IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ かがつう株式会社の特許一覧

<>
  • 特許-ヒートシンク及び電子部品パッケージ 図1
  • 特許-ヒートシンク及び電子部品パッケージ 図2
  • 特許-ヒートシンク及び電子部品パッケージ 図3
  • 特許-ヒートシンク及び電子部品パッケージ 図4
  • 特許-ヒートシンク及び電子部品パッケージ 図5
  • 特許-ヒートシンク及び電子部品パッケージ 図6
  • 特許-ヒートシンク及び電子部品パッケージ 図7
  • 特許-ヒートシンク及び電子部品パッケージ 図8
  • 特許-ヒートシンク及び電子部品パッケージ 図9
  • 特許-ヒートシンク及び電子部品パッケージ 図10
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-01-26
(45)【発行日】2022-02-03
(54)【発明の名称】ヒートシンク及び電子部品パッケージ
(51)【国際特許分類】
   H01L 23/36 20060101AFI20220127BHJP
   H05K 7/20 20060101ALI20220127BHJP
【FI】
H01L23/36 Z
H05K7/20 B
【請求項の数】 10
(21)【出願番号】P 2018044062
(22)【出願日】2018-03-12
(65)【公開番号】P2019160955
(43)【公開日】2019-09-19
【審査請求日】2020-12-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000123608
【氏名又は名称】かがつう株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000626
【氏名又は名称】特許業務法人英知国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】野崎 雅暉
(72)【発明者】
【氏名】坂本 勝
(72)【発明者】
【氏名】中村 洋輔
(72)【発明者】
【氏名】松浦 宗佑
【審査官】豊島 洋介
(56)【参考文献】
【文献】特開2002-271065(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L23/29
23/34 -23/36
23/373-23/427
23/44
23/467-23/473
H05K 7/20
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
一方の面を電子部品接触面とした板状のベース部と、このベース部の他方の面に複数段積み重ねられた放熱ユニットとを備え、
各放熱ユニットは、外部空間へ連通する通気路を前記ベース部側に確保するとともに前記他方の面に沿って延設された放熱片と、この放熱片を前記ベース部に支持する支柱とを有し、
前記放熱片には、前記通気路に連通し且つ前記他方の面へ臨む開口部が設けられ
前記開口部には、前記ベース部の端部側に対応して配置された第二の開口部を含むことを特徴とするヒートシンク。
【請求項2】
前記開口部には、前記ベース部の中央側に対応して配置された第一の開口部を含むことを特徴とする請求項1記載のヒートシンク。
【請求項3】
前記第二の開口部には、前記ベース部へ向かって突出する単数又は複数の突片部が設けられていることを特徴とする請求項1又は2記載のヒートシンク。
【請求項4】
前記支柱は、前記ベース部における外縁の内側に設けられていることを特徴とする請求項1~何れか1項記載のヒートシンク。
【請求項5】
一方の面を電子部品接触面とした板状のベース部と、このベース部の他方の面に複数段積み重ねられた放熱ユニットとを備え、
各放熱ユニットは、外部空間へ連通する通気路を前記ベース部側に確保するとともに前記他方の面に沿って延設された放熱片と、この放熱片を前記ベース部に支持する支柱とを有し、
前記放熱片には、前記通気路に連通し且つ前記他方の面へ臨む開口部が設けられ、
前記支柱には、前記各放熱ユニットに設けられた第一の支柱と、前記ベース部に設けられた第二の支柱とを含み、
前記第一の支柱は、前記ベース部に開口を向けた筒状に形成され、
前記第二の支柱は、前記ベース部の前記他方の面から突出して前記第一の支柱に挿通されていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項6】
前記開口部には、前記ベース部の中央側に対応して配置された第一の開口部を含むことを特徴とする請求項5記載のヒートシンク。
【請求項7】
前記開口部には、前記ベース部の端部側に対応して配置された第二の開口部を含むことを特徴とする請求項5又は6記載のヒートシンク。
【請求項8】
前記第二の開口部には、前記ベース部へ向かって突出する単数又は複数の突片部が設けられていることを特徴とする請求項7記載のヒートシンク。
【請求項9】
前記支柱は、前記ベース部における外縁の内側に設けられていることを特徴とする請求項5~8何れか1項記載のヒートシンク。
【請求項10】
前記ベース部の電子部品接触面には、電子部品が接触していることを特徴とする請求項1~何れか1項記載のヒートシンクを用いた電子部品パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子部品等の熱を放熱するようにしたヒートシンク及び電子部品パッケージに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、この種の発明には、例えば特許文献1に記載されるように、電子部品に接触可能な板状のベース部と、このベース部の厚み方向の一方側の空間を囲む四枚の突片部と、各突片部から前記空間とは逆の方向へ突出する複数の筒状突起と、四枚の突片部の内側に形成された複数の溝とを有するヒートシンクがある。
このヒートシンクは、前記複数の筒状突起や複数の溝により、良好な放熱性能を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2018-14539号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記従来技術によれば、ベース部の輪郭から、複数の突起が水平方向へ突出する構造であるため、放熱能力を増大するためには、複数の突起の突出量を大きくする必要がある。このため、水平方向の取付けスペースが予め決められている場合には、対応が困難になることが想定される。
【課題を解決するための手段】
【0005】
このような課題に鑑みて、本発明は、以下の構成を具備するものである。
一方の面を電子部品接触面とした板状のベース部と、このベース部の他方の面に複数段積み重ねられた放熱ユニットとを備え、各放熱ユニットは、外部空間へ連通する通気路を前記ベース部側に確保するとともに前記他方の面に沿って延設された放熱片と、この放熱片を前記ベース部に支持する支柱とを有し、前記放熱片には、前記通気路に連通し且つ前記他方の面へ臨む開口部が設けられ、前記開口部には、前記ベース部の端部側に対応して配置された第二の開口部を含むことを特徴とするヒートシンク。
また、このような課題に鑑みて、本発明は、以下の構成を具備するものである。
一方の面を電子部品接触面とした板状のベース部と、このベース部の他方の面に複数段積み重ねられた放熱ユニットとを備え、各放熱ユニットは、外部空間へ連通する通気路を前記ベース部側に確保するとともに前記他方の面に沿って延設された放熱片と、この放熱片を前記ベース部に支持する支柱とを有し、前記放熱片には、前記通気路に連通し且つ前記他方の面へ臨む開口部が設けられ、前記支柱には、前記各放熱ユニットに設けられた第一の支柱と、前記ベース部に設けられた第二の支柱とを含み、前記第一の支柱は、前記ベース部に開口を向けた筒状に形成され、前記第二の支柱は、前記ベース部の前記他方の面から突出して前記第一の支柱に挿通されていることを特徴とするヒートシンク。
【発明の効果】
【0006】
本発明は、以上説明したように構成されているので、省スペースな形状により放熱能力の増大を容易にすることがきる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
図1】本発明に係るヒートシンクの一例を示す斜視図である。
図2図1における(II)-(II)線に沿う断面図である。
図3】本発明に係るヒートシンクの他例を示す斜視図である。
図4図3における(IV)-(IV)線に沿う断面図である。
図5】本発明に係るヒートシンクの他例を示す斜視図である。
図6】本発明に係るヒートシンクの他例を示す斜視図である。
図7図6に示すヒートシンクの分解斜視図である。
図8図7に示すヒートシンクを支柱の中心部に沿って切断した分解縦断面図である。
図9図1に示すヒートシンクについて、空気の流れを示す図である。
図10図3に示すヒートシンクについて、空気の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
本実施の形態では、以下の特徴を開示している。
第一の特徴は、一方の面を電子部品接触面とした板状のベース部と、このベース部の他方の面に複数段積み重ねられた放熱ユニットとを備え、各放熱ユニットは、外部空間へ連通する通気路を前記ベース部側に確保するとともに前記他方の面に沿って延設された放熱片と、この放熱片を前記ベース部に支持する支柱とを有し、前記放熱片には、前記通気路に連通し且つ前記他方の面へ臨む開口部が設けられている(図1図8参照)。
【0009】
第二の特徴として、前記開口部には、前記ベース部の中央側に対応して配置された第一の開口部を含む(図1図8参照)。
【0010】
第三の特徴として、前記開口部には、前記ベース部の端部側に対応して配置された第二の開口部を含む(図3図5参照)。
【0011】
第四の特徴として、前記第二の開口部には、前記ベース部へ向かって突出する単数又は複数の突片部が設けられている(図5参照)。
【0012】
第五の特徴として、前記支柱は、前記ベース部における外縁の内側に設けられている(図1図8参照)。
【0013】
第六の特徴として、前記支柱には、前記各放熱ユニットに設けられた第一の支柱と、前記ベース部に設けられた第二の支柱とを含み、前記第一の支柱は、前記ベース部に開口を向けた筒状に形成され、前記第二の支柱は、前記ベース部の前記他方の面から突出して前記第一の支柱に挿通されている(図6図8参照)。
【0014】
第七の特徴は、前記ヒートシンクを用いた電子部品パッケージであって、前記ベース部の電子部品接触面に、電子部品が接触している(図2図4及び図8参照)。
【0015】
<第一の実施態様>
次に、上記特徴を有する具体的な実施態様について、図面に基づいて詳細に説明する。
図1及び図2に示すヒートシンクAは、一方の面を電子部品接触面11とした板状のベース部10と、このベース部10の他方の面12に複数段積み重ねられ接続された放熱ユニットUとを備える。
そして、このヒートシンクAは、電子部品接触面11を電子部品X(例えば、CPUや、トランジスタ、サイリスタ、その他の半導体や電子部品等)に接触させて電子部品パッケージ(図2参照)を構成する。なお、この電子部品パッケージの周囲には、必要に応じてファンを設けるようにしてもよい。
ベース部10及び放熱ユニットUは、アルミニウム、銅、ステンレス、ニッケル又はマグネシウム等を含む金属材料から形成され、その表面にはアルマイト処理が施される。
【0016】
ベース部10は、矩形平板状(図示例によれば平面視正方形状)に形成され、その厚み方向の一方(図示例によれば下側)の面を、平坦状に形成して電子部品Xに接触させるための電子部品接触面11としている。
このベース部10の他方(反対側)の面12は、図示例によれば、貫通孔や凹凸のない平坦状に形成されるが、必要に応じて、適宜形状の放熱フィン等を設けることも可能である。
【0017】
各放熱ユニットUは、外部空間S1に連通する通気路v1をベース部10側に確保するとともに他方の面12に沿って延設された放熱片30と、この放熱片30をベース部10側から支持する複数の支柱20とを一体的に備えている。
【0018】
放熱片30は、ベース部10に対し間隔を置いて略平行する平板状の部材であり、図示例によれば、ベース部10と略同一の外形を有する矩形平板状に形成される。
この放熱片30には、通気路v1に連通し且つ他方の面12の中央側部分へ臨む貫通状の第一の開口部31が設けられる。
通気路v1は、側方の外部空間S1と、第一の開口部31の内側に確保された内部空間S2とを連通している(図2参照)。
【0019】
支柱20は、ベース部10と同様の金属材料から円柱状又は円筒状に形成され、ベース部10の四隅側、又は下段の放熱片30の四隅側から反ベース側(図示例によれば上方)へ突出するように複数(図示例によれば四つ)設けられる。
これら複数の支柱20は、ベース部10における外縁の内側に位置するように設けられる。この配置によれば、当該ヒートシンクAにおいて、水平方向へ突出する部分のない省スペースな構成にすることができ、その上、通気路v1を流通する気体に支柱20が接触するので、放熱性能の向上が期待できる。
【0020】
二段目以降の放熱ユニットUも、一段目の放熱ユニットUと同様に、複数の支柱20と単数の放熱片30から一体的に構成され、各支柱20を、ベース部10側(下側)の放熱片30に対し接続固定している。
【0021】
次に、上記構成のヒートシンクAについて、その特徴的な作用効果を詳細に説明する。
ベース部10の電子部品接触面11を、発熱中の電子部品Xに接触させた状態(図2参照)において、ベース部10上方側の内部空間S2には、ベース部10の熱により上昇する空気の流れが形成される。このため、この上昇する気流に、比較的温度の低い外部空間S1の空気が引き込まれて、通気路v1に沿う空気の流れが形成される。
したがって、通気路v1に沿って流れる空気と、支柱20及び放熱片30との間で、熱交換が効率的に行われ、ベース部10及び電子部品Xの温度上昇が抑制される。
【0022】
しかも、放熱ユニットUの数によって放熱能力を変化させることができ、例えば、電子部品Xの発熱量が比較的大きい場合には、放熱ユニットUの数を増やして放熱能力を増大することができ、逆に、電子部品Xの発熱量が比較的小さい場合には放熱ユニットUの数を減らして放熱能力を減らすことができる。
すなわち、水平方向の面積を変化させることのない省スペースな構成により、放熱能力を容易に増減することができる。
【0023】
なお、上記実施態様では、各放熱ユニットUをその下側の放熱ユニットU又はベース部10に対し離脱不能に接続したが、他例としては、各放熱ユニットUをその下側の放熱ユニットU又はベース部10に対し着脱可能に接続してもよく、この場合には、電子部品Xの発熱量に応じた放熱能力の調整を、放熱ユニットUの着脱によって容易に行うことができる。
前記着脱の手段は、例えば、ベース部10又は放熱片30に対し、支柱20を嵌合やねじ止め等によって着脱可能に接続すればよい。
【0024】
<第二の実施態様>
次に、本発明に係るヒートシンクの他の実施態様について説明する。なお、以下に示す実施態様は、上述した実施態様を一部変更したものであるため、主にその変更部分について詳述し、共通部分の説明は同一符号を用いる等して適宜省略する。
【0025】
図3及び図4に示すヒートシンクBは、上記構成のヒートシンクAに対し、放熱片30を放熱片30’に置換したものである。
放熱片30’は、他方の面12の連続方向における端部寄りの部分に対応して、通気路v1に連通し且つ他方の面12へ臨む第二の開口部32を有する。
詳細に説明すれば、第二の開口部32は、平面視枠状の放熱片30’の各辺側の部分に、それぞれ設けられる。各第二の開口部32は、放熱片30’の各辺に沿う長尺状の貫通孔であり、図示例によれば、隣接する支柱20,20の間に対応して平面視長方形状に形成される。そして、この放熱片30’とその下側の複数の支柱20は、一体的な放熱ユニットU’を構成する。
このヒートシンクBによれば、上述した通気路v1に加えて、外部空間S1から第二の開口部32へ連通する通気路v2が形成される(図4参照)。したがって、これら二つの通気路v1,v2に沿って流れる空気により、支柱20及び放熱片30’の放熱を効率的に行うことができ、ひいては、ベース部10及び電子部品Xの温度上昇を効果的に抑制することができる。
また、上述したヒートシンクAと同様に、電子部品Xの発熱量に応じて、放熱ユニットU’を増減し、適宜な放熱能力を得ることができる。
【0026】
<第三の実施態様>
図5に示すヒートシンクCは、上記構成のヒートシンクBに対し、放熱片30’を放熱片30”に置換したものである。
放熱片30”は、上記放熱片30に加えて、第二の開口部32に、ベース部10へ向かって突出する突片部33を複数有するものである。
突片部33は、第二の開口部32の長手方向を分割して仕切るように複数設けられる。各突片部33は、第二の開口部32を構成する一方の長辺から他方の長辺に跨る平板状の部材であり、ベース部10側へ突出している。
そして、突片部33を有する放熱片30”と、その下側の複数の支柱20は、一体的な放熱ユニットU”を構成する。
このヒートシンクCによれば、上記ヒートシンクBと同様に、二種類の通気路v1,v2を形成することができる上、これら通気路v1,v2中に位置する突片部33によって効果的な放熱を行うことができる。
また、上述したヒートシンクAと同様に、電子部品Xの発熱量に応じて放熱ユニットU”を増減すれば、適宜な放熱能力を得ることができる。
なお、他例としては、突片部33を第二の開口部32の短手方向を分割するように設けたたり、図示例以外の態様の突片部を設けたりすることも可能である。
【0027】
<第四の実施態様>
図6図8に示すヒートシンクDは、上記ヒートシンクAに対し、ベース部10をベース部10xに置換するとともに、放熱ユニットUを放熱ユニットUxに置換したものであり、各放熱片をベース部10xに支持する支柱を、各放熱ユニットUxに設けられた第一の支柱Ux2と、ベース部10xに設けられた第二の支柱10x2とによって構成している。
【0028】
ベース部10xは、上記ベース部10と略同構成のベース本体10x1と、このベース本体10x1の放熱側面(図示例によれば上面)から突出する第二の支柱10x2とから一体的に構成される。
【0029】
ベース本体10x1は、その一方の面(図示例によれば下面)を電子部品接触面とし、他方の面の外縁よりも内側における四角側に、それぞれ第二の支柱10x2を固定している。
【0030】
第二の支柱10x2は、ベース本体10x1と同様の金属材料から円柱状又は円筒状に形成される。この第二の支柱10x2を、ベース本体10x1に固定する手段は、例えば、溶接や嵌合とすればよい。また、プレス加工や鍛造等によって第二の支柱10x2をベース本体10x1と一体成型することも可能である。
この第二の支柱10x2は、放熱ユニットUx側の第一の支柱Ux2に挿通され嵌り合っている。
【0031】
放熱ユニットUxは、上記放熱片30と略同形状の放熱片Ux1と、この放熱片Ux1の外縁よりも内側における四角側にそれぞれ固定された複数の第一の支柱Ux2とを一体に具備している。
【0032】
放熱片Ux1は、その中央部側に、ベース部10xの放熱側面に臨む矩形状の開口部Ux11を有し、各角側に、後述する第一の支柱Ux2内に連通する貫通孔Ux12を有する。
【0033】
各第一の支柱Ux2は、円筒状に形成され、その一端側の開口をベース本体10x1面に向けるとともに、他端側の開口を放熱片Ux1の貫通孔Ux12に連通している。
この第一の支柱Ux2は、放熱片Ux1の角側において、該放熱片Ux1からベース部10x側へ突出しており、その突端部を、対向するベース本体10x1又は放熱片Ux1に当接させることで、放熱片Ux1とベース本体10x1の間隔、又は隣接する放熱片Ux1,Ux1の間隔を略一定にするスペーサとして機能する。
【0034】
そして、上記構成の放熱ユニットUxは、図7及び図8に示すように、ベース部10x側の各第二の支柱10x2に各第一の支柱Ux2を環状に嵌め合わせるようにして、複数段積み重ねられる。
【0035】
この放熱ユニットUxによれば、複数の放熱ユニットUxを積み上げることができ、その組立性が良好である。このため、電子部品Xの発熱量に応じて、放熱ユニットUxの数を容易に調整することができる。
【0036】
<コンピュータ解析結果>
次に、上記構成のヒートシンクA及びBについて、空気の流れを可視化するようにしたコンピュータ解析の結果を説明する。このコンピュータ解析では、図9及び図10に示すように、ヒートシンクA及びBについて、ベース部10を下方へ向けた縦置き姿勢とし、その下端の電子部品接触面11に熱源が接触しているものとする。
【0037】
この解析の結果、ヒートシンクAでは、放熱片30とベース部10の間、及び上下の放熱片30間に、外部空間S1から内部空間S2へ向かう空気の流れF1が確認でき、さらに、この流れF1の下流側に、内部空間S2を上昇して第一の開口部31を上方ヘ通過する空気の流れF2が確認できた。
また、ヒートシンクBでは、上述した空気の流れF1,F2に加えて、第二の開口部32内を上方へ通過する空気の流れF3が確認できた。
これら解析結果より、外部空間S1の比較的低温の空気が、内部空間S2に引き込まれて、第一の開口部31及び/又は第二の開口部32b内を上昇する過程において、この流れる空気に、各放熱片30,30’の熱が伝達して、効果的な放熱が行われるものと考えられる。
【0038】
また、上記構成のヒートシンクA及びBについて、放熱ユニットU,U’の数を二つ(同一数)とし、コンピュータ解析により、同一箇所(ベース部10)の温度上昇値を求めたところ、ヒートシンクAが83.1℃、ヒートシンクBが77.9℃であった。さらに、ヒートシンクBについては、放熱ユニットU’の数を二つから三つに増やしたところ、温度上昇値が73.9℃であった。
これらの結果より、第二の開口部32のないものよりも第二の開口部32のあるものの方が放熱効果が高く、さらに、放熱ユニットの数を増やした方が放熱効果が高いものといえる。
【0039】
なお、図3に示すヒートシンクBによれば、放熱片30’は、平面方向に隣接する支柱20,20間において平板状の放熱片30’に平面視長方形の第二の開口部32を設けたが、この放熱片の他例としては、平面方向に隣接する支柱20,20間に複数の棒状部材を架け渡した態様や、平板状の放熱片に多数の貫通孔を設けた態様等、図示例以外の態様とすることも可能である。
【0040】
また、上記実施態様では、特に好ましい構成として、何れのヒートシンクにおいても第一の開口部31を設けたが、他例としては、第一の開口部31を省き、第二の開口部32のみを設けた態様や、上記放熱片における図示例以外の位置に開口部を設けた態様とすることも可能である。
【0041】
また、図5に示す実施態様では、突片部33を第二の開口部32に設けたが、他例としては、第一の開口部31に内部空間S2側へ突出する突片部を設けた態様や、その他の適宜箇所に内部空間S2側へ突出する突片部を設けた態様とすることも可能である。
【0042】
また、上記実施態様では、各放熱ユニットを、放熱片の下側に支柱を接続した構造としているが、他例としては、放熱片に対し曲げ加工により支柱を設けることも可能である。すなわち、この態様では、放熱片の周縁に放射状に突出する複数の支柱構成部を設け、各支柱構成部をベース部側へ曲げて上記支柱とする。この態様では、より生産性を向上することができる。
【0043】
また、上記実施態様のヒートシンクA,B,Cによれば、特に好ましい使用例として、ベース部10を下方へ向けた縦置き状に用いたが、他の使用例としては、ベース部10を側方へ向けた横向き状に用いることも可能である。
【0044】
また、本発明は上述した実施態様に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【0045】
11:電子部品接触面
10:ベース部
20:支柱
30,30’,30”:放熱片
31:第一の開口部
32:第二の開口部
33:突片部
A,B,C:ヒートシンク
S1:外部空間
S2:内部空間
U,U’,U”:放熱ユニット
v1,v2:通気路
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10