(57)【要約】【課題】高性能で軽量なヒートシンクを製造することのできる、放熱効率を向上させた、格子型の放熱フィンを提供する。【解決手段】複数の相隣接する縦フィンと、この相隣接する縦フィンを交差させて設けた横フィンとを有する放熱フィンであって、放熱体に対する放熱フィンの接合基部から一定の高さにおいて、一つの縦フィン１ａと隣接する縦フィン１ｂとの距離Ａと、当該縦フィン１ｂから次の縦フィンまでの距離もしくは前記横フィンの延設端部２ａまでの距離Ｂが１．０５≦Ａ／Ｂ≦１．３の関係式を満たすことを特徴とする放熱フィン。【選択図】  図１−ａ
2006049344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の相隣接する縦フィンと、この相隣接する縦フィンを交差させて設けた横フィンとを有する放熱フィンであって、放熱体に対する放熱フィンの接合基部から一定の高さにおいて、一つの縦フィン１ａと隣接する縦フィン１ｂとの距離Ａと、当該縦フィン１ｂから次の縦フィンまでの距離もしくは前記横フィンの延設端部２ａまでの距離Ｂが
１．０５≦Ａ／Ｂ≦１．３
の関係式を満たすことを特徴とする放熱フィン。
【請求項２】
複数の相隣接する縦フィンと、この相隣接する縦フィンを交差させて設けた横フィンとを有する放熱フィンであって、放熱体に対する放熱フィンの接合基部から一定の高さにおいて、相隣接する縦フィンの一方の縦フィン１ｂの肉厚をｔ１、他方の縦フィン１ａの肉厚をｔ２とするとき、ｔ１およびｔ２が
１．２≦ｔ１／ｔ２≦３
の関係式を満たすことを特徴とする放熱フィン。
【請求項３】
複数の相隣接する縦フィンと、この相隣接する縦フィンを交差させて設けた横フィンとを有する放熱フィンであって、放熱体に対する放熱フィンの接合基部から一定の高さにおいて、一つの縦フィン１ａと隣接する縦フィン１ｂとの距離Ａと、当該縦フィン１ｂから次の縦フィンまでの距離もしくは前記横フィンの延設端部２ａまでの距離Ｂが
１．０５≦Ａ／Ｂ≦１．３
の関係式を満たし、かつ、放熱体に対する放熱フィンの接合基部から一定の高さにおいて、前記縦フィン１ｂの肉厚をｔ１、前記縦フィン１ａの肉厚をｔ２とするとき、ｔ１およびｔ２が
１．２≦ｔ１／ｔ２≦３
の関係式を満たすことを特徴とする放熱フィン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱フィンに関し、詳しくは発熱体として主にＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの発熱性素子を冷却する格子型ヒートシンク用の放熱フィンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＩＧＢＴなどの発熱性素子を冷却するヒートシンクとしては、一方の面に発熱体を保持させたベース板を用い、該ベース板の他方の面に複数の放熱フィンを櫛形や格子形に配設して構成した比較的安価なヒートシンクが多用されている。例えば、特許文献１に記載されているような、格子型の放熱フィンをベース板に積層させてロウ付けなどで接合した格子型ヒートシンクが多く用いられている。
このような格子型ヒートシンクは、フィンは押出形材製で、アルミのベース板にロウ付け接合することで得られる比較的単純な構造のため、比較的安価に製造できる。
【特許文献１】特開２００４−４７７８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の格子型ヒートシンクでは、その放熱性能が必ずしも十分ではなかった。したがって、高発熱密度の半導体素子を効率的に冷却させる場合などには、その冷却性能を向上させるために、格子型ヒートシンクではなく、ヒートパイプ作動液としてフッ素化合物（例えば、住友スリーエム（株）製、フロリナートＦＸ−３２５０（商品名）等）を用いた沸騰冷却式ヒートシンクを使用する、あるいは熱伝導性の高い銅製ヒートパイプによるヒートシンクを使用することが一般的である。
【０００４】
しかしながら、上記のような高発熱密度の素子冷却を行う場合でのフッ素化合物の作動液を用いる沸騰冷却式ヒートシンクにおいては、その全体的構成が複雑化されて高価である。また、冷媒として地球温暖化係数の大きいフッ素化合物を使う場合が多く、比較的良好な冷却性能が得られるのではあるが、環境悪化防止の観点から、その使用が年々敬遠されつつある。
【０００５】
一方、ヒートパイプを用いるヒートシンクでは、発生熱をベース板からヒートパイプに配した放熱フィンに伝熱させて熱放散を図るのであるが、新幹線等の車両や自動車用など該ヒートシンク自体の高さが比較的低くされた構成の場合、すなわち、フィンを配したヒートパイプにおける放熱部の長さ寸法が比較的短い構成では、該ヒートパイプから放熱フィンへの効率的な熱伝導性に欠けることになり、このため、熱放散が十分にはなされないという不利がある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、高性能で軽量な格子型ヒートシンクを製造することのできる、放熱効率を向上させた、放熱フィンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は下記の手段により達成される。
すなわち本発明は、
（１）複数の相隣接する縦フィンと、この相隣接する縦フィンを交差させて設けた横フィンとを有する放熱フィンであって、放熱体に対する放熱フィンの接合基部から一定の高さにおいて、一つの縦フィン１ａと隣接する縦フィン１ｂとの距離Ａと、当該縦フィン１ｂから次の縦フィンまでの距離もしくは前記横フィンの延設端部２ａまでの距離Ｂが
１．０５≦Ａ／Ｂ≦１．３
の関係式を満たすことを特徴とする放熱フィン、
（２）複数の相隣接する縦フィンと、この相隣接する縦フィンを交差させて設けた横フィンとを有する放熱フィンであって、放熱体に対する放熱フィンの接合基部から一定の高さにおいて、相隣接する縦フィンの一方の縦フィン１ｂの肉厚をｔ１、他方の縦フィン１ａの肉厚をｔ２とするとき、ｔ１およびｔ２が
１．２≦ｔ１／ｔ２≦３
の関係式を満たすことを特徴とする放熱フィン、および、
（３）複数の相隣接する縦フィンと、この相隣接する縦フィンを交差させて設けた横フィンとを有する放熱フィンであって、放熱体に対する放熱フィンの接合基部から一定の高さにおいて、一つの縦フィン１ａと隣接する縦フィン１ｂとの距離Ａと、当該縦フィン１ｂから次の縦フィンまでの距離もしくは前記横フィンの延設端部２ａまでの距離Ｂが
１．０５≦Ａ／Ｂ≦１．３
の関係式を満たし、かつ、放熱体に対する放熱フィンの接合基部から一定の高さにおいて、前記縦フィン１ｂの肉厚をｔ１、前記縦フィン１ａの肉厚をｔ２とするとき、ｔ１およびｔ２が
１．２≦ｔ１／ｔ２≦３
の関係式を満たすことを特徴とする放熱フィン
を提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る放熱フィンによれば、高発熱量の素子を接合したヒートシンクにおいて、フィン間距離と縦フィンの肉厚を特定の関係に制御することにより、フィンの放熱性能を向上させることができる。よって、高性能で軽量な格子型ヒートシンクを提供することができ、特に車両の制御機器のように多量の熱を処理する必要があり、且つ軽量化が求められる用途に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の放熱フィンの好ましい実施態様について図１〜図３を参照して詳細に説明する。尚、各図において同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００１０】
図１は、本発明の放熱フィンの一例を示すものである。図１−ａは、放熱フィンの全体を示す正面図である。放熱フィンは、縦フィン１ａと縦フィン１ｂ、および、この互いに隣接する縦フィンの間にほぼ水平に配置した横フィン２とから形成されている。図中、３は放熱フィンの放熱体に対する接合基部である。また、２ａは横フィンの延設端部である。この放熱フィンの放熱体に対する接合基部３周辺の拡大図を図１−ｂに示す。図中、Ａは、接合基部３から一定の高さにおける、一つの縦フィン１ａから隣接する縦フィン１ｂまでの距離であり、Ｂは、同じ高さにおける当該縦フィン１ｂから次の縦フィンまたは横フィン末端までの距離である。また、ｔ１およびｔ２は、それぞれ縦フィン１ａおよび１ｂの接合基部３から一定の高さにおける肉厚である。
本発明者らは、図１に示されるＡとＢ、またはｔ１とｔ２を適正な関係に制御することにより、放熱フィンの放熱性能を上げ、軽量化できることを見出したものである。
【００１１】
一つの好ましい実施態様においては、格子フィン用形材の二つのフィン間距離Ａ、Ｂが１．０５≦Ａ／Ｂ≦１．３を満たすものである。それにより、フィン間Ａの冷却流体の圧力損失をＢより小さくしてフィン間Ａの冷却流体の流速を上げ、フィン間Ａの面の放熱効率を向上させるものである。Ａ／Ｂは、１．０６≦Ａ／Ｂ≦１．２５がさらに好ましく、１．０８≦Ａ／Ｂ≦１．２がより好ましい。Ａの距離は、特に限定はないが、２〜３０ｍｍが好ましい。また、Ｂの距離も、特に限定はないが、２〜３０ｍｍが好ましい。
【００１２】
また、別の好ましい実施態様においては、格子用形材の縦フィンの肉厚が１．２≦ｔ１／ｔ２≦３を満たすものである。肉厚ｔ１をｔ２より厚くすることで、より効率よく素子の熱をフィンに伝達するものである。これにより、さらに、図２に示す従来の等肉厚フィンに比べ、フィンの軽量化が可能となるものである。ｔ１／ｔ２は、１．３≦ｔ１／ｔ２≦２．５がさらに好ましく、１．５≦ｔ１／ｔ２≦２がより好ましい。
ｔ１自体の厚さは、特に限定はないが、０．４〜８ｍｍが好ましい。
ｔ２自体の厚さも、特に限定はないが、０．４〜５ｍｍが好ましい。
【００１３】
図２は従来の格子型放熱フィンである等肉厚フィンの放熱体に対する接合基部附近の拡大図である。図中、Ａ’は、放熱体に対する接合基部２３から一定の高さにおける、一つの縦フィン２１ａから隣接する縦フィン２１ｂまでの距離であり、Ｂ’は、同じ高さにおける当該縦フィン２１ｂから次の縦フィンまたは横フィン延設端部２２ａまでの距離である。また、ｔ２１およびｔ２２は、それぞれ縦フィン２１ａおよび２１ｂの接合基部２３から一定の高さにおける肉厚である。ここでは、Ａ’＝Ｂ’であり、ｔ２１＝ｔ２２となっている。
【００１４】
本発明においては、１．０５≦Ａ／Ｂ≦１．３、および１．２≦ｔ１／ｔ２≦３の両方の式を満たすことがさらに好ましい。
また、本発明の放熱フィンの素材には、特に限定はないが、アルミニウム合金、アルミニウム、銅、銅合金が好ましい。また、放熱フィンの製造方法にも特に限定はないが、例えば、通常の押出し成形、鋳造、ろう付け、溶接、はんだ付けによって製造することができる。
また、縦フィン間の横フィンの数は、特に限定はないが、２〜５０個存在し、横フィン間の距離は２〜３０ｍｍであることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の放熱フィンは、縦フィンの厚さがヒートシンクのベース板などの放熱体に直接または間接に接合する接合基部３から遠ざかるにしたがって薄くなるように構成することが好ましい。縦フィンは接合基部３から遠ざかるにしたがって温度が降下し、熱移動量も少なくなるので、フィンを薄くして軽量化し、開口面積を大きくでき、冷却流体の圧力損失を小さくすることができる。１つの縦フィンの肉厚の最も厚い部分と薄い部分の差は、フィン形状、流体の物性、流速等により適宜決めることができるが、０．３〜５ｍｍであることが好ましい。
【００１６】
図３は、本発明の放熱フィンが用いられるヒートシンクの一例の各部構造を模式的に示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は（ｃ）における矢印方向から見た側面図である。
本発明の放熱フィンは、図３のように、発熱体としてのＩＧＢＴなどの発熱性素子１４を一方の面に固定的に保持させたベース板１１の他方の面に、複数個並設させて接合し、格子型放熱フィン１３を形成し、使用することが好ましい。
前記ベース板１１と格子型放熱フィン１３は、アルミ押出し成形によって一体形成しても良いし、あるいはベース板１１に対して各放熱フィンをロウ付けや半田付け、もしくは溶接、カシメ付けなどによっても製造し得る。図３においては、ベース板１１とフィン１３の間に、ブレージングシート１２を挟んで、ロウ付け接合したものを示している。
ヒートシンクには矢印Ｆから送風されて冷却される。また、図中、Ｈは格子型発熱フィン１３の高さを示すものである。
【００１７】
また、図１に示す縦フィンは、ベース板との接合基部から遠ざかる方向に薄肉にしているが、勿論、本発明においては縦フィンの全長に渡って同じ肉厚としても良い。
また、図１では、縦フィンが１ａと１ｂがそれぞれ１本の場合を示しているが、本発明の放熱フィンは、例えば、アルミ押出し成形などによって、最初から図１に示す構造が複数個並んだ構造を一体形成した、１ａと１ｂをそれぞれ複数有するものでも良い。
【実施例】
【００１８】
図３に模式的に示す各部構造で、表１および２に示す寸法の格子フィンでヒートシンクを作製し、放熱実験を行い性能を評価した。表１および２におけるＡ、Ｂ、ｔ１およびｔ２の値は接合部から５ｍｍの高さで測定したものである。図３のフィン１３としては、図１の正面図に示す形状（横フィンの数等）のものを、ベース板１１全面に渡り同じ向きに並立させて配置したものである。ベース板１１は３００×３００×２０ｍｍの寸法Ａ３００３アルミニウム合金を使用し、ベース板１１とフィン１３の間には、ブレージングシート１２を挟んで、ロウ付け接合したものである。フィン１３はＡ１０７０アルミニウム合金を使用し、高さＨは、１２０ｍｍである。横フィンの厚さは０．６ｍｍである。素子１４は、風上側に発熱量０．６ｋＷ、風下側に発熱量１ｋＷの計１．６ｋＷの発熱量のものを図３のように配置して取り付けた。冷却はターボファンを使用して行い、ダクトを通して風速６ｍ／ｓの風をフィンに吹かせた。素子の温度上昇は、ベース面１１の素子１４との接合面近傍に熱電対を埋設して測定した。
フィン間距離Ａ、Ｂを変化させた場合の測定結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】
2006049344.tif 000003
【００２０】
表１に示すように、１．０５≦Ａ／Ｂ≦１．３を満たすＮｏ．１〜３では、Ａの長さはＮｏ．１〜３と同じであるが１．０５≦Ａ／Ｂ≦１．３を満たさないＮｏ．７、８に比較し、優れた放熱性能を示した。また、同様に、１．０５≦Ａ／Ｂ≦１．３を満たすＮｏ．４〜６では、Ａの長さはＮｏ．４〜６と同じであるが１．０５≦Ａ／Ｂ≦１．３を満たさないＮｏ．９、１０に比較し優れた放熱性能を示した。
【００２１】
次に、肉厚ｔ１、ｔ２を変化させた場合の測定結果を表２に示す。
【００２２】
【表２】
2006049344.tif 000004
【００２３】
表２において、１．２≦ｔ１／ｔ２≦３を満たすＮｏ．１１〜１３は、ＡおよびＢの値がＮｏ．１１〜１３と同一であるＮｏ．７に比べて、肉厚が薄くて軽量にも関わらず、優れた放熱性能を示した。また同様に、１．２≦ｔ１／ｔ２≦３を満たすＮｏ．１４〜１６は、ＡおよびＢの値がＮｏ．１４〜１６と同一であるＮｏ．９、１９に比べて肉厚が薄くて軽量にも関わらず、優れた放熱性能を示した。また、１．０５≦Ａ／Ｂ≦１．３かつ１．２≦ｔ１／ｔ２≦３を満たすＮｏ．１７、１８は、同様な肉厚のＡの値を有する他の実施例および比較例に対して、特に優れた放熱性能を示した。
以上のように、Ａ、Ｂ、ｔ１およびｔ２を本発明で規定する範囲に制御することで、優れた放熱性能が得られ、かつ、軽量化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１−ａ】本発明の放熱フィンを示す正面図である。
【図１−ｂ】図１−ａの放熱フィンの基部附近の拡大図である。
【図２】従来の格子型放熱フィンの接合部附近の拡大図である。
【図３】本発明の放熱フィンが用いられるヒートシンクの一例の各部構造を模式的に示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は側面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１ａ，１ｂ  縦フィン
２          横フィン
２ａ        横フィンの延設端部
３          接合基部
１１        ベース板
１２        ブレージングシート
１３        格子型放熱フィン
１４        素子
２１ａ，２１ｂ  縦フィン
２２          横フィン
２２ａ        横フィンの延設端部
２３          接合基部
【図１−ａ】
2006049344.tif 000005
【図１−ｂ】
2006049344.tif 000006
【図２】
2006049344.tif 000007
【図３】
2006049344.tif 000008