JP2794154B2 - ヒートシンク - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
- H01L23/467—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing gases, e.g. air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0233—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes the conduits having a particular shape, e.g. non-circular cross-section, annular
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
- F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
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- H01L23/3672—Foil-like cooling fins or heat sinks
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高速駆動マイクロコンピ
ュータなどの発熱密度の高いＬＳＩ、中容量のサイリス
タやパワートランジスタなどの半導体素子に使用される
ヒートシンク、特に空冷式で発熱を拡散冷却させ、小型
化を要求されるヒートシンクに関する。
ュータなどの発熱密度の高いＬＳＩ、中容量のサイリス
タやパワートランジスタなどの半導体素子に使用される
ヒートシンク、特に空冷式で発熱を拡散冷却させ、小型
化を要求されるヒートシンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋ
ａｇｅ）でセラミクス・パケージのＬＳＩに、従来のヒ
ートシンクを取り付けた１例を示す斜視図と側面図を示
す図１３と１４において、ヒートシンク90はアルミニウ
ムや銅等の高熱伝導性の材料を用いて、熱伝導支柱部91
の周辺部にフィン部92を持つように切削加工されてお
り、前記支柱部91の中央部が熱源となるＱＦＰ型のＬＳ
Ｉ93の中央部平面に密着搭載され、前記ＬＳＩ93の発熱
は前記フィン部92によって放熱されている。
ａｇｅ）でセラミクス・パケージのＬＳＩに、従来のヒ
ートシンクを取り付けた１例を示す斜視図と側面図を示
す図１３と１４において、ヒートシンク90はアルミニウ
ムや銅等の高熱伝導性の材料を用いて、熱伝導支柱部91
の周辺部にフィン部92を持つように切削加工されてお
り、前記支柱部91の中央部が熱源となるＱＦＰ型のＬＳ
Ｉ93の中央部平面に密着搭載され、前記ＬＳＩ93の発熱
は前記フィン部92によって放熱されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記構成のヒートシン
ク90では、ＬＳＩ93の発熱量が大きくなるに伴い、フィ
ン部92の直径ｄｌを大きくしたり、またはフィンの枚数
を増加させる等によりヒートシンク90のフィン部92の表
面積を増加させなければ充分な放熱効果が得られない
が、ヒートシンク90のｄ１がＬＳＩ93の外形より大きく
なったり、高さＨが高くなり過ぎる場合、このような大
型のヒートシンク90を電子機器等の限られた狭い空間に
配置すれば空気の対流が妨げられ、著しく冷却能力が低
下するという問題がある。
ク90では、ＬＳＩ93の発熱量が大きくなるに伴い、フィ
ン部92の直径ｄｌを大きくしたり、またはフィンの枚数
を増加させる等によりヒートシンク90のフィン部92の表
面積を増加させなければ充分な放熱効果が得られない
が、ヒートシンク90のｄ１がＬＳＩ93の外形より大きく
なったり、高さＨが高くなり過ぎる場合、このような大
型のヒートシンク90を電子機器等の限られた狭い空間に
配置すれば空気の対流が妨げられ、著しく冷却能力が低
下するという問題がある。
【０００４】上記ヒートシンク90の大型化を許容しての
手段であっても、単純にフィン部92の直径ｄｌを大きく
したり、フィンの枚数を増加することは、発熱源（ＬＳ
Ｉ93）から遠くなることによるヒートシンク90の材料の
熱抵抗が大きくなるために、フィンの厚みｔ１を厚くし
たり、熱伝導支柱部91の直径ｄ２を大きくする必要が生
じるために、ＬＳＩの発熱量の増大の対策は、しばしば
ヒートシンクの大型化と同時に、強制対流などのモータ
の大型化も行われることが多かったためにコスト高とも
なった。
手段であっても、単純にフィン部92の直径ｄｌを大きく
したり、フィンの枚数を増加することは、発熱源（ＬＳ
Ｉ93）から遠くなることによるヒートシンク90の材料の
熱抵抗が大きくなるために、フィンの厚みｔ１を厚くし
たり、熱伝導支柱部91の直径ｄ２を大きくする必要が生
じるために、ＬＳＩの発熱量の増大の対策は、しばしば
ヒートシンクの大型化と同時に、強制対流などのモータ
の大型化も行われることが多かったためにコスト高とも
なった。
【０００５】またヒートシンク90の加工は、ヒートシン
ク材料と切削工具の強度及び切削精度の関係から、熱伝
導支柱部91の直径ｄ２とフィン部92の直径ｄ１との比は
フィン間隔ｔ２を対流に適当な一定間隔に保ちながら切
削加工できる限界があるため、ヒートシンク90のフィン
厚さｔ１を薄くするなど部分的な小型化にも限界があっ
た。
ク材料と切削工具の強度及び切削精度の関係から、熱伝
導支柱部91の直径ｄ２とフィン部92の直径ｄ１との比は
フィン間隔ｔ２を対流に適当な一定間隔に保ちながら切
削加工できる限界があるため、ヒートシンク90のフィン
厚さｔ１を薄くするなど部分的な小型化にも限界があっ
た。
【０００６】さらに従来のヒートシンク90では熱伝導支
柱部91が必要であったため、自然対流あるいは微風下に
於ける密集重ねフィンには熱溜りが発生し効果的な放熱
が行えなかった。
柱部91が必要であったため、自然対流あるいは微風下に
於ける密集重ねフィンには熱溜りが発生し効果的な放熱
が行えなかった。
【０００７】本発明は上記課題を鑑みてなされたもの
で、放熱性能を向上させる小型軽量なヒートシンクの構
造を提供し、前述の課題を解決することを目的とする。
で、放熱性能を向上させる小型軽量なヒートシンクの構
造を提供し、前述の課題を解決することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本考案では、受熱プレートと少なくとも一枚の放熱フ
ィンを重ね合わせた構造のヒートシンクにおいて、上記
受熱プレートは熱源からの熱を面全体に略均一に分散す
る厚みを有し、上記放熱フィンには幾何学的均一に配置
された多数個のボスを有し、当該ボスを山形突起構造と
し、上記受熱プレートと放熱フィンとの間隔また重ね合
わせられた相互の放熱フィンの間隔が上記ボスによって
保たれ、これら各々のボスの底面がロウ付けされている
ことを特徴とするヒートシンクとする。
に本考案では、受熱プレートと少なくとも一枚の放熱フ
ィンを重ね合わせた構造のヒートシンクにおいて、上記
受熱プレートは熱源からの熱を面全体に略均一に分散す
る厚みを有し、上記放熱フィンには幾何学的均一に配置
された多数個のボスを有し、当該ボスを山形突起構造と
し、上記受熱プレートと放熱フィンとの間隔また重ね合
わせられた相互の放熱フィンの間隔が上記ボスによって
保たれ、これら各々のボスの底面がロウ付けされている
ことを特徴とするヒートシンクとする。
【０００９】
【作用】前記構成の如くボスを設けることにより、受熱
プレートの熱を各々のフィンに有効に伝えることができ
るために、従来の熱伝導支柱部91が不要となり、したが
ってフィン部92の有効放熱面積が極めて大きくなる。ま
た、フィンには任意の箇所にボスを付けることができる
ために、フィンの厚さｔ１を加工の極限まで薄くしても
フィンの熱抵抗の増加を補うことができ、上記効果か
ら、ＬＳＩなどの半導体発熱素子の発熱量が大きくなっ
ても、放熱効果に優れた小型軽量のヒートシンクを得る
ことができる。
プレートの熱を各々のフィンに有効に伝えることができ
るために、従来の熱伝導支柱部91が不要となり、したが
ってフィン部92の有効放熱面積が極めて大きくなる。ま
た、フィンには任意の箇所にボスを付けることができる
ために、フィンの厚さｔ１を加工の極限まで薄くしても
フィンの熱抵抗の増加を補うことができ、上記効果か
ら、ＬＳＩなどの半導体発熱素子の発熱量が大きくなっ
ても、放熱効果に優れた小型軽量のヒートシンクを得る
ことができる。
【００１０】上記放熱プレートに金属板を用いたものに
おいては、従来の切削加工をしたヒートシンクに比べて
安価にできるが、これをヒートパイプに置換えたものに
おいても、電子機器全体の大型化を防止することができ
るためにシステムのコストメリットは大きくなる。
おいては、従来の切削加工をしたヒートシンクに比べて
安価にできるが、これをヒートパイプに置換えたものに
おいても、電子機器全体の大型化を防止することができ
るためにシステムのコストメリットは大きくなる。
【００１１】
【実施例】本発明の第１の実施例とするヒートシンクの
断面図を図１に、この上面図を図２に、また図１に示す
フィンの部分拡大図を図３に示す。
断面図を図１に、この上面図を図２に、また図１に示す
フィンの部分拡大図を図３に示す。
【００１２】図１に示す第１の実施例のヒートシンク1
は、セラミックパッケージの中央部にヒートシンク接合
用のねじ部94が立てられた金属板95を有する被冷却ＬＳ
Ｉ93のために設計されたものであり、ヒートシンク1の
中央部には、上記ＬＳＩ93のねじ部94と勘合する雌ねじ
部10と一体になったアルミニウムなどの受熱プレート11
と、上記雌ねじ部10の外径部に隙間なく接するバリ部15
を有し、かつ、比較的均一に配置された多数のボス14を
有するブレージングシートからなる数枚の放熱フィン12
で構成されている。上記ボス14は、図１が示すように山
形突起構造となっている。ＬＳＩ93の金属板95と接する
上記受熱プレート11の受熱面13は受熱プレート11の外径
より小さくして、ＬＳＩ93との間に放熱面積を増加する
ための対流空間（Ｔ）を作っている。また上記放熱フィ
ン12の構造は図３に示す様にアルミニウムなどの合金板
で形成される心材121の両面が低融点合金からなるロウ
材122で被覆されたものでできており、放熱フィン12の
それぞれの加工は同一のプレス金属で加工されている
が、隣合うフィンの上記多数個のボス14の上下の位置
が、一致しないように重ね合わされているために、相互
のフィン間隔とプレート11との間隔も、上記ボス14の高
さ寸法分の隙間（Ｔ２）が生じている。
は、セラミックパッケージの中央部にヒートシンク接合
用のねじ部94が立てられた金属板95を有する被冷却ＬＳ
Ｉ93のために設計されたものであり、ヒートシンク1の
中央部には、上記ＬＳＩ93のねじ部94と勘合する雌ねじ
部10と一体になったアルミニウムなどの受熱プレート11
と、上記雌ねじ部10の外径部に隙間なく接するバリ部15
を有し、かつ、比較的均一に配置された多数のボス14を
有するブレージングシートからなる数枚の放熱フィン12
で構成されている。上記ボス14は、図１が示すように山
形突起構造となっている。ＬＳＩ93の金属板95と接する
上記受熱プレート11の受熱面13は受熱プレート11の外径
より小さくして、ＬＳＩ93との間に放熱面積を増加する
ための対流空間（Ｔ）を作っている。また上記放熱フィ
ン12の構造は図３に示す様にアルミニウムなどの合金板
で形成される心材121の両面が低融点合金からなるロウ
材122で被覆されたものでできており、放熱フィン12の
それぞれの加工は同一のプレス金属で加工されている
が、隣合うフィンの上記多数個のボス14の上下の位置
が、一致しないように重ね合わされているために、相互
のフィン間隔とプレート11との間隔も、上記ボス14の高
さ寸法分の隙間（Ｔ２）が生じている。
【００１３】図１と２、３に示すヒートシンク1は最上
部放熱フィン12と最下部の受熱プレート11を仮固定し、
ブレージングシートの心材121の融点よりも低く、ロウ
材122の融点より高い温度の加熱炉の中に入れ、ロウ材1
22を溶融した後冷却され、それぞれの放熱フィン12のボ
ス14の底面と接するすべての面には勿論、受熱プレート
11とボス14の間と、雌ねじ部10の外径部とフィン12のバ
リ部15との間も、ロウ材122によってロウ付けされ、ヒ
ートシンク1の部材の全てを一体化し、形成されてい
る。
部放熱フィン12と最下部の受熱プレート11を仮固定し、
ブレージングシートの心材121の融点よりも低く、ロウ
材122の融点より高い温度の加熱炉の中に入れ、ロウ材1
22を溶融した後冷却され、それぞれの放熱フィン12のボ
ス14の底面と接するすべての面には勿論、受熱プレート
11とボス14の間と、雌ねじ部10の外径部とフィン12のバ
リ部15との間も、ロウ材122によってロウ付けされ、ヒ
ートシンク1の部材の全てを一体化し、形成されてい
る。
【００１４】上記ヒートシンク1は、雌ねじ部10を被冷
却ＬＳＩ93のねじ部94にねじ込み固定され、ＬＳＩ93に
生じる熱は金属板95とねじ部94を介して、ヒートシンク
1の受熱プレート11に伝えられるが、主としてねじ部94
からの熱は、各フィンのバリ部15を介して放熱フィン12
の中心部より外方向に向かって伝えられる。他方、金属
板95からの熱は受熱面13を介して、受熱プレート11の厚
み方向に伝えられると同時に、受熱プレート11の外周方
向に広がり伝えられる。
却ＬＳＩ93のねじ部94にねじ込み固定され、ＬＳＩ93に
生じる熱は金属板95とねじ部94を介して、ヒートシンク
1の受熱プレート11に伝えられるが、主としてねじ部94
からの熱は、各フィンのバリ部15を介して放熱フィン12
の中心部より外方向に向かって伝えられる。他方、金属
板95からの熱は受熱面13を介して、受熱プレート11の厚
み方向に伝えられると同時に、受熱プレート11の外周方
向に広がり伝えられる。
【００１５】上記受熱プレート11はその直径に対して適
当な厚み、例えば直径５０ｍｍに対して２ｍｍ程度の厚
みを有するために、受熱面13の面積が少なくても受熱面
１３の熱は、受熱プレート11の全面に均一に伝えられ
る。すなわち受熱プレート11は熱源からの熱を面全体に
略均一に分散する厚さを有している。一方標準のブレー
ジングシートからできた放熱フィン12は、上記受熱プレ
ート11の厚みに対して薄く、０．５ｍｍ程度でしかない
ために、上記バリ部15から伝えられる熱だけでは、各放
熱フィン12の外周部に伝わらずに減衰してしまいフィン
効率が低下することになるが、上記受熱プレート11に伝
えられた均一な熱は、先ず、受熱プレート11と直接接す
る放熱フィン12の多数のボス14aを介して、放熱フィン1
2aの全面に伝えられ、順次、上方の放熱フィン12に各々
のボス14を介して熱伝導が行われ、ヒートシンク1の全
体が略均一な熱広がりとなり放熱が行われる。
当な厚み、例えば直径５０ｍｍに対して２ｍｍ程度の厚
みを有するために、受熱面13の面積が少なくても受熱面
１３の熱は、受熱プレート11の全面に均一に伝えられ
る。すなわち受熱プレート11は熱源からの熱を面全体に
略均一に分散する厚さを有している。一方標準のブレー
ジングシートからできた放熱フィン12は、上記受熱プレ
ート11の厚みに対して薄く、０．５ｍｍ程度でしかない
ために、上記バリ部15から伝えられる熱だけでは、各放
熱フィン12の外周部に伝わらずに減衰してしまいフィン
効率が低下することになるが、上記受熱プレート11に伝
えられた均一な熱は、先ず、受熱プレート11と直接接す
る放熱フィン12の多数のボス14aを介して、放熱フィン1
2aの全面に伝えられ、順次、上方の放熱フィン12に各々
のボス14を介して熱伝導が行われ、ヒートシンク1の全
体が略均一な熱広がりとなり放熱が行われる。
【００１６】上記ボス14の高さは、自然対流の場合は２
ｍｍ程度、強制対流の場合は１．２ｍｍ程度とし、側面
からの空気の流れを促進することが好ましいが、各々の
放熱フィン12はプレスで加工されるために、前記放熱フ
ィン12には空気抜きの穴を開けることが容易にできるた
めに、多数のボス14の間（放熱フィンの一部）に適宜、
空気対流のための穴を開けることにより、上記ボス14の
高さを低く、即ち、各フィンの間隔（Ｔ２）を狭めて、
ヒートシンク1の全体の高さを低く抑えることもでき
る。なお、上記多数のボス14の対流の空気抵抗は、各々
のボス14の底面が放熱フィン12の板厚の３から５倍程度
の直径であり、実用上殆ど問題にならないが、むしろボ
ス14の数を増加することで、放熱表面積の減少を考慮す
べきである。
ｍｍ程度、強制対流の場合は１．２ｍｍ程度とし、側面
からの空気の流れを促進することが好ましいが、各々の
放熱フィン12はプレスで加工されるために、前記放熱フ
ィン12には空気抜きの穴を開けることが容易にできるた
めに、多数のボス14の間（放熱フィンの一部）に適宜、
空気対流のための穴を開けることにより、上記ボス14の
高さを低く、即ち、各フィンの間隔（Ｔ２）を狭めて、
ヒートシンク1の全体の高さを低く抑えることもでき
る。なお、上記多数のボス14の対流の空気抵抗は、各々
のボス14の底面が放熱フィン12の板厚の３から５倍程度
の直径であり、実用上殆ど問題にならないが、むしろボ
ス14の数を増加することで、放熱表面積の減少を考慮す
べきである。
【００１７】上記実施例では、上面に金属板95とねじ部
94を設けたＬＳＩ（被冷却半導体素子）93を冷却するた
めに、ヒートシンク1には雌ねじ部10が設けられていた
が、本発明の熱伝導の主体は、比較的厚い受熱プレート
11と放熱フィン12のボス14で行われるために、上記雌ね
じ部10のない、即ち受熱プレート11の中央部にねじ部を
持たず、かつ、放熱フィン12にバリ部15の加工を施さな
い、ボス14と必要に応じて空気溜りを防止する単に穴の
開いた平板状の放熱フィン12からなるヒートシンク1で
あっても上述の効果と変わらないヒートシンクが得られ
る。この場合の発熱半導体素子への取り付けは、高熱伝
導エポキシ樹脂や銀ペーストなどの接着剤、若しくは、
シリコングリスと専用のクランプを併用して取り付けら
れる。この場合、受熱面13は受熱プレート11の外径より
小さくして放熱面積の増加を重視する設計よりも、上記
接着強度を重視して受熱プレート11の下面には段差を付
けずに、全面をＬＳＩなどの発熱素子に密着して取り付
けることが好ましい場合が多い。
94を設けたＬＳＩ（被冷却半導体素子）93を冷却するた
めに、ヒートシンク1には雌ねじ部10が設けられていた
が、本発明の熱伝導の主体は、比較的厚い受熱プレート
11と放熱フィン12のボス14で行われるために、上記雌ね
じ部10のない、即ち受熱プレート11の中央部にねじ部を
持たず、かつ、放熱フィン12にバリ部15の加工を施さな
い、ボス14と必要に応じて空気溜りを防止する単に穴の
開いた平板状の放熱フィン12からなるヒートシンク1で
あっても上述の効果と変わらないヒートシンクが得られ
る。この場合の発熱半導体素子への取り付けは、高熱伝
導エポキシ樹脂や銀ペーストなどの接着剤、若しくは、
シリコングリスと専用のクランプを併用して取り付けら
れる。この場合、受熱面13は受熱プレート11の外径より
小さくして放熱面積の増加を重視する設計よりも、上記
接着強度を重視して受熱プレート11の下面には段差を付
けずに、全面をＬＳＩなどの発熱素子に密着して取り付
けることが好ましい場合が多い。
【００１８】従来のヒートシンク90では熱伝導支柱部91
が必要であったため、自然対流あるいは微風下に於ける
密集重ねフィンには熱溜りが発生し効果的な放熱が行え
なかったが、上記実施例では多数のボス14により重なり
合う放熱フィン12間に隙間が保たれるので前記熱伝導支
柱部91または前記実施例中のねじ部94とバリ部15を省略
し図４と５に示すような構造にしてもよい。図４は図１
４に示す熱伝導支柱部91若しくは図１のねじ部94とバリ
部15を省略したヒートシンクの側面図を示し、この上面
図を図５に示す。図４と５においては従来技術の図１４
に示すヒートシンクの熱伝導支柱部91の部分を取払い空
間（穴）17にした構造と、図１において述べたねじ部94
とバリ部15を無くした部分以外の放熱フィン12、ボス14
等の構成は図１で述べたものと同一または相当分である
ため説明は省略する。
が必要であったため、自然対流あるいは微風下に於ける
密集重ねフィンには熱溜りが発生し効果的な放熱が行え
なかったが、上記実施例では多数のボス14により重なり
合う放熱フィン12間に隙間が保たれるので前記熱伝導支
柱部91または前記実施例中のねじ部94とバリ部15を省略
し図４と５に示すような構造にしてもよい。図４は図１
４に示す熱伝導支柱部91若しくは図１のねじ部94とバリ
部15を省略したヒートシンクの側面図を示し、この上面
図を図５に示す。図４と５においては従来技術の図１４
に示すヒートシンクの熱伝導支柱部91の部分を取払い空
間（穴）17にした構造と、図１において述べたねじ部94
とバリ部15を無くした部分以外の放熱フィン12、ボス14
等の構成は図１で述べたものと同一または相当分である
ため説明は省略する。
【００１９】また本発明の第２の実施例として前記プレ
ート11の材料にもブレージングシートを用いているヒー
トシンク2の断面図を図６に示す。本実施例は、図１に
示す実施例の受熱プレート11に大外径のものが必要とな
った場合この前記受熱プレート11に代え、薄い厚さで十
分な均熱化を図ることのできるヒートパイプ構造の受熱
プレート（以下単に「受熱ヒートパイプ」という）20を
用いたものであり、図７は上記受熱ヒートパイプ20のウ
イック構造図の一例を示す図である。
ート11の材料にもブレージングシートを用いているヒー
トシンク2の断面図を図６に示す。本実施例は、図１に
示す実施例の受熱プレート11に大外径のものが必要とな
った場合この前記受熱プレート11に代え、薄い厚さで十
分な均熱化を図ることのできるヒートパイプ構造の受熱
プレート（以下単に「受熱ヒートパイプ」という）20を
用いたものであり、図７は上記受熱ヒートパイプ20のウ
イック構造図の一例を示す図である。
【００２０】上記受熱ヒートパイプ20は、外径は第１の
実施例の受熱プレート11と略同じであるが、アルミニウ
ムなどの材料で内面に、図７に示す如き中心部から外縁
部に向かって遠心状と放射状に凹溝の入ったウイック20
4を有し、鍋底状にプレス加工された底板部201と、上記
底板部201との間に空間部203を保持し、密封できるブレ
ージングシート材のプレス加工品からなる蓋板部202と
から形成されている。
実施例の受熱プレート11と略同じであるが、アルミニウ
ムなどの材料で内面に、図７に示す如き中心部から外縁
部に向かって遠心状と放射状に凹溝の入ったウイック20
4を有し、鍋底状にプレス加工された底板部201と、上記
底板部201との間に空間部203を保持し、密封できるブレ
ージングシート材のプレス加工品からなる蓋板部202と
から形成されている。
【００２１】図６に示す如く上記受熱ヒートパイプ20の
底板部201と蓋板部202は各々の放熱フィン12が重ね合わ
され仮固定した後、ロウ付け作業を経て一体化されるこ
とにより、上記空間部203は完全な密封空間となってい
る。したがって、この空間部203の中を真空引き減圧さ
れた後、アセトンやアンモニアなどの作動液（図示な
し）が、空間部203の２０％程度に注入され（注入口は
図示なし）、封止ロウ付けされている。
底板部201と蓋板部202は各々の放熱フィン12が重ね合わ
され仮固定した後、ロウ付け作業を経て一体化されるこ
とにより、上記空間部203は完全な密封空間となってい
る。したがって、この空間部203の中を真空引き減圧さ
れた後、アセトンやアンモニアなどの作動液（図示な
し）が、空間部203の２０％程度に注入され（注入口は
図示なし）、封止ロウ付けされている。
【００２２】上記受熱ヒートパイプ20の中の作動液は、
ウイック204の溝の中に毛細管現象で、略均一に底板部2
01の内面に広がっており、受熱面213が加熱されること
により、受熱面213近傍の作動液は蒸発し、温度の低い
外縁部に向かい凝縮し再度液体に戻り、ウイック溝を通
って、再び受熱面213の近傍に戻るサイクルを繰り返
し、極めて短時間で受熱ヒートパイプ20の表面に均一に
熱が分散する。
ウイック204の溝の中に毛細管現象で、略均一に底板部2
01の内面に広がっており、受熱面213が加熱されること
により、受熱面213近傍の作動液は蒸発し、温度の低い
外縁部に向かい凝縮し再度液体に戻り、ウイック溝を通
って、再び受熱面213の近傍に戻るサイクルを繰り返
し、極めて短時間で受熱ヒートパイプ20の表面に均一に
熱が分散する。
【００２３】よって、被冷却半導体素子の発熱量が大き
くなり、ヒートシンク2の外径の大きなものが必要にな
った時でも、作動液の蒸発が熱を運ぶために、熱抵抗の
増加を余り考慮する事無く、薄い受熱ヒートパイプ20の
形状のままで大外径のヒートシンク2を得ることができ
る。なお、放熱フィン12の大外径化の熱抵抗の増加対策
は、第１の実施例で説明したボス14の数と位置で十分に
補うことができる。
くなり、ヒートシンク2の外径の大きなものが必要にな
った時でも、作動液の蒸発が熱を運ぶために、熱抵抗の
増加を余り考慮する事無く、薄い受熱ヒートパイプ20の
形状のままで大外径のヒートシンク2を得ることができ
る。なお、放熱フィン12の大外径化の熱抵抗の増加対策
は、第１の実施例で説明したボス14の数と位置で十分に
補うことができる。
【００２４】本発明の第３の実施例とする前記第２の実
施例の底板部201の内面に、加工したウイック204の代わ
りに、蓋板部202にウイック状の凹部状加工部304を施し
たヒートパイプの上面図と断面図を図８と９に示す。本
実施例は、受熱ヒートパイプ20が大径化することによ
り、外力や内部の減圧に対しての強度を補強する場合、
また、底板部201の材料もブレージングシート材とした
い場合に（底板部201の内面の溝は、ロウ付行程でロウ
材で埋まる）用いられる。なお、本実施例の凹状加工部
304の代わりに、アルミニウムやセラミックなどの線材
や板材あるいは金鋼などが用いられることは、通常の平
板状ヒートパイプと同様である。なお第３の実施例にお
いては底板部201をブレージングシートとしているが、
底板部201と蓋板部202及び作動液からなる薄板状のヒー
トパイプであれば、底板部201か蓋板部202の何れかをブ
レージングシートとしてもよい。また、放熱フィン12を
含めてブレージングシートは片面のみロウ材で被覆され
たシートであってもよい。
施例の底板部201の内面に、加工したウイック204の代わ
りに、蓋板部202にウイック状の凹部状加工部304を施し
たヒートパイプの上面図と断面図を図８と９に示す。本
実施例は、受熱ヒートパイプ20が大径化することによ
り、外力や内部の減圧に対しての強度を補強する場合、
また、底板部201の材料もブレージングシート材とした
い場合に（底板部201の内面の溝は、ロウ付行程でロウ
材で埋まる）用いられる。なお、本実施例の凹状加工部
304の代わりに、アルミニウムやセラミックなどの線材
や板材あるいは金鋼などが用いられることは、通常の平
板状ヒートパイプと同様である。なお第３の実施例にお
いては底板部201をブレージングシートとしているが、
底板部201と蓋板部202及び作動液からなる薄板状のヒー
トパイプであれば、底板部201か蓋板部202の何れかをブ
レージングシートとしてもよい。また、放熱フィン12を
含めてブレージングシートは片面のみロウ材で被覆され
たシートであってもよい。
【００２５】さらに第４の実施例とする前記第２の実施
例の受熱ヒートパイプ20の略中央部にヒートパイプの作
動液の注入口41を配置し、重ね合わされる上記放熱フィ
ン12の相対部分とロウ付けしているヒートシンク4の側
面断面図を図１０に示す。図１０では、雌ねじ部10の位
置に受熱ヒートパイプ20の作動液の注入口41を取り付
け、受熱ヒートパイプ40としている。上記注入口41の直
径は比較的大きくして、ヒートシンク4の中央部からの
熱伝導を容易にすると同時に、注入口の始末の設計を容
易にしている。
例の受熱ヒートパイプ20の略中央部にヒートパイプの作
動液の注入口41を配置し、重ね合わされる上記放熱フィ
ン12の相対部分とロウ付けしているヒートシンク4の側
面断面図を図１０に示す。図１０では、雌ねじ部10の位
置に受熱ヒートパイプ20の作動液の注入口41を取り付
け、受熱ヒートパイプ40としている。上記注入口41の直
径は比較的大きくして、ヒートシンク4の中央部からの
熱伝導を容易にすると同時に、注入口の始末の設計を容
易にしている。
【００２６】上記構成のヒートシンクでは、放熱フィン
12の心材121は平板状のアルミニウムなどの合金を使用
しているが、この心材121は銅やアルミニウム等で図１
１に示すような目開きのある融着金網としてもよい。
12の心材121は平板状のアルミニウムなどの合金を使用
しているが、この心材121は銅やアルミニウム等で図１
１に示すような目開きのある融着金網としてもよい。
【００２７】また第１の実施例に示す如く平板状の放熱
フィン12の一部に空気対流用の穴を開けてもよいが、図
１２に示すように前記金網状のものと、この平板状のも
のを組み合わせればロー付作業が行い易くなる。図１２
においては受熱プレート11の上面（放熱面）に適宜パン
チ穴とボス14を持つ平板状の放熱フィン12と、心材121
が前記金網状の放熱フィン12bが交互に積み重ねられる
配置となっている。上記ボス14は、平板状放熱フィン12
の放熱面の上下に設ける場合と、平板状放熱フィン12と
金網状放熱フィン12bのそれぞれ放熱面の上下何れか一
方に設ける場合がある。
フィン12の一部に空気対流用の穴を開けてもよいが、図
１２に示すように前記金網状のものと、この平板状のも
のを組み合わせればロー付作業が行い易くなる。図１２
においては受熱プレート11の上面（放熱面）に適宜パン
チ穴とボス14を持つ平板状の放熱フィン12と、心材121
が前記金網状の放熱フィン12bが交互に積み重ねられる
配置となっている。上記ボス14は、平板状放熱フィン12
の放熱面の上下に設ける場合と、平板状放熱フィン12と
金網状放熱フィン12bのそれぞれ放熱面の上下何れか一
方に設ける場合がある。
【００２８】また一般的に上記ヒートシンクの受熱プレ
ート11はアルミニウム等の金属材料で形成され既存のＬ
ＳＩ（発熱体）パッケージ等に後付けされているが、前
記受熱プレート11は、半導体チップとの熱膨張係数を合
わせるためにアルミナ、窒化アルミ、炭化珪素等のセラ
ミックス板として、前記ＬＳＩ等の半導体チップに直接
接合させればより大きな冷却効果が得られる。このとき
前記セラミックス板の受熱プレート11と放熱フィン12と
の接合は、受熱プレート11の放熱フィン12との接合側に
ニッケル合金等の金属を印刷焼結等の処理を施すことに
よって比較的簡単に行える。
ート11はアルミニウム等の金属材料で形成され既存のＬ
ＳＩ（発熱体）パッケージ等に後付けされているが、前
記受熱プレート11は、半導体チップとの熱膨張係数を合
わせるためにアルミナ、窒化アルミ、炭化珪素等のセラ
ミックス板として、前記ＬＳＩ等の半導体チップに直接
接合させればより大きな冷却効果が得られる。このとき
前記セラミックス板の受熱プレート11と放熱フィン12と
の接合は、受熱プレート11の放熱フィン12との接合側に
ニッケル合金等の金属を印刷焼結等の処理を施すことに
よって比較的簡単に行える。
【００２９】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば熱伝導の優れた受熱プレートと放熱フィンが、任意
に位置でロウ付けされるため機械的に堅牢であることは
勿論、均一な熱分散ができる表面積の大きな小型軽量の
ヒートシンクを得ることができ、熱伝導支柱91を省略す
れば自然対流あるいは微風下に於いても密集重ねフィン
には熱溜りが起こらず対流を促集できる構造となり効果
的な対流を生み出すことのできるヒートシンクが提供で
きる。
れば熱伝導の優れた受熱プレートと放熱フィンが、任意
に位置でロウ付けされるため機械的に堅牢であることは
勿論、均一な熱分散ができる表面積の大きな小型軽量の
ヒートシンクを得ることができ、熱伝導支柱91を省略す
れば自然対流あるいは微風下に於いても密集重ねフィン
には熱溜りが起こらず対流を促集できる構造となり効果
的な対流を生み出すことのできるヒートシンクが提供で
きる。
【００３０】製造方法では従来の切削加工主体のもので
はなく、プレス加工とロウ付加工が主体であるために、
受熱プレートにヒートパイプを用いるものであっても、
ＬＳＩなどの大量生産の半導体のヒートシンク用として
比較的安価に供給できるものである。なお、本発明の実
施例でヒートシンクの上面図外形は円形で示したが、こ
の形状を四角形や多角形で構成すれば放熱面積を任意に
増加できる。
はなく、プレス加工とロウ付加工が主体であるために、
受熱プレートにヒートパイプを用いるものであっても、
ＬＳＩなどの大量生産の半導体のヒートシンク用として
比較的安価に供給できるものである。なお、本発明の実
施例でヒートシンクの上面図外形は円形で示したが、こ
の形状を四角形や多角形で構成すれば放熱面積を任意に
増加できる。
【００３１】また、相互の放熱フィン12の間隔は、一般
的には１個のボス14の高さで保たれているが、対抗する
放熱フィン12から同一場所に相対してボス14を突合わせ
ることにより上記重なり合う放熱フィン12の間隔を大き
くとることもできる。
的には１個のボス14の高さで保たれているが、対抗する
放熱フィン12から同一場所に相対してボス14を突合わせ
ることにより上記重なり合う放熱フィン12の間隔を大き
くとることもできる。
【００３２】従来のヒートシンクでは放熱フィン12の間
隔を狭くしていくと空気滞留が生じフィン効果が低下し
ていたが、放熱フィン12を金網状に、若しくは放熱フィ
ン12自体に対流用の穴を設けることにより空気対流が少
なくでき、且、放熱面積を向上できる小型高効率のヒー
トシンクが提供できる。
隔を狭くしていくと空気滞留が生じフィン効果が低下し
ていたが、放熱フィン12を金網状に、若しくは放熱フィ
ン12自体に対流用の穴を設けることにより空気対流が少
なくでき、且、放熱面積を向上できる小型高効率のヒー
トシンクが提供できる。
【図１】 本考案の実施例を示すヒートシンクの側面断
面図である
面図である
【図２】 本考案の実施例を示すヒートシンクの上面図
である
である
【図３】 本考案の放熱フィンを拡大した側面断面図で
ある
ある
【図４】 熱伝導支柱部を省略したヒートシンクの側面
図である
図である
【図５】 熱伝導支柱部を省略したヒートシンクの上面
図である
図である
【図６】 本考案の第２の実施例とするヒートシンクの
側面断面図である
側面断面図である
【図７】 本考案の第２の実施例の放熱ヒートパイプの
底板部を示す図である
底板部を示す図である
【図８】 本考案の第３の実施例の蓋板部上面を示す図
である
である
【図９】 本考案の第３の実施例の放熱ヒートパイプの
側面断面図である
側面断面図である
【図１０】 本考案の第４の実施例の放熱ヒートパイプ
の側面断面図である
の側面断面図である
【図１１】 放熱フィンを金網状としたヒートシンクの
側面図と金網部分の拡大図を示す図である
側面図と金網部分の拡大図を示す図である
【図１２】 平板状放熱フィンと金網状放熱フィンを重
ね合わせたヒートシンクの側面図である
ね合わせたヒートシンクの側面図である
【図１３】 従来のヒートシンクの斜視図である
【図１４】 従来のヒートシンクの側面図である
図において同一符号は同一、または相当部分を示す。 １、２、４ ヒートシンク １１ 受熱プレート １２ 放熱フィン １３ 受熱面 １４ ボス １７ 空間 ２０、３０、４０ 受熱ヒートパイプ ９１ 熱伝導支柱部 ９５ 金属板 １２２ ロウ材 ２０１ 底板部 ２０２ 蓋板部 ２０３ 空間 ２０４ ウイック ２１３ 受熱面 ３０４ 凹部状加工部
Claims (8)
- 【請求項１】 受熱プレートと少なくとも一枚の放熱フ
ィンを重ね合わせた構造のヒートシンクにおいて、上記
受熱プレートは熱源からの熱を面全体に略均一に分散す
る厚みを有し、上記放熱フィンには幾何学的均一に配置
された多数個のボスを有し、当該ボスは山形突起構造と
し、上記受熱プレートと放熱フィンとの間隔また重ね合
わせられた相互の放熱フィンの間隔が上記ボスによって
保たれ、これら各々のボスの底面がロウ付けされている
ことを特徴とするヒートシンク。 - 【請求項２】 放熱フィンの材料は、ブレージングシー
トを用いている請求項１記載のヒートシンク。 - 【請求項３】 放熱フィンに空気対流のための穴を開け
ている請求項１記載のヒートシンク。 - 【請求項４】 受熱プレートをヒートパイプ構造とする
請求項１記載のヒートシンク。 - 【請求項５】 底板部と蓋板部及び作動液からなる薄板
状のヒートパイプであって、少なくとも底板部か蓋板部
の何れかに、ブレージングシートを用いている請求項１
または４記載のヒートシンク。 - 【請求項６】 受熱プレートをヒートパイプ構造とし、
略中央部にヒートパイプの作動液の注入口を配置し、重
ね合わされる上記放熱フィンの相対部分とロウ付けされ
ている請求項１記載のヒートシンク。 - 【請求項７】 放熱フィンの心材が目開きのある融着金
網で構成されている請求項１記載のヒートシンク。 - 【請求項８】 受熱プレートがセラミックス材料で形成
されている請求項１記載のヒートシンク。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5257819A JP2794154B2 (ja) | 1993-06-04 | 1993-09-20 | ヒートシンク |
| TW084200070U TW323040U (en) | 1993-06-04 | 1994-04-26 | Heat-dissipating device |
| US08/249,353 US5567986A (en) | 1993-06-04 | 1994-05-27 | Heat sink |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-160102 | 1993-06-04 | ||
| JP16010293 | 1993-06-04 | ||
| JP5257819A JP2794154B2 (ja) | 1993-06-04 | 1993-09-20 | ヒートシンク |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0799273A JPH0799273A (ja) | 1995-04-11 |
| JP2794154B2 true JP2794154B2 (ja) | 1998-09-03 |
Family
ID=26486696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5257819A Expired - Fee Related JP2794154B2 (ja) | 1993-06-04 | 1993-09-20 | ヒートシンク |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5567986A (ja) |
| JP (1) | JP2794154B2 (ja) |
| TW (1) | TW323040U (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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