JP4747220B1 - Heat sink using multi-layer heat dissipation unit - Google Patents
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Abstract
【課題】ベースプレート上に放熱ユニットが熱的に接続されたヒートシンクにおいて、冷却性能を向上させる。
【解決手段】放熱ユニットを、ベースプレートに垂直な面内において板状金属部分と開口穴部分とがベースプレートに平行な方向を周期方向として交互に周期的に形成されてなる第1のフィン層F1および第2のフィン層F2が平行に配置されてなる複層型とし、全体のヒートシンク構成として、入口部から流入した冷却用流体が第1フィン層の開口穴部分に導かれて、少なくともその一部が第1、第2フィン層の間をそれらに沿って移動した後、第2フィン層の開口穴部分から出口部に導かれる構成とした。放熱ユニット自体の厚さを薄くし得たので、ベースプレート上の所定幅の中に多数の放熱ユニットを存在させえ冷却効率を向上させかつ圧力損失を小さくすることができた。
【選択図】図2Cooling performance is improved in a heat sink in which a heat dissipation unit is thermally connected to a base plate.
A heat dissipation unit includes a first fin layer F1 in which plate-like metal portions and opening hole portions are alternately and periodically formed in a plane perpendicular to the base plate, with a direction parallel to the base plate as a periodic direction. The second fin layer F2 is a multi-layer type in which the two fin layers F2 are arranged in parallel. As a whole heat sink structure, the cooling fluid flowing in from the inlet portion is guided to the opening hole portion of the first fin layer, and at least a part thereof Is moved between the first and second fin layers along the first and second fin layers, and then guided from the opening hole portion of the second fin layer to the outlet portion. Since the thickness of the heat radiating unit itself can be reduced, a large number of heat radiating units can exist within a predetermined width on the base plate, thereby improving the cooling efficiency and reducing the pressure loss.
[Selection] Figure 2
Description
この発明は、CPU、集積回路、半導体素子等の各種電子部品、電子機器、そのほか各種電気機器などの放熱のために使用されるヒートシンクに関するものであり、特に放熱効率に優れ、少ない部品点数で製作が簡単なヒートシンクに関するものである。 The present invention relates to heat sinks used for heat dissipation of various electronic parts such as CPUs, integrated circuits and semiconductor elements, electronic devices, and other various electric devices, and is particularly excellent in heat dissipation efficiency and manufactured with a small number of parts. Is about a simple heat sink.
よく知られているように、CPUや集積回路、半導体素子などの電子部品、電子機器や各種電気機器においては、放熱のためにヒートシンクを設けることが多い。この種のヒートシンクの従来の代表的な例を図25に示す。 As is well known, heat sinks are often provided for heat dissipation in electronic components such as CPUs, integrated circuits, and semiconductor elements, electronic devices, and various electric devices. The typical conventional example of this type of heat sink shown in FIG 5.
図25において、CPUや集積回路、半導体素子等の発熱源が熱的に接続されるベースプレート1は、アルミニウムや銅、あるいはそれらの合金等の熱伝導率が高い金属からなるものであり、そのベースプレート1上には、同様に熱伝導率が高い金属からなる長板状の複数の放熱フィン2が平行に立設されて、全体としてヒートシンク3が構成されている。
In FIG. 25 , a
上述のような図25に示す従来の一般的なヒートシンクを実際に使用するにあたっては、冷却用流体として例えば空気を、図25中の矢印Pで示すように一方の端部からベースプレート1の上面に沿いかつその長手方向(板状放熱フィン2の板面に沿う方向)に吹付け、隣り合う放熱フィン2同士の間に空気を流して他方の端部からヒートシンク3外に流出させ、これにより発熱部品からベースプレート1を介して板状放熱フィン2に伝達された熱を大気中に放熱させる。
In actual use conventional general heat sink shown in FIG. 2 5 as described above, for example, air as a cooling fluid, from one end as indicated by arrow P in FIG 5 of the
ところでこのような従来の一般的なヒートシンクにおいては、板状放熱フィンの長さ(冷却用空気の風上側から風下側へ向かう方向の長さ)が長かったり、また隣り合う板状放熱フィンの相互間の間隔が小さければ、放熱フィンにおける風上側の部分の表面には冷たい空気が接するものの、放熱フィンの風下側の部分に接する空気は、既に温度上昇してしまっている状態となり、そのため全体として充分な放熱効果が得られないばかりでなく、特にベースプレートにおける放熱フィンの風下側の部分付近に近接して熱的に接続された発熱部品の放熱が充分に行われない、という問題がある。 By the way, in such a conventional general heat sink, the length of the plate-shaped radiating fins (the length in the direction from the windward side to the leeward side of the cooling air) is long, or the adjacent plate-shaped radiating fins are mutually connected. If the interval between them is small, cold air is in contact with the surface of the leeward portion of the radiating fin, but the air that is in contact with the leeward portion of the radiating fin has already risen in temperature, and as a whole In addition to not being able to obtain a sufficient heat dissipation effect, there is a problem in that heat dissipation of the heat-generating components that are thermally connected in the vicinity of the portion of the base plate near the leeward side of the radiating fin is not sufficiently performed.
ここで、放熱フィンの相互間の間隔を大きくし、また冷却効率の向上を期待して多量の冷却用空気を高速で流すことも考えられるが、この場合には、所定サイズのヒートシンクに設け得るフィンの枚数が減って放熱部の総面積が少なくなるとともに、隣り合う放熱フィンの間の中央部分を高速で空気が通り抜けるようになるだけであって、熱交換は充分に行なわれない。 Here, it is conceivable to increase the interval between the heat dissipating fins and to flow a large amount of cooling air at a high speed in order to improve the cooling efficiency. In this case, the heat sink can be provided in a heat sink of a predetermined size. The number of fins is reduced, the total area of the heat radiating portion is reduced, and only the air passes through the central portion between adjacent radiating fins at high speed, and heat exchange is not sufficiently performed.
このように従来の一般的な図25に示すヒートシンクでは、充分な放熱効果が得られず、特に縦深に配置した複数の発熱部品を冷却する場合、とりわけ風下側の発熱部品を効果的に冷却することができなかったのである。 As described above, the conventional heat sink shown in FIG. 25 does not provide a sufficient heat dissipation effect. In particular, when cooling a plurality of heat generating components arranged in a deep depth, the heat generating component on the leeward side is particularly effective. It could not be cooled.
このような問題を解決するために、既に特許文献1に示すようなヒートシンクが提案されている。この特許文献1に示されるヒートシンクは、基本的には、多数配設された板状放熱フィンの間を流れる冷却用空気の流速を下げて、温度境界層(すなわち冷却空気流がフィンの間を通過する際に、放熱フィンの表面に接しながら流れることにより熱が伝わって来て温度上昇する空気流の部分と、放熱フィンの表面から離れて熱の影響を受けない空気流の部分との間に形成される境界部分の層)が、隣の板状放熱フィンの境界層と重なり合うようにすることによって、ヒートシンクの板状放熱フィンの表面の温度を、平均的に風下側(ヒートシンク出口側)の温度に近くなるようにすることができる、という考え方に基いてなされたものである。
In order to solve such a problem, a heat sink as shown in
このような特許文献1の発明のヒートシンクの構造のいくつかの例を図19〜図24に示す。なお、特許文献1の発明では複数の板状フィン2が縦方向に所定の間隔で配置されているものを称して「フィン部」と呼んでいるが、ここでは、それを1つの「放熱ユニット」と考える。
It shows some examples of the structure of the heat sink of such invention of
これらのうち、図24の例について説明する。この例では、少なくとも一つの発熱部品が熱的に接続されるベースプレート1の上に、複数の板状フィン2が縦方向(入口部5の側から出口部8の側に向かう方向)に所定の間隔で配置されて1つの放熱ユニット4(注:特許文献1では、これは「フィン部」と称されている。)が形成され、そして、2個のこれらの放熱ユニットずつでV字型(注:特許文献1ではこの配置は「ハの字型」と称されているが、先端部が互いに接するように配置されるところから、「V字型」と称する方が適切であるので、ここでは、「V字型」と表現する)が形成されている。すなわち、冷却用空気の流れPの方向に入口部5の側から出口部8の側に向かって前記2個の放熱ユニット4の相互の間隔が漸次狭くなるように配置され、かつこれらの2個の放熱ユニット4が前記出口部8側における放熱ユニット端部で互いに接するように配置されている。
Of these, an example of FIG 4. In this example, on the
このような配置では、冷却用空気の流れが横方向(前記入口部から前記出口部に向かう方向に垂直な方向)に誘導されて、各放熱ユニット4内で縦方向に所定の間隔で配置されている板状フィン2の間を通過して流れるようになる。
In such an arrangement, the flow of the cooling air is guided in the lateral direction (direction perpendicular to the direction from the inlet portion toward the outlet portion), and is arranged at predetermined intervals in the vertical direction in each
図24に示すように、1対の放熱ユニット4からなるV字型配置を前記ベースプレート1の板面と平行な面内において横方向に間断なく連続的に配置することにより、多数のV字型配置の内側に冷却用空気の流れを誘導することができる。
As shown in FIG. 2 4, by continuously disposed without interruption in the lateral direction in a V-shaped configuration comprising a
上述のような特許文献1の提案の発明によれば、同一包絡体積で冷却能力が高く、風上風下方向で概ね温度差を生じることなく(すなわち風下でもフィンに冷たい空気が接する)放熱効率に優れたヒートシンクを得ることができる。特に放熱フィンが配置されるベースプレートが長いヒートシンクの場合、放熱効率が顕著に優れているヒートシンクが得られる。
According to the invention proposed in
また、特許文献1とは別の方法で冷却能力を向上させるものとして、特許文献2に示すようなヒートシンクが提案されている。特許文献2の提案では、複数の直線フィンを備えたヒートシンクに発熱体を配したヒートシンク冷却装置において、直線フィンの流入側の上流に、直線フィンの長手方向に対し斜めに別のフィンを配したものである。これにより、別のフィンから流出する流体は直線フィンに斜めに流入し、直線フィンの各々のフィン負圧面側で空気層の剥離が生じて、フィン表面の熱伝達率が増加し、冷却能力を向上させることができるとしている。
Further, a heat sink as shown in
前述した通り、特許文献1で提案されているヒートシンクは冷却性能に優れるものであるが、しかしながら特許文献1のヒートシンクでは、例えば図19〜図24から分かるように放熱ユニット自体がかなりの厚さを有している。その結果、このヒートシンクでは、その入口部から放熱ユニットに到るまでの冷却用流体の通路(図24の例で言えば、V字型配置の手前側でV字型に挟まれた空間のことを指す)、および放熱ユニットを出てからヒートシンクの出口部に到るまでの冷却用流体通路(図24の例で言えば、V字型配置の向こう側でV字型に挟まれた空間のことを指す)が、その放熱ユニット自体の厚さ分だけ狭くなってしまい、そのため冷却用流体が流れにくくなり、圧損も大きくなって、必ずしも充分な冷却効率が得られなくなるおそれがある。後述するように、この問題は、図24に示されるV字型配置においてV字型を構成する2つの放熱ユニットがなす角度θが小さくなるほど、顕著となる。
As described above, although the heat sink has been proposed in
このような問題を解決するためには、放熱ユニット自体の厚さをできるだけ薄くすることが望まれるが、従来はこの点については特に検討がなされていなかったのが実情である。 In order to solve such a problem, it is desired to make the thickness of the heat radiating unit as thin as possible. However, conventionally, this point has not been particularly studied.
この発明は以上の事情を背景としてなされたものであって、冷却性能を大きく低下させることなく放熱ユニット自体の厚さを薄くすることを可能にし、これにより圧損を小さくして冷却効率をより一層向上させ得るようにしたヒートシンクを提供するものである。 The present invention has been made against the background of the above circumstances, and it is possible to reduce the thickness of the heat dissipation unit itself without greatly reducing the cooling performance, thereby reducing the pressure loss and further improving the cooling efficiency. A heat sink that can be improved is provided.
本発明者らは、前記課題を解決するための手段について種々検討を進めた。 The present inventors have made various studies on means for solving the above problems.
まず、特許文献1で提案されている図24に示したような1対の放熱ユニットがV字型(特許文献1では「ハの字型」と称されているが、前述のようにここでは「V字型」と称する)に配置されたヒートシンクにおいて、V字型のフィン配列の開き角度、すなわちV字型を構成する2つの放熱ユニットがなす角度θがヒートシンクの冷却効率に対して及ぼす影響について考察すれば、次の通りである。
First, are referred to as heat radiation unit V-shaped pair as shown in FIG. 2 4 proposed in Patent Document 1 (
V字型のフィン配列においては、図24から容易に理解できるように、開き角度θを小さくするほど、ベースプレートの一定の幅(入口部5の側から出口部8の側に向かう方向に垂直な方向を幅方向というものとする)の上に設けることのできる放熱ユニットの数を、より多くすることができる。ヒートシンクの冷却効率を高めるためには、もちろん所定範囲の空間の中にできるだけ多数のフィンを存在させることが好ましい。
In V-shaped fins arranged, as can be readily understood from FIG. 2 4, opening the smaller the angle theta, vertically from the side of the constant width (
しかしながら、開き角度θを小さくした場合には、両側の放熱ユニット4に挟まれた領域(すなわち入口部5から放熱ユニット4に到るまでの冷却用流体の通路、および放熱ユニット4を通過した後に放熱ユニット4から出口部8に向かう冷却用流体の通路に相当する領域)は狭くなってしまう。
However, when the opening angle θ is reduced, the region sandwiched between the
ヒートシンクの冷却効率を上げるためには、ベースプレートの一定の幅の中にできるだけ多数の放熱ユニットを存在させ得るように開き角度θを小さくすることが好ましいが、その一方で、開き角度θを過度に小さくすることによって冷却用流体の通路が狭くなり過ぎてしまっては、逆に冷却効率は低下してしまう。 In order to increase the cooling efficiency of the heat sink, it is preferable to reduce the opening angle θ so that as many heat dissipating units as possible can exist within a certain width of the base plate. If the passage of the cooling fluid becomes too narrow by reducing the size, the cooling efficiency is reduced.
そこで、開き角度θを小さくしても冷却用空気の通路をより広く確保することが可能となるような方策が求められる。そのためには、放熱ユニット自体の“厚さ”を薄くすれば良いと考えられる。すなわち、例えば図24に示したV字型のフィン配列において冷却効率の良いヒートシンクを実現するためには、V字型のなす角度θを小さくすると同時に、放熱ユニット自体の“厚さ”を薄くすることが望まれる。 Therefore, there is a need for a measure that makes it possible to secure a wider cooling air passage even if the opening angle θ is reduced. For this purpose, it is considered that the “thickness” of the heat radiating unit itself may be reduced. That is, for example, in order to achieve a good cooling efficiency the heat sink in a V-shaped fin array shown in FIG. 2. 4, at the same time to reduce the V-shaped angle θ of thin "thickness" of the heat radiating unit itself It is desirable to do.
ここで、放熱ユニットがV字型に配置される図24に示すようなヒートシンクの場合、放熱ユニット4のフィン列面(各板状フィン2が並んでいる面)に対して、各板状フィン2の板面がなす角度α(図26参照)を小さくするほど、放熱ユニットの“厚さ”(図26に“t”として示す)は薄くなる。
Here, if the heat dissipation unit is a heat sink as shown in FIG. 2 4 which are arranged in a V-shape, relative arrangement of fins surface of the heat radiating unit 4 (the surface are lined up each plate fin 2), each plate the smaller angle between the plate surface of the
そこで放熱ユニット4の厚さを薄くする極限として、角度αを0°にする実験を行なった(図1参照)。但し板状フィン2同士が連接して、全体が1枚の板状になってしまっては、冷却用流体は放熱ユニット4を通り抜けることができず、閉塞状態となってしまうことから、板状フィン2同士の間隔を空けるようにした。すなわち、ベースプレート1に垂直な面内において板状金属(フィン)部分21と開口穴部分22とがベースプレートに平行な方向を周期方向として交互に周期的に配置されるような、いわば“フィン層”を形成した。
Therefore, an experiment was conducted to set the angle α to 0 ° as the limit of reducing the thickness of the heat radiating unit 4 (see FIG. 1). However, if the plate-
このような配置で冷却性能を調べたが、期待する程の良い結果は得られなかった。その原因は、これでは放熱ユニットの所定範囲の空間の中に存在することができる板状フィンの数が少なくなり過ぎ、それに伴ない冷却に寄与するフィンの合計表面積があまりに少なくなってしまうことにあると考えられる。 Although the cooling performance was examined with such an arrangement, a satisfactory result as expected was not obtained. This is because the number of plate-like fins that can exist in the space of the predetermined range of the heat radiating unit is too small, and the total surface area of the fins contributing to cooling is too small. It is believed that there is.
そこで、上述の図1に示される各フィン層(これらを第1のフィン層F1とする)の後方に、上記各フィン層F1に対して所定の間隔を保ってそれと平行にもう一つの同様な各フィン層(これらを第2のフィン層F2とする)を配置することにより、放熱ユニットの所定範囲の空間の中に存在する板状フィンの数を増すことを試みた(図2参照)。このように配置すれば、フィン層F1のみの場合に比べて、第2のフィン層F2の厚さ自体および第1のフィン層F1と第2のフィン層F2との間の空隙分だけ放熱ユニット全体の厚さが増加することにはなるが、例えば図24や図22に示されるような配置において板状フィン列が占める厚さほどには至らない。所定の間隔を保ってそれと平行に配置された2つのフィン層からなるこのような配置の放熱ユニットを、ここで“複層型放熱ユニット”と称することにする。 Therefore, another similar one is provided behind each fin layer (referred to as the first fin layer F1) shown in FIG. 1 above and in parallel with the fin layer F1 at a predetermined interval. An attempt was made to increase the number of plate-like fins existing in the space of a predetermined range of the heat radiating unit by arranging each fin layer (these are referred to as second fin layers F2) (see FIG. 2). If arranged in this manner, the heat dissipation unit has a thickness equal to the thickness of the second fin layer F2 and the gap between the first fin layer F1 and the second fin layer F2 as compared with the case of the fin layer F1 alone. the total thickness of the is to be increased, for example, FIG. 2 4 and does not lead to the arrangement as shown in FIG. 2 2 more plate fin rows occupied thickness. The heat dissipating unit having such an arrangement composed of two fin layers arranged in parallel to each other at a predetermined interval will be referred to as a “multi-layer heat dissipating unit”.
すなわち、この明細書で言う複層型放熱ユニットとは、図2に示すようにベースプレートに垂直な面内において板状金属部分61と開口穴部分62とがベースプレートに平行な方向を周期方向として交互に周期的に配置されてなる第1のフィン層F1と、その第1のフィン層F1に対して所定の間隔を保ってそれに平行に配置される第2の同様なフィン層F2(この第2のフィン層F2の板状金属部分を符号63、開口穴部分を符号64でそれぞれ示す)とから構成されるものである。
That is, the multi-layer type heat radiation unit referred to in this specification is such that, as shown in FIG. 2, the plate-shaped
このような配置構成では、ヒートシンクの入口部(図2でいえば下側)から流入して来た冷却用流体は、まず第1フィン層F1のフィン板(板状金属部分61)の板面と接触してその熱を奪いながら開口穴部分62に至り、続いてその開口穴部分62を通り抜けて第1フィン層F1と第2フィン層F2との間に至り、そしてそれらのフィン層に沿って移動する間に、第1フィン層F1のフィン板(板状金属部分61)の板面および第2フィン層F2のフィン板(板状金属部分63)の板面に接触して、その熱を奪いながら第2フィン層の開口穴部分64に至り、そしてその開口穴部分64を通り抜けてヒートシンクの出口部(図2でいえば上側)に向かうことになる。このとき、第1フィン層F1と第2フィン層F2の間に流れ込んだ冷却用流体は、第1フィン層F1の板状金属部分61の板面と第2フィン層F2の板状金属部分63の板面との間に挟まれて蛇行しながらそれらの間をうねりつつ、それらの板面に沿って移動する動きが生じ、そのため冷却用流体とフィン板面との接触機会が多くなって放熱プロセスが効果的に進行するのである。
In such an arrangement, the cooling fluid that has flowed in from the inlet portion (lower side in FIG. 2) of the heat sink is first the plate surface of the fin plate (plate-like metal portion 61) of the first fin layer F1. To the
ここで、第1フィン層F1は、その板面が、冷却用流体の入口部からの流入方向に対して斜めに(圧力の“ポテンシャル”面を考えたときには、あたかもそれに立ちはだかるかの如くであるので、むしろ「垂直に」)位置していることから、冷却用流体は第1フィン層F1の板面に対して強く押し付けられるところとなり、冷却用流体から第1フィン層F1への熱伝達率が増加して冷却性能が向上することが期待される。また、前記特許文献2(特に[0021]欄)で説明されているところと同様に、各々のフィン負圧面側で空気層の剥離が生じて、フィン表面の熱伝達率が増加し、冷却能力を向上させることになる。 Here, the plate surface of the first fin layer F1 is slanted with respect to the inflow direction from the inlet of the cooling fluid (as if the "potential" surface of pressure is considered, it seems as if it stands up to it) Therefore, the cooling fluid is strongly pressed against the plate surface of the first fin layer F1, and the heat transfer coefficient from the cooling fluid to the first fin layer F1 is Is expected to improve the cooling performance. Further, as described in the above-mentioned Patent Document 2 (particularly, [0021] column), separation of the air layer occurs on each fin suction surface side, the heat transfer coefficient on the fin surface is increased, and the cooling capacity is increased. Will be improved.
ところで、複層型放熱ユニット各フィン層に交互に周期的に配置される板状金属部分61または63と開口穴部分62または64とが、お互いに相補し合うように配置するためには、これらの第1フィン層F1および第2フィン層F2を、共通する一枚の金属板から作成することができる。その具体的構成については後に改めて詳細に説明するが、その代表的な例を図3〜図5に示し、その概略を次に説明する。
Incidentally, since the
すなわち、図3〜図5に示すように、一枚の金属板51から、上下の縁部53、55を残したほかは連続して並列する多数の帯状ゾーン57(図5参照)を形成するべく切り込まれた多数の上下方向切れ目59(図5参照)を境にして、それらの帯状ゾーン57が板面の両側に向けて交互に押し出すまたは引き込むように折り曲げ成形されることにより、押し出し帯状ゾーンの全体および引込み帯状ゾーンの全体が各々前記第1のフィン層F1および第2のフィン層F2をなすように構成されるようにすることができる。このようにすれば、一枚の金属板からの切り込みおよび折り曲げ成形のみで複層型放熱ユニットの第1のフィン層F1と第2のフィン層F2とを同時に形成することができるため、製造が極めて容易となる。したがってこの発明では、一枚の金属板51から第1のフィン層F1と第2のフィン層F2とを形成した複層型放熱ユニットを用いることを基本とした。
That is, as shown in FIGS. 3 to 5, a large number of belt-like zones 57 (see FIG. 5) that are continuously arranged except for the upper and
一方、冷却用流体の通路に関しては、放熱ユニットを図3〜図5に示したような複層型放熱ユニットとすることにより、放熱ユニット自体の厚さを薄くすることができるから、前述のようなV字型配列構造としても、より高い冷却効率を確保することが可能となるのである。 On the other hand, with respect to the passage of the cooling fluid, by a multilayered heat radiating unit, such as a heat-dissipating unit shown in FIGS. 3 to 5, since it is possible to reduce the thickness of the heat dissipation unit itself, as described above Even with a V-shaped array structure, higher cooling efficiency can be ensured.
具体的には、この発明は次の通りである。 Specifically, the present invention is as follows.
すなわち、請求項1の発明の複層型放熱ユニットを用いたヒートシンクは、発熱部品が熱的に接続されるベースプレート上に、冷却用流体への伝熱を行なうための放熱ユニットが前記ベースプレートと熱的に接続される状態で設けられてなるヒートシンクにおいて、冷却用流体が流入する入口部と、冷却用流体が流出する出口部とを有し、かつ前記放熱ユニットは、それぞれベースプレートに垂直な面内において板状金属部分と開口穴部分とがベースプレートに平行な方向を周期方向として交互に周期的に形成されてなる第1のフィン層および第2のフィン層が、それらの層間に相互に所定の間隔を保って平行に配置されてなる複層型放熱ユニットからなり、前記複層型放熱ユニットの第1のフィン層および第2のフィン層は、それらの全体として連続する1枚の金属板から切起されたものであって、その1枚の金属板に、上下の縁部を残して上下方向に沿う多数の切れ目が所定間隔を置いて平行に形成されることにより、各切れ目の間に平行に帯状ゾーンが形成され、かつその多数の帯状ゾーンが、交互に板面の反対側に押し出し状に切起されて、板面の一方の側に切起された複数の帯状ゾーンが、それぞれ前記第1のフィン層の板状金属部分を構成するとともに、板面の他方の側に切起された複数の帯状ゾーンが、それぞれ前記第2のフィン層の板状金属部分を構成しており、全体のヒートシンクの構成として、前記入口部から流入した冷却用流体が、前記入口部から複層型放熱ユニットの第1のフィン層の開口穴部分に導かれて、その開口穴部分を通り抜けた冷却用流体の少なくとも一部が、第1のフィン層と第2のフィン層との間を前記板状金属部分の板面に沿って移動した後、第2のフィン層の開口穴部分から前記出口部に導かれるように、冷却用流体の流れを誘導する構成とされていることを特徴とするものである。 That is, in the heat sink using the multilayer heat dissipation unit according to the first aspect of the present invention, the heat dissipation unit for transferring heat to the cooling fluid is provided on the base plate to which the heat generating component is thermally connected. In the heat sink provided in a state of being connected to each other, the heat sink has an inlet portion into which the cooling fluid flows in and an outlet portion through which the cooling fluid flows out, and each of the heat dissipation units is in a plane perpendicular to the base plate. In which the first fin layer and the second fin layer in which the plate-shaped metal portions and the opening hole portions are alternately and periodically formed with the direction parallel to the base plate as a periodic direction are mutually predetermined between the layers. consists multilayered heat-dissipating unit composed disposed in parallel at a distance, the first fin layer and the second fin layer of the multilayered heat dissipation unit in their entirety The metal plate is cut and raised from a single continuous metal plate, and a number of cuts along the vertical direction are formed on the single metal plate in parallel at predetermined intervals, leaving the upper and lower edges. As a result, a belt-like zone is formed in parallel between the cuts, and a large number of the belt-like zones are alternately cut out on the opposite side of the plate surface and cut on one side of the plate surface. A plurality of raised belt-like zones each constitute a plate-like metal portion of the first fin layer, and a plurality of belt-like zones cut and raised on the other side of the plate surface are respectively provided to the second fin layer. As a whole heat sink configuration, the cooling fluid flowing from the inlet portion is guided from the inlet portion to the opening hole portion of the first fin layer of the multilayer heat dissipation unit. The amount of cooling fluid that passes through the opening At least a part of the metal plate moves between the first fin layer and the second fin layer along the plate surface of the plate-like metal portion, and then passes from the opening hole portion of the second fin layer to the outlet portion. As a result, the flow of the cooling fluid is guided so as to be guided.
また請求項2の発明の複層型放熱ユニットを用いたヒートシンクは、発熱部品が熱的に接続されるベースプレート上に、冷却用流体への伝熱を行なうための放熱ユニットが前記ベースプレートと熱的に接続される状態で設けられてなるヒートシンクにおいて、
冷却用流体が流入する入口部と、冷却用流体が流出する出口部とを有し、
かつ前記放熱ユニットは、それぞれベースプレートに垂直な面内において板状金属部分と開口穴部分とがベースプレートに平行な方向を周期方向として交互に周期的に形成されてなる第1のフィン層および第2のフィン層が、それらの層間に相互に所定の間隔を保って平行に配置されてなる複層型放熱ユニットからなり、
前記複層型放熱ユニットの第1のフィン層および第2のフィン層は、それらの全体として連続する1枚の金属板からなるものであって、その1枚の金属板に、上下の縁部を残して上下方向に沿う多数の切れ目が所定間隔を置いて平行に形成されることによって、各切れ目の間に平行に帯状ゾーンが形成され、かつその多数の帯状ゾーンが、一つ置きに板面の一方の側に押し出し状に切起されて、その板面の一方の側に切起された複数の帯状ゾーンが、それぞれ前記第1のフィン層の板状金属部分を構成するとともに、板面から押し出し状に切起されずに残った複数の帯状ゾーンが、それぞれ前記第2のフィン層の板状金属部分を構成しており、
全体のヒートシンクの構成として、前記入口部から流入した冷却用流体が、前記入口部から複層型放熱ユニットの第1のフィン層の開口穴部分に導かれて、その開口穴部分を通り抜けた冷却用流体の少なくとも一部が、第1のフィン層と第2のフィン層との間を前記板状金属部分の板面に沿って移動した後、第2のフィン層の開口穴部分から前記出口部に導かれるように、冷却用流体の流れを誘導する構成とされていることを特徴とするものである。
The heat sink with multilayered heat radiation unit of inventions of
An inlet portion through which the cooling fluid flows in and an outlet portion through which the cooling fluid flows out;
The heat dissipating unit includes a first fin layer and a second fin layer formed by alternately and periodically forming a plate-like metal portion and an opening hole portion in a plane perpendicular to the base plate with a direction parallel to the base plate as a periodic direction. The fin layer is composed of a multilayer heat dissipating unit that is arranged in parallel with a predetermined distance between those layers,
The first fin layer and the second fin layer of the multilayer heat dissipating unit are composed of a single continuous metal plate as a whole, and the upper and lower edges of the single metal plate A plurality of cuts along the vertical direction are formed in parallel with a predetermined interval, so that a band-like zone is formed in parallel between the cuts. A plurality of belt-like zones cut and raised on one side of the surface and formed on one side of the plate surface each constitute a plate-like metal portion of the first fin layer, and a plate A plurality of band-like zones that remain without being extruded from the surface constitute a plate-like metal portion of the second fin layer,
As a configuration of the entire heat sink, the cooling fluid that has flowed in from the inlet portion is led from the inlet portion to the opening hole portion of the first fin layer of the multilayer heat dissipation unit, and cooled through the opening hole portion. After at least a part of the working fluid moves between the first fin layer and the second fin layer along the plate surface of the plate-like metal portion, the outlet from the opening hole portion of the second fin layer It is configured to guide the flow of the cooling fluid so as to be guided to the section .
ここで、上述のような請求項1もしくは請求項2で規定される複層型放熱ユニットを用いたヒートシンクにおける、複層型放熱ユニットの配列構造あるいはヒートシンクの全体的な構成についての形態としては、例えば、次のような形態がある。Here, in the heat sink using the multilayer heat dissipation unit defined in
すなわち先ず第1の形態は、前記放熱ユニットとして2個の複層型放熱ユニットが用いられ、かつ前記冷却用流体の流れを誘導するための構成として、前記2個の複層型放熱ユニットの相互の間隔が前記入口部側から前記出口部側に向かって漸次狭くなるように配置されかつこれらの2個の複層型放熱ユニットが前記出口部側における複層型放熱ユニット端部で互いに接するように配置された形態である。 That is, first, in the first embodiment, two multilayer heat dissipation units are used as the heat dissipation unit, and the structure for inducing the flow of the cooling fluid is a mutual configuration of the two multilayer heat dissipation units. Are arranged so that the distance between them gradually decreases from the inlet side toward the outlet side, and these two multilayer heat dissipation units are in contact with each other at the end of the multilayer heat dissipation unit on the outlet side. It is the form arranged in .
また第2の形態は、前記第1の形態において、複層型放熱ユニットの配置が、前記ベースプレートの板面と平行な面内において前記入口部から前記出口部に向かう方向に垂直な方向に複数回繰り返されて間断なく接続された形態である。 Further, in the second mode, in the first mode, a plurality of multilayer heat dissipation units are arranged in a direction perpendicular to the direction from the inlet to the outlet in a plane parallel to the plate surface of the base plate. It is a form that is repeated several times and connected without interruption .
さらに第3の形態は、前記冷却用流体の流れを誘導するための構成として、前記入口部から前記出口部に向かう方向に垂直な方向に前記複層型放熱ユニットが多数並列に配置され、隣接する前記複層型放熱ユニット同士に挟まれた空間が冷却用流体の通路とされており、しかもその冷却用流体通路は、隣接する複層型放熱ユニット端部同士を連接させる邪魔板が前記入口部側の端部同士又は前記出口部側の端部同士に交互に設けられることにより、冷却用流体通路の開口方向が前記入口部側と前記出口部側とで交互に切り替わるように構成された形態である。 Further, in the third embodiment, as a configuration for guiding the flow of the cooling fluid, a large number of the multilayer heat dissipating units are arranged in parallel in a direction perpendicular to the direction from the inlet to the outlet. The space sandwiched between the multilayer heat dissipating units is used as a cooling fluid passage, and the cooling fluid passage includes a baffle plate for connecting adjacent end portions of the multilayer heat dissipating units. It is configured such that the opening direction of the cooling fluid passage is alternately switched between the inlet portion side and the outlet portion side by being alternately provided at the end portions on the portion side or at the end portions on the outlet portion side. It is a form .
また第4の形態は、前記冷却用流体の流れを誘導するための構成が、前記複層型放熱ユニットの第1のフィン層の側の空間において前記入口部および前記第1のフィン層の開口穴を除くほかは冷却用流体の流出および冷却用流体以外の流体の流入を防止するための第1の隔壁と、前記複層型放熱ユニットの第2のフィン層の側の空間において前記第2のフィン層の開口穴および前記出口部を除くほかは冷却用流体の流出および冷却用流体以外の流体の流入を防止するための第2の隔壁とを有してなる形態である。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a configuration for inducing a flow of the cooling fluid in the space on the first fin layer side of the multilayer heat dissipating unit and the opening of the inlet portion and the first fin layer. Except for the holes, the second partition wall is provided in the space on the side of the second fin layer of the multilayer heat dissipating unit and the first partition wall for preventing outflow of cooling fluid and inflow of fluids other than the cooling fluid. except the opening hole and the outlet portion of the fin layer is a second embodiment comprising and a partition wall for preventing the outflow and inflow of fluid other than the cooling fluid of the cooling fluid.
そしてまた第5の形態は、前記第4の形態において、前記第1の隔壁が、前記複層型放熱ユニットの第1のフィン層から離れて前記第1のフィン層とほぼ平行となるように設けた第1の側壁板と、複層型放熱ユニットの第1のフィン層の側の空間において前記出口部側の複層型放熱ユニット端部と前記第1の側壁板とを連接させる第1の邪魔板とによって構成され、また前記第2の隔壁が、前記第2のフィン層から離れて前記第2のフィン層とほぼ平行となるように設けた第2の側壁板と、前記第2のフィン層の側の空間において前記入口部側の複層型放熱ユニット端部と前記第2の側壁板とを連接させる第2の邪魔板とによって構成されている形態である。 In addition, in a fifth form according to the fourth form , the first partition is separated from the first fin layer of the multilayer heat dissipating unit and is substantially parallel to the first fin layer. A first side wall plate that is provided, and a first side wall plate that connects the end portion of the multi-layer heat radiation unit on the outlet side and the first side wall plate in a space on the first fin layer side of the multi-layer heat radiation unit. And a second side wall plate provided so that the second partition wall is separated from the second fin layer and substantially parallel to the second fin layer, and the second side wall plate. in a form in space on the side of the fin layer is constituted by a second baffle plate for connecting with said inlet side of the multi-layer heat dissipating unit end and the second side wall plates.
さらに第6の形態は、前記第4の形態において、前記第1の隔壁が、前記複層型放熱ユニットの第1のフィン層の側の空間に設けた第3の側壁板によって構成され、前記第1のフィン層の側の空間では、第1のフィン層と前記第3の側壁板との間隔が前記入口部側から前記出口部側に向かって漸次狭くなって出口部側における放熱ユニット端部で両者が実質的に接するように構成されるとともに、前記第2の隔壁が、放熱ユニットの第2のフィン層の側の空間に設けた第4の側壁板によって構成され、かつ放熱ユニットの第2のフィン層の側の空間では、第2のフィン層と前記第4の側壁板との間隔が前記出口部側から前記入口部側に向かって漸次狭くなって入口部側における放熱ユニット端部で両者が実質的に接するように構成されている形態である。 Further, a sixth aspect is the fourth aspect , wherein the first partition is constituted by a third side wall plate provided in a space on the first fin layer side of the multilayer heat dissipating unit, In the space on the first fin layer side, the distance between the first fin layer and the third side wall plate gradually becomes narrower from the inlet side toward the outlet side, and the heat dissipation unit end on the outlet side And the second partition is constituted by a fourth side wall plate provided in a space on the second fin layer side of the heat dissipation unit, and the heat dissipation unit In the space on the second fin layer side, the distance between the second fin layer and the fourth side wall plate gradually becomes narrower from the outlet portion side toward the inlet portion side, and the heat dissipation unit end on the inlet portion side both are configured to contact substantially in parts It is a state.
また第7の形態は、前記第4〜第6のいずれかの形態において、これらの形態における放熱ユニット、隔壁、側壁板、邪魔板の組み合わせからなる配置が、前記ベースプレートの板面と平行な面内において前記入口部から前記出口部に向かう方向に垂直な方向もしくは平行な方向に複数回繰り返されている形態である。 In addition, in a seventh aspect, in any one of the fourth to sixth aspects, the arrangement of the combination of the heat dissipation unit, the partition wall, the side wall plate, and the baffle plate in these forms is parallel to the plate surface of the base plate. It is a form that is repeated a plurality of times in a direction perpendicular to or parallel to the direction from the inlet to the outlet.
この発明のヒートシンクにおいては、複層型放熱ユニットを用いることにより、冷却効率を大きく損なうことなく複層型放熱ユニット自体の厚みを薄くすることができ、そのため、所定の幅を有するベースプレート上により多数の複層型放熱ユニットを存在させ得るので放熱金属板(フィン)の総面積を増すことができることとなり、冷却効率を向上させることができる。 In the heat sink of the present invention, by using the multilayer heat dissipation unit, the thickness of the multilayer heat dissipation unit itself can be reduced without greatly impairing the cooling efficiency. Therefore, the total area of the heat radiating metal plates (fins) can be increased, and the cooling efficiency can be improved.
また、複層型放熱ユニット自体の厚みが薄いことから、所定の幅を有するベースプレート上の空間に占める冷却用流体の通路、すなわちヒートシンク入口部から放熱ユニットに至るまでの冷却用流体の通路、および放熱ユニットを通過した後にその放熱ユニットからヒートシンク出口部に向かう冷却用流体の通路を、より広く確保することが可能となり、ヒートシンクの全体的な冷却効率を向上させることができ、また同時に冷却用流体に対する圧力損失を、より小さくすることができ、このことも冷却効率の向上に寄与している。 Further, since the thickness of the multilayer heat dissipating unit itself is thin, a cooling fluid passage occupying the space on the base plate having a predetermined width, that is, a cooling fluid passage from the heat sink inlet to the heat dissipating unit, and After passing through the heat dissipation unit, it becomes possible to secure a wider passage of cooling fluid from the heat dissipation unit to the heat sink outlet, improving the overall cooling efficiency of the heat sink, and at the same time, cooling fluid The pressure loss with respect to can be further reduced, which also contributes to the improvement of the cooling efficiency.
さらにこの発明のヒートシンクにおいては、複層型放熱ユニットを作るにあたり、一枚の金属板の板面からの切起し(押し出し)によって第1、第2のフィン層を同時に作成することができるため、製造が容易となり、またヒートシンクの組立てのための作業においても、第1、第2のフィン層を個別にベースプレート上に取付ける必要がなく、組立作業も容易となる。Furthermore, in the heat sink according to the present invention, the first and second fin layers can be simultaneously formed by cutting up (extrusion) from the plate surface of a single metal plate when making a multilayer heat dissipation unit. In addition, it is easy to manufacture, and also in the work for assembling the heat sink, it is not necessary to individually attach the first and second fin layers on the base plate, and the assembling work is also facilitated.
以下にこの発明の各実施例について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
先ず図3〜図5には、この発明のヒートシンクに使用される複層型放熱ユニット60A(60B)の一例を示す。First, FIG. 3 to FIG. 5 show an example of a multilayer
この複層型放熱ユニット60A(60B)は、一枚の金属板51に、上下の縁部53、55を残して上下方向に沿う多数の切れ目59(図5参照)を所定間隔を置いて平行に形成することにより、各切れ目59の間に平行に帯状ゾーン57(図5参照)を形成し、かつその多数の帯状ゾーン57を、交互に板面の反対側に押し出し状に切起して、板面の一方の側に切起された複数の帯状ゾーン57がそれぞれ第1フィン層F1の板状金属部分61を構成するとともに、板面の他方の側に切起された複数の帯状ゾーン57が、それぞれ第2フィン層F2の板状金属部分63を構成するようにしたものである。この複層型放熱ユニット60A(60B)においては、第1フィン層F1の板状金属部分61と第2フィン層F2の板状金属部分61、63が、一枚の金属板51の縁部53、55を共通部分として、その一枚の金属板51の板面を切起す(押し出す)ことによって作成されていることになる。In the multilayer
図6および図7は、請求項1の発明に対応し、かつ複層型放熱ユニットの配列形態として、前記第1の形態に対応する第1の実施例のヒートシンクを示すものである。
6 and 7 show the heat sink of the first embodiment corresponding to the invention of
図6、図7において、ベースプレート1は、図示しない半導体素子、集積回路、CPU等の発熱部品が裏面側に熱的に接続されるものであり、アルミニウム、銅、あるいはそれらの合金などの熱伝導性が良好な材料によって、例えば方形厚板状に作られており、これらのベースプレート1の表側には、一対の複層型放熱ユニット60A、60Bが、V字型をなすように立設されている。これらの複層型放熱ユニット60A、60Bは、例えば図3〜図5に示したように、いずれも一枚の金属板を用いて二つのフィン層、すなわち第1のフィン層F1および第2のフィン層F2が形成されたものであり、各フィン層F1、F2は、いずれも複数の板状金属部分(すなわちフィン板部分)61と複数の開口穴部分(すなわちスリット部分)63とが、板状金属部分の板面と平行な方向を周期方向として交互に周期的に配列されるように構成されている。そして、これらの第1、第2のフィン層F1、F2が所定間隔を置いて平行に配列されて、一つの複層型放熱ユニット60A(もしくは60B)が構成されている。そして、このようにそれぞれ二つのフィン層F1、F2からなる二つの複層型放熱ユニット60A、60Bは、前記板状金属部分(フィン板部分)61の板面がベースプレート1に垂直な面となり、かつその複数の板状部分61のなす面がV字型をなすようにベースプレート1上に立設されているのである。なおこのように二つの複層型放熱ユニット60A、60Bをベースプレート1上に配置する場合、そのV字型の開いた側がヒートシンクの入口部5、V字型の閉じた側がヒートシンクの出口部8とされるのが通常である。
6 and 7, the
前述のように構成された複層型放熱ユニット60A(もしくは60B)においては、ベースプレート1上の一方の側の入口部5から流入してきた冷却用流体は、先ず第1フィン層F1のフィン板(板状金属部分)61の板面に接触してその熱を奪いながら開口穴部分62に至り(図2参照)、そしてそれらの第1のフィン層F1と第2のフィン層F2との間の空間を、これらのフィン層F1、F2に沿って、すなわち板状金属板部分61および63の板面に沿って移動する間に、第1フィン層F1の板状金属部分61および第2フィン層F2の板状金属板部分63に接触して、その熱を奪いながら第2フィン層F2の開口穴部分64に至り、そしてその開口穴部分64を通り抜けて、出口部8に向かうことになる。
In the multilayer
このとき、第1フィン層F1と第2フィン層F2との間に至った冷却用流体は、第1フィン層F1と第2フィン層F2の間を蛇行しつつ幾度もそれらの間をうねりながらそれらに沿って移動する動きも加わり、これにより冷却用流体とフィン板との接触機会が多くなり、放熱プロセスが効果的に進行する。この様子を、冷却用流体が空気である場合についてコンピュータシミュレーションにより確認した結果を、図8の(A)〜(C)を参照して説明する。 At this time, the cooling fluid that reaches between the first fin layer F1 and the second fin layer F2 meanders between the first fin layer F1 and the second fin layer F2 and undulates between them several times. The movement along them is also added, thereby increasing the chance of contact between the cooling fluid and the fin plate, and the heat dissipation process proceeds effectively. The result of confirming this state by computer simulation when the cooling fluid is air will be described with reference to FIGS.
図8において、(A)はV字型に配列された一対の複層型放熱ユニット(それぞれ第1フィン層F1および第2フィン層F2からなるもの)60A、60Bの複数組を、それぞれのV字型の開き側の端部が接するようにベースプレート1上に配置したヒートシンクの構成(この構成については、詳細には後に改めて図12を参照して説明する)を示すものであり、このヒートシンクの右側を入口部5、左側を出口部8として、入口部5の側から冷却用流体として空気を流し込むコンピュータシミュレーションを行なった。このときの図8(A)における鎖線Bで囲んだ一つの複層型放熱ユニット60Bについて、空気の流れを調べて概略的に表現した結果を図8の(B)、(C)に示す。ここで、図8(B)は、図8(A)の鎖線Bで囲った部分、すなわち複層型放熱ユニット60Bにおける風上側の部分を拡大して示し、図8(C)は、図8(A)の鎖線Cで囲った部分、すなわち複層型放熱ユニット60Bにおける風下側の部分を拡大して示し、また空気の流れを太線矢印で示す。
In FIG. 8, (A) shows a plurality of sets of a pair of multilayer heat dissipation units (each composed of a first fin layer F1 and a second fin layer F2) 60A and 60B arranged in a V shape. 1 shows a configuration of a heat sink arranged on the
図8(B)、図8(C)に示すように、風上側の部分B、風下側の部分Cのいずれにおいても、空気は第1フィン層F1と第2フィン層F2との間を、それらの板面に沿いながらうねるように流れていることが確認された。 As shown in FIG. 8B and FIG. 8C, air flows between the first fin layer F1 and the second fin layer F2 in both the leeward portion B and the leeward portion C. It was confirmed that it was flowing along the plate surface.
ここで、複層型放熱ユニット60A(60B)の第1フィン層F1および第2フィン層F2として交互に周期的に形成される板状金属部分61または63と開口穴部分62または64とが互いに相補しあうように配置するため、複層型放熱ユニット60A(60B)の第1フィン層F1および第2フィン層F2を、それらが全体として連続する一枚の金属板51の板面から切起したものとしている。具体的には、図3〜図5に示したように、この複層型放熱ユニット60A(60B)は、第1フィン層F1の板状金属部分61と第2フィン層F2の板状金属部分61、63が、一枚の金属板51の縁部53、55を共通部分として、その一枚の金属板51の板面を切起す(押し出す)ことによって作成されている。
Here, the plate-
このように複層型放熱ユニット60A(60B)を作る場合には、一枚の金属板の板面からの切起し(押し出し)によって第1、第2のフィン層F1、F2を同時に作成することができるため、製造が容易となり、またヒートシンクの組立てのための作業においても、第1、第2のフィン層F1、F2を個別にベースプレート上に取付ける必要がなく、組立作業も容易となる。
When the multilayer
ここで、図3〜図5に示す例では、一枚の金属板51の板面の両側に押し出し状に切起すことによって第1、第2のフィン層F1、F2の各板状金属部分61、63が元板の両面側(金属板51の縁部53、55を含む面に対しての両面側)に出張るようにしているが、場合によっては、請求項2で規定しているように、一枚の金属板51の片面側のみにその板面を押し出し状に切起すことによっても、前記同様に一枚の金属板51から第1、第2のフィン層F1、F2を有する複層型放熱ユニットを作成することができる。その場合の例を図9、図10に示す。
Here, in the examples shown in FIGS. 3 to 5, the respective plate-
すなわち図9、図10に示す複層型放熱ユニットにおいては、一枚の金属板51に、上下の縁部53、55を残して上下方向に沿う多数の切れ目59を所定間隔を置いて平行に形成することにより、各切れ目59の間に平行に帯状ゾーンを形成し、その多数の帯状ゾーンを、一つ置きに板面の一方の側に押し出し状に切起して、その板面の一方の側に切起された複数の帯状ゾーンによって第1フィン層F1の板状金属部分61を構成し、かつ板面から押し出し状に切起されずに残った複数の帯状ゾーン(すなわち上下の縁部53、55と同一面状に位置する帯状ゾーン)によって、第2フィン層F2の板状金属部分63を構成している。
That is, in the multilayer heat dissipation unit shown in FIG. 9 and FIG. 10, a large number of
このような図9、図10に示される複層型放熱ユニットも、図3〜図5に示す複層型放熱ユニットと同様に、一枚の金属板51から第1、第2のフィン層F1、F2を有するものを同時に作成することができるため、製造が容易となり、またヒートシンクの組立作業も容易となる。
9 and FIG. 10 also has the first and second fin layers F1 from the
以下に、さらにこの発明のヒートシンクを具体化した実施例について、図11〜図18を参照して説明する。 Hereinafter, further for embodying example a heat sink of the present invention will be described with reference to FIG. 1. 1 to FIG. 1 8.
先ず、図11は前記第2の形態に対応するヒートシンクを示すものであり、第1の形態として記載した複層型放熱ユニット(図6、図7参照)の配置、すなわち一対の複層型放熱ユニット60A,60BのV字型配置を、ベースプレート1の板面と平行な面内において前記入口部5から前記出口部8に向かう方向に垂直な方向に複数回繰り返して間断なく接続した構成を示す。このような構成によれば、制約された一定の空間の中に、多数の複層型放熱ユニットを効率的に設けることができる。
First are those Figure 1 1 is showing the heat sink corresponding to the second embodiment, the arrangement of the multi-layer heat dissipating unit described as the first embodiment (see FIGS. 6 and 7), namely a pair of multilayered A configuration in which the V-shaped arrangement of the
一方、図12、図13には、例えば図3〜図5に示したように1枚の金属板から2層のフィン層F1、F2を形成した1枚の複層型放熱ユニット60Aを、ベースプレート1上に、入口部5から出口部8に向かう方向と平行に立設してなるヒートシンクを示す。この場合、その1枚の複層型放熱ユニット60Aの両面側に間隔を置いて第1、第2の側壁板71A、71Bを設けるとともに、複層型放熱ユニット60Aの入口側端部の一方の側、および出口側端部の他方の側に、それぞれ第1、第2の邪魔板73A,73Bを設けることによって、複層型放熱ユニット60Aの両面側に、冷却用流体の通路を区画形成している。この例は前記第4および第5の形態に対応するものであり、第1の側壁板71Aおよび第1の邪魔板73Aが、第4の形態で言うところの第1の隔壁に相当し、第2の側壁板71Bおよび第2の邪魔板73Bが、第4の形態で言うところの第2の隔壁に相当する。
Meanwhile, 1 2, FIG. 1 3, for example, a single multi-layer
さらに図14には、図13、図14に示した複層型放熱ユニットの配置構成を、ベースプレート1上において入口部5から出口部8に向かう方向に対して垂直な方向に複数回繰返したヒートシンクを示す。
Further in FIG. 1. 4, FIG. 1 3, the arrangement of the multi-layer heat dissipating unit shown in FIG. 1 4, a plurality of times in a direction perpendicular to the direction from the
このヒートシンクは、入口部5から出口部8に向かう方向と平行に複層型放熱ユニット60Aを所定間隔を置いて多数並列状に配置して、隣接する複層型放熱ユニット同士に挟まれた空間を冷却用流体の通路としたものであって、しかもその冷却用流体通路は、隣接する複層型放熱ユニット端部同士を連接させる邪魔板73Aまたは73Bを前記出口部8の側の端部同士又は前記入口部5の側の端部同士に交互に設けることにより、冷却用流体通路の開口方向が入口部5の側と出口部8の側とで交互に切り替わるように構成されている。なお側方への冷却用流体の流出を防ぐための側壁板71A,71Bを設けていることは、図12、図13の例と同様であり、また各複層型放熱ユニット60Aの相互間を仕切るために、別の側壁板71Cを設けている。
This heat sink is a space sandwiched between adjacent multilayer heat dissipating units by arranging a plurality of multilayer
さらに、図15には、ベースプレート1上に、入口部5から出口部8に向かう方向に垂直な方向に多数の複層型放熱ユニット60Aを並列状に配置して、隣り合う複層型放熱ユニット60A同士に挟まれた空間を冷却用流体の通路としたヒートシンクの一例、すなわち前記第3の形態に対応する実施例を示す。この図15に示すヒートシンクにおいては、隣り合う複層型放熱ユニット60Aの端部同士を連接させる邪魔板73A、73Bを、出口部8の側の端部同士または入口部5の側の端部同士に交互に設け、冷却用流体の通路の開口方向が、入口部5の側と出口部8の側とで交互に切替わるようにされている。なお側方への冷却流体の流出を防ぐための側壁板71A、71Bが全体の両側に設けられている点は、図14の例と同様である。
Further, in FIG. 1 5, on the
このような図15に示すような構成とすることにより、前述の図11に示したヒートシンクと同様に、制約された一定の空間の中に、多数の複層型放熱ユニットを効率的に設けることができる。 With such a 1 5 to shown construction, similarly to the heat sink shown in FIG. 11 described above, in the constrained fixed spatial, provide multiple multilayered heat-dissipating unit efficient be able to.
またここで、前述の図11に示したような複層型放熱ユニットのV字型配置では、V字の先端において冷却用流体の流れる空間が狭くなるという弱点は避けられないが、図15のような構成とすることにより、そのような弱点を解消することができる。 In this case, the V-shaped arrangement of the multi-layer heat dissipating unit as shown in FIG. 1 1 described above, but is inevitable weakness that space of flow of the cooling fluid becomes narrower at the tip of the V, Figure 1 with 5-described configuration, it is possible to eliminate such weaknesses.
さらに図16、図17には、この発明のヒートシンクの別の例、すなわち前記第4および第6の形態に対応する例を示す。 Further, FIGS. 16 and 17 show another example of the heat sink of the present invention, that is, an example corresponding to the fourth and sixth embodiments .
この図16、図17の例では、ベースプレート1上に、1枚の前記と同様な複層型放熱ユニット60Aが、入口部5から出口部8に向かう方向と平行に立設されており、その複層型放熱ユニット60Aの両面側に、側壁板71D、71Eが、それぞれ複層型放熱ユニット60Aに対しV字型をなすように配置されている。すなわち、第4の形態で言うところの第1の隔壁が、複層型放熱ユニット60Aの第1フィン層F1の側の空間に設けた側壁板71Dによって構成され、その第1フィン層F1の側の空間では、第1フィン層F1と前記第3の側壁板71Dとの間隔が、入口部5の側から出口部8の側に向かって漸次狭くなって出口部8の側における放熱ユニット端部で両者が実質的に接するように構成されるとともに、第4の形態で言うところの第2の隔壁が、放熱ユニットの第2フィン層F2の側の空間に設けた側壁板71Eによって構成され、かつ放熱ユニットの第2のフィン層F2の側の空間では、第2フィン層F2と前記第4の側壁板71Eとの間隔が、出口部8の側から入口部5の側に向かって漸次狭くなって入口部5の側における放熱ユニット端部で両者が実質的に接するように構成されている
さらに図18には、図16、図17に示した複層型放熱ユニットの配置構成を、ベースプレート1上において入口部5から出口部8に向かう方向に対して垂直な方向に複数回繰返したヒートシンク、すなわち前記第7の形態に対応するヒートシンクの一つの例を示す。
In the examples of FIGS. 16 and 17, a single multilayer
すなわち図18に示すヒートシンクは、入口部5から出口部8に向かう方向に垂直な方向に多数の複層型放熱ユニット60Aを所定間隔を置いて並列状に配置して、隣接する複層型放熱ユニット同士に挟まれた空間をV字状の冷却用流体の通路としたものであって、複層型放熱ユニットの両側および隣り合う複層型放熱ユニットの間の側壁板71D〜71Gによって、冷却用流体の通路が、両端側の複層型放熱ユニットの入口部側、出口部側、および中間の複層型放熱ユニットの間に形成されている。この場合も、各側壁板71D〜71Gにより、冷却用流体通路の開口方向が入口部5の側と出口部8の側とで交互に切り替わるように構成されている。
That is, in the heat sink shown in FIG. 18 , a plurality of multilayer
以上、各実施例について説明したが、この発明のヒートシンクに使用される複層型放熱ユニットの詳細な形状、寸法等は特に限られるものではなく、要は請求項1もしくは請求項2で規定しているように、複層型放熱ユニットは、それぞれベースプレートに垂直な面内において板状金属部分と開口穴部分とがベースプレートに平行な方向を周期方向として交互に周期的に形成されてなる第1のフィン層および第2のフィン層が、それらの層間に相互に所定の間隔を保って平行に配置されてなり、しかも第1のフィン層および第2のフィン層は、それらの全体として連続する1枚の金属板から切起されたものであって、その1枚の金属板に、上下の縁部を残して上下方向に沿う多数の切れ目が所定間隔を置いて平行に形成されることにより、各切れ目の間に平行に帯状ゾーンが形成され、かつその多数の帯状ゾーンが、交互に板面の反対側に押し出し状に切起されて、板面の一方の側に切起された複数の帯状ゾーンが、それぞれ前記第1のフィン層の板状金属部分を構成するとともに、板面の他方の側に切起された複数の帯状ゾーンが、それぞれ前記第2のフィン層の板状金属部分を構成するか、もしくは前記多数の帯状ゾーンが、一つ置きに板面の一方の側に押し出し状に切起されて、その板面の一方の側に切起された複数の帯状ゾーンが、それぞれ前記第1のフィン層の板状金属部分を構成するとともに、板面から押し出し状に切起されずに残った複数の帯状ゾーンが、それぞれ前記第2のフィン層の板状金属部分を構成し、さらにヒートシンク全体として、前記入口部から流入した冷却用流体が、前記入口部から複層型放熱ユニットの第1のフィン層の開口穴部分に導かれて、その開口穴部分を通り抜けた冷却用流体の少なくとも一部が、第1のフィン層と第2のフィン層との間を前記板状金属部分の板面に沿って移動した後、第2のフィン層の開口穴部分から前記出口部に導かれるように、冷却用流体の流れを誘導し得る構成とされていれば良い。
Above, provisions have been described for each example, detailed shape of the multi-layer heat dissipating unit used to the heat sink of the present invention, not intended dimensions such that particularly limited, short in
なおこのようなヒートシンクを半導体素子等の電子部品や電気部品などの放熱に使用するにあたっては、例えばくし形ヒートシンクなどの従来からあるヒートシンクの放熱フィンの場合と同様に、複層型放熱ユニットの部分に空気やLLC(ロングライフクーラント)等の冷却用流体を確実に流してやる必要があることは言うまでもない。そのためには、重力で空気を流す自然空冷の場合を除き、空気等の冷却用流体を強制的に複層型放熱ユニットに流すためのファンやポンプなどの冷却用流体の駆動源が冷却用流体の流れの上流もしくは下流に配置されるのが通常である。 In addition, when using such a heat sink for heat dissipation of electronic parts such as semiconductor elements and electrical parts, for example, as in the case of heat sinks of conventional heat sinks such as comb heat sinks, the part of the multilayer heat dissipation unit Needless to say, a cooling fluid such as air or LLC (Long Life Coolant) must be allowed to flow through. For this purpose, a cooling fluid drive source such as a fan or a pump for forcing a cooling fluid such as air to flow through the multilayer heat dissipation unit is used except for the case of natural air cooling where air flows by gravity. It is usually arranged upstream or downstream of the flow.
そして、複層型放熱ユニットを有するヒートシンクの部分に確実に冷却用流体が流れるようにするために、ヒートシンクの外部における冷却用流体の流れる経路がダクト等によって仕切られていることが好ましい。ファンやポンプが冷却用流体の流れの上流に配置される場合には、冷却用流体が経路外に漏れ出すことのないように、またファンやポンプが冷却用流体の流れの下流に配置される場合には、冷却用流体以外の流体が経路外から混入したりすることのないように形成されていることが好ましい。それらのダクト等が配置される場所としては、ヒートシンクの上流側のみ、下流側のみ、上流と下流の両方、のいずれでもかまわない。 In order to ensure that the cooling fluid flows through the heat sink portion having the multilayer heat dissipation unit, it is preferable that the flow path of the cooling fluid outside the heat sink is partitioned by a duct or the like. When the fan or pump is arranged upstream of the cooling fluid flow, the cooling fluid is not leaked out of the path, and the fan or pump is arranged downstream of the cooling fluid flow. In such a case, it is preferable that the fluid other than the cooling fluid is not mixed from outside the path. The place where these ducts and the like are arranged may be only upstream of the heat sink, only downstream, or both upstream and downstream.
また複層型放熱ユニットを有するヒートシンクの部分についても同様に、その複層型放熱ユニットを有するヒートシンクを囲うようにダクト等が配置されているのが好ましい。その場合、少なくとも複層型放熱ユニットの上方の開放部分が覆われている必要があり、またその具体的構造として、その覆いが複層型放熱ユニットの上端と接合されて一体になっている構造でもかまわない。またその覆いは、ヒートシンクの上流側のみ、下流側のみ、上流と下流の両方、のいずれかに配置するダクト等と別部品であっても、一体であってもかまわない。 Similarly, it is preferable that a duct or the like is disposed so as to surround the heat sink having the multilayer heat dissipation unit in the heat sink portion having the multilayer heat dissipation unit. In that case, at least the open part above the multilayer heat dissipation unit must be covered, and as its specific structure, the cover is joined and integrated with the upper end of the multilayer heat dissipation unit. But it doesn't matter. Further, the cover may be a separate part or an integral part of a duct or the like disposed only on the upstream side, only the downstream side, or both upstream and downstream of the heat sink.
なお一般に放熱フィンの部分(この発明の場合は複層型放熱ユニットの部分)に確実に冷却用流体が流れるようにすること自体は、特にこの発明のヒートシンクに限って必要な事柄ではなく、従来からあるヒートシンクにも当てはまるものである。 In general, it is not necessary to ensure that the cooling fluid flows through the heat radiating fins (in the case of the present invention, the multi-layered heat radiating unit). This also applies to certain heat sinks.
1 ベースプレート
5 入口部
8 出口部
51 金属板
53、55 縁部
59 切れ目
57 帯状ゾーン
60A、60B 複層型放熱ユニット
61、63 板状金属部分
62、64 開口穴部分
71A〜71G 側壁板
73、73A、73B 邪魔板
F1 第1のフィン層
F2 第2のフィン層
1
60A, 60B Multi-layer type
Claims (2)
冷却用流体が流入する入口部と、冷却用流体が流出する出口部とを有し、
かつ前記放熱ユニットは、それぞれベースプレートに垂直な面内において板状金属部分と開口穴部分とがベースプレートに平行な方向を周期方向として交互に周期的に形成されてなる第1のフィン層および第2のフィン層が、それらの層間に相互に所定の間隔を保って平行に配置されてなる複層型放熱ユニットからなり、
前記複層型放熱ユニットの第1のフィン層および第2のフィン層は、それらの全体として連続する1枚の金属板から切起されたものであって、その1枚の金属板に、上下の縁部を残して上下方向に沿う多数の切れ目が所定間隔を置いて平行に形成されることにより、各切れ目の間に平行に帯状ゾーンが形成され、かつその多数の帯状ゾーンが、交互に板面の反対側に押し出し状に切起されて、板面の一方の側に切起された複数の帯状ゾーンが、それぞれ前記第1のフィン層の板状金属部分を構成するとともに、板面の他方の側に切起された複数の帯状ゾーンが、それぞれ前記第2のフィン層の板状金属部分を構成しており、
全体のヒートシンクの構成として、前記入口部から流入した冷却用流体が、前記入口部から複層型放熱ユニットの第1のフィン層の開口穴部分に導かれて、その開口穴部分を通り抜けた冷却用流体の少なくとも一部が、第1のフィン層と第2のフィン層との間を前記板状金属部分の板面に沿って移動した後、第2のフィン層の開口穴部分から前記出口部に導かれるように、冷却用流体の流れを誘導する構成とされていることを特徴とする、複層型放熱ユニットを用いたヒートシンク。 In a heat sink in which a heat radiating unit for performing heat transfer to a cooling fluid is provided in a state of being thermally connected to the base plate on a base plate to which a heat generating component is thermally connected,
An inlet portion through which the cooling fluid flows in and an outlet portion through which the cooling fluid flows out;
The heat dissipating unit includes a first fin layer and a second fin layer formed by alternately and periodically forming a plate-like metal portion and an opening hole portion in a plane perpendicular to the base plate with a direction parallel to the base plate as a periodic direction. The fin layer is composed of a multilayer heat dissipating unit that is arranged in parallel with a predetermined distance between those layers,
The first fin layer and the second fin layer of the multilayer heat dissipating unit are cut and raised from one continuous metal plate as a whole. A plurality of cuts along the vertical direction are formed in parallel with a predetermined interval so as to leave the edge of the band, and a band-like zone is formed in parallel between each cut, and the plurality of band-like zones are alternately formed. A plurality of belt-like zones cut and raised on the opposite side of the plate surface and formed on one side of the plate surface each constitute a plate-like metal portion of the first fin layer, and the plate surface A plurality of belt-like zones cut and raised on the other side of each of the plate-shaped metal portions of the second fin layer,
As a configuration of the entire heat sink, the cooling fluid that has flowed in from the inlet portion is led from the inlet portion to the opening hole portion of the first fin layer of the multilayer heat dissipation unit, and cooled through the opening hole portion. After at least a part of the working fluid moves between the first fin layer and the second fin layer along the plate surface of the plate-like metal portion, the outlet from the opening hole portion of the second fin layer A heat sink using a multilayer heat radiating unit, characterized in that it is configured to induce a flow of a cooling fluid so as to be guided to the section.
冷却用流体が流入する入口部と、冷却用流体が流出する出口部とを有し、
かつ前記放熱ユニットは、それぞれベースプレートに垂直な面内において板状金属部分と開口穴部分とがベースプレートに平行な方向を周期方向として交互に周期的に形成されてなる第1のフィン層および第2のフィン層が、それらの層間に相互に所定の間隔を保って平行に配置されてなる複層型放熱ユニットからなり、
前記複層型放熱ユニットの第1のフィン層および第2のフィン層は、それらの全体として連続する1枚の金属板からなるものであって、その1枚の金属板に、上下の縁部を残して上下方向に沿う多数の切れ目が所定間隔を置いて平行に形成されることによって、各切れ目の間に平行に帯状ゾーンが形成され、かつその多数の帯状ゾーンが、一つ置きに板面の一方の側に押し出し状に切起されて、その板面の一方の側に切起された複数の帯状ゾーンが、それぞれ前記第1のフィン層の板状金属部分を構成するとともに、板面から押し出し状に切起されずに残った複数の帯状ゾーンが、それぞれ前記第2のフィン層の板状金属部分を構成しており、
全体のヒートシンクの構成として、前記入口部から流入した冷却用流体が、前記入口部から複層型放熱ユニットの第1のフィン層の開口穴部分に導かれて、その開口穴部分を通り抜けた冷却用流体の少なくとも一部が、第1のフィン層と第2のフィン層との間を前記板状金属部分の板面に沿って移動した後、第2のフィン層の開口穴部分から前記出口部に導かれるように、冷却用流体の流れを誘導する構成とされていることを特徴とする、複層型放熱ユニットを用いたヒートシンク。 In a heat sink in which a heat radiating unit for performing heat transfer to a cooling fluid is provided in a state of being thermally connected to the base plate on a base plate to which a heat generating component is thermally connected,
An inlet portion through which the cooling fluid flows in and an outlet portion through which the cooling fluid flows out;
The heat dissipating unit includes a first fin layer and a second fin layer formed by alternately and periodically forming a plate-like metal portion and an opening hole portion in a plane perpendicular to the base plate with a direction parallel to the base plate as a periodic direction. The fin layer is composed of a multilayer heat dissipating unit that is arranged in parallel with a predetermined distance between those layers,
The first fin layer and the second fin layer of the multilayer heat dissipating unit are composed of a single continuous metal plate as a whole, and the upper and lower edges of the single metal plate A plurality of cuts along the vertical direction are formed in parallel with a predetermined interval, so that a band-like zone is formed in parallel between the cuts. A plurality of belt-like zones cut and raised on one side of the surface and formed on one side of the plate surface each constitute a plate-like metal portion of the first fin layer, and a plate A plurality of band-like zones that remain without being extruded from the surface constitute a plate-like metal portion of the second fin layer,
As a configuration of the entire heat sink, the cooling fluid that has flowed in from the inlet portion is led from the inlet portion to the opening hole portion of the first fin layer of the multilayer heat dissipation unit, and cooled through the opening hole portion. After at least a part of the working fluid moves between the first fin layer and the second fin layer along the plate surface of the plate-like metal portion, the outlet from the opening hole portion of the second fin layer A heat sink using a multilayer heat radiating unit, characterized in that it is configured to induce a flow of a cooling fluid so as to be guided to the section.
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