JP3250155B2 - Heat sink assembly with improved heat exchanger - Google Patents
Heat sink assembly with improved heat exchangerInfo
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、熱交換器
のような冷却装置に係り、より詳細には、改良された熱
交換器を備えたヒートシンク組立体に係る。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to cooling devices such as heat exchangers, and more particularly to heat sink assemblies with improved heat exchangers.
【０００２】[0002]
【従来の技術】コンピュータ業界のような種々の業界で
は、マイクロプロセッサや半導体のような部品を冷却す
るために低価格高性能の熱交換器が必要とされている。
多くの半導体は多量の熱を発生するために、熱が除去さ
れないと、修復不能なダメージを被ることになる。従っ
て、半導体から熱を消散しそしてその熱を周囲環境へと
発散するために、ヒートシンクを用いた熱交換器が使用
されている。BACKGROUND OF THE INVENTION Various industries, such as the computer industry, require low cost, high performance heat exchangers to cool components such as microprocessors and semiconductors.
Many semiconductors generate a great deal of heat and, if not removed, will suffer irreparable damage. Therefore, heat exchangers using heat sinks have been used to dissipate heat from semiconductors and dissipate the heat to the surrounding environment.
【０００３】半導体に使用されるヒートシンクの１つの
形式は、半導体にネジ止め又はクランプされる簡単なア
ルミニウム押出成形部品である。この押出成形部品は、
通常、半導体に接触する平らな下部プレートと、このプ
レートから櫛形に延びる複数のフィン又は平行な突起と
を有している。このような押出成形部品には、フィンの
高さがフィンの厚みによって制限されることを含む多数
の制約がある。１平方インチ当たりのフィンの数は、厚
み及び高さによって制限される。フィンの密度に関する
このような制限は、熱除去効率を低下させる。[0003] One type of heat sink used in semiconductors is a simple aluminum extruded part that is screwed or clamped to the semiconductor. This extruded part is
It typically has a flat lower plate in contact with the semiconductor and a plurality of fins or parallel protrusions extending comb-like from the plate. Such extruded parts have a number of limitations, including that the height of the fin is limited by the thickness of the fin. The number of fins per square inch is limited by thickness and height. Such limitations on fin density reduce heat removal efficiency.
【０００４】ファン付の熱交換器に特に使用するため
に、著しく改良されたヒートシンクが設計されている。
このヒートシンクは、「折り曲げフィン」構成を使用す
るもので、折り曲げられたフィンが熱伝導性プレートに
クランプされてヒートシンク組立体を形成する。特に、
折り曲げフィン型の熱交換器は、アルミニウム又は他の
熱伝導性材料のシートを波状パターンに折り曲げて、山
部と谷部を交互に形成することにより作られる。折り曲
げられたフィンは、冷却されるべき基板又は個別の熱伝
導性ベースプレートに直接配置されて、ヒートシンク組
立体が形成される。この折り曲げフィン設計は、高い熱
伝導性、非常に大きな表面積及び低いコストを与えるも
のである。大きな表面積の利点を取り入れることによ
り、業界規格の熱仕様を満足するために必要とされる空
気流量が少なくなる。[0004] Significantly improved heat sinks have been designed for use specifically with heat exchangers with fans.
The heat sink uses a "folded fin" configuration in which the folded fins are clamped to a thermally conductive plate to form a heat sink assembly. In particular,
Folded fin-type heat exchangers are made by folding a sheet of aluminum or other thermally conductive material into a wavy pattern, with alternating peaks and valleys. The folded fins are placed directly on the substrate to be cooled or on a separate thermally conductive base plate to form a heat sink assembly. This folded fin design offers high thermal conductivity, very large surface area and low cost. By taking advantage of the large surface area, less air flow is required to meet industry standard thermal specifications.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ファンのよ
うな従来型の空気源と共に使用するのに加えて、ファン
以外の空気源からの線型空気流と共に使用することもで
きる改良された折り曲げフィン型の熱交換器に向けられ
る。この改良された折り曲げフィン型の熱交換器では、
ファンのような空気源からの強制空気は必要とされない
ので、正圧力及び負圧力の両空気流環境において等しく
良好に機能し、一方、従来の四角形のヒートシンクは、
正圧力の空気流環境でしか良好に機能しない。又、この
改良された折り曲げフィン型の熱交換器は、これが取り
付けられるいかなる所定サイズの基板又は熱伝導性のベ
ースプレートに対しても冷却表面積を著しく増大する。
そこで、本発明の目的は、上記特徴の新規で且つ改良さ
れたヒートシンク組立体を提供することである。本発明
の別の目的は、このようなヒートシンク組立体に使用す
るための新規で且つ改良された熱交換器を提供すること
である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is an improved fold that, in addition to being used with a conventional air source such as a fan, can also be used with linear airflow from an air source other than a fan. It is aimed at fin type heat exchangers. In this improved folded fin heat exchanger,
Because forced air from an air source such as a fan is not required, it works equally well in both positive and negative pressure airflow environments, while conventional square heat sinks
It works well only in a positive pressure airflow environment. The improved folded fin heat exchanger also significantly increases the cooling surface area for any given size substrate or thermally conductive base plate to which it is attached.
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a new and improved heat sink assembly of the above character. It is another object of the present invention to provide a new and improved heat exchanger for use in such a heat sink assembly.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明によるヒートシン
ク組立体は、熱伝導性のシートを山部と谷部に交互に折
り曲げてほぼ平行なフィンを形成した熱交換器を備えて
いる。従って、フィンの両端縁は、熱交換器の両側に空
気導入端と空気放出端とを形成する。ヒートシンク組立
体は、折り曲げられたシートの谷部が取り付けられる熱
伝導性のベースプレートを備え、熱交換器の山部は、谷
部より長い。熱交換器の空気導入端は、山部から熱伝導
性のベースプレートに向かって内方にテーパ付けされ
る。別の実施形態では、熱交換器の空気導入端及び空気
放出端の両方が、山部から熱伝導性のベースプレートに
向かって内方にテーパ付けされる。SUMMARY OF THE INVENTION A heat sink assembly according to the present invention includes a heat exchanger in which a thermally conductive sheet is alternately bent into peaks and valleys to form substantially parallel fins. Therefore, both ends of the fin form an air introduction end and an air discharge end on both sides of the heat exchanger. The heat sink assembly includes a thermally conductive base plate to which the valleys of the folded sheet are attached, wherein the ridges of the heat exchanger are longer than the valleys. The air inlet end of the heat exchanger tapers inwardly from the peak toward the thermally conductive base plate. In another embodiment, both the air inlet end and the air outlet end of the heat exchanger are tapered inwardly from the peak toward the thermally conductive base plate.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の好適な実施形態を詳細に説明する。添付図面の図１
には、本発明によるヒートシンク組立体（１２）の熱交
換器（１０）が示されている。この熱交換器（１０）
は、熱伝導性のベースプレート（１４）に取り付けら
れ、このベースプレートは、ヒートシンク組立体（１
２）を集積回路チップパッケージ（図示せず）に取り付
けるのに使用される。しかしながら、熱交換器（１０）
の新規な構造は、このような用途に限定されないことを
理解されたい。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Figure 1 of the accompanying drawings
Shown is a heat exchanger (10) of a heat sink assembly (12) according to the present invention. This heat exchanger (10)
Is mounted on a thermally conductive base plate (14), which is mounted on a heat sink assembly (1).
2) used to attach to an integrated circuit chip package (not shown). However, the heat exchanger (10)
It is to be understood that the novel structure of is not limited to such applications.
【０００８】図２ないし４を参照すれば、熱交換器（１
０）は、熱伝導性のシートを山部（１６）と谷部（１
８）に交互に折り曲げてほぼ平行なフィン（２０）を形
成することにより作られる。最も外側の谷部は、熱交換
器の両側で、外方に突出するフランジ（２２）を形成す
るように切断され、これらフランジ（２２）は、谷部
（１８）とほぼ平らである。山部（１６）と谷部（１
８）は、図示されたように平坦である。谷部（１８）
は、特に、熱伝導性のベースプレート（１４）に係合す
る表面域を形成するために平坦にされねばならない。Referring to FIGS. 2 to 4, the heat exchanger (1)
0) indicates that the thermally conductive sheet is composed of a peak (16) and a valley (1).
8) by alternately folding them to form substantially parallel fins (20). The outermost valleys are cut on both sides of the heat exchanger to form outwardly projecting flanges (22), which are substantially flat with the valleys (18). Mountain (16) and valley (1
8) is flat as shown. Tanibe (18)
In particular, it must be flattened to form a surface area that engages the thermally conductive base plate (14).
【０００９】図１及び２から明らかなように、折り曲げ
フィン型の熱交換器（１０）の山部（１６）は、谷部
（１８）より長い。これは、フィン（２０）が四角形で
ある場合よりも、即ち山部と谷部の長さが谷部の長さに
等しい場合よりも、著しく大きな冷却面積をフィン（２
０）に与える。換言すれば、熱交換器（１０）が取り付
けられる所定の表面域（図２に矢印Ａで示す）に対し、
フィン（２０）の上面域は、矢印Bで示すように、相当
に長くされる。矢印Ａで示された「取り付け」面域は、
用途によってかなり制限されることを理解されたい。フ
ィン（２０）を図２に示すようにある種の「テール」形
状にすることにより、熱交換器に対して著しく大きな冷
却表面積を与えることができる。As can be seen from FIGS. 1 and 2, the peaks (16) of the folded fin type heat exchanger (10) are longer than the valleys (18). This provides a significantly greater cooling area for the fins (2) than when the fins (20) are square, i.e., when the length of the peaks and valleys is equal to the length of the valleys.
0). In other words, for a given surface area (indicated by arrow A in FIG. 2) to which the heat exchanger (10) is attached,
The upper surface area of the fin (20) is considerably lengthened, as indicated by arrow B. The “mounting” area indicated by arrow A is
It should be understood that this is considerably limited by the application. By providing the fins (20) with a certain "tail" shape as shown in FIG. 2, a significantly greater cooling surface area can be provided for the heat exchanger.
【００１０】熱交換器（１０）の構成に伴う別の顕著な
効果は、正圧力及び負圧力の両空気流環境において、典
型的な四角形の熱交換器よりも、多量の空気を効果的に
引き込むことである。これは、図２から理解できよう。
空気流が、矢印Cで示すように熱交換器を経て押される
（正圧力の空気流）か又は引っ張られる（負圧力の空気
流）ときには、フィン（２０）の両側縁が熱交換器の空
気導入端（２４）及び空気放出端（２６）を形成する。
谷部（１８）は山部（１６）に比して長さが短く、そし
て対応的にフィンの寸法は下部において短いので、空気
は、矢印Eで示すように長い上部よりも、矢印Dで示すよ
うに下部の方が抵抗が少ない状態で、熱交換器を通過す
る。熱交換器の下部付近の方が空気流に対する抵抗が小
さいので、空気は、熱交換器の外部から矢印Fの方向に
空気導入端（２４）に向かって下方に容易に進行する。Another significant advantage associated with the construction of the heat exchanger (10) is that in both positive and negative pressure airflow environments, more air can be effectively utilized than a typical square heat exchanger. It is to pull in. This can be seen from FIG.
When the air flow is pushed (positive pressure air flow) or pulled (negative pressure air flow) through the heat exchanger as shown by arrow C, both edges of the fins (20) will cause the heat exchanger air to flow. An inlet end (24) and an air discharge end (26) are formed.
Since the valleys (18) are shorter in length than the ridges (16), and correspondingly the dimensions of the fins are shorter at the lower part, the air flows in arrow D rather than in the longer upper part as shown in arrow E. As shown, the lower part passes through the heat exchanger with less resistance. Since the resistance to the air flow is lower near the lower part of the heat exchanger, the air easily travels downward from the outside of the heat exchanger in the direction of arrow F toward the air introduction end (24).
【００１１】公知の折り曲げフィン型熱交換器のように
フィン（２０）が四角形である場合には、熱交換器に流
れる空気に対する抵抗力は、その上部から下部まで等し
いものとなる。これは、空気の線型流又は層流を熱交換
器に向かい且つそれを通してまっすぐに引っ張る傾向と
なる。しかしながら、本発明の熱交換器（１０）では、
正圧力の空気流環境が存在しようと、負圧力の空気流環
境が存在しようと、上述したように、下向きの空気流パ
ターンが生じ、これは、ある量の空気を空気導入端の上
から矢印F及びGで示すように下方に進行させ、これによ
り、冷却されている電子パッケージから消散されるべき
熱エネルギーが集中する熱交換器の谷部に流れる空気の
量を増加させる。If the fins (20) are square, as in known folding fin heat exchangers, the resistance to the air flowing through the heat exchanger will be equal from the top to the bottom. This tends to pull a linear or laminar flow of air toward and through the heat exchanger. However, in the heat exchanger (10) of the present invention,
Regardless of whether there is a positive pressure airflow environment or a negative pressure airflow environment, as described above, a downward airflow pattern occurs, which causes a certain amount of air to flow from above the air inlet end by an arrow. Proceed downward as indicated by F and G, thereby increasing the amount of air flowing into the valleys of the heat exchanger where the heat energy to be dissipated from the electronic package being cooled is concentrated.
【００１２】[0012]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
により、正圧力及び負圧力の両空気流環境において良好
に機能する改良された折り曲げフィン型の熱交換器が提
供され、又、この熱交換器が取り付けられる所定サイズ
の基板又は熱伝導性のベースプレートに対して冷却表面
積が著しく増加された新規で且つ改良されたヒートシン
ク組立体が提供された。As will be apparent from the foregoing, the present invention provides an improved folded fin heat exchanger that performs well in both positive and negative pressure airflow environments. A new and improved heat sink assembly has been provided that has significantly increased cooling surface area for a given size substrate or thermally conductive base plate on which the heat exchanger is mounted.
【図１】本発明の熱交換器を組み込んだヒートシンク組
立体を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a heat sink assembly incorporating a heat exchanger of the present invention.
【図２】ヒートシンク組立体の熱交換器の側面図であ
る。FIG. 2 is a side view of a heat exchanger of the heat sink assembly.
【図３】熱交換器の上面図である。FIG. 3 is a top view of the heat exchanger.
【図４】熱交換器の端面図である。FIG. 4 is an end view of the heat exchanger.
１０ 熱交換器 １２ ヒートシンク組立体 １４ ベースプレート １６ 山部 １８ 谷部 ２０ フィン ２２ フランジ ２４ 空気導入端 ２６ 空気放出端 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Heat exchanger 12 Heat sink assembly 14 Base plate 16 Crest part 18 Valley part 20 Fin 22 Flange 24 Air introduction end 26 Air discharge end
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭62−51754（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−73944（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−135455（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−11253（ＪＰ，Ｕ) 特表 昭61−502855（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/34 - 23/473 H05K 7/20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References Japanese Utility Model Showa Sho 62-51754 (JP, U) Japanese Utility Model Showa 57-73944 (JP, U) Japanese Utility Model Showa 55-135455 (JP, U) Japanese Utility Model Showa 58- 11253 (JP, U) Special table Sho 61-502855 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 23/34-23/473 H05K 7/20
Claims (15)
（１８）に交互に折り曲げてほぼ平行なフィン（２０）
を形成し、フィン（２０）の両端縁が空気導入端（２
４）及び空気放出端（２６）を両側に形成するようにし
た熱交換器（１０）と、 折り曲げられたシートの谷部（１８）が取り付けられる
熱導電性のベースプレート（１４）とを備え、 上記山部（１６）は上記谷部（１８）より長く、これに
より、熱交換器（１０）の上記空気導入端（２４）及び
空気放出端（２６）の少なくとも一方の端部形状は、山
部（１６）から熱伝導性のベースプレート（１４）に向
かって内方にテーパ付けされた形状であることを特徴と
するヒートシンク組立体。A fin (20) which is formed by alternately bending a heat conductive sheet into a peak (16) and a valley (18).
Are formed, and both edges of the fin (20) are air introducing ends (2
4) a heat exchanger (10) having an air discharge end (26) formed on both sides thereof; and a heat conductive base plate (14) to which a folded sheet valley (18) is attached. The ridge (16) is longer than the valley (18), so that the shape of at least one of the air introduction end (24) and the air discharge end (26) of the heat exchanger (10) is a peak. A heat sink assembly having a shape that tapers inwardly from a portion (16) toward a thermally conductive base plate (14).
に記載のヒートシンク組立体。2. The taper according to claim 1, wherein said taper is non-linear.
A heat sink assembly according to claim 1.
（２４）は、山部（１６）から熱伝導性のベースプレー
ト（１４）に向かって内方にテーパ付けされる請求項２
に記載のヒートシンク組立体。3. The air inlet end (24) of the heat exchanger (10) tapers inwardly from a peak (16) toward a thermally conductive base plate (14).
A heat sink assembly according to claim 1.
（２６）は、山部（１６）から熱伝導性のベースプレー
ト（１４）に向かって内方にテーパ付けされる請求項２
に記載のヒートシンク組立体。4. The air outlet end (26) of the heat exchanger (10) tapers inwardly from a peak (16) toward a thermally conductive base plate (14).
A heat sink assembly according to claim 1.
（２４）及び空気放出端（２６）は、山部（１６）から
熱伝導性のベースプレート（１４）に向かって内方にテ
ーパ付けされる請求項２に記載のヒートシンク組立体。5. The air inlet end (24) and the air outlet end (26) of the heat exchanger (10) taper inward from the ridge (16) toward the thermally conductive base plate (14). 3. The heat sink assembly of claim 2, wherein the heat sink assembly is attached.
（１８）に交互に折り曲げてほぼ平行なフィン（２０）
を形成し、フィン（２０）の両端縁が空気導入端（２
４）及び空気放出端（２６）を両側に形成するように
し、そして上記山部（１６）は上記谷部（１８）より長
く、これにより、上記空気導入端（２４）及び空気放出
端（２６）の少なくとも一方の端部形状は、山部（１
６）から谷部（１８）に向かって内方にテーパ付けされ
た形状であることを特徴とする折り曲げフィン型の熱交
換器。6. A fin (20) which is formed by alternately folding a heat conductive sheet into a peak (16) and a valley (18) and which are substantially parallel to each other.
Are formed, and both edges of the fin (20) are air introducing ends (2
4) and the air discharge end (26) are formed on both sides, and the ridge (16) is longer than the valley (18), so that the air introduction end (24) and the air discharge end (26). ) Has at least one end portion having a peak portion (1).
6) A bent fin type heat exchanger characterized in that it has a shape tapered inward from a valley (18) to a valley (18).
に記載の折り曲げフィン型の熱交換器。7. The taper according to claim 6, wherein said taper is non-linear.
4. The folded fin type heat exchanger according to 1.
（２４）は、山部（１６）から谷部（１８）に向かって
内方にテーパ付けされる請求項７に記載の折り曲げフィ
ン型の熱交換器。8. The fold according to claim 7, wherein the air inlet end (24) of the heat exchanger (10) tapers inward from a peak (16) toward a valley (18). Fin type heat exchanger.
（２６）は、山部（１６）から谷部（１８）に向かって
内方にテーパ付けされる請求項７に記載の折り曲げフィ
ン型の熱交換器。9. The fold according to claim 7, wherein the air discharge end of the heat exchanger is tapered inwardly from a peak to a valley. Fin type heat exchanger.
端（２４）及び空気放出端（２６）は、山部（１６）か
ら谷部（１８）に向かって内方にテーパ付けされる請求
項７に記載の折り曲げフィン型の熱交換器。10. The air inlet end (24) and the air outlet end (26) of the heat exchanger (10) are tapered inward from a peak (16) to a valley (18). A folded-fin heat exchanger according to claim 7.
部（１８）に交互に折り曲げてほぼ平行なフィン（２
０）を形成し、フィン（２０）の両端縁が空気導入端
（２４）及び空気放出端（２６）を両側に形成するよう
にし、上記ほぼ平行なフィン（２０）の少なくとも１つ
の端部形状は、空気導入端（２４）において山部（１
６）から谷部（１８）へと内方にテーパ付けされ、この
テーパが非直線的であることを特徴とする折り曲げフィ
ン型の熱交換器。11. A heat conductive sheet is alternately bent into peaks (16) and valleys (18) to form substantially parallel fins (2).
0), so that both edges of the fins (20) form an air inlet end (24) and an air outlet end (26) on both sides, and at least one end shape of said substantially parallel fins (20) Is a peak (1) at the air introduction end (24).
6) A folded fin type heat exchanger characterized by being tapered inward from a valley (18) to a valley (18), the taper being non-linear.
くとも１つの端部形状は、空気放出端（２６）において
山部（１６）から谷部（１８）へと内方にテーパ付けさ
れる請求項１１に記載の折り曲げフィン型の熱交換器。12. At least one end shape of said substantially parallel fins (20) is tapered inwardly from a peak (16) to a valley (18) at an air discharge end (26). Item 12. A folded fin type heat exchanger according to item 11.
は、非直線的である請求項１２に記載の折り曲げフィン
型の熱交換器。13. A folded fin heat exchanger according to claim 12, wherein said taper of said air discharge end is non-linear.
部（１８）に交互に折り曲げてほぼ平行なフィン（２
０）を形成し、フィン（２０）の両端縁が空気導入端
（２４）及び空気放出端（２６）を両側に形成するよう
にし、上記ほぼ平行なフィン（２０）の少なくとも１つ
の端部形状は、空気放出端（２６）において山部（１
６）から谷部（１８）へと内方にテーパ付けされ、この
テーパが非直線的であると共に上記ほぼ平行なフィン
（２０）の少なくとも１つの端部形状は、空気導入端
（２４）において山部（１６）から谷部（１８）へと内
方にテーパ付けされることを特徴とする折り曲げフィン
型の熱交換器。14. A heat conductive sheet is alternately bent into peaks (16) and valleys (18) to form substantially parallel fins (2).
0), so that both edges of the fins (20) form an air inlet end (24) and an air outlet end (26) on both sides, and at least one end shape of said substantially parallel fins (20) Is a peak (1) at the air discharge end (26).
6) tapering inward from the valley (18) to the valley (18), the taper being non-linear and at least one end shape of the substantially parallel fin (20) being at the air inlet end (24) A folded-fin heat exchanger characterized in that it is tapered inward from a peak (16) to a valley (18).
（１６）から谷部（１８）へと内方にテーパ付けされて
いるそのテーパは、非直線的である請求項１４に記載の
折り曲げフィン型の熱交換器。15. The fold according to claim 14, wherein the taper of the air inlet end (24) that tapers inward from the peak (16) to the valley (18) is non-linear. Fin type heat exchanger.
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