JP2873765B2 - ▲ｌ▼字形状ピン群を有する剣山型ヒートシンク - Google Patents
▲ｌ▼字形状ピン群を有する剣山型ヒートシンクInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】 本発明は、ＬＳＩパッケージ等
各種発熱素子の放熱に用いられる剣山型ヒートシンクの
改善構造に関するもので、特に蛇行細管ヒートパイプで
形成されるｌ字形状ピン群を有する剣山型ヒートシンク
に関する。
各種発熱素子の放熱に用いられる剣山型ヒートシンクの
改善構造に関するもので、特に蛇行細管ヒートパイプで
形成されるｌ字形状ピン群を有する剣山型ヒートシンク
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来構造の剣山型ヒートシンクは本発明
者が出願中の特願平３−２６４２３８号明細書「ワイヤ
ヒートシンクとその製造方法」に記載の如く受熱面と放
熱面を有する受熱用金属平板の放熱面に多数のピン群が
林立配置されてなる構造であり、針状ピン群の発生する
乱流効果を利用する効率的な剣山型ヒートシンクであっ
た。又本発明者が発案し実用化した特願平３−３２２２
８４号「ピン型ヒートシンク」は平角リボンピン群の整
流効果と乱流効果を共に利用する効率的な剣山型ヒート
シンクであった。
者が出願中の特願平３−２６４２３８号明細書「ワイヤ
ヒートシンクとその製造方法」に記載の如く受熱面と放
熱面を有する受熱用金属平板の放熱面に多数のピン群が
林立配置されてなる構造であり、針状ピン群の発生する
乱流効果を利用する効率的な剣山型ヒートシンクであっ
た。又本発明者が発案し実用化した特願平３−３２２２
８４号「ピン型ヒートシンク」は平角リボンピン群の整
流効果と乱流効果を共に利用する効率的な剣山型ヒート
シンクであった。
【０００３】図５，図６，及び図７に従来構造の剣山型
ヒートシンクの構造を示す。図６及び図７は夫々特願平
３−２６４２３８号（ワイヤヒートシンク）及び特願平
３−３２２２８４号（ピン型ヒートシンク）に係る剣山
型ヒートシンクのピン群配列を示す平面図であり、図５
はピン群の組立て状態を示す両ヒートシンクに共通の側
面図である。何れの図においても夫々１は受熱用金属平
板、１−１は受熱面，１−２は放熱面であり、又２−４
は針状ピン群２−２は針状ピン群を連結するワイヤ、２
−５は平角リボンピン群である。又５は冷却の為の流入
対流風、６は流出対流風である。
ヒートシンクの構造を示す。図６及び図７は夫々特願平
３−２６４２３８号（ワイヤヒートシンク）及び特願平
３−３２２２８４号（ピン型ヒートシンク）に係る剣山
型ヒートシンクのピン群配列を示す平面図であり、図５
はピン群の組立て状態を示す両ヒートシンクに共通の側
面図である。何れの図においても夫々１は受熱用金属平
板、１−１は受熱面，１−２は放熱面であり、又２−４
は針状ピン群２−２は針状ピン群を連結するワイヤ、２
−５は平角リボンピン群である。又５は冷却の為の流入
対流風、６は流出対流風である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】剣山型ヒートシンクは
従来の平板フィン群型ヒートシンクに比較して極めて優
れた放熱性能を有するものであるが、短尺ワイヤ片又は
リボン片を集積して構成されるその基本構造に起因する
問題点が残されていた。
従来の平板フィン群型ヒートシンクに比較して極めて優
れた放熱性能を有するものであるが、短尺ワイヤ片又は
リボン片を集積して構成されるその基本構造に起因する
問題点が残されていた。
【０００５】その問題点の第１の点は短尺ワイヤ片又は
リボン片の集積構造である為組立て作業が手作業に頼る
以外になく、その手作業が繁雑な為低価格化が困難であ
った。
リボン片の集積構造である為組立て作業が手作業に頼る
以外になく、その手作業が繁雑な為低価格化が困難であ
った。
【０００６】問題点の第２の点はフィン間を通過する冷
却対流風の圧力損失が大き過ぎる点である。剣山型ヒー
トシンクは放熱性を向上せしめる為にピンが細径化さ
れ、又は薄肉化されてあるが、業界が要求する高性能を
発揮せしめる為には一例として４０ｍｍ×４０ｍｍの放
熱面に４５０本ものピン群を配設する必要があり、これ
が圧力損失を増加せしめる原因となっていた。この例の
場合前面風速３ｍ／ｓ以下で送入された冷却対流風が背
面から流出する場合は圧力損失により０．３ｍ／ｓに迄
低下し、この点は性能の限界を現わすものでもあった。
却対流風の圧力損失が大き過ぎる点である。剣山型ヒー
トシンクは放熱性を向上せしめる為にピンが細径化さ
れ、又は薄肉化されてあるが、業界が要求する高性能を
発揮せしめる為には一例として４０ｍｍ×４０ｍｍの放
熱面に４５０本ものピン群を配設する必要があり、これ
が圧力損失を増加せしめる原因となっていた。この例の
場合前面風速３ｍ／ｓ以下で送入された冷却対流風が背
面から流出する場合は圧力損失により０．３ｍ／ｓに迄
低下し、この点は性能の限界を現わすものでもあった。
【０００７】問題点の第３の点は針状ピンであっても、
平角リボンピンであっても高密度に配設し高性能化せし
めた場合の重量が限界を越える恐れがあった。例えば受
熱板４０ｍｍ×４０ｍｍフィン高さ３０ｍｍ、熱入力４
０Ｗにて温度上昇３３℃以下、即ち熱抵抗０．８２５℃
／Ｗ以下となる性能のヒートシンクを形成した場合、純
銅ピン本数は３２０本となり総重量は１１０ｇに達し
た。ユーザーが望ましいとする重量は９０ｇ以下である
から或程度性能を犠牲にしてもピン本数を減少せしめる
必要が生じた。
平角リボンピンであっても高密度に配設し高性能化せし
めた場合の重量が限界を越える恐れがあった。例えば受
熱板４０ｍｍ×４０ｍｍフィン高さ３０ｍｍ、熱入力４
０Ｗにて温度上昇３３℃以下、即ち熱抵抗０．８２５℃
／Ｗ以下となる性能のヒートシンクを形成した場合、純
銅ピン本数は３２０本となり総重量は１１０ｇに達し
た。ユーザーが望ましいとする重量は９０ｇ以下である
から或程度性能を犠牲にしてもピン本数を減少せしめる
必要が生じた。
【０００８】問題点の第４の点は高性能化の為にはピン
直径０．８ｍｍ、リボン断面を０．５ｍｍ×１．４ｍｍ
等と細く又は薄くする必要があり、ピンの強度が不足で
変形し易く完成剣山型ヒートシンクは適用時の手扱い、
輸送時の梱包等に変形防止の為細心の注意を払う必要が
あった。
直径０．８ｍｍ、リボン断面を０．５ｍｍ×１．４ｍｍ
等と細く又は薄くする必要があり、ピンの強度が不足で
変形し易く完成剣山型ヒートシンクは適用時の手扱い、
輸送時の梱包等に変形防止の為細心の注意を払う必要が
あった。
【０００９】問題点の第５の点は短尺ワイヤ片又はリボ
ン片の集積構造である為それ等より熱伝導性が良好な長
尺線状体である蛇行細管ヒートパイプやループ型細管ヒ
ートパイプを適用することが不可能な為更に高性能化す
ることに限界があった。
ン片の集積構造である為それ等より熱伝導性が良好な長
尺線状体である蛇行細管ヒートパイプやループ型細管ヒ
ートパイプを適用することが不可能な為更に高性能化す
ることに限界があった。
【００１０】本発明が解決しようとする課題は上述の如
くであって要約すれば従来の剣山型ヒートシンクは性能
改善の一般的手段であるピン本数の増加、ピンの高密度
化等によっては、製作作業の複雑化、重量の増加、冷却
風の圧力損失の増加、構造の繊弱化等により限界に達し
ている。本発明はその様な問題点を解決することにより
改善の限界を打破せんとするものである
くであって要約すれば従来の剣山型ヒートシンクは性能
改善の一般的手段であるピン本数の増加、ピンの高密度
化等によっては、製作作業の複雑化、重量の増加、冷却
風の圧力損失の増加、構造の繊弱化等により限界に達し
ている。本発明はその様な問題点を解決することにより
改善の限界を打破せんとするものである
【００１１】
【課題を解決する為の手段】 問題点を解決する為の手
段の基本的な考え方は剣山型ヒートシンクのピン群がワ
イヤ又は平角リボンの断片の集積構造となっている従来
構造に替えて、長尺細径の蛇行細管ヒートパイプに依り
構成された連続するｌ字形状ピン群を有する剣山型ヒー
トシンクとすることにある。この構成は発明者が先に発
明し実用化している特開昭６３−３１８４９３（特許第
１８８１１２２号）（ループ型細管ヒートパイプ）、特
願平２−３１９４６１（ループ型細管ヒートパイプ）、
及び特願平３−６１３８５（マイクロヒートパイプ）を
基本とする応用発明であり、長尺蛇行細管ヒートパイプ
が同一平面内で蛇行屈曲せしめられて、ｌ字形状ピンの
多数が一筆書き状に連続形成された形状に構成された長
尺ベルトが、更に所定の各種形態に蛇行屈曲せしめられ
て集束され、この集束体の両端面はｌ字形状蛇行のター
ン部の集合による平面として形成されてあり、この両端
面の何れかの平面が受熱用金属平板の放熱面に伝熱性の
良好な手段により接合一体化されて受熱部として形成さ
れてあり、集束体は受熱用金属平板面に林立配置されて
ある放熱ピン群として構成されてある、蛇行細管ヒート
パイプ式の剣山型ヒートシンクを構成することを特徴と
している。即ち一条またはこれに近い最小条数の蛇行細
管ヒートパイプにより剣山型ヒートパイプを構成するこ
とを可能にし、その卓越した各種機能により極めて少な
い本数のヒートパイプにより高性能のヒートシンクを構
成する。
段の基本的な考え方は剣山型ヒートシンクのピン群がワ
イヤ又は平角リボンの断片の集積構造となっている従来
構造に替えて、長尺細径の蛇行細管ヒートパイプに依り
構成された連続するｌ字形状ピン群を有する剣山型ヒー
トシンクとすることにある。この構成は発明者が先に発
明し実用化している特開昭６３−３１８４９３（特許第
１８８１１２２号）（ループ型細管ヒートパイプ）、特
願平２−３１９４６１（ループ型細管ヒートパイプ）、
及び特願平３−６１３８５（マイクロヒートパイプ）を
基本とする応用発明であり、長尺蛇行細管ヒートパイプ
が同一平面内で蛇行屈曲せしめられて、ｌ字形状ピンの
多数が一筆書き状に連続形成された形状に構成された長
尺ベルトが、更に所定の各種形態に蛇行屈曲せしめられ
て集束され、この集束体の両端面はｌ字形状蛇行のター
ン部の集合による平面として形成されてあり、この両端
面の何れかの平面が受熱用金属平板の放熱面に伝熱性の
良好な手段により接合一体化されて受熱部として形成さ
れてあり、集束体は受熱用金属平板面に林立配置されて
ある放熱ピン群として構成されてある、蛇行細管ヒート
パイプ式の剣山型ヒートシンクを構成することを特徴と
している。即ち一条またはこれに近い最小条数の蛇行細
管ヒートパイプにより剣山型ヒートパイプを構成するこ
とを可能にし、その卓越した各種機能により極めて少な
い本数のヒートパイプにより高性能のヒートシンクを構
成する。
【００１２】 図２、図３及び図４はこのような問題点
を解決する為の手段の説明図であり、図１はこの手段に
より構成された本発明に係る剣山型ヒートシンクの一例
を示す。図２は長尺蛇行細管ヒートパイプが同一平面内
で蛇行屈曲せしめられて、ｌ字形状ピンの多数が一筆書
き状に連続形成された形状に構成された長尺ベルトを示
す。２−１はｌ字形状ピン群、２−２はその連結部、２
−３は蛇行細管ヒートパイプの交叉部分を固定して全体
を長尺のベルトとする為の接着固定部である。このベル
トは一本の長尺の蛇行細管ヒートパイプの蛇行により形
成されたものでその形成は極めて容易である。一例とし
ては薄板の短冊に細管ヒートパイプを密巻きに巻回して
得られた螺旋状体を引き伸ばし展開して得られたｌ字形
状ピン群の連続体をｌ字形状の交叉部を一括してハンダ
接着することにより一枚の長尺のベルトが容易に得られ
る。
を解決する為の手段の説明図であり、図１はこの手段に
より構成された本発明に係る剣山型ヒートシンクの一例
を示す。図２は長尺蛇行細管ヒートパイプが同一平面内
で蛇行屈曲せしめられて、ｌ字形状ピンの多数が一筆書
き状に連続形成された形状に構成された長尺ベルトを示
す。２−１はｌ字形状ピン群、２−２はその連結部、２
−３は蛇行細管ヒートパイプの交叉部分を固定して全体
を長尺のベルトとする為の接着固定部である。このベル
トは一本の長尺の蛇行細管ヒートパイプの蛇行により形
成されたものでその形成は極めて容易である。一例とし
ては薄板の短冊に細管ヒートパイプを密巻きに巻回して
得られた螺旋状体を引き伸ばし展開して得られたｌ字形
状ピン群の連続体をｌ字形状の交叉部を一括してハンダ
接着することにより一枚の長尺のベルトが容易に得られ
る。
【００１３】 図３はｌ字形状ピン群の集束体の各種集
束形状を示す。ｌ字形状ピン群の集束は図２のベルトの
蛇行屈曲により所定の各種形態に集束される。この集束
形態は放熱時の強制対流、自然対流のピンに対する流れ
方向、強さ等を勘案して且つ最も作業性の良好な形態に
集束される。図３（イ）（ロ）（ハ）に於ては渦巻き状
に巻き込まれて柱状に集束されてある例が示してある
が、本発明の集束形態は渦巻き形態に限定されるもので
はなく、（ニ）の如く折り込まれて角柱体に集束される
例もあれば、（ホ）の如く多数枚が積層されて角柱体に
集束されても良い。この様に集束されたベルトはｌ字形
状ピン群の高密度集積体として形成され本発明の剣山型
ヒートシンクの放熱ピン群として適用される。図（イ）
（ロ）（ハ）における間隙部４は剣山型ヒートシンクを
発熱体に取り付ける為のネジ挿入の為の差し込み間隙で
ある。
束形状を示す。ｌ字形状ピン群の集束は図２のベルトの
蛇行屈曲により所定の各種形態に集束される。この集束
形態は放熱時の強制対流、自然対流のピンに対する流れ
方向、強さ等を勘案して且つ最も作業性の良好な形態に
集束される。図３（イ）（ロ）（ハ）に於ては渦巻き状
に巻き込まれて柱状に集束されてある例が示してある
が、本発明の集束形態は渦巻き形態に限定されるもので
はなく、（ニ）の如く折り込まれて角柱体に集束される
例もあれば、（ホ）の如く多数枚が積層されて角柱体に
集束されても良い。この様に集束されたベルトはｌ字形
状ピン群の高密度集積体として形成され本発明の剣山型
ヒートシンクの放熱ピン群として適用される。図（イ）
（ロ）（ハ）における間隙部４は剣山型ヒートシンクを
発熱体に取り付ける為のネジ挿入の為の差し込み間隙で
ある。
【００１４】図４は本発明剣山型ヒートシンクの受熱用
金属平板の一例を示す。１は受熱用金属平板、１−２は
その放熱面である。１−３はヒートシンクを発熱体に取
付ける為のネジ挿入孔である。１−４はｌ字形状ピン群
の集束体の配設仮想線で、集束体はネジ挿入孔１−３を
中心として仮想線１−４に囲まれた範囲内にろう接接合
される。４隅の余剰部分はヒートシンク取付けに利用さ
れる。図２から分かるようにｌ字形状ピン群２−１の底
部は連結部２−２により全体が連結されてあり、この連
結部２−２の群及び接着固定部２−３の群は集束体の底
部において平面を形成することになり、この平面と受熱
用金属平板１の放熱面１−２とが相互にろう接接合され
る。この接合は面接合であるから極めて強固であり、又
熱吸収も極めて良好で、放熱部となるｌ字形状ピン群２
−１に対し効率的に熱量を伝導せしめる。
金属平板の一例を示す。１は受熱用金属平板、１−２は
その放熱面である。１−３はヒートシンクを発熱体に取
付ける為のネジ挿入孔である。１−４はｌ字形状ピン群
の集束体の配設仮想線で、集束体はネジ挿入孔１−３を
中心として仮想線１−４に囲まれた範囲内にろう接接合
される。４隅の余剰部分はヒートシンク取付けに利用さ
れる。図２から分かるようにｌ字形状ピン群２−１の底
部は連結部２−２により全体が連結されてあり、この連
結部２−２の群及び接着固定部２−３の群は集束体の底
部において平面を形成することになり、この平面と受熱
用金属平板１の放熱面１−２とが相互にろう接接合され
る。この接合は面接合であるから極めて強固であり、又
熱吸収も極めて良好で、放熱部となるｌ字形状ピン群２
−１に対し効率的に熱量を伝導せしめる。
【００１５】図１は本発明のｌ字形状ピン群を有する剣
山型ヒートシンクの斜視図であって、上述の如き問題点
解決の手段を適用して構成されてある。１は受熱用金属
平板、１−１は受熱面でＬＳＩパッケージ等の発熱体の
放熱面に接着されてその熱量を吸収する。受熱面には熱
伝導性グリスが塗布されて、ネジ差し込み間隙４から挿
入されたネジにより、図４に示されてあるネジ挿入孔１
−３の部分を介して発熱体に小さな接触熱抵抗にて固着
される。１−２は受熱用金属平板１の放熱面であって、
その上にはｌ字形状ピン群２−１の集束体がその底面に
おいてろう接により接合されてある。３はその接合部を
示す。図においてｌ字形状ピン群２−１はｌ字形状ピン
の連続連結体であるベルトが渦巻状に巻込まれた円柱体
として構成され、そのｌ字形状ピン群２−１が放熱ピン
群として適用されるようになっている。
山型ヒートシンクの斜視図であって、上述の如き問題点
解決の手段を適用して構成されてある。１は受熱用金属
平板、１−１は受熱面でＬＳＩパッケージ等の発熱体の
放熱面に接着されてその熱量を吸収する。受熱面には熱
伝導性グリスが塗布されて、ネジ差し込み間隙４から挿
入されたネジにより、図４に示されてあるネジ挿入孔１
−３の部分を介して発熱体に小さな接触熱抵抗にて固着
される。１−２は受熱用金属平板１の放熱面であって、
その上にはｌ字形状ピン群２−１の集束体がその底面に
おいてろう接により接合されてある。３はその接合部を
示す。図においてｌ字形状ピン群２−１はｌ字形状ピン
の連続連結体であるベルトが渦巻状に巻込まれた円柱体
として構成され、そのｌ字形状ピン群２−１が放熱ピン
群として適用されるようになっている。
【００１６】 ｌ字形状ピン群２−１は通常は防錆の為
に錫メッキまたは半田メッキ純銅細管で構成された蛇行
細管ヒートパイプで形成される。然し剣山型ヒートシン
クとして極めて軽量性が要求される場合はニッケルメッ
キアルミニュウム細管で構成された蛇行細管ヒートパイ
プで形成される。その場合は受熱用金属平板もニッケル
メッキアルミニュウムで形成される。ニッケルメッキは
アルミニュウムの防食に大きな効果があり、また機械的
外傷を防ぐ効果がある。更にニッケルメッキはｌ字形状
ピン群２−１と受熱用金属平板との半田接着を容易なら
しめ、且つ高信頼性の熱接続を保証する効果がある。
に錫メッキまたは半田メッキ純銅細管で構成された蛇行
細管ヒートパイプで形成される。然し剣山型ヒートシン
クとして極めて軽量性が要求される場合はニッケルメッ
キアルミニュウム細管で構成された蛇行細管ヒートパイ
プで形成される。その場合は受熱用金属平板もニッケル
メッキアルミニュウムで形成される。ニッケルメッキは
アルミニュウムの防食に大きな効果があり、また機械的
外傷を防ぐ効果がある。更にニッケルメッキはｌ字形状
ピン群２−１と受熱用金属平板との半田接着を容易なら
しめ、且つ高信頼性の熱接続を保証する効果がある。
【００１７】
【作用】上述の如く構成された剣山型ヒートシンクは問
題点の全てを解決する。その作用は次の如くである。第
１の作用 従来の剣山型ヒートシンクは図５，図６，
図７等から分かるようにワイヤ又は平角リボンを長さの
異なる多数の短片に切断する工程、その短片を多数の種
類のコの字形状に屈曲せしめる工程、多数の種類のコの
字形状の短片を組合わせ、行列間の距離間隙を調整しな
がら多数層のコの字形状短片を受熱用金属平板に積層ろ
う接してピン群を形成する工程等複雑困難な工程で製造
される。特に最終組立て工程は手作業による以外の方法
がなく低価格化が困難であった。これに対し本発明の剣
山型フィンにおいては図２の如き連続するｌ字形ピン群
からなるベルトを線状体から形成する作業は、螺旋構造
の線状体を延伸しながら線材交叉部をハンダ接着するの
みの単純容易な工程であり、図３の如き集束作業も単純
容易であり、更に図５の受熱用金属平板との相互ろう接
も面相互の単純ろう接であり、従来の剣山型ヒートシン
クの数分の一の加工時間で完了する。更にどの工程も単
純作業であるから自動化が容易である。
題点の全てを解決する。その作用は次の如くである。第
１の作用 従来の剣山型ヒートシンクは図５，図６，
図７等から分かるようにワイヤ又は平角リボンを長さの
異なる多数の短片に切断する工程、その短片を多数の種
類のコの字形状に屈曲せしめる工程、多数の種類のコの
字形状の短片を組合わせ、行列間の距離間隙を調整しな
がら多数層のコの字形状短片を受熱用金属平板に積層ろ
う接してピン群を形成する工程等複雑困難な工程で製造
される。特に最終組立て工程は手作業による以外の方法
がなく低価格化が困難であった。これに対し本発明の剣
山型フィンにおいては図２の如き連続するｌ字形ピン群
からなるベルトを線状体から形成する作業は、螺旋構造
の線状体を延伸しながら線材交叉部をハンダ接着するの
みの単純容易な工程であり、図３の如き集束作業も単純
容易であり、更に図５の受熱用金属平板との相互ろう接
も面相互の単純ろう接であり、従来の剣山型ヒートシン
クの数分の一の加工時間で完了する。更にどの工程も単
純作業であるから自動化が容易である。
【００１８】第２の作用 大幅に圧力損失を改善する
ことが出来る。即ち熱輸送能力の大きな蛇行細管ヒート
パイプを放熱ピン群として適用するから、同一の性能を
発揮する為の放熱ピン数を半減せしめることが出来るの
で、ピン間隔が拡大され、圧力損失が改善される。
ことが出来る。即ち熱輸送能力の大きな蛇行細管ヒート
パイプを放熱ピン群として適用するから、同一の性能を
発揮する為の放熱ピン数を半減せしめることが出来るの
で、ピン間隔が拡大され、圧力損失が改善される。
【００１９】第３の作用 ヒートシンクが大幅に軽量
化される。即ち放熱ピン群の本数を減少せしめることが
出来るだけでなく、ピン群は中空細管コンテナからなる
細管ヒートパイプとなるから剣山型ヒートシンクの重量
は少くとも１／２以下に軽量化される。
化される。即ち放熱ピン群の本数を減少せしめることが
出来るだけでなく、ピン群は中空細管コンテナからなる
細管ヒートパイプとなるから剣山型ヒートシンクの重量
は少くとも１／２以下に軽量化される。
【００２０】第４の作用 剣山ヒートシンクの構造強
度が大幅に強化される。ｌ字形状フィンは２本１対のピ
ン構造となっており、更に長尺のベルトが集束一体化さ
れて柱状体に形成されているので、放熱部のフィン群が
ピン１本づつ独立した従来の剣山ヒートシンクの構造よ
り強靭となる。長尺線状体に予めハンダメッキを施して
本発明の剣山型ヒートシンクを構成し、完成品の放熱ピ
ン群に高温度の熱風を吹き付けて、ｌ字形状ピン群にお
けるピン間の相互接触部を相互に融接せしめた構造にす
る場合は、本発明の剣山型ヒートシンクは全体がハニカ
ム構造に類似した頑丈な構造体となり、他に類を見ない
強靭なヒートシンクとすることが出来る。この様に構成
する場合は蛇行細管ヒートパイプを外径０．４ｍｍ前後
に細径化してもその強靭さを保証することが可能とな
る。又全アルミニウム材料で剣山型ヒートシンクを構成
することはアルミニウムの繊弱さの為に従来実用的には
実施不可能であった。然しアルミニウム表面にニッケル
メッキ、ハンダメッキの２層メッキを施し、上述の如く
熱風処理を施して構成すれば本発明の全アルミニウム剣
山型ヒートシンクは極めて強靭なものとなり極めて軽量
な剣山型ヒートシンクの実用化が可能となる。
度が大幅に強化される。ｌ字形状フィンは２本１対のピ
ン構造となっており、更に長尺のベルトが集束一体化さ
れて柱状体に形成されているので、放熱部のフィン群が
ピン１本づつ独立した従来の剣山ヒートシンクの構造よ
り強靭となる。長尺線状体に予めハンダメッキを施して
本発明の剣山型ヒートシンクを構成し、完成品の放熱ピ
ン群に高温度の熱風を吹き付けて、ｌ字形状ピン群にお
けるピン間の相互接触部を相互に融接せしめた構造にす
る場合は、本発明の剣山型ヒートシンクは全体がハニカ
ム構造に類似した頑丈な構造体となり、他に類を見ない
強靭なヒートシンクとすることが出来る。この様に構成
する場合は蛇行細管ヒートパイプを外径０．４ｍｍ前後
に細径化してもその強靭さを保証することが可能とな
る。又全アルミニウム材料で剣山型ヒートシンクを構成
することはアルミニウムの繊弱さの為に従来実用的には
実施不可能であった。然しアルミニウム表面にニッケル
メッキ、ハンダメッキの２層メッキを施し、上述の如く
熱風処理を施して構成すれば本発明の全アルミニウム剣
山型ヒートシンクは極めて強靭なものとなり極めて軽量
な剣山型ヒートシンクの実用化が可能となる。
【００２１】 第５の作用 一筆書き状に形成されたｌ
字形状ピン群２−１の採用は放熱ピン群を一条またはこ
れに近い最小条数の蛇行細管ヒートパイプを適用して構
成することを可能にする。蛇行細管ヒートパイプの卓越
した機能は従来型の剣山型ヒートシンクでは限界とされ
てきた各種の問題点を解決するだけでなく更に卓越した
他の機能をも附加せしめる。従来型のピンフィンでは放
熱に依りフィン表面温度はフィン先端に至る程急激に低
下し、所謂フィン効率の低下が発生し、フィン高さ３０
ｍｍ前後が限界で、それ以上に高くしても性能は向上せ
ず希望する放熱能力が得られなかった。これに対して蛇
行細管ヒートパイプを適用した剣山型ヒートシンクで
は、フィンのあらゆる部分の温度が均一化され、熱量の
供給が活発であるため、フィン高さ３００ｍｍまで高く
しても、フィン効率は１００％であり、必要な放熱能力
が得られるまで十分にフィン高さを高くすることが出来
る。また熱応答性が良好であるから、大型の剣山型ヒー
トシンクであっても瞬時にその放熱機能を発揮させるこ
とが出来る。更に蛇行細管ヒートパイプ独特の機能とし
て、その性能に重力依存性が無いから、従来のヒートパ
イプの如く、フィンが水平に保持されれば熱輸送性能が
半減したり、フィンが受熱平板の裏側に下方に向けて保
持されれば放熱性能が全く失われる如き欠点は無く、ヒ
ートシンクを如何なる姿勢に保持しても全く性能が変化
しない大きな利点がある。更に僅かの温度差であっても
活発に作動して放熱能力を失うことなく、冷却風速が低
下しても放熱能力がそれ程低下しない等の蛇行細管ヒー
トパイプとしての機能も附加される。 剣山型ヒートシン
クの性能改善構造としてピンフィン群の各ピンフィンを
従来型の液相、気相の相変換方式の細管ヒートパイプで
形成することも考えられる。然しこの構造の場合は作動
液の表面張力により管内が閉塞されることにより、外形
２．５ｍｍ以下の細管ヒートパイプは通常の構造では全
く作動が不可能であり、ピンフィンの本数が激減し性能
を向上させることは不可能である。また仮に作動が可能
であったとしても相変化方式のヒートパイプの基本的問
題点として性能の重力依存性が激しく、即ち保持姿勢に
より性能が激変し受熱部を他の部分より低水位に保持す
るボトムヒート姿勢以外の姿勢では殆ど実用的性能が得
られず、特に受熱部を他の部分ょり上水位に保持するト
ップヒート姿勢では全く使用が不 可能になる。また夫々
のピンをヒートパイプとする剣山型ヒートシンクでは想
像を絶するような嵩価格になり実用に供することは全く
不可能である。これに対して本発明の剣山型ヒートシン
クは蛇行細管ヒートパイプの応用であるから、相変化方
式ヒートパイプの問題点を完全に克服するもので、外形
が０．５ｍｍ以下であっても完全に作動し、トップヒー
ト姿勢を含む如何なる姿勢で使用しても全く変わらぬ性
能で作動し、また一条またはこれに近い最小条数の蛇行
細管ヒートパイプで構成され、且つ連続するｌ字形状に
構成されるから極めて高能率安価に製造することが出来
る。
字形状ピン群２−１の採用は放熱ピン群を一条またはこ
れに近い最小条数の蛇行細管ヒートパイプを適用して構
成することを可能にする。蛇行細管ヒートパイプの卓越
した機能は従来型の剣山型ヒートシンクでは限界とされ
てきた各種の問題点を解決するだけでなく更に卓越した
他の機能をも附加せしめる。従来型のピンフィンでは放
熱に依りフィン表面温度はフィン先端に至る程急激に低
下し、所謂フィン効率の低下が発生し、フィン高さ３０
ｍｍ前後が限界で、それ以上に高くしても性能は向上せ
ず希望する放熱能力が得られなかった。これに対して蛇
行細管ヒートパイプを適用した剣山型ヒートシンクで
は、フィンのあらゆる部分の温度が均一化され、熱量の
供給が活発であるため、フィン高さ３００ｍｍまで高く
しても、フィン効率は１００％であり、必要な放熱能力
が得られるまで十分にフィン高さを高くすることが出来
る。また熱応答性が良好であるから、大型の剣山型ヒー
トシンクであっても瞬時にその放熱機能を発揮させるこ
とが出来る。更に蛇行細管ヒートパイプ独特の機能とし
て、その性能に重力依存性が無いから、従来のヒートパ
イプの如く、フィンが水平に保持されれば熱輸送性能が
半減したり、フィンが受熱平板の裏側に下方に向けて保
持されれば放熱性能が全く失われる如き欠点は無く、ヒ
ートシンクを如何なる姿勢に保持しても全く性能が変化
しない大きな利点がある。更に僅かの温度差であっても
活発に作動して放熱能力を失うことなく、冷却風速が低
下しても放熱能力がそれ程低下しない等の蛇行細管ヒー
トパイプとしての機能も附加される。 剣山型ヒートシン
クの性能改善構造としてピンフィン群の各ピンフィンを
従来型の液相、気相の相変換方式の細管ヒートパイプで
形成することも考えられる。然しこの構造の場合は作動
液の表面張力により管内が閉塞されることにより、外形
２．５ｍｍ以下の細管ヒートパイプは通常の構造では全
く作動が不可能であり、ピンフィンの本数が激減し性能
を向上させることは不可能である。また仮に作動が可能
であったとしても相変化方式のヒートパイプの基本的問
題点として性能の重力依存性が激しく、即ち保持姿勢に
より性能が激変し受熱部を他の部分より低水位に保持す
るボトムヒート姿勢以外の姿勢では殆ど実用的性能が得
られず、特に受熱部を他の部分ょり上水位に保持するト
ップヒート姿勢では全く使用が不 可能になる。また夫々
のピンをヒートパイプとする剣山型ヒートシンクでは想
像を絶するような嵩価格になり実用に供することは全く
不可能である。これに対して本発明の剣山型ヒートシン
クは蛇行細管ヒートパイプの応用であるから、相変化方
式ヒートパイプの問題点を完全に克服するもので、外形
が０．５ｍｍ以下であっても完全に作動し、トップヒー
ト姿勢を含む如何なる姿勢で使用しても全く変わらぬ性
能で作動し、また一条またはこれに近い最小条数の蛇行
細管ヒートパイプで構成され、且つ連続するｌ字形状に
構成されるから極めて高能率安価に製造することが出来
る。
【００２２】
【実施例】外径１ｍｍ内径０．７ｍｍの長尺細管ヒート
パイプにより本発明のｌ字形状ピン群を有する剣山型ヒ
ートシンクを図１の如く構成して、従来型の剣山型ヒー
トシンクと全熱抵抗値を比較した。ｌ字形状ピン群で形
成したベルトにおけるｌ字形状ピンのピッチは６ｍｍ、
ピン高さは３０ｍｍとした。ベルト状に形成されたｌ字
形状ピンの総数は１０２対、単ピンに換算して２０４本
であった。ベルトは渦巻状に巻き込んで図１の如き円柱
状に集束して放熱ピン群を構成した。比較用の従来構造
の剣山型ヒートシンクは外径１ｍｍの錫メッキ純銅線の
短片をピン群とし、ピン高さは３０ｍｍ、放熱ピン群の
本数は３２０本とした。受熱用金属平板は何れもニッケ
ルメッキアルミニウム板を用い、形状は４０ｍｍ×４０
ｍｍとし厚さは１ｍｍとした。冷却対流風は何れも３ｍ
／ｓ，２ｍ／ｓ，及び１ｍ／ｓとし又受熱面に加える熱
入力量は夫々３Ｗ，５Ｗ，１０Ｗ，２０Ｗ，４０Ｗ及び
５０Ｗとした。全熱抵抗値Ｒは受熱面温度の平衡温度と
冷却対流風のヒートシンク入口温度との差をΔｔとし、
熱入力をＷとし、Ｒ＝Δｔ／Ｗとして算出した。ヒート
シンクの性能はＲの値が小さくなる程良好となる。
パイプにより本発明のｌ字形状ピン群を有する剣山型ヒ
ートシンクを図１の如く構成して、従来型の剣山型ヒー
トシンクと全熱抵抗値を比較した。ｌ字形状ピン群で形
成したベルトにおけるｌ字形状ピンのピッチは６ｍｍ、
ピン高さは３０ｍｍとした。ベルト状に形成されたｌ字
形状ピンの総数は１０２対、単ピンに換算して２０４本
であった。ベルトは渦巻状に巻き込んで図１の如き円柱
状に集束して放熱ピン群を構成した。比較用の従来構造
の剣山型ヒートシンクは外径１ｍｍの錫メッキ純銅線の
短片をピン群とし、ピン高さは３０ｍｍ、放熱ピン群の
本数は３２０本とした。受熱用金属平板は何れもニッケ
ルメッキアルミニウム板を用い、形状は４０ｍｍ×４０
ｍｍとし厚さは１ｍｍとした。冷却対流風は何れも３ｍ
／ｓ，２ｍ／ｓ，及び１ｍ／ｓとし又受熱面に加える熱
入力量は夫々３Ｗ，５Ｗ，１０Ｗ，２０Ｗ，４０Ｗ及び
５０Ｗとした。全熱抵抗値Ｒは受熱面温度の平衡温度と
冷却対流風のヒートシンク入口温度との差をΔｔとし、
熱入力をＷとし、Ｒ＝Δｔ／Ｗとして算出した。ヒート
シンクの性能はＲの値が小さくなる程良好となる。
【００２３】ヒートシンクの重量は本発明の剣山型ヒー
トシンクは３９．１ｇであり従来型の剣山型ヒートシン
クの１０８ｇに対し３６．２％と軽量化された。測定時
の冷却対流風は前面風速３ｍ／ｓの場合背面対流風は
０．７ｍ／ｓとなり圧力損失は減少した。又本発明のヒ
ートシンクはピン本数が従来比６４％に過ぎないにも拘
らず従来型ヒートシンクより良好な性能を示した。更に
本発明のヒートシンクは熱入力が増加するにつれて従来
の剣山型ヒートシンクより熱抵抗値は改善され、又冷却
風速が低くなる程従来の剣山型ヒートシンクより良好な
熱抵抗値を示した。その状態は表１及び表２に示す。表
１は本発明ヒートシンクの全熱抵抗の測定値であり、表
２は従来構造の剣山型ヒートシンクの全熱抵抗の測定値
である。
トシンクは３９．１ｇであり従来型の剣山型ヒートシン
クの１０８ｇに対し３６．２％と軽量化された。測定時
の冷却対流風は前面風速３ｍ／ｓの場合背面対流風は
０．７ｍ／ｓとなり圧力損失は減少した。又本発明のヒ
ートシンクはピン本数が従来比６４％に過ぎないにも拘
らず従来型ヒートシンクより良好な性能を示した。更に
本発明のヒートシンクは熱入力が増加するにつれて従来
の剣山型ヒートシンクより熱抵抗値は改善され、又冷却
風速が低くなる程従来の剣山型ヒートシンクより良好な
熱抵抗値を示した。その状態は表１及び表２に示す。表
１は本発明ヒートシンクの全熱抵抗の測定値であり、表
２は従来構造の剣山型ヒートシンクの全熱抵抗の測定値
である。
【００２４】
【発明の効果】 長尺蛇行細管ヒートパイプで形成され
たｌ字形状ピン群を有する剣山型ヒートシンクは従来型
の剣山型ヒートシンクと同一能力で比較して大幅な軽量
化を可能ならしめるとともにより優れた高性能化を実現
する。特に従来の剣山型ヒートシンクのフィン高さの限
界の数倍以上も高いフィン高さを与えることを可能にし
且つ１００％に近いフィン効率を与えることを可能に
し、これにより従来にない強力な放熱能力のヒートシン
クを提供することを可能ならしめる。しかもｌ字形状ピ
ン群の簡易な構成はその製造の所要時間を数分の一以下
に短縮せしめ大幅なコスト低減を可能にする。
たｌ字形状ピン群を有する剣山型ヒートシンクは従来型
の剣山型ヒートシンクと同一能力で比較して大幅な軽量
化を可能ならしめるとともにより優れた高性能化を実現
する。特に従来の剣山型ヒートシンクのフィン高さの限
界の数倍以上も高いフィン高さを与えることを可能にし
且つ１００％に近いフィン効率を与えることを可能に
し、これにより従来にない強力な放熱能力のヒートシン
クを提供することを可能ならしめる。しかもｌ字形状ピ
ン群の簡易な構成はその製造の所要時間を数分の一以下
に短縮せしめ大幅なコスト低減を可能にする。
【図１】本発明のｌ字形状ピン群を有する剣山型ヒート
シンクの一例を示す斜視図である。
シンクの一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の剣山型ヒートシンクの構成要素である
ｌ字形状ピン群の連続体であるベルトの形状を示す説明
図である。
ｌ字形状ピン群の連続体であるベルトの形状を示す説明
図である。
【図３】本発明の剣山型ヒートシンクのｌ字形状ピン群
の集束体の各種形成状態を示す平面説明図である。
の集束体の各種形成状態を示す平面説明図である。
【図４】本発明の剣山型ヒートシンクの受熱用金属平板
の形状例を示す平面図である。
の形状例を示す平面図である。
【図５】従来の剣山型ヒートシンクのピン群組立て状態
を示す側面略図である。
を示す側面略図である。
【図６】従来の剣山型ヒートシンクのピン配列の一例を
示す平面略図である。
示す平面略図である。
【図７】従来の剣山型ヒートシンクのピンの配列の他の
一例を示す平面略図である。
一例を示す平面略図である。
１ 受熱用金属平板 １−１ 受熱面 １−２ 放熱面 １−３ ネジ挿入孔 １−４ 集束体配設仮想線 ２−１ ｌ字形状ピン群（放熱ピン群） ２−２ 連結部 ２−３ 接着固定部 ２−４ 針状ピン群 ２−５ 平角リボンピン群 ３ 接合部 ４ ネジ差し込み間隙 ５ 流入対流風 ６ 流出対流風
【表１】
【表２】
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−264296（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−18479（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 23/46 F28D 15/02
Claims (2)
- 【請求項１】 一面を受熱面とし他の面を放熱面とする
受熱用金属平板の放熱面に放熱ピン群が林立配置されて
なる剣山型ヒートシンクであって、長尺蛇行細管ヒート
パイプが同一平面上において連続するｌ字形状、即ちア
ルファベットのｌの小文字筆記体状に蛇行屈曲せしめら
れて、ｌ字形状ピン群が一筆書き状に連続連結された長
尺ベルトに形成されて、このベルトが更に所定の各種形
態に蛇行屈曲せしめられて集束され、この集束体の両端
面はｌ字形状蛇行のターン部の集合による平面として形
成されてあり、この両端面の何れかの平面が受熱用金属
平板の放熱面に伝熱性の良好な手段により接合一体化さ
れて受熱部として形成されてあり、集束体は受熱用金属
平板面に林立配置されてある放熱ピン群として構成され
てある、蛇行細管ヒートパイプからなる放熱構造体であ
ることを特徴とするｌ字形状ピン群を有する剣山型ヒー
トシンク。 - 【請求項２】 長尺蛇行細管ヒートパイプはニッケルメ
ッキアルミニュウム細管であり、受熱用金座平板はニッ
ケルメッキアルミニュウム平板であることを特徴とする
請求項１に記載のｌ字形状ピン群を有する剣山型ヒート
シンク。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4135507A JP2873765B2 (ja) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | ▲ｌ▼字形状ピン群を有する剣山型ヒートシンク |
| US08/071,256 US5490558A (en) | 1992-04-13 | 1993-06-04 | L-type heat sink |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4135507A JP2873765B2 (ja) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | ▲ｌ▼字形状ピン群を有する剣山型ヒートシンク |
| US08/071,256 US5490558A (en) | 1992-04-13 | 1993-06-04 | L-type heat sink |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05315482A JPH05315482A (ja) | 1993-11-26 |
| JP2873765B2 true JP2873765B2 (ja) | 1999-03-24 |
Family
ID=26469349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4135507A Expired - Fee Related JP2873765B2 (ja) | 1992-04-13 | 1992-04-13 | ▲ｌ▼字形状ピン群を有する剣山型ヒートシンク |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5490558A (ja) |
| JP (1) | JP2873765B2 (ja) |
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1992
- 1992-04-13 JP JP4135507A patent/JP2873765B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-06-04 US US08/071,256 patent/US5490558A/en not_active Expired - Lifetime
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| CN104713405A (zh) * | 2015-03-04 | 2015-06-17 | 东南大学 | 一种正三角形排列的对涡排阵列换热装置 |
| CN104713405B (zh) * | 2015-03-04 | 2016-08-17 | 东南大学 | 一种正三角形排列的对涡排阵列换热装置 |
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| US5490558A (en) | 1996-02-13 |
| JPH05315482A (ja) | 1993-11-26 |
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