JP2003060141A - 超伝熱部材およびそれを用いた冷却装置 - Google Patents
超伝熱部材およびそれを用いた冷却装置Info
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- JP2003060141A JP2003060141A JP2001249595A JP2001249595A JP2003060141A JP 2003060141 A JP2003060141 A JP 2003060141A JP 2001249595 A JP2001249595 A JP 2001249595A JP 2001249595 A JP2001249595 A JP 2001249595A JP 2003060141 A JP2003060141 A JP 2003060141A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ヒートパイプに代わる小型で設置上の制約の
少ない超伝熱部材およびそれを用いた冷却装置を提供す
る。 【解決手段】 高温領域から低温領域へ迅速に熱を運ぶ
超伝熱部材30であって、一端を前記高温領域に他端を
前記低温領域にそれぞれ熱的に結合させた全体として細
長いまたは幅広の十分な厚さをもったグラファイト成形
体から構成される。冷却装置は、そのような超伝熱部材
30を備える。
少ない超伝熱部材およびそれを用いた冷却装置を提供す
る。 【解決手段】 高温領域から低温領域へ迅速に熱を運ぶ
超伝熱部材30であって、一端を前記高温領域に他端を
前記低温領域にそれぞれ熱的に結合させた全体として細
長いまたは幅広の十分な厚さをもったグラファイト成形
体から構成される。冷却装置は、そのような超伝熱部材
30を備える。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子などを
冷却するために使用される超伝熱部材およびそれを用い
た冷却装置に関する。
冷却するために使用される超伝熱部材およびそれを用い
た冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、電子機器においては、内蔵して
いるマイクロプロセッサなどの半導体素子の安定した動
作を確保するため、半導体素子を冷却する各種の冷却シ
ステムが設けられている。その代表的なものの1つに、
ヒートパイプがある。
いるマイクロプロセッサなどの半導体素子の安定した動
作を確保するため、半導体素子を冷却する各種の冷却シ
ステムが設けられている。その代表的なものの1つに、
ヒートパイプがある。
【0003】このヒートパイプには、丸型形状や平型形
状のものなど適用形態によって様々な構造、形状のもの
が知られているが、基本的には、銅やアルミなどからな
るパイプ中に動作液として水などの冷媒を封入し、この
冷媒がパイプ内を循環することによって、熱がパイプの
一端(吸熱側)から他端(放熱側)へ運ばれるような構
造となっている。
状のものなど適用形態によって様々な構造、形状のもの
が知られているが、基本的には、銅やアルミなどからな
るパイプ中に動作液として水などの冷媒を封入し、この
冷媒がパイプ内を循環することによって、熱がパイプの
一端(吸熱側)から他端(放熱側)へ運ばれるような構
造となっている。
【0004】すなわち、ヒートパイプの吸熱側で、半導
体素子などの発熱体が発する熱により、内部の液体が蒸
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、この移動した蒸気は冷却され再び液体に戻り、
重力や毛細管作用などにより吸熱側に還流する。このよ
うな内部に封入した液体の相変換と移動によって、熱が
吸熱側から放熱側に移動し、発熱体が冷却される。
体素子などの発熱体が発する熱により、内部の液体が蒸
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、この移動した蒸気は冷却され再び液体に戻り、
重力や毛細管作用などにより吸熱側に還流する。このよ
うな内部に封入した液体の相変換と移動によって、熱が
吸熱側から放熱側に移動し、発熱体が冷却される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、電子
機器の高性能化を図るため、半導体素子の小型化、高集
積化が進んでおり、また、半導体素子間の距離も短くな
ってきている。半導体素子が高集積化されると、半導体
素子からの発熱量は増大する。一方、半導体素子間の距
離が短くなると、ヒートパイプなどを設置するスペース
に制約が生じる。このため、小型で設置上の制約の少な
いヒートパイプの開発が進められている。
機器の高性能化を図るため、半導体素子の小型化、高集
積化が進んでおり、また、半導体素子間の距離も短くな
ってきている。半導体素子が高集積化されると、半導体
素子からの発熱量は増大する。一方、半導体素子間の距
離が短くなると、ヒートパイプなどを設置するスペース
に制約が生じる。このため、小型で設置上の制約の少な
いヒートパイプの開発が進められている。
【0006】しかしながら、前述したように、ヒートパ
イプは基本的に内部に動作液を含み、これを循環させて
伝熱作用を発現させるものであるため、その小型化には
限度がある。
イプは基本的に内部に動作液を含み、これを循環させて
伝熱作用を発現させるものであるため、その小型化には
限度がある。
【0007】そこで、このようなヒートパイプに代わる
小型で設置上の制約の少ない超伝熱部材、およびそれを
用いた冷却装置が要望されている。
小型で設置上の制約の少ない超伝熱部材、およびそれを
用いた冷却装置が要望されている。
【0008】本発明はこのような要望に応えるためにな
されたもので、ヒートパイプに代わる伝熱部材であって
従来のヒートパイプに比べ小型化乃至設置上の制約を低
減可能な超伝熱部材、およびそれを用いた冷却装置を提
供することを目的とする。
されたもので、ヒートパイプに代わる伝熱部材であって
従来のヒートパイプに比べ小型化乃至設置上の制約を低
減可能な超伝熱部材、およびそれを用いた冷却装置を提
供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願の請求項1記載の超伝熱部材は、高温領域から
低温領域へ迅速に熱を運ぶ超伝熱部材であって、一端を
前記高温領域に他端を前記低温領域にそれぞれ熱的に結
合させた全体として細長いまたは幅広の十分な厚さをも
ったグラファイト成形体からなることを特徴とする。
に、本願の請求項1記載の超伝熱部材は、高温領域から
低温領域へ迅速に熱を運ぶ超伝熱部材であって、一端を
前記高温領域に他端を前記低温領域にそれぞれ熱的に結
合させた全体として細長いまたは幅広の十分な厚さをも
ったグラファイト成形体からなることを特徴とする。
【0010】上記構成の超伝熱部材においては、グラフ
ァイトという、熱伝導性に優れた材料で形成されている
ので、ヒートパイプに代わる超伝熱部材として十分に使
用可能である。しかも、ヒートパイプのように、動作液
を封入するための中空部を設けたりする必要もないの
で、ヒートパイプに比べ小型化することができ、狭いス
ペースにも十分に設置可能である。さらに、製造上の制
約も少なく様々な形状に容易に加工可能で、かつ、ヒー
トパイプに比べ製品コストを低減することができる。
ァイトという、熱伝導性に優れた材料で形成されている
ので、ヒートパイプに代わる超伝熱部材として十分に使
用可能である。しかも、ヒートパイプのように、動作液
を封入するための中空部を設けたりする必要もないの
で、ヒートパイプに比べ小型化することができ、狭いス
ペースにも十分に設置可能である。さらに、製造上の制
約も少なく様々な形状に容易に加工可能で、かつ、ヒー
トパイプに比べ製品コストを低減することができる。
【0011】本願の請求項2記載の超伝熱部材は、請求
項1記載の超伝熱部材において、前記グラファイト成形
体は、熱伝導性に異方性を有しその良好な熱伝導性を示
す方向が熱を運ぶ方向に向いていることを特徴とする。
項1記載の超伝熱部材において、前記グラファイト成形
体は、熱伝導性に異方性を有しその良好な熱伝導性を示
す方向が熱を運ぶ方向に向いていることを特徴とする。
【0012】上記構成の超伝熱部材においては、グラフ
ァイトの熱伝導性の良好な方向が熱を運ぶ方向に向いて
いるので、高い伝熱性能を備えることができる。
ァイトの熱伝導性の良好な方向が熱を運ぶ方向に向いて
いるので、高い伝熱性能を備えることができる。
【0013】本願の請求項3記載の超伝熱部材は、請求
項1または2記載の超伝熱部材において、前記グラファ
イト成形体の良好な熱伝導性を示す方向の熱伝導率が20
0〜500 W/m・Kであることを特徴とする。
項1または2記載の超伝熱部材において、前記グラファ
イト成形体の良好な熱伝導性を示す方向の熱伝導率が20
0〜500 W/m・Kであることを特徴とする。
【0014】上記構成の超伝熱部材においては、熱伝導
性が良好な方向の熱伝導率が200〜500 W/m・Kのグラフ
ァイトで形成されているので、より高い伝熱性能を備え
ることができる。
性が良好な方向の熱伝導率が200〜500 W/m・Kのグラフ
ァイトで形成されているので、より高い伝熱性能を備え
ることができる。
【0015】本願の請求項4記載の超伝熱部材は、請求
項1乃至3のいずれか1項記載の超伝熱部材において、
前記グラファイト成形体は、アルミニウムより小さい密
度を有するものであることを特徴とする。
項1乃至3のいずれか1項記載の超伝熱部材において、
前記グラファイト成形体は、アルミニウムより小さい密
度を有するものであることを特徴とする。
【0016】上記構成の超伝熱部材においては、従来の
ヒートパイプに比べ、軽量化を図ることができる。
ヒートパイプに比べ、軽量化を図ることができる。
【0017】なお、本発明の超伝熱部材は、請求項5に
記載したように、半導体装置に適用した場合に特に有用
である。
記載したように、半導体装置に適用した場合に特に有用
である。
【0018】また、本願の請求項6記載の冷却装置は、
高温領域から低温領域へ迅速に熱を運ぶ超伝熱部材であ
って、一端を前記高温領域に他端を前記低温領域にそれ
ぞれ熱的に結合させた全体として細長いまたは幅広の十
分な厚さをもったグラファイト成形体からなる超伝熱部
材を具備することを特徴とする。
高温領域から低温領域へ迅速に熱を運ぶ超伝熱部材であ
って、一端を前記高温領域に他端を前記低温領域にそれ
ぞれ熱的に結合させた全体として細長いまたは幅広の十
分な厚さをもったグラファイト成形体からなる超伝熱部
材を具備することを特徴とする。
【0019】上記構成の冷却装置においては、従来のヒ
ートパイプを用いた冷却装置に比べ、設置上の制限が減
り、最近の半導体素子の小型化、高集積化や、半導体素
子間距離の短縮化に対する対応が容易となる。
ートパイプを用いた冷却装置に比べ、設置上の制限が減
り、最近の半導体素子の小型化、高集積化や、半導体素
子間距離の短縮化に対する対応が容易となる。
【0020】上記冷却装置は、請求項7に記載したよう
に、放熱部材をさらに備えることができ、そのような放
熱部材としては、請求項8に記載したように、ヒートシ
ンクが例示される。
に、放熱部材をさらに備えることができ、そのような放
熱部材としては、請求項8に記載したように、ヒートシ
ンクが例示される。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。まず、本発明の超伝熱部材を半導体
素子の冷却装置に適用した例について記載する。すなわ
ち、図1は、本発明の超伝熱部材を用いた半導体素子冷
却装置の一例を概略的に示したものである。図1におい
て、10は、発熱体である半導体素子を示し、この半導
体素子10には、ヒートシンクのような放熱部材20
が、超伝熱部材30を介して接続されている。
を用いて説明する。まず、本発明の超伝熱部材を半導体
素子の冷却装置に適用した例について記載する。すなわ
ち、図1は、本発明の超伝熱部材を用いた半導体素子冷
却装置の一例を概略的に示したものである。図1におい
て、10は、発熱体である半導体素子を示し、この半導
体素子10には、ヒートシンクのような放熱部材20
が、超伝熱部材30を介して接続されている。
【0022】超伝熱部材30は、熱伝導性に異方性を有
しその良好な熱伝導性を示す方向の熱伝導率が200〜500
W/m・K、密度が1.2〜2 g/cm3で、熱伝導性の良好な方
向が長さ乃至幅方向に向いており、かつ、厚さ0.1〜1mm
のシート状のグラファイト成形体により構成されてい
る。
しその良好な熱伝導性を示す方向の熱伝導率が200〜500
W/m・K、密度が1.2〜2 g/cm3で、熱伝導性の良好な方
向が長さ乃至幅方向に向いており、かつ、厚さ0.1〜1mm
のシート状のグラファイト成形体により構成されてい
る。
【0023】このような超伝熱部材30においては、伝
熱方向の熱伝導率が200〜500 W/m・Kと高いため、半導
体素子10からの熱を放熱部材20に速やかに伝達する
ことができる。したがって、従来のヒートパイプに比べ
小型化、薄肉化を図ることができる。また、密度が1.2
〜2 g/cm3と、従来のヒートパイプを構成するアルミニ
ウム(密度2.70 g/cm3)や銅(密度8.96 g/cm3)などに
比べ小さいため、従来のヒートパイプに比べ軽量化が可
能である。しかも、構成が簡単であるため容易に製造す
ることができ、従来のヒートパイプに比べ製品コストを
低減することができる。さらに、グラファイトは導電性
を有するため、電磁シールド材としても機能させること
ができるという効果も有する。
熱方向の熱伝導率が200〜500 W/m・Kと高いため、半導
体素子10からの熱を放熱部材20に速やかに伝達する
ことができる。したがって、従来のヒートパイプに比べ
小型化、薄肉化を図ることができる。また、密度が1.2
〜2 g/cm3と、従来のヒートパイプを構成するアルミニ
ウム(密度2.70 g/cm3)や銅(密度8.96 g/cm3)などに
比べ小さいため、従来のヒートパイプに比べ軽量化が可
能である。しかも、構成が簡単であるため容易に製造す
ることができ、従来のヒートパイプに比べ製品コストを
低減することができる。さらに、グラファイトは導電性
を有するため、電磁シールド材としても機能させること
ができるという効果も有する。
【0024】上記超伝熱部材30の製造にあたっては、
フレーク状のグラファイトを圧延ローラで多段に加圧す
るなどして上記条件を満足するように配向させて厚板状
またはシート状のグラファイトを得、これを切削加工す
る方法、フレーク状のグラファイトを所定の形状に押出
成形する方法などを用いることができる。
フレーク状のグラファイトを圧延ローラで多段に加圧す
るなどして上記条件を満足するように配向させて厚板状
またはシート状のグラファイトを得、これを切削加工す
る方法、フレーク状のグラファイトを所定の形状に押出
成形する方法などを用いることができる。
【0025】なお、本発明において、超伝熱部材30を
構成するグラファイト成形体の形状は、特に限定される
ものではない。
構成するグラファイト成形体の形状は、特に限定される
ものではない。
【0026】また、本発明においては、柔軟性をより高
めるためシート状のグラファイト成形体の片面もしくは
両面に高熱伝導性の粘着剤を塗布したり、表面を保護絶
縁する目的でポリエステルのような耐熱に優れたプラス
チックフィルムを貼着するようにしてもよい。粘着剤層
は本来の粘着剤としての機能も併せ有する。
めるためシート状のグラファイト成形体の片面もしくは
両面に高熱伝導性の粘着剤を塗布したり、表面を保護絶
縁する目的でポリエステルのような耐熱に優れたプラス
チックフィルムを貼着するようにしてもよい。粘着剤層
は本来の粘着剤としての機能も併せ有する。
【0027】本発明の超伝熱部材は、ヒートパイプと同
様、以上説明したような、半導体素子10からの熱を半
導体素子10から離間した位置に設けられた放熱部材2
0に伝達する伝熱部材としてだけでなく、ヒートシンク
や放熱板などの各種放熱部材に埋設あるいは当接配置さ
れて熱を拡散させる部材としても使用することができ
る。
様、以上説明したような、半導体素子10からの熱を半
導体素子10から離間した位置に設けられた放熱部材2
0に伝達する伝熱部材としてだけでなく、ヒートシンク
や放熱板などの各種放熱部材に埋設あるいは当接配置さ
れて熱を拡散させる部材としても使用することができ
る。
【0028】図2および図3にそのような例を示す。す
なわち、図2は、本発明の超伝熱部材を用いた半導体素
子冷却装置の他の例を示したものである。
なわち、図2は、本発明の超伝熱部材を用いた半導体素
子冷却装置の他の例を示したものである。
【0029】図2に示すように、この例では、半導体素
子10上に、ヒートシンク20が配設されているが、こ
のヒートシンク20の底板部21の下面には、前述した
ようなグラファイト成形体からなる超伝熱部材30が配
設されている。
子10上に、ヒートシンク20が配設されているが、こ
のヒートシンク20の底板部21の下面には、前述した
ようなグラファイト成形体からなる超伝熱部材30が配
設されている。
【0030】この例においては、半導体素子10の動作
によって発生した熱は、超伝熱部材30によって水平方
向に速やかに拡散され、ヒートシンク20の放熱フィン
22に伝熱されて表面から放散される。
によって発生した熱は、超伝熱部材30によって水平方
向に速やかに拡散され、ヒートシンク20の放熱フィン
22に伝熱されて表面から放散される。
【0031】また、図3に示す例では、半導体素子10
の上面に超伝熱部材30が配置され、さらにこの上にア
ルミからなる放熱板40が当接配置されている。図3に
おいて、50は半導体素子10の実装基板である。
の上面に超伝熱部材30が配置され、さらにこの上にア
ルミからなる放熱板40が当接配置されている。図3に
おいて、50は半導体素子10の実装基板である。
【0032】この例においては、半導体素子10の動作
によって発生した熱は、超伝熱部材30によって放熱板
40全体に速やかに伝熱され放熱される。
によって発生した熱は、超伝熱部材30によって放熱板
40全体に速やかに伝熱され放熱される。
【0033】なお、本発明の超伝熱部材は、上述した半
導体素子10に限らず、従来のヒートパイプが一般に使
用されている用途に広く用いることができる。
導体素子10に限らず、従来のヒートパイプが一般に使
用されている用途に広く用いることができる。
【0034】
【実施例】次に、本発明の実施例を記載するが、本発明
はこの実施例に限定されるものでないことはいうまでも
ない。
はこの実施例に限定されるものでないことはいうまでも
ない。
【0035】実施例
予め酸処理したフレーク状の天然グラファイトを、約30
00℃に加熱して発泡させた後、多段に配置した圧延ロー
ラで圧延して厚さ0.75mmのシートを得た。
00℃に加熱して発泡させた後、多段に配置した圧延ロー
ラで圧延して厚さ0.75mmのシートを得た。
【0036】得られたシートについて、熱伝導率(長さ
−幅方向および厚さ方向)および熱抵抗を測定したとこ
ろ、長さ−幅方向の熱伝導率が200 W/m・K、厚さ方向の
熱伝導率が12 W/m・K、熱抵抗が0.03℃・in2/Wであっ
た。
−幅方向および厚さ方向)および熱抵抗を測定したとこ
ろ、長さ−幅方向の熱伝導率が200 W/m・K、厚さ方向の
熱伝導率が12 W/m・K、熱抵抗が0.03℃・in2/Wであっ
た。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の超伝熱部
材によれば、グラファイトという熱伝導性に優れた材料
で形成されているので、従来のヒートパイプに代わる小
型で設置上の制約の少ない超伝熱部材として使用するこ
とができる。
材によれば、グラファイトという熱伝導性に優れた材料
で形成されているので、従来のヒートパイプに代わる小
型で設置上の制約の少ない超伝熱部材として使用するこ
とができる。
【0038】また、本発明の冷却装置によれば、上記超
伝熱部材を備えているので、従来のヒートパイプを用い
た冷却装置に比べ、設置上の制限が減り、最近の半導体
素子の小型化、高集積化や、半導体素子間距離の短縮化
にも容易に対応可能となる。
伝熱部材を備えているので、従来のヒートパイプを用い
た冷却装置に比べ、設置上の制限が減り、最近の半導体
素子の小型化、高集積化や、半導体素子間距離の短縮化
にも容易に対応可能となる。
【図1】本発明の一実施形態を概略的に示す上面図。
【図2】本発明の他の実施形態を示す側面図。
【図3】本発明のさらに他の実施形態を示す側面図。
10………半導体素子
20………放熱部材/ヒートシンク
30………超伝熱部材
40………放熱板
Claims (8)
- 【請求項1】 高温領域から低温領域へ迅速に熱を運ぶ
超伝熱部材であって、 一端を前記高温領域に他端を前記低温領域にそれぞれ熱
的に結合させた全体として細長いまたは幅広の十分な厚
さをもったグラファイト成形体からなることを特徴とす
る超伝熱部材。 - 【請求項2】 前記グラファイト成形体は、熱伝導性に
異方性を有しその良好な熱伝導性を示す方向が熱を運ぶ
方向に向いていることを特徴とする請求項1記載の超伝
熱部材。 - 【請求項3】 前記グラファイト成形体の良好な熱伝導
性を示す方向の熱伝導率が200〜500 W/m・Kであること
を特徴とする請求項1または2記載の超伝熱部材。 - 【請求項4】 前記グラファイト成形体は、アルミニウ
ムより小さい密度を有することを特徴とする請求項1乃
至3のいずれか1項記載の超伝熱部材。 - 【請求項5】 前記高温領域は、半導体装置を含むこと
を特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の超伝
熱部材。 - 【請求項6】 高温領域から低温領域へ迅速に熱を運ぶ
超伝熱部材であって、一端を前記高温領域に他端を前記
低温領域にそれぞれ熱的に結合させた全体として細長い
または幅広の十分な厚さをもったグラファイト成形体か
らなる超伝熱部材を具備することを特徴とする冷却装
置。 - 【請求項7】 前記低温領域に放熱部材が設けられてい
ることを特徴とする請求項6記載の冷却装置。 - 【請求項8】 前記放熱部材が、ヒートシンクであるこ
とを特徴とする請求項7記載の冷却装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001249595A JP2003060141A (ja) | 2001-08-20 | 2001-08-20 | 超伝熱部材およびそれを用いた冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003060141A true JP2003060141A (ja) | 2003-02-28 |
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ID=19078573
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001249595A Pending JP2003060141A (ja) | 2001-08-20 | 2001-08-20 | 超伝熱部材およびそれを用いた冷却装置 |
Country Status (1)
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---|---|
JP (1) | JP2003060141A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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2001
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