JP2000258079A - 平板型ヒートパイプを用いた放熱構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配置の自由度を制約することのない平板型ヒ
ートパイプを使用した放熱構造を提供することを目的と
する。 【解決手段】 基板部４の表面に多数のフィン５を立設
し、かつその基板部４の裏面側に平板型のヒートパイプ
２を一体化した平板型ヒートパイプを用いた放熱構造で
あって、前記平板型ヒートパイプ２の外周の一部に、前
記平板型ヒートパイプ２に対する脱気および注液用のノ
ズル７が設けられ、かつそのノズル７が前記基板部４の
輪郭線の内側に位置するように収められている。

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、平板型のヒート
パイプとヒートシンクとを一体化した放熱構造に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年のコンピュータに代表されるよう
に、電子機器ならびに電力機器の発展は目覚ましく、こ
れらに使用されている電子部品、特に半導体などの素子
はますます高集積化、大容量化、高速化の傾向にある。
それにともなって素子の発生熱密度も増大し、その効果
的な冷却をおこなうためにヒートパイプを用いることが
注目され、その実用化が図られるようになってきてい
る。

【０００３】すなわちＣＰＵなどの電子素子は、大容量
化に伴って全体としての体積の減少に反してその発熱量
が多くなってきているために、それ自体からの放熱によ
る冷却がますます困難になっている。そこで、ヒートパ
イプを電子素子に密着させ、あるいは適宜の伝熱媒体を
介して連結し、電子素子から発生した熱をそのヒートパ
イプによって電子素子から離隔した箇所に輸送しかつ放
散させる技術が有望視されている。そのヒートパイプ
は、具体的には、密閉した容器（コンテナ）の内部に、
水やアルコールなどの凝縮性の作動流体のみを封入し、
その容器の一部に温度差が生じることにより、作動流体
の蒸発および低温部分への流動ならびに低温部分での放
熱・凝縮が生じて、作動流体の潜熱として熱を輸送する
伝熱手段である。

【０００４】このヒートパイプを電子素子からの熱の輸
送に使用する場合、要は、電子素子とヒートシンクなど
の放熱部材とを連結するように配置されるが、電子素子
から実質的に直接ヒートシンクに熱を伝達して放熱する
場合には、平板型のヒートパイプを電子素子とヒートシ
ンクとの間に介在させている。すなわち電子素子は、前
述したように可及的に小型に構成されているために、そ
の表面積が小さく、これに対してヒートシンクは放熱面
積および冷却対象物との間の熱伝達面積を広くするため
に、多数のフィンなどの放熱部を基板部分に立設した構
造としている。したがって電子素子をヒートシンクの基
板部に直接接合するとすれば、電子素子の表面積が小さ
いために、両者の間の熱伝達面積が狭くなり、結局、放
熱量が制約されることになる。

【０００５】一方、ヒートパイプは、前述したように、
容器の一部に温度差が生じることにより作動流体の蒸発
および流動ならびに凝縮が生じて熱輸送をおこなうか
ら、平板型ヒートパイプの一部に電子素子が接触してい
てその部分が加熱されると、その部分から他の低温部分
すなわち放熱の生じる部分に作動流体によって熱が輸送
される。そのため、電子素子からの熱伝達面積が狭くて
も、ヒートシンクの基板部の全体に多量の熱を迅速に輸
送することができ、実質的に、電子素子からヒートシン
クへの熱伝達面積を拡大して放熱効果を高めることがで
きる。

【０００６】このような用途の従来の平板型ヒートパイ
プを図８に例示し、またヒートシンクと組み合わせた構
造を図９に例示してある。すなわち図８に示す平板型ヒ
ートパイプ１００は矩形平板状の中空容器１０１の内部
から空気などの非凝縮性のガスを脱気するとともに、水
やアンモニアあるいはアルコールなどの凝縮性流体を作
動流体として封入し、さらに毛細管圧力によって作動液
を蒸発部に還流させるウイックを必要に応じて中空容器
１０１の内部に設けた構造のものである。さらに、中空
容器１０１からの脱気と作動流体の注入とをおこなうた
めのノズル１０２が中空容器１０１の外周面の一部に突
出して設けられている。

【０００７】この平板型ヒートパイプ１００をヒートシ
ンク１１０と一体化して使用する場合、両者の間の熱伝
達面積の過不足を解消するために、前記中空容器１０１
の上面が、ヒートシンク１１０の基板部１１１の下面と
同一となるように構成される。すなわちヒートシンク１
１０は、矩形平板状の基板部１１１の上面に、薄板状も
しくは軸状の多数の放熱部１１２を立設した構造であっ
て、その基板部１１１の輪郭形状と平板型ヒートパイプ
１００における中空容器１０１の輪郭形状とが同一に形
成され、それぞれの表面の全体で互いに密着されてい
る。すなわち平板型ヒートパイプ１００の上面の全体と
ヒートシンク１１０における基板部１１１の下面の全体
とが互いに密着し、いずれの面もその全体が熱伝達のた
めに機能するようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように平板型
ヒートパイプ１００とヒートシンク１１０とを一体化し
た放熱構造体は、ＣＰＵなどの電子素子と密着させて配
置されるので、回路基板上での実装位置での許容スペー
スが極めた限られたものとなる。すなわちメモリーやハ
ードディスドライブなどの他の機器と接近して配置する
ことになる。しかしながら、上述したように平板型ヒー
トパイプ１００には、その製造作業性の要請でノズル１
０２が必須であり、これが中空容器１０１の外周側に突
出した構造となっている。そのために、従来の構造で
は、ノズル１０２の突出量に応じたスペースを平板型ヒ
ートパイプ１００の外周側に確保する必要があり、これ
が原因となって電子機器の配列が制約を受け、また電子
機器の実装密度が低下して電子装置の小型化が制約され
るなどの不都合があった。

【０００９】この発明は、上記の事情を背景としてなさ
れたものであり、配置の自由度を制約することのない平
板型ヒートパイプを使用した放熱構造を提供することを
目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段およびその作用】この発明
は、上記の目的を達成するために、基板部の表面に多数
の放熱部を立設し、かつその基板部の裏面側に平板型の
ヒートパイプを一体化した平板型ヒートパイプを用いた
放熱構造において、前記平板型ヒートパイプの外周の一
部に、前記平板型ヒートパイプに対する脱気および注液
用のノズルが設けられ、かつそのノズルが前記基板部の
輪郭線の内側に位置するように収められていることを特
徴とするものである。

【００１１】この発明の放熱構造では、基板部とその表
面に立設した多数の放熱部とがヒートシンクを構成し、
平板型ヒートパイプがその基板部に一体化されている。
したがって平板型ヒートパイプのうち前記基板部に一体
化されている部分以外の部分に入熱があれば、その入熱
部分から基板部に一体化されている部分に向けて熱輸送
が生じる。そして基板部から放熱部に熱が伝達され、そ
の放熱部から外部に熱が放散される。すなわち平板型ヒ
ートパイプが熱をヒートシンクに向けて広く拡散させて
伝達し、放熱効率を向上させる。そしてこのヒートパイ
プの外周部に設けたノズルが、基板部の輪郭線によって
区画される領域より内側に収められているので、基板部
より外周側に突出する部分がなくなる。そのため、基板
部や平板型ヒートパイプの周囲に特にスペースを空ける
要因がなく、配置の自由度が高く、また他の機器と接近
して配置できることにより無駄なスペースを生じさせた
り、大型化の要因となったりすることを回避することが
できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明を図に示す具体
例を参照して説明する。図１はこの発明を具体化した一
例を斜め下から見た図を示しており、ほぼ矩形もしくは
ほぼ方形の平板状の中空容器（以下、コンテナと記す）
１を主体とした平板型ヒートパイプ２の上面にヒートシ
ンク３が一体化されている。このヒートシンク３は、薄
い矩形もしくは方形の基板部４の表面に薄板状の多数の
放熱部すなわちフィン５を立設した構造であり、アルミ
ニウムなどの軽合金や銅合金などの金属によって構成さ
れている。

【００１３】一方、図２に示すように、平板型ヒートパ
イプ２のコンテナ１は、ヒートシンク３における基板部
４とほぼ同じ矩形状もしくは方形状の輪郭を有してお
り、その一つの角部が斜めにカットされ、ここにノズル
取付部６が形成されている。すなわちコンテナ１の外周
部は、前記基板部４の輪郭線８に対してノズル取付部６
を内側に後退させた形状となっている。そしてそのノズ
ル取付部６にノズル７が、コンテナ１の内部に連通した
状態で取り付けられている。

【００１４】このノズル７は、従来のヒートパイプにお
けるものと同様に、コンテナ１の内部からの脱気および
コンテナ１に対する作動流体の注入のための細管であっ
て、後述する封止作業を容易かつ確実におこない得るよ
うに銅などの軟質材によって構成されている。このノズ
ル７は、水やアルコールなどの作動流体の注入後に完全
に封止され、具体的には、例えば、ある程度長い細管を
前記ノズル取付部６に突設させておき、脱気および作動
流体の注入の後にその細管をノズル取付部６に近い箇所
で圧潰して仮封止し、その仮封止箇所よりわずか先端側
で細管を切断し、その切断端面を加熱して溶融させ、そ
の溶滴でノズル７の先端を完全に封止する。

【００１５】したがってノズル７は、ノズル取付部６か
らその垂直方向に突出した状態となるが、その先端の位
置を調整することにより、前記基板部４の輪郭線８より
内側に収められている。その状態を図３に示してある。

【００１６】したがって、上述した構造では、前記基板
部４の上面にフィン５が立設され、かつその基板部４の
下面側に平板型ヒートパイプ２のコンテナ１が密着させ
られるとともに、そのコンテナ１の外周部に突設したノ
ズル７が基板部４の輪郭線８の内側に収められている
で、基板部４の輪郭線８が、平板型ヒートパイプ２およ
びヒートシンク３とからなる放熱構造体の全体の輪郭を
規定し、それ以上に突出する突出部が存在しない。その
結果、上記の放熱構造体を配置する場合、その基板部４
の周面に他の機器を密着もしくは接近させて配置するこ
とができる。言い換えれば、上記の放熱構造体の外周に
特にスペースを空ける必要がないので、他の機器と合わ
せて実装する場合にその実装密度を高くすることがで
き、また同時に配置の自由度を確保することができる。

【００１７】その実装の一例を説明すると、回路基板に
取り付けられたＣＰＵなどの電子素子（それぞれ図示せ
ず）に前記平板状ヒートパイプ２の下面を密着させて配
置する。その場合、電子素子の表面に対してコンテナ１
の下面の面積が大きいので、コンテナ１の下面の一部に
電子素子が密着している状態になる。その電子素子に通
電して動作させることによりその電子素子が発熱する
と、その熱がコンテナ１の下面の一部に伝達され、その
部分が加熱部となる。平板型ヒートパイプ２は従来のも
のと同様に、凝縮性の作動流体のみをコンテナ１の内部
に封入したものであるから、その一部が加熱され、かつ
ヒートシンク３が取り付けられている部分が放熱によっ
て冷却されるから、その加熱・冷却による温度差によっ
て動作する。すなわち電子素子から伝達された熱によっ
て作動流体が蒸発し、その蒸気がコンテナ１の上面側に
流動した後、その上面で放熱して凝縮する。作動流体蒸
気から伝達された熱は、ヒートシンク３の基板部４から
フィン５に伝達され、ここから大気中に放散される。す
なわち電子素子からヒートシンク３に対しては平板型ヒ
ートパイプ２を介して熱伝達され、そのために電子素子
の表面積が小さくても効率よくヒートシンク３に対して
熱を伝達させることができ、その結果、電子素子を放熱
によって効率よく冷却することができる。

【００１８】なお、上記の放熱構造では、コンテナ１に
おけるノズル取付部６が、基板部４の輪郭線８に対して
内側に後退しているが、コンテナ１の他の部分の輪郭
が、基板部４の輪郭と一致しているので、基板部４の下
面のほぼ全体にコンテナ１が密着しており、したがって
両者の熱伝達面積が充分広く、両者の間の熱抵抗を低下
させることができる。

【００１９】上述した具体例は、コンテナ１の角部を斜
めにカットした形状とするとともに、その角部にノズル
取付部６を形成し、ここにノズル７を突設し、その長さ
を基板部４の輪郭線８を越えない長さとしたが、この発
明では、要は、コンテナ１の外周に設けたノズル７が、
そのコンテナ１と一体のヒートシンク３の輪郭を越えて
突出しない構造であればよいのであって、その例を以下
に示す。

【００２０】図４に示す例は、ほぼ矩形状もしくは方形
状をなすコンテナ１の一つの角部に、ヒートシンクにお
ける基板部の輪郭線８よりも窪んだ円弧状の凹部９を形
成し、この凹部９の一端部にノズル７を突設し、かつそ
のノズル７を凹部９に沿わせて湾曲させることにより、
ノズル７を基板部の輪郭線より内側に収めた構造であ
る。

【００２１】また図５に示す例は、ほぼ矩形状もしくは
方形状をなすコンテナ１の一つの角部に、ヒートシンク
における基板部の輪郭線８よりも窪んだ矩形状の凹部１
０を形成し、この凹部１０の一方の端面にノズル７を突
設し、かつそのノズル７を屈曲させて凹部１０内に収め
た構造である。

【００２２】これら図４および図５に示すいずれの構造
であっても、ノズル７を曲げて基板部の輪郭線８の内側
に収める構造であるから、ノズル７の全長が長くなり、
したがって作動流体の注入後のノズル７の切断や封止作
業が容易になる。

【００２３】また、この発明では、ノズル７をコンテナ
１の一部として設けることができる。その例を以下に示
す。図６に示す例は、コンテナ１の一つの角部の肉厚が
他の部分より厚く形成され、その角部をコンテナ１の上
面もしくは下面と平行な方向に貫通して細孔すなわちノ
ズル７が形成されている。このノズル７は、その中間部
７ａを作動流体の注入後にコンテナ１の厚さ方向に圧潰
することにより仮封止され、その後にコンテナ１の外周
面に開口している端部をロウ付け１１などによって溶着
されて完全に封止されている。また、図７に示す例は、
コンテナ１の外周壁を貫通するノズル７をコンテナ１の
角部から外れた位置に形成した例である。このノズル７
もその長さ方向の中間部７ａを、コンテナ１の厚さ方向
に圧潰することにより仮封止し、かつコンテナ１の外周
面に開口している端部をロウ付け１１などによって溶着
されて完全に封止されている。

【００２４】これら図６および図７のいずれに示す構造
であっても、ノズル７がコンテナ１の一部として形成さ
れているから、コンテナ１と一体化される基板部の輪郭
線８より外側に突出する部分が生じない。また、コンテ
ナ１にノズル用の細管を取り付ける必要がないので、コ
ンテナ１の構造が簡素化され、部品点数や製造工程数を
削減することができる。

【００２５】なお、上記の各例では、矩形状もしくは方
形状の基板部を有するヒートシンクおよびこれに合わせ
た形状のコンテナを有する平板型ヒートパイプを例にと
って説明したが、この発明は上記の例に限定されないの
であって、基板部やコンテナの形状は必要に応じて任意
の形状とすることができる。また、上述した例では、基
板部と平板型ヒートパイプとを別に製作し、これらを接
合した一体化する構成を示したが、この発明では、要
は、平板型ヒートパイプとヒートシンクの基板部とが一
体になっていればよいのであり、コンテナの上板部分を
ヒートシンクの基板だとしてもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
平板型ヒートパイプの外周部に設けたノズルが、基板部
の輪郭線によって区画される領域より内側に収められて
いるので、基板部より外周側に突出する部分がなくな
り、そのため、基板部や平板型ヒートパイプの周囲に特
にスペースを空ける要因がないなど、配置の自由度が高
く、また他の機器と接近して配置できることにより無駄
なスペースを生じさせたり、大型化の要因となったりす
ることを回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一例を示す概略斜視図である。

【図２】 その平板型ヒートパイプの斜視図である。

【図３】 その平板型ヒートパイプの平面図である。

【図４】 この発明に係る平板型ヒートパイプにおける
ノズルの形状の他の例を示す部分平面図である。

【図５】 この発明に係る平板型ヒートパイプにおける
ノズルの形状の更に他の例を示す部分平面図である。

【図６】 この発明に係る平板型ヒートパイプにおける
ノズルの形状の他の例を示す部分平面図である。

【図７】 この発明に係る平板型ヒートパイプにおける
ノズルの形状の更に他の例を示す部分平面図である。

【図８】 従来の平板型ヒートパイプの一例を示す斜視
図である。

【図９】 その平板型ヒートパイプをヒートシンクと組
み合わせた構成の側面図である。

【符号の説明】 １…コンテナ、 ２…平板型ヒートパイプ、 ３…ヒー
トシンク、 ４…基板部、 ５…フィン、 ７…ノズ
ル、 ８…輪郭線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板部の表面に多数の放熱部を立設し、
   かつその基板部の裏面側に平板型のヒートパイプを一体
   化した平板型ヒートパイプを用いた放熱構造において、 前記平板型ヒートパイプの外周の一部に、前記平板型ヒ
   ートパイプに対する脱気および注液用のノズルが設けら
   れ、かつそのノズルが前記基板部の輪郭線の内側に位置
   するように収められていることを特徴とする平板型ヒー
   トパイプを用いた放熱構造。