JP4461584B2

JP4461584B2 - ヒートシンク装置

Info

Publication number: JP4461584B2
Application number: JP2000226585A
Authority: JP
Inventors: 雅晴宮原; 浩司目原; 秀文古屋
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-11-16
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2020-07-27
Also published as: US6439299B1; TW540987U; JP2001210767A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣ，ＬＳＩ，ＭＰＵなどの半導体装置や電子部品などを冷却するヒートシンク装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＰＵ等の半導体装置の高性能化にともなって、半導体装置の発熱が問題となっており、この半導体装置の発熱によって、半導体装置自体の動作不具合や、半導体装置近傍に設けられた他の部品への熱的な障害などが発生している。
【０００３】
この半導体装置の発熱を抑えるために、半導体装置自体の改良などが行われているが、未だ非常に高い発熱量を有している。
【０００４】
これを解決するために、半導体装置の放熱を促すために、熱伝導性を有する材料で構成されたヒートシンクや、更に放熱を促進するために、ファンなどの送風手段をヒートシンクと一体にしたヒートシンク装置等が商品化されている。
【０００５】
ヒートシンクとしては、基板に一体構成にフィンなどを立設したものや、複数の板を積層して、構成したものなどがあり、ヒートシンク装置としては、前述の様に構成されたヒートシンクの上面にファンを搭載したものなどがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
コンピュータなどの更なる小型化やモバイル端末などの普及により、更に小型なヒートシンク装置が求められている。
【０００７】
しかしながら、ヒートシンク装置の小型化は一般にヒートシンク自体の大きさ等が制限されることになり、放熱効果が低下する傾向になる。従って、ヒートシンク装置の小型化は、放熱効果を低下してしまい、思うように半導体装置などの冷却を行うことができないという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するもので、小型化或いは薄型化されても、放熱効果の大きなヒートシンク装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板と、その基板に板状体をその主面が基板と対向するように設け、しかも送風手段を基板に直接或いは間接的に設けた構成としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、複数の板状体を主面が前記基板と対向するように配置して積層した放熱部と、前記基板に直接的或いは間接的に取り付けられた送風手段と、前記複数の板状体を支持し、伝熱材料からなる複数の柱状体と、前記基板の前記柱状体直下に設けられた凹部に埋没させて、前記柱状体に接触するようにして設けられ、発熱体と接続された伝熱部材と、を備え、前記複数の板状体に前記柱状体と接触する突出部を設け、前記複数の板状体を前記突出部の高さだけ離して積層したことを特徴とするヒートシンク装置とすることによって、基板からの熱を板状体に導くことができるので、小型でありながら冷却効率を上げることができる。また、板状体の主面を基板と対向させるよう放熱部を構成したことによって、気体流との接触面積を広くでき、しかも広範囲に熱を拡散できるので、放熱効果を向上させることができる。
【００２８】
（実施の形態１）
図１，図２，図３はそれぞれ本発明の一実施の形態におけるヒートシンク装置を示す平面図，側面図及び断面図である。
【００２９】
図１，２，３において、１は基板、２は基板１に取り付けられたファンであり。ファン２は一般的にモータなどの駆動手段と、駆動手段によって回転させる羽根車などで構成されている。本実施の形態の場合には、図示していないが、コイルや磁石を設けた回転式のモータ部３とこのモータ部３に取り付けられた羽根車４によって構成されている。５〜９は基板１に立設された柱状体で、柱状体５〜９には略Ｌ字型の板状体１０〜１４が圧入などの手段によって取り付けられている。この時、板状体１０〜１４はそれぞれの間には所定の間隔を持って、取り付けられている。この板状体１０〜１４にて放熱部１５が形成されている。
【００３０】
１６は基板１に直接的或いは間接的に取り付けられたカバーで、カバー１６にはファン２と対向する部分に開口１６ａが設けられており、しかも放熱部１５を覆うように設けられている。
【００３１】
１７は少なくともファン２を回転させる電力を供給するリード線で、リード線１７にはコネクタ１８が設けられている。
【００３２】
基板１の縁端部には一つの縁端部を除いて基板１に一体に形成された側壁１ａ，１ｂ，１ｃが設けられており、この側壁１ａ，１ｂ，１ｃにカバー１６が当接している。また、基板１の側壁が存在しない部分とカバー１６で囲まれた開口が気体排出口１８となっている。すなわち、ファン２の回転に伴って鉛直方向Ａから流入してきた気体は少なくとも板状体１０〜１４を通過する際に板状体１０〜１４から熱を奪い、気体排出口１８から暖まった気体をＢ方向に放出する。
【００３３】
この様に構成されたヒートシンク装置は、放熱部１５を板状体１０〜１４の主面を基板１に対向（好ましくは平行に対向）させることによって、効率よく熱をファン２による気体流に伝えることができるので、小型でありながら放熱効果を向上させることができる。また、柱状体５〜９に板状体１０〜１４を保持させることによって、基板１の裏面からの熱を効率よく板状体１０〜１４に伝えることができるので、更に放熱効果を向上させることができる。
【００３４】
また、本実施の形態では、ファン２の回転中心と基板１の中心をずらすことによって、すなわち、ファン２の回転中心を気体排出口１８よりも遠ざけることによって、板状体１０〜１４の面積を広くすることができ、更に放熱効果を向上させることができる。
【００３５】
以上の様に構成されたヒートシンク装置において、各部を詳細に説明する。
【００３６】
まず、基板１について、説明する。
【００３７】
基板１の外形形状は円形或いは多角形状のものが好適に用いられる。外形形状を円形状とした場合には、発熱体にヒートシンク装置を取り付ける際に方向性などはあまり生じることはなく、安定した特性を有する。また、外形形状を多角形状とする事によって、外形に角部などを目標として、ヒートシンク装置を半導体装置等へ容易に取り付け可能となる。更に特に、ＭＰＵ等の半導体装置は一般に外形形状が四角形状であるから、基板１の外形形状を四角形状とすることで、半導体装置との接触面積を広くしかも狭いスペースで取り付けられるので放熱性を向上させることができる。
【００３８】
基板１の構成材料としては、１００℃における熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料で構成することが好ましい。具体的材料としては、亜鉛，アルミニウム，黄銅，金，銀，タングステン，銅，ベリリウム，マグネシウム，モリブデン（以下材料グループと略す）から選ばれる材料単体か、あるいは前記材料グループから選ばれた複数の材料の合金や、また、前記材料グループから選ばれる少なくとも一つの材料と、前記材料グループ以外の少なくとも一つの材料との合金などを用いることができる。本実施の形態では、加工性やコスト面を考慮して、アルミニウム単体か、アルミニウムと他の前記材料グループから選ばれる少なくとも一つとの合金か、アルミニウムと前記材料グループ以外から選ばれる少なくとも一つの合金等から構成した。
【００３９】
また、本実施の形態では、基板１は一種の金属材料等で構成したが、基板１を複数枚の伝熱部材を積層して構成しても良い。例えば図３に示す基板１の少なくとも下面に銅などの熱伝導性の良い材料の板，箔，薄膜など形成しても良い。
【００４０】
基板１に設けられた側壁１ａ，１ｂ，１ｃは、基板１と一体に構成したが、別部材を基板などに圧入或いは接着或いはネジ止めなどで取り付けても良い。この様に構成することによって、基板１は実質的に平板とすることができるので、基板１の生産性が向上したり、部品の共用化を行うことができる。なお、図１，２，３に示すヒートシンク装置は１方向吹き出し構成となっているので、側壁は１ａ，１ｂ，１ｃを設けたが、２方向の吹き出しの場合には、側壁１ａ，１ｂ，１ｃのいずれかを一つを省くことで実現でき、更には３方向吹き出しにする場合には、側壁１ａ，１ｂ，１ｃのいずれか２つを省くことで、実現できる。なお、４方向吹き出しにする場合には、側壁を設けることなく、実現でき、この場合には、カバー１６は柱状体５〜９により支えられる。
【００４１】
また基板１において柱状体５〜９を基板１と一体に設ける場合や、柱状体５〜９を基板１とは別体に設け、柱状体５〜９を接着したり、圧入したり、ネジ止めしたりする場合には、基板１におけるその柱状体５〜９の立設部分１ｄの厚さを他の部分（少なくともモータ部３を設けた部分とは異なる底面部分）よりも肉厚を厚くすることによって、柱状体５〜９の立設強度を向上させることができ、機械的強度の強いヒートシンク装置を得ることができる。
【００４２】
なお、柱状体５〜９を基板１とは別体で構成し、基板１に柱状体を圧入する場合には、基板１に貫通孔か凹部を形成することが好ましい。又基板１に柱状体をかしめ又はネジ止めを行う場合には貫通孔を形成する事が好ましい。なお、柱状体５〜９を基板１に接着にて接合する場合には、凹部や貫通孔を設けなくてもよいが、接着強度を向上させるためには、凹部や貫通孔を形成する方が好ましい。
【００４３】
次に、ファン２について説明する。
【００４４】
ファン２としては図１等に示されるように、例えば、基板１の底部に突起部１ｅを設け、この突起部１ｅに嵌入や圧入或いは接着などによって、モータ部３が設けられ、そのモータ部３に羽根車４が取り付けられており、モータ部３の回転によって、羽根車４を回転させる構成となっている。なお、モータ部３としては、コイルと磁石を用いた電機モータ又は超音波モータ等を用いることができる。また、羽根車４は軽量化する様に樹脂等の材料が好適に用いられる。なお、基板１からの熱がモータ部３を介して羽根車４に伝えられるので、羽根車４を金属などの熱伝導材で構成することによって、更に放熱効果を向上させることができる。
【００４５】
ファン２は空気などの周りの環境にある気体を吸い込んで放熱部１５に吹き付けたり、或いは、図１，２に示す気体の流れとは逆に気体排出口１８から気体を吸い込んで開口１６ａから外部に放出する等の動作を行う。なお、ここで言う気体とは、空気はもちろんのこと、ファン２が配置されている周りに存在する気体のことであり、例えば、ファン１６が存在する環境に窒素や不活性ガス等が存在する場合には、気体とは、その窒素ガスや不活性ガスを示す。
【００４６】
また、特に、モータ部３の軸受けとして流体軸受けを搭載することによって、モータ部３の回転時の振動を抑制し、振動による騒音の低減や、半導体装置の接合部分の破壊などを抑制することができる。
【００４７】
また、羽根車４の羽根の先端部には切欠部４ａが形成されており、この切欠部４ａを設けることによって、カバー１６を設けても、開口１６ａの径よりも大きな径を有する羽根車４を形成することができ、しかも羽根の厚さも厚くすることができるので、風量を大きくすることができるので、冷却性能を向上させることができる。
【００４８】
また、図１〜３に示す形態は、モータ部３を基板１に直接取り付けることによって、薄型のヒートシンク装置を提供できるが、例えば図示していないが、カバー１６にモータ部３を設けることで天吊り構造のファンとしてもよい。この様に構成することで、多少厚さが厚くなる傾向になるものの、モータ部３の軸受けに熱的ダメージが加わることを低減できるので、モータ部３の寿命を向上させることができる。なお、天吊り構造とした場合には、当然の事ながら突起部１ｅは不要とする事ができる。
【００４９】
次に、柱状体５〜９について説明する。
【００５０】
柱状体５〜９は通常断面が円形状もしくは角柱となるように構成されている。断面を円形状とすることによって、板状体１０〜１４を挿入する際に挿入しやすくなると共に、ファン２の回転による気体流の流れをスムーズにできる。また、角柱状とすることによって、板状体１０〜１４を取り付ける際に位置決めが容易になり、生産性が向上する。
【００５１】
また、柱状体５〜９の構成材料としては、１００℃における熱伝導率が９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上（好ましくは１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上）の材料で構成することが好ましい。具体的材料としては、亜鉛，アルミニウム，黄銅，金，銀，タングステン，銅，ベリリウム，マグネシウム，モリブデン（以下材料グループと略す）から選ばれる材料単体か、あるいは前記材料グループから選ばれた複数の材料の合金や、また、前記材料グループから選ばれる少なくとも一つの材料と、前記材料グループ以外の少なくとも一つの材料との合金などを用いることができる。本実施の形態では、加工性やコスト面を考慮して、アルミニウム単体か、アルミニウムと他の前記材料グループから選ばれる少なくとも一つとの合金か、アルミニウムと前記材料グループから選ばれる少なくとも一つの合金等から構成した。更に、他の好ましい例としては、銅単体か、銅と他の前記材料グループから選ばれる少なくとも一つとの合金か、銅と前記材料グループ以外から選ばれる少なくとも一つの合金等から構成した。
【００５２】
また、柱状体５〜９の両端には他の部分よりステップ状に細くなった部分が設けられており。これは、柱状体５〜９をかしめもしくは圧入が容易に行えるように設けられている。従って、基板１にはステップ状の貫通孔が設けられ、カバー１６には柱状体５〜９によってかしめられる穴が複数設けられてる。なお、柱状体５〜９の両端部分以外は、板状体１０〜１４へ効率的に熱を伝えるために太く構成することが好ましい。また、本実施の形態では柱状体５〜９の両端にステップ状に細い部分を設けたが、テーパー状に細くなるように構成したり、或いは階段状に細くしたりしても良い。なお、かしめや圧入以外で接着などによる手法で接合する場合には、両端のステップ状に細くなる部分は設けなくても良い。
【００５３】
柱状体は本実施の形態では５本設けたが、図１，図２に示すような一方向吹き出しの場合には、熱の伝達性や流路抵抗などを考慮すると２本以上８本以下とすることが好ましい。
【００５４】
更に、本実施の形態では、柱状体５〜９は全て同じ形状及び大きさとしたが、熱伝導性や機械的強度等を考慮して、各部で柱状体５〜９の大きさや形状を異ならせることで、多少生産性に問題が生じるものの、熱伝導性や機械的強度を向上させることができる。
【００５５】
なお、基板１の構成材料と柱状体５〜９の構成材料は異なる材料で形成することによって、基板１の作製しやすさ及びコストの安さなどのメリットがある。しかし基板１と柱状体５〜９を同一材料で構成することで、熱膨張係数の違いによる柱状体の脱落などを防止するという効果を有する。
【００５６】
次に、板状体１０〜１４について説明する。
【００５７】
図１〜図３に示す一方向吹き出しタイプでは、板状体１０〜１４はＬ字状の薄板とした。この板状体１０〜１４はほぼ同じ形状をしており、柱状体５〜９が挿入される部分には貫通孔が設けられている。なお、後述するが、板状体１０〜１４の形状は、Ｊ字状やＵ字状（コ字状），Ｉ字状及びファン２を包囲するような中央に開口が設けられた包囲形状とすることもできる。
【００５８】
板状体１０〜１４の構成材料としては、１００℃における熱伝導率が９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上（好ましくは１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上）の材料で構成することが好ましい。具体的材料としては、亜鉛，アルミニウム，黄銅，金，銀，タングステン，銅，ベリリウム，マグネシウム，モリブデン（以下材料グループと略す）から選ばれる材料単体か、あるいは前記材料グループから選ばれた複数の材料の合金や、また、前記材料グループから選ばれる少なくとも一つの材料と、前記材料グループ以外の少なくとも一つの材料との合金などを用いることができる。本実施の形態では、加工性やコスト面を考慮して、アルミニウム単体か、アルミニウムと他の前記材料グループから選ばれる少なくとも一つとの合金か、アルミニウムと前記材料グループ以外から選ばれる少なくとも一つの合金等から構成した。更に、他の好ましい例としては、銅単体か、銅と他の前記材料グループから選ばれる少なくとも一つとの合金か、銅と前記材料グループ以外から選ばれる少なくとも一つの合金等から構成した。
【００５９】
板状体１０〜１４は基板１に立設された柱状体５〜９に圧入や接着などによって固定されているが、この時、板状体１０〜１４の間隔を所定の間隔で保持しなければならないが、この所定の間隔で容易に保持する方法としては、まず、板状体間に別部材でスペーサー（図示せず）を板状体と交互に積層する方法や、板状体の柱状体挿入口の周りに板状体と一体に突出部を設けることで、板状体を積層したときに突出部がスペーサーの代わりとなり、所定の間隔で板状体が積層されることになる。
【００６０】
また、板状体１０〜１４は本実施の形態では５枚を積層したが、２枚から７枚程度の積層によって、板状体に効率的に熱を導くことができ板状体からの放熱性を向上させしかも流路抵抗などを低減できて、効率的に放熱を行うことができる。
【００６１】
なお、更に好ましくは、板状体間の間隔は、板状体自体の厚さの０．５〜１０倍となるように、板状体の厚さ及び枚数を決定することが好ましい。
【００６２】
また、この板状体１０〜１４を積層した放熱部１５は、少なくとも気体排出口１８に近接して設けることが好ましい。すなわち、気体排出口１８近傍は気体の風量が大きく、板状体１０〜１４から効率的に放熱させることができる。
【００６３】
なお、本実施の形態では、板状体１０〜１４の板厚を全て均一としたが、放熱部１５の中央部近傍の板状体の厚さを厚くし、両端部の板状体の厚さを薄くすることによって、中央部の板状体が厚い分、柱状体５〜９からの熱を効率よくその中央部の板状体に導き、流速の早い気体排出口１８の中央部で効果的に放熱を行うことができる。また、逆に、放熱部１５の中央部近傍の板状体の厚さを薄くし、両端部の板状体の厚さを厚くすることによって、放熱部１５の両端部の機械的強度を増すことができるので、板状体を積層するときなどに生じる積層体の曲がり等を抑制することができる。
【００６４】
更に、本実施の形態では、板状体１０〜１４の各板状体間の間隔を一定としたが、放熱部１５の中央部の板状体間の間隔を両端部よりも広くすることで、風量の大きな放熱部１５の中央部付近の流路抵抗を低くすることができ放熱効果を向上できる。更に、逆に、放熱部１５の中央部の板状体間の間隔を両端部よりも狭くすることで、気体排出口１８から放出される気体の流速を均一化することができる。
【００６５】
更に、本実施の形態では、板状体１０〜１４のそれぞれにおいて、板厚はほぼ均一としたが、部分的に異ならせても良い。例えば、図１に示す側壁１ａと対向している部分の板厚よりも気体排出口１８と対向している部分の板厚を厚くすることによって、柱状体５〜９の熱を効果的に、流速の大きな気体排出口１８近傍に伝えることができるので、冷却効率が向上する。
【００６６】
また、板状体１０〜１４にそれぞれ柱状体５〜９に挿入される貫通孔とは別に貫通孔を複数設けることによって、より冷却効率を向上させることができたり、また、板状体１０〜１４に切り起こしを設けたり或いは板状体１０〜１４の表面を粗面化することで、冷却効率を高めたりすることができる。
【００６７】
次にカバー１６について説明する。
【００６８】
カバー１６は、柱状体５〜９にかしめなどによって取り付けられている。なお、他の実施の形態として、カバー１６を柱状体５〜９にのみ取り付けられるのではなく、基板１の側壁１ａ，１ｂ，１ｃに接着などの手法を併用して接合しても良いし、基板１の側壁のみに接着などの手法によって、接合しても良い。
【００６９】
カバー１６の構成材料としては、樹脂，金属などが好適に用いられるが、放熱効果を向上させるように、金属などの熱伝導材料で構成することが好ましい。すなわち、側壁１ａ，１ｂ，１ｃにも当然の事ながら発熱体からの熱は伝わるが、その熱をカバーにも伝熱して、カバー１６から放熱させる構成としても良い。
【００７０】
カバー１６は前述の通り、少なくとも放熱部１５を覆う構成としているので、放熱部１５の保護を行うことができ、板状体１０〜１４が変形するなどを防止できる。
【００７１】
なお、本実施の形態では、カバー１６を設けることによって、気体の流入口となる開口１６ａを決定し、しかもカバー１６と基板１間で気体排出口１８を構成することで、気体の流れを制御し、効率的に放熱を行うことができる等の有効な効果を得ることはできるが、使用環境などによっては、カバー１６は特に設けなくても良い。
【００７２】
次に、リード線１７及びコネクタ１８について説明する。
【００７３】
リード線１７は、図示していないが、モータ部３に少なくとも電力を供給するようにモータ部３に接続されている。また、リード線１７には、モータ部３の回転速度を検知器（図示せず）で検知し、その検知信号を送出する信号線を有しても良い。更に、薄型化などのために、リード線１７をフレキシブルプリント基板等の薄い配線としても良く、この場合にはコネクタ１８は不要となる。
【００７４】
この様に構成されたヒートシンク装置は、基板１で受けた熱を効率良く柱状体５〜９に伝え、しかも柱状体５〜９から板状体１０〜１４に伝えられ、更にファン２による気体流で、その板状体１０〜１４から熱を奪うので、小型でありながら冷却効率を向上させることができる。
【００７５】
（実施の形態２）
次に他の実施の形態について図４及び図５を用いて説明する。図４は、本発明の一実施の形態におけるヒートシンク装置を示す裏面図で、図５は、本発明の一実施の形態におけるヒートシンク装置を示す断面図である。
【００７６】
上記実施の形態において、更に伝熱部材２０を設けた構成とした。
【００７７】
この様な構成は特に、半導体装置などの発熱体の上に直にヒートシンク装置を搭載する場合でなく、発熱体上に直接ヒートシンク装置を設けない構成で有用である。
【００７８】
伝熱部材２０は、基板１に取り付けられて、伝熱部材２０の他の部分に接合された発熱体の熱が、この伝熱部材２０を介して基板１に送られてきて、放熱を行う構成となっている。
【００７９】
伝熱部材２０としては具体的には、ヒートパイプ，金属棒，金属シート，炭素棒，炭素シート等の熱伝導性の良い材料で構成された棒状体やシート状体が好適に用いられる。
【００８０】
伝熱部材２０は好ましくは、図４に示すように板状体１０〜１４で構成される放熱部１５に沿って設けることが好ましい。更に、言うなれば、放熱部と対向する部分があるように伝熱部材２０を基板１に取り付ける方が好ましい。
【００８１】
特に好ましくは、図４に示すように、基板１において、柱状体５〜９を立設した近傍（柱状体５〜９の中心から半径１０ｍｍ以内（更に好ましくは７ｍｍ以内））に配置されることが好ましい。この様に構成することで、伝熱部材２０から伝わってきた熱は柱状体５〜９に確実に伝わり、その熱は効果的に板状体１０〜１４に伝えられる。なお、図４では、柱状体７と伝熱部材２０は近接していないが、柱状体の内で半数以上の柱状体と伝熱部材２０が近接していれば、確実に冷却効率を向上させることができる。
【００８２】
また、特に、伝熱部材２０をヒートパイプ等の棒状体のものを用いる場合であれば、図５に示すように、基板１の裏面に凹部１ｆを設け、この凹部１ｆ内に伝熱部材２０を埋設する（接着や圧入等で）ことで、段差などがなくなって、取付が容易になり、しかも伝熱部材２０と基板１との接触面積が大きくなるので伝熱部材２０からの熱が効率よく基板１や柱状体５〜９に伝えられることになる。
【００８３】
なお、伝熱部材２０としてシート状体のものを使用する場合には、特に凹部１ｆ等は必要ないが、段差などの点で、問題が生じる場合には凹部１ｆを設けても良い。更に、伝熱部材２０としてシート状体を用いることで、柱状体５〜９の半数以上柱状体の直下に容易に配置でき、時には、柱状体５〜９の半数以上の柱状体と直接伝熱部材２０を接触可能となるので、更に放熱効果を向上させることができる。
【００８４】
なお、図６の本発明の一実施の形態におけるヒートシンク装置を示す断面図に示すように、基板１の裏面に段差が生じても良い場合には、柱状体５〜９の半数以上柱状体の直下あるいはその半数以上の柱状体と直接接触するように、伝熱部材２０を設けることで、放熱効果を向上させることができる。また、図６に示すように基板１の裏面に段差が生じると不具合が生じる場合には、図７の本発明の一実施の形態におけるヒートシンク装置を示す断面図に示すように柱状体５〜９の半数以上の柱状体の直下に凹部を設けて埋設する構成が好ましい。この様な構成は特に柱状体５〜９と基板１を一体成型で形成した場合が好ましい。
【００８５】
また、図４に示すように、伝熱部材２０に直接発熱体を取り付けるのではなく、受熱部材（熱伝導体）２１を伝熱部材２０に取り付け、その受熱部材２１と発熱体を接合する構成としても良い。受熱部材２１は、好ましくは、半導体装置の外形形状と同様な四角形状の板状体とすることが好ましい。この受熱部材２１にも好ましくは段差などが生じないように、凹部を設け、その凹部内に伝熱部材２０を埋め込む構成とすることが好ましい。この受熱部材２１を設けることによって、半導体装置などの発熱体から放出する熱を効率よく吸収し、それを伝熱部材２０に伝えることができるので、冷却効率を高めることができる。なお、更に、受熱部材２１にヒートパイプなどの別の伝熱部材を接続して、その別の伝熱部材を直接発熱体に接続するか、または、別の受熱部材を設けて、その受熱部材と発熱体を接続しても良い。
【００８６】
更には、複数の発熱体を冷却するように、基板１に伝熱部材２０を介して、受熱部材２１を接続し、更に別の伝熱部材を受熱部材２１に接続し、更にその別の伝熱部材に別の受熱部材を設け、受熱部材２０と別の受熱部材それぞれに半導体装置などの発熱体を接続する構成である。
【００８７】
図８は本発明の他の実施の形態におけるヒートシンク装置を示す平面図で、板状体１０〜１４をＩ字型にした例であり、気体排出口１８と対向する部分のみに板状体と柱状体を設けた例である。この時は当然の事ながら、伝熱部材２０は少なくとも板状体１０〜１４と対向する位置に設けられている。
【００８８】
図９は本発明の他の実施の形態におけるヒートシンク装置を示す平面図で、板状体１０〜１４をＵ字或いはコ字型に形成した場合である。この場合には、１方向吹き出しはもちろんのこと２方向吹き出しタイプでも使用可能である。
【００８９】
図１０は本発明の他の実施の形態におけるヒートシンク装置を示す平面図で、板状体１０〜１４として中央開口を設け、ファン２を囲むように構成した例である。
【００９０】
（実施の形態３）
次に他の実施の形態について図１１を用いて説明する。図１１は、本発明の一実施の形態におけるヒートシンク装置を示す断面図である。
【００９１】
図１１において、３１は発熱部材３０を取付ける基板で、基板３１の発熱部材３０を取付ける部分は伝熱効率を良くするために他の部分より厚みが厚くなっている。３２は基板３１に取り付けられたファンであり、ファン３２は一般的にモータなどの駆動手段と、駆動手段によって回転させる羽根車３４などで構成されている。本実施の形態３の場合には、図示していないが、コイルや磁石を設けた回転式のモータ部３３とこのモータ部３３に取り付けられた羽根車３４によって構成されている。３５〜３９は基板３１に立設された柱状体で、柱状体３５〜３９には板状体４０〜４５が圧入又ロウ付けなどの手段によって取り付けられている。この時、板状体４０〜４５はそれぞれの間には所定の間隔を持って、取り付けられている。この板状体４０〜４５にて放熱部４６が形成されている。ファン３２と板状体４０〜４５は基板３０に併設して配置されている。このことで、ヒートシンク装置の薄形化が図れる。
【００９２】
４７は基板３１に直接的或いは間接的に取り付けられたカバーで、カバー４７にはファン３２と対向する部分に開口４７ａが設けられており、しかも放熱部４６を覆うように設けられている。
【００９３】
４８は少なくともファン３２を回転させる電力を供給するリード線で、リード線４８にはコネクタ（図示せず）が設けられている。
【００９４】
基板３１の縁端部には一つの縁端部を除いて基板３１に一体に形成された側壁３１ａ，３１ｂ，３１ｃが設けられており、この側壁３１ａ，３１ｂ，３１ｃにカバー４７が当接している。また、基板３１の側壁が存在しない部分とカバー４７で囲まれた開口が気体排出口４８となっている。すなわち、ファン３２の回転に伴って鉛直方向Ａから流入してきた気体は少なくとも板状体４０〜４５間を通過する際に板状体４０〜４５から熱を奪い、気体排出口４８から暖まった気体をＢ方向に放出する。
【００９５】
この様に構成されたヒートシンク装置は、放熱部４６を板状体４０〜４５の主面を基板３１に対向（好ましくは平行に対向）させることによって、効率よく熱をファン３２による気体流に伝えることができるので、小型でありながら放熱効果を向上させることができる。また、基板３１の発熱部材の取付け部の厚みを厚くし、面柱状体３５〜３９を基板３１の発熱部材３０の取付け面の裏面側に配設し、柱状体３５〜３９に板状体４０〜４５を保持させることによって、基板３１に取付けた発熱部材３０とからの熱を効率よく板状体４０〜４５に伝えることができるので、更に放熱効果を向上させることができる。
【００９６】
以上の様に構成されたヒートシンク装置において、各部を詳細に説明する。
【００９７】
カバー４７、リード線４８、コネクター（図示せず）は概略実施の形態１のものと基本的には同様なので説明は省略する。
【００９８】
まず、基板３１について、本実施の形態の場合は、発熱部材３０を取付ける部分は厚みを他の部分より厚くしたが、伝熱効果が十分である場合は、基板の厚みは同一でもよい。その他基板３１は実施の形態１に説明するものと概要同じなので説明は省略する。
【００９９】
次に、柱状体３５〜３９について説明する。図１２は本発明の一実施の形態におけるヒートシンク装置の放熱部の要部断面図である。
【０１００】
柱状体３５〜３９は通常断面が円形状となるように構成されているが、特にこれに縛られることなく多角形状でもよい。断面を円形状とすることによって、板状体４０〜４５を挿入する際に挿入しやすくなると共に、ファン３２の回転による気体流の流れをスムーズにできる。
【０１０１】
柱状体３５〜３９の構造は、柱状体３７に代表させて説明する。柱状体３７は管状体３７ａの管部に芯状体３７ｂを挿通した二層構造をしている。管状体３７ａの一端部分には鍔部が形成され、芯状体３７ｂの一端部側は端部の径が小さくなるように傾斜している。管状体３７ａは管状体３７ａの鍔部が基板３１の孔に当接して取付けられ、そして、板状体４０〜４５を管状体３７ａに取付けた後、芯状体３７ｂの傾斜部側から管状体３７ａの管部の中に圧入する。
【０１０２】
管状体３７ａの鍔部は管状体３７ａを基板３１に取付けるときに位置決めが容易ととなると共に、基板３１からの熱をスムーズに柱状体３７に伝える効果がある。
【０１０３】
また、柱状体３５〜３９の構成材料としては、１００℃における熱伝導率が９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上（好ましくは１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上）の材料で構成することが好ましい。具体的材料としては、亜鉛，アルミニウム，黄銅，金，銀，タングステン，銅，ベリリウム，マグネシウム，モリブデン（以下材料グループと略す）から選ばれる材料単体か、あるいは前記材料グループから選ばれた複数の材料の合金や、また、前記材料グループから選ばれる少なくとも一つの材料と、前記材料グループ以外の少なくとも一つの材料との合金などを用いることができる。本実施の形態では、加工性を考慮して、管状体３７ａ、芯状体３７ｂは銅単体で構成した。管状体３７ａと芯状体３７ｂの材料を違えることも可能である。本実施の形態の場合は、管状体３７ａの板厚は約０．３ｔで外径を１０〜１２φのものと、芯状体３７ｂの径が９．７〜１１．７φのものを使用した。
【０１０４】
柱状体は本実施の形態では５本設けたが、熱の伝達性や流路抵抗及び板状体の形状、大きさ及び生産性などを考慮すると１本以上８本以下とすることが好ましい。
【０１０５】
更に、本実施の形態では、柱状体３５〜３９は全て同じ形状及び大きさとしたが、熱伝導性や機械的強度等を考慮して、各部で柱状体５〜９の大きさや形状を異ならせることで、多少生産性に問題が生じるものの、熱伝導性や機械的強度を向上させることができる。本実施の形態では、発熱部材３０の発熱ポイントに当たる柱状体３７の径を大きくすることもで熱伝導性を向上させることができる。
【０１０６】
尚、本実施の形態では、柱状体３５〜３９の構造を二重構造としたが、これにとらわれることなく多層構造としてもよく、また、柱状体の内部にヒートパイプを配設して熱伝導性を向上させることもできる。
【０１０７】
また、図１３は本発明の他の実施の形態におけるヒートシンク装置の放熱部の要部断面図で、図１３に示すように、柱状体５１〜５５（柱状体５１、５４は図示せず）には鍔部を設けず、柱状体５１〜５５を取付ける基板５０の孔部の周囲に突部５０ａ〜５０ｅ（５０ｂ、５０ｄは図示せず）を設けてもよい。このことにより、基板５０の熱を直接板状体４０に伝熱することができ、板状体４０への伝熱効率がよくなる。
【０１０８】
次に、板状体４０〜４５について説明する。
【０１０９】
図１１〜図１２に示すように、板状体４０〜４５は四角形状の薄板とした。この板状体４０〜４５はほぼ同じ形状をしており、柱状体３５〜３９が挿入される部分には貫通孔が設けられている。
【０１１０】
板状体１０〜１４の構成材料としては、１００℃における熱伝導率が９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上（好ましくは１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上）の材料で構成することが好ましい。具体的材料としては、亜鉛，アルミニウム，黄銅，金，銀，タングステン，銅，ベリリウム，マグネシウム，モリブデン（以下材料グループと略す）から選ばれる材料単体か、あるいは前記材料グループから選ばれた複数の材料の合金や、また、前記材料グループから選ばれる少なくとも一つの材料と、前記材料グループ以外の少なくとも一つの材料との合金などを用いることができる。本実施の形態では、加工性やコスト面を考慮して、銅単体か、銅と他の前記材料グループから選ばれる少なくとも一つとの合金か、銅と前記材料グループ以外から選ばれる少なくとも一つの合金等から構成した。
【０１１１】
板状体４０〜４５は基板３１に立設された柱状体３５〜３９に圧入によって固定されているが、この時、板状体４０〜４５の間隔を所定の間隔で保持しなければならないが、この所定の間隔で容易に保持する方法としては、板状体の柱状体挿入口の周りに板状体と一体に突出部を設けることで、板状体を積層したときに突出部がスペーサーの代わりとなり、所定の間隔で板状体が積層されることになる。
【０１１２】
なお、本実施の形態では、板状体４０〜４５の板厚を全て均一としたが、放熱部４６の中央部近傍の板状体の厚さを厚くし、両端部の板状体の厚さを薄くすることによって、中央部の板状体が厚い分、柱状体３７からの熱を効率よくその中央部の板状体に導き、中央部で効果的に放熱を行うことができる。また、各々柱状体３５〜３９の近傍の板状体の厚さを厚くすることによって、柱状体３５〜３９からの熱を効率よく板状体に導き、板状体で効果的に放熱を行うことができる。
【０１１３】
更に、本実施の形態では、板状体４０〜４５の各板状体間の間隔を一定としたが、発熱部材３０に近い板状体４０，４１間の間隔を板状体４４，４５よりも広くすることで、発熱部材３０に近い方の流路抵抗を低くすることで、風量を増やし放熱効果を向上できる。
【０１１４】
更に、本実施の形態では、板状体４０〜４５のそれぞれにおいて、板厚はほぼ均一としたが、部分的に異ならせても良い。例えば、発熱部材３０に近い側の板状体４０，４１の板厚を板状体４４，４５の板厚より厚くすることによって、熱伝導効率がよくなり熱がスムーズに拡散でき、放熱効率が向上する。
【０１１５】
また、図１４、図１５、図１６は、各々本発明の他の実施の形態におけるヒートシンク装置の放熱部の要部断面図で、図に示すように板状体４０〜４５にそれぞれ突起、波形、ひだ、凹溝、切り起こし（一部図示せず）等を設けることで、板状体４０〜４５間の隙間を確実に確保できると共に、柱状体３５〜３９を圧入するとき、板状体４０〜４５の歪みを吸収することができる。
【０１１６】
また、板状体４０〜４５に柱状体３５〜３９が挿入される貫通孔とは別に貫通孔を複数設けたり、切り起こしを設けたり或いは板状体４０〜４５の表面を粗面化することで（図示せず）、乱流を起こしたり表面積を広くして放熱効率を高めることができる。
【０１１７】
図１７は本発明の他の実施の形態におけるヒートシンク装置の放熱部の要部断面図で、柱状体６０が１本の場合である。基本的には上記した実施の形態３の柱状体が５本が１本なったのと同じなので、同様のところの説明は省略し、相違する点について説明する。
【０１１８】
板状体４０〜４５の各々の間にスぺーサ６１〜６５を各々挟んだ構成となっている。基板５１の孔に管状体６０ａを挿入し、管状体６０ａに板状体４０〜４５とスペーサ６１〜６５を交互に積層し、芯状体６０ｂを圧入し、板状体４０〜４５とスペーサ６１〜６５の間を半田付けする。この場合、スペーサにクリーム半田を塗って組み立て、熱を加えることで半田付けを行なう。なお、半田にこだわることなく、熱伝導性のよい接着剤であれば他のものを使用してもよい。こうすることで、柱状体の径が大きくなったのと同様の効果が得られ、熱伝導性がよくなり、熱の拡散がスムーズになり、放熱効果が向上する。
【０１１９】
スペーサ６１〜６５の構成材料としては、１００℃における熱伝導率が９０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上（好ましくは１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上）の材料で構成することが好ましい。具体的材料としては、亜鉛，アルミニウム，黄銅，金，銀，タングステン，銅，ベリリウム，マグネシウム，モリブデン（以下材料グループと略す）から選ばれる材料単体か、あるいは前記材料グループから選ばれた複数の材料の合金や、また、前記材料グループから選ばれる少なくとも一つの材料と、前記材料グループ以外の少なくとも一つの材料との合金などを用いることができる。本実施の形態では、加工性やコスト面を考慮して、銅単体か、銅と他の前記材料グループから選ばれる少なくとも一つとの合金か、銅と前記材料グループ以外から選ばれる少なくとも一つの合金等から構成した。
【０１２０】
スペーサ６１〜６５の厚み、径は本実施の形態においては同一としたが、スペーサ６１〜６５の厚みは、板状体４０〜４５の隙間の幅に合わせて、厚みをかえてもよい。また、スペーサ６１〜６５の径は、発熱部材３０に近い側のスペーサ６１，６２の径をスペーサ６４，６５より大きくしてもよい。この構成をとることにより風量の最適化、熱伝導特性にあった（言い替えると、発熱部材に近い方が太く、離れるにしたっがて細くてもよい。）柱状体６０の形状に擬似的に近づけることができる。
【０１２１】
図１８は本発明の一実施の形態におけるヒートシンク装置の概略工程図で、板状体の組み立て工程を示す。
【０１２２】
図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、基板３１の孔に管状体３５ａ〜３９ａに挿入する、本実施の形態においては、基板３１の孔径より管状体３５ａ〜３９ａの外径は０〜０．１ｍｍ小さいものを使用した。次に、管状体３５ａ〜３９ａに板状体４０〜４５の貫通孔を嵌め合わせ、板状体４０〜４５を積層する、本実施の形態においては、管状体３５ａ〜３９ａの外径より板状体４０〜４５の貫通孔の孔径は０〜０．１ｍｍ大きいものを使用した。次に、図１８（ｃ），（ｄ）に示すように、管状体管状体３５ａ〜３９ａの中央部に位置する管状体３７ａから順次外側に位置するものに、芯状体３５ｂ〜３９ｂを圧入していく、本実施の形態においては、芯状体３５ｂ〜３９ｂの外径は管状体管状体３５ａ〜３９ａの内径より０．１〜０．４ｍｍ大きいものを使用し、基板３１の孔と管状体と芯状体と、および、板状体と管状体と芯状体とを圧接した。
【０１２３】
本発明は、複数の板状体を主面が前記基板と対向するように配置して積層した放熱部と、前記基板に直接的或いは間接的に取り付けられた送風手段と、前記複数の板状体を支持し、伝熱材料からなる複数の柱状体と、前記基板の前記柱状体直下に設けられた凹部に埋没させて、前記柱状体に接触するようにして設けられ、発熱体と接続された伝熱部材と、を備え、前記複数の板状体に前記柱状体と接触する突出部を設け、前記複数の板状体を前記突出部の高さだけ離して積層したことによって、基板からの熱を板状体に導くことができるので、小型でありながら冷却効率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるヒートシンク装置を示す平面図
【図２】本発明の一実施の形態におけるヒートシンク装置を示す側面図
【図３】本発明の一実施の形態におけるヒートシンク装置を示す断面図
【図４】本発明の一実施の形態におけるヒートシンク装置を示す裏面図
【図５】本発明の一実施の形態におけるヒートシンク装置を示す断面図
【図６】本発明の一実施の形態におけるヒートシンク装置を示す断面図
【図７】本発明の一実施の形態におけるヒートシンク装置を示す断面図
【図８】本発明の他の実施の形態におけるヒートシンク装置を示す平面図
【図９】本発明の他の実施の形態におけるヒートシンク装置を示す平面図
【図１０】本発明の他の実施の形態におけるヒートシンク装置を示す平面図
【図１１】本発明の一実施の形態におけるヒートシンク装置を示す断面図
【図１２】本発明の一実施の形態におけるヒートシンク装置の放熱部の要部断面図
【図１３】本発明の他の実施の形態におけるヒートシンク装置の放熱部の要部断面図
【図１４】本発明の他の実施の形態におけるヒートシンク装置の放熱部の要部断面図
【図１５】本発明の他の実施の形態におけるヒートシンク装置の放熱部の要部断面図
【図１６】本発明の他の実施の形態におけるヒートシンク装置の放熱部の要部断面図
【図１７】本発明の他の実施の形態におけるヒートシンク装置の放熱部の要部断面図
【図１８】本発明の一実施の形態におけるヒートシンク装置の概略工程図
【符号の説明】
１基板
２ファン
３モータ部
４羽根車
５，６，７，８，９柱状体
１０，１１，１２，１３，１４板状体
１５放熱部
１６カバー
２０伝熱部材
２１受熱部材

Claims

基板と、
複数の板状体を主面が前記基板と対向するように配置して積層した放熱部と、
前記基板に直接的或いは間接的に取り付けられた送風手段と、
前記複数の板状体を支持し、伝熱材料からなる複数の柱状体と、
前記基板の前記柱状体直下に設けられた凹部に埋没させて、前記柱状体に接触するようにして設けられ、発熱体と接続された伝熱部材と、を備え、
前記複数の板状体に前記柱状体と接触する突出部を設け、
前記複数の板状体を前記突出部の高さだけ離して積層したことを特徴とするヒートシンク装置。