JP2004293830A - ヒートパイプ式放熱ユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】異なる高発熱量を有する単数もしくは複数の半導体素子を省スペースで冷却でき、信頼性を向上したヒートパイプ式放熱ユニットを提供する。
【解決手段】ヒートパイプを用いたヒートパイプ式放熱ユニットにおいて、単数もしくは複数の熱源から一箇所の放熱部へ熱を移送するため、各熱源と放熱部との間をヒートパイプで結び、前記単数もしくは複数のヒートパイプを放熱装置が配置されている放熱部において重ねて配置し、前記ヒートパイプとして、細孔トンネルプレート型ヒートパイプを用い、前記放熱装置として、少なくとも２セットのコルゲートフィンを交互にずらして配置するか、もしくは前記放熱装置として、コルゲートフィンの折り曲げ面の一部を削り、前記放熱装置にファンを組合わせた構成とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電子部品などの高発熱半導体素子の熱をヒートパイプを用いて放熱するヒートパイプ式放熱ユニットに関する。特に狭い空間に配置された高発熱半導体素子の熱を放熱するためのヒートパイプ式放熱ユニットに関する。
【０００２】
【従来技術】
近年は電子機器の処理性能の高速化が著しく、半導体の発熱量も急速に大きくなっている。特に電子機器装置では、ＩＧＢＴや小型集積回路などの高発熱半導体素子をプリント基板上に高密度で実装し、このプリント基板を非常に狭い筐体内に配置するようになっている。このような高発熱半導体素子の熱対策としてコンピュ−タ等の空冷電子機器装置では一般に個々の高発熱半導体素子に対して、フィンと冷却ファンを一体化した冷却構造体もしくは冷却するために十分な大きさを持ったフィンを搭載して、高い発熱量を有する個々の半導体素子を集中して冷却することが行われている。
【０００３】
例えば、ファン付きフィンを用いた冷却方法については、特開平７−２３５６２３に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２３５６２３
【特許文献２】
特開平１０−６６３０５
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電子機器装置を小型化するためには、プリント基板上に高集積化された電子部品を高密度で実装し、狭い隙間に配置する必要があり、これに伴って発生する発熱密度も大幅に増大している。このため、電子機器装置内での発熱量が著しく増大するにもかかわらず、電子機器装置の小型化により、内部には個々の高発熱半導体素子に放熱装置を配置するだけの十分なスペースが取れないという問題が発生した。
従って、電子機器内のスペースに合った大きさのファン付きヒートシンクやフィンしか配置することができず、発熱素子から十分に熱を放熱することができず、ＩＧＢＴや小型集積回路などの高発熱半導体素子の温度が上昇し、動作しなくなったり、最悪の場合には破壊してしまうという問題が発生した。また、仮に各素子を個別に冷却することができたとしても、狭い筐体内に詰め込んで様々な部品が配置されているため、高温になった筐体内の空気が筐体外に排出されずらくなり、発熱素子の冷却効率を落としてしまうという問題も発生する可能性があった。また、別途筐体に筐体内の空気を排気するためのファンを取り付けた場合、該ファンを取り付けるための空間が必要になり、省スペース化のためには問題となった。
以上のように、従来の空冷方式では配置スペースが十分に取ることができず、冷却能力に限界がきている。しかし、放熱器の実装スペースはますます狭くなりつつあり、電子機器装置の熱放散は極めて困難な状況になってきている。
従って、上記従来技術の様に個々の発熱素子にファン付きフィンや単独のフィンを取り付けたのでは、電装機器の小型化のために困難になってきている。
【０００６】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、異なる高発熱量を有する単数もしくは複数の半導体素子を省スペースで冷却でき、信頼性を向上したヒートパイプ式放熱ユニットを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、ヒートパイプを用いたヒートパイプ式放熱ユニットにおいて、単数もしくは複数の熱源から一箇所の放熱部へ熱を移送するため、各熱源と放熱部との間をヒートパイプで結び、前記単数もしくは複数のヒートパイプを放熱装置が配置されている放熱部において重ねたことを特徴とする。
請求項２の発明によれば、前記ヒートパイプとして、細孔トンネルプレート型ヒートパイプを用いたことを特徴とする。
請求項３の発明によれば、前記放熱装置として、少なくとも２セットのコルゲートフィンを交互にずらして配置したことを特徴とする。
請求項４の発明によれば、前記放熱装置として、コルゲートフィンの折り曲げ面の一部を削ったことを特徴とする。
請求項５の発明によれば、前記放熱装置にファンを組合わせたことを特徴とする。
【０００８】
【実施例】
図１、図２及び図３は、本発明によるヒートパイプ式放熱ユニットの第一実施例である。図１は第１実施例の正面図、図２は第１実施例のＡ方向から見た図、図３はＢ方向から見た横断面図である。
【０００９】
本実施例による放熱ユニットにおける細孔トンネルプレート型ヒートパイプ１０１は、例えば図９及び１０の様な蛇行細孔トンネルプレート型ヒートパイプもしくは平行細孔トンネルプレート型ヒートパイプで構成されている。これら細孔トンネルプレート型ヒートパイプについて蛇行細孔トンネルプレート型ヒートパイプを例にとって説明する。なお、ここで、蛇行細管ヒートパイプとは、以下の特性を有するヒートパイプのことである（特開平４−１９００９０号参照）。
（１）細管（熱媒体通路）の両端末が相互に流通自在に連結されて密閉されている。
（２）細管のある部分は受熱部、他のある部分は放熱部となっている。
（３）受熱部と放熱部が交互に配設されており、両部の間を細管が蛇行している。
（４）細管内には２相凝縮性作動流体が封入されている。
（５）細管の内壁は、上記作動流体が常に管内を閉塞した状態のままで循環又は移動することが出来る最大流体直径以下の直径である。
このような細管ヒートパイプを用いることにより、発熱体への細管ヒートパイプの取り付け姿勢に関係なく熱輸送させることができる。
【００１０】
プレート型の蛇行細孔トンネルプレート型ヒートパイプは、アルミニウムやマグネシウム等の軽金属の多孔扁平管を用いる。この多孔扁平管５１（６１）は、全体として平板状の外形を有し、内部に平行に配置された多数の貫通細孔５７ａ及び５７ｂ（６８ａ及び６８ｂ）が押し出し成形により形成されている。貫通細孔の端面の隔壁を所定の深さだけ切除し、反対側の端面でも切除する。各細孔は端部で連通して一連の蛇行トンネル（熱媒体通路）となり、ここに作動流体が封入される。
この細孔トンネルプレート型ヒートパイプ１０１のプレート平面部に図１、図２及び図３に見る様に銅などの熱伝導性のよい金属板でできたコルゲート形状の放熱フィン１０３及び１０５を半田やろう付けの方法により固着し、容易に放熱ユニットを製作することができる。コルゲートフィン１０３及び１０５は１０３の山部と１０５の谷部が互いに隣り合うように配置される。さらにコルゲートフィンに対して細孔トンネルプレート型ヒートパイプ１０１と反対側にはコルゲートフィンを空冷するためのファン１０７が配置される。このような構成にすることにより、ファンからの風は互いに山と谷が隣り合うように配置したコルゲート形状の放熱フィン１０３及び１０５の表と裏の両面に風が流れることにより放熱効率を上げることができる。
１１３は発熱体としてのＣＰＵであり細孔トンネルプレート型ヒートパイプ１０１に熱を伝えやすくするための銅板１１５を挟んで密着している。
【００１１】
次に図４，５，６を用いて本件発明の第２実施例を示す。細孔トンネルプレート型ヒートパイプ２０１のプレート平面部に図４、図５及び図６に見る様に銅などの熱伝導性のよい金属板でできたコルゲート形状の放熱フィン２０３を半田やろう付けの方法により固着し、容易に放熱ユニットを製作することができる。コルゲートフィン２０３は細孔トンネルプレート型ヒートパイプ２０１と接していない側の２０３部分を切り欠いて該切り欠き部２０５に配置されたコルゲートフィンを空冷するためのファン２０７からの風がコルゲート形状の放熱フィン２０３の表と裏の両面に風が流れるようにすることにより放熱効率を上げることができる。
２１３は発熱体としてのＣＰＵであり細孔トンネルプレート型ヒートパイプ２０１に熱を伝えやすくするための銅板２１５を挟んで密着している。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、ヒートパイプを用いたヒートパイプ式放熱ユニットにおいて、単数もしくは複数の熱源から一箇所の放熱部へ熱を移送するため、各熱源と放熱部との間をヒートパイプで結び、前記単数もしくは複数のヒートパイプを放熱装置が配置されている放熱部において重ねることにより、個々の熱源に対して個々の放熱器を設置することを必要とせず、単数もしくは複数の熱源から発生した熱をヒートパイプを用いて一箇所の放熱部に移送することにより、放熱装置を配置することが困難な空間に熱源があっても、放熱可能な空間へ熱を移送して放熱することができる。
請求項２の発明によれば、前記ヒートパイプとして、細孔トンネルプレート型ヒートパイプを用いた構成にすることにより、放熱装置が熱源よりも低い位置に配置しなければいけない場合においても、放熱することができる。
請求項３の発明によれば、前記放熱装置として、少なくとも２セットのコルゲートフィンを交互にずらして配置した。このような構成にすることにより、コルゲートフィンの表裏面に風を通すことができ、放熱効率を上げることができる。
請求項４の発明によれば、前記放熱装置として、コルゲートフィンの折り曲げ面の一部を削った。このような構成にすることにより、コルゲートフィンの表裏面に風を通すことができ、放熱効率を上げることができる。
請求項５の発明によれば、前記放熱装置にファンを組合わせた。このような構成にすることにより、熱伝導性のいいコルゲートフィンにファンを組合わせて放熱器部を構成しているので、コルゲートフィンの表裏面にファンからの風を通すことができ、放熱効率をさらに上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本件発明の第１実施例の正面図。
【図２】本件発明の第１実施例のＡ方向視図。
【図３】本件発明の第１実施例の横断面図。
【図４】本件発明の第２実施例の正面図。
【図５】本件発明の第２実施例のＡ方向視図。
【図６】本件発明の第２実施例の横断面図
【図７】本件発明の蛇行細トンネル型プレートヒートパイプの経路図。
【図８】本件発明の平行細孔トンネル型プレートヒートパイプの経路図。
【符号の説明】
５７ａ，５７ｂ，６８ａ，６８ｂ 貫通細孔
５１，６１ 多孔扁平管
１０１、２０１ 細孔トンネルプレート型ヒートパイプ
１０３，１０５、２０３ コルゲートフィン
１１３、２１３ ＣＰＵ
１１５、２１５ 銅板

Claims (5)

  1. ヒートパイプを用いたヒートパイプ式放熱ユニットにおいて、単数もしくは複数の熱源から一箇所の放熱部へ熱を移送するため、各熱源と放熱部との間をヒートパイプで結び、前記単数もしくは複数のヒートパイプを放熱装置が配置されている放熱部において重ねて配置したことを特徴とするヒートパイプ式放熱ユニット。
  2. 前記ヒートパイプとして、細孔トンネルプレート型ヒートパイプを用いたことを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプ式放熱ユニット。
  3. 前記放熱装置として、少なくとも２セットのコルゲートフィンを交互にずらして配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートパイプ式放熱ユニット。
  4. 前記放熱装置として、コルゲートフィンの折り曲げ面の一部を削ったことを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートパイプ式放熱ユニット。
  5. 前記放熱装置にファンを組合わせたことを特徴とする請求項３又は４に記載のヒートパイプ式放熱ユニット。
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