JP3127821B2 - ヒートシンク装置 - Google Patents

ヒートシンク装置

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JP3127821B2
JP3127821B2 JP08082306A JP8230696A JP3127821B2 JP 3127821 B2 JP3127821 B2 JP 3127821B2 JP 08082306 A JP08082306 A JP 08082306A JP 8230696 A JP8230696 A JP 8230696A JP 3127821 B2 JP3127821 B2 JP 3127821B2
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    • 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
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロプロセシ
ングユニット（以下、ＭＰＵと略称する）などの高発熱
の半導体素子を冷却するヒートシンク装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来から、ヒートシンク装置は高発熱の
半導体等の冷却に使用されているが、特に最近ではＭＰ
Ｕなどの高発熱に対応するため、ヒートシンクに小型フ
ァンを組み込んだ冷却効果の高いファンモータ一体型の
ヒートシンク装置が使用されている。このヒートシンク
装置では上方から空気を吸込むため、上方に十分な空間
が必要であり、ノートブックタイプのパーソナルコンピ
ュータなどの薄型機器において、厚さ方向の寸法が制限
され、十分な冷却能力が発揮できないという課題を有し
ている。
【０００３】以下に従来のヒートシンク装置について説
明する。図８は従来のヒートシンク装置の斜視図、図９
は従来のヒートシンク装置の断面図を示すものである。
【０００４】図８、９において、８１は高発熱半導体素
子であるＭＰＵ、８２はヒートシンク基盤で、ＭＰＵ８
１上に取付けられる、８３は放熱用のフィン、８４はモ
ータなどの駆動手段、８５はファン、８６はノートブッ
クタイプのパーソナルコンピュータの筐帯などヒートシ
ンク装置の上面のすきまを規制する構造物である。
【０００５】以上のように構成された従来のファンモー
タ一体型のヒートシンク装置について以下その動作を説
明する。ＭＰＵ８１の発熱はヒートシンク基盤８２、フ
ィン８３に伝導する。駆動手段８４で回転するファン８
５で生じる空気の流れは、矢印Ａで示すように構造物と
ヒートシンク装置上面の間を通って吸い込まれ、フィン
８３を通過し熱を奪いながら矢印Ｂのようにヒートシン
ク側面に排気される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、ヒートシンク装置上面から空気を吸い込
むので、ヒートシンク装置上面に十分な空間が必要であ
る。ノートブックタイプのパーソナルコンピュータなど
の薄型機器においては、厚さ方向の寸法が制限されてい
るため、ヒートシンク装置上面に十分な空間を確保でき
ず、十分な冷却能力が発揮できないという問題点を有し
ていた。また、空間を確保するためにヒートシンク装置
全体を薄型化すればよいが、ファンを回転させ冷却可能
な風量を得ることができるモータは軸受け構造や巻線構
造の必要からある程度の厚さは必要であり、薄型化には
限界があった。
【０００７】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、ヒートシンク装置上面に十分な空間がない場合でも
効果的に送風し冷却が可能なファンモータ一体型のヒー
トシンク装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は構造上厚さに制限があるモータ等の駆動手段
部分よりファン及びヒートシンクのフィン部分、ヒート
シンク基盤の高さを低くすることで、ヒートシンク装置
上面に空気を吸い込む十分な空間が得られる。また、フ
ァン及びヒートシンクのフィン部分の小型化による冷却
能力の低下を補うため、ヒートシンク基盤とフィンの形
状を一方向にのみ排気する構造とすると共に、吸込み側
にカバーを設け排気が吸気に回りこまないようにしたも
のである。
【０００９】この構成によりモータの高さ近くまでヒー
トシンク装置上部に構造物をもってくることが可能とな
り、薄型機器へのヒートシンク装置設置が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、一箇所が開口された側壁を底部に立設したヒートシ
ンク基盤と、前記ヒートシンク基盤に少なくとも一部を
固定した駆動手段と、前記駆動手段により回転するファ
ンと、前記ヒートシンク基盤に立設された複数のフィン
とを有し、前記ヒートシンク基盤の底部から側壁の上面
までの高さが前記底部から前記駆動手段の上面までの高
さより低いことを特徴とするヒートシンク装置、とした
ものであり、構造上厚さに制限があるモータ等の駆動手
段部分よりファン及びヒートシンクのフィン部分の高さ
を低くすることで、ヒートシンク装置上面に空気を吸い
込む十分な空間が得られるため、モータ部の高さ近くま
でヒートシンク装置上部に構造物をもってくることが可
能となり、薄型機器へのヒートシンク装置設置が可能と
なる。
【００１１】請求項２に記載の発明は、駆動手段が貫通
する開口部を有する板がヒートシンク基盤の前記駆動手
段が固定された側に装着されたことを特徴とする請求項
１記載のヒートシンク装置、であり、ヒートシンク基盤
から熱を奪い温度の高くなった排気が吸気側に回りこみ
冷却効果が低下することを防止する効果が得られる。
【００１２】請求項３に記載の発明は、板の開口部の大
きさが駆動手段が貫通するより大きく、かつ、ファンの
外周径より小さいことを特徴とする請求項２記載のヒー
トシンク装置であり、吸気がファンとフィンとの間で混
流を起し吸気側に気体が戻るのを防ぎ、スムーズな気体
の流れを行い冷却効果を向上させることができる。
【００１３】
【００１４】
【００１５】請求項４に記載の発明は、ファンの種類と
して、軸流ファンを採用したことを特徴とする請求項か
ら１から３いずれか記載のヒートシンク装置、であり、
遠心式ファンなどの他のファンより同じ風流でもヒート
シンク装置を薄く構成することが可能となる。その他、
本実施の形態に記載の発明は、吸込み方向を特定するた
めの開口部を持つカバーを空気吸込み側に設けたことに
より、吸込み方向を限定できるため、ヒートシンク装置
を設ける機器の内部で発熱が大きい内蔵部品などの冷却
を必要とする最適な方向から吸気でき、ＭＰＵ等を含む
筐体内全体の最適な冷却効果を得ることができる。 ま
た、吸込み側開口部または吹き出し側開口部もしくは両
方に通風用ダクトを設けることにより、任意の位置に吸
込み側開口部や吹き出し側開口部を設置できるため、ヒ
ートシンク装置を取付ける発熱素子の設置位置を自由に
設計することが可能となる。
【００１６】更に、発熱体に一方向から吸い込み、吸い
込み方向と異なる方向に排気するヒートシンク装置を取
付けた電子機器で、この構造をとることで、任意の方向
から吸気を行い筐体内の発熱部品を冷却すると共に内部
の熱気を任意の方向へ排気するため、効果的な冷却が可
能となり、機器の小型化が可能となる。
【００１７】以下、本発明の実施の形態について図１か
ら図７を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１によるヒ
ートシンク装置の斜視図を、図２は本発明の実施の形態
１によるヒートシンク装置の平面図を、図３は本発明の
実施の形態１によるヒートシンク装置の断面図を示す。
【００１８】図１、２、３において、１はＭＰＵ等の発
熱素子、２はヒートシンク基盤、３は駆動手段であるモ
ータ、４はヒートシンク基盤２に設けられた吹き出し開
口部、５はカバー、６は軸流式のファン、７はヒートシ
ンク基盤２に設けられた放熱用のフィンで、フィン７は
開口部４部分では空気の流出方向と略平行に、他の部分
ではファン６の回転軸を中心に略円弧状に設けられてい
る。８はノートブックタイプのパーソナルコンピュータ
の筐体などヒートシンク装置の上面のすきまを規制する
構造物を示す。例えば、発熱素子１は一辺が４０ｍｍか
ら５０ｍｍの正方形もしくは長方形である。ヒートシン
ク基盤２は発熱素子１の上面に接着やフック又はビス等
による固定方法で取付けられる。ヒートシンク基盤２の
外壁部の外形は、本実施の形態では発熱素子１と同様の
正方形であるが、開口部４以外の部分が円形であるよう
な形状をとることも可能である。この外壁部の高さはモ
ータ３の上面の高さより低くなっている。ファン６はモ
ータ３の側面の下側部に偏って設けられており、ファン
６の上面の高さはモータ３の上面の高さより低くなって
いる。ヒートシンク基盤２の外壁上に取付けられるカバ
ー５はモータ３が通る開口部を有する。この開口部の内
径はモータ３の外径より大きくかつファン６の外径より
小さい。図３で示すように構造物８がモータ３の上面に
近づいた構造をとった場合でも、構造物８とヒートシン
ク基盤２の外壁部やカバー５、ファン６との間には空気
が流入する十分な空間が存在する。
【００１９】（実施の形態２）図４は本発明の実施の形
態２によるヒートシンク装置の斜視図、図５は本発明の
実施の形態２によるヒートシンク装置の断面図である。
【００２０】１１はＭＰＵ等の発熱素子、１２はヒート
シンク基盤、１３は駆動手段であるモータ、１４は吹き
出し用の開口部、１５は第１のカバー、１６はファン、
１７はヒートシンク基盤１２に設けられた放熱用のフィ
ン、１８は第２のカバー、１９は第２のカバー１８に設
けられた吸込み側の開口部、２０はノートブックタイプ
のパーソナルコンピュータの筐体などヒートシンク装置
の上面のすきまを規制する構造物を示す。前記の図１、
２、３で示したものと同様のヒートシンク装置に第２の
カバー１８を設けたものである。第２のカバー１８には
吸込み方向を特定するための開口部１９が設けられてお
り、ヒートシンク基盤１２に対して第２のカバー１８は
開口部１９が任意の方向になるように取り付けることが
可能である。
【００２１】（実施の形態３）図６は本発明の実施の形
態３によるヒートシンク装置の斜視図、図７は本発明の
実施の形態３によるヒートシンク装置を組み込んだ電子
機器の内部図である。
【００２２】６０は発熱素子、６１は前記の図４、５で
示した実施の形態２と同様のヒートシンク装置、６２は
ヒートシンク装置６１に設けられた吸込み側の開口部、
６３はヒートシンク装置６１に設けられた吹き出し側の
開口部、６４は吸込み側の開口部６２に設けられた第１
のダクト、６５は吹き出し側の開口部６３に設けられた
第２のダクトである。図では第１のダクト６４、第２の
ダクト６５は断面が吸込み側の開口部６２や吹き出し側
の開口部６３と同様の長方形の場合を示しているが、任
意の形状、例えば第１のダクト６４の吸込み側先端が吸
込み側の開口部６２より横に広い形状や第２のダクト６
５の吹き出し側先端が吹き出し側の開口部６３より大き
い円形などをとることが可能である。また、必要に応
じ、ダクトは吸込み側の開口部６２や吹き出し側の開口
部６３のどちらか一方のみに設けることも可能である。
図７において、７０は電子機器の筐体、７１はプリント
基板、７２は電源等の発熱部品を示す。吸込み側のダク
ト６４は電子機器内部の電源等の発熱部品７２の近傍に
開口部を持ち、吹き出し側のダクト６５は電子機器の筐
体７０に開口部を持つ。ヒートシンク装置６１による空
気の流れは、ダクト６４により発熱部品７２の周囲の空
気を吸い込み、ヒートシンク装置６１の内部を通り、ダ
クト６５により電子機器の筐体外へ排気される。
【００２３】以上のように構成されたヒートシンク装置
について、以下その動作を図を用いて説明する。
【００２４】実施の形態１の場合、図３において、発熱
素子１の発熱はヒートシンク基盤２、フィン７に伝導す
る。モータ３で回転するファン６で生じる空気の流れ
は、矢印Ａで示すようにヒートシンク装置上面から吸い
込まれ、フィン７を通過し熱を奪いながら開口部４へ向
かい矢印Ｂのようにヒートシンク側面に排気される。ヒ
ートシンク装置の上面がオープンの場合には、吸い込ま
れる空気の流れはさまたげなく上部から流入するが、構
造物８のように機器の薄型化のためにモータ部のぎりぎ
りまで上部構造物８に近づけた場合でも、本発明の構造
では側面に余裕があるため、空気の流入経路が確保でき
る。同じモータを使用した従来の構造では流入経路がふ
さがれてしまうため、本発明の構造よりファンの外部に
対する露出面積が大きくなるにもかかわらず、風量を確
保することはできない。また、従来の構造でモータ自体
を薄くした場合、空気の流入経路は確保できるがモータ
出力の低下は避けられず、従って風量は減少する。この
ように、本発明の構造をとることにより、モータ出力を
低下させることなく、空気の流入経路が確保できるた
め、効果的な冷却が可能となる。
【００２５】次に、カバー５の働きについて、同じく図
３により説明する。前記の構成をとるヒートシンク装置
において、ファン６は軸流ファン、遠心ファンのどちら
の構造をとることも可能である。しかし、本発明の優位
点は薄型にできる点であり、主に電子機器の半導体素子
の冷却に使用されるため、その外形寸法は高さ１０ｍｍ
程度、直径３０ｍｍ程度である。このため、ファンの高
さ方向の寸法は５ｍｍ程度におさえる必要がある。通常
図９で示すような従来の上部から吸込み側面方向に排気
するファンの場合、シロッコファン等の遠心式ファンを
使用するが、本発明の場合、遠心式ファンでは十分なブ
レード長を得ることができないため、軸流式のファンを
採用している。前述のカバー５がない場合、ファン６で
下方向に流れた空気はヒートシンク基盤２ではねかえり
羽根間のすきまやファン６とヒートシンク基盤２の内壁
とのすきまから吸込み方向へ逃げる。この逃げを抑制す
るため、カバー５をファン６の一部をおおうように設け
ることが有効である。カバー５の開口部内径がファン６
の先端の外周より大きい場合、吸込み側への逃げが多く
生じる。また、カバー５の開口部内径がファン６の先端
の外周より小さくなりすぎると、吸込み側の開口面積が
小さくなり、吸込み風量が減少する。実際の使用にあた
っては、構造物８のような機器内部の構造によって特性
が変化するため、その機器に最適な寸法設計が必要とな
る。
【００２６】次に、本発明の実施の形態２の場合を図
４、５を用いて説明する。ヒートシンク基盤１２、モー
タ１３、開口部１４、第１のカバー１５、ファン１６、
フィン１７は前記の図１、２、３の実施の形態１と同一
の構造であり、その上部に第２のカバー１８が取付けら
れたものである。第２のカバー１８は側面の一端面に開
口部１９が設けられており、空気はファン１６の回転に
よりこの開口部１９から吸い込まれ、フィン１７を通過
し熱を奪いながら、開口部１４から吹き出される。第２
のカバー１８は開口部１９が任意の一方向になるように
ヒートシンク基盤１に取付け可能であり、これにより任
意の一方向から吸込み、任意の一方向へ排気するヒート
シンク装置が実現される。図１の実施の形態１の構造で
は各方向から吸込まれるが、第２のカバー１８を使用す
る図４の実施の形態２の構造をとることにより、ヒート
シンク装置を設ける機器の内部で発熱が大きい内蔵部品
などの冷却を必要とする場合に、最適な方向から吸気で
き、ＭＰＵ等を含む筐体内全体の冷却効果を最適にする
ことが可能となる。また、ノートブックタイプのパーソ
ナルコンピュータの筐体などヒートシンク装置の上面の
すきまを規制する構造物２０は、第２のカバー１８の上
面に接触させることも可能で、前記の図３の構造の場合
に比較しヒートシンク装置自体の寸法は多少厚くなる
が、ヒートシンク装置と構造物２０の間隔による特性変
化がなく、機器の設計が比較的容易になる。
【００２７】従来の構造でも、この第２のカバー１８を
取付け、一方向から吸込みとすることは可能であるが、
実施の形態２で述べたように、モータ１３と第２のカバ
ー１８の間に空間が必要となり、厚みが増加する。本発
明の構造のヒートシンク装置に第２のカバー１８を取付
ける場合には、モータ１３と第２のカバー１８の間は近
接させることが可能であり、薄型の一方向吸込み一方向
排気のヒートシンク装置が実現できる。一方向吸い込み
一方向排気が要求される機器は主としてスペースが限ら
れる薄型機器であり、本発明の構成で薄型の一方向吸込
み一方向排気のヒートシンク装置が実現できるメリット
は大きい。
【００２８】次に、本発明の実施の形態３を図６、７を
用いて説明する。図６で示すヒートシンク装置は前述の
実施の形態２の図４、５で示したヒートシンク装置の吸
込み側開口部に第１のダクト６４を設け、吹き出し開口
部に第２ダクト６５を設けたものである。第１のダクト
６４、第２のダクト６５を設けることにより、任意の位
置から吸気し、任意の位置へ排気することが可能とな
り、ＭＰＵの位置やプリント基板の位置により吸気排気
の方向や位置が制約を受けることがなくなる。
【００２９】図７はこのヒートシンク装置を組み込んだ
電子機器の一例である。吸込み側の第１のダクト６４が
ない場合ヒートシンク装置６１はプリント基板７１上の
周辺空気を吸い込むのみであるが、吸込み側の第１のダ
クト６４を設けることで特定の部品、例えば電源装置７
２の近傍に吸込み側の第１のダクト６４の吸気口を設け
ることで、吸気と共に電源装置７２の冷却を行うことが
できる。また、吹き出し側の第２のダクト６５の開口部
を筐体７０へ設けることで発熱素子６０の熱や電源装置
７２の熱を確実に筐体外へ排気でき、筐体内への熱の拡
散を防止できる。また、ヒートシンク装置以外に筐体排
気用のファンを別に設ける必要がなく、構成がシンプル
になる。
【００３０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ヒートシ
ンク装置の上部にスペースを設けることは不要であり、
高性能ＭＰＵの搭載が薄型機器でも可能となる。また、
吹き出し方向を特定の方向に設定できるため、筐体内の
熱を特定して外部に排気することが可能となり、機器の
熱設計が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるヒートシンク装置
の斜視図
【図２】本発明の実施の形態１による図１のヒートシン
ク装置の平面図
【図３】本発明の実施の形態１によるヒートシンク装置
の断面図
【図４】本発明の実施の形態２によるヒートシンク装置
の斜視図
【図５】本発明の実施の形態２によるヒートシンク装置
の断面図
【図６】本発明の実施の形態３によるヒートシンク装置
の斜視図
【図７】本発明の実施の形態３によるヒートシンク装置
を組み込んだ電子機器の内部図
【図８】従来のヒートシンク装置の斜視図
【図９】従来のヒートシンク装置の断面図
【符号の説明】
１ 発熱素子 ２ ヒートシンク基盤 ３ 駆動手段 ４ 開口部 ５ カバー ６ ファン ７ 放熱フィン ８ 構造物
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−129795（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−51189（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−196454（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−304379（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−195456（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−7998（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−187190（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H05K 7/20 H01L 23/467

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】一箇所が開口された側壁を底部に立設した
    ヒートシンク基盤と、前記ヒートシンク基盤に少なくと
    も一部を固定した駆動手段と、前記駆動手段により回転
    するファンと、前記ヒートシンク基盤に立設された複数
    のフィンとを有し、前記ヒートシンク基盤の底部から側
    壁の上面までの高さが前記底部から前記駆動手段の上面
    までの高さより低いことを特徴とするヒートシンク装
    置。
  2. 【請求項２】駆動手段が貫通する開口部を有する板がヒ
    ートシンク基盤の前記駆動手段が固定された側に装着さ
    れたことを特徴とする請求項１記載のヒートシンク装
    置。
  3. 【請求項３】板の開口部の大きさが駆動手段が貫通する
    より大きく、かつ、ファンの外周径より小さいことを特
    徴とする請求項２記載のヒートシンク装置。
  4. 【請求項４】ファンの形状が軸流ファンの形状であるこ
    とを特徴とする請求項１から３いずれか記載のヒートシ
    ンク装置。
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