JPH10227585A - ヒートスプレッダとそれを用いた冷却器 - Google Patents
ヒートスプレッダとそれを用いた冷却器Info
- Publication number
- JPH10227585A JPH10227585A JP2900397A JP2900397A JPH10227585A JP H10227585 A JPH10227585 A JP H10227585A JP 2900397 A JP2900397 A JP 2900397A JP 2900397 A JP2900397 A JP 2900397A JP H10227585 A JPH10227585 A JP H10227585A
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- Japan
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- heat
- heat pipe
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- spreader
- heat spreader
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱特性に優れたヒートスプレッダを提供す
る。 【解決手段】 半導体素子１の位置する中央部分には伝
熱金属体１０１が配され、その周囲部分にはヒートパイ
プ空洞部１００が配されたヒートスプレッダ１。
る。 【解決手段】 半導体素子１の位置する中央部分には伝
熱金属体１０１が配され、その周囲部分にはヒートパイ
プ空洞部１００が配されたヒートスプレッダ１。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷却が必要な電気
部品等の冷却に適したヒートスプレッダとそれを用いた
冷却器に関する。
部品等の冷却に適したヒートスプレッダとそれを用いた
冷却器に関する。
【０００２】
【従来の技術】パソコン等の各種電気機器やその他の機
器に搭載されている半導体素子等の冷却方法として、そ
の機器にファンを取り付け、機器筐体内の空気を冷却す
る方式や、その冷却すべき半導体素子に冷却体を取り付
けたりする方法等が知られている。
器に搭載されている半導体素子等の冷却方法として、そ
の機器にファンを取り付け、機器筐体内の空気を冷却す
る方式や、その冷却すべき半導体素子に冷却体を取り付
けたりする方法等が知られている。
【０００３】半導体素子に冷却体を取り付けることで冷
却する場合、概ね半導体素子はサイズ的に小さいので、
半導体素子に直接、放熱フィンを取り付けず、一旦、伝
熱体に熱を拡散させてから、その伝熱体に取り付けたフ
ィンから放熱させる形態が有力である。
却する場合、概ね半導体素子はサイズ的に小さいので、
半導体素子に直接、放熱フィンを取り付けず、一旦、伝
熱体に熱を拡散させてから、その伝熱体に取り付けたフ
ィンから放熱させる形態が有力である。
【０００４】具体的には、半導体素子に伝熱体を接触さ
せ、更にその伝熱体にフィンを取り付ける。冷却すべき
半導体素子の発する熱は、概ね伝熱体に移動し、そこか
らフィンを経て放熱するであろう。ここで伝熱体として
は、通常、アルミニウム材や銅材等の熱伝導性に優れる
材質が通常使われることが多い。
せ、更にその伝熱体にフィンを取り付ける。冷却すべき
半導体素子の発する熱は、概ね伝熱体に移動し、そこか
らフィンを経て放熱するであろう。ここで伝熱体として
は、通常、アルミニウム材や銅材等の熱伝導性に優れる
材質が通常使われることが多い。
【０００５】半導体素子に取り付ける伝熱体は、熱を広
げる意味で、ヒートスプレッダと呼ばれることもある。
熱がより効率的に広がるようにするため、ヒートスプレ
ッダをヒートパイプ構造とする場合もある。この場合、
別途用意したヒートパイプを伝熱体に埋め込む形態でも
良い。
げる意味で、ヒートスプレッダと呼ばれることもある。
熱がより効率的に広がるようにするため、ヒートスプレ
ッダをヒートパイプ構造とする場合もある。この場合、
別途用意したヒートパイプを伝熱体に埋め込む形態でも
良い。
【０００６】半導体素子が搭載される位置によっては、
フィンとヒートスプレッダが離れている場合も少なくな
い。フィンは半導体素子が搭載される機器筐体の外部付
近に設けることが望ましい訳であるから、冷却すべき半
導体素子の位置によっては、ヒートスプレッダとフィン
が離れることになるのである。このような場合、ヒート
スプレッダとフィンとをヒートパイプでつなぐ方法が有
力であり、実用化もしている。
フィンとヒートスプレッダが離れている場合も少なくな
い。フィンは半導体素子が搭載される機器筐体の外部付
近に設けることが望ましい訳であるから、冷却すべき半
導体素子の位置によっては、ヒートスプレッダとフィン
が離れることになるのである。このような場合、ヒート
スプレッダとフィンとをヒートパイプでつなぐ方法が有
力であり、実用化もしている。
【０００７】ヒートスプレッダとフィンとをつなぐヒー
トパイプや、ヒートスプレッダを構成するヒートパイプ
による熱の移動は通常、下述のような作動によってなさ
れる。即ち、ヒートパイプの吸熱側において、ヒートパ
イプを構成する容器（コンテナと呼ばれることも多い）
の材質中を熱伝導して伝わってきた熱を受けて作動液が
蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。
放熱側では、作動液の蒸気は冷却され再び液相状態に戻
る。そして液相に戻った作動液は再び吸熱側に移動す
る。このような作動液の相変態や移動により、熱の移動
がなされる。尚、作動液は液相状態の他に蒸気になるこ
ともあるが、ここでは慣用的に作動液との呼称を使って
いる。
トパイプや、ヒートスプレッダを構成するヒートパイプ
による熱の移動は通常、下述のような作動によってなさ
れる。即ち、ヒートパイプの吸熱側において、ヒートパ
イプを構成する容器（コンテナと呼ばれることも多い）
の材質中を熱伝導して伝わってきた熱を受けて作動液が
蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。
放熱側では、作動液の蒸気は冷却され再び液相状態に戻
る。そして液相に戻った作動液は再び吸熱側に移動す
る。このような作動液の相変態や移動により、熱の移動
がなされる。尚、作動液は液相状態の他に蒸気になるこ
ともあるが、ここでは慣用的に作動液との呼称を使って
いる。
【０００８】相変態により液相状態になった作動液は、
重力または毛細管作用等により、吸熱側に戻るようにな
っている。重力式の場合は、吸熱側を放熱側より下方に
配置すればよい。パソコン等の電気機器の場合、その内
部のスペースの関係で、ヒートパイプの放熱側と吸熱側
の高低差を設けにくい場合も多い。そのような場合は、
内部に溝やウィックを設けたヒートパイプが適用され
る。もちろん性能上、このような毛細管作用を利用する
ヒートパイプであっても、放熱側は吸熱側より上方に配
置することが望ましいことは言うまでもない。
重力または毛細管作用等により、吸熱側に戻るようにな
っている。重力式の場合は、吸熱側を放熱側より下方に
配置すればよい。パソコン等の電気機器の場合、その内
部のスペースの関係で、ヒートパイプの放熱側と吸熱側
の高低差を設けにくい場合も多い。そのような場合は、
内部に溝やウィックを設けたヒートパイプが適用され
る。もちろん性能上、このような毛細管作用を利用する
ヒートパイプであっても、放熱側は吸熱側より上方に配
置することが望ましいことは言うまでもない。
【０００９】ヒートパイプの外形形状としては、円形パ
イプ状のものが代表的であるが、その他、平板形状のプ
レート型のものが使われることも多い。これらヒートパ
イプの形状の選定は、そのヒートパイプの適用される状
態や要求される特性等を考慮して適宜決めればよい。ま
たヒートパイプを構成するコンテナの材質も、用途等に
よって種種選定すれば良く、例えば銅材、ステンレス
材、アルミニウム材等が適用できる。
イプ状のものが代表的であるが、その他、平板形状のプ
レート型のものが使われることも多い。これらヒートパ
イプの形状の選定は、そのヒートパイプの適用される状
態や要求される特性等を考慮して適宜決めればよい。ま
たヒートパイプを構成するコンテナの材質も、用途等に
よって種種選定すれば良く、例えば銅材、ステンレス
材、アルミニウム材等が適用できる。
【００１０】図３は従来の冷却器の形態例を示す説明図
である。冷却すべき半導体素子２はプリント基板５上に
実装されている。半導体素子２の上面側には、ヒートパ
イプ構造を有するヒートスプレッダ１０が配置されてい
る。ヒートスプレッダ１０に伝わった半導体素子２の熱
はフィン部４から放熱される。
である。冷却すべき半導体素子２はプリント基板５上に
実装されている。半導体素子２の上面側には、ヒートパ
イプ構造を有するヒートスプレッダ１０が配置されてい
る。ヒートスプレッダ１０に伝わった半導体素子２の熱
はフィン部４から放熱される。
【００１１】半導体素子２のような被冷却部品をヒート
スプレッダ１０に熱的に接続させるには、被冷却部品に
接触させるか、あるいは伝熱物質を介在させて接触させ
たりすればよい。ここではヒートスプレッダ１０とフィ
ン部４との間には、これらの接触熱抵抗を下げる意味で
伝熱グリス３を介在させている。
スプレッダ１０に熱的に接続させるには、被冷却部品に
接触させるか、あるいは伝熱物質を介在させて接触させ
たりすればよい。ここではヒートスプレッダ１０とフィ
ン部４との間には、これらの接触熱抵抗を下げる意味で
伝熱グリス３を介在させている。
【００１２】図３の従来例は、ヒートスプレッダ１０と
して板状のヒートパイプを用いたものである。従来、こ
のようなヒートスプレッダ１０は、例えば、ヒートパイ
プを構成するコンテナとなる上下２枚の金属板を接合し
て内部空間を形成し、その内部空間に作動液（通常、水
や代替フロン等が使用される）を封入して作製される。
作動液が封入されているヒートパイプの内部は、作動液
の蒸発、凝縮の相変態が起きやすくなるように、真空脱
気しておく。
して板状のヒートパイプを用いたものである。従来、こ
のようなヒートスプレッダ１０は、例えば、ヒートパイ
プを構成するコンテナとなる上下２枚の金属板を接合し
て内部空間を形成し、その内部空間に作動液（通常、水
や代替フロン等が使用される）を封入して作製される。
作動液が封入されているヒートパイプの内部は、作動液
の蒸発、凝縮の相変態が起きやすくなるように、真空脱
気しておく。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上述した、ヒートパイ
プ構造のヒートスプレッダ１０或いはヒートパイプが埋
め込まれたヒートスプレッダは、従来、冷却すべき半導
体素子等の位置に、そのヒートパイプの吸熱部が位置す
る構成となっていた。
プ構造のヒートスプレッダ１０或いはヒートパイプが埋
め込まれたヒートスプレッダは、従来、冷却すべき半導
体素子等の位置に、そのヒートパイプの吸熱部が位置す
る構成となっていた。
【００１４】しかし、冷却すべき半導体素子等は、概ね
サイズ的に小さく、また近年はその発熱密度も高い場合
も多い。このような被冷却部品の場合、それを熱的に接
続されるヒートパイプの吸熱部では、熱流速が高すぎて
沸騰限界に達しやすい。こうなると熱輸送の効率が損な
われてしまう。
サイズ的に小さく、また近年はその発熱密度も高い場合
も多い。このような被冷却部品の場合、それを熱的に接
続されるヒートパイプの吸熱部では、熱流速が高すぎて
沸騰限界に達しやすい。こうなると熱輸送の効率が損な
われてしまう。
【００１５】またヒートスプレッダの配置や、それが搭
載されている電気機器等の使用状況によっては、被冷却
部品の位置する吸熱部が、放熱部より上方に位置する場
合もある。このような場合、ヒートスプレッダを構成す
るヒートパイプの熱移動の機能が低下しやすい。つま
り、ヒートパイプとしてトップヒートモードになるから
である。
載されている電気機器等の使用状況によっては、被冷却
部品の位置する吸熱部が、放熱部より上方に位置する場
合もある。このような場合、ヒートスプレッダを構成す
るヒートパイプの熱移動の機能が低下しやすい。つま
り、ヒートパイプとしてトップヒートモードになるから
である。
【００１６】このような状況から、冷却すべき半導体素
子等の発熱密度も高い場合や、さまざまな配置方法にも
対応しやすいヒートスプレッダが求められていた。
子等の発熱密度も高い場合や、さまざまな配置方法にも
対応しやすいヒートスプレッダが求められていた。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明において提案され
るヒートスプレッダは、被冷却部品が熱的に接続される
部分には伝熱金属体が備わり、その周囲部分はヒートパ
イプ構造となったヒートスプレッダである。またこのよ
うなヒートスプレッダを用いた冷却器をも提案する。
るヒートスプレッダは、被冷却部品が熱的に接続される
部分には伝熱金属体が備わり、その周囲部分はヒートパ
イプ構造となったヒートスプレッダである。またこのよ
うなヒートスプレッダを用いた冷却器をも提案する。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１は本発明のヒートスプレッダ
とそれを用いた冷却器の構成を示す説明図である。プリ
ント基板５に実装された半導体素子２が冷却すべき対象
（被冷却部品）である。半導体素子２はヒートスプレッ
ダ１の概ね中央部分に位置している。その中央部分には
伝熱金属体１０１が備わり、その周囲部分はヒートパイ
プ構造を構成するヒートパイプ空洞部１００が備わって
いる。この図では作動液は省略してある。
とそれを用いた冷却器の構成を示す説明図である。プリ
ント基板５に実装された半導体素子２が冷却すべき対象
（被冷却部品）である。半導体素子２はヒートスプレッ
ダ１の概ね中央部分に位置している。その中央部分には
伝熱金属体１０１が備わり、その周囲部分はヒートパイ
プ構造を構成するヒートパイプ空洞部１００が備わって
いる。この図では作動液は省略してある。
【００１９】フィン部４は、ヒートスプレッダ１の、半
導体素子２が備わる面の反対側に取り付けられている。
伝熱グリス３は、フィン部４とヒートスプレッダ１との
接触熱抵抗を低減する意味で設けている。
導体素子２が備わる面の反対側に取り付けられている。
伝熱グリス３は、フィン部４とヒートスプレッダ１との
接触熱抵抗を低減する意味で設けている。
【００２０】図２は図１のヒートスプレッダ１の製造方
法を簡単に示す説明図である。ヒートスプレッダは上板
１２と下箱１３とを接合することで組み立てる。接合方
法は特に限定されないが、ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接、抵
抗溶接等の溶接法や、ろう付け法等が好適に適用でき
る。ろう付けする場合は、上板１２や下箱１３の材質が
Ａｌ材の場合はブレージングシートを用いると簡便であ
る。上板１２や下箱１３の材質がＣｕ材の場合は、Ａｇ
ろう材等を用いれば良い。
法を簡単に示す説明図である。ヒートスプレッダは上板
１２と下箱１３とを接合することで組み立てる。接合方
法は特に限定されないが、ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接、抵
抗溶接等の溶接法や、ろう付け法等が好適に適用でき
る。ろう付けする場合は、上板１２や下箱１３の材質が
Ａｌ材の場合はブレージングシートを用いると簡便であ
る。上板１２や下箱１３の材質がＣｕ材の場合は、Ａｇ
ろう材等を用いれば良い。
【００２１】これらを接合後、凹み部１４と上板１２の
一部とで図１のヒートパイプ空洞部１００が形成され
る。尚、上板１２、下箱１３との呼称は、説明の便宜上
の呼び名に過ぎない。上或いは下であることに意味はな
い。１１は図１の伝熱金属体１０１に相当するブロック
である。
一部とで図１のヒートパイプ空洞部１００が形成され
る。尚、上板１２、下箱１３との呼称は、説明の便宜上
の呼び名に過ぎない。上或いは下であることに意味はな
い。１１は図１の伝熱金属体１０１に相当するブロック
である。
【００２２】ヒートパイプ空洞部１００の内面には、熱
効率を高める意図で溝を形成すると望ましい。そこで下
箱１３の内壁部に溝を形成すると良い。溝の形成は例え
ば溝加工やねじ切り加工によって形成したり、或いは焼
結体を別途用意し、これを接合したりして形成すること
ができる。
効率を高める意図で溝を形成すると望ましい。そこで下
箱１３の内壁部に溝を形成すると良い。溝の形成は例え
ば溝加工やねじ切り加工によって形成したり、或いは焼
結体を別途用意し、これを接合したりして形成すること
ができる。
【００２３】ヒートスプレッダ１を形成する上板１２や
下箱１３の材質は熱伝導性の高い銅材やアルミニウム材
が望ましい。要求される熱特性や強度特性等を考慮し
て、材料は選定すれば良い。熱伝導性の観点では、純銅
系（タフピッチ銅、無酸素銅等）や純Ａｌ系の材料等が
望ましい。
下箱１３の材質は熱伝導性の高い銅材やアルミニウム材
が望ましい。要求される熱特性や強度特性等を考慮し
て、材料は選定すれば良い。熱伝導性の観点では、純銅
系（タフピッチ銅、無酸素銅等）や純Ａｌ系の材料等が
望ましい。
【００２４】ヒートパイプ空洞部１００には作動液を所
定量収容する。もちろん、ヒートパイプとして機能する
よう、脱気等も行う。作動液は水や代替フロン等、通常
の作動液を適用すればよい。
定量収容する。もちろん、ヒートパイプとして機能する
よう、脱気等も行う。作動液は水や代替フロン等、通常
の作動液を適用すればよい。
【００２５】さて、本発明のヒートスプレッダ１を用い
れば、概ね、半導体素子２の熱は伝導金属体１０１を経
由して、ヒートパイプ空洞部１００内の作動液に伝わる
ことになる。もちろん熱は伝導金属体１０１を経由して
フィン部４に伝わる分もある。伝導金属体１０１によっ
て熱が分散するので、ヒートパイプ空洞部１００の吸熱
部（蒸発部）も、広い面積に広がる。このため、局所的
な沸騰限界の発生が抑制され、効率的な熱移動がなされ
るようになる。
れば、概ね、半導体素子２の熱は伝導金属体１０１を経
由して、ヒートパイプ空洞部１００内の作動液に伝わる
ことになる。もちろん熱は伝導金属体１０１を経由して
フィン部４に伝わる分もある。伝導金属体１０１によっ
て熱が分散するので、ヒートパイプ空洞部１００の吸熱
部（蒸発部）も、広い面積に広がる。このため、局所的
な沸騰限界の発生が抑制され、効率的な熱移動がなされ
るようになる。
【００２６】図４は図２のブロック１１に替え図４に示
すようなブロック１５を配置した場合を示す。このブロ
ック１５のように、その表面積を大きくすると、半導体
素子２からブロック１５に伝わった熱がより効率的に作
動液に伝わるようになる。従って冷却性能が向上する。
すようなブロック１５を配置した場合を示す。このブロ
ック１５のように、その表面積を大きくすると、半導体
素子２からブロック１５に伝わった熱がより効率的に作
動液に伝わるようになる。従って冷却性能が向上する。
【００２７】上述の実施例では、１個の半導体素子２が
ヒートスプレッダ１の概ね中央部分に位置した例を示し
たが、被冷却部品が複数ある場合は、その位置に対応さ
せて複数の伝熱金属体を設け、そしてその周囲部分には
ヒートパイプ空洞部を設けることになる。
ヒートスプレッダ１の概ね中央部分に位置した例を示し
たが、被冷却部品が複数ある場合は、その位置に対応さ
せて複数の伝熱金属体を設け、そしてその周囲部分には
ヒートパイプ空洞部を設けることになる。
【００２８】
【発明の効果】本発明のヒートスプレッダは、冷却すべ
き被冷却部品の発熱密度も高い場合や、それを冷却する
ための冷却器としてのさまざまな配置方法にも対応しや
すいものである。このヒートスプレッダを用いた冷却器
は効率的な冷却が実現できるものである。
き被冷却部品の発熱密度も高い場合や、それを冷却する
ための冷却器としてのさまざまな配置方法にも対応しや
すいものである。このヒートスプレッダを用いた冷却器
は効率的な冷却が実現できるものである。
【図１】本発明のヒートスプレッダの例とそれを用いた
冷却器を示す説明図である。
冷却器を示す説明図である。
【図２】本発明のヒートスプレッダの組み立てを示す説
明図である。
明図である。
【図３】従来のヒートスプレッダを用いた冷却器の例を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図４】本発明のヒートスプレッダの他の例の組み立て
を示す説明図である。
を示す説明図である。
１ ヒートスプレッダ ２ 半導体素子 ３ 伝熱グリス ４ フィン部 ５ プリント基板 １０ ヒートスプレッダ １１ ブロック １２ 上板 １３ 下箱 １４ 凹み部 １５ ブロック １００ ヒートパイプ空洞部 １０１ 伝熱金属体
Claims (2)
- 【請求項１】 被冷却部品が熱的に接続される部分には
伝熱金属体が備わり、その周囲部分はヒートパイプ構造
となっているヒートスプレッダ。 - 【請求項２】 請求項１記載のヒートスプレッダを用い
た冷却器。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02900397A JP3403307B2 (ja) | 1997-02-13 | 1997-02-13 | ヒートスプレッダとそれを用いた冷却器 |
| DE19805930A DE19805930A1 (de) | 1997-02-13 | 1998-02-13 | Kühlvorrichtung |
| US09/023,372 US6082443A (en) | 1997-02-13 | 1998-02-13 | Cooling device with heat pipe |
| US09/544,313 US6269866B1 (en) | 1997-02-13 | 2000-04-06 | Cooling device with heat pipe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02900397A JP3403307B2 (ja) | 1997-02-13 | 1997-02-13 | ヒートスプレッダとそれを用いた冷却器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10227585A true JPH10227585A (ja) | 1998-08-25 |
| JP3403307B2 JP3403307B2 (ja) | 2003-05-06 |
Family
ID=12264235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02900397A Expired - Lifetime JP3403307B2 (ja) | 1997-02-13 | 1997-02-13 | ヒートスプレッダとそれを用いた冷却器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3403307B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999053256A1 (en) * | 1998-04-15 | 1999-10-21 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Plate type heat pipe and its installation structure |
| WO1999053255A1 (en) * | 1998-04-13 | 1999-10-21 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Plate type heat pipe and cooling structure using it |
| WO2007002957A2 (en) * | 2005-06-29 | 2007-01-04 | Intel Corporation | Systems for integrated cold plate and heat spreader |
| WO2009072698A1 (en) * | 2007-12-06 | 2009-06-11 | Electronics And Telecommunications Research Institute | The flat plate type micro heat spreading device |
| JP2010221310A (ja) * | 2009-03-19 | 2010-10-07 | Seiko Epson Corp | 放熱装置付き旋回型アーム及び水平多関節型ロボット |
| JP2013252611A (ja) * | 2013-09-24 | 2013-12-19 | Seiko Epson Corp | アーム及びロボット |
| WO2016127579A1 (zh) * | 2015-02-12 | 2016-08-18 | 中兴通讯股份有限公司 | 散热屏蔽装置及终端 |
| WO2018030478A1 (ja) * | 2016-08-10 | 2018-02-15 | 古河電気工業株式会社 | ベーパーチャンバ |
-
1997
- 1997-02-13 JP JP02900397A patent/JP3403307B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| GB2341230B (en) * | 1998-04-13 | 2002-01-09 | Furukawa Electric Co Ltd | Plate type heat pipe and cooling device using same |
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