JP2002544469A - 貫通取付け穴を具えた集積回路のヒートパイプ用熱拡散装置 - Google Patents

貫通取付け穴を具えた集積回路のヒートパイプ用熱拡散装置

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JP2002544469A JP2000618675A JP2000618675A JP2002544469A JP 2002544469 A JP2002544469 A JP 2002544469A JP 2000618675 A JP2000618675 A JP 2000618675A JP 2000618675 A JP2000618675 A JP 2000618675A JP 2002544469 A JP2002544469 A JP 2002544469A
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Abstract

(57)【要約】 貫通する取付け穴１２を有するヒートパイプ１０。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全体として、集積回路と直接接触させられて固定されるように設計
されたヒートパイプを具えた、アクティブなソリッドステートの装置に、より具
体的には、集積回路チップを冷却するためのヒートパイプに関する。
【０００２】
【発明の背景】
集積回路チップが小型化しパワーが増大するにつれ、求められるヒートシンク
と熱拡散装置はチップよりも大きくなってきている。全体の熱入力表面に加えら
れる一定の熱流動がある場合、ヒートシンクは、最も効果的である。大きい熱入
力表面を具えたヒートシンクがはるかに小さい接触面積の熱源に取付けられる場
合、集積回路チップの接触面積と直接接触していないヒートシンク表面のその他
の部分へのヒートシンクの熱入力表面に沿って、熱の流れに対する大きな抵抗が
存在する。より高いパワーとより小さい熱源、すなわち、ヒートシンクと釣合い
の取れていない熱源は、ヒートシンクの残量への熱の流れに対する抵抗を増大さ
せる。この現象は、ヒートシンクの様々な部分から熱伝導の効果における大きな
相違を生じうる。このアンバランスな熱伝導の効果は、集積回路チップの性能の
低下と高操作温度のための信頼性の低下である。
【０００３】 冷却される装置より大きいヒートシンク内の熱の流れに対する抵抗を克服する
ための荒っぽいアプローチは、ヒートシンクのサイズを増大し、冷却されるべき
装置に接触するヒートシンク表面を厚くし、ヒートシンクを冷却する空気の流れ
を増大する、すなわち、冷却空気の温度を下げることである。しかしながら、こ
れらのアプローチは、重量、ノイズ（騒音）、システムの複雑性、及び費用を増
大させる。
【０００４】 たとえ表面の一部がチップと接触するだけとしても、本質的に等温表面を含み
、また、チップとヒートシンクの間に良好な熱伝導をもたらすように、集積回路
チップとの密な接触を確実にするための簡単な手段をも含む、集積回路チップの
ための、簡便で、軽量のヒートシンクを有することは、大きな利点になるであろ
う。
【０００５】
【発明の概要】
本発明は、簡単で軽い構造の集積回路チップのための安価なヒートパイプの熱
拡散装置である。それは、容易に製造され、追加のスペースを殆ど必要とせず、
集積回路チップを冷却するため、及び、集積回路チップから熱がより容易に処理
させられる位置へ熱を移動させるための熱伝導装置に取付けるための、追加の表
面面積をもたらす。さらに、ヒートパイプの熱拡散装置は、正確な平面度を確実
にし、熱源から、及び、ヒートシンクへの熱伝導を最大化するように、組立てら
れ、実装を容易にするように、その本体に取付け穴を有する。
【０００６】 本発明の熱拡散装置は、集積回路を実装する基板に取付けられる従来のねじに
よって、集積回路チップと密に接触させられるので、回路基板やソケットの大幅
な改良を必要としないヒートパイプである。これは、本発明が非常に最小限の簡
素な部品しか使用しないことを意味する。その上、チップに対して熱拡散装置を
保持するのと同じねじが、熱拡散装置の反対の表面にフィンを具えたヒートシン
クをクランプで留めるためにも使用されることが可能である。
【０００７】 ヒートパイプの内部構造は、制限された量の液体を有する排気された蒸気チャ
ンバーであり、蒸気チャンバーを形成する２つのプレート、又は、如何なるその
他の境界構造(boudnary structure)の間にも延びて接触する、スペーサーのパタ
ーンを含む。このスペーサーは、前記プレートが内部に曲がるのを防ぎ、そのた
め、集積回路チップとの接触のために不可欠の平面を維持する。これらのスペー
サーは、堅い柱、プレートの１つに形成されたエンボス加工された窪み、又は、
これらの混合であり得る。多孔性の毛細管の芯材も、また、ヒートパイプの内部
表面を覆い、ヒートパイプ内のスペーサーの表面を取囲むかなりの厚みを有し、
かくして、支持スペーサーを取囲む多孔性の芯の支柱を形成する。故に、芯材は
、多数の位置において、プレート間の空間にまたがる。
【０００８】 このように、前記スペーサーは、重要な目的を達成している。それらは、平ら
なプレートを支持し、良好な熱伝導のために求められる平らな表面を変形させる
ように、内側に逸れたり、プレートを歪めたりすることを防ぐ。また、前記スペ
ーサーは、プレート間の内部空間にまたがる毛細管の芯の部分の重要な支持とし
て機能する。プレート間の空間にまたがる毛細管の芯の支柱は、熱拡散装置に重
力に関係しない特性をもたらし、周りに芯の支柱が置かれているスペーサーは、
毛細管の芯が破壊的な圧縮力の影響を受けないことを確実にする。
【０００９】 また、前記スペーサーは、蒸気チャンバーの中や、それを貫通して穴をもたら
すことを可能するが、ヒートパイプの真空チャンバーは気密の真空であるべしと
されているので、明らかに矛盾することである。これは、それらが固体であれば
、ヒートパイプの両プレートにスペーサーを接合することによって、又は、それ
らが１つのプレートにおいてエンボスされていれば、対向プレートを接触させる
窪みの部分をその対向プレートに接合することによって実現される。１つ又は両
方のプレートに接合されたスペーサーでは、貫通穴はスペーサー内に形成される
ことが可能であり、それは、穴が完全に分離される(isolated)ヒートパイプの蒸
気チャンバーの真空の完全さ(integrity)には影響がない。
【００１０】 本発明の代替的な実施形態は、ヒートパイプが内部スペーサーなしに組立てら
れたとしても、簡素なねじを具えたヒートパイプの熱拡散装置を置くための同じ
対策をもたらす。この実施形態は、２つのプレートの外側端部の周りの堅い境界
構造に貫通穴を形成する。ヒートパイプのこの部分は、基本機能により、２つの
プレート間の接合によって蒸気チャンバーから既に密閉されれおり、その中に貫
通穴を形成するための唯一の追加必要条件は、接合させられた部分の幅が穴の直
径より大きいということである。明らかに、周辺部にあるリップ状の物に位置付
けられた穴では、ヒートパイプの境界構造は、如何なる形にも可能である。
【００１１】 本発明の別の代替的な実施形態は、集積回路チップとヒートパイプの熱拡散装
置の間の向上させられた熱伝導をもたらす。これは、チップと直接接触させられ
る位置においてヒートパイプ内の異なる毛細管の芯材を使用することによって、
実現される。ヒートパイプの支えを通じて使用される同じ焼結銅粉の芯を使用す
る代わりに、チップと接触させられるヒートパイプの表面の部分にある芯の部分
は、より高い熱伝導性の焼結粉体から構成される。このような粉は、銀、ダイヤ
モンド、又は当業者においてよく知られている多くのその他の材料でありうる。
これは、ちょうど集積回路チップに、最も重要な熱伝導領域におけるかなり良い
熱伝導をもたらす。
【００１２】 かくして、本発明は、優れた熱伝導特性を具えたヒートパイプと、あらゆる取
付け装置の最も簡素なもの、すなわち、単なるいくつかの標準的なねじでよいも
のをもたらす。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、蒸気チャンバー１４に通じ、フィンを持ったヒートシンク１６と接触
する貫通穴１２を具えた、本発明の平らなプレートのヒートパイプ１０の好適実
施形態の断面図である。
【００１４】 ヒートパイプ１０は、２つの成形されたプレート、接触プレート１８と覆いプ
レート２０を一緒に密封する（シール）ことにより、境界構造を形成することに
よって、構成される。接触プレート１８と覆いプレート２０は、ヒートパイプ１
０を形成するように、はんだづけやろう付け等の従来の手段によってそれらの周
辺リップ２２と２４において一緒にシールされる。それから、ヒートパイプ１０
は、すべての非圧縮性気体を取除くように真空にされ、適切な量の熱伝導流体が
、その中に入れられる。これは、ヒートパイプを構成する従来の方法であり、ヒ
ートパイプの当業者には、よく理解されている。
【００１５】 しかしながら、ヒートパイプ１０の内部は、従来のようには構成されていない
。接触プレート１８は、周辺リップ２４を除いて、本質的に平らであるが、覆い
プレート２０は、複数の窪み２６を含む。窪み２６は、接触プレート１８と覆い
プレート２０が連結さられると、窪み２６の平らな部分が接触プレート１８の内
部表面２８と接触するような大きさで形成される。かくして、窪み２６は、ヒー
トパイプ１０の内部量と取囲む環境との間の圧力差がプレートを互いに向かって
逸れる原因となったとしても、接触プレート１８と覆いプレート２０の間の空間
が維持されることを確実にする。
【００１６】 また、ヒートパイプ１０は、接触プレート１８の全体的内部表面を覆う内部の
焼結された金属製毛細管の芯３０を含む。ヒートパイプの当業者にはよく理解さ
れているように、毛細管の芯は、ヒートパイプのクーラーコンデンサーで圧縮さ
れた液体が蒸発させられる加熱蒸発器に戻されるメカニズムをもたらす。それか
ら、蒸発器で作られた蒸気は、再度、圧縮コンデンサーに移動する。２つの状態
の変化、加熱場面での蒸発とクーラーサイトでの圧縮が、蒸発器からコンデンサ
ーへ熱を運ぶことになる。
【００１７】 また、本発明において、ヒートパイプ１０は、接触プレート１８と覆いプレー
ト２０の間の空間の橋渡しをする毛細管の芯の支柱３２を有する。かくして、支
柱３２は、継続的な毛細管の芯を具えた覆いプレート１６と接触プレート１４を
相互連結させる。この連結構造は、覆いプレート１６が接触プレート１４より低
くなるような方向にヒートパイプが置かれていても、なお、覆いプレート２０の
内部表面３４で圧縮された液体は、毛細管の支柱３２と接触するであろう。故に
、前記液体は、それが熱を生じさせる集積回路（図示せず。）と接触しているの
で、蒸発器として機能する隆起表面２８に戻されるであろう。毛細管の支柱３２
は、窪み２６の周りで覆われ、それによって支持され、構造的により弱い毛細管
の支柱３２が如何なる損傷も被ることを防ぐ。
【００１８】 また、図１は、典型的にヒートパイプ１０を取囲み、保護するように使用され
るフレーム３６を示す。フレーム３４は、完全にヒートパイプ１０を取囲み、接
触プレート１８のリップ２４を接触させる。ヒートパイプ１０が接触プレート１
８に対して保持される集積回路チップ（図示せず。）を冷却するために使用され
ると、覆いプレート２０は、フィン１６が接続されているフィン３８と密に接触
して保持される。ヒートパイプ１０、フレーム３４、フィンプレート３８の全体
的なアセンブリは、一緒に保持され、接触プレート１８は、ヒートパイプ１０に
おけるフィンプレート３８と貫通穴１２の穴４２に置かれ、集積回路チップ用の
取付けプレート（図示せず。）にねじ込まれ、点線で示される従来のねじ４０に
よって、集積回路チップに対して保持される。
【００１９】 穴１２は、それらの独特の位置のために、その真空の完全性を破壊することな
くヒートパイプ１０を貫通する。穴１２は、堅い柱４４等の密閉された構造内に
位置され、柱４４が位置４６で覆いプレート２０に接合されるので、柱４４の内
部を通り抜ける穴１２は、ヒートパイプ１０の内部に影響しない。
【００２０】 本発明の好適実施形態は、図１で示される、ヒートパイプ１０のように構成さ
れる。このヒートパイプは、約縦３．０インチ横３．５インチ、全体の厚さが０
．２００インチである。覆いプレート２０と接触プレート１８は、OFHC銅の０．
３５インチの厚さのものから構成され、窪み２６は、ヒートパイプ１０の内部の
量の０．１００インチの高さを補う。窪み２６の平らな部分の直径は、０．０６
０インチである。毛細管の芯３０は、焼結銅粉体で構成され、平均の厚みは０．
０４０インチである。柱４４は、０．２５０インチの外径を有し、穴１２の直径
は０．２１０インチである。
【００２１】 図２は、ヒートパイプの周辺リップ２２と２４内に位置された貫通穴４８と別
の密閉された構造である、窪み２６の１つに示された穴５０を具えた本発明の平
らなプレートのヒートパイプ１１の代替的な実施形態の断面図である。窪み２６
内の穴５０を形成するための唯一の必要条件は、ヒートパイプ内の真空の喪失を
防ぐように、窪み２６の底が接触プレート１８の内部表面２８に接合されなけれ
ばならないことである。もちろん、ヒートパイプ１１が外部の大気から内部を分
離させるように、その端部で密閉（シール）されなければならないので、リップ
２２と２４の間の接合は本質的であるから、周辺端部の部分も密閉された構造で
ある。
【００２２】 図２のヒートパイプと図１のヒートパイプの唯一の違いは、フィンを持ったヒ
ートシンク１６が図２に示されず、穴４８を受け入れるように、リップ２２と２
４が図２においてわずかに長く、穴５０が示されていることである。実際に、図
１に示される貫通穴１２は、図２にも含まれる。穴１２、穴４８、穴５０が同じ
アセンブリに使用されることはありそうもないが、製造コストの観点から見れば
、同じヒートパイプの熱拡散装置がフィンを持ったヒートシンクの異なる形で使
用されるように、あらゆるヒートパイプにおいてすべての穴を設けることが望ま
しいであろう。穴が使用されないセットは、本発明の操作や利点に影響しない。
【００２３】 図３は、毛細管の芯３０の部分３１を示す本発明のヒートパイプ１０の接触プ
レート１８の内部表面の平面図である。部分３１は、焼結銀粉で構成される。毛
細管の芯３０の残りは、銅等の従来の焼結金属であるが、集積回路チップ（図示
せず。）から接触プレート１８の向かい合う表面にある毛細管の芯３０の部分３
１は、粉末状の銀で作られる。銀のより高い熱伝導性は、芯３０の部分３１を通
じて著しくより良好な熱伝導を生じさせ、かくして、集積回路チップとヒートパ
イプ１０内の蒸気の間の温度差を減少させる。この温度差の減少は、ヒートパイ
プ１０の操作に直接の影響を与え、本質的に、チップの操作温度において同様の
減少を生じさせる。
【００２４】 かくして、重量を加算するだけでなく本発明のヒートパイプと同じように効率
的に集積回路から熱を移動させない、より大きな熱拡散装置を必要とすることな
く、本発明は、集積回路を冷却するための効率的な手段をもたらす。
【００２５】 図示された本発明の形が単なる好適実施形態であることは、理解されるであろ
う。様々な変更が機能や部品の配置においてなされても、同等の手段が図示され
説明されたものの代わりに用いられても、請求の範囲において範囲が定められる
ような本発明の趣旨と範囲から逸れることなくその他のものから独立してある特
徴が利用されても良い。例えば、貫通穴が、カーブ付けられた表面を具えたヒー
トパイプの境界構造、又は、熱源やヒートシンクと接触するためのいくつかの異
なるレベルを作り出すオフセット平面を具えたヒートパイプ境界構造を貫通する
ことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 蒸気チャンバーを通り抜け、フィンを持つヒートシンクと接触す
る貫通穴を具えた本発明のヒートパイプの好適実施形態の断面図。
【図２】 周囲のリップ状の物と１つのプレートの窪みにおける貫通穴を具
えた本発明のヒートパイプの代替的な実施形態の断面図。
【図３】 焼結されたより高い熱伝導性の粉で構成される毛細管の芯の部分
を示す本発明の好適実施形態の接触プレートの内部表面の平面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 23/427 Ｈ０１Ｌ 23/46 Ｂ

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 境界構造が囲まれた蒸気チャンバーを形成するヒートパイプ
    において、前記ヒートパイプを貫通する少なくとも１つの取付け穴を有する、ヒ
    ートパイプ。
  2. 【請求項２】 前記ヒートパイプを通る取付け穴が前記蒸気チャンバーにア
    クセスがないように、前記境界構造に密封された密封構造内に位置付けされるこ
    とによって前記取付け穴が前記蒸気チャンバーから分離されている、請求項１の
    ヒートパイプ。
  3. 【請求項３】 前記密封された構造が前記境界構造の別の部分と接触し、接
    合された境界構造の１つの部分内の窪みである、請求項２のヒートパイプ。
  4. 【請求項４】 毛細管の芯がヒートパイプの蒸発器として作用するように熱源と
    接触するヒートパイプの部分に付けられたヒートパイプ内の毛細管の芯を含み、
    前記毛細管の芯が異なる材料の少なくとも２つの別々の部分からなり、前記別々
    の部分の１つが前記熱源に接触している前記ヒートパイプの部分に位置付けられ
    、前記熱源と接触しないヒートパイプの部分に位置付けられる前記別々の部分の
    １つより高い熱伝導性を具えた材料で形成されている、請求項３のヒートパイプ
    。
  5. 【請求項５】 より高い熱伝導性のある前記部分が焼結された銀の粉で構成
    される、請求項４のヒートパイプ。
  6. 【請求項６】 境界構造が囲まれた蒸気チャンバーを形成するヒートパイプ
    において、前記ヒートパイプを通る取付け穴が前記蒸気チャンバーにアクセスし
    ないように、前記境界構造に密封された密封構造内に位置付けられることによっ
    て、前記蒸気チェンバーから前記取付け穴が分離され、前記ヒートパイプを貫通
    する少なくとも１つの取付け穴を有する、ヒートパイプ。
  7. 【請求項７】 前記密封構造が前記境界構造にまたがる柱である、請求項６
    のヒートパイプ。
  8. 【請求項８】 前記密封構造が前記境界構造の別の部分に接触し接合されて
    いる境界構造の１つの部分内の窪みである、請求項６のヒートパイプ。
  9. 【請求項９】 前記密封構造が前記境界構造の端部に別のリップに接合され
    ている境界構造の端部に位置付けられたリップである、請求項８のヒートパイプ
    。
  10. 【請求項１０】 前記毛細管の芯が前記ヒートパイプの蒸発器として作用す
    るように、熱源と接触するヒートパイプの部分にヒートパイプ内の毛細管の芯が
    付着され、境界構造が囲まれた蒸気チャンバーを形成するヒートパイプにおいて
    、異なる材料の少なくとも２つの別々の部分を具え、前記熱源に接触するヒート
    パイプの部分に位置付けられた部分が、前記熱源と接触しないヒートパイプの部
    分に位置付けられる部分より高い熱伝導性を具えた材料で形成されるように、前
    記毛細管の芯が構成されている、ヒートパイプ。
  11. 【請求項１１】 より高い熱伝導性の前記部分が焼結された銀の粉で構成さ
    れる、請求項１０のヒートパイプ。
  12. 【請求項１２】 前記境界構造が前記ヒートパイプを貫通する少なくとも１
    つの取付け穴を含み、前記ヒートパイプを通る前記取付け穴が蒸気チャンバーに
    アクセスがないように、前記境界構造に密封された密封構造内に位置付けられる
    ことによって前記取付け穴が前記蒸気チャンバーから分離される、請求項１０の
    ヒートパイプ。
  13. 【請求項１３】 前記密封構造が境界構造にまたがる柱である、請求項１２
    のヒートパイプ。
  14. 【請求項１４】 前記密封構造が、前記境界構造の別の部分と接触し、接合
    されている境界構造の１つの部分内の窪みである、請求項１２のヒートパイプ。
  15. 【請求項１５】 前記密封された構造が、前記境界構造の端部において別の
    リップに接合されている境界構造の端部に位置付けられたリップである、請求項
    １２のヒートパイプ。
JP2000618675A 1999-05-12 2000-05-08 貫通取付け穴を具えた集積回路のヒートパイプ用熱拡散装置 Withdrawn JP2002544469A (ja)

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