(57)【要約】【課題】フィンプレート部の枚数及び冷却ファンの風量を変えることなく、放熱効率を向上させた電子部品冷却用ヒートシンクを提供すること。【解決手段】ＣＰＵ等の電子部品（被冷却素子）に熱的に接続されるベースプレート部２１と、ベースプレート部２１と熱的に接続される複数のフィンプレート部２２からなる放熱フィン群とを備えているヒートシンク１３において、フィンプレート部２２の表面に複数の微細溝（マイクロチャンネル）２５を設けた。これにより、冷却ファンの風量およびフィンプレート部２２の枚数を増やすことなく、放熱性能を向上させることが可能となる。また、ヒートシンクを軽量化することも可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却素子に熱的に接続されるベースプレート部と、該ベースプレート部と熱的に接続される複数のフィンプレート部からなる放熱フィンとを備え、
前記フィンプレート部の表面に複数の微細溝（マイクロチャンネル）を設けたことを特徴とする電子部品冷却用ヒートシンク。
【請求項２】
前記マイクロチャンネルが、前記フィンプレート部の両面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品冷却用ヒートシンク。
【請求項３】
前記マイクロチャンネルが、前記フィンプレート部の表面の一端部から他端部へ連続している溝からなることを特徴とする請求項２に記載の電子部品冷却用ヒートシンク。
【請求項４】
前記マイクロチャンネルが、冷却風の流れる方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項３に記載の電子部品冷却用ヒートシンク。
【請求項５】
前記マイクロチャンネルが、前記フィンプレート部の両面に、表裏で互い違いの位置となるように設けられていることを特徴とする請求項４に記載の電子部品冷却用ヒートシンク。
【請求項６】
隣接する前記フィンプレート部の対向する前記マイクロチャンネルが、互い違いの位置となるように設けられていることを特徴とする請求項５に記載の電子部品冷却用ヒートシンク。
【請求項７】
前記マイクロチャンネルが、前記フィンプレート部の厚みのほぼ４分の一の深さの溝からなることを特徴とする請求項６に記載の電子部品冷却用ヒートシンク。
【請求項８】
前記フィンプレート部が、前記ベースプレート部にカシメ接続されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の電子部品冷却用ヒートシンク。
【請求項９】
前記フィンプレート部は、前記ベースプレート部から離れるにしたがって前記フィンプレート部の厚みが徐々に薄くなっていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の電子部品冷却用ヒートシンク。
【請求項１０】
前記フィンプレート部が、前記ベースプレート部とヒートパイプとにより熱的に接続されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の電子部品冷却用ヒートシンク。
【請求項１１】
（ａ）フィンプレート部の表面及び裏面に連続する複数のマイクロチャンネルを形成する工程と、
（ｂ）前記マイクロチャンネルを形成した複数のフィンプレート部を、ベースプレート部に接続し固定する工程と、
を備えることを特徴とする電子部品冷却用ヒートシンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路、半導体素子などの電子部品を被冷却素子とする電子部品冷却用ヒートシンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来は、ヒートシンクの放熱性能を向上させるために、大型のファンを用いたり冷却ファンを高速回転させることにより冷却風流量を増加させることや、細かいピッチで多数のフィンプレート部を並べることによりフィン面積を増加させること等が行われていた。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２２３３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、大型ファンを用いると装置全体が大きくなる。さらに、冷却風量を増加させるためにファンを高速回転させる場合、ファンノイズ及び消費電力が大きくなる。また、細かいピッチでフィンプレート部を並べて放熱フィン全体の表面積を大きくする場合には、ヒートシンクの圧力損失が大きくなるため、所定の風量を流すために大型のファンを用いるか、またはファンを高速回転させる必要が生じて、結果的に装置の大型化、ファンノイズの増加、消費電力の増加という問題が発生する。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、フィンプレート部の枚数及び冷却風の風量を変えることなく、より放熱効率を向上させた電子部品冷却用ヒートシンクおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、放熱フィンのフィンプレート部の表面に複数の微細な溝（マイクロチャンネル）を設けることにより、上記課題を解決する。
【０００６】
本発明の第１の態様にかかる電子部品冷却用ヒートシンクは、被冷却素子に熱的に接続されるベースプレート部と、該ベースプレート部と熱的に接続される複数のフィンプレート部からなる放熱フィンとを備え、前記フィンプレート部の表面に複数のマイクロチャンネルを設けたことを特徴とする。この態様によると、フィンプレート部の表面に複数のマイクロチャンネルを設けることにより、熱抵抗を減少させて冷却効率を向上させることが可能となる。また、マイクロチャンネルを形成する分、ヒートシンクの軽量化も可能となる。尚、フィンプレート部及びベースプレート部は、一体的に構成されるものであっても、それぞれ別の部品として製造され組み立てられるものであっても良い。
【０００７】
本発明の他の態様にかかる電子部品冷却用ヒートシンクは、前記マイクロチャンネルが、前記フィンプレート部の両面に設けられていることを特徴とする。このように、各フィンプレート部の両面にマイクロチャンネルを設けることにより、熱抵抗をより小さくする（放熱性能を向上させる）ことが可能となる。
【０００８】
本発明の他の態様にかかる電子部品冷却用ヒートシンクは、前記マイクロチャンネルが、前記フィンプレート部の表面の一端部から他端部へ連続している溝からなることを特徴とする。一端部から他端部に連続しているとは、マイクロチャンネルの開始端部がフィンプレート部の表面のいずれかの端部から始まり、上下左右のいずれかの方向に伸びてフィンプレート部の他の端部まで連続して伸びるように形成されている。これにより、空気等の冷却用流体がマイクロチャンネルに沿って円滑に流れることが可能となり、冷却効果を増大させる。
【０００９】
本発明の他の態様にかかる電子部品冷却用ヒートシンクは、前記マイクロチャンネルが、冷却風の流れる方向に沿って設けられていることを特徴とする。マイクロチャンネルをこれらの冷却用流体の流れ方向に沿って設けることにより、流体がマイクロチャンネル内にも入り込み、かつ流体の流れを円滑にして、冷却効率を増大させる。
【００１０】
本発明の他の態様にかかる電子部品冷却用ヒートシンクは、前記マイクロチャンネルが、前記フィンプレート部の両面に表裏で互い違いの位置となるように設けられていることを特徴とする。互い違いの位置になるようにとは、表裏に設けられたマイクロチャンネルの位置が、互いに同じ位置に重なりあって設けられないように設けることをいう。表裏に設けられるマイクロチャンネルの位置が重なり合うと、重なりあった部分のフィンプレート部の厚みが２本のマイクロチャンネルの深さに相当する分だけ薄くなり、フィンプレート部での熱伝導が悪くなるので、ヒートシンクの熱抵抗が増える。そのため、マイクロチャンネルが重なり合わないようにして、ヒートシンクの熱抵抗が増えるのを防止している。
【００１１】
本発明の他の態様にかかる電子部品冷却用ヒートシンクは、隣接する前記フィンプレート部の対向する前記マイクロチャンネルが、互い違いの位置となるように設けられていることを特徴とする。これにより、製造するときに、フィンプレート部を並べる際に，裏表をひっくり返す必要がなく，フィンの向きをそろえることができるために，工程が容易になる。
【００１２】
本発明の他の態様にかかる電子部品冷却用ヒートシンクは、前記マイクロチャンネルが、前記フィンプレート部の厚みのほぼ４分の一の深さの溝からなることを特徴とする。少なくともフィンプレート部のどの部分も厚みの４分の３以上を確保することにより、フィンプレート部の熱抵抗が部分的に極端に大きくなることがない様にしたものである。
【００１３】
本発明の他の態様にかかる電子部品冷却用ヒートシンクは、前記フィンプレート部が、前記ベースプレート部にカシメ（クリンプ）接続されていることを特徴とする。フィンプレート部にマイクロチャンネルを形成後に組み立てる際に、ベースプレート部とフィンプレート部の接触面積が増えるので、熱抵抗を小さくすることが可能となる。
【００１４】
本発明の他の態様にかかる電子部品冷却用ヒートシンクは、前記フィンプレート部が、前記ベースプレート部から離れるに従って前記フィンプレート部の厚みが徐々に薄くなっていることを特徴とする。熱伝導により伝達される熱量に応じてフィンプレート部を薄くすることにより、ヒートシンク全体を軽量化することが可能となる。
【００１５】
本発明の他の態様にかかる電子部品冷却用ヒートシンクは、前記フィンプレート部が、前記ベースプレート部とヒートパイプとにより熱的に接続されていることを特徴とする。本発明はフィンプレート部の熱抵抗を減少させるものであるので、フィンプレート部がベースプレート部に直接接続されていないヒートシンクであっても、ヒートパイプ等を介して熱的に接続されている場合であっても、本発明は適用可能である。
【００１６】
本発明の第１の態様にかかる電子部品冷却用ヒートシンクの製造方法は、
（ａ）フィンプレート部の表面及び裏面に連続する複数のマイクロチャンネルを形成する工程と、
（ｂ）前記マイクロチャンネルを形成した複数のフィンプレート部を、ベースプレート部に接続し固定する工程と、を備えることを特徴とする。このように、マイクロチャンネルの加工工程と、組み立て工程を分離することにより、マイクロチャンネルを形成するために種々の微細加工処理が可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、フィンプレート部にマイクロチャンネルを形成するだけで、冷却効率を向上させることが可能となるので、冷却ファンの大型化、フィンプレート部の表面積の増大化を図ることなく、高品質のヒートシンクを提供することができる。また、冷却ファンを大型化する必要がないので、ファンノイズを低減化することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、電子部品冷却用ヒートシンクの設置状態の一例を模式的に示す斜視図である。ヒートシンク１３の周りを通風ダクト１１等で囲み、通風ダクト１１の一方に冷却ファン１２を設けて外部の空気を内部に送り込むことにより冷却風を効率的にヒートシンク１３に当てている。図１の例では、ヒートシンク１３の横から冷却風を当てているが、ヒートシンク１３の上方向又は斜め上方から風を当てても良く、ファンがヒートシンク１３に直接取り付けられる場合には通風ダクト１１はなくてもかまわない。ヒートシンク１３は、ＣＰＵ等の熱源（被冷却素子）１４に、熱伝導グリースなどを利用して熱的に接続されたベースプレート部２１と、ベースプレート部２１に接続された放熱フィン２３とを備えている。冷却ファン１２からの風による空気の流れにより、放熱フィン２３からの放熱を促進する。
【００１９】
本発明は、ヒートシンク１３の放熱フィンを構成する各フィンプレート部２２の表面および裏面に微細な溝（マイクロチャンネル）２５を多数設けたことを備えるヒートシンクである。
【００２０】
図２に本発明の一実施形態にかかるヒートシンク１３の斜視図を示す。ベースプレート部の２１の下に被冷却素子であるＣＰＵ等の熱源１４（図１参照）が熱的に接続されている。ベースプレート部２１には、複数のフィンプレート部２２が接続されている。ベースプレート部２１への各々のフィンプレート部２２の接続は、カシメ接続（クリンプ方式）、差込接続等、熱抵抗ができるだけ少なくなるような接続が望ましい。例えば、銅製で、厚さ０．４ｍｍ、高さは４４ｍｍ、奥行き９０ｍｍの銅製のフィンプレート部２２を、ベースプレート部に４２枚カシメ（クリンプ）接合または差込接合することにより、図２に示すようなヒートシンク１３が形成されている。
【００２１】
各フィンプレート部２２には冷却風の通路に沿って、複数のマイクロチャンネルが設けられている。図２の例では、図１のように横方向から冷却風が当てられることを前提に、複数のマイクロチャンネル２５が、フィンプレート部２２に横向きに設けられている。このように冷却風の通路に沿ってマイクロチャンネル２５を設けることにより、冷却風がマイクロチャネル内にも入り込み、放熱効率をより向上させることができる。
【００２２】
図３は、図２のフィンプレート部２２に形成されるマイクロチャンネル２５の一例を模式的に示す断面図である。この例では、厚さ０．４ｍｍのフィンプレート部２２の両面に、フィンプレート部２２の一端から他端まで連続する深さ０．１ｍｍ、幅０．２ｍｍのマイクロチャンネル２５が、０．８ｍｍ間隔で、各フィンプレート部２２の片面に４１本設けられている。
【００２３】
マイクロチャンネル２５は、両面の位置（高さ）が互い違いになるように設けられている。このように、両面に互い違いの位置にマイクロチャンネル２５を設けることにより、フィンプレート部２２の同じ高さの位置に両面のマイクロチャンネル２５が重ならないようにしている。マイクロチャンネルを互い違いに配置することにより、フィンプレート部２２の厚みが部分的に極端に薄くなり、熱伝導による熱抵抗が増えることを防止することができる。図３に示すような放熱フィンの厚みが０．４ｍｍの場合、互い違いに設けることにより各マイクロチャンネル２５が形成されている部分のフィンプレート部２２の厚みを常に０．３ｍｍ以上確保することができる。
【００２４】
図４及び図５は、図２及び図３に示す構成、材質及び寸法のヒートシンク１３に、マイクロチャンネル２５を設けた場合と、マイクロチャンネル２５を設けない場合における性能比較結果を示すグラフである。図４は、両ヒートシンクに対する冷却ファンの風量を変化させた場合におけるヒートシンク１３の熱抵抗の変化を示すグラフであり、図５はマイクロチャンネル２５を設けていない場合と、マイクロチャンネル２５を設けた場合の風量に対する圧力損失の変化を示すグラフである。フィンプレート部２２は銅製で、上述のように厚さ０．４ｍｍ、高さは４４ｍｍ、奥行き９０ｍｍである。ヒートシンク１３は、同様のフィンプレート部２２を４２枚カシメ接合（クリンプ整合）して形成したヒートシンクを用いた。また、３０ｍｍ×３０ｍｍの熱源を用い、熱量を１５０Ｗに設定して測定した。
【００２５】
図４からわかるように、マイクロチャンネル２５を設けることにより、風量に関係なく、一様に約０．０１  Ｋ／Ｗ程度熱抵抗を下げることができ、マイクロチャンネル２５を設けない場合よりも熱源の温度を１．５℃下げることができた。一方、図５に示すように、マイクロチャンネル２５を設けると圧力損失への影響はほとんど無いと考えて良い。従って、フィンプレート部２２にマイクロチャンネル２５を設けることにより、ヒートシンク１３の寸法及び冷却ファン１２を変更することなく、ヒートシンク１３の性能を向上させることが可能となる。また。マイクロチャンネル２５により、削り取られた分だけ重量を軽量化することが可能となり、電子機器の軽量化に有益である。
【００２６】
マイクロチャンネル２５の形成方法としては、機械による切削加工、ＭＥＭＳ（Micro-Electro Mechanical Systems）による加工処理、及び半導体製造技術等で使用される各種エッチングなどの技術を利用することができる。フィンプレート部２２にマイクロチャンネル２５を形成した後に、フィンプレート部２２をベースプレート部２１に接合する。ベースプレート部２１とフィンプレート部２２の接合方法としては、クリンプ接合、差込接合の他、ハンダ接合、ロウ接合などの一般的な金属接合方法を利用することができる。
【００２７】
このように、フィンプレート部２２とベースプレート部２１を別々形成した後に、両者を組み立ててヒートシンク１３を製造することにより、フィンプレート部２２へのマイクロチャンネル２５の形成加工に半導体製造過程で用いられるようなエッチング処理等の各種微細処理技術を使用することが可能となる。もっとも、ベースプレート部２１及びフィンプレート部２２を一体的に形成しつつ、マイクロチャンネルを形成しても良く、そのような一体型のヒートシンクも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００２８】
以上の説明では、冷却風が横方向に流れる場合に対応して、ベースプレート部２１と平行な向きに左端部から右端部まで連続するマイクロチャンネル２５を複数設けた例を示したが、マイクロチャンネル２５の向きは冷却風の流れる方向に合わせることが望ましい。たとえば、冷却ファン１２が上部に設けられて、下方に吹き抜ける場合には、図６（ａ）に示すように、フィンプレート部３１の上端部から下端部まで連続する縦方向のマイクロチャンネル３２を設けることが望ましい。また、上から左右方向に冷却風が吹きぬける場合には、図６（ｂ）に示すように、フィンプレート部３３の上から左右方向に連続するマイクロチャンネル３５を設けることが望ましい。
【００２９】
また、ヒートシンクの基本構造は、種々の形態をとることが可能である。たとえば、従来の波型のフィンプレート部（図示せず）の他、図７に示すようなキャタピラ式に連結するフィンプレート部３７であっても良い。図７は本発明を適用したキャタピラ式フィンプレート部３７を用いた放熱フィン群３６を示しており、図７（ａ）は放熱フィン群３６の外観を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、連結部３８の構造を示す部分拡大図である。キャタピラ式フィンプレート部３７は連結部３８により隣接するフィンプレート部３７が順次接合されている。このようなキャタピラ式フィンプレート部３７であっても、フィンプレート部３７にマイクロチャンネル３９を設けることにより、本発明の効果を得ることが可能となる。
【００３０】
なお、本発明は、フィンプレート部にマイクロチャンネルを設けることにより、放熱効果を増大させることを特徴とするものである。従って、フィンプレート部が薄板状であることは必須の要件ではない。すなわち、本明細書で使用している用語である「フィンプレート部」には、薄板状のプレートの他、厚みのあるフィンプレート部も含まれるものである。
【００３１】
また、フィンプレート部がベースプレート部２１に物理的に固定されていなくとも、図８に示すように、ヒートパイプ４２等を介して熱的に接続されていてもよい。ヒートパイプ４２は、蒸発部がベースプレート部２１に接続され、凝縮部がフィンプレート部４０に接続されており、蒸発部でベースプレート部２１の熱を吸熱し、凝縮部でフィンプレート部４０に放熱する。フィンプレート部４０は、横方向に複数個連結されている。各フィンプレート部には、マイクロチャンネル４１が複数本設けられており、横方向から冷却風が吹き込まれて放熱を促進している。
【００３２】
さらに、図示しないが、フィンプレート部の厚みを、ベースプレート部に近い部分を厚くし、上方向が徐々に薄くなるように構成し、その表面にマイクロチャンネルを設けることも可能である。これにより、フィンプレート部の軽量化を図りつつ、効率的な冷却効果を確保することが可能となる。
【００３３】
尚、上記の実施例では、ベースプレート部及び放熱フィンプレート部の材質として銅を使用したが、アルミなどの熱伝導性の良い金属を使用することができる。また、図８に示すように、ヒートシンクの要求性能に応じて、熱伝導性の良い金属板（ベースプレート部）にヒートパイプをハンダなどにより接合して、ヒートパイプの放熱端にフィンプレート部を接合するように構成することができる他、ベースプレート部を板型ヒートパイプで構成してもよい（図示せず）。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】電子部品冷却用ヒートシンクの設置状態の一例を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるヒートシンクの斜視図である。
【図３】フィンプレート部に形成されるマイクロチャンネルの一例を模式的に示す断面図である。
【図４】両ヒートシンクに対する冷却ファンの風量を変化させた場合におけるヒートシンクの熱抵抗の変化を示すグラフである。
【図５】マイクロチャンネルを設けていない場合と、マイクロチャンネル設けた場合の風量に対する圧力損失の変化を示すグラフである。
【図６】フィンプレート部に設けられる微細溝（マイクロチャンネル）の方向を例示する斜視図である。
【図７】本発明が適用されるフィンプレート部の一例を説明する模式図である。
【図８】本発明の他の実施例にかかるヒートシンクを模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１１  通風ダクト１１
１２  冷却ファン
１３  ヒートシンク
１４  熱源（被冷却素子）
２１  ベースプレート部
２２、３１、３３、３７、４０  フィンプレート部
３６  放熱フィン
２５、３２、３５、３９、４１  微細溝（マイクロチャンネル）
３８  連結部
４２  ヒートパイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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