JP2018174184A - Cooling device and lighting device provided with cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発熱体を冷却する冷却装置に関し、例えば、LED素子等の半導体素子を冷却する冷却装置に関するものである。また、本発明は、LED素子等の照明器具を冷却する冷却装置を備えた照明装置に関するものである。 The present invention relates to a cooling device for cooling a heating element, for example, a cooling device for cooling a semiconductor element such as an LED element. Moreover, this invention relates to the illuminating device provided with the cooling device which cools lighting fixtures, such as an LED element.
従来の冷却装置として、アルミニウム等の熱伝導体で構成されたベースプレートに放熱フィンを設けたヒートシンクが用いられていた。該ヒートシンクを半導体素子等の発熱体に熱的に接続することにより、発熱体の熱は、ヒートシンクへ伝達され、放熱フィンから大気中へ放出されることにより、発熱体が冷却される。 As a conventional cooling device, a heat sink in which heat dissipating fins are provided on a base plate made of a heat conductor such as aluminum has been used. By thermally connecting the heat sink to a heating element such as a semiconductor element, the heat of the heating element is transmitted to the heat sink and released from the radiating fins into the atmosphere, thereby cooling the heating element.
一方で、近年、半導体素子等の発熱体の出力が増大し、また実装密度が高密度化していることから、ヒートシンクには、単位面積あたり、さらに高い放熱量が要求されている。そこで、一方の面に発熱体を保持し、かつ他方の面に放熱フィンを並設させたベースプレートを用いるヒートシンクであって、前記ベースプレートに対して少なくとも1本以上のヒートパイプをほぼ全長に亘って埋設配置させたことを特徴とするヒートパイプを備えるヒートシンクが提案されている(特許文献1)。特許文献1では、発熱体からの熱をベースプレート全体に輸送することによって、放熱フィンによる放熱作用の向上を図り、結果、冷却性能を向上させるというものである。
On the other hand, in recent years, since the output of heating elements such as semiconductor elements has increased and the mounting density has been increased, the heat sink is required to have a higher heat dissipation amount per unit area. Therefore, a heat sink using a base plate that holds a heating element on one surface and in which heat radiating fins are arranged in parallel on the other surface, wherein at least one heat pipe is provided over the entire length of the base plate. There has been proposed a heat sink including a heat pipe characterized by being embedded and disposed (Patent Document 1). In
しかし、特許文献1では、ベースプレートに設けられたヒートパイプの熱伝達方向が、ベースプレートの一定方向に限られるので、ベースプレートを均熱化するには十分ではなく、放熱フィンによる放熱作用の向上が十分ではないという問題があった。また、特に、大出力の半導体素子の冷却装置として特許文献1のヒートシンクを適用する場合には、放熱フィンによる放熱作用を改善するために、より多数のヒートパイプを設ける必要があるので、ヒートシンクの大型化、ベースプレートの加工費用及びヒートパイプ費用の増大による製造コストの増加等の問題があった。
However, in
また、高発熱密度の放熱方法として水冷方式を採用することも考えられるが、例えば、電気的装置に適用する場合は、電気部品の絶縁手段の追加設置、冷却水循環系の漏洩防止構造、冷却水循環ポンプの信頼性確保、水と空気の熱交換器設置などが必要となるという問題、空冷の冷却装置と比較して保守点検が煩雑となるという問題があった。 In addition, it is conceivable to adopt a water cooling method as a heat dissipation method with a high heat generation density. For example, when applied to an electrical device, additional installation of insulation means for electrical parts, a leakage prevention structure for cooling water circulation system, cooling water circulation There are problems such as ensuring the reliability of the pump, installing a heat exchanger for water and air, and the problem that maintenance and inspection are complicated compared to an air-cooled cooling device.
本発明は上記した従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、発熱体から受熱したベースプレートが全体に渡って円滑に均熱化されることで、放熱フィンの放熱作用を向上させ、優れた冷却性能を発揮する冷却装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and the base plate that has received heat from the heating element is smoothed uniformly throughout, thereby improving the heat dissipating action of the heat dissipating fins and being excellent. It aims at providing the cooling device which exhibits cooling performance.
本発明の態様は、基板に実装された発熱体を冷却するための冷却装置であって、一方の面に前記基板が熱的に接続される第1のベースプレートと、該第1のベースプレートの面に沿って熱伝導をする、該第1のベースプレートに熱的に接続された第1の熱伝導部材と、を有するベース部と、前記第1のベースプレートの他方の面と一方の面にて熱的に接続された第2のベースプレートと、該第2のベースプレートの面に沿って熱伝導をし、且つ前記第1の熱伝導部材と熱伝導方向の異なる、該第2のベースプレートに熱的に接続された第2の熱伝導部材と、該第2のベースプレートの他方の面に立設された放熱フィンと、を有するヒートシンク部と、を備えた冷却装置である。 An aspect of the present invention is a cooling device for cooling a heating element mounted on a substrate, wherein the first base plate is thermally connected to one surface, and the surface of the first base plate A first heat conducting member thermally connected to the first base plate and conducting heat along the first base plate, heat on one side and the other side of the first base plate A second base plate connected to the second base plate and thermally conductive to the second base plate that conducts heat along the surface of the second base plate and has a different heat conduction direction from the first heat conducting member. It is a cooling device provided with the heat sink part which has the connected 2nd heat conductive member, and the radiation fin erected on the other surface of this 2nd base plate.
上記態様では、冷却装置はヒートシンク構造を有し、発熱体の熱は発熱体から第1のベースプレートへ伝達され、第1のベースプレートに伝達された熱は、第1の熱伝導部材によって第1のベースプレートの面に沿って伝達される。第1のベースプレートの面に沿って伝達された熱は、第1のベースプレートから第2のベースプレートへ伝達され、第2の熱伝導部材によって第2のベースプレートの面に沿って伝達される。第2のベースプレートの面に沿って伝達された熱は、第2のベースプレートに立設された放熱フィンから、外部環境へ放出される。 In the above aspect, the cooling device has a heat sink structure, the heat of the heating element is transmitted from the heating element to the first base plate, and the heat transmitted to the first base plate is transmitted by the first heat conducting member to the first base plate. It is transmitted along the surface of the base plate. The heat transferred along the surface of the first base plate is transferred from the first base plate to the second base plate, and transferred along the surface of the second base plate by the second heat conducting member. The heat transferred along the surface of the second base plate is released to the external environment from the heat radiating fins standing on the second base plate.
本発明の態様は、前記第1の熱伝導部材が、ヒートパイプである冷却装置である。 An aspect of the present invention is a cooling device in which the first heat conducting member is a heat pipe.
本発明の態様は、前記第2の熱伝導部材が、ヒートパイプである冷却装置である。 An aspect of the present invention is a cooling device in which the second heat conducting member is a heat pipe.
本発明の態様は、前記第1のベースプレートに、前記第1の熱伝導部材を取り付けるための溝部または穴部が設けられている冷却装置である。 An aspect of the present invention is a cooling device in which a groove or a hole for attaching the first heat conducting member is provided in the first base plate.
本発明の態様は、前記第2のベースプレートに、前記第2の熱伝導部材を取り付けるための溝部または穴部が設けられている冷却装置である。 An aspect of the present invention is a cooling device in which a groove or a hole for attaching the second heat conducting member is provided in the second base plate.
上記態様では、第1のベースプレート、第2のベースプレートの溝部または穴部に、それぞれ、第1の熱伝導部材、第2の熱伝導部材が取り付けられることにより、第1のベースプレートに第1の熱伝導部材が熱的に接続され、第2のベースプレートに第2の熱伝導部材が熱的に接続される。 In the above aspect, the first heat conduction member and the second heat conduction member are attached to the groove portions or the hole portions of the first base plate and the second base plate, respectively, so that the first heat is applied to the first base plate. The conductive member is thermally connected, and the second heat conductive member is thermally connected to the second base plate.
本発明の態様は、前記第1の熱伝導部材の熱伝導方向が、前記第2の熱伝導部材の熱伝導方向に対して垂直である冷却装置である。 An aspect of the present invention is the cooling device in which a heat conduction direction of the first heat conduction member is perpendicular to a heat conduction direction of the second heat conduction member.
本発明の態様は、前記基板が、前記第2の熱伝導部材の熱伝導方向の端部に対応する位置に接続され冷却装置である。 An aspect of the present invention is the cooling device in which the substrate is connected to a position corresponding to an end portion of the second heat conducting member in the heat conducting direction.
本発明の態様は、LED照明の冷却用である冷却装置である。 An aspect of the present invention is a cooling device for cooling LED lighting.
本発明の態様は、LED素子が実装された基板と、前記LED素子を冷却するための冷却装置であって、一方の面に前記基板が熱的に接続される第1のベースプレートと、該第1のベースプレートの面に沿って熱伝導をする、該第1のベースプレートに熱的に接続された第1の熱伝導部材と、を有するベース部と、前記第1のベースプレートの他方の面と一方の面にて熱的に接続された第2のベースプレートと、該第2のベースプレートの面に沿って熱伝導をし、且つ前記第1の熱伝導部材と熱伝導方向の異なる、該第2のベースプレートに熱的に接続された第2の熱伝導部材と、該第2のベースプレートの他方の面に立設された放熱フィンと、を有するヒートシンク部と、を備えた冷却装置と、を備えた照明装置である。 An aspect of the present invention is a substrate on which an LED element is mounted, a cooling device for cooling the LED element, the first base plate thermally connected to one surface, the first base plate, A base portion having a first heat conducting member thermally connected to the first base plate that conducts heat along the surface of the one base plate, and the other side of the first base plate A second base plate thermally connected at the surface of the second base plate, and the second base plate thermally conducting along the surface of the second base plate and having a heat conduction direction different from that of the first heat conducting member. A cooling device comprising: a second heat conducting member thermally connected to the base plate; and a heat sink portion having a heat radiating fin standing on the other surface of the second base plate. It is a lighting device.
本発明の態様は、前記基板の厚さが、2.0mm以上5.0mm以下である照明装置である。 An embodiment of the present invention is the lighting device in which the thickness of the substrate is 2.0 mm or greater and 5.0 mm or less.
本発明の態様は、上記照明装置において、前記基板に代えて、前記第1のベースプレートに、前記LED素子を接続するための電極と配線を備えた絶縁部が設けられ、該電極に前記LED素子が実装された照明装置である。 According to an aspect of the present invention, in the above illumination device, instead of the substrate, the first base plate is provided with an insulating portion including an electrode and a wiring for connecting the LED element, and the LED element is provided on the electrode. Is a lighting device mounted.
本発明の冷却装置の態様によれば、第1のベースプレートに熱的に接続された第1の熱伝導部材の熱伝導方向と第2のベースプレートに熱的に接続された第2の熱伝導部材の熱伝導方向とは、相互に異なるので、第1の熱伝導部材と第2の熱伝導部材の伝熱作用により、ベース部を介して発熱体から受熱した第2のベースプレートは、その全体に渡って円滑に均熱化される。従って、第2のベースプレート面に立設された放熱フィンの放熱効率が向上するので、優れた冷却性能を発揮できる。このように、放熱フィンの放熱効率が向上するので、半導体素子等の発熱体の出力が増大し、また発熱体の実装密度が高密度化しても、熱伝導部材の増加によるヒートシンクの大型化と製造コストの増大を抑えつつ、優れた冷却性能を発揮できる。 According to the aspect of the cooling device of the present invention, the heat conduction direction of the first heat conduction member thermally connected to the first base plate and the second heat conduction member thermally connected to the second base plate. Therefore, the second base plate that has received heat from the heating element through the base portion by the heat transfer action of the first heat conductive member and the second heat conductive member is entirely in the direction. The temperature is smoothed over the entire surface. Therefore, since the heat radiation efficiency of the heat radiating fins standing on the second base plate surface is improved, excellent cooling performance can be exhibited. As described above, since the heat dissipation efficiency of the heat dissipation fins is improved, the output of the heat generating element such as a semiconductor element is increased, and even if the mounting density of the heat generating element is increased, the heat sink is increased in size due to the increase in the heat conduction member. Excellent cooling performance can be exhibited while suppressing an increase in manufacturing cost.
本発明の態様によれば、第1の熱伝導部材、第2の熱伝導部材としてヒートパイプを使用することで、冷却効率がさらに向上する。 According to the aspect of the present invention, the cooling efficiency is further improved by using the heat pipe as the first heat conducting member and the second heat conducting member.
本発明の態様によれば、ベースプレートの溝部または穴部に熱伝導部材が取り付けられることで、ベースプレートと熱伝導部材とが直接接することができるので、ベースプレートと熱伝導部材間の熱的接続性が向上し、ベースプレートの均熱化がより円滑となる。 According to the aspect of the present invention, since the heat conductive member is attached to the groove or the hole of the base plate, the base plate and the heat conductive member can be in direct contact with each other, so that the thermal connectivity between the base plate and the heat conductive member is improved. This improves the temperature of the base plate.
本発明の態様によれば、基板が第2の熱伝導部材の熱伝導方向の端部に対応する位置に接続されることで、冷却装置の設置姿勢が変化しても、第2の熱伝導部材の伝熱作用が確実に発揮される。 According to the aspect of the present invention, the substrate is connected to the position corresponding to the end portion of the second heat conducting member in the heat conducting direction, so that the second heat conduction can be achieved even if the installation posture of the cooling device is changed. The heat transfer effect of the member is reliably exhibited.
本発明の照明装置の態様によれば、LED素子が実装された基板と上記冷却装置とを備えることにより、基板に実装されたLED素子の出力が増大し、また、その実装密度が高密度化しても、上記冷却装置は優れた冷却性能を有するので、LED素子を確実に冷却できる。 According to the aspect of the lighting device of the present invention, by providing the substrate on which the LED element is mounted and the cooling device, the output of the LED element mounted on the substrate is increased, and the mounting density is increased. However, since the said cooling device has the outstanding cooling performance, it can cool an LED element reliably.
本発明の態様によれば、基板の厚さが2.0mm〜5.0mmであることにより、基板の剛性を維持して、第1のベースプレートへの基板の取り付けによる基板の変形を防止しつつ、基板の厚さ方向の熱抵抗の増大を防止できる。 According to the aspect of the present invention, the thickness of the substrate is 2.0 mm to 5.0 mm, thereby maintaining the rigidity of the substrate and preventing the deformation of the substrate due to the attachment of the substrate to the first base plate. The increase in thermal resistance in the thickness direction of the substrate can be prevented.
本発明の態様によれば、基板に代えてLED素子を接続するための電極と配線を備えた絶縁部が第1のベースプレートに設けられることにより、LED素子を、基板を介さずに第1のベースプレートに実装できるので、基板の熱膨張の影響を防止でき、LED素子から第1のベースプレートへ安定して熱伝導できる。よって、安定して放熱効率を発揮できる。 According to the aspect of the present invention, the first base plate is provided with the insulating portion including the electrode and wiring for connecting the LED element instead of the substrate, so that the LED element can be connected to the first element without the substrate. Since it can be mounted on the base plate, the influence of thermal expansion of the substrate can be prevented, and heat can be stably conducted from the LED element to the first base plate. Therefore, heat dissipation efficiency can be exhibited stably.
以下に、本発明の第1実施形態例に係る冷却装置について図面を用いながら説明する。図1に示すように、第1実施形態例に係る冷却装置1は、発熱体100が熱的に接続されるベース部10と、ベース部10と熱的に接続されたヒートシンク部20と、を有している。
The cooling device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the
ベース部10は、第1のベースプレート11と、第1のベースプレート11と熱的に接続された第1の熱伝導部材である第1のヒートパイプ12とを有している。第1のベースプレート11の形状は、特に限定されないが、冷却装置1では、平面視矩形状の板状部材となっている。第1のベースプレート11は、平面状である一方の面11−1(裏面)と一方の面11−1の反対側である、同じく平面状である他方の面11−2(表面)とを有している。第1のベースプレート11の一方の面11−1に、発熱体100の実装された基板101が熱的に接続される。なお、本明細書中、「平面視」とは、第1のベースプレート11の表面に対して鉛直方向から視認した態様を意味する。
The
冷却装置1では、第1のベースプレート11の表面部、すなわち、他方の面11−2に、第1のヒートパイプ12が配置されている。第1のヒートパイプ12の平面視の形状は、直線状である。また、第1のベースプレート11の他方の面11−2の長手方向に沿って、他方の面11−2の一方の端部から該一方の端部に対向する他方の端部まで、直線状の第1のヒートパイプ12が延在している。従って、冷却装置1では、第1のヒートパイプ12の熱輸送方向は、第1のベースプレート11の他方の面11−2に対して平行方向であり、第1のベースプレート11の長手方向となっている。
In the
冷却装置1では、他方の面11−2に、第1のヒートパイプ12の形状と寸法に対応した溝部13が設けられている。第1のヒートパイプ12が溝部13に嵌合されることで、第1のヒートパイプ12が第1のベースプレート11に取り付けられ、第1のヒートパイプ12が第1のベースプレート11に熱的に接続されている。溝部13に嵌合された第1のヒートパイプ12の第1のベースプレート11から露出した外面と第1のベースプレート11の他方の面11−2とは、略同一平面上に位置している。
In the
第1のヒートパイプ12の設置数は、特に限定されないが、冷却装置1では、複数設置されている。また、各第1のヒートパイプ12は、相互に、略等間隔且つ略平行に配置されている。
The number of the
図1に示すように、ヒートシンク部20は、第2のベースプレート21と、第2のベースプレート21と熱的に接続された第2の熱伝導部材である第2のヒートパイプ22と、第2のベースプレート21に立設された放熱フィン24と、を有している。第1のベースプレート11の他方の面11−2に第2のベースプレート21が熱的に接続されることで、ヒートシンク部20は、ベース部10と熱的に接続されている。第2のベースプレート21は、平面状である一方の面21−1(裏面)と一方の面21−1の反対側である、同じく平面状である他方の面21−2(表面)とを有している。ヒートシンク部20は、例えば、第1のベースプレート11の他方の面11−2に第2のベースプレート21の一方の面21−1が直接接することで、ベース部10と熱的に接続されている。従って、冷却装置1では、第1のベースプレート11と第2のベースプレート21が、積層された構造となっている。第1のベースプレート11への第2のベースプレート21の固定手段としては、例えば、ねじ止め等を挙げることができる。
As shown in FIG. 1, the
第2のベースプレート21の形状は、特に限定されないが、冷却装置1では、平面視四角形状の板状部材となっている。また、第2のベースプレート21の平面視の面積は、第1のベースプレート11の平面視の面積よりも大きくなっている。また、第1のベースプレート11の長手方向の長さは、第1のベースプレート11の長手方向に対し平行方向の第2のベースプレート21の長さと略同じであり、第1のベースプレート11の長手方向の端面と、第1のベースプレート11の長手方向に対し平行方向の第2のベースプレート21の端面とは、相互に、同一平面上に位置している。
The shape of the
冷却装置1では、第2のベースプレート21の裏面部、すなわち、第1のベースプレート11の他方の面11−2と対向する一方の面21−1に、第2のヒートパイプ22が配置されている。第2のヒートパイプ22の平面視の形状は、直線状である。また、第2のベースプレート21の一方の面21−1に沿って、一方の面21−1の所定の端部から該所定の端部に対向する他の端部まで、直線状の第2のヒートパイプ22が延在している。従って、第2のヒートパイプ22の熱輸送方向は、第2のベースプレート11の一方の面21−1に対して平行方向となっている。
In the
また、平面視において、第2のヒートパイプ22の熱輸送方向が、第1のヒートパイプ12の熱輸送方向に対して平行とならないように、第2のヒートパイプ22が配置されている。すなわち、第2のヒートパイプ22の熱輸送方向は、第1のヒートパイプ12の熱輸送方向とは異なっている。冷却装置1では、第2のヒートパイプ22の熱輸送方向が、第1のヒートパイプ12の熱輸送方向に対し、略直交するように、第2のヒートパイプ22が配置されている。すなわち、直線状であるそれぞれの第2のヒートパイプ22は、直線状であるそれぞれの第1のヒートパイプ12と平面視において略直交するように、配置されている。
Further, the
冷却装置1では、第2のベースプレート21の一方の面21−1のうち、それぞれの第2のヒートパイプ22の中央部に対応する位置に、第1のベースプレート11(第1のベースプレート11の他方の面11−2)が熱的に接続されている。
In the
冷却装置1では、第2のベースプレート21の一方の面21−1に、第2のヒートパイプ22の形状と寸法に対応した溝部23が設けられている。第2のヒートパイプ22が溝部23に嵌合されることで、第2のヒートパイプ22が第2のベースプレート21に取り付けられ、第2のヒートパイプ12が第2のベースプレート21に熱的に接続されている。溝部23に嵌合された第2のヒートパイプ22の第2のベースプレート21から露出した外面と第2のベースプレート21の一方の面21−1とは、略同一平面上に位置している。
In the
また、第2のヒートパイプ22の設置数は特に限定されないが、冷却装置1では、複数設置されている。また、各第2のヒートパイプ22は、相互に、略等間隔且つ略平行に配置されている。また、いずれの第2のヒートパイプ22も、その中央部が、平面視において第1のベースプレート11と重なり合う位置に設けられている。
Further, the number of the
第2のベースプレート21の他方の面21−2には、平板状の放熱フィン24が立設されている。第2のベースプレート21の表面部に放熱フィン24が立設されることで、第2のベースプレート21と放熱フィン24が熱的に接続されている。放熱フィン24は、第2のベースプレート21の他方の面21−2に対し鉛直方向に立設されている。すなわち、放熱フィン24は、その表面が第2のベースプレート21の他方の面21−2に対し略垂直となるように設けられている。また、放熱フィン24は、平面視において第2のヒートパイプ22の延在方向に対して略直交するように立設されている。従って、放熱フィン24は、平面視において第1のヒートパイプ12の延在方向に対して略平行に立設されている。
On the other surface 21-2 of the
放熱フィン24の設置数は、特に限定されないが、冷却装置1では、複数設置されている。また、各放熱フィン24は、相互に、略等間隔且つ略平行に配置されている。
The number of the radiating
放熱フィン24の第2のベースプレート21への取り付け方法は、特に限定されないが、例えば、はんだ付け、ろう付け、溶接等の接合手段や、第2のベースプレート21の他方の面21−2に条溝を設け、該条溝に放熱フィン24の端部を嵌める嵌合手段等を挙げることができる。
The method for attaching the radiating
第1のベースプレート11、第2のベースプレート21、放熱フィン24は、いずれも熱伝導性のよい金属材料であり、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などで製造されている。第1のヒートパイプ12と第2のヒートパイプ22のコンテナ材料も、 第1のベースプレート11、第2のベースプレート21、放熱フィン24と同様の金属材料で製造されている。第1のヒートパイプ12と第2のヒートパイプ22の内部には、コンテナ材料との適合性に合せた作動流体が減圧状態で封入されている。作動流体の例として、水を挙げることができる。
The
第1のヒートパイプ12と第2のヒートパイプ22の断面形状は、特に限定されず、例えば、円形、楕円形、円形を扁平加工した扁平形状等を挙げることができる。冷却装置1では、第1のヒートパイプ12、第2のヒートパイプ22ともに、ベースプレートから露出した面について、円形を扁平加工した形状となっている。
The cross-sectional shapes of the
第1実施形態例に係る冷却装置1の寸法は、特に限定されないが、例えば、第1のベースプレート11は150mm×350mm×厚さ10mm、第2のベースプレート21は350mm×350mm×厚さ10mm、放熱フィン24は高さ150mm×幅350mm×厚さ0.5mm等を挙げることができる。また、放熱フィン24のフィンピッチは、特に限定されないが、例えば、5〜20mmを挙げることができる。
The dimensions of the
次に、第1実施形態例に係る冷却装置1の動作について説明する。冷却装置1では、第1のベースプレート11の一方の面11−1のうち、長手方向の一方の端部に、発熱体100の実装された基板101が熱的に接続された場合を例にとって説明する。
Next, the operation of the
発熱体100の熱は、発熱体100から第1のベースプレート11の一方の端部へ伝達され、第1のベースプレート11の一方の端部に伝達された熱は、第1のヒートパイプ12によって、第1のベースプレート11の一方の面11−1に沿って、一方の端部から該一方の端部に対向する他方の端部方向(図1では縦方向)へ輸送される。第1のベースプレート11は、第1のヒートパイプ12の熱輸送により、一方の端部が冷却されて、一方の端部と他方の端部が均熱化される。第1のベースプレート11の、一方の端部から他方の端部方向へ拡散された熱は、第1のベースプレート11から第2のベースプレート21へ伝達される。従って、第2のベースプレート21は、第1のベースプレート11と重なり合う部位全体が、略均等に受熱する。
The heat of the
第2のヒートパイプ22の中央部に対応する位置に第1のベースプレート11が熱的に接続されているので、第2のヒートパイプ22のうち、その中央部が蒸発部、両端部が凝縮部として機能する。従って、第2のベースプレート21に伝達された熱は、第2のヒートパイプ22によって、第2のベースプレート21の一方の面21−1に沿って第2のベースプレート21の中央部から両端部方向へ、すなわち、第1のヒートパイプ12の熱輸送方向に対して略直交方向(図1では横方向)へ輸送される。第2のベースプレート21を第1のヒートパイプ12の熱輸送方向に対して略直交方向に拡散した熱は、第2のベースプレート21から放熱フィン24へ伝達され、放熱フィン24から外部環境へ放出される。
Since the
第1のベースプレート11に熱的に接続された第1のヒートパイプ12の熱輸送方向と第2のベースプレート21に熱的に接続された第2のヒートパイプ22の熱輸送方向とは、異なる(冷却装置1では、略直交の関係)ので、第1のヒートパイプ12と第2のヒートパイプ22の熱輸送作用により、ベース部10を介して発熱体100から受熱した第2のベースプレート21は、その全体に渡って円滑に均熱化される。従って、第2のベースプレート21に立設された放熱フィン24の放熱効率が向上するので、冷却装置1は、優れた冷却性能を発揮できる。
The heat transport direction of the
次に、本発明の第2実施形態例に係る冷却装置について、図面を用いながら説明する。なお、第1実施形態例に係る冷却装置と同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。 Next, a cooling device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, about the same component as the cooling device which concerns on 1st Embodiment, it demonstrates using the same code | symbol.
第1実施形態例に係る冷却装置1では、第2のベースプレート21のうち、それぞれの第2のヒートパイプ22の中央部に対応する位置に、第1のベースプレート11が熱的に接続されていたが、これに代えて、図2に示すように、第2実施形態例に係る冷却装置2では、第2のベースプレート21のうち、第2のヒートパイプ22の一方の端部に対応する位置に、第1のベースプレート11が熱的に接続されている。従って、冷却装置2では、基板101は、第2のヒートパイプ22の端部に対応する位置に熱的に接続される。
In the
また、第1実施形態例に係る冷却装置1では、放熱フィン24は平面視において第2のヒートパイプ22の延在方向に対して直交するように立設されていたが、これに代えて、図2に示すように、第2実施形態例に係る冷却装置2では、放熱フィン24は平面視において第2のヒートパイプ22の延在方向に対して略平行方向に立設されている。従って、冷却装置2では、放熱フィン24は、平面視において第1のヒートパイプ12の延在方向に対して直交するように立設されている。
Further, in the
第2実施形態例に係る冷却装置2の動作について説明する。冷却装置2では、第1のベースプレート11の一方の面11−1のうち、長手方向の中央部に、発熱体100の実装された基板101が熱的に接続された場合を例にとって説明する。
The operation of the
発熱体100の熱は、発熱体100から第1のベースプレート11の中央部へ伝達され、第1のベースプレート11の中央部に伝達された熱は、第1のヒートパイプ12によって、第1のベースプレート11の一方の面11−1に沿って、その中央部から両端部方向(図2では横方向)へ輸送される。第1のベースプレート11は、第1のヒートパイプ12の熱輸送により、中央部が冷却されて、中央部と両端部が均熱化される。第1のベースプレート11の、中央部から両端部方向へ拡散された熱は、第1のベースプレート11から第2のベースプレート21へ伝達される。従って、第2のベースプレート21は、第1のベースプレート11と重なり合う部位全体が、略均等に受熱する。
The heat of the
第2のヒートパイプ22の一方の端部に対応する位置に第1のベースプレート11が熱的に接続されているので、第2のヒートパイプ22のうち、その一方の端部が蒸発部、他方の端部が凝縮部として機能する。従って、第2のベースプレート21に伝達された熱は、第2のヒートパイプ22によって、第2のベースプレート21の一方の面21−1に沿って、第2のベースプレート21の所定の端部から該所定の端部に対向する他の端部方向へ、すなわち、第1のヒートパイプ12の熱輸送方向に対して略直交方向(図2では縦方向)へ輸送される。第2のベースプレート21を第1のヒートパイプ12の熱輸送方向に対して略直交方向に拡散した熱は、第2のベースプレート21から放熱フィン24へ伝達され、放熱フィン24から外部環境へ放出される。
Since the
冷却装置2でも、冷却装置1と同様に、第1のヒートパイプ12と第2のヒートパイプ22の熱輸送作用により、第2のベースプレート21は、その全体に渡って円滑に均熱化されるので、優れた冷却性能を発揮できる。
In the
次に、本発明の実施形態例に係る冷却装置を備えた照明装置の例について図面を用いながら説明する。図1、2に示すように、発熱体100としてLED素子の実装された基板101が、第1のベースプレート11の一方の面11−1に熱的に接続されることで、冷却装置1、2を備えた、本発明の第1実施形態例に係る照明装置とすることができる。
Next, an example of a lighting device including a cooling device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, a
LED素子は、寿命や発光効率に熱の影響を受けやすいことから、許容範囲の温度に維持するよう、発光中は常に冷却することが要求されるところ、冷却装置1、2によって基板101に実装されたLED素子を冷却することで、LED素子を許容範囲の温度に維持することができる。 Since the LED element is easily affected by heat in its lifetime and light emission efficiency, it is required to be constantly cooled during light emission so as to maintain the temperature within an allowable range. By cooling the formed LED element, the LED element can be maintained at a temperature within an allowable range.
基板101の厚さは、特に限定されないが、基板101の剛性を維持して、第1のベースプレート11への基板101の取り付けによる基板101の変形を防止する点から2.0mm以上が好ましく、基板101の厚さ方向の熱抵抗の増大を防止する点から5.0mm以下が好ましい。
The thickness of the
次に、本発明の実施形態例に係る冷却装置を備えた、第2実施形態例に係る照明装置について図面を用いながら説明する。図3に示すように、第2実施形態例に係る照明装置として、発熱体100であるLED素子の実装された基板101に代えて、第1のベースプレート11に、発熱体100であるLED素子を接続するための電極102と配線103とを備えた絶縁部104を設けてもよい。図3では、絶縁部104は、第1のベースプレート11上に層状に設けられている。絶縁部104の材質としては、例えば、樹脂を挙げることができる。LED素子を、はんだ付け105等により電極102に実装することで、本発明の実施形態例に係る冷却装置を備えた照明装置とすることができる。
Next, an illuminating device according to a second embodiment provided with a cooling device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 3, as an illumination device according to the second embodiment, instead of the
次に、本発明の冷却装置の他の実施形態例について説明する。上記各実施形態例の冷却装置では、ヒートパイプが、ベースプレートの面上に形成された溝部に嵌合されることでベースプレートに取り付けられていたが、溝部に代えて、ベースプレートの平面方向に沿って、ベースプレート内部に、ヒートパイプの形状と寸法に対応した穴部を設けてもよい。 Next, another embodiment of the cooling device of the present invention will be described. In the cooling device of each embodiment described above, the heat pipe is attached to the base plate by being fitted into the groove formed on the surface of the base plate, but instead of the groove, along the plane direction of the base plate. In addition, a hole corresponding to the shape and dimensions of the heat pipe may be provided inside the base plate.
また、上記各実施形態例の冷却装置では、第2のヒートパイプの熱輸送方向と第1のヒートパイプの熱輸送方向とが、平面視において、相互に、略直交するように配置されていたが、第2のヒートパイプの熱輸送方向と第1のヒートパイプの熱輸送方向とが、平面視において、異なっていればよく、すなわち、平行でなければよく、例えば、45°以上90°未満でもよい。 Further, in the cooling device of each of the above embodiments, the heat transport direction of the second heat pipe and the heat transport direction of the first heat pipe are arranged so as to be substantially orthogonal to each other in plan view. However, the heat transport direction of the second heat pipe and the heat transport direction of the first heat pipe need only be different in plan view, that is, they need not be parallel, for example, 45 ° or more and less than 90 °. But you can.
上記各実施形態例では、第2のベースプレートの平面視の面積は、第1のベースプレートの平面視の面積よりも大きくなっていたが、これに代えて、同じ面積としてもよい。 In each of the above embodiments, the area of the second base plate in plan view is larger than the area of the first base plate in plan view, but instead, the same area may be used.
上記各実施形態例では、第1の熱伝導部材及び第2の熱伝導部材として、いずれもヒートパイプを用いたが、これに代えて、熱伝導性に優れた金属、例えば、25℃の熱伝導率が100W/(m・K)以上である、アルミニウム、銅などを用いてもよい。 In each of the above embodiments, the heat pipe is used as the first heat conductive member and the second heat conductive member. Instead, a metal having excellent heat conductivity, for example, heat at 25 ° C. Aluminum, copper, or the like having a conductivity of 100 W / (m · K) or more may be used.
本発明の冷却装置は、発熱体から受熱したベースプレートが全体に渡って円滑に均熱化され、放熱フィンの放熱作用を向上させることで、優れた冷却性能を発揮するので、広汎な分野で利用可能であり、例えば、LED照明等、発熱量の大きい発熱体を冷却する分野で利用価値が高い。 The cooling device of the present invention is used in a wide range of fields because the base plate that has received heat from the heating element is smoothed over the entire surface and exhibits excellent cooling performance by improving the heat dissipating action of the heat dissipating fins. For example, it has high utility value in the field of cooling a heating element having a large calorific value, such as LED lighting.
1、2 冷却装置
10 ベース部
11 第1のベースプレート
12 第1のヒートパイプ
20 ヒートシンク部
21 第2のベースプレート
22 第2のヒートパイプ
24 放熱フィン
DESCRIPTION OF
Claims (11)
一方の面に前記基板が熱的に接続される第1のベースプレートと、該第1のベースプレートの面に沿って熱伝導をする、該第1のベースプレートに熱的に接続された第1の熱伝導部材と、を有するベース部と、
前記第1のベースプレートの他方の面と一方の面にて熱的に接続された第2のベースプレートと、該第2のベースプレートの面に沿って熱伝導をし、且つ前記第1の熱伝導部材と熱伝導方向の異なる、該第2のベースプレートに熱的に接続された第2の熱伝導部材と、該第2のベースプレートの他方の面に立設された放熱フィンと、を有するヒートシンク部と、
を備えた冷却装置。 A cooling device for cooling a heating element mounted on a substrate,
A first base plate to which the substrate is thermally connected to one surface; and a first heat thermally connected to the first base plate that conducts heat along the surface of the first base plate. A base member having a conductive member;
A second base plate thermally connected to the other surface of the first base plate and the one surface; heat conduction along a surface of the second base plate; and the first heat conducting member. A heat sink part having a second heat conduction member thermally connected to the second base plate and having a heat conduction direction different from that of the second base plate, and a heat dissipating fin standing on the other surface of the second base plate ,
With cooling device.
前記LED素子を冷却するための冷却装置であって、一方の面に前記基板が熱的に接続される第1のベースプレートと、該第1のベースプレートの面に沿って熱伝導をする、該第1のベースプレートに熱的に接続された第1の熱伝導部材と、を有するベース部と、前記第1のベースプレートの他方の面と一方の面にて熱的に接続された第2のベースプレートと、該第2のベースプレートの面に沿って熱伝導をし、且つ前記第1の熱伝導部材と熱伝導方向の異なる、該第2のベースプレートに熱的に接続された第2の熱伝導部材と、該第2のベースプレートの他方の面に立設された放熱フィンと、を有するヒートシンク部と、を備えた冷却装置と、
を備えた照明装置。 A substrate on which an LED element is mounted;
A cooling device for cooling the LED element, wherein the first base plate is thermally connected to one surface, and the first base plate conducts heat along the surface of the first base plate. A first heat conducting member thermally connected to one base plate, and a second base plate thermally connected to the other surface of the first base plate and one surface thereof. A second heat conducting member that conducts heat along the surface of the second base plate and that is thermally connected to the second base plate and has a different heat conduction direction from the first heat conducting member. A heat sink having a heat dissipating fin standing on the other surface of the second base plate, and a cooling device comprising:
A lighting device comprising:
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- 2017-03-31 JP JP2017070058A patent/JP2018174184A/en active Pending
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