方向の幅がベース10から離れるにつれ狭くなる構成である。フィン31の先端部の外形が、図１（ａ），（ｂ）とは異なり、図３（ａ），（ｂ）、図４（ａ），（ｂ）のフィン31、41の先端部の外形は、フィン31、41の先端の片側が曲線31a、41aを描いている。図３（ａ），（ｂ）のフィン31の先端部の曲線31aは、ベース10側から見た時に凸の曲線である。図４（ａ），（ｂ）のフィン41の先端部の曲線41aは、ベース側から見た時に凹の曲線である。

いずれの場合であっても、フィン31、41の主平面方向の幅がベース10から離れるにつれ狭くなるため、先端部の空気の対流速度を向上させることができ、フィンの表面積を増加させることなく放熱性能を向上させることができる。よって、小型で放熱特性の高いヒートシンクを提供することができる。

上述してきたように、本発明により、従来のヒートシンクと比べて、同じ表面積にもかかわらず放熱性能が高効率のヒートシンクを提供できる。

なお、上記実施形態では、フィンの先端部の片側を直線または曲線形状に斜めに切り落とした形状にすることにより、先端部の幅を狭めているが、本実施形態のフィンはこれらの形状に限られるものではなく、両側を斜めに切り落とした形状にすることにより先端部の幅を狭めた形状にすることも可能である。

また、本実施形態では、フィンの先端部の幅を基部の幅よりも連続的に徐々に狭めているが、基部よりも段階的に狭まっていてもよい。

本発明のヒートシンクは、例えば、一般照明用放熱部品、車両用照明灯具向け放熱部品、電子部品用放熱部品等に使用することができる。

1、3、4…ヒートシンク、10…ベース、11、31、21…基部、21a…基部の幅、22…先端部、22a…先端部の幅、41…フィン、51…フィン。

Claims

ベースと、該ベースに搭載された２以上のフィンとを有し、
該フィンは、先端に近い部分の主平面方向の幅が、基部の主平面方向の幅よりも狭められていることを特徴とするヒートシンク。
請求項１に記載のヒートシンクにおいて、前記フィンの先端部の領域の主平面方向の幅は、先端に近づくにつれて連続的に狭められていることを特徴とするヒートシンク。
請求項１または２に記載のヒートシンクにおいて、前記フィンの先端部の形状は、前記ベースの主平面に対して傾斜した直線、または、曲線であることを特徴とするヒートシンク。