JP2002231867A - フィン付き板型ヒートパイプ - Google Patents

フィン付き板型ヒートパイプ

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JP2002231867A
JP2002231867A JP2001026134A JP2001026134A JP2002231867A JP 2002231867 A JP2002231867 A JP 2002231867A JP 2001026134 A JP2001026134 A JP 2001026134A JP 2001026134 A JP2001026134 A JP 2001026134A JP 2002231867 A JP2002231867 A JP 2002231867A
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JP
Japan
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heat pipe
fin
housing
plate
fins
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Application number
JP2001026134A
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English (en)
Inventor
Masaaki Yamamoto
雅章 山本
Masakazu Hamada
正和 濱田
Tatsuhiko Ueki
達彦 植木
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73253Bump and layer connectors

Abstract

(57)【要約】 【課題】 筐体とフィンとの接合面積を大きくしてフィ
ンによる放熱効果を高めたフィン付き板型ヒートパイプ
を提供する。 【解決手段】 板型ヒートパイプを構成する筐体3のフ
ィン接合面に段差部4が設けられ、段差部4にフィン5
が熱的に接続されたフィン付き板型ヒートパイプ。 【効果】 段差部4にフィン5が熱的に接続されている
のでフィン5の放熱効果が向上し、また段差部4により
筐体3の表面積が増大して放熱特性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体チップなど
の発熱体の冷却に適したフィン付き板型ヒートパイプに
関する。
【0002】
【従来の技術】板型ヒートパイプは、密閉筐体(以下、
適宜、筐体と略記する)内に作動液を減圧封入したもの
で、筐体の一端を発熱体に接触させると作動液が前記発
熱体から蒸発潜熱を奪って容易に蒸発し、この蒸発した
作動液はヒートパイプの他端で凝縮して筐体内面を伝わ
って発熱体側に戻る。この作動液の蒸発と凝縮の繰り返
しにより発熱体が冷却される。筐体内面には、凝縮した
作動液がいかなる方向の発熱体側にも速やかに戻るよう
にウィックやグルーブなどの毛細管構造体が設けられ
る。作動液の封入量は前記毛細管構造体の全表面が常に
濡れる程度の量が適当である。この板型ヒートパイプの
筐体の断面中央部は空洞になっていてヒートパイプは非
常に軽量である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記板型ヒートパイプ
は、その放熱特性を高めるため、図8(イ)(ロ)に示
すように、筐体上面にフィン(放熱フィン)を接合して
用いることが多いが、前記フィンは全てその端面16が
筐体上面に接合されているだけのため接合面積が小さ
く、筐体の熱がフィンに伝わり難い。そのためフィンに
よる放熱効果が十分に得られず、今後の発熱体の高密度
化に対応できないという問題がある。本発明は、筐体と
フィンとの接合面積を大きくしてフィンによる放熱効果
を高めたフィン付き板型ヒートパイプの提供を目的とす
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
板型ヒートパイプを構成する密閉筐体のフィン接合面に
段差部が設けられ、前記段差部にフィンが熱的に接続さ
れていることを特徴とするフィン付き板型ヒートパイプ
である。
【0005】請求項2記載の発明は、前記段差部が並列
に設けられていることを特徴とする請求項1記載のフィ
ン付き板型ヒートパイプである。
【0006】請求項3記載の発明は、前記段差部が同心
円状に設けられていることを特徴とする請求項1記載の
フィン付き板型ヒートパイプである。
【0007】請求項4記載の発明は、前記段差部が放射
状に設けられていることを特徴とする請求項1記載のフ
ィン付き板型ヒートパイプである。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に、本発明のフィン付き板型
ヒートパイプを図を参照して説明する。なお、実施形態
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(イ)(ロ)(ハ)に示す本発明のヒートパイプは、
上板1と下板2とからなる筐体3の、上板1の上面に階
段状の段差部4を並列に設け、この段差部4にフィン5
の側面15を熱的に接続したものである。このヒートパ
イプは、筐体3とフィン5との間の接合面積が大きいの
で、筐体3とフィン5との間の熱伝導が良好になされ、
フィン5による放熱効果が十分に得られる。また段差部
4を設けた分、筐体3の放熱面積並びに蒸発した作動液
の凝縮面積が増大し放熱特性が向上する。
【0009】図1に示したヒートパイプの筐体3内中央
部分には、伝熱ブロック6が筐体3の上板1と下板2の
両内面に接して配されており、この伝熱ブロック6によ
り発熱体(半導体素子)7の熱は筐体3の上板1に速や
かに伝えられ、発熱体7の冷却が促進される。またこの
伝熱ブロック6は筐体3を補強する役目も果たす。凝縮
した作動液は上板1の内面および伝熱ブロック6の側面
に配されたウイック8を伝わって半導体素子7側に速や
かに戻る。図1で9は半導体素子7を搭載した配線板
(プリント配線基板など)である。
【0010】図2に示す本発明のヒートパイプは、図1
に示したヒートパイプの筐体3上板1の平坦な中央部を
凸状に形成して段差部4を増やし、フィン5との接合面
積並びに筐体3の表面積を増大させ、以てその放熱特性
をより高めたものである。図1に示した伝熱ブロック6
とウィック8は、図2以降、図示を省略する。
【0011】図3に示す本発明のヒートパイプは、図2
に示したヒートパイプの筐体3下板2にも段差部4を設
けて、高さの異なる複数の発熱体を冷却できるようにし
たものである。このものは、下板2の表面積が大きくな
っている分、図2に示したヒートパイプより放熱特性が
優れる。
【0012】図4(イ)(ロ)に示す本発明のヒートパ
イプは、筐体3の上板1に段差部4を同心円状に設け、
段差部4にフィン5の側面15を熱的に接続し、さらに
フィン5の上方にファン10を配したものである。フィ
ン5は段差部4の上方で内方に向けて変形させてあり、
これにより、同一段差部4に接合された複数のフィン5
はルーバー状を呈し、ファン10による風が外方に抜け
易くなっている。このヒートパイプも、図3に示したよ
うに、下板2に段差部4を設けて、高さの異なる複数の
発熱体を冷却できるようにしてある。
【0013】図5に示す本発明のヒートパイプは、筐体
3の上板1と下板2を、中高の段差部4群が鏡面対象と
なるように形成し、かつ上板1と下板2の外周に鍔11
を設けて両板1、2の接合強度を高めたものである。こ
のヒートパイプでも、下板2に段差部4を設け高さの異
なる複数の発熱体を同時に冷却できるようにしてある。
【0014】図6に示す本発明のヒートパイプは、図5
に示したヒートパイプの上板1上面の中央のフィン5に
代えて丸型ヒートパイプ12を接合して放熱特性を向上
させたものである。丸型ヒートパイプ12にフィンを熱
的に接続することにより放熱特性を一層向上させること
ができる。前記丸型ヒートパイプ12の減圧と作動液注
入のための封止部13は、その高さを周りのフィン5よ
り低くすることにより、フィン5により保護される。こ
こでは図5に示した鍔11は除かれている。
【0015】図7(イ)〜(ロ)に示す本発明のヒート
パイプは、筐体3の上板1に中高の段差群を設け、上板
1の外側寄りに横断面長方形の突起状の段差部14を複
数設け、この突起状段差部14の各々の両側にフィン5
の側面15を熱的に接続させたものである。突起状段差
部14は放射状に設けられていて、ファン10による風
がフィン5の間を通って外方に抜け易いようになってい
る。
【0016】本発明において、前記筐体を形成する上板
および下板には、良好な熱伝導性と内圧と外圧に耐える
十分な強度を具備する板材が用いられる。具体的には、
銅ではC1020、C1100、C1200など、アル
ミニウムではA1010、A1100、A5000系合
金、A6000系合金、A7000系合金などである。
また前記板材の厚さは1mm程度である。さらに、銅と
アルミニウムの複合材を用いる場合がある。
【0017】本発明において、フィンを接合する上板は
プレス、鍛造、鋳造、引抜きなどの方法により段差部を
有する所定形状に加工する。特に、突起状段差部は絞り
加工が適している。下板は、平板のまま或いは上板と同
じ方法により段差部を有する所定形状に加工する。下板
を段差部を有する形状に加工する理由は、前述のように
下板が高さの異なる複数の発熱体と接するようにするた
めであるが、段差部を設けることにより表面積が増大し
放熱特性が向上する効果も得られる。
【0018】前記上板と下板は空洞部が形成されるよう
にろう付けまたは溶接(レーザー溶接、TIG溶接)な
どにより接合されて筐体を形成する。筐体の形成方法と
してはカシメなどの機械的接合を含めた方法もある。前
記ろう付けは、信頼性の高いJIS規格BAG−8(銀
ろう(Cu/Ag)付け)を利用するのが望ましい。ろ
う付け方法は真空ろう付け、雰囲気ろう付けなど任意で
ある。上板と下板を接合して得られる筐体は作動液を注
入したのち減圧し封止する。その後筐体の上板上面にフ
ィンの側面が熱的に接続される。前記熱的接続には、一
般にろう付け法が適用されるが、フィンを筐体にかしめ
る方法、フィンと筐体とを一体にダイキャスト成形する
方法なども適用できる。フィン5は側面15を段差部4
に熱的に接続し、さらに、その端面16(図1ハ参照)
も上板1の段差部4下部に接合すれば筐体とフィン5と
の伝熱特性が一層向上する。
【0019】フィンには前記筐体と同様の熱伝導性に優
れる材料が用いられる。フィンの形状は櫛状或いは格子
状など任意であり、押出し或いはプレス打ち抜きなどに
より容易に加工される。フィンに切り欠きを設けること
により通風が良くなりヒートパイプの放熱特性が向上す
る。
【0020】筐体内には、必要に応じて、伝熱ブロック
を配して熱拡散を促進し、また筐体を補強する。この伝
熱ブロックには銅やアルミニウムなどの良熱伝導性材料
が用いられる。伝熱ブロックは予め鍛造プレスで下板に
一体に設けておくのが良い。
【0021】筐体内面に設ける毛細管構造体のうち、ウ
イックには、金網、燒結金属、メタルウール、ガラス繊
維、炭素繊維、セラミックス繊維などが用いられる。グ
ルーブは、断面が台形、三角形などの溝を軸(長さ)方
向、周方向などに形成して設ける。
【0022】本発明において、作動液は、ヘリウム、メ
タン、アンモニア、アセトン、水、ナフタリン、ナトリ
ウム、水銀、代替フロン、フロリナートなどを作動温度
に応じて使い分ける。
【0023】本発明において、ヒートパイプと発熱体を
搭載した配線板との位置決めやフィンとファンの位置決
めには必要に応じ枠体などの治具を用いる。ファンの取
り付け位置は、フィンの真上、斜め上、横など任意であ
る。ファンはねじ止めにして取り付け位置を変更し易い
ようにするのが望ましい。
【0024】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明のフィン
付き板型ヒートパイプは、板型ヒートパイプを構成する
密閉筐体のフィン接合面に段差部が設けられ、前記段差
部にフィンが熱的に接続されているのでフィンの放熱効
果が向上し、また段差部により筐体の表面積が増大して
放熱特性が向上する。依って、本発明のフィン付き板型
ヒートパイプは、今後の発熱体の高密度化に十分に対応
でき、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のヒートパイプの第1の実施形態を示す
(イ)平面図、(ロ)縦断面図および(ハ)フィン接合
部の拡大説明図である。
【図2】本発明のヒートパイプの第2の実施形態を示す
縦断面図である。
【図3】本発明のヒートパイプの第3の実施形態を示す
縦断面図である。
【図4】本発明のヒートパイプの第4の実施形態を示す
(イ)平面図および(ロ)縦断面図である。
【図5】本発明のヒートパイプの第5の実施形態を示す
縦断面図である。
【図6】本発明のヒートパイプの第6の実施形態を示す
縦断面図である。
【図7】本発明のヒートパイプの第7の実施形態を示す
(イ)平面図、(ロ)前記平面図のa−a矢視図であ
る。
【図8】従来のフィン付き板型ヒートパイプの(イ)平
面図および(ロ)縦断面図である。
【符号の説明】 1 密閉筐体を構成する上板 2 密閉筐体を構成する下板 3 筐体(密閉筐体) 4 段差部(階段状) 5 フィン(放熱フィン) 6 伝熱ブロック 7 発熱体(半導体素子) 8 ウイック 9 配線板 10 ファン 11 鍔 12 丸型ヒートパイプ 13 丸型ヒートパイプの封止部 14 段差部(突起状) 15 フィンの側面 16 フィンの端面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5E322 AA01 AB02 AB05 BB10 DB08 FA01 5F036 AA01 BA05 BA24 BB05 BB54 BB60

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 板型ヒートパイプを構成する密閉筐体の
    フィン接合面に段差部が設けられ、前記段差部にフィン
    が熱的に接続されていることを特徴とするフィン付き板
    型ヒートパイプ。
  2. 【請求項2】 前記段差部が並列に設けられていること
    を特徴とする請求項1記載のフィン付き板型ヒートパイ
    プ。
  3. 【請求項3】 前記段差部が同心円状に設けられている
    ことを特徴とする請求項1記載のフィン付き板型ヒート
    パイプ。
  4. 【請求項4】 前記段差部が放射状に設けられているこ
    とを特徴とする請求項1記載のフィン付き板型ヒートパ
    イプ。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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