JP2002314008A

JP2002314008A - 熱伝逹パイプを備えたヒートシンク及び冷却モジュール

Info

Publication number: JP2002314008A
Application number: JP2001071798A
Authority: JP
Inventors: Sun-Ki Kim; 善基金
Original assignee: Expan Electronics Co Ltd
Current assignee: Expan Electronics Co Ltd
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2002-10-25

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、単位面積当たり熱放出面積を増加
させることで、熱放出速度を向上させたヒートシンクを
提供する。【解決手段】本発明は、裏面が熱発生源と接触し、表
面に多数個の挿入溝が形成されたベースプレートと；前
記ベースプレートの挿入溝の各々に一端が挿入固定され
る円筒形状の熱伝逹パイプとからなることを特徴とす
る。熱伝逹パイプが円筒形状からなって内側面と外側面
とも熱放出面として作用して単位面積当たり熱放出面積
を増加させることができる利点がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はヒートシンク(heat
sink)に関し、より詳しくは、ベースプレートと、ベー
スプレートに一端が固定された熱伝逹パイプとからな
り、熱放出面積が増大して熱放出速度が向上したヒート
シンク及び冷却モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、コンピュータシステムの中央
処理装置(ＣＰＵ)から発生する熱を速く放出するために
ヒートシンクを介在して冷却ファンが用いられる。通
常、ヒートシンクは軽くて熱伝導性の良いアルミニウム
等からなって中央処理装置から発生する熱を速く外部に
伝達し、冷却ファンはこのような外部への放出を補助す
る役割を果たす。

【０００３】ヒートシンクはベースプレートとベースプ
レートに一端が固定された冷却フィン(cooling fin)と
からなり、製造方法から見れば、アルミニウム素材を一
定の形状で圧出して一定の長さに切断後、長さ方向に対
して直交方向にクロス加工し、エッチング及びばり取り
(deburring)固定して冷却フィンを形成する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のヒートシンクはいくつかの問題点を持つ。まず、単
位面積当たり熱放出面積を増加させるのに限界がある。
すなわち、冷却フィン表面が熱放出面に対応するので、
熱放出面積を増加させるためには冷却フィン表面積を増
大させるべきであり、結局、これは冷却フィンの大型化
を招くため、コンピュータを含む電子装置の小型化及び
集積化に基本的に障害になる。

【０００５】また、複雑な製造方法及び製造効率の減少
により製造コストが増加し、結局、最終製品の価格が上
昇して製品競争力を劣化させるという問題がある。

【０００６】よって、本発明の目的は、単位面積当たり
熱放出面積を増加させることで、熱放出速度を向上させ
たヒートシンクを提供することにある。

【０００７】本発明の他の目的は、製造が容易で製造効
率が向上することで、充分な価格競争力を持ったヒート
シンクを提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的と特徴は、後述する本発
明の好適な実施例を通じてより明確になろう。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、裏面が
熱発生源と接触し、表面に多数個の挿入溝が形成された
ベースプレートと、ベースプレートの挿入溝の各々に一
端が挿入固定される円筒形状の熱伝逹パイプとからなる
ヒートシンクが開示されている。

【００１０】望ましくは、ベースプレートから突出され
る熱伝逹パイプの中間下部には空気が出入りする少なく
とも一つ以上の通気孔が形成される。

【００１１】通気孔は熱伝逹パイプの長さ方向に沿って
複数個が平行に設置されることができ、望ましくは通気
孔の断面形状はＶ字形状である。

【００１２】ベースプレートの材質は銅、アルミニウ
ム、黄銅及びマグネシウムの何れかであり、熱伝逹パイ
プの材質は銅、アルミニウム及び黄銅のいずれかであ
る。

【００１３】本発明によれば、熱伝逹パイプは第１熱伝
逹パイプと第１熱伝逹パイプより長さの短い第２熱伝逹
パイプに区分され、第２熱伝逹パイプの設置部分に冷却
ファンを収納する空間が形成される。

【００１４】製造工程において、熱伝逹パイプはベース
プレートの挿入溝にアルミナなどのような金属パウダー
を介在して溶融接合される。

【００１５】また、ベースプレートの一定位置には冷却
ファンを支持するボスが一体型で形成される。

【００１６】冷却ファンは、回転モータ、回転モータに
放射状で延長されたベイン、及びベイン間に設置されて
端部にねじを介在してボスと結合されるサポートからな
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき、本発明
の好適実施例を詳細に説明する。図１は本発明の一実施
例によるヒートシンクの斜視図である。熱伝導性が優れ
る銅、黄銅、アルミニウムまたはマグネシウム材質のベ
ースプレート１０は長方形からなり、コンピュータの中
央処理装置（ＣＰＵ）などのような熱発生源に裏面が接
触する。ベースプレート１０の形状と大きさは適用され
る対象によって多様な形態で変更可能であることは当然
である。また、ベースプレート１０の厚さは１乃至５ｍ
ｍの範囲であることが望ましい。

【００１８】ベースプレート１０の表面には多数個の挿
入溝１５が、例えばマットリックス状で形成される。挿
入溝１５は圧出または射出ダイカストなどのような方法
によるベースプレート１０の製造時に同時に形成され
る。挿入溝１５の直径と深さは設計的事項として、熱伝
逹パイプ２０のサイズに対応して必要によって適切に選
択できる。

【００１９】また、ベースプレート１０の一定位置に
は、後述するように、冷却ファン５０を支持するボス１
２が一体型で形成され、ボス１２の一端には、ねじ孔１
３が形成される。選択的に、ボス１２を省略し、熱伝逹
パイプ２０の端部にねじ孔１３を形成して冷却ファン５
０をここに支持することもできる。

【００２０】挿入溝１５には一定の長さの円筒形の熱伝
逹パイプ２０の一端が挿入固定される。熱伝逹パイプ２
０はベースプレート１０のような熱伝導性が優れている
銅、アルミニウムまたは黄銅などの材質で作られる。熱
伝逹パイプ２０の厚さは０.１乃至１ｍｍ、直径は１乃
至４Φ、長さは５乃至５０ｍｍが適切である。

【００２１】熱伝逹パイプ２０の設置個数は多様に変更
でき、例えば長方形の場合、短い側面に１５乃至２０
個、長い側面に２０乃至２５個程度を設置することがで
きる。

【００２２】図４を参照すれば、熱伝逹パイプ２０をベ
ースプレート１０の挿入溝１５（図１参照）に固定する
一例が示されている。この実施例によれば、熱伝逹パイ
プ２０の一端をＣ-カットされた挿入溝１５に挟んで、
Ｃ-カット部分にアルミナのような金属パウダー２２を
充填した後に溶融接合させる。この方式による場合には
大量の熱伝逹パイプ２０を固定する工程が単純になり、
確実に固定されるという利点がある。これ以外にもリベ
ットを利用して固定したり押込みはめ方式にて固定でき
る。

【００２３】本発明によれば、図２と図３に示すよう
に、熱伝逹パイプ２０の一端において、ベースプレート
１０の挿入溝１５に挿入される部分の境界線ιの上部に
熱伝逹パイプ２０より、或いは熱伝逹パイプ２０に空気
が出入りする通気孔２５を形成する。通気孔２５の設置
位置はベースプレート１０から突出される熱伝逹パイプ
２０の長さの１/２程度であればいい。

【００２４】望ましくは、通気孔２５の断面形状はＶ字
形状をなす。断面をＶ字形状とするのは製造の簡単化の
ためであり、例えば、熱伝逹パイプ２０を平行に配列し
てカッターを利用して通気孔２５を形成できる。

【００２５】通気孔２５は複数個が用いられるが、この
場合には熱伝逹パイプ２０の長さ方向に平行に配列す
る。

【００２６】このような構造の本発明のヒートシンクに
よれば、熱伝逹パイプ２０が円筒形状からなり、内側面
と外側面とも熱放出面として作用して単位面積当たり熱
放出面積を増加させることができる利点がある。

【００２７】また、熱伝逹パイプ２０の一端に通気孔２
５を形成することで、冷却ファン５０により熱伝逹パイ
プ２０の他端より注入される空気を排出させたり、また
は冷却ファン５０により、外部から空気が熱伝逹パイプ
２０に注入されるようにする通路の役割を果たす。すな
わち、冷却ファン５０の回転方向によって通気孔２５よ
り空気が排出されたり、通気孔２５を通じて空気が注入
される。このように、通気孔を通じて空気が排出された
り注入されたりすることで、より円滑な空気流通により
冷却効率を向上させることができる利点がある。

【００２８】さらに、前記のように、金属パウダーによ
る溶融接合で熱伝逹パイプをベースプレートに固定でき
るため、製造工程が簡単で、製造コストが減少するとい
う利点もある。

【００２９】一方、熱伝逹パイプ２０を部分的にヒート
パイプ(heat pipe)に代えることができる。ヒートパイ
プは非常に高価なので、全体的に使用することは難しい
が、中央処理装置の半導体チップのように熱が集中的に
多く発生する部分に適用することで、全体的な冷却効率
を向上させることができる。

【００３０】公知のように、ヒートパイプは外壁または
容器の内面に作動流体の毛細管現象を起こす毛細管構造
物である。通常に用いられる毛細管構造物としてウイッ
ク(wick)または溝(groove)を挙げることができる。ウイ
ックは芯の役割を果たす多工程構造物として普通の壁材
料とは違う物質で作られて内壁に付着され、溝は容器の
内壁を適当な形態で加工して作るが、これらの内部空間
は作動流体として満たされている。

【００３１】ヒートパイプはベースプレート１０上に多
様に配列できるが、例えば、長さ方向に立てたり、また
はベースプレート１０の中心を通過するように横にして
設置することができる。

【００３２】図５は本発明の他の実施例を説明する斜視
図である。この実施例では、熱伝逹パイプ２０の配列内
に冷却ファン５０を設置することで、コンパクトであり
ながら冷却効率を高めることができる構造である。

【００３３】すなわち、熱伝逹パイプ２０を長さに応じ
て、長い第１熱伝逹パイプ２０ａと短い第２熱伝逹パイ
プ２０ｂに区分し、第２熱伝逹パイプ２０ｂを冷却ファ
ン５０の設置部分に設ける。

【００３４】これを図６を参照して説明すれば、冷却フ
ァン５０は図示省略の回転モータを中心として多数のベ
イン５４が放射状に形成され、端部に結合孔５３の形成
されたサポート５２がベイン５４間に放射状に延長され
る。結合孔５３のベースプレート１０に形成されたボス
１２に結合され、対向するベイン５４の端部間の距離に
該当する部分には、長さの短い第２熱伝逹パイプ２０ｂ
が設置されて冷却ファン５０が収納される空間６０を形
成する。中央処理装置などのような熱発生源１はベース
プレート１０の裏面に付着される。

【００３５】この実施例では、２段の段差を設けるもの
を例にしたが、必要によってはそれ以上の段差で全体的
に曲面をなすようにして冷却ファン５０のベイン５４の
端部に対応させることもできる。

【００３６】このように構成することで、冷却ファン５
０を設置してもヒートシンクの全体的な高さは第２熱伝
逹パイプの高さになるため、コンパクトな構造で作るこ
とができる利点がある。

【００３７】さらに、ベースプレートとの距離も短くな
るため、冷却距離が減少されて冷却効率が向上する利点
がある。

【００３８】図７と図８には、本発明の他の実施例によ
るヒートシンクが示されている。この実施例では、熱伝
逹パイプ３０に一端から他端に渡って一定間隙の開口３
５が長さ方向に形成されている。このような形状の熱伝
逹パイプ３０は、例えば、銅板を一定間隔で切断して両
側端が一定間隙を形成するように巻いて形成できる。間
隙の大きさは適切に調整ができ、円周長の略３０％以下
の長さであればいい。

【００３９】このように、開口３５を形成することで、
別途に通気孔を形成する必要はなく、簡単な加工工程に
て製造できる利点がある。

【００４０】以上では本発明の好適な実施例を参考にし
て説明しているが、当業者の水準で多様に変更できるの
は勿論である。例えば、ベースプレートまたは熱伝逹パ
イプの材質として銅やアルミニウム以外の他の材質を適
用でき、多様な形状で変更できる。また、熱伝逹パイプ
の高さ、直径または厚さは適用対象によって多様に設定
できる。

【００４１】このような変更及び変形は本発明の精神か
ら逸脱しない範囲内で後述する特許請求範囲に属するも
のである。

【００４２】

【発明の効果】以上から説明したように、本発明は多様
な利点がある。まず、熱伝逹パイプが円筒形状からな
り、内側面と外側面とも熱放出面として作用して単位面
積当たり熱放出面積を増加させることができる利点があ
る。

【００４３】また、熱伝逹パイプのベースプレートの下
端に、通気孔を通じて空気が排出されたり注入されるよ
うにすることで、より円滑な空気流通により冷却効率を
向上させることができる利点がある。

【００４４】また、熱伝逹パイプをベースプレート上に
金属パウダーを介在した溶融接合固定することで、製造
工程が簡単で、生産歩留まりを向上させることができる
利点がある。

【００４５】さらに、高価なヒートパイプを熱発生対象
によって適切に適用して低廉で高機能なヒートシンクを
具現できる利点がある。

【００４６】また、熱伝逹パイプ配列内に冷却ファンを
収納できる空間を形成することで、全体的なサイズをコ
ンパクトにでき、冷却距離を短くして冷却効率を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヒートシンクの一実施例を示している
斜視図である。

【図２】本発明に適用される熱伝逹パイプの構造を示す
斜視図である。

【図３】図２のIII−IIIに沿って切断した断面図であ
る。

【図４】本発明の熱伝逹パイプとベースプレートとの結
合構造を示す図である。

【図５】本発明の他の実施例によるヒートシンクの斜視
図である。

【図６】本発明のヒートシンクが実際に適用される状態
を示す分解斜視図である。

【図７】本発明のまた他の実施例の斜視図である。

【図８】図７に適用される熱伝逹パイプを示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１半導体チップ１０ベースプレート１２ボス１５挿入溝２０、３０熱伝逹パイプ５０冷却ファン５２サポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5E322 AA01 AA11 BB03 FA04 5F036 AA01 BA04 BA26 BB05 BD03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】裏面が熱発生源と接触し、表面に多数個
の挿入溝が形成されたベースプレートと；前記ベースプ
レートの挿入溝の各々に一端が挿入固定される円筒形状
の熱伝逹パイプとからなることを特徴とするヒートシン
ク。
【請求項２】前記ベースプレートから突出される熱伝
逹パイプの中間下部には空気が出入りする少なくとも一
つ以上の通気孔が形成されることを特徴とする請求項１
に記載のヒートシンク。
【請求項３】前記通気孔は前記熱伝逹パイプの長さ方
向に沿って複数個が平行に設けられることを特徴とする
請求項２に記載のヒートシンク。
【請求項４】前記通気孔の断面形状はＶ字形状である
ことを特徴とする請求項２に記載のヒートシンク。
【請求項５】前記ベースプレートの材質は銅、アルミ
ニウム、黄銅及びマグネシウムからなる群から選択され
る何れかであることを特徴とする請求項１に記載のヒー
トシンク。
【請求項６】前記熱伝逹パイプの材質は銅、アルミニ
ウム及び黄銅からなる群から選択される何れかであるこ
とを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項７】前記熱伝逹パイプは第１熱伝逹パイプと
前記第１熱伝逹パイプより長さの短い第２熱伝逹パイプ
に区分され、前記第２熱伝逹パイプの設置部分に冷却フ
ァンを収納する空間が形成されることを特徴とする請求
項１に記載のヒートシンク。
【請求項８】前記熱伝逹パイプは前記ベースプレート
の挿入溝に金属パウダーを介して溶融接合されることを
特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項９】前記ベースプレートの一定位置には冷却
ファンを支持するボスが一体型で形成されることを特徴
とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項１０】前記熱伝逹パイプには一端から他端に
亘って長さ方向に一定間隙の開口が形成されることを特
徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項１１】裏面が熱発生源と接触し、表面に多数
個の挿入溝がマトリックス状で形成され、一定位置に端
部にねじ孔付きのボスが一体型で形成されたベースプレ
ート；前記ベースプレートの挿入溝の各々に一端が挿入
固定される円筒形状の熱伝逹パイプ；及び、回転モー
タ、前記回転モータに放射状で延長されたベイン、及び
前記ベイン間に設置され、端部に前記ボスのねじ孔を介
在して結合されるサポートからなる冷却ファンを含むこ
とを特徴とする冷却モジュール。
【請求項１２】前記熱伝逹パイプは第１熱伝逹パイプ
と前記第１熱伝逹パイプより長さの短い第２熱伝逹パイ
プに区分され、前記第２熱伝逹パイプの設置部分に前記
冷却ファンを収納する空間が形成されることを特徴とす
る請求項１１に記載の冷却モジュール。