JPH08320194A

JPH08320194A - Ｌｓｉパッケージ冷却用コルゲート型放熱フィン

Info

Publication number: JPH08320194A
Application number: JP7211896A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Kojima; 正康小嶋; Chihiro Hayashi; 千博林; Tetsuo Abiko; 哲男安孫子; Keiji Miki; 啓治三木
Original assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Precision Products Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-10-03
Filing date: 1995-08-21
Publication date: 1996-12-03
Anticipated expiration: 2015-08-21
Also published as: EP0706212A3; KR100294873B1; KR960016667A; EP1028461A1; EP1011140A2; EP1011140A3; US5625229A; JP3158983B2; TW371792B; EP0706212A2

Abstract

(57)【要約】【目的】ＩＣの発熱量の増加、および電子機器の小型
軽量化かつ生産性向上に対応した送風方向の選択の自由
度が大きい放熱フィンを提供する。【構成】側壁部と頂部と底部との繰り返しからなる凹
凸形状の薄板製の放熱部材と平板状底板とを接合して一
体化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩパッケージ冷却
用の放熱フィンに関するもので、具体的には軽量かつ生
産性に優れ、さらに冷却用空気の吹き付け方向を広範囲
に選定し得る放熱フィンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩパッケージは、ＩＣチップを気密
封着した最も基本的なエレクトロニクスデバイスであ
る。ＩＣの集積度が向上するにつれ発熱量が増大し、こ
の熱によってＩＣが誤動作したり、パッケージの気密性
が失われるなどの重大なトラブルが生ずる。これを防止
するためには、ＩＣで発生する熱をパッケージの外部に
速やかに逃がす必要があり、放熱フィン付のパッケージ
が使用される。

【０００３】図８は、セラミックス製のピングリッドア
レイ型のＬＳＩパッケージ２に、放熱フィン３を取り付
けた例を示す。ＩＣチップ１は伝熱基板12の上に接合さ
れ、額縁状のセラミックス板９、10および金属製のリッ
ド13で構成された気密空間14に収納されている。伝熱基
板12とセラミックス板10、リッド13とセラミックス板９
はロウ付け等の方法で接合され、セラミックス板９と10
との合わせ面はガラス層で封着される。セラミックス板
９に差し込まれた多数のピン11とＩＣチップ１は、ワイ
ヤ７およびセラミックス板10の表面10a に描かれた導電
回路( 図示せず) を介して電気的に接続されている。

【０００４】伝熱基板12の材質は、熱伝導率が大きく、
かつＩＣチップ１との線膨張率の差が小さいものが選定
され、例えば銅を含浸させたタングステンなどが用いら
れる。ＩＣチップ１で発生した熱は伝熱基板12を通って
放熱フィン３に伝わり、ファンでこの放熱フィンに空気
を吹き付けることによって外部に放散される。

【０００５】放熱フィン３は、熱伝導性が優れているこ
と、軽量であること、経済的であることなどの理由によ
り、純アルミニウムあるいはアルミニウム合金で製作さ
れる。放熱フィンには種々の形状のものが用いられてい
るが、ここではその代表例としてチャンネル型放熱フィ
ン (以下、チャンネルフィン) とピン型放熱フィン (以
下、ピンフィン) について説明する。

【０００６】図９にチャンネルフィン８の形状を示す。
図９(イ) は平面図、同(ロ) は正面図である。チャンネル
フィン８は、平行配列した多数の放熱板8aが矩形状の底
板部8bに垂直に立った形状である。チャンネルフィン８
は塑性加工の一種である熱間押出加工あるいは切削加工
で製造されている。

【０００７】図10は熱間押出加工法の説明図であり、コ
ンテナ25に装入された加熱ビレット16を押金17で加圧
し、図９(ロ) に示す形状のダイス孔20を有する押出しダ
イス18から長尺の半製品19を押出し、これを長さW₂に切
断してチャンネルフィン８を得る。

【０００８】図11は、切削加工の一例としてフライスに
よる加工状況を示し、アルミニウムあるいはアルミニウ
ム合金製のブロック状素材22に所定数の円盤状カッター
21で溝23を切削し、その深さを徐々に増加させて図９の
チャンネルフィン８を得る。

【０００９】図12はピンフィン15の形状の説明図であ
り、図12(イ) は平面図、図12(ロ) は側面図、図12(ハ) は
正面図である。ピンフィン15は、多数の棒状の放熱ピン
15ａが矩形状の底板部15b に垂直に林立した形状であ
る。ピンフィン15は塑性加工法あるいは切削加工法で製
作されている。塑性加工でピンフィン15を製造する方法
としては、例えば特開昭51−12370 号公報に開示されて
いる冷間鍛造法がある。この場合には素材の冷間加工性
が良いことが条件となるので、一般に純アルミニウムが
用いられる。

【００１０】図13は冷間鍛造法の一例を示す説明図であ
る。図13(イ) は素材ブロック31を鍛造ダイス32の凹部32
b に周囲を拘束した状態でセットした状態を示す。凹部
32bの平面寸法はピンフィン底板部15b の平面寸法W₁、W
₂と同一である。鍛造ダイス32には、放熱ピン15ａの太
さと同一内径のダイス穴32ａが所定ピッチで設けられて
いる。ダイス穴32ａの所定深さの位置にはノックアウト
ピン33がセットされている。上方からポンチ34を降下せ
しめ、図13(ロ) に示すように素材31の厚さを減少させる
と同時に材料をすべてのダイス穴32ａの中に押出して充
満させる。ダイス上に残った板状部35ｂがピンフィンの
底板部15ｂとなり、ダイス穴内の材料35ａが放熱ピン15
ａとなる。ポンチ34を上昇させた後、ノックアウトピン
33を突き上げて製品を取り出す。

【００１１】図14は、切削加工の一例としてフライス加
工での加工状況を示す。まず、図14(イ) に示すように、
アルミニウムあるいはアルミニウム合金製のブロック状
素材22に所定数の円盤状カッタ21で一方向の溝23を切削
し、次いで同(ロ) に示すように、所定数の円盤状カッタ
21' で溝23と直交する方向の溝23' を切削する。このよ
うな二方向の切削を繰り返して徐々に溝23、23' の深さ
を増加させ、最終的に図12に示すようなピンフィンを形
成する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ここに、図15は、放熱
フィン付きのＬＳＩパッケージ２が他の電子部品ととも
にプリント基板４に実装され、これを多層に組み立てて
電子機器内に収納される様子を示す略式説明図である。

【００１３】電子機器の小型軽量化の観点から、放熱フ
ィンは軽量かつファンによる空冷が容易であることが要
求される。放熱フィンの軽量化は、単なる機器の重量が
低減するというばかりでなく、次の２つの重要な価値が
ある。

【００１４】第１は、これからのＬＳＩパッケージの主
流となるボールグリッドアレイ型のＬＳＩパッケージに
おいては軟質の半田ボールが用いられるので、その変形
を防止するために軽量の放熱フィンが必要となることで
ある。

【００１５】第２は、振動状態での放熱フィンの慣性力
が小さくなるために、ＬＳＩパッケージへの放熱フィン
の接合をボルト締めなどの繁雑な方法ではなく、簡単な
接着で行えることである。また、空冷の容易さに関して
は、ファンとプリント基板上でのＬＳＩパッケージの位
置関係の制約から、どの方向からの空気流に対しても冷
却が効果的に行えることが望ましい。

【００１６】以上の観点から、上記チャンネルフィン、
ピンフィンが抱える問題点について説明する。チャンネ
ルフィンに関しては、２つの問題点がある。

【００１７】第１は、加工技術上の制約から重量が大き
くなることである。図10に示す押出加工においては、押
出しの難しさから、図９における放熱板8aの厚さｔおよ
び底板部8bの厚さＴを２mm以下にすることが困難であ
る。放熱板8aの間隔 gについては、ダイスの強度上の制
約から高さh の1/5 以下にすることは難しく、しかも4m
m 程度が下限とされている。また、図11に示す切削加工
法においては、カッタ21からの加工力による変形の防止
と加工能率の兼ね合いから、放熱板8aの厚さｔおよび底
板部8bの厚さT を1.5mm 以下にすることが難しい。ま
た、切削工具の強度と寿命の問題から間隔ｇを２mm以下
にすることは量産では難しい。

【００１８】このような制約条件下で放熱板8aの数を増
加させて所定の放熱面積 (全放熱板の表面積) を確保し
ようとすれば、いきおいチャンネルフィンの重量がかさ
んでしまう。

【００１９】チャンネルフィンの第２の問題点は、冷却
のための空気の流し方が限定されることである。すなわ
ち、チャンネルフィン８においては、図９に矢印Ａで示
す方向、すなわち放熱板8aに平行な方向にファンで空気
を流す必要がある。ところが、ファンとプリント基板上
でのチャンネルフィンの位置関係によっては前記矢印Ａ
の方向に空気流を形成することができず、図９に矢印Ｂ
で示す斜め方向から空気を吹き付けざるを得ないことが
ある。放熱板8aの長手方向との角度θが増加するととも
に端部の放熱板が空気流を遮るようになるので、冷却性
能が急速に低下してしまう。本発明者の経験によれば、
θがおよそ15°以上になると本来の冷却性能が発揮でき
なくなる。すなわち、チャンネルフィンには方向性があ
り、プリント基板上でのチャンネルフィンの位置とその
向きに応じてファンの位置を変えて設置しなければなら
ず、プリント基板上でのレイアウト設計が複雑化してし
まう。

【００２０】次に、ピンフィンの問題点について説明す
る。図12に示すように、ピンフィン15においては、放熱
ピン15ａの間隙を空気が流れるので、底板部15b に平行
なあらゆる方向からの空気流に対して同時に冷却性能が
得られる。すなわち、ピンフィンはその冷却性能に方向
性を有しないことが特徴であり、チャンネルフィンの前
述の第２の問題点を回避できる。しかしながら、重量の
問題は解消できない。図13に示す冷間鍛造法において
は、鍛造の難しさから放熱ピンの太さd₁(d₂)を２mm以下
に、間隔g₁(g₂)を２mm以下にすることは困難である。し
かも、図16に示すようなひけ36がダイス穴32ａに対応し
た位置に発生しないようにするためには、底板部35ｂの
厚さを３mm以上にする必要がある。剛性の面から底板部
15b の厚さＴは１mm程度で十分であるので、鍛造ままで
製品にする場合には底板部が不必要に厚くなってしま
う。厚さＴが３mm以下の場合には、鍛造後の切削加工が
必要となり、コストが上昇する。

【００２１】図14に示す切削加工法では、放熱ピンとな
る部位がカッターの切削力によって曲がることを防止す
るためにはその太さd₁(d₂)を２mm以上にする必要があ
る。また、底板部15b の変形の問題から、その厚さＴを
1.5mm 以下にすることは難しい。このような制約条件下
で放熱ピン15ａの数を増加させて放熱面積 (全放熱ピン
の表面積) を確保しようとすれば、いきおいピンフィン
の重量がかさんでしまう。

【００２２】ＩＣの発熱量が増加の一途をたどる中で放
熱フィンの必要性はますます高まっており、しかも電子
機器の小型軽量化に対応して行かねばならない。したが
って、本発明の目的は、そのような要求を満足できる、
軽量で生産能率に優れかつ冷却のための送風方向の選択
の自由度が大きい放熱フィンを提供することである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は以上の状況に鑑
みてなされたものであり、その要旨とするところは、次
の通りである。

【００２４】(1) 側壁部と頂部と底部との繰り返しから
なる凹凸形状の薄板製の放熱部材と平板状底板とを接合
して一体化したことを特徴とするＬＳＩパッケージ冷却
用コルゲート型放熱フィン。 (2) 前記放熱部材の側壁部または側壁部と頂部とに開口
部を設けたことを特徴とする上記(1) 記載のＬＳＩパッ
ケージ冷却用コルゲート型放熱フィン。

【００２５】このように本発明の本質的特徴は、金属薄
板をプレス加工することによって製造できる立体的表面
を有した放熱部材と、平板状底板とを接合一体化して放
熱フィンとなすことで、従来のチャンネルフィンやピン
フィンと比較して、軽量、かつ製造能率 (工程簡便、コ
スト小) が高い放熱フィンが製造できるという優位性が
あり、さらにこの立体的表面に後述する小孔あるいはラ
ンス孔などの開口部を設けることで冷却エアの風向きに
よって冷却性能が大きく変化しないようにすることも可
能である。

【００２６】本発明の態様は、次の通りである。 (1) 前記側壁部、頂部そして底部を、波板状に列設する
ことによってLSI パッケージ冷却用コルゲート型放熱フ
ィンを構成する。

【００２７】(2) 前記側壁部、頂部そして底部を列設方
向に対してある角度でピッチでジグザグに配置すること
によってLSI パッケージ冷却用コルゲート型放熱フィン
を構成する。

【００２８】(3) 上記(2) において側壁部に凹部と凸部
を設け、それらの境界にランス開口部を設けるととも
に、前記側壁部を、列設方向において繰り返し凹凸状を
なすようにジグザグに配置することによってLSI パッケ
ージ冷却用コルゲート型放熱フィンを構成する。

【００２９】(4) 前記側壁部、頂部および底部から成る
組合せ単位を２以上所定のパターンで配置することによ
ってLSI パッケージ冷却用コルゲート型放熱フィンを構
成する。

【００３０】(5) 上記(1) ないし(3) において前記側壁
部にあるいは側壁部と頂部とに、好ましくは繰り返し模
様に配置した小孔を設けることによってLSI パッケージ
冷却用コルゲート型放熱フィンを構成する。

【００３１】

【作用】本発明の作用は次の通りである。まず、従来の
チャンネルフィンあるいはピンフィンにおいて軽量化が
達成できない根本的原因が放熱部 (放熱板あるいは放熱
ピン) と底板部を一体品で製造しようとすることにある
と考え、本発明にあっては別々に準備した放熱部材と平
板状底板部を接合一体化する手法を採用するのである。

【００３２】また、本発明にあっては接合のための組立
工程を簡単化するために、放熱部材を一体品で製作する
ことが望ましい。さらに、一体放熱部材を軽量化するた
めに、薄厚のアルミニウムあるいはアルミニウム合金板
のプレス加工で製作するようにし、広範囲の風向きに対
して冷却性能を良好にするために、放熱部材に冷却のた
めの空気流が貫通しうる開口部を設けることにしたので
ある。

【００３３】以下、本発明にかかるコルゲート型放熱フ
ィン (以下、放熱フィンという) の上述のような作用を
発揮する具体的構成について添付図面を参照しながら説
明する。図１は、本発明にかかる放熱フィンの一例を示
し、図１(イ) は斜視図、図１(ロ) はその部分拡大図であ
る。

【００３４】図示のように、本発明にかかる放熱フィン
90は、波板状の放熱部材91と底板42から成る。放熱部材
91は、図１(ロ) に示すように、断面において側壁部91a
、頂部91c 、底部91b の繰り返しからなる凹凸状の薄
板から構成され、底部91b と底板42が接合されている。
底板42からの熱を効率的に放熱部材91に伝える必要があ
るので、すべての底部91b と底板42が接合一体化されて
いることが好ましい。接合方法としては、ろう付けある
いは半田付けなどが推奨される。ろう付けの場合には、
底部91b と接する側の面にろうを有するブレージングシ
ートを底板42として用いるか、底板42と接する側の面に
ろうを有するブレージングシートを放熱部材91の素材と
して用いればよい。

【００３５】放熱部材91は厚さt のアルミニウムあるい
はアルミニウム合金板をプレス曲げ加工したものであ
り、切削加工は全く不要である。厚さt は任意に小さく
できるが、放熱部材91の剛性を考慮すれば0.2 〜0.4mm
程度が実用的である。開放流路94における側壁部91ａの
間隔ｇ、トンネル状流路95における側壁部91ａの間隔
ｇ’は、冷却のための空気がトンネル状流路９５および
開放流路94を流れる際の圧損と曲げ加工の容易さを考慮
すれば、少なくとも厚さt の５〜10倍程度にするのが実
用的である。

【００３６】側壁部91a の高さh に関しては、底部91b
から離れるにつれて側壁部91a の温度が低下して放熱に
寄与しなくなるので、厚さｔの50倍以下で十分である。

【００３７】放熱フィン90は、頂部91c を除けば、図９
のチャンネルフィン８と類似の形状であり、側壁部91a
がチャンネルフィンの放熱板8aに相当する。上述のよう
に、側壁部91a の厚さt はチャンネルフィン８の放熱板
8aの厚さt よりもはるかに薄くできる。また、底板42の
厚さＴも加工上の問題がないのでチャンネルフィンの底
板部8bの厚さＴより薄くすることができる。その結果、
放熱フィン90はチャンネルフィン８と比較して著しく軽
量化できる。

【００３８】図２は、本発明にかかる放熱フィンの別の
例を示し、図２(イ) は平面図、図２(ロ) は側面図、図２
(ハ) は正面図である。図から分かるように、放熱フィン
100 は波板状の放熱部材101 と底板42からなる。放熱部
材101 は、側壁部101a、頂部101c、底部101bの繰り返し
から成る凹凸状の薄型製があり、厚さt のアルミニウム
あるいはアルミニウム合金板をプレス曲げ加工すると同
時に、側壁部101a、頂部101c、底部101bを長手方向に角
度φ、ピッチωでジグザグ状に屈曲させたものである。
この点を除けば、放熱部材101の厚さt 、側壁部101aの
高さh と間隔g 、g'、底板42の厚さＴ、放熱部材101 と
底板42の接合については図１の放熱フィン90と同様であ
る。

【００３９】このように側壁部101a、頂部101c、底部10
1bを屈曲させる目的は２つある。第１の目的は、側壁部
101aの長さを大きくできるので放熱面積が増加すること
であり、またトンネル状流路105 、開放流路104 も屈曲
することになり、各流路内での空気の流れが乱流状態と
なって温度境界層が形成されにくくなり、冷却性能が向
上することである。第２の目的は、図２に矢印Ｍで示す
方向の曲げに対して変形しにくくなり、放熱フィン100
の剛性が大きくなることである。しかしながら、角度φ
が大きくなるにつれて、トンネル状流路105 、開放流路
104 を空気が通過する際の圧損が大きくなるという欠点
もある。また、φが大きくなるほど加工自体が難しくな
るので、φの範囲としては15〜45度が実用的である。

【００４０】図３は、本発明の放熱フィンの実施態様の
別の例を示し、図３(イ) は平面図、(ロ) は側面図、(ハ)
は正面図である。図示のように、放熱フィン40は図１の
場合と同様に波板状の放熱部材41と底板42からなり、放
熱部材41は、側壁部41a 、頂部41c 、底部41b の繰り返
しで構成される。図１の放熱フィン90との違いは、側壁
部41a 、頂部41c に開口部としての小孔43があけられて
いることである。小孔43は、冷却のための空気の出入口
となるものである。このような放熱部材41を製造するに
は、あらかじめ小孔を明けた薄板をプレス加工すればよ
い。小孔43の形状は任意に選定できるが、孔明け加工の
容易さを考慮すれば円形が好ましい。また、小孔43の配
置については均一かつ規則性をもたせておけば十分であ
る。小孔43を有することを除けば、放熱部材41の厚さ
ｔ、開放流路44、トンネル状流路45のそれぞれにおける
側壁部41a の高さh と間隔g 、g'、底板42の厚さＴ、放
熱部材41と底板42の接合については図１の放熱フィン90
の場合と同様である。

【００４１】図４は、本発明の放熱フィンの実施態様の
別の例を示し、図４(イ) は平面図、図４(ロ) は側面図、
図４(ハ) は正面図である。放熱フィン50は波板状の放熱
部材51と底板42からなり、放熱部材51は側壁部51a 、頂
部51c 、底部51b の繰り返しで構成され、それらは開放
流路54およびトンネル状流路55を構成するとともに、長
手方向に角度φ、ピッチωがジグザグ状に屈曲してい
る。図２の放熱フィン100 との違いは、側壁部51a 、頂
部51c に小孔43が明けられていることである。

【００４２】図５は、本発明の放熱フィンの実施態様の
別の例を示し、図５ (イ) は斜視図、図５ (ロ) は平面
図、図５ (ハ) は側面図、図５ (ニ) は正面図である。
放熱フィン60は波板状の放熱部材61と底板42からなり、
放熱部材61は、側壁部61a 、頂部61c 、底部61b の繰り
返しから成る凹凸形状の薄板で構成される。図示例でも
図２と同様に１種のジグザグ状に屈曲しているが、特に
図５の態様では、側壁部61a には長手方向に凸部60a-1
、凹部60a-2 が交互に設けられ、凸部60a-1 と凹部60a
-2 の境目の側壁部に開口部としてのランス孔63が設け
られている。ランス孔63は、冷却のための空気の出入り
口となるものである。放熱部材61は厚さｔのアルミニウ
ムあるいはアルミニウム合金板をプレス加工したもの
で、そのときランス孔63も同時に形成される。放熱部材
61の厚さt 、側壁部61a の高さh 、開放流路64、トンネ
ル状流路65の間隔g 、g'、底板42の厚さＴ、放熱部材61
と底板42の接合については図１の放熱フィン90の場合と
同様である。ランス孔63のオフセット量ｆについては後
述する。

【００４３】図６は、本発明の放熱フィンの別の実施態
様を示し、図６(イ) は平面図、(ロ)は側面図、(ハ) は正
面図である。図６の態様が図５と異なる点は、放熱フィ
ン70の放熱部材71の側壁部71ａおよび頂部71c に小孔43
を設けてあることである。

【００４４】図７は、本発明の放熱フィンのさらに別の
実施態様を示し、図７(イ) は平面図、図７(ロ) は側面
図、図７(ハ) は正面図である。放熱フィン80は放熱部材
81と底板42からなる。放熱部材81は、多数の側壁部82
ａ、頂部82ｃおよび底部82ｂの繰り返しから成る凹凸形
状の薄板から構成され、厚さｔのアルミニウムあるいは
アルミニウム合金板をプレス加工して製造される。側壁
部82a と頂部82c と底部82ｂとから成る山部82は所定の
パターンで配置されており、放熱フィン80もコルゲート
型放熱フィンの１種である。山部82には空気の通路とな
るトンネル状流路85が設けられており、各列の山部82の
間には開放流路84が設けられている。山部82の幅d'につ
いては、トンネル状流路85を通過する空気流の圧損を考
慮すれば、小さい方が好ましい。しかし、幅d'が小さす
ぎると山部82の加工が難しくなるので、幅ｄは山部82の
長さｌの1/2 〜1/5 程度にするのが実用的である。

【００４５】図７において矢印Ａで示す方向からの空気
流は、トンネル状流路85を次々に通過していく。図７に
おいては山部82が千鳥状に配置されているので、一つの
山部82のトンネル状流路85を通過した空気が次の山部82
の端部82' に衝突し、いわゆる前縁効果によって冷却が
効果的に進む。また、山部82の両側には、図７(イ) に矢
印Ｃで示す方向からの空気を通過させるための開放流路
84が設けられている。開放流路84の幅ｄは、山部82の幅
d'と同程度でよい。放熱部材81の厚さｔ、底板42の厚さ
Ｔ、放熱部材81と底板42の接合については図１の放熱フ
ィン90の場合と同様である。

【００４６】なお、図１〜図７は本発明の実施態様をい
くつか例示したに過ぎず、放熱部材を立体形状となし、
底板との接合によって組立てられ、冷却のための空気の
流通を容易ならしめるように工夫されたものであれば他
の形状であっても差し支えない。

【００４７】図１〜図７の実施態様から明らかなよう
に、放熱部材の厚さｔを極めて薄くできるので、本発明
の放熱フィンの重量は、チャンネルフィンあるいはピン
フィンと比較して飛躍的に軽くすることができる。ま
た、薄板のプレス加工で製作した放熱部材と底板を接合
するだけで放熱フィンが製造できるので、極めて能率的
に大量生産することが可能である。

【００４８】次に、本発明の放熱フィンの冷却性能につ
いて説明する。図１の放熱フィン90、図２の放熱フィン
100 においては、冷却のための空気を矢印Ａで示す方向
から流さざるを得ないので、図９のチャンネルフィン８
と同様に方向性を有することになる。これに対して、図
３〜図７の放熱フィン40、50、60、70、80は冷却のため
の空気流の方向を広範囲に選定しうる。

【００４９】図３の放熱フィン40においては、トンネル
状流路45の端部46、開放流路44の端部47および小孔43が
冷却のための空気流の入口となる。矢印Ａの方向からの
空気流はトンネル状流路45の端部46、開放流路44の端部
47から入る。矢印Ｂで示す斜め方向からの空気流の場合
には、角度θが大きくなるにつれてトンネル状流路45の
端部46、開放流路44の端部47からは入りにくくなる。一
方、θが大きくなるにつれて側壁部41a の小孔43から空
気流が入り易くなる。

【００５０】側壁部41a の小孔43は空気流の入口になる
ばかりでなく、開放流路44への出口にもなる。すなわ
ち、θが増加しても側壁部41a を通過する空気の量は減
少しにくく、冷却性能の劣化が抑制される。なお、頂部
41c の小孔43には、トンネル状流路45内で温度上昇した
空気が抜けるという補助的な効果がある。

【００５１】ところで、小孔43が占める面積が多いほど
側壁部41ａを空気が通過し易くなるが、逆に側壁部41ａ
の放熱面積が減少する。したがって、側壁部41ａ、好ま
しくは側壁部41a および頂部41c の合計面積に占める全
小孔43の占有面積の比率には最適値がある。本発明者ら
の実験によれば、この最適値は10〜70％の範囲にある。
小孔43の形状については特に制約はなく、繰り返し述べ
るが、孔明け加工の容易さを考慮すれば円形が好まし
い。また、その直径は、空気の入り易さを考慮して上記
占有面積比率に反比例して選定する。すなわち、占有面
積比率が小さい場合には小孔を大きく、逆に占有面積比
率が大きい場合には小孔を小さくできる。ただし、孔明
け加工の容易さを考慮すれば、直径１mm程度が下限であ
る。一般には直径1.0 〜8.0mm であれば十分である。

【００５２】図４の放熱フィン50においては、トンネル
状流路55の端部53、開放流路54の端部56および小孔43が
冷却のための空気流の入口となる。冷却性能の点で図２
の放熱フィン100 と異なる２点は次の２つである。

【００５３】第１は、矢印Ａの方向からの空気流が側壁
部51a に当たるため、トンネル状流路55と開放流路54の
間で小孔43を通って相互に空気流が出入りし、冷却が効
率的に進むことである。

【００５４】第２は、図４に矢印Ｂで示す斜め方向から
の空気流を側壁部51a の凹部52がこれを捕らえる役割を
果たし、空気流が小孔43から入り易くなることである。
なお、角度φについては図２の放熱フィン100 と同様で
あり、小孔43の占有面積や大きさに関しては図３の放熱
フィン40の場合と同様である。

【００５５】図５の放熱フィン60においては、トンネル
状流路65の端部67、開放流路64の端部66およびランス孔
63が冷却のための空気流の入口となる。側壁部の凸部60
a-1と凹部60a-2 の段差、すなわちランス孔63のオフセ
ット量ｆは、開放流路64およびトンネル状流路65の間の
空気の出入りを均等にするために、開放流路64へせり出
した側壁部61a が開放流路64の幅中央付近に位置するよ
うに設定するのが良い。

【００５６】本発明者らの実験によれば、α [＝(f-t)/
(g-t)]が0.3 〜0.7 になるようにオフセット量ｆを選定
することが望ましい。ランス孔63の間のピッチｂ(b')に
ついては、側壁部61ａの間隔ｇ(g')との比を考慮する必
要がある。すなわち、間隔ｇ(g')が小さい場合にはラン
ス孔63から空気が入りにくいので、ピッチｂ(b')を小さ
くしてランス孔63の数を増やしてやらねばならない。本
発明者らの実験によれば、ピッチｂ(b')は間隔ｇ、g'の
いずれか小さい方の３倍以下に選定することが好まし
い。

【００５７】なお、前記放熱フィン40、50における小孔
43は側壁部41ａ、51ａの放熱面積を減少させるが、放熱
フィン60におけるランス孔63は側壁部61ａの放熱面積に
無関係である点が特徴である。ランス孔63には３つの冷
却効果がある。

【００５８】第１は、例えば図５ (ロ) に示す矢印Ａの
方向から入った空気は次々にランス孔63のエッジ部に当
たりながら通過していくので、いわゆる前縁効果によっ
て冷却が効率的に行われることである。

【００５９】第２は、前記放熱フィン40、50における小
孔43と同様に、図５ (ロ) に矢印Ｂで示す斜め方向から
の空気流に対しても、ランス孔63を空気が通過するの
で、冷却能力の低下が抑制されることである。

【００６０】第３は、トンネル状流路65と開放流路64が
ランス孔63によって連絡されているので双方の空気が入
り混じり、冷却が効率的に進むことである。図６の放熱
フィン70においては、ランス孔63に加えて小孔43が側壁
部71ａと頂部71ｃの両方に設けられているので、図５の
放熱フィン60よりも空気の流通性に優れている。

【００６１】図７の放熱フィン80においては、山部82が
独立しているという点では図12に示すピンフィン15に類
似している。その結果、図７に示す矢印Ａ、Ｃはもちろ
ん矢印Ｂで示す斜め方向からの空気流に対してもすぐれ
た冷却効果を発揮できる。以下、実施例により本発明の
効果をさらに具体的に説明する。

【００６２】

【実施例】

（実施例１）板厚0.2mm のJIS H 4000に規定の合金番号
3003のアルミニウム合金板をプレス曲げ加工し、得られ
た図１ (ロ) に示す高さh ＝９mm、間隔g 、g'＝1.8mm
で合計20個の側壁部91a を有する薄板状の放熱部材91
と、板厚Ｔ＝1.5mm で片面に膜厚90μm のJIS Z 3263に
規定の合金番号BA4004のアルミニウム合金ろうを有する
JIS H 4000に規定の合金番号3003のアルミニウム合金板
をろう付けして、W₁＝40mm、W₂＝40mm、Ｈ＝10.5mm、重
量11.2g の放熱フィン90とし、風速を変えて風洞実験を
行ったところ、発熱量20W 、図１(イ) に矢印Ａで示す方
向からの風速1.0〜2.0 m/秒の条件での熱抵抗値は5.5
〜3.5 ℃/Wであった。

【００６３】一方、板厚10.5mmのJIS H 4000に規定の合
金番号5052のアルミニウム合金板から切削加工により、
図９に示すW₁＝40mm、W₂＝40mm、底部厚Ｔ＝1.5mm で、
高さh ＝９mm、厚さｔ＝1.5mm の放熱板を間隔g ＝２mm
で12枚有する重量24.0g のチャンネルフィン８を製作
し、同じく発熱量20W 、図９に矢印Ａで示す方向からの
風速1.0 〜2.0 m/秒の条件での熱抵抗値は7.5 〜5.5 ℃
/Wであった。

【００６４】すなわち、図１に示す本発明の放熱フィン
90は、従来のチャンネルフィン８の放熱板8aよりも多く
の側壁部91a を備えることによって放熱面積を増加させ
ることが可能であり、冷却性能が向上する。さらに、放
熱部材91の板厚ｔをチャンネルフィンの放熱板8aの厚さ
ｔよりも大幅に薄くすることができるので、重量をチャ
ンネルフィン８の約47％にまで軽くすることが可能とな
った。

【００６５】（実施例２）板厚0.2mm のJIS H 4000に規
定の合金番号1050のアルミニウム合金板をプレス曲げ加
工し、得られた図２(イ) に示すm₁＝２mm、n ＝６mm、m₂
＝４mm、m₃＝４mm、φ＝30°で、図２(ロ) に示す高さh
＝９mm、間隔g 、g'＝1.8mm で合計18個の側壁部101aを
有する薄板状の放熱部材101 と、板厚Ｔ＝1.0mm で片面
に膜厚90μm のJIS Z 3263に規定の合金番号BA4004のア
ルミニウム合金ろうを有するJIS H4000に規定の合金番
号3003のアルミニウム合金板をろう付けして、W₁＝40m
m、W₂＝40mm、Ｈ＝10.0mm、重量9.0gの放熱フィン100
とし、風速を変えて風洞実験を行ったところ、発熱量20
W 、図２(イ) に矢印Ａで示す方向からの風速1.0 〜2.0m
/秒の条件での熱抵抗値は5.0 〜3.0 ℃/Wであった。

【００６６】すなわち、図２に示す本発明の放熱フィン
100 は矢印Ｍで示す曲げに対して剛性があるので、底板
42の厚さＴを薄くすることが可能であり、実施例１のチ
ャンネルフィン８と比較して、重量が約38％に軽減され
るとともに、優れた冷却性能を示すことが明らかになっ
た。

【００６７】（実施例３）板厚0.2mm のJIS H 4000に規
定の合金番号3003のアルミニウム合金板に直径２mmの小
孔を面積比40％で均一に打ち抜きにより明け、このアル
ミニウム合金板をプレス曲げ加工し、得られた図３(ロ)
に示す高さh ＝９mm、間隔g 、g'＝1.8mmで合計20個の
側壁部41a を有する放熱部材41と、板厚Ｔ＝1.5mm で片
面に膜厚90μm のJIS Z 3263に規定の合金番号BA4004の
アルミニウム合金ろうを有するJISH 4000に規定の合金
番号3003のアルミニウム合金板をろう付けして、W₁＝40
mm、W₂＝40mm、Ｈ＝10.5mm、重量9.3gの放熱フィン40と
し、風速を変えて風洞実験を行ったところ、発熱量20W
、風速1.0 〜2.0 m/秒の条件で図17に示す結果が得ら
れた。

【００６８】なお、比較のために実施例１の放熱フィン
90での実験結果を破線で示すが、これから分かるように
放熱フィン90ではθがおよそ15°以上になるとθの増加
とともに熱抵抗が著しく増加する。これに対して、本例
の放熱フィン40は、θの増加にともなう熱抵抗の増加が
緩やかであり、θが45°以下ではほぼ一定の熱抵抗を示
し、θが45°を越える領域においても熱抵抗の増加が緩
やかである。また、θ＝0 °から90°までの全範囲で放
熱フィン90よりも優れた冷却性能を示し、小孔を設けた
効果が現れている。

【００６９】次に、直径２mmの小孔の面積比を変化させ
て放熱フィン40を製作し、風向きθ＝45°の条件で同様
の風洞実験を行い、図18の結果を得た。面積比が0 から
増加するにつれた小孔から入る空気の量が増加し、熱抵
抗は減少する。面積比が大きくなりすぎると放熱面積の
減少の影響によって再び熱抵抗が増大する。最適の面積
比は30〜50％付近にあり、実用的には10〜70％の範囲で
面積比を選定し得る。（実施例４）板厚0.2mm のJIS H 4000に規定の合金番号
1050のアルミニウム合金板に直径２mmの小孔を面積比40
％で均一に打ち抜きにより明け、このアルミニウム合金
板をプレス曲げ加工し、得られた図４ (イ) に示すm₁＝
２mm、n ＝６mm、m₂＝４mm、m₃＝6 mm、φ＝30°で、図
４ (ロ) に示す高さh ＝９mm、間隔g 、g'＝1.8mm で合
計18個の側壁部51a を有する放熱部材51と、板厚Ｔ＝1.
0mm で片面に膜厚90μm のJIS Z 3263に規定の合金番号
BA4004のアルミニウム合金ろうを有するJIS H4000に規
定の合金番号3003のアルミニウム合金板をろう付けし
て、W₁＝40mm、W₂=40mm、Ｈ＝10mm、重量7.1gの放熱フ
ィン50とし、風速および風向き (θ) を変えて風洞実験
を行ったところ、発熱量20W 、風速1.0 〜2.0 m/秒の条
件で図19に示す結果が得られた。

【００７０】なお、比較のために実施例２の放熱フィン
100 での実験結果を破線で示すが、これから分かるよう
に放熱フィン100 ではθの増加とともに熱抵抗が著しく
増加する。これに対して、本例の放熱フィン50では、θ
の増加にともなう熱抵抗の増加が緩やかであり、無方向
性を備えていることが明らかである。θ＝0 °から90°
までの全範囲で放熱フィン100 よりも優れた冷却性能を
示し、小孔を設けた効果が現れている。

【００７１】（実施例５）板厚0.2 mmのJIS H 4000に規
定の合金番号3003のアルミニウム合金板をプレス加工
し、得られた図５(ロ) に示す、ｂ＝４mm (b'＝４mm) 、
オフセット量ｆ＝1.0 mmで凸部60ａ-1と凹部60ａ-2が形
成され、図５(ニ) に示す高さｈ＝９mm、側壁部間隔ｇ、
g'＝1.8 mmでW₁方向に合計20個の側壁部61ａを有する波
板状の放熱部材61と、板厚Ｔ＝1.5 mmで片面に膜厚90μ
ｍのJIS Z 3263に規定の合金番号BA4004のアルミニウム
合金ろうを有するJIS H 4000に規定の合金番号3003のア
ルミニウム合金板をろう付けして、W₁＝40mm、W₂＝40m
m、Ｈ＝10.5mm、重量11.2ｇの放熱フィン60とし、風速
および風向き (θ) を変えて風洞実験を行ったところ、
発熱量20Ｗ、風速1.0 〜2.0 m/秒の条件で図20の結果が
得られた。

【００７２】なお、比較のために実施例１の放熱フィン
90での実験結果を破線で示す。放熱フィン90ではθの増
加とともに熱抵抗が著しく増大するのに対し、放熱フィ
ン60ではθの増加に伴う熱抵抗の増加が緩やかである。
θ＝０°から90°までの全範囲で放熱フィン90よりも優
れた冷却性能を示し、ランス孔を設けた効果が現われて
いる。

【００７３】次に、上記放熱フィン60のオフセット量ｆ
を変化させ、風向きθ＝45°で同様の風洞実験を行った
ところ、発熱量20Ｗ、風速1.0 〜2.0 m/秒の条件で図21
に示す結果が得られた。オフセット量ｆをα [＝(f-t)/
(g-t)]が0.3 〜0.7 の範囲で選定すれば熱抵抗はほぼ一
定の値が得られる。αがこの範囲を外れると冷却性能が
劣化するのは、ランス孔63からの空気の出入りが阻害さ
れることによる。

【００７４】次にオフセット量ｆ＝1.0 mmの条件で上記
放熱フィン60のランス幅ｂ (＝b')と側壁部間隔ｇ (＝
g') の比を変化させ、風向きθ＝45°で同様の風洞実験
を行ったところ、発熱量20Ｗ、風速1.0 〜2.0 m/秒の条
件で図22の結果が得られた。b/g 比が減少するにつれて
熱抵抗が減少することが明瞭である。これは側壁部61ａ
の単位長さあたりのランス孔63の数が増加し、ランス孔
63から出入りする空気の量が増加することによる。な
お、b/g 比がある程度以下になると熱抵抗は飽和する傾
向にあり、b/g 比は３以下の条件で選定すれば十分であ
る。

【００７５】（実施例６）板厚0.2 mmのJIS H 4000に規
定の合金番号3003のアルミニウム合金板に直径１mmの小
孔を、側壁部および頂部に対する面積比30％で均一に打
ち抜き加工によって設け、これをプレス加工し、得られ
た図６ (イ) に示す、ｂ＝４mm (b'＝４mm) 、オフセッ
ト量ｆ＝1.0 mmで凸部70ａ-1と凹部70ａ-2が形成され、
図６ (ハ)に示す高さｈ＝９mm、間隔ｇ、g'＝1.8 mm
で、W₁方向に合計20個の側壁部71ａを有する波板状の放
熱部材71と、板厚Ｔ＝1.5 mmで片面に膜厚90μｍのJIS
Z 3263に規定の合金番号BA4004のアルミニウム合金ろう
を有するJIS H 4000に規定の合金番号3003のアルミニウ
ム合金板をろう付けして、W₁＝40mm、W₂＝40mm、Ｈ＝1
0.5mm、重量9.3 ｇの放熱フィン70とした。

【００７６】一方、板厚10.5mmのJIS H 4000に規定の合
金番号5052のアルミニウム合金板を切削加工して図12に
示す太さd₁(d₂)＝２mm、高さh ＝９mmの放熱ピン15a が
間隔g₁(g₂)＝2.2mm で合計100 本林立した全高Ｈ＝10.5
mm、底板部15b の厚さＴ＝1.5mm 、重量16.2g のピンフ
ィンとした。

【００７７】両者を風向きθ＝45°での風速を変えて風
洞実験を行ったところ、発熱量20Ｗ、風速1.0 〜2.0 m/
秒の条件での熱抵抗値は共に3.5 〜1.5 ℃/Wの範囲であ
った。すなわち、本発明の放熱フィン70は無方向性放熱
フィンであるピンフィンと同等の冷却性能を示す一方、
重量はピンフィンの約57％であった。

【００７８】

【発明の効果】本発明にかかる放熱フィンの第１の特徴
は、従来のチャンネルフィンあるいはピンフィンと比較
して極めて軽量であるために慣性力が小さく、LSI パッ
ケージとの接合を簡単かつ安価な接着などの方法で行う
ことができることである。第２の特徴は、放熱部材と底
板とをろう付けなどの方法で接合することによって一体
化するので、切削加工は不要である。また、放熱部材は
アルミニウムあるいはアルミニウム合金薄板のプレス加
工で極めて能率的に製造できることである。されに第３
の特徴は、放熱部材の放熱面積を従来のチャンネルフィ
ン、ピンフィンよりも大きくすることができるので、冷
却性能が優れている上、側壁部に通風のためのランス孔
あるいは小孔を設けることによって、その冷却性能が風
向きに影響されにくくすることができる。LSI パッケー
ジの集積度の向上と電子機器の小型軽量化が進む中で、
本発明にかかる放熱フィンは大いなる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１(イ) 、(ロ) は、それぞれ、本発明にかかる
放熱フィンの１実施例を示す斜視図と部分拡大図であ
る。

【図２】図２(イ) は、本発明にかかる放熱フィンの別の
実施例を示す平面図、図２(ロ)は側面図、そして図２(ハ)
は正面図である。

【図３】図３(イ) 〜(ハ) は、本発明にかかる放熱フィン
の実施態様の説明図である。

【図４】図４(イ) 〜(ハ) は、本発明にかかる放熱フィン
の実施態様の説明図である。

【図５】図５(イ) 〜 (ニ)は、本発明にかかる放熱フィン
の実施態様の説明図である。

【図６】図６(イ) 〜(ハ) は、本発明にかかる放熱フィン
の実施態様の説明図である。

【図７】図７(イ) 〜(ハ) は、本発明にかかる放熱フィン
の実施態様の説明図である。

【図８】放熱フィン付きＬＳＩパッケージの説明図であ
る。

【図９】図９(イ) チャンネルフィンの平面図、図９(ロ)
はその正面図である。

【図10】チャンネルフィン用半製品の押出し加工の説明
図である。

【図１１】チャンネルフィンの切削加工状況の説明図で
ある。

【図１２】図12(イ) はピンフィンの平面図、図12(ロ) は
その側面図、図12(ハ) はその正面図である。

【図１３】図13(イ) および(ロ) は、ピンフィンの鍛造加
工状況の説明図である。

【図１４】図14(イ) および(ロ) は、ピンフィンの切削加
工状況の説明図である。

【図１５】プリント基板への放熱フィン付きＬＳＩパッ
ケージの取付け状況の説明図である。

【図１６】ピンフィンの鍛造加工で生ずるひけの説明図
である。

【図１７】本発明の放熱フィンの熱抵抗の例を示すグラ
フである。

【図１８】本発明の放熱フィンの熱抵抗の例を示すグラ
フである。

【図１９】本発明の放熱フィンの熱抵抗の例を示すグラ
フである。

【図２０】本発明の放熱フィンの熱抵抗の例を示すグラ
フである。

【図２１】本発明の放熱フィンの熱抵抗の例を示すグラ
フである。

【図２２】本発明の放熱フィンの熱抵抗の例を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１：ＩＣチップ、２：セラミックス製ＬＳＩパ
ッケージ３：放熱フィン４：プリント基板７：ワイヤ９,10 ：セラミックス板 11：ピン 12：伝熱基板 13：リッド 14：気密空間 15：ピンフィン 16：ビレット 17：押金 18：押出ダイス 19：押出されたチャンネルフィンの半製品 20：ダイス孔 21：円盤状カッター 22：ブロック状素材 23：切削溝 31：鍛造用素材ブロック 32：鍛造ダイス 33：ノックアウトピン 34：ポンチ 36：ひけ 40、50、60、70、80、90、10
0 ：本発明の放熱フィン 42：底板 41、51、61、71、91、101 ：
波板状の放熱部材 43：小孔 44、54、64、74、84、94、10
4 ：開放流路 45、55、65、75、85、95、105:トンネル状流路 81: 放熱部材 82：山部 63: ランス孔

フロントページの続き (72)発明者安孫子哲男兵庫県尼崎市扶桑町１番10号住友精密工業株式会社内 (72)発明者三木啓治兵庫県尼崎市扶桑町１番10号住友精密工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】側壁部と頂部と底部との繰り返しからな
る凹凸形状の薄板製の放熱部材と平板状底板とを接合し
て一体化したことを特徴とするＬＳＩパッケージ冷却用
コルゲート型放熱フィン。
【請求項２】前記放熱部材の側壁部または側壁部と頂
部とに開口部を設けたことを特徴とする請求項１記載の
ＬＳＩパッケージ冷却用コルゲート型放熱フィン。