JP2000035294A - 板型ヒートパイプとそれを用いた冷却構造 - Google Patents
板型ヒートパイプとそれを用いた冷却構造Info
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Abstract
の還流を実現した板型ヒートパイプを提供すること。 【解決手段】 内部に内地した伝熱ブロック20に沿っ
てウィック部材30を下降させ、そのウィック部材30
の先端は平らにしておく。そしてその先端を板型ヒート
ピイプ10の吸熱側主面壁1000に接触させておく。
Description
・電子部品の冷却に好適な板型ヒートパイプとそれを用
いた冷却構造に関する。
気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電気・電
子部品は、その使用によってある程度発熱する。このよ
うな電気・電子部品が過度に温度上昇すると、その性能
が低下したり、その寿命が短縮したりする。近年はパソ
コン等に代表される電気機器の小型化が進み、それに搭
載された電気・電子部品の冷却技術が注目されている。
冷却部品と称することにする。この被冷却部品を冷却す
る方法としては、例えば空冷式、即ちそれら搭載される
電気機器の筐体にファン等を取り付け、その筐体内の雰
囲気を冷やすことで被冷却部品の過度な温度上昇を防ぐ
方法が知られている。この方法は特に比較的大型の電気
機器においては有効である。
部品にヒートシンクやフィン等を接続し、そのヒートシ
ンクを経由して熱を放散する方法が有力になってきてい
る。そのヒートシンクまたはフィンと被冷却部品との間
にヒートパイプを介在させる場合もある。また、そのヒ
ートシンクやフィン等に電動ファンで送風し、一層高い
冷却効率を実現させる技術も知られている。
ておく。ヒートパイプは密封された空洞部を備えてお
り、その空洞部に収容された作動流体の相変態と移動に
より熱の輸送が行われるようになっている。ヒートパイ
プを構成する容器(コンテナ)中を熱伝導する熱移動も
あるが、通常、それは前述の熱輸送に比べ相対的に小さ
い。
次のようになる。棒状のヒートパイプを例にすると、そ
の一方端付近に加熱部品(被冷却部品)を接続し、他方
端付近には放熱用のフィンを取り付けておく。被冷却部
品を取り付けた部分(吸熱部、吸熱側等と呼ぶ)におい
て、コンテナの肉厚部分を熱伝導して伝わってきた熱に
より作動流体が蒸発し、その蒸気がフィンを取り付けた
部分(放熱部、放熱側等と呼ぶ)に移動する。そしてそ
の蒸気は再び液相に戻り、その熱は概ねフィンを経由し
て外部に放出される。このようにして吸熱側から放熱側
に熱移動がなされる。
は、放熱側で液相状態に戻った作動流体は、再び吸熱側
に移動(還流)させる必要がある。重力式のヒートパイ
プの場合は、吸熱側を放熱側より下方に位置させればよ
い(このような形態をボトムヒートと呼ぶ)。この場
合、相変態により液相状態になった作動流体は、重力作
用により還流する。しかし吸熱側が放熱側より下方に位
置していない場合(このような形態をトップヒートと呼
ぶ)は、空洞部内にウィックを配置したり、空洞部内壁
に微小な溝を設けておき、毛細管作用により作動流体が
還流するように工夫する必要がある。
丸パイプ形状のものの他、近年は板型の形状のヒートパ
イプも注目されている。板型のヒートパイプは平面型ヒ
ートパイプとか平板型ヒートパイプ等と呼称されること
もあるが、この板型ヒートパイプはその形状から半導体
素子等の被冷却素子と広い面積で接触させやすい等の利
点がある。
その広い主面で被冷却部品と接触させられる、という利
点がある。板型ヒートパイプを用いる場合でも、作動流
体の還流をより確実にするために、ボトムヒートモード
で使用することが望ましいのは、丸パイプ形状のヒート
パイプの場合と同様である。そこで望ましい実装構造と
して、板型ヒートパイプをその一方の主面が下向きにな
るように配置し、その下側の主面に被冷却部品を接触さ
せ、そして上側の他方の主面にヒートシンクを取り付け
る構造が考えられる。こうすれば、その下側の主面の部
分が吸熱側に、ヒートシンクが取り付けられた上側の主
面の部分が放熱側となるからボトムヒートモードとな
る。
小型化が進み、被冷却部品が搭載される電気・電子機器
も定置型から携帯型へと対象が広がってきている。特に
小型のコンピューター等の場合、それがある程度傾けら
れて使用される場合も想定される。このような事情か
ら、トップヒートモードでもある程度の性能が維持でき
る板型ヒートパイプが求められていた。
鑑み、トップヒートモードになっても優れた性能が維持
できる板型ヒートパイプを開発すべくなされたものであ
る。本発明の板型ヒートパイプは、板型のコンテナを有
する板型ヒートパイプであって、その空洞部内に当該板
型ヒートパイプの吸熱側主面壁に接する伝熱ブロックが
備わり、更に当該板型ヒートパイプの放熱側主面壁に一
部が接するウィック部材が前記伝熱ブロックに沿って前
記吸熱側主面壁まで延びており、前記吸熱側主面壁に接
する前記ウィック部材の先端部は実質平らに揃った状態
になっている、というものである。
構成すると特に望ましい。また、前記ウィック部材の一
部は、前記放熱側主面壁に沿って配置されている場合
や、前記ウィック部材が伝熱ブロックに接触または接合
されている場合を提案する。
または複数の凸部が形成されており、冷却対象である被
冷却部品はその凸部に熱的に接続されるようになってい
る場合もある。この場合、伝熱ブロックはその凸部の部
分に備えると良い。
造として、上述の板型ヒートパイプが被冷却部品を実装
された基板に相対して配置し、その被冷却部品を当該板
型ヒートパイプに熱的に接続した構成の冷却構造を提案
する。
の例とそれを用いた冷却構造の例を模式的に示す説明図
である。基板401はプリント基板等を想定し、その上
に半導体素子等の被冷却部品40が実装されている。図
中の符号400はリードを示す。
40の上面側に接するように板型ヒートパイプ10を配
置する。被冷却部品40と板型ヒートパイプ10とは、
直に接触させる場合の他、必要に応じて伝熱グリス等を
介在させて接触させてもよい。また場合によってはこれ
らを半田付け等によって接合しても構わない。板型ヒー
トパイプ10を構成するコンテナ100の材質は特に限
定されないが、銅材やアルミニウム材等の熱伝導性に優
れる材質を用いると、板型ヒートパイプ10の熱的性能
の面で望ましい。銅材としてはJIS規格C1020、
C1100等、アルミニウム材としては同じくJIS規
格A1100、A3000系、A5000系、A600
0系等が挙げられる。
は、図示しない作動流体が適量収容される。作動流体と
しては、水の他、代替フロン、アンモニア、アルコー
ル、アセトン等がある。
が板型ヒートパイプ10に接続された部分に対応する位
置に伝熱ブロック20が配置されている。その伝熱ブロ
ック20は、コンテナ100の下側の主面を構成する壁
(吸熱側主面壁1000)と上側の主面を構成する壁
(放熱側主面壁1001)の両方に接している。この伝
熱ブロック20は、その主面壁に半田付けやろう付け等
によって金属接合してしまっても良い。伝熱ブロック2
0を内壁に接合しておけば、これらの間の熱抵抗がより
小さくなるので望ましい。
が備えられている。そのウィック部材30は放熱側主面
壁1001に沿うように配置されている。そして、その
ウィック部材30は伝熱ブロック20に沿って吸熱側主
面壁1000まで延びているが、その先端は図1(イ)
の模式的拡大図に示したように、そのウィック部材30
の先端は実質平らに揃った状態に切断されている。ウィ
ック部材30は通常、金属製のメッシュ等を重ねて形成
するから、その先端は凹凸激しい不揃いな状態になりや
すい。本発明ではその先端を実質平らになる程度に揃え
るのである。
て、半導体素子等の被冷却部品40を運転した場合、そ
の運転に伴い被冷却部品40が温度上昇すると、その被
冷却部品40の熱はヒートパイプの作動によって、板型
ヒートパイプ10の上面側の主面壁、即ち放熱側主面壁
1001へ伝わる。放熱側主面壁1001で放熱して凝
縮した作動流体は、重力作用等によって下面側の吸熱側
主面壁1000の方へ移動する(還流する)。しかしこ
の板型ヒートパイプ10が反転若しくは大きく傾いた状
態である場合には、凝縮した作動流体の重力作用による
還流が期待できない。
よる毛細管作用によって凝縮した作動流体が還流する。
本発明においては、ウィック部材30の先端が実質平ら
に揃った状態で空洞部101の吸熱側主面壁1000に
接しているので、毛細管作用によって移動せしめられた
作動流体は、より確実に吸熱側主面壁1000まで到達
する。従ってトップヒートモードにおける作動流体の還
流動作がより確実に維持される。
形させて、被冷却部品410、412の高さに合わせた
凸部112、113を設けた場合の板型ヒートパイプ1
1を示す説明図である。被冷却部品411が接触する部
分の空洞部111内には伝熱ブロック21を配置してい
る。この例においても、ウィック部材31を図1の例と
同様に設置させている。即ち、伝熱ブロック21に沿っ
て下側の主面壁まで延びているウィック部材31は、そ
の先端は実質平らになるように揃っており、確実に下側
の主面壁に接するようになっている。図中の符号42、
43はリードと基板をそれぞれ示す。この板型ヒートパ
イプ11もトップヒートモードにおける作動流体の還流
がより確実に作動したことが確認できた。
〜442が接続される位置に伝熱ブロック22〜24を
配置した場合の板型ヒートパイプ12である。その他は
図2に示した例と同様である。図中の符号120、12
1、32はそれぞれコンテナ、空洞部、ウィック部材を
示し、符号45、46はリード、基板をそれぞれ示して
いる。この板型ヒートパイプ12もトップヒートモード
における作動流体の還流がより確実に作動したことが確
認できた。
れウィック部材30〜32を伝熱性に優れる材質のメッ
シュで構成した場合は、そのウィック部材30〜32が
板型ヒートパイプ10〜12の吸熱部に接触しているた
め、実質的に作動流体の蒸発面積が増大している。この
ためこれらの板型ヒートパイプ10〜12の熱輸送性能
が一層高いものとなる。
熱側に放熱を促すためのヒートシンク5を取り付けた冷
却構造の例を示す説明図である。このような冷却構造を
採用することで、スペース的にも冷却性能面でも優れた
冷却構造が実現する。図中の符号130、131、2
5、33はコンテナ、空洞部、伝熱ブロック、ウィック
部材をそれぞれ示し、符号470〜472は被冷却部
品、符号48、49はそれぞれリードと基板を示す。
は、トップヒートモードでも優れた性能を維持できるも
のである。このため本発明の板型ヒートパイプを用いた
冷却構造は、例えば冷却すべき半導体素子等の被冷却部
品が搭載される電気・電子機器に適用した場合等、その
機器が傾けられて使用される状況であってもある程度の
優れた冷却性能が維持できるものとなる。
た冷却構造の例を示す説明図である。
た冷却構造の例を示す説明図である。
た冷却構造の例を示す説明図である。
た冷却構造の例を示す説明図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 板型のコンテナを有する板型ヒートパイ
プであって、その空洞部内に当該板型ヒートパイプの吸
熱側主面壁に接する伝熱ブロックが備わり、更に当該板
型ヒートパイプの放熱側主面壁に一部が接するウィック
部材が前記伝熱ブロックに沿って前記吸熱側主面壁まで
延びており、前記吸熱側主面壁に接する前記ウィック部
材の先端部は実質平らに揃った状態になっている、板型
ヒートパイプ。 - 【請求項2】 前記ウィック部材は高熱伝導性の材質で
構成されている、請求項1記載の板型ヒートパイプ。 - 【請求項3】 前記ウィック部材の一部は、前記放熱側
主面壁に沿って配置されている、請求項1または2に記
載の板型ヒートパイプ。 - 【請求項4】 前記ウィック部材は伝熱ブロックに接触
または接合されている請求項1〜3のいずれかに記載の
板型ヒートパイプ。 - 【請求項5】 前記コンテナの吸熱側主面壁には一つま
たは複数の凸部が形成されており、冷却対象である被冷
却部品はその凸部に熱的に接続されるようになってい
る、請求項1〜4のいずれかに記載の板型ヒートパイ
プ。 - 【請求項6】 前記伝熱ブロックは前記凸部の部分に備
わっている、請求項5に記載の板型ヒートパイプ。 - 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載の板型ヒ
ートパイプが被冷却部品が実装された基板に相対して配
置され、その被冷却部品が当該板型ヒートパイプに熱的
に接続されてなる、請求項1〜6のいずれかに記載の板
型ヒートパイプを用いた冷却構造。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20238998A JP3332858B2 (ja) | 1998-07-17 | 1998-07-17 | 板型ヒートパイプとそれを用いた冷却構造 |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2000035294A true JP2000035294A (ja) | 2000-02-02 |
JP3332858B2 JP3332858B2 (ja) | 2002-10-07 |
Family
ID=16456693
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100436584B1 (ko) * | 2001-11-23 | 2004-06-19 | 엘지전선 주식회사 | 히트 스프레더의 제조방법 |
TWI582366B (zh) * | 2014-09-03 | 2017-05-11 | 奇鋐科技股份有限公司 | 均溫板結構 |
US20200281095A1 (en) * | 2014-04-08 | 2020-09-03 | General Electric Company | Systems and methods for using additive manufacturing for thermal management |
US11397057B2 (en) | 2014-09-26 | 2022-07-26 | Asia Vital Components Co., Ltd. | Vapor chamber structure |
JP2022160791A (ja) * | 2021-04-07 | 2022-10-20 | 古河電気工業株式会社 | ベーパーチャンバ |
-
1998
- 1998-07-17 JP JP20238998A patent/JP3332858B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
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JP2022160791A (ja) * | 2021-04-07 | 2022-10-20 | 古河電気工業株式会社 | ベーパーチャンバ |
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