JP2003309238A - タワー型ヒートシンク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱的特性に優れしかも、生産性に優れたタワ
ー型ヒートシンクを提供する。 【解決手段】 管状の複数本のヒートパイプ３がベース
部２に立設され、そのヒートパイプ３におけるベース部
２とは反対側の端部側に複数のフィン１０が装着された
タワー型ヒートシンク１２において、前記ベース部２に
電子部品１が熱伝達可能に取り付けられ、その電子部品
１が基板６に対して非接触状態となるように前記ベース
部２が前記基板６に搭載され、その基板６の周縁部を保
持してベース部２に対して固定する固定部材７が設けら
れるとともに、その固定部材７とベース部２との間にプ
ラスチックシート８が介在されている。また、ヒートパ
イプ３がベース部２に沿わせた蒸発部とその蒸発部に対
して湾曲させられたベース部２に対して立設されている
凝縮部とを備え、フィン１０が装着されていない湾曲部
分で、ベース部２の表面から所定高さの部分をフィン１
０と平行な方向の送風に対して遮断する遮蔽壁１１が設
けられている。

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、ベース部に立設
した伝熱部材に放熱フィンを取り付けた構造のタワー型
ヒートシンクに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ヒートシンクは発熱部材もしく
は高温部に接触させられて、これら発熱部材や高温部の
実質的な放熱面積を拡大する機能を備えたものである。
したがって、この種のヒートシンクにおいては、放熱面
を形成するフィンが可及的に多数設けられていればよい
が、冷却対象物に対する汎用性を持たせるためにベース
部にフィンを装着した構造のものが一般に使用されてい
る。しかしながら、ベース部に薄板状のフィンを多数取
り付けることは困難であるため、放熱フィンの枚数、す
なわち実質的な放熱面積が制約を受ける不都合があっ
た。

【０００３】これに対して、ベース部に支柱などの伝熱
部材を立設し、その伝熱部材に放熱フィンを取り付けた
構造のタワー型ヒートシンクにおいては、フィンを伝熱
部材に嵌合させるなどのことにより、多数の放熱フィン
を設けることができるので、その枚数や放熱面積の制約
が少なくなる利点がある。この種のタワー型ヒートシン
クの一例が米国特許第５，４１２，５３５号明細書に記
載されており、このヒートシンクは前記伝熱部材として
ヒートパイプもしくは、ベ−パーチャンバーを用いたも
のである。すなわち、ベース部に中空のコンテナを立設
し、その内部をヒートパイプ化する一方、そのコンテナ
の外面に多数のフィンを嵌合させたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のヒートパイプ式のタワー型ヒートシンクにおい
ては、台形のヒートパイプもしくはベ−パーチャンバー
が、ベース部からフィンへの熱伝達を媒介し、しかもそ
の熱伝達が作動流体の潜熱の形で行われるので、ベース
部から放熱フィンに至る部分での熱抵抗を小さくするこ
とができる。しかしながら、フィンが取り付けられてい
るヒートパイプもしくはベ−パーチャンバーが、多数の
フィンを取り付ける支柱としての機能を兼ね備える必要
があるから、ヒートパイプあるいはベ−パーチャンバー
としての熱的特性のみで、その構造を決めることができ
ず、その結果、構造が特殊なものとなるので製造性に欠
ける不都合があった。特に上記の明細書に記載された構
造では、ヒートパイプもしくはベ−パーチャンバーを一
本設けた構造であるから、そのヒートパイプもしくはベ
−パーチャンバーを台形のものとせざるをえず、この点
でも構造が特殊化され、生産性に欠ける不都合があっ
た。

【０００５】さらにまた、上記従来のタワー型ヒートシ
ンクでは、ヒートパイプ用コンテナもしくはベ−パーチ
ャンバー用コンテナが下端で開口した形状であり、その
開口端をベース部で密封する構造であるから、作動流体
がベース部に直接接触することによる熱抵抗の低減を計
ることができるもののベース部とヒートパイプもしく
は、ベ−パーチャンバーとを同時に組み立てなければな
らず、その点での構造の特殊化に加えヒートパイプもし
くはベーパーチャンバーの密封に特殊な技術が要求さ
れ、コストの低廉化を計ることが困難であった。

【０００６】この発明は、上記の技術的課題に着目して
なされたものであって、熱的特性に優れしかも、生産性
に優れたタワー型ヒートシンクを提供することを目的と
するものである。

【０００７】

【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、請求項１の発明は、
管状の複数本のヒートパイプがベース部に立設され、そ
のヒートパイプにおけるベース部とは反対側の端部側に
複数のフィンが装着されたタワー型ヒートシンクにおい
て、前記ベース部に発熱部材が熱伝達可能に取り付けら
れ、その発熱部材が所定の基板部に対して非接触状態と
なるように前記ベース部が前記基板部に搭載され、その
基板部の周縁部を保持してベース部に対して固定する固
定部材が設けられるとともに、その固定部材とベース部
との間に断熱層が介在されていることを特徴とするタワ
ー型ヒートシンクである。

【０００８】したがって、請求項１の発明では、タワー
型ヒートシンクにおいて、ベース部自体に固定する機能
を持たせないので発熱部材、または所定の基板部とベー
ス部との固定の構造が簡単になる。また、固定部材と前
記ベース部との間に断熱層が介在されているので、前記
発熱部材が非接触状態となっている前記基板部への熱伝
達が防止される。

【０００９】また、請求項２の発明は、請求項１の構成
に加えて、前記ヒートパイプが前記ベース部に沿わせた
蒸発部とその蒸発部に対して湾曲させられた前記ベース
部に対して立設されている凝縮部とを備え、前記フィン
が前記湾曲している部分よりも先端部側に装着されてお
り、かつフィンが装着されていない部分で、前記ベース
部の表面から所定高さの部分を前記フィンと平行な方向
の送風に対して遮断する遮蔽壁が設けられていることを
特徴とするタワー型ヒートシンクである。

【００１０】したがって、請求項２の発明では、強制冷
却のときに、ヒートパイプのフィンが装着されていない
部分が、遮蔽壁によって空気流から遮蔽されている。そ
のため、前記空気流がフィンを迂回することを防止でき
る。換言すれば、フィンを密にしても送風された空気が
フィンを通過する。

【００１１】

【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に示す例は、ＬＳＩなどの電
子部品１を冷却するように構成した例であり、図１はそ
の全体的な構成を示す正面図である。図１において、発
熱部材に相当する電子部品１を熱授受可能に接触させる
ベース部２が、銅もしくはその合金などの熱伝導性の良
好な金属によって平板状に形成されている。そのベース
部２の下面が電子部品１を接触もしくは接合させる面と
されている。

【００１２】ベース部２の表面には、凹溝２Ａが設けら
れている。この凹溝２Ａに、ヒートパイプ３の基端部４
が嵌め込まれており、ヒートパイプ３の基端部４のうち
前記凹溝２Ａから突出している部分を上部カバー５が覆
っており、ベース部２の表面に密着固定されている。し
たがって、基端部４は、ベース部２および上部カバー５
によって狭持されている。

【００１３】ベース部２の周縁には、基板６と固定する
固定部材７が接続されている。固定部材７はアルミニウ
ムもしくはその合金などの材料から形成されている。す
なわち、固定部材７よりもベース部２の方が熱伝導性に
優れている構成とされており、ベース部２に熱が集まり
易くなっている。また、ベース部２と固定部材７との間
には、プラスチックシート８が設けられており、いわゆ
る断熱層とされている。

【００１４】ヒートパイプ３は、ほぼ直角に湾曲されて
Ｌ字状に形成されている。このＬ字状の一方の端部周辺
が基端部４とされており、ベース部２と上部カバ−５と
によって狭持されて、固定されている。

【００１５】また、ヒートパイプ３の前記Ｌ字状の他方
の端部である先端部９周辺には、放熱のための多数のフ
ィン１０が設けられており、放熱部とされている。この
フィン１０は、アルミニウムあるいはその合金などの金
属からなる環状をなす薄板状の部材であり、ヒートパイ
プ３に嵌合させるための三つの取付孔１０Ａが形成され
ている。各フィン１０は、ヒートパイプ３に嵌合させら
れた状態で、ヒートパイプ３の前記他方の端部の直角方
向に、平行に所定の間隔で配置され、ハンダ付けあるい
はカシメなどの適宜の手段でヒートパイプ３に固定され
ている。このフィン１０同士の間隙が、図示しないファ
ン等で強制冷却を行った際の通風路となっている。

【００１６】ヒートパイプ３の前記Ｌ字状の湾曲部分５
Ａの周辺は、フィン１０が設けられていない部分とされ
ている。すなわち、基端部４または放熱部以外の部分と
されている。このヒートパイプ３における湾曲部分５Ａ
を囲むようにベース部２に壁部が設けられており、遮蔽
壁１１とされている。言い換えると、図示しないファン
等で送風した際のフィン１０の通風方向において、通風
路以外の部分を塞ぐように遮蔽壁１１が、ベース部２の
表面に立設されている。

【００１７】ヒートパイプ３の先端部９は、ベース部２
の表面方向に湾曲部分５Ａを挟んで一個置きに配置され
ている。したがって、ヒートパイプ３がベース部２の表
面上で、平行に隣接する他のヒートパイプ３と互いに反
対の向きに配置されている。その結果、ベース部２の表
面上で先端部９を頂点とした三角形が形成されている。
この状態を図４に示す。

【００１８】上述のような構成で、タワー型ヒートシン
ク１２が形成されている。

【００１９】上述のタワー型ヒートシンク１２が使用さ
れた状態を説明する。まず、タワー型ヒートシンク１２
を電子部品１に取り付ける。このとき、電子部品１とベ
ース部２とが接触する。この電子部品１が動作を行うこ
とにより熱が生じる。電子部品１に生じた熱は、ベース
部２に伝達される。このベース部２には、管状の複数本
のヒートパイプ３の基端部４が、ベース部２に設けられ
ている凹溝２Ａに嵌め込まれて固着されているので、ヒ
ートパイプ３とベース部２との熱伝達面積が広くなって
いる。そのため、ベース部２の熱が効率良くヒートパイ
プ３に伝達され、フィン１０まで熱輸送される。

【００２０】また、ヒートパイプ３の基端部４が、ベー
ス部２および上部カバ−５によって狭持されているの
で、基端部４の外面全体がベース部２との間の熱伝達面
となり、熱抵抗が小さくなる。その結果、電子部品１に
生じた熱が、効率よくフィン１０まで熱輸送される。

【００２１】また、ベース部２と固定部材７との間に
は、プラスチックシート８が設けられており、いわゆる
断熱層とされている。したがって、ベース部２から固定
部材７を経由する基板６への熱伝達が防止される。

【００２２】一方、図示しないファン等によって放熱部
が送風されて強制冷却される。放熱部には、平行に配置
された薄板状のフィン１０が多数設けられているので、
タワー型ヒートシンク１２の放熱面積が増加される。

【００２３】前記ヒートパイプ３の先端部９は、三角形
の頂点とされている。そのため、ヒートパイプ３および
フィン１０およびベース部２が、いわゆる枠組構造にな
るので、タワー型ヒートシンク１２の強度が向上する。

【００２４】また、ベース部２自体に固定する機能を持
たせないので電子部品１、または所定の基板６とベース
部２との固定の構造が簡単になる。

【００２５】また、前記拡散によるベース部２の温度降
下が低減される。そのため、基端部４の周辺が高温に保
持される。同時に、ベース部２の熱が基端部４に伝達さ
れる。基端部４に伝達された熱は、ヒートパイプ３の内
部の作動流体によって、放熱部に熱輸送される。この放
熱部に輸送された熱はフィン１０に伝達される。

【００２６】このとき、ヒートパイプ３の基端部４また
は放熱部以外の剥き出しの湾曲部分５Ａが、ベース部２
に立設されている遮蔽壁１１によって前記空気流から遮
蔽されている。そのため、前記空気流がフィン１０を迂
回することが防止される。換言すれば、フィン１０がヒ
ートパイプ３に密に配置されても、送風された空気がフ
ィン１０を通過する。

【００２７】上述の具体例によると、タワー型ヒートシ
ンク１２において、管状の複数本のヒートパイプ３の基
端部４が、ベース部２の表面に沿わせて固着されている
ので、ベース部２とヒートパイプ３との熱伝達面積が広
くなる。そのため、ベース部２からヒートパイプ５に効
率良く熱を伝達することができる。また、ヒートパイプ
５とベース部２との固定部分が大きく形成されているの
で、前記ヒートパイプ５とベース部２とを固定し易くす
ることができる。その結果、タワー型ヒートシンク１２
の生産性を向上することができる。

【００２８】また、ヒートパイプ３の湾曲部分５Ａが、
ベース部２に立設されている遮蔽壁１１によって送風さ
れた空気から遮蔽されている。そのため、前記空気流が
フィン１０を迂回することが防止されて、前記送風され
た空気がフィン１０を通過するので、タワー型ヒートシ
ンク１２の放熱性を向上することができる。また、遮蔽
壁１１によってフィン１０の設けられた放熱部を独立さ
せることができる。その結果、前記ヒートパイプ５の湾
曲部分にフィン１０を設ける必要がなくなるので、タワ
ー型ヒートシンク１２の生産性を向上することができ
る。

【００２９】また、ベース部２自体に固定する機能を持
たせないので電子部品１、または所定の基板６とベース
部２との固定の構造が簡単になる。そのため、タワー型
ヒートシンク１２の製造性を向上することができる。ま
た、ベース部２に電子部品１が固定されているので、電
子部品１に生じた熱を効率良くベース部２に伝導するこ
とができる。したがって、タワー型ヒートシンク１２の
熱的特性を向上することができる。

【００３０】また、ベース部２の表面に密着固定された
上部カバー５によって、前記ヒートパイプ３の基端部４
の外面全体がベース部２との間の熱伝達面となり、熱抵
抗が小さくなる。その結果、タワー型ヒートシンク１２
の熱的特性を向上することができる。また、上部カバー
５とベース部２とによってヒートパイプ３の固定の際に
仮止めできる。その結果、タワー型ヒートシンク１２の
製造時に、フィン１０の取り付け等の微調整を行うこと
ができる。そのため、タワー型ヒートシンク１２の生産
性を向上することができる。

【００３１】また、前記ヒートパイプ３の先端部９が、
多角形の頂点とされていることにより、そのため、ヒー
トパイプ３およびフィン１０およびベース部２が、いわ
ゆる枠組構造になるので、タワー型ヒートシンク１２の
強度を向上することができ、仮止め等を行うことができ
る。したがって、タワー型ヒートシンク１２の生産性を
向上することができる。また、フィン１０同士の間隔を
大きく形成できるので、薄板状のフィン１０は放熱面積
の広いフィンを使用することができる。その結果、タワ
ー型ヒートシンク１２の放熱性を向上することができ
る。

【００３２】また、ベース部２と固定部材７との間に、
プラスチックシート８が設けられて断熱層とされている
ので、ベース部２に伝達された大部分の熱がベース部２
に拡散されずに、基端部４に伝達される。したがって、
前記拡散による温度降下を減少することができる。その
ため、基端部４の周辺を高温に保持することができる。
基端部４の周辺が高温に保たれると、ヒートパイプ３内
部の作動流体の沸騰および蒸発が効率よく行われる。そ
の結果、ヒートパイプ３の熱輸送の効率を向上すること
ができる。すなわち、タワー型ヒートシンク１２の放熱
性を向上することができる。そのため、基板６を熱保護
するためのカバー等を固定部材７に設ける必要がなくな
る。したがって、タワー型ヒートシンク１２の生産性を
向上することができる。

【００３３】また、放熱部に薄板状のフィン１０が多数
設けられているので、放熱面積を増加することができ
る。その結果、タワー型ヒートシンク１２の放熱性を向
上することができる。

【００３４】また、ヒートパイプ３が伝熱管とされてい
ることにより、熱の移動がヒートパイプ３の内部の作動
流体の潜熱としておこなわれるので、フィン１０に対す
る熱の移動が促進され、その結果、放熱効率を向上させ
ることができる。

【００３５】また、ベース部２がの固定部材７よりも熱
伝導性の良い材料で形成されているので、電子部品１か
らベース部２に伝達される大部分の熱を、基端部４に伝
達することができるので、電子部品１に生じた熱を放熱
部まで効率よく熱輸送することができる。したがって、
タワー型ヒートシンク１２の放熱性を向上することがで
きる。

【００３６】なお、この発明は上記の具体例に限定され
ない。すなわち、この発明における断熱層は、上述した
プラスチックシート８による断熱層に限られないのであ
って、例えば、ベース部２と固定部材７との間に隙間が
設けられて、前記隙間に介在する空気によって断熱され
る断熱層が形成されていてもよい。要は、ベース部と固
定部材との間が断熱層が形成されていればよい。

【００３７】また、上記の具体例のタワー型ヒートシン
ク１２では、三本のＬ字状に湾曲された形状のヒートパ
イプ３が使用されたが、この発明のタワー型ヒートシン
クは、上述のヒートパイプの形状および本数に限定され
ない。例えば、Ｕ字状に湾曲された形状のヒートパイプ
を使用し、その中間部をベース部に固定する構成として
もよい。

【００３８】さらに、上記の具体例のタワー型ヒートシ
ンク１２では、ヒートパイプ３の湾曲部分５Ａが、遮蔽
壁１１によって空気流から遮蔽されたが、この遮蔽壁の
構成は、上述の遮蔽壁１１の構成に限定されない。例え
ば、各ヒートパイプ３の前記部分の周囲をフィルム状の
部材によって覆って前記空気流から遮蔽してもよい。要
は、ヒートパイプのフィンが配列されていない部分が空
気流から遮蔽されていればよく、その遮蔽壁は任意の部
材でよい。

【００３９】ところで、この発明では、ヒートパイプを
立設したベース部を固定部材によって基板に固定するよ
うに構成されている。したがってこの発明では、ベース
部を、発熱部材を取り付けることのできる範囲で小型化
することができる。そのため、ベース部は熱伝導性のよ
い金属とし、固定部材は安価な素材によって構成するこ
とができる。例えばベース部を銅製とし、固定部材をア
ルミニウム製とすることができる。こうすることによ
り、ヒートシンクの全体としてのコストを低廉化するこ
とができる。その場合、上記の断熱層を介在させなくて
もよい。また、発熱部材は、基板に取り付けられるな
ど、基板部に接触していてもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、タワー型ヒートシンクにおいて、固定部材とベー
ス部との間に断熱層が設けられているので、発熱部材か
ら基板部への熱伝達を防止することができ、そのため基
板への熱影響を防止もしくは抑制することができる。

【００４１】また、請求項２の発明によれば、請求項１
の効果に加えて、強制冷却のときに、ヒートパイプのフ
ィンが装着されていない部分が、遮蔽壁によって空気流
から遮蔽されている。そのため、前記空気流がフィンを
迂回することが防止され、その結果、送風された空気が
フィンを通過するので、フィンから効率良く放熱するこ
とができる。その結果、タワー型ヒートシンクの熱的特
性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明のタワー型ヒートシンクの一例を示
す図である。

【図２】 図１における発明の要部の拡大図である。

【図３】 この発明のヒートパイプの一例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…電子部品、 ２…ベース部、 ３…ヒートパイプ、
６…基板、 ７…固定部材、 ８…プラスチックシー
ト、 １０…フィン、 １１…遮蔽壁、 １２…タワー
型ヒートシンク。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管状の複数本のヒートパイプがベース部
   に立設され、そのヒートパイプにおけるベース部とは反
   対側の端部側に複数のフィンが装着されたタワー型ヒー
   トシンクにおいて、 前記ベース部に発熱部材が熱伝達可能に取り付けられ、
   その発熱部材が所定の基板部に対して非接触状態となる
   ように前記ベース部が前記基板部に搭載され、その基板
   部の周縁部を保持してベース部に対して固定する固定部
   材が設けられるとともに、その固定部材とベース部との
   間に断熱層が介在されていることを特徴とするタワー型
   ヒートシンク。
2. 【請求項２】 前記ヒートパイプが前記ベース部に沿わ
   せた蒸発部とその蒸発部に対して湾曲させられた前記ベ
   ース部に対して立設されている凝縮部とを備え、前記フ
   ィンが前記湾曲している部分よりも先端部側に装着され
   ており、かつフィンが装着されていない部分で、前記ベ
   ース部の表面から所定高さの部分を前記フィンと平行な
   方向の送風に対して遮断する遮蔽壁が設けられているこ
   とを特徴とする請求項１に記載のタワー型ヒートシン
   ク。