JP3833676B2 - ヒートシンク - Google Patents

Description

本発明は、一般的に、強制空冷を行う手段を有するヒートシンクに関し、さらに詳しくは、プリント配線板に実装された第１及び第２の集積回路パッケージを含む少なくとも２つの発熱体に適用されるヒートシンクに関する。

近年、小型化及び高信頼性化が要求される電子装置として、例えばラップトップパソコンに代表される可搬型電子装置が広く市場に出回っている。この種の電子装置の高性能化を図るためには、発熱量の大きい集積回路パッケージを１つまたはそれ以上用いることが必要になる。このため、発熱量の大きい集積回路パッケージの放熱性を確保するために、集積回路パッケージをプリント配線板に実装するに際しては、ヒートシンクが使用される。

従来、強制空冷を行う手段を有するヒートシンクとして、ファン内蔵ヒートシンクが実用に供されている。複数の発熱体を有する電子装置にファン内蔵ヒートシンクを適用する場合、それぞれの発熱体にファン内蔵ヒートシンクを１台ずつ固定していた。このため、複数のファン内蔵ヒートシンクを使用することにより、信頼性の低下、騒音の増大、消費電力の増大、コストアップといった問題が生じていた。また、発熱体が小さい場合には、ヒートシンクの放熱面積が不十分となり、高発熱素子への対応が困難になるという問題も生じていた。

よって、本発明の目的は、複数の発熱体に対して使用するのに適したヒートシンクを提供することにある。

本発明によると、プリント配線板に実装された第１の発熱体及び該第１の発熱体から離間された第２の発熱体を含む少なくとも２つの発熱体に適用されるヒートシンクであって、下面及び上面を有し、該下面が上記第１及び第２の発熱体に固定され、上記上面における第１及び第２の発熱体の間であって且つ上記第１及び第２の発熱体に重ならない位置に送風領域を有し、上記上面における上記送風領域を除く部分には上記上面から突出する複数の放熱用のフィンを有するベース部材と、上記送風領域内に位置して設けられ、上記フィンを介して空気の流通を行う空冷手段とを備えたヒートシンクが提供される。

本発明において、空冷手段が位置する送風領域を第１及び第２の発熱体のほぼ中間に設けているのは、１つの空冷手段を用いて第１及び第２の発熱体の双方を強制的に冷却するためであり、また、例えばファンアセンブリからなる空冷手段の軸受温度が高くなることを防止して信頼性を向上させるためである。

本発明においては、複数の発熱体に対して１つの空冷手段が用いられているので、騒音の低減及び消費電力の低減が可能になる。また、第１及び第２の発熱体が離れて設けられている場合に、ヒートシンクの放熱面積を増大することができ、冷却性能が向上する。

本発明によると、複数の発熱体に対して使用するのに適したヒートシンクの提供が可能になるという効果が生じる。

以下、本発明の実施例を添付図面に沿って詳細に説明する。

図１は本発明の第１実施例を示すヒートシンクの斜視図、図２は図１のヒートシンクのカバーを外した状態を示す斜視図、図３は図１のヒートシンクのＡ−Ａ断面図である。このヒートシンクは、プリント配線板２に実装された集積回路パッケージ４及び６を含む少なくとも２つの発熱体に適用される。以下の説明では、発熱体が集積回路パッケージ４及び６だけであるとしているが、それ以外の発熱体がプリント配線板２に実装されている場合にも本発明のヒートシンクを適用可能である。

ベース部材８は、その下面ＢＳが集積回路パッケージ４及び６の上面に密着するように固定されている。ベース部材８は接着により集積回路パッケージ４及び６に固定されてもよいが、樹脂からなるベルトやクリッパを用いて固定されてもよい。

ベース部材８の上面ＵＳにおける集積回路パッケージ４及び６のほぼ中間には、図２によく示されるように送風領域１０が確保されている。ベース部材８は、送風領域１０を除いて上面ＵＳから突出する複数の放熱用のフィン１２を有している。

フィン１２を介して送風領域１０と外部との間の空気の流通を行うために、ファンアセンブリ１４がフィン１２に取り付けられている。この実施例では、ファンアセンブリ１４は４つのネジ１６により固定される。

ファンアセンブリ１４とベース部材との配置関係においては、図３に示す様にファンアセンブリ１４の底部とベース部材８の上面ＵＳとの間には一定のクリアランスが設けられている。この様にファンアセンブリ１４は直接ベース部材８の上面ＵＳに密着されない。つまりベース部材８の上面ＵＳからファンアセンブリ１４は浮いた状態で配置されている。

尚、符号１８はベース部材８にその上面から下面に貫通するように形成された孔を表しており、集積回路パッケージがその上面の中央に図示しないアンカーボルトを有している場合に、このアンカーボルトが孔１８を貫くようにされ、これによりベース部材８と集積回路パッケージ４及び６との密着性が確保されるようになっている。集積回路パッケージ４及び６がアンカーボルトを有していない場合には、ベース部材の孔１８は不要である。

図３は図１におけるＡ−Ａ断面図であり、空冷手段としてのファンアセンブリ１４の詳しい構成が示されている。ファンアセンブリ１４は、送風領域１０を覆うようにフィン１２に固定されるカバー２０と、カバー２０に固定されベース部材８の厚み方向にスピンドル２２を有するモータ２４と、モータ２４により回転するブレード２６と、モータ２４を駆動する駆動回路を有するプリント配線板２８とからなる。

カバー２０はその下面に円環状突起３０を有しており、この突起３０にモータ２４が固定される。

モータ２４は、円環状突起３０に圧入／固定され外周部にコイル３２を有するステータ３４と、ステータ３４に対してスピンドル２２を回転可能に支持するベアリング３６と、スピンドル２２に固定され内周壁には磁石３８が外周壁にはブレード２６が固定されるロータ４０とをさらに有する。

符号４１は駆動回路を外部と接続するためのリード線、符号４２はリングヨーク、符号４４はヨーク、符号４６はスピンドル２２に装着されるカットワッシャ、符号４８はスピンドル２２を上方に付勢するためのスプリングを示している。また、符号５０はカバー２０に設けられた空気流通用の開口を表し、符号５２は静圧差確保用の円環状突起を表す。開口５０はブレード２６の回転軌跡に沿って複数設けられている。

この実施例では、開口５０を介して外部の空気が送風領域１０内に取り入れられ、この取り入れられた空気はフィン１２に吹きつけられる。これにより強制空冷がなされる。空気流の方向が逆になるようにモータ２４の回転方向またはブレード２６の傾斜角が変更されてもよい。

この実施例によると、少なくとも２つの発熱体に対して１つのファンアセンブリにより強制空冷を行うことができるので、信頼性の向上、騒音の低減、消費電力の低減が可能になる。また、集積回路パッケージ４及び６は離間して設けられているので、これに伴ってベース部材８の放熱面積が増大し、ヒートシンクの冷却性能が向上する。

この実施例では、ファンアセンブリ１４が集積回路パッケージ４及び６の直上に位置していないので、モータ２４の温度はそれほど上昇することがなく、高い信頼性を確保することができる。

図４は本発明の第２実施例を示すヒートシンクの斜視図である。この実施例では、図１のヒートシンクを比較的大型の集積回路パッケージ４′及び６′に適用している。

集積回路パッケージ４′及び６′が比較的大型であると、これらの間の隙間はファンアセンブリ１４の幅よりも小さくなることがある。このような場合にも、ファンアセンブリ１４を集積回路パッケージ４′及び６′のほぼ中間に位置させることによって、良好な冷却特性を得ることができる。望ましくは、ファンアセンブリ１４の中央部が集積回路パッケージ４′の発熱中心と集積回路パッケージ６′の発熱中心とを結ぶ直線上のほぼ中点に位置するようにする。

尚、第１及び第２実施例におけるベース部材８の材質としては、例えば、放熱性及び加工性が良好なアルミニウムが採用可能である。

図５は本発明の第３実施例を示すヒートシンクの斜視図である。このヒートシンクは、ベース部材８が、集積回路パッケージ４及び６に密着する第１部材５４と、フィン１２を一体に有する第２部材５６との２層構造を有している点で特徴づけられる。

望ましくは、第１部材５４の熱伝導率が第２部材５６の熱伝導率よりも大きくなるようにこれらの材質が選択される。これにより、集積回路パッケージ４及び６からの熱がフィン１２のそれぞれに伝わりやすくなり、ベース部材８の均熱化が促進され、冷却性能が格段に向上する。

例えば、第１部材５４の材質として銅、銅タングステンを採用することができ、第２部材５６の材質としてアルミニウムを採用することができる。第１部材５４の材質が銅タングステンである場合、その線熱膨張係数は集積回路パッケージの材質として代表的なセラミクスの線熱膨張係数とほぼ等しいので、ベース部材と集積回路パッケージの密着性を長期間に渡り良好に保つことができる。

図６は本発明の第４実施例を示すヒートシンクの斜視図である。この実施例は、銅または銅タングステンからなる第１部材５４とアルミニウムからなる第２部材５６との間の接合技術によって特徴づけられる。

第２部材５６は少なくともその下面に図示しないニッケルメッキ層を有しており、第１部材５４及び第２部材５６はこれらの間に介在する半田層５８によってロウ付け接合される。

ロウ付けにより第１部材５４及び第２部材５６を接合した場合、接合面における伝熱ロスが小さくなるので、冷却性能が向上する。尚、ロウ付けにより比較的薄い第１部材５４に反りが生じた場合には、ロウ付けの後に第１部材５４の下面を例えば研磨により平坦にすることによって、冷却性能の低下を防止することができる。

第１部材５４及び第２部材５６の接合面積を増大するために、これらの部材に互いに噛み合う凹凸を形成してもよい。このような凹凸の例を図７の（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）に第５実施例として示す。

接合部の凹凸の断面形状は、（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）においてそれぞれ三角形、長方形及び台形である。このような凹凸を形成することにより、第１部材５４と第２部材５６の間の熱伝導性が向上するので、ヒートシンクの冷却性能が向上する。

図８は本発明の第６実施例を示すヒートシンクの斜視図、図９は図８におけるＢ−Ｂ断面図である。この実施例は、図５の第３実施例と対比して、第１部材５４が、第２部材５６の外側に突出する縁部５４Ａと、縁部５４Ａと一体の補助フィン６０とを有している点で特徴づけられる。

第２部材５６が一体に有するフィン１２は縦方向及び横方向に等ピッチで規則的に整列しており、補助フィン６０もフィン１２のピッチと同じピッチで規則的に整列している。

この実施例では、ベース部材８の長手方向の両側部に補助フィン６０が設けられているが、このことに加えてベース部材８の長手方向両端部に破線６０′で示されるように補助フィンをさらに設けてもよい。

この実施例によると、第１部材５４の冷却効果が高まるので、ヒートシンクの冷却性能が向上する。

図１０は本発明の第７実施例を示すヒートシンクの斜視図である。この実施例は、第１部材５４における集積回路パッケージ４及び６間に対応する部分５４Ａの厚みが、集積回路パッケージ４及び６に密着する部分５４Ｂの厚みよりも大きくされている点で特徴づけられる。

この実施例によると、第１部材５４の熱伝導性を向上させることができるので、ヒートシンクの冷却性能を向上させることができる。また、第１部材５４における厚い部分５４Ａの上面に窪みを形成しておき、その内部にファンアセンブリ１４のモータの一部を収容することにより、ヒートシンクを薄型にすることができる。

図１１は本発明の第８実施例を示すヒートシンクの断面図である。断面位置は、第１実施例における図３の断面位置と同じである。

この実施例は、ベース部材８がその上面から下面に貫通する通風用の孔６２を有している点で特徴づけられる。孔６２は送風領域における集積回路パッケージ４及び６間に形成される。特にこの実施例では、孔６２は、ファンアセンブリ１４のブレード２６の回転軌跡に沿って複数設けられている。

このような孔６２の存在によって、高速の風を通過させることができるので、ヒートシンクの冷却性能を向上させることができる。

図１２は本発明の第９実施例を示すヒートシンクの斜視図である。フィン１２はベース部材８の上面における縦方向（矢印６４）及び横方向（矢印６６）に規則的に配列している。特にこの実施例では、縦方向におけるフィンのピッチが横方向におけるフィンのピッチよりも大きくなるようにされている。

このようなフィンの配列を採用することによって、このヒートシンクを空気流が生じる環境で使用するときに、その空気流を効果的に利用して発熱体の冷却を行うことができる。

例えば、このヒートシンクをシステムファン等により内部に空気流が生じるようにされた装置に適用する場合には、フィンのピッチが小さい横方向（矢印６６）を装置内の空気流の方向とほぼ一致するようにする。こうすると、ファンアセンブリ１４により生じる空気流よりも通常は弱い装置内の空気流は矢印６６方向に流れ、ファンアセンブリ１４により生じる空気流は主として矢印６４方向に流れることとなり、装置内の空気流を有効に利用することができる。これにより、ヒートシンクの冷却性能が向上する。

図１３は本発明の第１０実施例を示すヒートシンクの斜視図である。この実施例は、ファンアセンブリ１４がフィン１２のほぼ全部を覆うような大きなカバー２０′を有している点で特徴づけられる。

この実施例によると、ファンアセンブリ１４によるフィン１２を介しての空気の流通速度を大きくすることができるので、ヒートシンクの冷却性能が向上する。

図１４は本発明の第１１実施例を示すヒートシンクの斜視図である。この実施例では、図１の第１実施例と同様に、ファンアセンブリ１４のカバー２０は全部のフィンのうち送風領域に近い一部のフィンを覆っている。

そして、カバー２０により覆われるフィン１２′がそれ以外のフィンよりも短くなるようにベース部材８が作製されている。この実施例によると、ファンアセンブリ１４がベース部材８における長い方のフィン１２の先端よりも突出することがないので、ヒートシンクを薄型にすることができる。よって、この実施例は図１０の第７実施例と組み合わせるのに適している。

以上説明した実施例では、発熱体が集積回路パッケージ４及び６だけであるとしたが、プリント配線板２上あるいはそれ以外の位置に他の発熱体がある場合にも本発明を適用可能である。この場合には、上記他の発熱体の位置及び形状に応じてベース部材の形状を設定し、ベース部材がその発熱体に接触するようにしておく。

本発明の第１実施例を示すヒートシンクの斜視図である。 図１のヒートシンクのカバーをとった斜視図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 本発明の第２実施例を示すヒートシンクの斜視図である。 本発明の第３実施例を示すヒートシンクの斜視図である。 本発明の第４実施例を示すヒートシンクの斜視図である。 本発明の第５実施例を示すヒートシンクの断面図である。 本発明の第６実施例を示すヒートシンクの斜視図である。 図８におけるＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第７実施例を示すヒートシンクの斜視図である。 本発明の第８実施例を示すヒートシンクの断面図である。 本発明の第９実施例を示すヒートシンクの斜視図である。 本発明の第１０実施例を示すヒートシンクの斜視図である。 本発明の第１１実施例を示すヒートシンクの斜視図である。

符号の説明

２ プリント配線板
４，６ 集積回路パッケージ
８ ベース部材
１０ 送風領域
１２ フィン
１４ ファンアセンブリ
２０ カバー

Claims (14)

1. プリント配線板に実装された第１の発熱体及び該第１の発熱体から離間された第２の発熱体を含む少なくとも２つの発熱体に適用されるヒートシンクであって、
   下面及び上面を有し、該下面が上記第１及び第２の発熱体に固定され、上記上面における第１及び第２の発熱体の間であって且つ上記第１及び第２の発熱体に重ならない位置に送風領域を有し、上記上面における上記送風領域を除く部分には上記上面から突出する複数の放熱用のフィンを有するベース部材と、
   上記送風領域内に位置して設けられ、上記フィンを介して空気の流通を行う空冷手段とを備えたヒートシンク。
2. 上記空冷手段は、
   上記送風領域を覆うように上記フィンに固定されるカバーと、
   該カバーに固定され、上記ベース部材の厚み方向にスピンドルを有するモータと、
   該モータにより回転するブレードと、
   上記モータを駆動する駆動回路とからなる請求項１に記載のヒートシンク。
3. 上記カバーはさらに上記複数のフィンのほぼ全部を覆う請求項２に記載のヒートシンク。
4. 上記ベース部材は、上記第１及び第２の発熱体が固定される第１部材と上記フィンを一体に有する第２部材とを含む多層構造を有する請求項１に記載のヒートシンク。
5. 上記第１部材の熱伝導率は上記第２部材の熱伝導率より大きい請求項４に記載のヒートシンク。
6. 上記第１部材の材質は銅及び銅タングステンから選択され、上記第２部材の材質はアルミニウムである請求項５に記載のヒートシンク。
7. 上記第２部材は少なくともその下面にニッケルメッキ層を有し、上記第１部材及び上記第２部材は半田付けにより接合される請求項６に記載のヒートシンク。
8. 上記第１部材及び上記第２部材は、接合面積を増大するための互いに噛み合う凹凸を有している請求項４に記載のヒートシンク。
9. 上記第１部材は、上記第２部材の外側に突出する縁部と、該縁部と一体の補助フィンとを有する請求項４に記載のヒートシンク。
10. 上記ベース部材は、上記上面から上記下面に貫通する通風用の孔を上記送風領域における上記第１及び第２の発熱体間に有している請求項１に記載のヒートシンク。
11. 上記第１部材における上記第１及び第２の発熱体間に重ならない位置に対応する部分の厚みは上記第１及び第２の発熱体に密着する部分の厚みよりも大きい請求項４に記載のヒートシンク。
12. 上記フィンは上記ベース部材の上面における縦方向及び横方向に規則的に整列し、該縦方向における上記フィンのピッチは該横方向における上記フィンのピッチと異なる請求項１に記載のヒートシンク。
13. 内部に空気流が生じるようにされた装置に適用される請求項１２に記載のヒートシンクであって、
    上記縦方向及び上記横方向のうち上記フィンのピッチが小さい方向が上記空気流の方向とほぼ一致するように設定されるヒートシンク。
14. 上記カバーは上記複数のフィンのうち上記送風領域に近い一部のフィンをさらに覆い、
    該カバーにより覆われるフィンの長さは該カバーにより覆われないフィンの長さよりも小さい請求項２に記載のヒートシンク。

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