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JP2008171840A - 液冷ヒートシンクおよびその設計方法 - Google Patents

液冷ヒートシンクおよびその設計方法 Download PDF

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JP2008171840A
JP2008171840A JP2007000752A JP2007000752A JP2008171840A JP 2008171840 A JP2008171840 A JP 2008171840A JP 2007000752 A JP2007000752 A JP 2007000752A JP 2007000752 A JP2007000752 A JP 2007000752A JP 2008171840 A JP2008171840 A JP 2008171840A
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fin
heat sink
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partition
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JP2007000752A
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Ken Yanagawa
謙 柳川
Satoru Sakuma
哲 佐久間
Takashi Ueno
孝史 上野
Masatoshi Nozaki
正敏 野崎
Tsutomu Wada
努 和田
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T Rad Co Ltd
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T Rad Co Ltd
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Abstract

【課題】 ヒートシンクの表面に互いに離間して複数の電子部品を配置するものにおいて、各電子部品の容量等に基づき最適な設計を行うこと。
【解決手段】 より発熱量の大きな加熱体または下流側に位置する加熱体の伝熱性を向上させるため、そのフィンの伝熱面積を大とするかまたは、その直下を流通する冷却液の流量または流速を大きくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発熱量の大きいパワーＩＣ等の半導体その他の電子部品を冷却する液冷ヒートシンクおよびその設計方法に関する。
パワーＩＣ等の発熱量の大きな電子部品は、内部に冷却液が流通するヒートシンク本体の外面に取付けられる。その電子部品が複数の場合には、互いに離間させ、夫々の電子部品の発熱量および大きさに応じて最適な冷却条件を設定する必要がある。
ところがヒートシンクに複数の電子部品を互いに離間して取付けた場合、複数の要因が重なり合って影響を及ぼすため、各電子部品毎に最適な冷却性能を得ることが困難である。即ち、各電子部品はその発熱量やサイズ或いは用途が異なること、冷却液の上流側と下流側で液温が異なること、冷却液の流量が各電子部品直下で均一にならないこと、隣接する電子部品どうしの距離等により互いに熱的影響を及ぼすこと、ヒートシンクの表面と電子部品との接着状態が均一にならないこと、その他の要因により、各電子部品の冷却を最適設計にすることは極めて困難である。
特開２００１−１６８５６９号公報
そこで従来、最も温度の高くなる可能性の高いの電子部品を基準に、全体の冷却設計を行っている。すると、それによって他の電子部品に対しては過剰な伝熱面積の確保が生じ、ヒートシンクのコスト高や重量の増大、圧力損失の増大等をまねいていた。
そこで、本発明は係る問題点を解決することを課題とする。
請求項１に記載の本発明は、偏平なヒートシンク本体(1)の内部にインナーフィン(2)が介装され、内部に冷却液(3) が流通すると共に、ヒートシンク本体(1)の平坦な外表面の一部に複数の電子部品(4)が接触固定される複数の取付面を有する液冷ヒートシンクにおいて、
第１の取付面(5a)に取り付ける電子部品(4)の発熱量が第２の取付面(5b)のそれより大であるとき、
または前記発熱量が同一で第１の取付面(5a)が冷却液(3)の下流側に位置し、第２の取付面(5b)がその上流側に位置するとき、
前記第１の取付面(5a)の直下の前記インナーフィン(2a) の伝熱性が第２の取付面(5b)のインナーフィン(2b)のそれより大になるように構成した液冷ヒートシンクである。
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
前記インナーフィン(2)全体が波形に曲折したコルゲートタイプのものであって、
前記第１の取付面(5a)の直下のインナーフィン(2a)の伝熱面積が、第２の取付面(5b)の直下の前記フィン(2b)のそれに比べて大となるように、下記のいずれか一以上の構成を有する液冷ヒートシンク。
フィンピッチが小さい、フィンの振幅が大きい、フィンの板厚が厚い、フィンにルーバが設けられている、フィン材料の熱伝導率が高い、他の部分にはフィンが存在しないものである。
請求項３に記載の本発明は、請求項１において、
前記インナーフィン(2)は、両側に側枠部(7)を有し、その側枠部(7)間を傾斜した多数の互いに離間した傾斜骨(8)または波形に曲折された波骨(6)からなる骨部で連結され、それらが面一に配置された少なくとも一対存在し、それらが厚み方向に積層されて、その隣り合うインナーフィン(2)の前記骨部が互いに交差するように構成したヘリボーンタイプのものであり、
前記第１の取付面(5a)の直下の前記骨部の伝熱面積が、第２の取付面(5b)の直下の前記骨部のそれに比べて大となるように、下記のいずれか一以上の構成を有する液冷ヒートシンク。
傾斜骨または波骨のピッチが小さい、傾斜骨または波骨の幅が広い、傾斜骨または波骨の熱伝達率が高い、段数が多い、他の部分には傾斜骨または波骨が存在しないものである。
請求項４に記載の本発明は、請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
ヒートシンク本体(1)の冷却液(3)の流通方向の上流端部と下流端部とに一対の前記取付面(5a)(5b)が存在し、中間部に取付面が存在しない構成において、
各取付面(5a)(5b)直下の前記フィンの伝熱面積が中間部の直下のそれに比べて大となるように、下記のいずれかの条件とする液冷ヒートシンク。
前記コルゲートフィンタイプの場合
フィンピッチが小さい、フィンの振幅が大きい、フィンの板厚が厚い、フィンにルーバが設けられている、フィン材料の熱伝導率が高い、中間部の直下部分にはフィンが存在しない。
前記ヘリボーンタイプのインナーフィンの場合
前記各取付面(5a)(5b)の直下の前記骨部 は、中間部直下の前記骨部 に比べて、下記のいずれか一以上の構成を有するもの。
傾斜骨または波骨のピッチが小さい、傾斜骨または波骨の幅が広い、傾斜骨または波骨の熱伝達率が高い、段数が多い、他の部分には傾斜骨または波骨が存在しないものである。
請求項５に記載の本発明は、請求項３において、
前記インナーフィン(2)は、両側枠部(7)間でその側枠部(7)の方向に設けた仕切部(9) を有し、その仕切部(9)と両側枠部(7)間が多数の前記骨部で連結された少なくも一対有し、それらが厚み方向に積層されて、その隣り合う前記インナーフィン(2)は、前記骨部が平面的に互いに交差すると共に、前記側枠部(7)および仕切部(9)が整合して積層され、その積層体の外周が一対のプレートまたは偏平チューブからなるヒートシンク本体で閉塞され、
前記仕切部(9) の両側に第１流通部(10)と第２流通部(11)とを有すると共に、両流通部(10)(11)の両端に入口側マニホールド部(12)と出口側マニホールド部(13)とを有し、その入口側マニホールド(12)で前記冷却液(3)が第１流通部(10)と第２流通部(11)とに分流して導かれると共に、出口側マニホールド部(13)でそれが合流するように構成され、
その入口側マニホールド部(12)で仕切部(9)の端またはその近傍に流路縮小手段(14)を設けて、第２流通部(11)への冷却液(3)の流通を制限した液冷ヒートシンクである。
請求項６に記載の本発明は、請求項３において、
少なくとも３枚の前記インナーフィン(2)は、それぞれ両側枠部(7)間でその一方の側枠部(7)側に第１の前記骨部を有し、他方側に第２の骨部を有し、
それらが厚み方向に積層されて、そのうち二枚の隣り合う前記インナーフィン(2)は、第１の骨部の傾斜骨(8a)または波骨が平面的に互いに重なり合い、第２の骨部の傾斜骨(8b)または波骨が互いに交差すると共に、前記側枠部(7)および仕切部(9)が整合して積層され、
少なくとも残りの一枚のインナーフィン(2) とそれに隣接するインナーフィン(2) は、第１の骨部の傾斜骨(8a)または波骨および、第２の骨部の傾斜骨(8b)または波骨がそれぞれ互いに交差すると共に、前記側枠部(7)および仕切部(9)が整合して積層され、
その積層体の外周が一対のプレートまたは偏平チューブからなるヒートシンク本体で閉塞され、
前記第１の骨部側に第１流通部(10)が設けられ、第２の骨部側に第２流通部(11)が設けられると共に、両流通部(10)(11)の両端に入口側マニホールド部(12)と出口側マニホールド部(13)とを有し、その入口側マニホールド(12)で前記冷却液(3)が第１流通部(10)と第２流通部(11)とに分流して導かれると共に、出口側マニホールド部(13)でそれが合流するように構成された液冷ヒートシンクである。
請求項７に記載の本発明は、請求項３において、
前記インナーフィン(2)は、両側枠部(7)間でその側枠部(7)の方向に設けた仕切部(9) を有し、その仕切部(9)と両側枠部(7)間が前記骨部で連結された少なくも一対有し、それらが厚み方向に積層されて、その隣り合う前記インナーフィン(2)は、前記骨部が平面的に互いに交差し、その積層体の外周が一対のプレートまたは偏平チューブからなるヒートシンク本体で閉塞され、
前記仕切部の両側に第１流通部(10)と第２流通部(11)とを有し、
前記仕切部(9) の両側に第１流通部(10)と第２流通部(11)とを有すると共に、両流通部(10)(11)の両端に入口側マニホールド部(12)と出口側マニホールド部(13)とを有し、その入口側マニホールド(12)で前記冷却液(3)が第１流通部(10)と第２流通部(11)とに分流して導かれると共に、出口側マニホールド部(13)でそれが合流するように構成され、
その仕切部(9)の幅および／または前記側枠(7) の幅が増幅されて、第１流通部(10)と第２流通部(11)の一部に流路断面を縮小する流速増速部(22)が設けられ、その流速増速部(22)の直上に電子部品の取付面(5)が配置される液冷ヒートシンクである。
請求項８に記載の本発明は、偏平なヒートシンク本体(1)の内部にインナーフィン(2)が介装され、内部に冷却液(3) が流通すると共に、ヒートシンク本体(1)の平坦な外表面の一部に複数の電子部品(4)が接触固定される複数の取付面を有する液冷ヒートシンクの製造方法において、
それぞれの取付面(5)に電子部品(4)を取付て、前記冷却液(3)を流通させたとき、最も温度が高くなる電子部品(4)の直下の前記インナーフィンの伝熱部の熱交換量を他の電子部品(4)の直下のそれより大になるように、伝熱面積を大としまたは、冷却液の流量を大とするように調整したことを特徴とする液冷ヒートシンクの設計方法である。
本発明は、取付け面５ａに取付ける電子部品４の発熱量が取付け面５ｂに取付ける電子部品４より大きいか、冷却液３の下流側に位置する第２の取付面5ａの直下部分のインナーフィン２の伝熱性を上流側に位置するインナーフィン２より大になるように構成したから、一部の電子部品４が異常に高温になることを防止し、それらの温度を均一化することができる。
上記構成において、冷却液３の流通方向の上流端部と下流端部とに電子部品４の第１の取付面5a，第２の取付面5bが存在し、中間部にはそれが存在しない場合、第１の取付面5a，第２の取付面5bの直下のインナーフィン２の伝熱面積を、中間部の直下のそれに比べて大となるように構成することができる。
この場合には、各取付面5a，5bにおける電子部品４の冷却を効率的に行うと共に、冷却液３の流通方向中間部においては流通抵抗を小とし、冷却液３を円滑に流通し得る。そして、その中間部の存在により、両取付面5a、5bを互いに離間し、両者の熱的影響が互いに及ぼすのを可及的に小とし得る。それにより、両取付面5a，5bに取り付けられる各電子部品４を確実に冷却することが可能となる（請求項４）。
ヘリボーンタイプのインナーフィン２において、仕切部９を設け、その両側に第１流通部10とタンク第２流通部11とを設け、その仕切部９の端またはその近傍に流路縮小部14を設けて第２流通部11への冷却液３の流通を制限することができる。
この場合には、積極的に第１流通部10により多くの冷却液３を流通させ、第１流通部10における電子部品４の冷却効果を増大させることができる（請求項５）。
上記構成において、二枚の隣り合う前記インナーフィン２の第１の骨部の傾斜骨8a（波骨６を含む、以下同じ）を平面的に互いに重なり合わせ、第２の骨部の傾斜骨8bを互いに交差し、残りのインナーフィン２とそれに隣接するインナーフィン２の第１の骨部の傾斜骨8aおよび、第２の骨部の傾斜骨8bをそれぞれ互いに交差したものにおいては、第１の骨部側の冷却液の攪拌効果を第２のそれに比べて抑制し、第２の骨部側の冷却を促進し、その部分に取付られる電子部品の冷却効果を第１のそれより向上することができる（請求項６）。
上記構成において、その仕切部８の幅および／または前記側枠７の幅を増幅して、第１流通部10と第２流通部11の一部に流路断面を縮小する流速増速部22を設け、その流速増速部22の直上に電子部品の取付面5を配置したものにおいては、その流速増速部22上の電子部品の冷却効果を他の部分のそれよりも向上することができる（請求項７）。
本発明の液冷ヒートシンクの設計方法によれば、ヒートシンク本体１の外面の各取付面５に複数の電子部品４を取付けて、冷却液３を内部に流通させたとき、最も温度が高くなる電子部品４の直下のインナーフィン２の伝熱部の熱交換量を他の電子部品４の直下のそれより大となるように、その伝熱面積を大としまたは冷却液の流通を大とするように調整するものであるから、効率良く且つ迅速に最適な液冷ヒートシンクを設計できる。
即ち、ヒートシンクの上面に異なる発熱量の複数の電子部品４が設けられている場合において、各電子部品４の温度を均一になるように迅速に設計できる（請求項８）。
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態を示すヒートシンクの分解斜視略図であり、図２はその組立て状態で、その上側のプレート16を取り除いた平面図である。
このヒートシンクは、一対のヘリボーンタイプのインナーフィン２とその上下両面に配置される一対のプレート16，17を有する。そしてそれらが厚み方向に積層され、各接触部が一体的にろう付け固定されるものである。そしてプレート16の外表面に設けた複数の取付面５上に、夫々電子部品４が互いに離間して配置される。そしてこの例では下側のプレート17の入口パイプ18から冷却液３として水が一対のプレート16，17間のインナーフィン２内に流通して、それが出口パイプ19から流出するものである。
各インナーフィン２は金属板のプレス打ち抜き成形体からなり、外周が一対づつの側枠部７および端枠部20によって略方形の平面を有すると共に、その一方の対角線の両隅部に冷却液流出入用の突出枠部が形成されている。また一対の側枠部７の中間に仕切部９が配置され、仕切部９と左側の側枠部７との間に第１流通部10が配置され、仕切部９と右側の側枠部７との間に第２流通部11が配置されている。
第１流通部10には多数の傾斜骨８が互いに平行に仕切部９および側枠部７と一体に形成され、第２流通部11にはその上流部および下流部に夫々多数の波骨６が互いに平行に配置され、夫々の波骨６の上流部と下流部との間に多数の傾斜骨８が配置されている。なお、第２流通部11における傾斜骨８の間隔は、第１流通部10におけるそれの間隔よりも大である。
また、図示されていないが各波骨６間の間隔は、第１流通部10における傾斜骨８の間隔よりも小に且つ、傾斜骨８の幅を広く形成して伝熱面積を広くしている。さらに、各流通部１０、１１の下流部の伝熱面積は上流部のそれより大にしている。なお、これらの伝熱面積を同一とすることもできる。
次に、積層方向の上側に位置するインナーフィン２と下側に位置するインナーフィン２とは、その傾斜骨８の向きが逆向きである。また、波骨６はその波の位相が上下のインナーフィン２で半ピッチ位置ずれしている。また、仕切部９の先端は最上流側の波骨６および傾斜骨８よりも突出し、それに対向する端枠部20は仕切部９側に突出し、それらによって上流側マニホールド部12の流路縮小部14を形成する。そして各波骨６，傾斜骨８，側枠部７，端枠部20は面一に且つ、一体に形成され、上下の仕切部９並びにインナーフィン２、端枠部20は互いに整合する。これらの傾斜骨および波骨６により骨部を構成し、その上流側に上流側マニホールド部12が設けられ、下流側に下流側マニホールド部13が設けられている。
そして複数のインナーフィン２および各プレート16、17が厚み方向に積層され、各接触部間が一体にろう付け固定される。なお、積層方向の最下側のプレート17には一対の入口パイプ18，出口パイプ19の端部が連通する。
このようにしてなるヒートシンクのプレート16上の各取付面５には、互いに離間し電子部品４がハンダ付け等の手段により取付けられる。なお、電子部品４がパワーＩＣ等の場合には、通常その電子部品４の下面側は図示しない伝熱性の絶縁基板を介して取付面５に接合される。
そして冷却液３が入口パイプ18から一対のインナーフィン２のマニホールド部13に供給され、それが第１流通部10および第２流通部11の傾斜骨８間および波骨６間の隙間を上下方向に蛇行して流通し、下流側のマニホールド部13から出口パイプ19に導かれ外部に流出する。
外部に流出した冷却液３は図示しない熱交換器により冷却され、再び入口パイプ18から内部に流入して循環する。そして冷却液３がヒートシンク内部を流通する間に、各電子部品４からの熱を吸熱する。
夫々の電子部品４は、その発熱量サイズおよび用途が異なると共に、冷却液３の流通方向上流側に位置するものと下流側に位置するものとがある。また、第１流通部10と第２流通部11とは流路縮小部14の存在および流路抵抗の違いにより流量が異なる。また、各流路の各部でフィンの放熱面積が異なる。それら各部における熱交換量の違い、電子部品４の発熱量の違い、その他により各電子部品４の表面温度は比較的高いものと低いものとが並存することになる。
この場合、本発明は、最も表面温度の高い電子部品４の直下のフィンの伝熱面積を大として調整することとする。即ち、図１のヘリボーンタイプにおいては、その幅を同一とするならば波骨６または傾斜骨８のピッチを短くする。或いはそれらの板厚を厚くする。さらには、熱伝達率の良いものとすることもできる。それらの複数の組合せをとることもできる。それらにより各電子部品４からの吸熱を最適状態にし、各電子部品４の表面温度を均一化することができる。
なお、このヒートシンクの設計に当たって、次のことが考慮される。
第１の取付面5aに取付ける電子部品４の発熱量が第２の取付面5bのそれより大であるとき、または発熱量が同一で第１の第１の取付面5aが冷却液３の下流側に位置し、第２の取付面5bのそれが上流側に位置するときには、第１の取付面5aの直下のフィン2aの伝熱性を第２の取付面5bの直下のフィン2bのそれより大とする。
また、インナーフィン２に仕切部９を有する場合には、仕切部９を挟んでその両側に位置する電子部品４において、いずれかより発熱量の大きい方の流量をより大きくするように上流側マニホールド部12に流路縮小部14を設けて調節する。
なお、第２流通部11において、その上流端部と下流端部とに設けた波骨６からなるフィンの密集度は中間の傾斜骨８のそれより大である。それと共に、第２流通部11の傾斜骨８における流路抵抗は小となる。このように構成することにより、波骨６の集合体上の電子部品４の直下における伝熱性を向上させて、その冷却効果を増大させると共に、第２流通部11の中流域における圧力損失を減少させ且つ、その中流域を設けることにより上流側の電子部品４と下流側の電子部品４との熱的影響を可能な限り少なくすることができる。
また、第２流通部11における傾斜骨８はそれを取り除いても良い。さらには、第１流通部10における中流域においても傾斜骨８を取り除くことができる。それにより第１流通部10における中流域の圧力損失を減少させると共に、上流側の電子部品４と下流側の電子部品４との熱的影響を可及的に少なくすることができる。
次に、図３は本発明の第２の実施の形態を示すヒートシンクの分解斜視図であり、この例のインナーフィン２は金属板を波型に曲折したコルゲートフィン型のものである。そして、上流に位置するインナーフィン２ｂと下流部に位置するインナーフィン２ａは夫々フィンピッチが小さく、中流部に位置するインナーフィン２は大きくなっている。なお、この例では各インナーフィン２ｂ、２ａの波の振幅は同一である。
これらのインナーフィン２がヒートシンク本体１内に収納され、その両端が端蓋21で閉塞されると共に、そのヒートシンク本体１の長手方向両端側部（または下部）に入口パイプ18，出口パイプ19が連通されたものである。
そしてこの例では、ヒートシンク本体１の上流部の取付面５と下流部の取付面５とに夫々電子部品４が取付けられる。そして入口パイプ18から冷却液３が内部に導かれ、各インナーフィン２を流通して出口パイプ19からそれが流出する。夫々冷却液３の上流部および下流部には、伝熱面積が大となるインナーフィン２ａ、２ｂが配置され、そこに配置された電子部品４からの熱を効率よく吸熱する。
このようなコルゲート型のインナーフィン２の設計においても、前記ヘリボーンタイプのインナーフィン２と同様のフィンの設計が可能である。例えば、冷却液３の下流側に位置する電子部品４の冷却液３の温度は上流側のそれよりも高温であるので、上流側と下流側とで同一の電子部品４の場合には、下流側のインナーフィン２ａの放熱面積を上流側のそれより大とする必要がある。それによって、夫々の電子部品４の表面温度を均一化することができる。そのために、さらに下流側のインナーフィン２のピッチを小さくし、伝熱面積を向上させればよい。
なお、フィンピッチに代えて或いはそれと共に、次の手段を講じることもできる。フィンの板厚を厚くすること、フィンにルーバを設けること、フィン材料の熱伝達の高いものを選ぶこと、上記何れか１以上の構成をとることができる。それにより、上流側の電子部品４と下流側の電子部品４との表面温度を均一化することができる。
また、ヒートシンク本体１内の幅方向中間に図示しない仕切を設け、その両側に異なるインナーフィンを配置し、各インナーフィンの直上に電子部品を取り付けることができる。この場合、仕切の両側でその流量を変えたり、フィンの伝熱面積を変えて各電子部品の冷却を最適にすることができる。
次に、図４は本発明の第３の実施の形態を示し、その（Ａ）はヒートシンクの分解斜視図、（Ｂ）はその組立て状態を示す縦断面図である。
この例のコルゲートフィンはオフセット型のものであり、波の進行方向および稜線方向に夫々多数の切り起こし部が形成されたものである。この例では、上流側のインナーフィン２の振幅が、下流側の振幅より大に形成されている。
この例においては、下流側の第１の取付面5aの電子部品４が上流側のそれに比べて発熱量が著しく小さい例である。そこで、出口パイプ19に近い下流側のインナーフィン２の振幅を小さくし、その放熱面積を小さくしても、下流側の電子部品４の発熱を充分に吸熱することができる。なお、この例では上流側と下流側との中間である中流部においてはインナーフィン２が存在しない。
このようにすることにより、上流側の電子部品４と下流側の電子部品４とが互いに熱的影響を与えることなく且つ、中流部において冷却液３の圧力損失を減少させることができる。
次に、図５は本発明の第４の液冷ヒートシンクの実施の形態であり、その（Ａ）は同ヒートシンクの分解斜視略図、（Ｂ）はその左から第２番目インナーフィン２と第３番目のインナーフィン２との組合せ状態を示す斜視説明図である。
この例では、６枚のインナーフィン２（最少３枚あればよい）を有し、各インナーフィン２は、それぞれその幅方向の中間に仕切部９を有し、その両側に第１の前記骨部と第２の骨部とを有する。
そして、各インナーフィン２が厚み方向に積層される。この例では左から１〜３番目と、４〜６番目の各組で、隣り合う前記インナーフィン２どうしは、図で左側に位置する第１の骨部の傾斜骨8a（または図示しない波骨、以下同じ）が平面的に互いに重なり合い（図５（Ｂ）参照）、右側に位置する第２の骨部の傾斜骨8bは全てが互いに交差する。それと共に、前記側枠部7および仕切部９が整合する。
左から１〜３番目と、４〜６番目の各組どうしは、左側に位置する第１の傾斜骨8aどうしも互いに交差する。それらのインナーフィン２の積層体の両側には一対のプレート17、18が被着される。
そして、第１の骨部側に第１流通部10が設けられ、第２の骨部側に第２流通部11が設けられると共に、両流通部10、11の両端に入口側マニホールド部12と出口側マニホールド部13とを有し、その入口側マニホールド12で冷却液3が第１流通部10と第２流通部11とに分流して導かれると共に、出口側マニホールド部13でそれが合流するように構成されている。
このように構成することにより、第１の骨部側の冷却液の攪拌効果を第２のそれに比べて抑制し、第２の骨部側の冷却を促進し、その部分に取付られる電子部品の冷却効果を第１のそれより向上することができる。
次に、図６は本発明の液冷ヒートシンクの第５の実施の形態を示す分解斜視略図である。この液冷ヒートシンクは一対のヘリボーンタイプのインナーフィン２と一対のプレート16、17とを有する。各インナーフィン２は、その幅方向の中間に仕切部９を有し、その仕切部９と両側枠部７間が骨部で連結されている。各インナーフィン２は、前記骨部が平面的に互いに交差する。
前記仕切部の両側に第１流通部10と第２流通部11とを有し、両流通部10、11の両端に入口側マニホールド部12と出口側マニホールド部13とを有する。その仕切部９の幅および側枠７の幅が長手方向の中間で増幅されて、第１流通部10と第２流通部11の一部に流路断面を縮小する流速増速部22が設けられ、その流速増速部22の直上に放熱量の大きな電子部品４の取付面５が配置され、他の部分に放熱量の小さい電子部品４が取付られる。これは、その流速増速部22の冷却液の流速が大となり、そこの真上の取付面５の単位面積あたりの吸熱量が増大するからである。
本発明のヒートシンクの第１の実施の形態を示す分解斜視略図。 同ヒートシンクの組立て状態であってプレート16を取り除いた平面図。 本発明のヒートシンクの第２の実施の形態を示す分解斜視図。 本発明のヒートシンクの第３の実施の形態を示す分解斜視図およびその組立て状態を示す縦断面図。 本発明のヒートシンクの第４の実施の形態を示す分解斜視図および、インナーフィンの組合せ状態を示す斜視説明図。 本発明のヒートシンクの第５の実施の形態を示す分解斜視図。
符号の説明
１ ヒートシンク本体
２ インナーフィン
2a インナーフィン
2b インナーフィン
３ 冷却液
４ 電子部品
５ 取付面
5a 第１の取付面
5b 第２の取付面
６ 波骨
７ 側枠部
８ 傾斜骨
8a 傾斜骨
8b 傾斜骨
９ 仕切部
10 第１流通部
11 第２流通部
12 入口側マニホールド部
13 出口側マニホールド部
14 流路縮小部
16 プレート
17 プレート
18 入口パイプ
19 出口パイプ
20 端枠部
21 端蓋
22 流速増速部
23 中央幅広部
24 側部幅広部

Claims (8)

  1. 偏平なヒートシンク本体(1)の内部にインナーフィン(2)が介装され、内部に冷却液(3) が流通すると共に、ヒートシンク本体(1)の平坦な外表面の一部に複数の電子部品(4)が接触固定される複数の取付面を有する液冷ヒートシンクにおいて、
    第１の取付面(5a)に取り付ける電子部品(4)の発熱量が第２の取付面(5b)のそれより大であるとき、
    または前記発熱量が同一で第１の取付面(5a)が冷却液(3)の下流側に位置し、第２の取付面(5b)がその上流側に位置するとき、
    前記第１の取付面(5a)の直下の前記インナーフィン(2a) の伝熱性が第２の取付面(5b)のインナーフィン(2b)のそれより大になるように構成した液冷ヒートシンク。
  2. 請求項１において、
    前記インナーフィン(2)全体が波形に曲折したコルゲートタイプのものであって、
    前記第１の取付面(5a)の直下のインナーフィン(2a)の伝熱面積が、第２の取付面(5b)の直下の前記フィン(2b)のそれに比べて大となるように、下記のいずれか一以上の構成を有する液冷ヒートシンク。
    フィンピッチが小さい、フィンの振幅が大きい、フィンの板厚が厚い、フィンにルーバが設けられている、フィン材料の熱伝導率が高い、他の部分にはフィンが存在しない。
  3. 請求項１において、
    前記インナーフィン(2)は、両側に側枠部(7)を有し、その側枠部(7)間を傾斜した多数の互いに離間した傾斜骨(8)または波形に曲折された波骨(6)からなる骨部で連結され、それらが面一に配置された少なくとも一対存在し、それらが厚み方向に積層されて、その隣り合うインナーフィン(2)の前記骨部が互いに交差するように構成したヘリボーンタイプのものであり、
    前記第１の取付面(5a)の直下の前記骨部の伝熱面積が、第２の取付面(5b)の直下の前記骨部のそれに比べて大となるように、下記のいずれか一以上の構成を有する液冷ヒートシンク。
    傾斜骨または波骨のピッチが小さい、傾斜骨または波骨の幅が広い、傾斜骨または波骨の熱伝達率が高い、段数が多い、他の部分には傾斜骨または波骨が存在しない。
  4. 請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
    ヒートシンク本体(1)の冷却液(3)の流通方向の上流端部と下流端部とに一対の前記取付面(5a)(5b)が存在し、中間部に取付面が存在しない構成において、
    各取付面(5a)(5b)直下の前記フィンの伝熱面積が中間部の直下のそれに比べて大となるように、下記のいずれかの条件とする液冷ヒートシンク。
    前記コルゲートフィンタイプの場合
    フィンピッチが小さい、フィンの振幅が大きい、フィンの板厚が厚い、フィンにルーバが設けられている、フィン材料の熱伝導率が高い、中間部の直下部分にはフィンが存在しない。
    前記ヘリボーンタイプのインナーフィンの場合
    前記各取付面(5a)(5b)の直下の前記骨部 は、中間部直下の前記骨部 に比べて、下記のいずれか一以上の構成を有するもの。
    傾斜骨または波骨のピッチが小さい、傾斜骨または波骨の幅が広い、傾斜骨または波骨の熱伝達率が高い、段数が多い、他の部分には傾斜骨または波骨が存在しない。
  5. 請求項３において、
    前記インナーフィン(2)は、両側枠部(7)間でその側枠部(7)の方向に設けた仕切部(9) を有し、その仕切部(9)と両側枠部(7)間が多数の前記骨部で連結された少なくも一対有し、それらが厚み方向に積層されて、その隣り合う前記インナーフィン(2)は、前記骨部が平面的に互いに交差すると共に、前記側枠部(7)および仕切部(9)が整合して積層され、その積層体の外周が一対のプレートまたは偏平チューブからなるヒートシンク本体で閉塞され、
    前記仕切部(9) の両側に第１流通部(10)と第２流通部(11)とを有すると共に、両流通部(10)(11)の両端に入口側マニホールド部(12)と出口側マニホールド部(13)とを有し、その入口側マニホールド(12)で前記冷却液(3)が第１流通部(10)と第２流通部(11)とに分流して導かれると共に、出口側マニホールド部(13)でそれが合流するように構成され、
    その入口側マニホールド部(12)で仕切部(9)の端またはその近傍に流路縮小手段(14)を設けて、第２流通部(11)への冷却液(3)の流通を制限した液冷ヒートシンク。
  6. 請求項３において、
    少なくとも３枚の前記インナーフィン(2)は、それぞれ両側枠部(7)間でその一方の側枠部(7)側に第１の前記骨部を有し、他方側に第２の骨部を有し、
    それらが厚み方向に積層されて、そのうち二枚の隣り合う前記インナーフィン(2)は、第１の骨部の傾斜骨(8a)または波骨が平面的に互いに重なり合い、第２の骨部の傾斜骨(8b)または波骨が互いに交差すると共に、前記側枠部(7)および仕切部(9)が整合して積層され、
    少なくとも残りの一枚のインナーフィン(2) とそれに隣接するインナーフィン(2) は、第１の骨部の傾斜骨(8a)または波骨および、第２の骨部の傾斜骨(8b)または波骨がそれぞれ互いに交差すると共に、前記側枠部(7)および仕切部(9)が整合して積層され、
    その積層体の外周が一対のプレートまたは偏平チューブからなるヒートシンク本体で閉塞され、
    前記第１の骨部側に第１流通部(10)が設けられ、第２の骨部側に第２流通部(11)が設けられると共に、両流通部(10)(11)の両端に入口側マニホールド部(12)と出口側マニホールド部(13)とを有し、その入口側マニホールド(12)で前記冷却液(3)が第１流通部(10)と第２流通部(11)とに分流して導かれると共に、出口側マニホールド部(13)でそれが合流するように構成された液冷ヒートシンク。
  7. 請求項３において、
    前記インナーフィン(2)は、両側枠部(7)間でその側枠部(7)の方向に設けた仕切部(9) を有し、その仕切部(9)と両側枠部(7)間が前記骨部で連結された少なくも一対有し、それらが厚み方向に積層されて、その隣り合う前記インナーフィン(2)は、前記骨部が平面的に互いに交差し、その積層体の外周が一対のプレートまたは偏平チューブからなるヒートシンク本体で閉塞され、
    前記仕切部の両側に第１流通部(10)と第２流通部(11)とを有し、
    前記仕切部(9) の両側に第１流通部(10)と第２流通部(11)とを有すると共に、両流通部(10)(11)の両端に入口側マニホールド部(12)と出口側マニホールド部(13)とを有し、その入口側マニホールド(12)で前記冷却液(3)が第１流通部(10)と第２流通部(11)とに分流して導かれると共に、出口側マニホールド部(13)でそれが合流するように構成され、
    その仕切部(9)の幅および／または前記側枠(7) の幅が増幅されて、第１流通部(10)と第２流通部(11)の一部に流路断面を縮小する流速増速部(22)が設けられ、その流速増速部(22)の直上に電子部品の取付面(5)が配置される液冷ヒートシンク。
  8. 偏平なヒートシンク本体(1)の内部にインナーフィン(2)が介装され、内部に冷却液(3) が流通すると共に、ヒートシンク本体(1)の平坦な外表面の一部に複数の電子部品(4)が接触固定される複数の取付面を有する液冷ヒートシンクの製造方法において、
    それぞれの取付面(5)に電子部品(4)を取付て、前記冷却液(3)を流通させたとき、最も温度が高くなる電子部品(4)の直下の前記インナーフィンの伝熱部の熱交換量を他の電子部品(4)の直下のそれより大になるように、伝熱面積を大としまたは、冷却液の流量を大とするように調整したことを特徴とする液冷ヒートシンクの設計方法。
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