JP2002237555A - フィン付ヒートシンク - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ベースプレートおよび放熱フィンの各部分にお
ける温度差が小さい、且つ、軽量で、設計自由度が高
く、加工性に優れ、低コストなヒートシンクを提供す
る。 【解決手段】少なくとも２種類の熱伝導性の異なる金属
材によって作製された放熱フィンを組合わせた放熱フィ
ン群と、前記放熱フィン群が高い密度で接合された金属
製ベース板材とからなる、フィン付ヒートシンク。
ける温度差が小さい、且つ、軽量で、設計自由度が高
く、加工性に優れ、低コストなヒートシンクを提供す
る。 【解決手段】少なくとも２種類の熱伝導性の異なる金属
材によって作製された放熱フィンを組合わせた放熱フィ
ン群と、前記放熱フィン群が高い密度で接合された金属
製ベース板材とからなる、フィン付ヒートシンク。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器の冷却に
用いるヒートシンク、特に、金属製のベース板と放熱フ
ィン部を接合して一体化した、フィン付ヒートシンクに
関する。
用いるヒートシンク、特に、金属製のベース板と放熱フ
ィン部を接合して一体化した、フィン付ヒートシンクに
関する。
【０００２】
【従来の技術】年々増大する電子機器の半導体チップか
らの発熱を放熱するためには、半導体チップ上にヒート
シンクを密着させて、半導体チップの熱をヒートシンク
に移動させて放熱する方法が一般的に知られている。従
来のヒートシンクは、半導体チップに密着接合しやすい
ように銅製の平らな板状のベースプレートを有し、ベー
スプレートにおける半導体チップが位置する面と反対側
に位置する面には、銅製の薄板の複数枚のフィンが設け
られている構造を有している。
らの発熱を放熱するためには、半導体チップ上にヒート
シンクを密着させて、半導体チップの熱をヒートシンク
に移動させて放熱する方法が一般的に知られている。従
来のヒートシンクは、半導体チップに密着接合しやすい
ように銅製の平らな板状のベースプレートを有し、ベー
スプレートにおける半導体チップが位置する面と反対側
に位置する面には、銅製の薄板の複数枚のフィンが設け
られている構造を有している。
【０００３】このような構造のヒートシンクにおいて
は、半導体チップから発生した熱は、半導体チップと密
着して配置されたベースプレートによってベースプレー
トの全体に拡散され、このようにベースプレートに拡散
された熱は、更に、ベースプレートに取付けられた放熱
フィンによって、大気中または所定の位置に放熱される
ことになる。従来使用されているヒートシンクとして、
アルミニウムの一体成型品として押出成形されたヒート
シンクが提供されている。しかしながら、アルミニウム
の一体成型品として押出成形されたヒートシンクは、放
熱フィン間のピッチを小さくすると成形が技術的に難し
く、放熱フィン間のピッチの細密化に限りがあり、従っ
て、放熱フィンの数が所定の数に満たない状態に限定さ
れて、十分な放熱効果が得られないという問題点があ
る。
は、半導体チップから発生した熱は、半導体チップと密
着して配置されたベースプレートによってベースプレー
トの全体に拡散され、このようにベースプレートに拡散
された熱は、更に、ベースプレートに取付けられた放熱
フィンによって、大気中または所定の位置に放熱される
ことになる。従来使用されているヒートシンクとして、
アルミニウムの一体成型品として押出成形されたヒート
シンクが提供されている。しかしながら、アルミニウム
の一体成型品として押出成形されたヒートシンクは、放
熱フィン間のピッチを小さくすると成形が技術的に難し
く、放熱フィン間のピッチの細密化に限りがあり、従っ
て、放熱フィンの数が所定の数に満たない状態に限定さ
れて、十分な放熱効果が得られないという問題点があ
る。
【０００４】上述した問題点を解決して、より優れた放
熱効果を得るために、一体成形品ではなく、ベースプレ
ート、および、ベースプレートと分離した放熱フィン部
を別に作り、このように作製された放熱フィン部をベー
スプレートの一方の面に、ロウ付けにより接合するか、
または、機械接合する方法が提案されている。ろう付け
により接合する方法は、製造コストが高くなり、放熱フ
ィン部をベースプレートの一方の面に、機械接合する方
法の方が有利である。
熱効果を得るために、一体成形品ではなく、ベースプレ
ート、および、ベースプレートと分離した放熱フィン部
を別に作り、このように作製された放熱フィン部をベー
スプレートの一方の面に、ロウ付けにより接合するか、
または、機械接合する方法が提案されている。ろう付け
により接合する方法は、製造コストが高くなり、放熱フ
ィン部をベースプレートの一方の面に、機械接合する方
法の方が有利である。
【０００５】図４に示すように、半導体チップ３０とベ
ースプレート２２の大きさは、ベースプレート２２と比
較して、半導体チップ３０の方がはるかに小さい。それ
故に、銅、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた材料を
ベースプレートとして用いて、小さい半導体チップから
の熱を大きいベースプレートの全体に広げる必要があ
る。特に銅は、熱伝導性に優れているので、ヒートシン
クのベースプレートの材料として広く知られている。し
かしながら、銅は重量が大きく、しかも、半導体チップ
と直接密着させる必要があるので、銅製のベースプレー
トの荷重が、半導体チップへ与えるダメージを軽減する
ための耐強度構造（例えば、回路基板への部品取付け具
を用いる等）を必要とする。
ースプレート２２の大きさは、ベースプレート２２と比
較して、半導体チップ３０の方がはるかに小さい。それ
故に、銅、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた材料を
ベースプレートとして用いて、小さい半導体チップから
の熱を大きいベースプレートの全体に広げる必要があ
る。特に銅は、熱伝導性に優れているので、ヒートシン
クのベースプレートの材料として広く知られている。し
かしながら、銅は重量が大きく、しかも、半導体チップ
と直接密着させる必要があるので、銅製のベースプレー
トの荷重が、半導体チップへ与えるダメージを軽減する
ための耐強度構造（例えば、回路基板への部品取付け具
を用いる等）を必要とする。
【０００６】更に、電子機器は、著しく軽量・小型化が
進み、重量の大きい銅製ベースプレートを使用すること
ができる状況が少なくなったり、使用するスペースを確
保するのが難しく、銅製ベースプレートの使用そのもの
が困難になってきている。一方で、半導体チップ等の集
積度は一層高まり、処理能力が高まるに連れて、半導体
チップからの発熱量が多くなって、半導体チップ等を安
定的に正常に作動させるためには、一層優れた放熱効果
が要求される。
進み、重量の大きい銅製ベースプレートを使用すること
ができる状況が少なくなったり、使用するスペースを確
保するのが難しく、銅製ベースプレートの使用そのもの
が困難になってきている。一方で、半導体チップ等の集
積度は一層高まり、処理能力が高まるに連れて、半導体
チップからの発熱量が多くなって、半導体チップ等を安
定的に正常に作動させるためには、一層優れた放熱効果
が要求される。
【０００７】上述したように、銅製ベースプレートはそ
の優れた熱伝導性にもかかわらず、重量が大きく、使用
することが困難である。従って、ベースプレートの材料
としてアルミニウムを使用する場合に、ヒートシンクの
放熱効果を一層高めるための要求を満たさなければなら
ないのが現状である。
の優れた熱伝導性にもかかわらず、重量が大きく、使用
することが困難である。従って、ベースプレートの材料
としてアルミニウムを使用する場合に、ヒートシンクの
放熱効果を一層高めるための要求を満たさなければなら
ないのが現状である。
【０００８】放熱フィン部をベースプレートの一方の面
に機械接合することによって作製されたヒートシンクに
おいては、放熱中の定常状態におけるベースプレート内
の温度分布は、半導体チップが取り付けられるベースプ
レートの中央部において最も温度が高く、半導体チップ
から離れるに従って、温度が低くなっている。従って、
ベースプレートの一方の面に接合され熱的に接続してい
る複数枚の放熱フィンにおいても、半導体チップが取り
付けられるベースプレートの中央部に位置する放熱フィ
ンの温度が最も高く、ベースプレートの中央部から離れ
た端部の放熱フィンほど温度は低い状態である。
に機械接合することによって作製されたヒートシンクに
おいては、放熱中の定常状態におけるベースプレート内
の温度分布は、半導体チップが取り付けられるベースプ
レートの中央部において最も温度が高く、半導体チップ
から離れるに従って、温度が低くなっている。従って、
ベースプレートの一方の面に接合され熱的に接続してい
る複数枚の放熱フィンにおいても、半導体チップが取り
付けられるベースプレートの中央部に位置する放熱フィ
ンの温度が最も高く、ベースプレートの中央部から離れ
た端部の放熱フィンほど温度は低い状態である。
【０００９】更に、放熱フィンの高さ方向においても温
度分布が存在し、ベースプレートに熱的に接続している
放熱フィンの根本部が最も温度が高く、根本部から遠ざ
かるにつれて、放熱フィンの温度は低くなっている。こ
れは、放熱フィン内の熱の移動が、個体熱伝導によって
行われていることによる。
度分布が存在し、ベースプレートに熱的に接続している
放熱フィンの根本部が最も温度が高く、根本部から遠ざ
かるにつれて、放熱フィンの温度は低くなっている。こ
れは、放熱フィン内の熱の移動が、個体熱伝導によって
行われていることによる。
【００１０】しかしながら、放熱効率の観点からは、ヒ
ートシンクの各部分において温度差が出来る限り少ない
ことが望ましい。昨今、上述したように、半導体チップ
の発熱量が増大するとともに、半導体チップのサイズが
小型化し、結果的に、発熱密度が急激に増大する傾向に
あり、ヒートシンクの性能アップ（即ち、放熱フィンの
細密度を上げたり、ベースプレートをヒートパイプ化す
るなど）が急務となっている状況では、とりわけ、上述
したヒートシンクの各部分における温度差を少なくし
て、放熱効率を高めることが強く要求されている。
ートシンクの各部分において温度差が出来る限り少ない
ことが望ましい。昨今、上述したように、半導体チップ
の発熱量が増大するとともに、半導体チップのサイズが
小型化し、結果的に、発熱密度が急激に増大する傾向に
あり、ヒートシンクの性能アップ（即ち、放熱フィンの
細密度を上げたり、ベースプレートをヒートパイプ化す
るなど）が急務となっている状況では、とりわけ、上述
したヒートシンクの各部分における温度差を少なくし
て、放熱効率を高めることが強く要求されている。
【００１１】
【発明が解決しょうとする課題】上述したように、アル
ミニウムの一体成型品として押出成形されたヒートシン
クは、成形が技術的に難しく、放熱フィンピッチの細密
化に限りがあり、放熱フィンの数が限定されて、十分な
放熱効果が得られないという問題点がある。更に、銅製
ベースプレートはその優れた熱伝導性にもかかわらず、
重量が大きく、使用することが難しくなってきていると
いう問題点がある。従って、放熱フィン部をアルミニウ
ム製のベースプレートの一方の面に機械接合することに
よって作製されたヒートシンクにおいて、ヒートシンク
の放熱効率を一層高めなければならないという強い要求
がある。
ミニウムの一体成型品として押出成形されたヒートシン
クは、成形が技術的に難しく、放熱フィンピッチの細密
化に限りがあり、放熱フィンの数が限定されて、十分な
放熱効果が得られないという問題点がある。更に、銅製
ベースプレートはその優れた熱伝導性にもかかわらず、
重量が大きく、使用することが難しくなってきていると
いう問題点がある。従って、放熱フィン部をアルミニウ
ム製のベースプレートの一方の面に機械接合することに
よって作製されたヒートシンクにおいて、ヒートシンク
の放熱効率を一層高めなければならないという強い要求
がある。
【００１２】しかしながら、放熱フィン部をアルミニウ
ム製のベースプレートの一方の面に機械接合することに
よって作製されたヒートシンクにおいては、ベースプレ
ートにおいても、放熱フィンにおいても、各部分におい
て温度差が存在し、放熱効率に問題点がある。
ム製のベースプレートの一方の面に機械接合することに
よって作製されたヒートシンクにおいては、ベースプレ
ートにおいても、放熱フィンにおいても、各部分におい
て温度差が存在し、放熱効率に問題点がある。
【００１３】従って、この発明の目的は、従来の問題点
を克服して、高い密度で配置された多数枚の放熱フィン
部をアルミニウム製のベースプレートの一方の面に接合
することによって作製された放熱効率に優れたヒートシ
ンク、特に、ベースプレートおよび放熱フィンの各部分
における温度差が小さい、且つ、軽量なヒートシンクを
提供することにある。更に、この発明の目的は、設計自
由度が高く、加工性に優れ、低コストなヒートシンクを
提供することにある。
を克服して、高い密度で配置された多数枚の放熱フィン
部をアルミニウム製のベースプレートの一方の面に接合
することによって作製された放熱効率に優れたヒートシ
ンク、特に、ベースプレートおよび放熱フィンの各部分
における温度差が小さい、且つ、軽量なヒートシンクを
提供することにある。更に、この発明の目的は、設計自
由度が高く、加工性に優れ、低コストなヒートシンクを
提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述した従
来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、
熱伝導性の異なる２種類の金属を使用して放熱フィンを
作製し、半導体シップ等の発熱素子に近いところに熱伝
導性の高い金属で作製した放熱フィンを配置し、その他
の部分に相対的に熱伝導性の低い金属で作製した放熱フ
ィンを配置することによって、ベースプレートにおける
温度差を少なくし、半導体シップ等の発熱素子に近いと
ころに配置された放熱フィン自体においても、熱伝導性
の高い金属を使用することによって、温度差を少なくす
ることが出来ることを知見した。
来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、
熱伝導性の異なる２種類の金属を使用して放熱フィンを
作製し、半導体シップ等の発熱素子に近いところに熱伝
導性の高い金属で作製した放熱フィンを配置し、その他
の部分に相対的に熱伝導性の低い金属で作製した放熱フ
ィンを配置することによって、ベースプレートにおける
温度差を少なくし、半導体シップ等の発熱素子に近いと
ころに配置された放熱フィン自体においても、熱伝導性
の高い金属を使用することによって、温度差を少なくす
ることが出来ることを知見した。
【００１５】即ち、ベースプレートとして、アルミニウ
ム製のベースプレートを使用し、半導体シップ等の発熱
素子に近いところに配置される放熱フィンに銅材を使用
し、更に、その他の部分に配置される放熱フィンにアル
ミニウム材を使用することによって、ベースプレートお
よび放熱フィンにおいて、温度差を小さくし、熱効率を
高めることができる。
ム製のベースプレートを使用し、半導体シップ等の発熱
素子に近いところに配置される放熱フィンに銅材を使用
し、更に、その他の部分に配置される放熱フィンにアル
ミニウム材を使用することによって、ベースプレートお
よび放熱フィンにおいて、温度差を小さくし、熱効率を
高めることができる。
【００１６】この発明は、上記知見に基づいてなされた
ものであって、この発明のフィン付ヒートシンクの第１
の態様は、少なくとも２種類の熱伝導性の異なる金属材
によって作製された放熱フィンを組合わせた放熱フィン
群と、前記放熱フィン群が高い密度で、接合された金属
製ベース板材とからなる、フィン付ヒートシンクであ
る。
ものであって、この発明のフィン付ヒートシンクの第１
の態様は、少なくとも２種類の熱伝導性の異なる金属材
によって作製された放熱フィンを組合わせた放熱フィン
群と、前記放熱フィン群が高い密度で、接合された金属
製ベース板材とからなる、フィン付ヒートシンクであ
る。
【００１７】この発明のフィン付ヒートシンクの第２の
態様は、前記金属製ベースプレートおよび前記放熱フィ
ンにおける温度差が少なくなるように、前記放熱フィン
群を形成する個々の放熱フィンが配置されていることを
特徴とする、フィン付ヒートシンクである。
態様は、前記金属製ベースプレートおよび前記放熱フィ
ンにおける温度差が少なくなるように、前記放熱フィン
群を形成する個々の放熱フィンが配置されていることを
特徴とする、フィン付ヒートシンクである。
【００１８】この発明のフィン付ヒートシンクの第３の
態様は、前記放熱フィン群のうち、少なくとも発熱素子
に近い部位に配置された放熱フィンが銅材の放熱フィン
からなっていることを特徴とする、フィン付ヒートシン
クである。
態様は、前記放熱フィン群のうち、少なくとも発熱素子
に近い部位に配置された放熱フィンが銅材の放熱フィン
からなっていることを特徴とする、フィン付ヒートシン
クである。
【００１９】この発明のフィン付ヒートシンクの第４の
態様は、一方の面に発熱素子が接続される金属製ベース
板材と、前記金属製ベース板材の他の面に設けられた複
数個の溝部のそれぞれに挿入され、前記溝部と溝部の間
の前記金属ベース板材の部分がプレスによって加圧変形
され、両側からかしめられて前記金属製ベース板材と一
体的に形成される、少なくとも２種類の材質からなる複
数枚の薄板状の金属製フィンとからなる、フィン付ヒー
トシンクである。
態様は、一方の面に発熱素子が接続される金属製ベース
板材と、前記金属製ベース板材の他の面に設けられた複
数個の溝部のそれぞれに挿入され、前記溝部と溝部の間
の前記金属ベース板材の部分がプレスによって加圧変形
され、両側からかしめられて前記金属製ベース板材と一
体的に形成される、少なくとも２種類の材質からなる複
数枚の薄板状の金属製フィンとからなる、フィン付ヒー
トシンクである。
【００２０】この発明のフィン付ヒートシンクの第５の
態様は、前記金属製フィンが２種類の金属板材からなっ
ており、前記発熱素子の取り付け部近傍に位置する前記
金属製フィンが、それ以外の部分に位置する金属製フィ
ンよりも熱伝導率の高い材質からなっていることを特徴
とする、フィン付ヒートシンクである。
態様は、前記金属製フィンが２種類の金属板材からなっ
ており、前記発熱素子の取り付け部近傍に位置する前記
金属製フィンが、それ以外の部分に位置する金属製フィ
ンよりも熱伝導率の高い材質からなっていることを特徴
とする、フィン付ヒートシンクである。
【００２１】この発明のフィン付ヒートシンクの第６の
態様は、前記２種類の金属板材は、銅材およびアルミニ
ウム材からなっており、前記発熱素子の取り付け部近傍
に位置する前記金属製フィンが銅材からなっており、前
記それ以外の部分に位置する金属製フィンがアルミニウ
ム材からなっていることを特徴とする、フィン付ヒート
シンクである。
態様は、前記２種類の金属板材は、銅材およびアルミニ
ウム材からなっており、前記発熱素子の取り付け部近傍
に位置する前記金属製フィンが銅材からなっており、前
記それ以外の部分に位置する金属製フィンがアルミニウ
ム材からなっていることを特徴とする、フィン付ヒート
シンクである。
【００２２】この発明のフィン付ヒートシンクの第７の
態様は、前記金属製ベース板材がアルミニウム材からな
っていることを特徴とする、フィン付ヒートシンクであ
る。
態様は、前記金属製ベース板材がアルミニウム材からな
っていることを特徴とする、フィン付ヒートシンクであ
る。
【００２３】この発明のフィン付ヒートシンクの第８の
態様は、前記銅材からなる放熱フィンの放熱フィン全体
に対する割合が２５から５０％の範囲内であることを特
徴とする、フィン付ヒートシンクである。
態様は、前記銅材からなる放熱フィンの放熱フィン全体
に対する割合が２５から５０％の範囲内であることを特
徴とする、フィン付ヒートシンクである。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明のフィン付ヒートシンクの
態様について図面を参照しながら詳細に説明する。この
発明のフィン付ヒートシンクは、少なくとも２種類の熱
伝導性の異なる金属材によって作製された放熱フィンを
組合わせた放熱フィン群と、前記放熱フィン群が高い密
度で接合された金属製ベース板材とからなる、フィン付
ヒートシンクである。上述した金属製ベースプレートお
よび放熱フィンにおける温度差が少なくなるように、熱
伝導性の異なる金属の放熱フィンを組合わせて、放熱フ
ィン群を形成する個々の放熱フィンが配置されているフ
ィン付ヒートシンクである。
態様について図面を参照しながら詳細に説明する。この
発明のフィン付ヒートシンクは、少なくとも２種類の熱
伝導性の異なる金属材によって作製された放熱フィンを
組合わせた放熱フィン群と、前記放熱フィン群が高い密
度で接合された金属製ベース板材とからなる、フィン付
ヒートシンクである。上述した金属製ベースプレートお
よび放熱フィンにおける温度差が少なくなるように、熱
伝導性の異なる金属の放熱フィンを組合わせて、放熱フ
ィン群を形成する個々の放熱フィンが配置されているフ
ィン付ヒートシンクである。
【００２５】即ち、この発明のフィン付ヒートシンクに
おいては、放熱フィン群のうち、少なくとも発熱素子に
近い部位に配置された放熱フィンが銅材の放熱フィンか
らなっている。上述した発熱素子に近い部位に銅材の放
熱フィンを配置する他、発熱素子に近い部位に配置され
る放熱フィンの間隔を狭くして、金属製ベースプレート
および放熱フィンにおける温度差が少なくなるように放
熱フィンを配置してもよい。
おいては、放熱フィン群のうち、少なくとも発熱素子に
近い部位に配置された放熱フィンが銅材の放熱フィンか
らなっている。上述した発熱素子に近い部位に銅材の放
熱フィンを配置する他、発熱素子に近い部位に配置され
る放熱フィンの間隔を狭くして、金属製ベースプレート
および放熱フィンにおける温度差が少なくなるように放
熱フィンを配置してもよい。
【００２６】更に、この発明のフィン付ヒートシンク
は、一方の面に発熱素子が接続される金属製ベース板材
と、金属製ベース板材の他の面に設けられた複数個の溝
部のそれぞれに挿入され、溝部と溝部の間の金属ベース
板材の部分がプレスによって加圧変形され、両側からか
しめられて金属製ベース板材と一体的に形成される、少
なくとも２種類の材質からなる複数枚の薄板状の金属製
フィンとからなる、フィン付ヒートシンクである。
は、一方の面に発熱素子が接続される金属製ベース板材
と、金属製ベース板材の他の面に設けられた複数個の溝
部のそれぞれに挿入され、溝部と溝部の間の金属ベース
板材の部分がプレスによって加圧変形され、両側からか
しめられて金属製ベース板材と一体的に形成される、少
なくとも２種類の材質からなる複数枚の薄板状の金属製
フィンとからなる、フィン付ヒートシンクである。
【００２７】更に、この発明のフィン付ヒートシンク
は、金属製フィンが２種類の金属板材からなっており、
発熱素子の取り付け部近傍に位置する金属製フィンが、
それ以外の部分に位置する金属製フィンよりも熱伝導率
の高い材質からなっている、フィン付ヒートシンクであ
る。上述した２種類の金属板材は、銅材およびアルミニ
ウム材からなっており、発熱素子の取り付け部近傍に位
置する金属製フィンが銅材からなっており、それ以外の
部分に位置する金属製フィンがアルミニウム材からなっ
ている。更に、上述した金属製ベース板材がアルミニウ
ム材からなっている。
は、金属製フィンが２種類の金属板材からなっており、
発熱素子の取り付け部近傍に位置する金属製フィンが、
それ以外の部分に位置する金属製フィンよりも熱伝導率
の高い材質からなっている、フィン付ヒートシンクであ
る。上述した２種類の金属板材は、銅材およびアルミニ
ウム材からなっており、発熱素子の取り付け部近傍に位
置する金属製フィンが銅材からなっており、それ以外の
部分に位置する金属製フィンがアルミニウム材からなっ
ている。更に、上述した金属製ベース板材がアルミニウ
ム材からなっている。
【００２８】図１は、この発明のフィン付ヒートシンク
の１つの態様を示す図である。図１に示すように、この
発明のヒートシンク１は、アルミニウム材からなるベー
ス板材２、アルミニウム材からなるベース板材に設けた
多数の溝部の各々に、挿入され、上述した溝部と溝部と
の間のベース板部分をプレスによって、加圧変形させ
て、その両側からカシメられ、ベース板材と機械的に一
体化された放熱フィンからなっており、放熱フィン部
は、ベース板材の中央部に配置された銅製の放熱フィン
４、および、銅製の放熱フィンの両側に配置されたアル
ミニウム製の放熱フィン３からなっている。
の１つの態様を示す図である。図１に示すように、この
発明のヒートシンク１は、アルミニウム材からなるベー
ス板材２、アルミニウム材からなるベース板材に設けた
多数の溝部の各々に、挿入され、上述した溝部と溝部と
の間のベース板部分をプレスによって、加圧変形させ
て、その両側からカシメられ、ベース板材と機械的に一
体化された放熱フィンからなっており、放熱フィン部
は、ベース板材の中央部に配置された銅製の放熱フィン
４、および、銅製の放熱フィンの両側に配置されたアル
ミニウム製の放熱フィン３からなっている。
【００２９】図２は、この発明のフィン付ヒートシンク
の別の態様を示す図である。図１に示したと同様に、図
２において明らかなように、この発明のヒートシンク１
は、アルミニウム材からなるベース板材２、アルミニウ
ム材からなるベース板材に設けた多数の溝部の各々に、
挿入され、上述した溝部と溝部との間のベース板部分を
プレスによって、加圧変形させて、その両側からカシメ
られ、ベース板材と機械的に一体化された放熱フィンか
らなっており、放熱フィン部は、ベース板材の中央部に
配置された銅製の放熱フィン４、および、銅製の放熱フ
ィンの両側に配置されたアルミニウム製の放熱フィン３
からなっている。図１に示した態様と図２に示した態様
においては、銅製フィンの数において異なっており、図
２に示した態様の方が、銅製フィンの数が多い。上述し
た態様においては、ベース板材と放熱フィンとの接合は
機械的接合によって行われているが、その他に、はんだ
付け、銀ろう付け、溶接等によって接合してもよい。
の別の態様を示す図である。図１に示したと同様に、図
２において明らかなように、この発明のヒートシンク１
は、アルミニウム材からなるベース板材２、アルミニウ
ム材からなるベース板材に設けた多数の溝部の各々に、
挿入され、上述した溝部と溝部との間のベース板部分を
プレスによって、加圧変形させて、その両側からカシメ
られ、ベース板材と機械的に一体化された放熱フィンか
らなっており、放熱フィン部は、ベース板材の中央部に
配置された銅製の放熱フィン４、および、銅製の放熱フ
ィンの両側に配置されたアルミニウム製の放熱フィン３
からなっている。図１に示した態様と図２に示した態様
においては、銅製フィンの数において異なっており、図
２に示した態様の方が、銅製フィンの数が多い。上述し
た態様においては、ベース板材と放熱フィンとの接合は
機械的接合によって行われているが、その他に、はんだ
付け、銀ろう付け、溶接等によって接合してもよい。
【００３０】図３は、放熱フィンにおける銅製放熱フィ
ンの割合（即ち、放熱フィン全体における銅製放熱フィ
ンの占める割合）と熱抵抗との間の関係を示すグラフで
ある。図３の縦軸には熱抵抗、横軸には銅製放熱フィン
の割合（ｃｏｐｐｅｒ ｆｉｎ ｒａｔｉｏ）（％）が
それぞれ示されている。図３から明らかなように、銅製
放熱フィンの割合が零％の場合には、熱抵抗は最大にな
っている。銅製放熱フィンの割合が１００％の場合に
は、熱抵抗が最小になっている。即ち、熱抵抗は、銅製
放熱フィンの割合が零％の場合から銅製放熱フィンの割
合が１００％の場合の間で、銅製放熱フィンの割合が増
加するに従って、熱抵抗が低下している。
ンの割合（即ち、放熱フィン全体における銅製放熱フィ
ンの占める割合）と熱抵抗との間の関係を示すグラフで
ある。図３の縦軸には熱抵抗、横軸には銅製放熱フィン
の割合（ｃｏｐｐｅｒ ｆｉｎ ｒａｔｉｏ）（％）が
それぞれ示されている。図３から明らかなように、銅製
放熱フィンの割合が零％の場合には、熱抵抗は最大にな
っている。銅製放熱フィンの割合が１００％の場合に
は、熱抵抗が最小になっている。即ち、熱抵抗は、銅製
放熱フィンの割合が零％の場合から銅製放熱フィンの割
合が１００％の場合の間で、銅製放熱フィンの割合が増
加するに従って、熱抵抗が低下している。
【００３１】一方で、（図示しないが）銅製放熱フィン
の割合が零％の場合から銅製放熱フィンの割合が１００
％の割合の間で、銅製放熱フィンの割合が増加するに従
って、重量が増大し、それにともなって製造コストが増
大している。銅製放熱フィンの割合が２５％未満では、
熱抵抗が大きく、ヒートシンクの熱効率を低下させる。
他方、銅製放熱フィンの割合が５０％を超えると、熱抵
抗の低下に著しい差が見られなくなり、重量の増加、コ
ストの増大によって、得られる熱抵抗の低下効果が小さ
くなる。従って、銅製放熱フィンの割合は、２５％〜５
０％の範囲内が好ましい。
の割合が零％の場合から銅製放熱フィンの割合が１００
％の割合の間で、銅製放熱フィンの割合が増加するに従
って、重量が増大し、それにともなって製造コストが増
大している。銅製放熱フィンの割合が２５％未満では、
熱抵抗が大きく、ヒートシンクの熱効率を低下させる。
他方、銅製放熱フィンの割合が５０％を超えると、熱抵
抗の低下に著しい差が見られなくなり、重量の増加、コ
ストの増大によって、得られる熱抵抗の低下効果が小さ
くなる。従って、銅製放熱フィンの割合は、２５％〜５
０％の範囲内が好ましい。
【００３２】上述したように、この発明のヒートシンク
においては、半導体チップ等の取付け部近傍の放熱フィ
ンが、それ以外の部分の放熱フィンよりも熱伝導率の高
い材質、即ち、半導体チップ等の取付け部近傍の放熱フ
ィンが銅製、それ以外の部分の放熱フィンがアルミニウ
ム製であることが好ましい。この発明のヒートシンクの
ベース板材に使用されるアルミニウム材として、Ａ１０
５０、Ａ６０６３、Ａ５０５５があり、特に、純アルミ
ニウム（Ａ１０５０）が好ましい。この発明の銅製の放
熱フィンとして使用される銅材として、Ｃ１０２０、Ｃ
１１００があり、特に、Ｃ１０２０が好ましい。なお、
アルミニウム製の放熱フィンは、アルミニウム製ベース
板材と同一部材であることが好ましい。
においては、半導体チップ等の取付け部近傍の放熱フィ
ンが、それ以外の部分の放熱フィンよりも熱伝導率の高
い材質、即ち、半導体チップ等の取付け部近傍の放熱フ
ィンが銅製、それ以外の部分の放熱フィンがアルミニウ
ム製であることが好ましい。この発明のヒートシンクの
ベース板材に使用されるアルミニウム材として、Ａ１０
５０、Ａ６０６３、Ａ５０５５があり、特に、純アルミ
ニウム（Ａ１０５０）が好ましい。この発明の銅製の放
熱フィンとして使用される銅材として、Ｃ１０２０、Ｃ
１１００があり、特に、Ｃ１０２０が好ましい。なお、
アルミニウム製の放熱フィンは、アルミニウム製ベース
板材と同一部材であることが好ましい。
【００３３】
【実施例】以下に、実施例によってこの発明を更に詳細
に説明する。 実施例 図１に示すように、縦８０ｍｍ、横６５ｍｍ、厚さ５ｍ
ｍのアルミニウム製のベース板材を調製した。アルミニ
ウム製のベース板材の一方の面に放熱フィンを挿入する
ための多数の溝部を形成し、溝部のそれぞれに厚さ０．
６ｍｍ、高さ３０ｍｍの銅製放熱フィン、アルミニウム
製放熱フィンを挿入し、放熱フィンのピッチが２ｍｍに
なるように、溝部と溝部との間のベース板材部分をプレ
スによって加圧変形させ、カシメて、機械的に接合し
た。放熱フィンは、合計３０枚の放熱フィンからなり、
ベース部材の中央部に１６枚の銅製放熱フィンを配置
し、その両側にそれぞれ７枚のアルミニウム製放熱フィ
ンを配置した。このように調製されたヒートシンクのベ
ース部材の放熱フィンが設けられた面とは反対側の面の
中央部に、２０ｍｍ角の半導体チップを配置して放熱状
態を調査した。
に説明する。 実施例 図１に示すように、縦８０ｍｍ、横６５ｍｍ、厚さ５ｍ
ｍのアルミニウム製のベース板材を調製した。アルミニ
ウム製のベース板材の一方の面に放熱フィンを挿入する
ための多数の溝部を形成し、溝部のそれぞれに厚さ０．
６ｍｍ、高さ３０ｍｍの銅製放熱フィン、アルミニウム
製放熱フィンを挿入し、放熱フィンのピッチが２ｍｍに
なるように、溝部と溝部との間のベース板材部分をプレ
スによって加圧変形させ、カシメて、機械的に接合し
た。放熱フィンは、合計３０枚の放熱フィンからなり、
ベース部材の中央部に１６枚の銅製放熱フィンを配置
し、その両側にそれぞれ７枚のアルミニウム製放熱フィ
ンを配置した。このように調製されたヒートシンクのベ
ース部材の放熱フィンが設けられた面とは反対側の面の
中央部に、２０ｍｍ角の半導体チップを配置して放熱状
態を調査した。
【００３４】比較のために、 図１に示すと同様に、縦
８０ｍｍ、横６５ｍｍ、厚さ５ｍｍのアルミニウム製の
ベース板材を調製した。アルミニウム製のベース板材の
一方の面に放熱フィンを挿入するための多数の溝部を形
成し、溝部のそれぞれに厚さ０．６ｍｍ、高さ４０ｍｍ
のアルミニウム製放熱フィンを挿入し、放熱フィンのピ
ッチが２ｍｍになるように、溝部と溝部との間のベース
板材部分をプレスによって加圧変形させ、カシメて、機
械的に接合した。放熱フィンは、合計３０枚のアルミニ
ウム製放熱フィンからなっていた。このように調製され
たヒートシンクのベース部材の放熱フィンが設けられた
面とは反対側の面の中央部に、２０ｍｍ角の半導体チッ
プを配置して放熱状態を調査した。
８０ｍｍ、横６５ｍｍ、厚さ５ｍｍのアルミニウム製の
ベース板材を調製した。アルミニウム製のベース板材の
一方の面に放熱フィンを挿入するための多数の溝部を形
成し、溝部のそれぞれに厚さ０．６ｍｍ、高さ４０ｍｍ
のアルミニウム製放熱フィンを挿入し、放熱フィンのピ
ッチが２ｍｍになるように、溝部と溝部との間のベース
板材部分をプレスによって加圧変形させ、カシメて、機
械的に接合した。放熱フィンは、合計３０枚のアルミニ
ウム製放熱フィンからなっていた。このように調製され
たヒートシンクのベース部材の放熱フィンが設けられた
面とは反対側の面の中央部に、２０ｍｍ角の半導体チッ
プを配置して放熱状態を調査した。
【００３５】その結果、この発明のアルミニウム製ベー
ス部材の中央部に１６枚の銅製放熱フィンを配置し、そ
の両側にそれぞれ７枚のアルミニウム製放熱フィンを配
置したヒートシンクにおいては、比較用のアルミニウム
製ベース部材の中央部に３０枚のアルミニウム製放熱フ
ィンを配置したヒートシンクに比較して、冷却空気温度
とチップ表面温度との間の熱抵抗が０．０３℃／W低減
した。上述したところから明らかなように、この発明に
よると、重量を軽減し、製造コストを低下させながら、
熱効率に優れたヒートシンクが得られる。
ス部材の中央部に１６枚の銅製放熱フィンを配置し、そ
の両側にそれぞれ７枚のアルミニウム製放熱フィンを配
置したヒートシンクにおいては、比較用のアルミニウム
製ベース部材の中央部に３０枚のアルミニウム製放熱フ
ィンを配置したヒートシンクに比較して、冷却空気温度
とチップ表面温度との間の熱抵抗が０．０３℃／W低減
した。上述したところから明らかなように、この発明に
よると、重量を軽減し、製造コストを低下させながら、
熱効率に優れたヒートシンクが得られる。
【００３６】上述した実施例においては、放熱フィンの
ピッチが２ｍｍになるように等間隔に放熱フィンをベー
ス板材上に配置した例を示しているが、放熱フィンの間
隔を変化させて、ベース板材および放熱フィンにおける
温度差を小さくすることも可能である。
ピッチが２ｍｍになるように等間隔に放熱フィンをベー
ス板材上に配置した例を示しているが、放熱フィンの間
隔を変化させて、ベース板材および放熱フィンにおける
温度差を小さくすることも可能である。
【００３７】
【発明の効果】上述したように、この発明によると、少
なくとも２種類の熱伝導性の異なる金属材によって作製
された放熱フィンを組合わせた放熱フィン群を金属製ベ
ースプレートに高い密度で接合することによって作製さ
れた放熱効率に優れたヒートシンク、特に、ベースプレ
ートおよび放熱フィンの各部分における温度差が小さ
く、且つ、軽量なヒートシンクを提供することができ
る。また、ベース板材および放熱フィン群の金属材を適
宜選定することにより、設計自由度が高く、加工性に優
れ、低コストなヒートシンクを提供することができる。
なくとも２種類の熱伝導性の異なる金属材によって作製
された放熱フィンを組合わせた放熱フィン群を金属製ベ
ースプレートに高い密度で接合することによって作製さ
れた放熱効率に優れたヒートシンク、特に、ベースプレ
ートおよび放熱フィンの各部分における温度差が小さ
く、且つ、軽量なヒートシンクを提供することができ
る。また、ベース板材および放熱フィン群の金属材を適
宜選定することにより、設計自由度が高く、加工性に優
れ、低コストなヒートシンクを提供することができる。
【図１】図１は、この発明のかしめ式フィン付ヒートシ
ンクの１つの態様を示す図である。
ンクの１つの態様を示す図である。
【図２】図２は、この発明のかしめ式フィン付ヒートシ
ンクの別の態様を示す図である。
ンクの別の態様を示す図である。
【図３】図３は、放熱フィンにおける銅製放熱フィンの
割合と熱抵抗との間の関係を示すグラフである。
割合と熱抵抗との間の関係を示すグラフである。
【図４】図４は、半導体チップ等に接続されたヒートシ
ンクを示す図である。
ンクを示す図である。
１．ヒートシンク ２．アルミニウム製ベース板材 ３．銅製放熱フィン ４．アルミニウム製放熱フィン ２１．従来のヒートシンク ２２．アルミニウム製ベース板材 ２３．銅製放熱フィン ２４．半導体チップ等が取付けられる面 ２５．放熱フィンが取付けられる面
Claims (8)
- 【請求項１】少なくとも２種類の熱伝導性の異なる金属
材によって作製された放熱フィンを組合わせた放熱フィ
ン群と、前記放熱フィン群が高い密度で接合された金属
製ベース板材とからなる、フィン付ヒートシンク。 - 【請求項２】前記金属製ベースプレートおよび前記放熱
フィンにおける温度差が少なくなるように、前記放熱フ
ィン群を形成する個々の放熱フィンが配置されているこ
とを特徴とする、請求項１に記載のフィン付ヒートシン
ク。 - 【請求項３】前記放熱フィン群のうち、少なくとも発熱
素子に近い部位に配置された放熱フィンが銅材の放熱フ
ィンからなっていることを特徴とする、請求項２に記載
のフィン付ヒートシンク。 - 【請求項４】一方の面に発熱素子が接続される金属製ベ
ース板材と、前記金属製ベース板材の他の面に設けられ
た複数個の溝部のそれぞれに挿入され、前記溝部と溝部
の間の前記金属ベース板材の部分がプレスによって加圧
変形され、両側からかしめられて前記金属製ベース板材
と一体的に形成される、少なくとも２種類の材質からな
る複数枚の薄板状の金属製フィンとからなる、フィン付
ヒートシンク。 - 【請求項５】前記金属製フィンが２種類の金属板材から
なっており、前記発熱素子の取り付け部近傍に位置する
前記金属製フィンが、それ以外の部分に位置する金属製
フィンよりも熱伝導率の高い材質からなっていることを
特徴とする、請求項４に記載のフィン付ヒートシンク。 - 【請求項６】前記２種類の金属板材は、銅材およびアル
ミニウム材からなっており、前記発熱素子の取り付け部
近傍に位置する前記金属製フィンが銅材からなってお
り、前記それ以外の部分に位置する金属製フィンがアル
ミニウム材からなっていることを特徴とする、請求項５
に記載のフィン付ヒートシンク。 - 【請求項７】前記金属製ベース板材がアルミニウム材か
らなっていることを特徴とする、請求項１から６の何れ
か１項に記載のフィン付ヒートシンク。 - 【請求項８】前記銅材からなる放熱フィンの放熱フィン
全体に対する割合が２５から５０％の範囲内であること
を特徴とする、請求項３または６に記載のフィン付ヒー
トシンク。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001031193A JP3529358B2 (ja) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | フィン付ヒートシンク |
| TW091100873A TW519866B (en) | 2001-02-07 | 2002-01-21 | Heat sink with fins |
| US10/055,619 US6554060B2 (en) | 2001-02-07 | 2002-01-22 | Heat sink with fins |
| EP02002644A EP1231632A3 (en) | 2001-02-07 | 2002-02-05 | Heat sink with fins |
| CN02103100.2A CN1228842C (zh) | 2001-02-07 | 2002-02-07 | 叶片式散热器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001031193A JP3529358B2 (ja) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | フィン付ヒートシンク |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002237555A true JP2002237555A (ja) | 2002-08-23 |
| JP3529358B2 JP3529358B2 (ja) | 2004-05-24 |
Family
ID=18895317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001031193A Expired - Lifetime JP3529358B2 (ja) | 2001-02-07 | 2001-02-07 | フィン付ヒートシンク |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6554060B2 (ja) |
| EP (1) | EP1231632A3 (ja) |
| JP (1) | JP3529358B2 (ja) |
| CN (1) | CN1228842C (ja) |
| TW (1) | TW519866B (ja) |
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