JPH08195453A

JPH08195453A - 放熱板

Info

Publication number: JPH08195453A
Application number: JP7019698A
Authority: JP
Inventors: Rokuro Shimada; 六郎島田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-01-12
Filing date: 1995-01-12
Publication date: 1996-07-30

Abstract

(57)【要約】【目的】放熱ピン間の通風性を改善することにより、
放熱効率を向上させた放熱板を提供する。【構成】ベース２の一面の中央から放射する多数の仮
想線４・・・上に、所定間隔で多数の放熱ピン３を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体などの発熱体、
特に大量の熱を発生する半導体を具備した集積回路など
に好適な放熱板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年多数の半導体等を備えた素子や内部
配線を特殊な方法で１つの固体として結合した超小型電
子回路を備えたＩＣが多くなってきている。また、この
ＩＣの半導体は作動する過程で大量の熱を発生すると共
に、温度が上昇すると半導体自身の動作が不安定となる
不具合が発生する。そして、更に半導体の温度が上昇す
ると半導体が破壊してしまう。このため、半導体を冷却
する放熱板をＩＣに取り付け、放熱板と空気とを熱交換
させて半導体の熱を空気中に放出し、半導体が高温にな
り動作不安定や破壊するのを防止している。

【０００３】係る放熱板は、従来よりそれを構成するア
ルミニウムなどの金属製のベースの一面に、所定の間隔
を存して多数の薄板状フィンを設け、放熱板と空気との
接触面積を広くして放熱性能を上げているが、特に大量
の熱を発生する半導体を具備したＩＣなどに対しては、
薄板状フィンの代わりに多数の細長い放熱ピンを碁盤目
状に配置して取り付け、放熱板と空気との接触面積を更
に拡大してより大きな放熱効果を得るようにしたものが
用いられている。

【０００４】係る（後者の）放熱板の場合、従来ではそ
のベースの一面に多数の細く長い放熱ピンを切削加工し
て形成していたが、その場合はフライス盤等を用いて一
列ずつ縦横に切削しなければならず、切削に多大な手間
がかかると共に、一辺が１ｍｍ〜２ｍｍの４角で長さ１
０ｍｍ以上の長い放熱ピンを切削加工すると、切削中に
途中から曲がったり欠けたりするため、安定した加工を
実現することが困難であった。

【０００５】このため、近年では以下に述べる如くより
簡単な構成で細く長い放熱ピンを容易に形成できる方法
が開発されてきている。即ち、その場合は多数の細くて
長い穴を設けた型を樹脂で造り、この型に加熱溶融させ
たアルミニウムを流し込んでベースと同時に放熱ピンを
一体成形する。その後、上記樹脂型を所定の薬品で溶か
して取り除くことにより、ベースの一面に細く長い放熱
ピンを碁盤目状に形成した放熱板を得るものである。

【０００６】係る放熱板は上記ＩＣに交熱的に取り付け
られると共に、放熱ピンの先端には通常軸流ファン（プ
ロペラファン）が取り付けられるが、係る放熱板を空冷
して半導体を冷却する場合、放熱板に空気を吹き付けて
冷却すると加熱した空気は半導体の周囲に拡散されＩＣ
の周囲の部品がその熱で温度上昇し、動作不安定になっ
たり破壊したりする。そのため、一般的に放熱板の冷却
はその周囲の空気をベースの中央に向けて移動させ、そ
の空気を吸引して外部に放出する方法が採られる。ま
た、限られた寸法の放熱板に設けた放熱ピンは細くて長
いものを密集して配置した方が放熱板の表面積が広くな
るため、ＩＣが小型化されるに伴い、放熱ピンの密集度
は更に加速される傾向にあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ここで、前記ファンに
て空気を吸引した場合、放熱板の周囲の空気はベースの
中央に向かって流れる。即ち、吸引された空気は放熱板
のベースの中央から放射する仮想線上を、放熱ピンと熱
交換しながら逆に外から中央に向かって流れることにな
る。一方で、従来の放熱板では多数の放熱ピンがベース
の一面に碁盤目状に配置されていたため、空気の流れに
対する放熱ピンの抵抗が大きくなる。特に、前述の如く
放熱ピンの密集度が高くなると、通風性の低下によって
逆に放熱性能が低下し、或いは、頭打ちとなってしまう
と共に、騒音も大きくなる。

【０００８】また、軸流ファンによって空気を吸引する
と、空気はベースの中央に向かって渦を巻きながら流れ
るようになるので、空気抵抗は一層大きくなる問題があ
った。

【０００９】本発明は、係る従来技術の課題を対策する
ために成されたものであり、放熱ピン間の通風性を改善
することにより、放熱効率を向上させた放熱板を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】即ち、請求項１の発明の
放熱板１は、ベース２の一面に多数の放熱ピン３・・・
を設けたものであって、ベース２の中央から放射する多
数の仮想線４・・・上に、所定間隔で放熱ピン３を配置
したものである。

【００１１】請求項２の発明の放熱板１は、ベース２の
一面に多数の放熱ピン３・・・を設けたものであって、
ベース２の中央から渦状に放射する多数の仮想線４・・
・上に、所定間隔で放熱ピン３を配置したものである。

【００１２】また、請求項３の発明の放熱板１は上記各
発明において、各放熱ピン３・・・の長さに高低差をつ
けたものである。

【００１３】更に、請求項４の発明の放熱板１は前記請
求項１または請求項２の発明において、各放熱ピン３・
・・の断面形状を木の葉状とし、それぞれ仮想線４・・
・の延在方向に指向させたものである。

【００１４】

【作用】請求項１の発明の放熱板１によれば、放熱ピン
３・・・をベース２の一面の中央から放射する多数の仮
想線４・・・上に配置したので、外側からベース２の中
央へ（或いはベース２の中央から外側へ）向かう空気の
流れに沿って放熱ピン３・・・が配置されるようにな
る。従って、放熱ピン３・・間を流れる空気の通風抵抗
を著しく減少させることができ、空気流を極めてスムー
ズなものとして放熱効率を向上させることが可能とな
る。

【００１５】請求項２の発明の放熱板１によれば、放熱
ピン３・・・をベース２の一面の中央から放射する多数
の渦状の仮想線４・・・上に配置しているので、特に軸
流ファンを用いた場合に、渦を巻きながら外側からベー
ス２の中央へ（或いはベース２の中央から外側へ）向か
う空気の流れに沿って放熱ピン３・・・が配置されるよ
うになる。従って、放熱ピン３・・間を流れる空気の通
風抵抗を著しく減少させることができ、空気流を極めて
スムーズなものとして放熱効率を一層向上させることが
可能となる。

【００１６】また、請求項３の発明の放熱板１によれば
上記各発明に加えて、ベース２の一面に設けた多数の放
熱ピン３・・・の長さに高低差をつけているので、放熱
板１への空気入口（或いは出口）における放熱ピン３・
・の密度を疎とすることができ、通風性能を一層向上さ
せることができる。

【００１７】更に、請求項４の発明の放熱板１によれば
請求項１または請求項２の発明に加えて、各放熱ピン３
・・・の断面形状を木の葉状とすると共に、それぞれ放
熱ピン３・・・を仮想線４・・・の延在方向に指向させ
たので、放熱ピン３・・・に衝突する空気抵抗を更に低
減することができると共に、木の葉形状のエッジ部分か
ら効率良く放熱が行われるようになり、放熱効率をより
一層向上させることが可能となる。

【００１８】

【実施例】次に、図面に基づき本発明の実施例を詳述す
る。図１は本発明の放熱板１の正面図、図２は本発明の
放熱板１の側面図、図３は本発明の放熱板１のダイカス
ト成形金型１０の断面図をそれぞれ示している。例えば
放熱板１はＩＣ等の集積回路を具備した半導体から発生
する熱を空気中に放出して半導体を冷却するもので、ベ
ース２とベース２の一面に所定の間隔で配置した多数の
放熱ピン３・・とから構成されている。

【００１９】放熱板１のベース２は半導体の熱を吸収し
て放熱ピン３に伝達すると共に、半導体に固定するため
のもので、熱電導率が高く軽いアルミニウム等の金属で
構成されている。係る、ベース２の一面に後述する放熱
ピン３を多数設けると共に、ベース２の他面はＩＣ等の
一面に容易に取り付け可能に構成されている。そして、
ベース２にはＩＣ等に取り付けるための図示しない取付
孔が所定位置に設けられている。

【００２０】放熱ピン３はベース２の中央より放射する
多数の仮想線４・・・上に所定の間隔で多数突出して設
けられる。また、交互の仮想線４・・・に対応する放熱
ピン３・・・の長さには高低差（長い放熱ピン３Ａ、短
い放熱ピン３Ｂで示す）をつけており、長い放熱ピン３
Ａは例えば一辺が１ｍｍ〜２ｍｍの四角形（実施例では
菱形）で２０ｍｍ〜３０ｍｍの長さであり、短い放熱ピ
ン３Ｂは例えば一辺が１ｍｍ〜２ｍｍの四角形（実施例
では菱形）で１０ｍｍ〜２５ｍｍの長さである。

【００２１】次に、放熱板１の成形手順を図３で説明す
る。ダイカスト成形金型１０はキャビティ側金型１０Ａ
と、コア側金型１０Ｂとから構成され、コア側金型１０
Ｂには前記放熱板１の成形金型１１が取り付けられてい
る。そして、放熱板１の成形金型１１の放熱ピン部１３
の先端部に連通して真空室１２が設けられると共に、真
空室１２には図示しない通気性材料が設けられている。
この通気性材料は空気が容易に通過するが、放熱板１の
成形材料（アルミニウムなど）は容易に通過しない。ま
た、真空室１２の一方には図示しないリミットスイッチ
を介して図示しない真空ポンプを具備したパイプ１４が
接続されると共に、他方にはこれも図示しないリミット
スイッチを介して圧搾空気を吐出するパイプ１５が接続
されている。

【００２２】そして、放熱板１を成形する場合は、先ず
放熱板１の成形金型１１を図示しないヒータで成形可能
な温度に加熱する。次に、放熱板１の成形金型１１に放
熱板１を容易に取り出すための図示しない離型材を塗布
し、金型（キャビティ側金型１０Ａとコア側金型１０
Ｂ）を閉じる。そして、真空室１２の他方に接続したパ
イプ１５のリミットスイッチを閉じると共に、一方に接
続したパイプ１４のリミットスイッチを開いて真空ポン
プで真空室１２の空気を吸引して抜き取る。これにより
真空室１２及び放熱板１の成形金型１１内を真空にす
る。

【００２３】次に、＋６８０℃〜＋７００℃で溶かした
図示しない材料（この場合アルミニウム）を図示しない
油圧シリンダー等を用い所定の圧力を加えて成形金型１
１内に充填する。このとき、金型１１内は真空になって
いるので溶けたアルミニウム材料は容易に充填できる共
に、各放熱ピン部１３・・・は先端で真空室１２と連通
しているので、溶けたアルミニウム材料は各放熱ピン部
１３・・・の先端まで容易に流入する。また、溶けたア
ルミニウム材料は真空室１２に設けた通気性材料により
阻止され、それ以上真空室１２に流入しない。

【００２４】係るアルミニウム材料の充填が終了する
と、図示しない冷却装置でダイカスト成形金型１０を冷
却する。これにより、成形金型１１及び金型１１内の製
品（放熱板１）、ランナー部等を冷却する。そして、所
定時間冷却して金型１１内のアルミニウムが固化した状
態でダイカスト成形金型１０のキャビティ側金型１０Ａ
とコア側金型１０Ｂを開くと共に、真空ポンプを停止し
て一方のパイプ１４のリミットスイッチを閉じる。そし
て、他方のパイプ１５のリミットスイッチを開いて圧搾
空気を所定時間真空室１２に吹き込むと共に、図示しな
いエジェクターピンで金型１１より放熱板１を押出し、
放熱板１を取り出す。

【００２５】また、真空室１２に圧搾空気を吹き込むこ
とにより放熱板１の成型時に成形金型１１、特に多数の
放熱ピン部１３・・・或いは通気性材料等に付着したゴ
ミ（アルミニウム材料かす、カーボン等）を吹き飛ば
し、成形金型１１、通気性材料等にゴミが付着して目詰
まりするのを防止すると共に、放熱板１及び成形金型１
１等を冷却する。そして、成形金型１１より放熱板１を
取り出して成型時にできたバリ取り或いはベース２面と
ＩＣとの接触面の仕上げ等の所定の処理を行ない、放熱
板１を完成する。

【００２６】係るダイカスト成形金型１０によれば、従
来の如き樹脂型を使用することなく放熱板１を成形する
ことができるので、樹脂を溶かす手間もかからず、製造
コストの大幅な削減を図ることができる。

【００２７】次に、放熱板１の使用例を説明する。ま
ず、図示しない電気回路に所定のＩＣ等を取り付けると
共に、ＩＣの所定位置に放熱板１のベース２の他面を密
着して取付孔を図示しないネジで固定する。そして、吸
引型の図示しない軸流ファンを放熱板１のベース２の一
面の中央に対向させ、且つ、放熱ピン３・・と接触しな
いように放熱ピン３・・の先端と小許隙間を設けて取り
付ける。

【００２８】そして、電気回路の図示しないスイッチを
入れると半導体が作動し、熱を発生すると共に、ファン
も作動して回転し、放熱板１の周囲の空気を多数の放熱
ピン３・・・を介して吸引する。吸引された空気は放熱
板１の外側からベース２の中央に向かって流入するが、
このとき放熱ピン３・・・はベース２の一面の中央から
放射する多数の仮想線４・・・上に配置されているの
で、係る空気の流れに沿って放熱ピン３・・・が配置さ
れることになる。

【００２９】従って、放熱ピン３・・間を流れる空気の
通風抵抗が著しく減少し、空気流が極めてスムーズなも
のとなって半導体からの熱が円滑に発散されるようにな
るので、温度上昇による半導体の作動不安定や破損等の
不具合を阻止することができる。

【００３０】特に、図１の場合空気流の入口となるベー
ス２の外周部分では放熱ピン３・・の密度が疎となると
共に、放熱ピン３・・には交互に高低差を付けられてい
るので（放熱ピン３Ａ、３Ｂ）、空気流の出口の放熱ピ
ン３・・の密度も疎となる。従って、放熱板１に空気が
入り易く或いは出易くなるので、その通風性能を一層向
上させることができる。

【００３１】次に、図４乃至図６ではベース２の中央か
ら渦状（右巻き或いは左巻き）に放射した多数の仮想線
４・・・上に、断面形状を木の葉状とした多数の放熱ピ
ン３・・・を設けている。そして、各放熱ピン３・・・
を仮想線４・・・の延在方向に指向させると共に、交互
の仮想線４・・に対応する放熱ピン３・・に高低差（長
いものを放熱ピン３Ａ、短いものを放熱ピン３Ｂで示
す）をつけている。

【００３２】ここで、上記軸流ファンが回転すると、実
際にはその回転に沿って空気が渦状に吸引されるが、本
発明では放熱ピン３・・・をベース２の一面の中央から
放射する多数の渦状の仮想線４・・・上に配置している
ので、前述の如く渦を巻きながら外側からベース２の中
央へ向かう空気の流れに沿って放熱ピン３・・・が配置
されることになる。従って、放熱ピン３・・間を流れる
空気の通風抵抗が著しく減少し、空気流を極めてスムー
ズなものとして放熱効率を一層向上させ、且つ、騒音も
低減させることが可能となる。

【００３３】特に、各放熱ピン３・・・の断面形状を木
の葉状とし、それぞれ放熱ピン３・・・を仮想線４・・
・の延在方向に指向させたので、放熱ピン３・・・に衝
突する空気抵抗を更に低減することができると共に、木
の葉形状のエッジ部分から効率良く放熱が行われるよう
になり、放熱効率をより一層向上させることが可能とな
る。

【００３４】また、図７、図８に示す如く放熱ピン３
を、ベース２の一面の中央から放射する多数の仮想線４
・・・上に配置して設けた多数の長い放熱ピン３Ａ・・
・と、放射した放熱ピン３Ａの外側の粗の部分の間に設
けた円柱形状（この場合４角でもよい）の短い放熱ピン
３Ｃ・・・とから構成しても良い。この場合は図１より
放熱ピン３・・・が密となり、更に放熱板１の放熱面積
が増大する。

【００３５】更に、上記実施例ではベース２の一面の中
央から放射する仮想線４・・・上に多数の放熱ピン３・
・・を配置して設けると共に、交互の仮想線４・・・に
対応する放熱ピン３に高低差をつけたが、それに限ら
ず、図９に示す如くベース２の中央部の放熱ピン３を低
くして通風抵抗を低くし、外周部を高く構成しても良
い。更に、図１０に示す如くベース２の中央部の放熱ピ
ン３を高くすると共に、外周部を低くして通風抵抗を低
くしても良い。

【００３６】尚、実施例では放熱ピン３・・・を四角
（菱形）、丸或いは木の葉状に形成したが、それに限ら
ず、三角形、星形或いは多角形等に形成しても本発明は
有効である。また、実施例では吸引型の軸流ファンを用
いた場合について説明したが、吐出型の軸流ファンであ
っても本発明は有効である。更に、実施例では放熱板１
のベース２の一面の中央に対向して軸流ファンを放熱ピ
ン３と接触しないように設けたが、これに限らず、放熱
板１の一面（放熱ピン３側）に、図示しないファン取付
孔を設け、この取付孔に小型のファンを取り付けて放熱
板１とファンとを一体化したものでも本発明は有効であ
る。

【００３７】また、実施例ではファンによる強制空冷の
みについて説明したが、空気の自然対流による放熱であ
っても、空気流が円滑化されて放熱性能の向上が期待で
きることは云うまでもない。更に、実施例では半導体の
放熱に本発明の放熱板１を適用したが、他のブレーキな
どの如何なる発熱体にも本発明は有効である。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述した如く請求項１の発明によれ
ば、放熱ピンをベースの一面の中央から放射する多数の
仮想線上に配置したので、外側からベースの中央へ（或
いはベースの中央から外側へ）向かう空気の流れに沿っ
て放熱ピンが配置されるようになる。従って、放熱ピン
間を流れる空気の通風抵抗を著しく減少させることがで
き、空気流を極めてスムーズなものとして放熱効率を向
上させることが可能となる。

【００３９】請求項２の発明によれば、放熱ピンをベー
スの一面の中央から放射する多数の渦状の仮想線上に配
置しているので、特に軸流ファンを用いた場合に、渦を
巻きながら外側からベースの中央へ（或いはベースの中
央から外側へ）向かう空気の流れに沿って放熱ピンが配
置されるようになる。従って、放熱ピン間を流れる空気
の通風抵抗を著しく減少させることができ、空気流を極
めてスムーズなものとして放熱効率を一層向上させるこ
とが可能となる。

【００４０】また、請求項３の発明によれば上記各発明
に加えて、ベースの一面に設けた多数の放熱ピンの長さ
に高低差をつけているので、放熱板への空気入口（或い
は出口）における放熱ピンの密度を疎とすることがで
き、通風性能を一層向上させることができる。

【００４１】更に、請求項４の発明によれば請求項１ま
たは請求項２の発明に加えて、各放熱ピンの断面形状を
木の葉状とすると共に、それぞれ放熱ピンを仮想線の延
在方向に指向させたので、放熱ピンに衝突する空気抵抗
を更に低減することができると共に、木の葉形状のエッ
ジ部分から効率良く放熱が行われるようになり、放熱効
率をより一層向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放熱板の正面図である。

【図２】本発明の放熱板の側面図である。

【図３】本発明の放熱板の成形金型の断面図である。

【図４】木の葉状の放熱ピンを渦状に配置した放熱板の
正面図である。

【図５】図４の木の葉状の放熱ピンを逆の渦状に配置し
た放熱板の正面図である。

【図６】図４、図５の放熱板の側面図である。

【図７】放熱ピンの外方の粗の部分に放熱ピンを設けた
放熱板の正面図である。

【図８】図７の放熱板の側面図である。

【図９】外周の放熱ピンを高く中央を低くした放熱板の
側面図である。

【図１０】外周の放熱ピンを低く中央を高くした放熱板
の側面図である。

【符号の説明】

１放熱板２ベース３放熱ピン４仮想線１０ダイカスト成形金型１２真空室１３放熱ピン部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベースの一面に多数の放熱ピンを設けた
放熱板において、前記ベースの中央から放射する多数の仮想線上に、所定
間隔で前記放熱ピンを配置したことを特徴とする放熱
板。
【請求項２】ベースの一面に多数の放熱ピンを設けた
放熱板において、前記ベースの中央から渦状に放射する多数の仮想線上
に、所定間隔で前記放熱ピンを配置したことを特徴とす
る放熱板。
【請求項３】各放熱ピンの長さに高低差をつけたこと
を特徴とする請求項１または請求項２の放熱板。
【請求項４】各放熱ピンの断面形状を木の葉状とし、
それぞれ仮想線の延在方向に指向させたことを特徴とす
る請求項１または請求項２の放熱板。