JP6763546B2 - ヒートシンク、及びヒートシンクの組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品の発熱を外部に放熱するためのヒートシンク、及びヒートシンクの組立方法に関する。

近年、電子機器に使用されるＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ ＩＣ）等の半導体集積回路では、より高密度な集積化が進められている。内部回路の高集積化に伴い、消費電力も従来に比して増大している。そして、消費電力の増大に比例して、半導体集積回路の内部抵抗等に起因する発熱量も増加している。
発熱が亢進すると回路動作の効率が低下するのみならず、電子回路の熱暴走や回路素子の損壊を誘発するため、熱源である集積回路の放熱手段を設けることは肝要である。このような放熱手段として、発熱体としての電子部品よりも大きな熱容量を有するアルミニウム等の金属部材で形成されたヒートシンクが知られている。ヒートシンクは、サーマルグリス等の伝熱材料を介して電子部品の外表面に密着させられることで、電子部品の放熱を促すものである。

このようなヒートシンクとしては、例えば以下の特許文献１、２に記載のものが知られている。特許文献１には、熱源からの熱を吸収する熱吸収部材である金属部材と、金属部材に対して一体に成形された放熱部材と、を有する放熱構造体が記載されている。特許文献２には、熱を放熱する放熱部材であるヒートシンク本体と、当該ヒートシンク本体に対して成形されるとともに高輝度ＬＥＤで生じた熱を吸収する熱吸収部材である熱伝達板と、を有するＬＥＤ用ヒートシンクが記載されている。

特開２０１４−２２９７１４号公報 特開２０１１−６１１５７号公報

ここで、特許文献１、及び特許文献２に係る装置では、熱吸収部材と、放熱部材との間で線膨張係数に差がある。加えて、特許文献１、及び特許文献２に係る装置では、熱吸収部材に対して放熱部材は、成形時の保持力のみによって固定されているに過ぎない。このため、長期にわたる使用に伴って継続的な入熱が生じると、熱吸収部材と放熱部材との間に、線膨張係数の差に基づくズレや隙間が生じる可能性がある。このようなズレや隙間が生じると、所期の放熱性能を得られなくなってしまう。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、長期にわたって良好な放熱性能を発揮することが可能なヒートシンク、及びヒートシンクの組立方法を提供することを目的とする。

本発明の目的は、上記課題を解決するヒートシンク、及びヒートシンクの組立方法を提供するものである。
本発明の態様に係るヒートシンクは、発熱体から伝達された熱を吸収する吸熱面、及び熱を外部に放射する放熱面を有するヒートシンク本体と、前記吸熱面に対して保持される保持部材と、前記ヒートシンク本体に設けられ、前記保持部材を前記ヒートシンク本体から脱落不能に固定するとともに、前記吸熱面の広がる面方向における変位を抑制する固定部と、を備える。

上述した態様によれば、長期にわたって良好な放熱性能を発揮することが可能である。

本発明の実施形態に係るヒートシンクの構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る保持部材の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である。 本発明の実施形態に係るヒートシンクの組立方法を示す工程図である。 本発明の実施形態に係るヒートシンクの組立方法における保持部材準備工程を実行した後の状態を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るヒートシンクの組立方法における一体成形工程を実行した後の状態を示す断面図である。 本発明の実施形態に係るヒートシンクの最小構成を示す断面図である。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係るヒートシンク１００は、ＬＳＩ、ＩＣ等の集積回路素子を含む電子部品に密着配置されることで、発熱体としての電子部品の熱を放熱するために用いられる。図１から図４に示すように、ヒートシンク１００は、ヒートシンク本体１と、保持部材３と、固定部４と、を備えている。

ヒートシンク本体１は、矩形板状の基部１１と、基部１１に一体に設けられた複数のフィン１２と、を有している。各フィン１２は、基部１１の広がる面に対して直交する方向に広がる板状をなしている。複数のフィン１２は、基部１１の一方側の面上に互いに間隔をあけて配列されている。なお、フィン１２の形状は板状に限定されず、柱状をなしていてもよい。
本実施形態において、ヒートシンク本体１は、熱伝導性樹脂で形成されている。ヒートシンク本体１は、熱伝導性樹脂を材料として、固定部４とともにインサート成形によって形成されている。
基部１１の両面のうち、フィン１２が設けられている面とは反対側の面は吸熱面１Ａとされている。吸熱面１Ａには、保持部材３が当接する。
基部１１の両面のうち、フィン１２が設けられている面は放熱面１Ｂとされている。複数のフィン１２は、放熱面１Ｂから延びている。

図２に示すように、保持部材３は略矩形板状をなしている。
保持部材３は、ヒートシンク本体１によって、吸熱面１Ａに対して保持されている。
本実施形態において、保持部材３は、金属（例えばアルミニウム）で形成されている。
保持部材３の４つの角部には切欠部３１が形成されている。各切欠部３１は、保持部材３の各辺から内側に向かって後退することでＬ字状をなしている。これら切欠部３１には、後述する固定部４（第二固定部４２）が係合する。保持部材３の中央の領域には、複数（２つ）の貫通孔３２が形成されている。それぞれの貫通孔３２は保持部材３を厚さ方向に貫通する円形の開口である。これら貫通孔３２には、後述する固定部４（第一固定部４１）が係合する。

図３、又は図４に示すように、保持部材３の両面のうち、上記吸熱面１Ａ側を向く面は当接面３Ａとされ、吸熱面１Ａとは反対側を向く面は伝熱面３Ｂとされている。図３に示すように、ヒートシンク本体１の保持部材３へのインサート成形によって、ヒートシンク本体１の吸熱面１Ａは、保持部材３の当接面３Ａに対して密着固定されている。

保持部材３は、ヒートシンク本体１に対して固定部４によって脱落不能に固定されている。固定部４の構成について説明する。固定部４は、第一固定部４１と、第二固定部４２と、を有している。

図３に示すように、第一固定部４１は、ヒートシンク本体１の基部１１（吸熱面１Ａ）から保持部材３の当接面３Ａに向かって突出する挿通部４１Ａと、挿通部４１Ａの先端に一体に設けられた係合部４１Ｂと、を有している。挿通部４１Ａは、保持部材３に形成された貫通孔３２に挿通されている。係合部４１Ｂは、挿通部４１Ａの延びる方向に直交する面方向（即ち、保持部材３の伝熱面３Ｂが広がる面方向）に広がるフランジ状をなしている。
図３に示すように、本実施形態では、第一固定部４１の係合部４１Ｂは、貫通孔３２から保持部材３の伝熱面３Ｂに沿って広がるとともに、貫通孔３２周辺において伝熱面３Ｂに当接している。

図４に示すように、第二固定部４２は、吸熱面１Ａの端縁の少なくとも一部（本実施形態では吸熱面１Ａの４つの角部）に設けられた当接部４２Ａと、当接部４２Ａとヒートシンク本体１（基部１１）とを接続する接続部４２Ｂと、を有している。当接部４２Ａは、保持部材３の伝熱面３Ｂに沿って広がっている。当接部４２Ａは、伝熱面３Ｂの角部における端縁を含む部分に当接している。接続部４２Ｂは、当接部４２Ａと一体に設けられている。これにより、第二固定部４２は断面視で略Ｌ字状をなしている。

これら第一固定部４１、及び第二固定部４２によって、保持部材３がヒートシンク本体１に対して固定されている。より具体的には、保持部材３は、第一固定部４１、及び第二固定部４２によって、ヒートシンク本体１の吸熱面１Ａの広がる面方向における変位が抑制されている。なお、本実施形態では、固定部４として第一固定部４１、及び第二固定部４２をともに備えている構成を例に説明した。しかしながら、固定部４として第一固定部４１のみ、又は第二固定部４２のみを備える構成を採ることも可能である。
また、本実施形態では、切欠部３１及び第二固定部４２が、吸熱面１Ａの４つの角部に設けられているが、吸熱面１Ａの端縁であればどのような位置に設けられてもよい。変形例として、切欠部３１及び第二固定部４２は、吸熱面１Ａの４辺に設けられてもよい。吸熱面１Ａの４辺に設けた場合も、吸熱面１Ａの４つの角部に設けた場合と同様な効果を有する。

続いて、本実施形態に係るヒートシンク１００の組立方法について図５を参照して説明する。図５に示すように、ヒートシンク１００の組立方法は、保持部材準備工程Ｓ１と、一体成形工程Ｓ２と、を含む。

まず、保持部材準備工程Ｓ１を実行する。
図６に示すように、保持部材準備工程Ｓ１では、各切欠部３１及び各貫通孔３２が形成されている保持部材３を準備する。

次いで、一体成形工程Ｓ２を実行する。
一体成形工程Ｓ２では、各切欠部３１及び各貫通孔３２が形成されている保持部材３を金型内にセットし、熱伝導性樹脂を金型内に流し込む。熱伝導性樹脂を金型内に流し込むことで、各切欠部３１及び各貫通孔３２に熱伝導樹脂が入り込む。
これにより、図７に示すように、保持部材３に、ヒートシンク本体１と、固定部４とが一体成形される。具体的には、保持部材３に、第一固定部４１と、第二固定部４２と、基部１１とフィン１２とを含むヒートシンク本体１と、が、インサート成形によって、一体成形される。
また、これにより、保持部材３に、ヒートシンク本体１及び固定部４を形状的に密着させることが可能となる。
以上により、ヒートシンク１００の組立工程の全工程が完了する。

ヒートシンク１００を使用するに当たっては、例えばＬＳＩやＩＣ等の集積回路素子に、保持部材３の伝熱面３Ｂを当接させた状態で配置する。なお、伝熱面３Ｂと集積回路素子の表面との間にサーマルグリス等を介在させることも可能である。この状態で集積回路素子に通電すると、内部抵抗等に起因した発熱が生じる。熱は、保持部材３に吸収され、保持部材３を経て、ヒートシンク本体１に伝播し、ヒートシンク本体１のフィン１２を通じて外部に放散する。その結果、集積回路素子の温度を下げることができ、長期にわたって当該素子を使用することができる。

ここで、長期にわたって回路素子への通電と停止を繰り返すと、熱の授受に伴う膨張と収縮がヒートシンク１００に生じる。より具体的には、上述のヒートシンク本体１と保持部材３との間で大きな膨張と収縮とが生じる。このような膨張・収縮が繰り返された場合、保持部材３に対するヒートシンク本体１の密着が変位に伴う応力に抗しきれず、保持部材３がヒートシンク本体１から剥離したり、両者の間にズレが生じたりする可能性がある。

しかしながら、本実施形態に係るヒートシンク１００では、保持部材３は固定部４によってヒートシンク本体１に脱落不能に固定される。さらに、固定部４は、ヒートシンク本体１の吸熱面１Ａの広がる面方向における変位を抑制する。具体的には、第一固定部４１の係合部４１Ｂによって保持部材３の中央領域における相対変位が抑制される。さらに、第二固定部４２の当接部４２Ａによって保持部材３の端縁を含む領域における相対変位が抑制される。その結果、ヒートシンク１００に入熱が生じた場合、ヒートシンク本体１の線膨張係数と保持部材３の線膨張係数とに差があっても、収縮や膨張に抗して固定部４が保持部材３を固定する。したがって、両者の間で剥離やズレが生じる可能性を低減することができる。その結果、長期にわたって良好な放熱性能を発揮することが可能となる。

さらに、本実施形態に係るヒートシンク１００では、複数の第一固定部４１、及び複数の第二固定部４２が設けられていることから、ヒートシンク本体１に対して保持部材３をさらに強固かつ安定的に固定することができる。

加えて、本実施形態に係るヒートシンク１００の組立方法では、保持部材３に対して、一体成形加工によって、ヒートシンク本体１、第一固定部４１、及び第二固定部４２を形成することで、保持部材３をヒートシンク本体１に固定する。したがって、保持部材３をヒートシンク本体１に強固に固定することができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成や方法に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記実施形態では、発熱体として集積回路素子を用いた場合を例に説明したが、熱の放散が要求される素子である限りにおいて、いかなる回路素子にもヒートシンク１００を適用することができる。

なお、図８は、ヒートシンク１００の最小構成を示す図である。ヒートシンク１００は少なくとも、吸熱面１Ａ、及び放熱面１Ｂを有するヒートシンク本体１と、保持部材３と、固定部４と、を備えればよい。

１００…ヒートシンク
１…ヒートシンク本体
３…保持部材
４…固定部
１１…基部
１２…フィン
１Ａ…吸熱面
１Ｂ…放熱面
３１…切欠部
３２…貫通孔
３Ａ…当接面
３Ｂ…伝熱面
４１…第一固定部
４１Ａ…挿通部
４１Ｂ…係合部
４２…第二固定部
４２Ａ…当接部
４２Ｂ…接続部
Ｓ１…保持部材準備工程
Ｓ２…一体成形工程

Claims (6)

1. 発熱体から伝達された熱を吸収する吸熱面、及び熱を外部に放射する放熱面を有するヒートシンク本体と、
   前記吸熱面に対して保持され、各辺から内側に向かって後退している切欠部を有する保持部材と、
   前記ヒートシンク本体に設けられ、前記保持部材を前記ヒートシンク本体から脱落不能に固定するとともに、前記吸熱面の広がる面方向における変位を抑制する固定部と、
   を備え、
   前記固定部は、前記吸熱面の４つの角部の各角部、又は前記吸熱面の４辺の各辺において、前記切欠部に係合している第二固定部を有するヒートシンク。
2. 前記固定部は、前記吸熱面から前記保持部材に向かって突出するとともに、該保持部材に形成された貫通孔に挿通される挿通部、及び該挿通部の先端に設けられて前記貫通孔に係合する係合部をさらに有する第一固定部を有する請求項１に記載のヒートシンク。
3. 互いに間隔をあけて配列された複数の前記第一固定部を有する請求項２に記載のヒートシンク。
4. 前記第二固定部は、前記ヒートシンク本体における前記吸熱面の端縁の少なくとも一部に設けられ、前記保持部材における前記吸熱面とは反対側を向く伝熱面に当接する当接部、及び該当接部と前記ヒートシンク本体とを接続する接続部を有する請求項１から３のいずれか一項に記載のヒートシンク。
5. 前記吸熱面の端縁に沿って互いに間隔をあけて配列された複数の前記第二固定部を有する請求項４に記載のヒートシンク。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のヒートシンクの組立方法であって、
   前記切欠部が形成されている前記保持部材を準備する保持部材準備工程と、
   前記保持部材に前記ヒートシンク本体と前記固定部とを一体成形する一体成形工程と、を含むヒートシンクの組立方法。

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