JP2004069200A - 多穴型ヒートパイプを備えたヒートシンクおよびその実装構造 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却特性に優れる、多穴型ヒートパイプを備えたヒートシンクおよびその実装構造を提供する。
【解決手段】
押出多穴管１に作動液が減圧封入された多穴型ヒートパイプ４がベース板２に熱的に接合されており、ベース板２に発熱体取付穴５が設けられているヒートシンク。押出多穴管１の開口端７側に各穴３を相互に連通させるための連通部材８が設けられている。前記ヒートシンクのベース板に発熱体がボルト締結されたヒートシンクの実装構造。前記ヒートシンクのベース板に発熱体がボルト締結され、さらにフィンが熱的に接合されたヒートシンクの実装構造。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器内に高密度実装された電子部品（例えば、ＣＰＵ、ダイオード、ペルチェ、複数の発熱体を含むパワーモジュール）や光部品（例えば、ＬＤＭ）などの発熱体を効率良く冷却できる多穴型ヒートパイプを備えたヒートシンクおよびその実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、前記ＣＰＵやＬＤＭなどの発熱体は、板型ヒートパイプの面上に小型のベース板をボルト締めにより取付け、その上に発熱体が熱的に接続されていた。前記板型ヒートパイプはその２面がブレージングシート（心材にろう材を複合したシート）により構成されているため、ベース板取付け後の取付穴とボルトの隙間は、その後の熱処理で前記ろう材が溶け出て前記隙間を埋めるため作動液がリークするようなことがない。
しかし、前記板型ヒートパイプは、ブレージングシートが高価なためコスト的に不利であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、通常のＡｌ合金製押出多穴管をヒートパイプに用いたヒートシンクが提案された。
しかし、前記押出多穴管は、ベース板をボルト締めしたときに、取付穴とボルトの隙間を封止するのが困難で、作動液がリークする恐れがあった。また押出多穴管は平坦度が悪いため、ボルト締めしたのではベース板との熱的接合性が劣った。従って、押出多穴管をヒートパイプに用いたヒートシンクでは発熱体を良好に冷却することができなかった。さらに、コンフォーム法で製造した押出多穴管は幅狭のため大型発熱体の冷却に適さないという問題があった。
【０００４】
このようなことから、本発明者等は、多穴管に作動液が減圧封入された多穴型ヒートパイプをベース板に熱的に接合し、平坦度の良い前記ベース板に発熱体をボルト締めすることにより、前記諸問題は解決し得ることを見いだし、さらに検討を進めて本発明を完成させるに至った。
本発明は、冷却効率に優れる、多穴型ヒートパイプを備えたヒートシンクおよびその実装構造の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載発明は、多穴管に作動液が減圧封入された多穴型ヒートパイプがベース板に熱的に接合されており、前記ベース板に発熱体取付穴が設けられていることを特徴とするヒートシンクである。
【０００６】
請求項２記載発明は、前記多穴管が押出多穴管であることを特徴とする請求項１記載のヒートシンクである。
【０００７】
請求項３記載発明は、前記多穴管が、単段の押出多穴管を長さ方向に折り曲げて形成された多段多穴管であることを特徴とする請求項１または２記載のヒートシンクである。
【０００８】
請求項４記載発明は、断面櫛状の型材を、その開放端側をベース板に接合して形成された多穴管に作動液が減圧封入されており、前記ベース板に発熱体取付穴が設けられていることを特徴とするヒートシンクである。
【０００９】
請求項５記載発明は、コルゲート板をベース板に接合して形成された多穴管に作動液が減圧封入されており、前記ベース板に発熱体取付穴が設けられていることを特徴とするヒートシンクである。
【００１０】
請求項６記載発明は、前記多穴管の開口端側に各穴を相互に連通させるための連通部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のヒートシンクである。
【００１１】
請求項７記載発明は、前記連通部材に封止用パイプが設けられていることを特徴とする請求項６記載のヒートシンクである。
【００１２】
請求項８記載発明は、前記ベース板に設けられた発熱体取付穴にタップ加工が施されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のヒートシンクである。
【００１３】
請求項９記載発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載のヒートシンクのベース板に発熱体が取付けられていることを特徴とするヒートシンクの実装構造である。
【００１４】
請求項１０記載発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載のヒートシンクのベース板に発熱体およびフィンが取付けられていることを特徴とするヒートシンクの実装構造である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のヒートシンクを図を参照して具体的に説明する。
なお、本発明を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図１は本発明のヒートシンクの第１の実施形態を示す（イ）平面図および（ロ）部分斜視図である。
複数の押出多穴管１がベース板２に間隙を開けずにろう付けされている。押出多穴管１の各穴３毎に作動液が減圧封入されて多穴型ヒートパイプ４が形成されている。ベース板２には発熱体取付穴５が設けられている。図１で６は穴を塞ぐ封止部材であり、封止用パイプは図示を省略した。
【００１６】
図２は本発明のヒートシンクの第２の実施形態を示す（イ）平面図、（ロ）ａ−ａ断面図および（ハ）封止部の拡大斜視図である。
押出多穴管１の開口端７側に各穴３を相互に連通する連通部材８が設けられており、作動液は各穴３に連通部材８を介して減圧封入されている。連通部材８は、本体９と側部１０からなり、側部１０に封止用パイプ１１が設けられている。
封止用パイプ１１は、例えば、板材を深絞りして成形し、側部１０にはかしめまたは溶接により取付ける。ベース板２には発熱体取付穴５が設けられており、前記取付穴５にはタップ加工が施されている。
【００１７】
図３は本発明のヒートシンクの第３の実施形態を示す横断面部分説明図である。この押出多穴管１は側面に段差１２が設けられており、この段差１２を係合させることにより隣接する押出多穴管１同士を相互に容易に位置決めできる。
【００１８】
図４は本発明のヒートシンクの第４の実施形態を示す（イ）部分平面図および（ロ）部分斜視図である。
このヒートシンクは、連通部材８が一体もので、その取付けが容易である。それ以外は、図２に示したヒートシンクと同じである。封止用パイプは図示を省略した。
【００１９】
図５は本発明のヒートシンクの第５の実施形態を示す（イ）平面図および（ロ）ａ−ａ断面図である。
３個の押出多穴管１が間隔を開けずにベース板２に熱的に接合されている。各押出多穴管１の開口端７にはそれぞれ連通部材８が設けられ、一方の側の連通部材８にはそれぞれ封止用パイプ１１が設けられている。各穴３には作動液が連通して減圧封入されている。
【００２０】
図６は本発明のヒートシンクの第６の実施形態を示す平面図である。
作動液が減圧封入された３個の押出多穴管１が間隔を開けてベース板２上に配されており、前記間隔の開いた部分には発熱体を取付けるための穴５が設けられている。このヒートシンクは、ベース板２の中央部分に設けられた穴５にボルトを通して小型発熱体を取付けることができる。
【００２１】
図７は本発明のヒートシンクの第７の実施形態を示す（イ）平面図および（ロ）ａ−ａ断面図（縦断面説明図）である。
作動液が減圧封入された３個の押出多穴管１が間隔を開けずにベース板上に熱的に接合されている。各押出多穴管１は長さ方向に１８０度折り曲げられて２段構造になっており、各穴３の開口端７は一方の側にのみあり、従って、連通部材８は各押出多穴管１毎に１個設ければ良い。
【００２２】
図８は本発明のヒートシンクの第８の実施形態を示す縦断面説明図である。
このヒートシンクは、押出多穴管１の１８０度折り曲げ部にＲが付いており、このため曲げ部の穴面積が広く保持され、作動液の移動が良好になされる。
【００２３】
本発明において、押出多穴管は、通常の押出法により容易に製造できる。コンフォーム押出法（回転摩擦押出法）で製造される多穴管は比較的幅狭であるが、これを複数用いることにより大型発熱体にも対応できる。
【００２４】
図９は本発明のヒートシンクの第９の実施形態を示す横断面図である。
このヒートシンクは、３個の断面櫛状の型材２１の開放端２２側をそれぞれベース板２に接合して多穴管２３を形成したもので、それ以外は押出多穴管の場合と同じである。断面櫛状の型材２１はコンフォーム法などの通常の押出法により容易に製造できる。
【００２５】
図１０は本発明のヒートシンクの第１０の実施形態を示す横断面図である。
このヒートシンクは、図９に示したヒートシンクの櫛状多穴管２３の櫛の歯面にウィック２４を配し、作動液の戻りを促進させたものである。
【００２６】
図１１は本発明のヒートシンクの第１１の実施形態を示す横断面図である。
このヒートシンクは、コルゲート板２５をベース板２に接合して多穴管２６を形成したもので、それ以外は押出多穴管の場合と同じである。
【００２７】
本発明において、多穴管の材料には、銅（Ｃ１０２０、Ｃ１１００、Ｃ１２００など）、アルミニウム（Ａ１０１０、Ａ１１００、Ａ５０００系、Ａ６０００系、Ａ７０００系など）などが使用できる。
またベース板、フィンなどにも前記銅またはアルミニウム材料が使用できる。
【００２８】
本発明において、作動液には、ヘリウム、メタン、アンモニア、アセトン、水、ナフタレン、ナトリウム、水銀、代替フロン、炭化水素、二酸化炭素などが使用でき、これらは使用温度などにより使い分ける。
【００２９】
本発明において、多穴型ヒートパイプのベース板への熱的接合には、熱伝導性に優れる金属接合または他金属を介しての接合が望ましい。前者には超音波溶接法、抵抗加熱溶接法、アーク（ＴＩＧ、ＭＩＧ、プラズマ、レーザー）溶接法、ＦＳＷ（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ　Ｓｔｉｒ　Ｗｅｌｄｉｎｇ）などが適用でき、後者には銀ろう付け、銅ろう付け、錫ろう付け、低温半田付けなどが適用できる。良熱伝導性の接着剤を用いることもできる。
断面櫛状の型材のベース板への接合およびコルゲート板のベース板への接合にも前記接合法が適用できる。
【００３０】
本発明のヒートシンクの実装構造は、前記ヒートシンクのベース板に設けた穴を利用して発熱体をベース板にボルト締めする方法が簡便で推奨される。
本発明では、発熱体を平坦度の高いベース板に取付けるので、ボルト締めによっても発熱体とベース板間で高い熱伝導性が得られる。
【００３１】
本発明において、多穴型ヒートパイプとベース板間、またはベース板と発熱体間には、伝熱性グリース、伝熱性シート、伝熱性樹脂などを介在させておくと接合部材間の熱抵抗が低下し望ましい。
【００３２】
次に、本発明のヒートパイプの実装構造を図を参照して具体的に説明する。　図１２は本発明の実装構造の第１の実施形態を示す斜視図である。
図６に示したヒートシンクのベース板２に大型発熱体３１と小型発熱体３２がボルト締めにより取付けられている。このものは押出多穴管１を間隔を開けて配し、前記間隔に発熱体取付穴６を小間隔で設けたものなので、小型発熱体３２の取付けが容易に行える。図１２で３３はボルトである。
【００３３】
図１３は本発明の実装構造の第２の実施形態を示す斜視図である。
大型発熱体の代わりにフィン３４を熱的に接合したもので放熱性に優れる。フィン３４をファン（図示せず）により風冷することにより放熱性はさらに向上する。
【００３４】
図１２、１３に示した本発明のヒートシンクについて冷却特性を調べ、従来の板型ヒートパイプを用いたヒートシンクと同等であることを確認した。
押出多穴管、ベース板、板型ヒートパイプには、Ａ５０００系合金を用いた。多穴型ヒートパイプとベース板との接合にはＢＡｇ−８ろう材を用いた。大型発熱体としてＣＰＵ（発熱量１００Ｗ）を、また小型発熱体としてＬＤＭ（発熱量６０Ｗ）を取付けた。
【００３５】
図９〜１１に示したヒートシンクについても前記と同様の調査を行い、前記の押出多穴管を用いたヒートシンクの場合と同様の冷却特性が得られることを確認した。特に、図１０に示したウィックを配したヒートシンクでは、トップヒートモードにおいて高い冷却特性が得られた。
【００３６】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の多穴型ヒートパイプを備えたヒートシンクは、高価なブレージングシートを構成材料とする板型ヒートパイプを備えたヒートシンクと較べて、同等の冷却特性が得られ、かつコストが安い。また本発明のヒートシンクは、ベース板に多穴管を複数接合することにより大型の発熱体の冷却にも対応できる。依って、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヒートシンクの第１の実施形態を示す（イ）平面図および（ロ）部分斜視図である。
【図２】本発明のヒートシンクの第２の実施形態を示す（イ）平面図、（ロ）ａ−ａ断面図および（ハ）封止部の部分拡大斜視図である。
【図３】本発明のヒートシンクの第３の実施形態を示す横断面部分説明図である。
【図４】本発明のヒートシンクの第４の実施形態を示す（イ）平面図および（ロ）部分斜視図である。
【図５】本発明のヒートシンクの第５の実施形態を示す（イ）平面図および（ロ）ａ−ａ断面図である。
【図６】本発明のヒートシンクの第６の実施形態を示す平面図である。
【図７】本発明のヒートシンクの第７の実施形態を示す（イ）平面図および（ロ）ａ−ａ断面図（縦断面説明図）である。
【図８】本発明のヒートシンクの第８の実施形態を示す縦断面説明図である。
【図９】本発明のヒートシンクの第９の実施形態を示す横断面説明図である。
【図１０】本発明のヒートシンクの第１０の実施形態を示す横断面説明図である。
【図１１】本発明のヒートシンクの第１１の実施形態を示す横断面説明図である。
【図１２】本発明のヒートシンクの実装構造の第１の実施形態を示す斜視図である。
【図１３】
本発明のヒートシンクの実装構造の第２の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　押出多穴管
２　ベース板
３　押出多穴管の穴
４　多穴型ヒートパイプ
５　ベース板に設けた発熱体取付穴
６　多穴管の穴を塞ぐ封止部材
７　多穴管の開口端
８　連通部材
９　連通部材の本体
１０　連通部材の側部
１１　封止用パイプ
１２　多穴管に設けられた段差
２１　断面櫛状の型材
２２　断面櫛状の型材の開放端
２３　断面櫛状の型材を用いた多穴管
２４　ウィック
２５　コルゲート板
２６　コルゲート板を用いた多穴管
３１　大型発熱体
３２　小型発熱体
３３　ボルト
３４　フィン

Claims (10)

1. 多穴管に作動液が減圧封入された多穴型ヒートパイプがベース板に熱的に接合されており、前記ベース板に発熱体取付穴が設けられていることを特徴とするヒートシンク。
2. 前記多穴管が押出多穴管であることを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
3. 前記多穴管が、単段の押出多穴管を長さ方向に折り曲げて形成された多段多穴管であることを特徴とする請求項１または２記載のヒートシンク。
4. 断面櫛状の型材を、その開放端側をベース板に接合して形成された多穴管に作動液が減圧封入されており、前記ベース板に発熱体取付穴が設けられていることを特徴とするヒートシンク。
5. コルゲート板をベース板に接合して形成された多穴管に作動液が減圧封入されており、前記ベース板に発熱体取付穴が設けられていることを特徴とするヒートシンク。
6. 前記多穴管の開口端側に各穴を相互に連通させるための連通部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のヒートシンク。
7. 前記連通部材に封止用パイプが設けられていることを特徴とする請求項６記載のヒートシンク。
8. 前記ベース板に設けられた発熱体取付穴にタップ加工が施されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のヒートシンク。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載のヒートシンクのベース板に発熱体が取付けられていることを特徴とするヒートシンクの実装構造。
10. 請求項１乃至８のいずれかに記載のヒートシンクのベース板に発熱体およびフィンが取付けられていることを特徴とするヒートシンクの実装構造。

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