JP2000151169A - 電子素子の放熱構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子素子から金属板を介して放熱させる構造
であって、熱抵抗が小さく効率よく放熱することのでき
る構造を提供する。 【解決手段】 電子素子４から発生する熱を放熱用金属
板１に伝達するとともに、この放熱用金属板１から放散
させる電子素子の放熱構造において、前記放熱用金属板
１の所定広さの一部が、板厚方向に突出させられて***
部２が形成されるとともに、その***部２の突出側の頂
面部３が前記電子素子４を取り付ける台座部とされ、ま
た前記***部２の側面を貫通させられたヒートパイプ７
の一端部が前記頂面部３とは反対側の裏面部に密着させ
られるとともに、そのヒートパイプ７の他方の端部が前
記放熱用金属板１の前記頂面部３に連続する面に沿わせ
て配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、中央演算処理装
置（ＣＰＵ）などの電子素子を冷却するための放熱構造
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近では、ＣＰＵなどの電子素子の高速
化、大容量化によってその発熱量が多くなってきてお
り、それに伴って温度上昇による誤動作や破損などを回
避するために、より効果的に放熱・冷却することが求め
られるようになってきている。コンピュータやサーバー
などは、可及的に小型であることが要求されるので、電
子素子の温度上昇を防ぐためには、冷却よりもむしろ放
熱の手段が採用されている。例えば、ＣＰＵなどの電子
素子にヒートシンクを重ねて取り付け、さらには空冷フ
ァンを取り付けて熱放散を積極化している。

【０００３】後者の構造は、電力の消費や騒音などの問
題があり、これに対して前者の自然空冷をおこなう構造
ではそのような不都合が生じない。しかしながら最近で
は、その自然空冷による放熱量を超える発熱量の電子素
子が使用されるようになってきている。そこで、各種の
部品を取り付けるベースを兼ねる金属板にそれよりも厚
い金属ブロックを取り付け、その金属ブックに電子素子
を密着させた構成の放熱構造が開発されている。その一
例が第２８０７４１５号特許公報に記載されている。こ
の公報に記載された構造は、ヒートパイプの一端部を、
電子素子を取り付けた金属板に沿わせて配置し、かつそ
のヒートパイプの他方の端部を金属板に密着させた構造
である。

【０００４】また、ヒートパイプを使用した他の放熱構
造が、米国特許第５３３９２１４号明細書に記載されて
いる。これは、電子素子を取り付けた金属ブロックの下
面側にヒートパイプの一端部を密着させ、そのヒートパ
イプの他方の端部を金属ブロックから離れる方向に延ば
すととともに、その端部を多数のフィンを有するヒート
シンクに連結した構造である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前者の第２８０７４１
５号特許公報に記載された構造では、電子素子から発生
した熱が金属ブロックを介して金属板に伝達され、また
その金属ブロックからヒートパイプを介して金属板に伝
達され、その金属板から放熱するようになっている。し
たがってその金属板が周囲の空気に対する放熱部材にな
っているから、電子素子からその金属板に対する熱伝達
を効率よくおこなう必要がある。しかしながら、上記の
構造では、電子素子と金属板との間に、厚肉の金属ブロ
ックが介在するために、金属板と電子素子との間の熱抵
抗が大きくなり、その結果、電子素子からの放熱効率が
低くなり、これを解消するためには、金属ブロックをよ
り大きいものとしたり、ヒートパイプを熱輸送能力の大
きい大径のものとしたりするなど、全体として大型化す
る不都合がある。

【０００６】また、後者の米国特許第５３３９２１４号
明細書に記載された構造では、金属ブロックを取り付け
てあるベースとなる金属板を放熱のための手段として積
極的には使用していないので、放熱効率を向上させるう
えで、未だ改善の余地があった。

【０００７】この発明は、上記の事情を背景にしたなさ
れたものであり、構造が簡単で、しかも電子素子からの
放熱効率の良い構造を提供することを目的とするもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するために、請求項１に記載した発明は、電子
素子から発生する熱を放熱用金属板に伝達するととも
に、この放熱用金属板から放散させる電子素子の放熱構
造において、前記放熱用金属板の所定広さの一部が、板
厚方向に突出させられて***部が形成されるとともに、
その***部の突出側の頂面部が前記電子素子を取り付け
る台座部とされ、また前記***部の側面を貫通させられ
たヒートパイプの一端部が前記頂面部とは反対側の裏面
部に密着させられるとともに、そのヒートパイプの他方
の端部が前記放熱用金属板の前記頂面部に連続する面に
沿わせて配置されていることを特徴とするものである。

【０００９】したがって、請求項１に記載した発明で
は、***部の頂面部が電子素子を取り付ける台座部とな
っていることにより、電子素子の取付位置が明確になる
とともに、台座部から突出した部分を電子素子に設け、
その突出した部分と金属板との間にビスやクランパーな
どの固定部材を配置することにより、電子素子を台座部
に対して確実かつ強固に密着させて固定できる。したが
って電子素子が金属板に直接取り付けられた構造となる
ので、電子素子から発した熱が金属板に対して直接伝達
され、この金属板から放熱されるので、電子素子と金属
板との間の熱抵抗が小さくなって効率よく放熱すること
ができる。これに加えて、台座部の下面（裏面）に一端
部を密着させたヒートパイプが、台座部から離れた箇所
の金属板の一部に熱を輸送するので、金属板における実
質的な熱放散が積極化され、この点でも電子素子からの
金属板を介した放熱効率を向上させることができる。

【００１０】また、請求項２の発明は、請求項１におけ
る***部の突出量が、前記裏面部に密着させたヒートパ
イプの一端部における前記放熱用金属板の板厚方向に計
った太さ以上の突出量とされていることを特徴とするも
のである。

【００１１】請求項２の発明では、ヒートパイプは、隆
起部の側面を貫通させて台座部の下面（裏面）側に挿入
しかつ密着させてあるので、ヒートパイプが***部の高
さを超えて全体の厚さを厚くすることがなく、したがっ
てその電子素子が組み込まれる装置の大型化の要因を未
然に排除することができる。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１の構成におい
て、前記裏面部に、前記ヒートパイプの一端部を裏面部
との間に挟んだ状態に金属ブロックが取り付けられてい
ることを特徴とするものである。

【００１３】この請求項３の発明によれば、金属板から
金属ブロックへの熱伝達が生じ、その金属ブロックと金
属板とによってヒートパイプの一端部が挟み込まれた状
態となっているので、ヒートパイプに対する熱伝達面積
が広くなって熱伝達効率が向上し、さらに金属ブロック
の熱容量が大きくなるので、電子素子での急激な発熱が
あっても、この熱を金属ブロックが吸収して電子素子の
温度上昇を未然に防止できる。

【００１４】そして、請求項４の発明は、請求項３の構
成において、前記金属ブロックの板厚が、前記***部の
裏面部側に形成されている凹部から突出しない板厚に設
定されていることを特徴とするものである。

【００１５】したがって、請求項４の発明では、厚肉の
金属ブロックを使用するとしても、これを***部の内部
に納めることができるので、全体としての厚さが厚くな
ることがなく、したがってその電子素子が組み込まれる
装置の大型化の要因を未然に排除することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】つぎにこの発明を図面に示す具体
例に基づいて説明する。図１において符号１は、アルミ
ニウムもしくはその合金などの金属からなる熱拡散板
（この発明の金属板に相当する）を示し、この熱拡散板
１は方形状もしくは矩形状の薄い板材であり、特には図
示していないが、周縁部に必要な切欠き部を設け、ある
いはねじ孔や貫通孔さらには切り起こし片などを適宜に
形成することができる。

【００１７】この熱拡散板１の一部に一方の面（仮に表
面とする）側に突出した***部２が形成されている。こ
の***部２は、例えば熱拡散板１の一部を絞り加工（コ
イニング）することにより形成することができ、その形
状は、一例として角錐台状である。この***部２の頂面
部３は、平坦な方形もしくは矩形状を成し、ここにＣＰ
Ｕなどの電子素子４を密着させて取り付けるようになっ
ている。したがってその頂面部３が電子素子４のための
台座部となっている。

【００１８】上記の***部１における所定の側面５に、
貫通孔６が形成されている。この貫通孔６にヒートパイ
プ７の一端部が挿入されており、この貫通孔６から頂面
部３の裏面（下面）に延びたヒートパイプ７の一端部
が、頂面部３の裏面に密着した状態で固定されている。

【００１９】ここで、ヒートパイプ７は、両端部を気密
状態に密閉したパイプの内部に、空気などの非凝縮性ガ
スを脱気した状態で水などの凝縮性の流体を作動流体と
して封入し、さらに必要に応じて毛細管圧力を生じさせ
るウイックを内部に設けた熱伝導装置である。一例とし
てそのパイプには銅パイプが使用されており、したがっ
てヒートパイプ７は、可撓性のある構造となっている。
このヒートパイプ７は基本的には円形断面のものである
が、前記***部１の内部すなわち頂面部３の裏面側に挿
入された一端部は、楕円形断面もしくは扁平断面に加工
されている。これは、頂面部３の裏面に対する接触面積
を可及的に広くするためである。

【００２０】図２にヒートパイプ７の一端部の固定構造
の例を示してある。（Ａ）に示す固定構造は、楕円断面
もしくは扁平状に圧潰したヒートパイプ７の一端部を頂
面部３の裏面に密着させ、その状態でエポキシ樹脂など
の接着剤８によってヒートパイプ７を頂面部３の裏面に
固定した構造である。

【００２１】（Ｂ）に示す固定構造は、ヒートパイプ７
の一端部を収納する凹部９を有するアルミニウムもしく
はその合金などの金属からなるブロック１０を用意し、
その凹部９にヒートパイプ７の一端部をはめ込んだ状態
で金属ブロック１０を頂面部３の裏面に固定することに
より、ヒートパイプ７の一端部を頂面部３の裏面に密着
させて固定した構造である。なお、金属ブック１０を隆
起部２の裏面に取り付ける手段は、溶接、接着、ねじ止
め、クランプ片による固定、リベットなどの適宜の手段
を採用することができる。

【００２２】（Ｃ）に示す固定構造は、金属バンド１１
を使用した例である。すなわち金属バンド１１は、アル
ミニウムあるいはその合金などの金属からなる帯状の部
材であって、頂面部３の裏面に密着させたヒートパイプ
７の一端部の下面側に金属バンド１１があてがわれ、そ
の両端部を頂面部３の裏面に固定することにより、ヒー
トパイプ７の一端部が金属バンド１１によって締め付け
られて頂面部３の裏面に固定されている。なお、この金
属バンド１１の頂面部３の裏面に対する固定手段は、溶
接、接着、ねじ止め、リベットなどの適宜の手段であっ
てよい。

【００２３】これら図２の（Ａ）ないし（Ｃ）に示すい
ずれの例であっても、金属ブロック１０や金属バンド１
１を含むヒートパイプ７の一端側の厚さが、***部２の
突出量より小さく設定されている。その結果、ヒートパ
イプ７の一端部は、その固定のための手段を含む全体が
***部２の内部に収容され、熱拡散板１の裏面側に突出
しないように構成されている。換言すれば、***部２の
突出量が、その裏面側のヒートパイプ７などを完全に収
容できる突出量に設定されている。

【００２４】そして、ヒートパイプ７は図１に示すよう
にＬ字状に湾曲され、その他方の端部は、熱拡散板１の
表面に沿わせて配置され、かつ熱拡散板１に対して密着
した状態で固定されている。その固定のための手段は特
には図示しないが、接着や金属バンドあるいは切り起こ
し弾性片などによる手段を採用することができる。

【００２５】ここで、***部２に対して電子素子４を固
定するための構造の一例について説明すると、図１に示
すように電子素子４に左右に突き出したフランジ部４ａ
が形成されており、このフランジ部４ａは、電子素子４
を前記頂面部３に載せた状態では***部２の左右に突出
する長さに設定されている。そしてこのフランジ部４ａ
を貫通するビス（図示せず）を熱拡散板１に螺合させる
ことにより、電子素子４が頂面部３に密着させて固定さ
れる。この場合、フランジ部４ａと熱拡散板１との間に
隙間があるから、ビスによる締め付け力に対して直接抵
抗する応力を生じさせる部材が存在しないので、電子素
子４を頂面部３に確実かつ強固に固定することができ
る。なお、固定手段すなわちファスナーは、ビスに替え
て弾性のある適宜のクランパーを使用してもよい。その
クランパーは熱拡散板１の一部を切り起こしたものであ
ってもよい。

【００２６】上記の構造では、***部２の頂面部３にＣ
ＰＵなどの電子素子４が直接取り付けられる。そしてそ
の電子素子４が動作することにより生じた熱は、頂面部
３から直接***部２に伝達され、ここから熱拡散板１の
全体に熱伝導し、かつ周囲の空気に対して放散される。
また同時に、頂面部３の裏面に密着して固定されている
ヒートパイプ７の一端部に熱が伝達され、それに伴って
ヒートパイプ７の一端部の温度が他端部の温度に対して
高くなるので、ヒートパイプ７が動作する。すなわち内
部に封入してある作動流体が蒸発し、その蒸気が温度の
低い他端部に流動して放熱し、熱拡散板１や周囲の空気
に対して熱を伝達する。このようにして電子素子４で発
生した熱が、熱拡散板１およびヒートパイプ７を介して
拡散かつ放散されるので、電子素子４の温度上昇が抑制
もしくは防止される。

【００２７】そして、上記の構造では、電子素子４を取
り付ける台座部となる***部２が、熱拡散板１の一部を
変形させて形成され、熱拡散板１の一部となっているの
で、電子素子４から熱拡散板１に対して熱を伝達する際
の熱抵抗がきわめて小さくなり、その結果、熱拡散板１
を介した放熱特性が良好になる。また、電子素子４が取
り付けられている頂面部３の裏面にヒートパイプ７の一
端部が直接密着させて固定されているので、電子素子４
からヒートパイプ７に対して熱を伝達する際の熱抵抗が
小さくなり、したがってヒートパイプ７によっても電子
素子４から効率よく熱を運び去り、電子素子４の温度上
昇を抑制もしくは防止することができる。

【００２８】さらに、上記の構造では、電子素子４を取
り付ける台座部が、熱拡散板１の一部を表面側に突出さ
せて形成されたものであるから、電子素子４の取付位置
が明確化されるうえに、電子素子４を確実かつ強固に固
定することが可能になり、しかも従来のような金属ブロ
ックが不要になるために構成部品を少なくしてコストの
低廉化を図ることが可能になる。また、***部２の内部
にヒートパイプ７の一端部が完全に収容され、***部２
の裏面側に突出する部材がないので、全体としての実質
的な厚さを薄くでき、その結果、上記の電子素子４を組
み込む装置の大型化を回避することができる。

【００２９】つぎにこの発明の更に他の例について図３
および図４を参照して説明する。ここに示す例は、***
部２を２段に突出させた構成とし、またヒートパイプ７
の他方の端部をヒートシンク１２に連結し、さらに***
部２の内部に厚肉の金属ブロック１３を設けた例であ
る。

【００３０】すなわち***部２は、高さ方向での中間部
に平坦部が生じるように２段に突出されられ、その最も
突出した頂面部３が、電子素子を取り付けるための台座
部となっている。その２段に屈曲している側面にヒート
パイプ７の一端部を挿入するための貫通孔６が形成され
ており、扁平状に圧潰したヒートパイプ７の一端部がこ
の貫通孔６から頂面部３の裏面側に挿入され、頂面部３
の裏面に密着されられている。

【００３１】他方、***部２に隣接する熱拡散板１の周
縁部にヒートシンク１２が固定されている。このヒート
シンク１２は、図４に示すように、直方体状のブロック
の上面側に薄肉の多数のフィンを一体的に形成したもの
であり、そのブロックの下面側にブロックのなが手方向
に沿って凹溝が形成され、コ字状に湾曲された前記ヒー
トパイプ７の他方の端部が、その凹溝の内部に密着嵌合
させられている。したがってヒートパイプ７は、熱拡散
板１の表面に沿わせて配置されている。なお、フィンは
ブロックの幅方向すなわちヒートパイプに対して垂直な
方向に沿って形成されている。これは、各フィンの幅を
狭くすることにより、製造時やその後での変形を防ぐた
めである。また、送風をおこなう場合、フィンの間の空
気の流路が短いものとなるので、その流動抵抗が小さく
なり、したがって冷却用の空気の流通がよくなって放熱
効率を向上させることができる。

【００３２】前記***部２の内部に金属ブロック１３が
配置されている。この金属ブロック１３は、アルミニウ
ムやその合金などの金属からなるものであって、熱拡散
板１よりも厚肉の矩形状の部材である。この金属ブロッ
ク１３の上面側には、頂面部３の裏面に密着させられた
ヒートパイプ７の一端部をはめ込むための凹溝１３ａが
形成され、この凹溝１３ａと頂面部３の裏面とでヒート
パイプ７の一端部を挟み込んだ状態で、***部２の突出
方向の中間の平坦部の裏面に金属ブロック１３が固定さ
れている。その固定のための手段はビスや接着剤などの
適宜の手段であってよい。なお、この金属ブロック１３
の板厚は、***部２の下面側で熱拡散板１の裏面から下
側（図での下側）に突出しない厚さに設定されている。
これは、前述した例と同様に、実質的な厚さを薄くして
電子素子が組み込まれる装置の大型化を回避するためで
ある。

【００３３】この図３および図４に示す構成において
も、電子素子は***部２の頂面部３に取り付けられる。
この電子素子から発生した熱は、熱拡散板１の一部であ
る***部２に先ず伝達され、ここから熱拡散板１の全体
に拡散し、周囲の空気に放散させられる。また、***部
２からその頂面部３の裏面に密着させたヒートパイプ７
に熱が伝達され、その熱は、ヒートパイプ７によってヒ
ートシンク１２に運ばれる。そのヒートシンク１２は、
ヒートパイプ７の他方の端部に密着しているうえに、多
数のフィンによって広い放熱面積が確保されたものであ
るから、ヒートパイプ７によって運ばれた熱が、このヒ
ートシンク１２から効率よく放散される。特にフィンの
面方向に送風をおこなえば、空気の流通が円滑に生じて
放熱効率が良くなる。

【００３４】したがってこの図３および図４に示す例に
おいても、電子素子から直接熱拡散板１に熱が伝達され
るので、熱拡散板１を介した放熱を効率よくおこなうこ
とができる。また、ヒートパイプ７を介した放熱を効率
よくおこなうことができることは、前述した図１および
図２に示す例と同様である。さらに、図３および図４に
示す例では、厚肉であることにより熱容量の大きい金属
ブロック１３を***部２の内部に取り付けてあるから、
電子素子が急激かつ多量に発熱した場合、熱拡散板１お
よびヒートパイプ７によって熱が拡散される以前に、金
属ブロック１３がその熱容量に応じた熱を吸収する。そ
のため、電子素子の急激な温度上昇を防止することがで
きる。

【００３５】なお、上述した各例では、電子素子やヒー
トパイプあるいは金属ブロックなどを直接熱拡散板に取
り付けるように構成したが、この発明における「直接」
とは、いわゆるサーマルジョイントなどの熱伝達を媒介
する充填材を介在させてもよいことも含むのであり、従
来一般におこなわれているこの種の介在物の存在を排除
するものではない。また、この発明で対象とする電子素
子は、ＣＰＵに限定されないのであって、通電して動作
することにより発熱する広く一般の電子部品を含む。さ
らに、この発明で使用することのできる金属部品は、ア
ルミニウムあるいはその合金に限られないのであり、銅
やマグネシウム合金などの他の金属であってもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、***部の頂面部が電子素子を取り付ける台座部と
なっていることにより、電子素子の取付位置が明確にな
るとともに、台座部から突出した部分を電子素子に設
け、その突出した部分と金属板との間にビスやクランパ
ーなどの固定部材を配置することにより、電子素子を台
座部に対して確実かつ強固に密着させて固定することが
できる。したがって電子素子が金属板に直接取り付けら
れた構造となるので、電子素子から発した熱が金属板に
対して直接伝達され、この金属板から放熱されるので、
電子素子と金属板との間の熱抵抗が小さくなって効率よ
く放熱することができる。これに加えて、台座部の下面
（裏面）に一端部を密着させたヒートパイプが、台座部
から離れた箇所の金属板の一部に熱を輸送するので、金
属板における実質的な熱放散が積極化され、この点でも
電子素子からの金属板を介した放熱効率を向上させるこ
とができる。

【００３７】また、請求項２の発明によれば、ヒートパ
イプを、***部の側面を貫通させて台座部の下面（裏
面）側に挿入しかつ密着させてあるので、ヒートパイプ
が***部の高さを超えて全体の厚さを厚くすることがな
く、したがってその電子素子が組み込まれる装置の大型
化の要因を未然に排除することができる。

【００３８】さらに、請求項３の発明によれば、金属板
から金属ブロックへの熱伝達が生じ、その金属ブロック
と金属板とによってヒートパイプの一端部が挟み込まれ
た状態となっているので、ヒートパイプに対する熱伝達
面積が広くなって熱伝達効率が向上し、さらに金属ブロ
ックの熱容量が大きくなるので、電子素子での急激な発
熱があっても、この熱を金属ブロックが吸収して電子素
子の温度上昇を未然に防止できる。

【００３９】そして、請求項４の発明によれば、厚肉の
金属ブロックを使用するとしても、これを***部の内部
に納めることができるので、全体としての厚さが厚くな
ることがなく、したがってその電子素子が組み込まれる
装置の大型化の要因を未然に排除することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一例を概略的に示す斜視図であ
る。

【図２】 ヒートパイプの一端部を頂面部の裏面に固定
するための構造の例を示す図であって図１のII-II線断
面図である。

【図３】 この発明の他の例を示す断面図である。

【図４】 その分解斜視図である。

【符号の説明】

１…熱拡散板、 ２…***部、 ３…頂面部、 ４…電
子素子、 ６…貫通孔、 ７…ヒートパイプ、 １３…
金属ブロック。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 益子 耕一 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 後藤 和彦 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 タン ニューエン 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 Ｆターム(参考） 5E322 AA01 AA11 AB11 DB09 DB10 FA01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子素子から発生する熱を放熱用金属板
   に伝達するとともに、この放熱用金属板から放散させる
   電子素子の放熱構造において、 前記放熱用金属板の所定広さの一部が、板厚方向に突出
   させられて***部が形成されるとともに、その***部の
   突出側の頂面部が前記電子素子を取り付ける台座部とさ
   れ、また前記***部の側面を貫通させられたヒートパイ
   プの一端部が前記頂面部とは反対側の裏面部に密着させ
   られるとともに、そのヒートパイプの他方の端部が前記
   放熱用金属板の前記頂面部に連続する面に沿わせて配置
   されていることを特徴とする電子素子の放熱構造。
2. 【請求項２】 前記***部の突出量が、前記裏面部に密
   着させたヒートパイプの一端部における前記放熱用金属
   板の板厚方向に計った太さ以上の突出量とされているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の電子素子の放熱構造。
3. 【請求項３】 前記裏面部に、前記ヒートパイプの一端
   部を裏面部との間に挟んだ状態に金属ブロックが取り付
   けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子素
   子の放熱構造。
4. 【請求項４】 前記金属ブロックの板厚が、前記***部
   の裏面部側に形成されている凹部から突出しない板厚に
   設定されていることを特徴とする請求項３に記載の電子
   素子の放熱構造。