JP2005064039A - 冷却モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】発熱量、高さの異なる発熱素子を同時に効率よく放熱冷却することができ、軽量で製造コストの安い冷却モジュールを提供する
【解決手段】発熱量の大きな発熱素子に熱的に接続される熱流束（Ｗ×ｃｍ）が大きい受熱部を備えた第１のヒートシンクと、発熱量の小さな発熱素子に熱的に接続される熱流束（Ｗ×ｃｍ）が小さい受熱部を備えた第２のヒートシンクと、前記第１のヒートシンクおよび前記第２のヒートシンクを熱的に接続する熱伝導部材からなる冷却モジュール。
【選択図】図１
【解決手段】発熱量の大きな発熱素子に熱的に接続される熱流束（Ｗ×ｃｍ）が大きい受熱部を備えた第１のヒートシンクと、発熱量の小さな発熱素子に熱的に接続される熱流束（Ｗ×ｃｍ）が小さい受熱部を備えた第２のヒートシンクと、前記第１のヒートシンクおよび前記第２のヒートシンクを熱的に接続する熱伝導部材からなる冷却モジュール。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体等の異なる発熱素子を効果的に冷却することができる冷却モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータ機器においてＭＰＵの発熱量は急激に増加しており、それに伴ってビデオチップ、メモリー等の発熱量も増加の一途をたどっている。パソコンのＣＰＵ、レーザ発光ダイオード、パワートランジスター等の電気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電子部品は、その使用によって発熱が避け難く、近年、高くなる発熱量の放熱対策が必要となっている。
冷却を要する電気・電子素子を冷却する方法としては、例えば機器にファンを取り付けて、機器筐体内の空気の温度を下げる方法や、被冷却素子に冷却体を取り付けることによって、その被冷却素子を直接的に冷却する方法等が代表的に知られている。
【０００３】
被冷却素子に取り付ける冷却体として、例えば銅材やアルミニウム材などの伝熱性に優れた材料の板材や、或いは平面型ヒートパイプ、丸型ヒートパイプ等が適用されることが多い。平面型ヒートパイプは、板状のヒートパイプである。丸型ヒートパイプは、丸棒状のヒートパイプである。
【０００４】
ヒートパイプについて簡単に説明する。ヒートパイプは空洞部を有するコンテナであり、その空洞部に作動流体（作動流体）が封入されている。その空洞部は真空引きされており、作動流体の蒸発が起きやすくなっている。
【０００５】
ヒートパイプの作動について簡単に説明する。即ち、ヒートパイプの吸熱側において、ヒートパイプを構成する容器（コンテナ）の材質中を熱伝導して伝わってきた熱により、作動流体が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱側では、作動流体の蒸気は冷却されて、再び液相状態に戻る。そして液相に戻った作動流体は、再び吸熱側に移動（還流）する。このような作動流体の相変態や移動により、熱の移動がなされる。
【０００６】
作動流体の還流は、重力や毛細管現象によってなされる。重力式のヒートパイプの場合は、吸熱部を放熱部より下方に配置することによって、作動流体は還流する。毛細管現象によって作動流体を還流させるヒートパイプの場合は、空洞部の内壁に溝を設けたり、空洞内部に金属メッシュ、多孔質体等のウイックを挿入し、溝またはウイックによる毛細管現象によって、作動流体が還流する。
このように、ヒートパイプにおいては、ヒートパイプの密閉された空洞部内に封入された作動流体の相変態と移動により大量の熱の輸送が行われる。もちろん、ヒートパイプを構成する容器（コンテナ）を熱伝導することによって、運ばれる熱もあるが、その量は相対的に少ない。
【０００７】
更に、被冷却素子に取り付ける冷却体として、放熱フィンを備えたベース板からなるヒートシンクが用いられている。ヒートシンクとして、押し出し材によって形成されたフィン・ベース板が一体成形された押し出しフィン、放熱フィンがロウ付けによってベース板に接合されたロウ付けフィン、放熱フィンがベース板に機械的にかしめられたかしめフィン等がある。
かしめフィンは、ベース板に複数個の溝加工を施し、このように形成された溝に放熱フィンを装入し、フィンの両側をかしめて形成されている。
ベース板、および、放熱フィンは熱伝導性に優れた材料、例えば、銅、アルミニウムによって形成されている。
【０００８】
発熱量、高さの異なる発熱素子の放熱冷却は、従来、発熱量、高さの異なるそれぞれの発熱素子に個別のヒートシンクを取り付けて、冷却を行っていた。発熱素子全部をカバーできるような大きなヒートシンクを取り付けて冷却を行っていた。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−３６８４６８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、それぞれの発熱素子の発熱量が異なるため、それぞれヒートシンクの構造、材質および形状が異なるため一体化することが困難であった。また、発熱素子全部をカバーできるような大きなヒートシンクは重量が重くなり、それぞれの素子の高さも異なるため、受熱面に特別な加工を必要としてコストも高くなり適用が困難であった。更に、それぞれの素子の高さ公差が大きいため、一部の素子には受熱面が片当たりして冷却が不十分になるなどの問題点もあり適用が困難であるという問題点があった。
従って、この発明の目的は、発熱量、高さの異なる発熱素子を同時に効率よく放熱冷却することができ、軽量で製造コストの安い冷却モジュールを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上述した従来の問題点を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、発熱量の大きな発熱素子に対しては受熱部の厚いヒートシンクを使用し、発熱量の小さな発熱素子には受熱部の薄いヒートシンクを使用し、それぞれのヒートシンクをヒートパイプでつなぐことにより、発熱量、高さの異なる複数の発熱素子を一度に効率よく冷却することができ、同時に、それぞれのヒートシンクをつなぐヒートパイプが発熱素子の高さおよびその公差も吸収して冷却可能にすることが判明した。
【００１２】
即ち、発熱量の高い発熱素子には、第１の放熱フィンを備えたベースプレートを直接熱的に接続させ、発熱量の低い発熱素子には、Ｌ字形の放熱フィン（第２の放熱フィン）の受熱面を形成する底面部を直接熱的に接続させ、ベースプレートとＬ字形の放熱フィンをヒートパイプで熱的に接続して形成した冷却モジュールによると、発熱量の高い発熱素子の熱はベースプレートを介して一部は第１の放熱フィンによって放熱され、残りはヒートパイプによって第２の放熱フィンに移動して放熱され、発熱量の低い発熱素子の熱は直接第２の放熱フィンによって放熱されるので、異なる発熱素子の熱を効率的に放熱することができることが判明した。
更に、異なる高さの発熱素子を、一方はベースプレート、他方はＬ字形放熱フィンの底面部を並列配置して形成される受熱面によって、容易に同時に放熱することができることが判明した。
【００１３】
この発明は、上述した研究結果に基づいてなされたものであって、この発明の冷却モジュールの第１の態様は、発熱量の大きな発熱素子に熱的に接続される厚い受熱部を備えた第１のヒートシンクと、発熱量の小さな発熱素子に熱的に接続される薄い受熱部を備えた第２のヒートシンクと、前記厚い受熱部と前記薄い受熱部を所定の相対位置に固定して、前記第１のヒートシンクおよび前記第２のヒートシンクを熱的に接続する熱伝導部材からなる冷却モジュールである。
【００１４】
この発明の冷却モジュールの第２の態様は、異なる発熱量を有する発熱素子の少なくとも一つの発熱素子に熱的に接続されるベースプレートと、ベースプレートに接合された第１の放熱フィンと、ベースプレートおよび第１の放熱フィンにその一部が熱的に接続される熱伝導部材と、前記熱伝導部材の他の一部に接合された、他の発熱素子に熱的に接続される受熱面を備えた第２の放熱フィンとを備えた、冷却モジュールである。
【００１５】
この発明の冷却モジュールの第３の態様は、前記熱伝導部材が複数の棒状のヒートパイプからなっており、前記ヒートパイプは、前記ベースプレートと前記第１の放熱フィンの間に配置されて、前記ベースプレート外に延伸し、前記ベースプレート外に延伸した部分に前記第２の放熱フィンが接合されている、冷却モジュールである。
【００１６】
この発明の冷却モジュールの第４の態様は、前記ヒートパイプは、前記ベースプレートの両側において外に延伸し、前記ベースプレート外に延伸した２つの部分のそれぞれに前記第２の放熱フィンが接合されている、冷却モジュールである。
【００１７】
この発明の冷却モジュールの第５の態様は、前記ベースプレートに発熱量の高い発熱素子が熱的に接続され、発熱量の低い発熱素子が前記第２放熱フィンの前記受熱面に熱的に接続されている、冷却モジュールである。
【００１８】
この発明の冷却モジュールの第６の態様は、前記第１の放熱フィンが平板状のフィンからなっており、前記第２の放熱フィンが前記受熱面の底面部と、前記ヒートパイプに熱的に接続される垂直面部からなるＬ字形のフィンからなっている、冷却モジュールである。
【００１９】
この発明の冷却モジュールの第７の態様は、前記第１の放熱フィンおよび前記第２の放熱フィンの上端部は同一面を形成し、第１の放熱フィンおよび前記第２の放熱フィンの上方に送風ファンが備えられている、冷却モジュールである。
【００２０】
この発明の冷却モジュールの第８の態様は、前記ヒートパイプは、前記ベースプレートの第１の放熱フィンに面する側の表面に形成された凹部に装入されて、前記第１の放熱フィンに熱的に接続されている、冷却モジュールである。
【００２１】
この発明の冷却モジュールの第９の態様は、前記第１の放熱フィンは、前記ベースプレートの表面に形成された溝部に挿入され、両側部を機械的にかしめて、前記ベースプレートに接合されている、冷却モジュールである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
この発明の冷却モジュールを図面を参照しながら詳細に説明する。
この発明の冷却モジュールの１つの態様は、発熱量の大きな発熱素子に熱的に接続される熱流束（Ｗ×ｃｍ）が大きい受熱部を備えた第１のヒートシンクと、発熱量の小さな発熱素子に熱的に接続される熱流束（Ｗ×ｃｍ）が小さい受熱部を備えた第２のヒートシンクと、前記第１のヒートシンクおよび前記第２のヒートシンクを熱的に接続する熱伝導部材からなる冷却モジュールである。
【００２３】
この態様の冷却モジュールは、発熱量の異なる発熱素子を同時に冷却するために、発熱量の大きな発熱素子に熱的に接続される第１のヒートシンクと発熱量の小さな発熱素子に熱的に接続される第２のヒートシンクが並列配置されて一体的に形成されていてもよい。受熱部が同じ材質の場合、板厚が厚い場合熱流束（Ｗ×ｃｍ）が大きく、板厚が薄い場合熱流束（Ｗ×ｃｍ）が小さい。異なる受熱部の厚さによって、発熱量の異なる発熱素子を同時に容易に冷却する。薄い受熱部を放熱フィンを並列配置することによって形成し、厚い受熱部の上面に放熱フィンを備えてもよい。
【００２４】
この発明の冷却モジュールの他の１つの態様は、異なる発熱量を有する発熱素子の少なくとも一つの発熱素子に熱的に接続されるベースプレートと、ベースプレートに接合された第１の放熱フィンと、ベースプレートおよび第１の放熱フィンにその一部が熱的に接続される熱伝導部材と、前記熱伝導部材の他の一部に接合された、他の発熱素子に熱的に接続される受熱面を備えた第２の放熱フィンとを備えた、冷却モジュールである。
【００２５】
即ち、熱伝導部材が複数の棒状のヒートパイプからなっており、前記ヒートパイプは、前記ベースプレートと前記第１の放熱フィンの間に配置されて、前記ベースプレート外に延伸し、前記ベースプレート外に延伸した部分に前記第２の放熱フィンが接合されている。前記ヒートパイプは、前記ベースプレートの両側において外に延伸し、前記ベースプレート外に延伸した２つの部分のそれぞれに前記第２の放熱フィンが接合されている。
【００２６】
更に、前記ベースプレートに発熱量の高い発熱素子が熱的に接続され、発熱量の低い発熱素子が前記第２放熱フィンの前記受熱面に熱的に接続されている。第１の放熱フィンが平板状のフィンからなっており、前記第２の放熱フィンが前記受熱面の底面部と、前記ヒートパイプに熱的に接続される垂直面部からなるＬ字形のフィンからなっている。
【００２７】
図１は、この発明の冷却モジュールの１つの態様の概略平面図である。図２は、図１に示すこの発明の冷却モジュールの１つの態様の概略正面図である。図３は、図１に示すこの発明の冷却モジュールの１つの態様の概略側面図である。図１に示すように、この発明の冷却モジュールは、図示しない、異なる発熱量を有する発熱素子の発熱量の大きい発熱素子に熱的に接続されるベースプレート２と、ベースプレート２の一方の面に接合された第１の放熱フィン４と、ベースプレート２および第１の放熱フィン４にその一部が熱的に接続される熱伝導部材、例えばヒートパイプ３と、ヒートパイプ３の他の一部に接合された、図示しない、発熱量の小さい発熱素子に熱的に接続される受熱面を備えた第２の放熱フィン５とを備えた、冷却モジュールである。
【００２８】
図５は、第２の放熱フィンを示す斜視図である。第２の放熱フィン５の個々のフィンは、Ｌ字形の一体型のフィンであり、受熱面を形成する底面部５１と、底面部から垂直方向に伸びる垂直面部５２とからなっており、垂直面部の所定の位置には、ヒートパイプがそれを貫通するバーリング加工が施された孔部５３が形成されている。第２の放熱フィン５は、上述した個々のＬ字形のフィンが並列に配置されて、底面部が全体として平らな所定の大きさの受熱面を形成する。なお、垂直面部の孔部には棒状のヒートパイプが密着して挿入され固定される。従って、ヒートパイプによって移動された熱は、放熱フィンに伝わり放熱される。
【００２９】
図１から３に示した態様の冷却モジュールにおいては、熱伝導性部材であるベースプレート２の一方の表面に１または複数のヒートパイプ３が装入される凹部が形成されており、凹部にヒートパイプ３を装入した後、第１の放熱フィン４である例えばＬ型の放熱フィンの一部がヒートパイプに直接熱的に接続するように接合される。上述したヒートパイプの凹部への接合は、ヒートパイプの両側部を機械的かしめて行うか、ハンダ等によって行う。
【００３０】
ヒートパイプが装入されたベースプレート２への第１放熱フィンの接合は、ハンダ等によって行ってもよく、または、ベースプレートの表面に第１放熱フィンの一部を挿入するための溝部を形成して、放熱フィンを溝部に挿入後、放熱フィンの両側部を機械的にかしめて行ってもよい。その際、放熱フィンが上述したように機械的にかしめられたときに、放熱フィンの先端部が凹部に装入されたヒートパイプと直接熱的に接続するように、放熱フィンの一方の端部を所定の形状に加工しても良い。
【００３１】
図１および図３に示すように、ベースプレートの一方の面に形成された凹部に装入され、固定されたヒートパイプは、ベースプレートの一方の外側に向かって延伸している。ヒートパイプの延伸した部分には、Ｌ字形の第２の放熱フィンが接合されている（図３参照）。即ち、図５を参照して説明したＬ字形のフィンの垂直面部５２に形成されたバーリング加工が施された孔部５３に挿入され固定される。このとき、Ｌ字形のフィンの底面部５１が並列に配置されて全体として平らな大きい受熱面を形成する。
【００３２】
上述した、Ｌ字形のフィンの底面部５１が並列に配置されて全体として形成された平らな大きい受熱面は、ヒートパイプに固定されるフィンの位置を変化させることによって、上下方向に移動し、図示しない高さ、発熱量の異なる発熱素子の配置に適合させることが容易にできる。
【００３３】
例えば、発熱量の大きいビデオチップおよび発熱量の小さいメモリー等が搭載されたビデオ基板を冷却するときには、発熱量の大きいビデオチップを上述したベースプレートの下面に熱的に接続し、発熱量の小さいメモリー等を上述したＬ字形の放熱フィンの並列配置された底面部に熱的に接続させる。この際、ベースプレートの下面よりもＬ字形の放熱フィンの並列配置された底面部が低くなるようにヒートパイプに第２放熱フィンを挿入固定すると、ビデオチップおよびメモリー等の高さの差を吸収することができ、ビデオ基板に搭載された、発熱量の大きいビデオチップおよび発熱量の小さいメモリー等を同時に、効率的に冷却することができる。この発明の冷却モジュールによると、発熱量、高さの異なる発熱素子を同時に効率よく放熱冷却することができる。
【００３４】
図４は、ベースプレートにヒートパイプが装着された状態を説明する図である。図４に示すように、ベースプレート２の一方の面に形成された凹部にヒートパイプが挿入されている。ヒートパイプの露出した面がベースプレートと同一面になることが好ましい。ヒートパイプを挿入するための凹部の形状は、挿入すると一部がベースプレートの上面と同一面になるように露出するようにしてもよく、凹部をやや大きめに形成し、ヒートパイプを内部に配置後、両側部を機械的にかしめるようにしてもよい。なお、図示しないが、ベースプレートの厚さ方向の中央部に貫通孔部を形成して、ヒートパイプを埋め込んでも良い。更に、上述した凹部の断面の形状はＵ字形でも良い。
【００３５】
上述したように、ヒートパイプは、ベースプレートの第１の放熱フィンに面する側の表面に形成された凹部に装入されて、第１の放熱フィンに熱的に接続されている。
【００３６】
図６は、この発明の冷却モジュールの他の１つの態様を示す図である。この態様の冷却モジュールにおいては、上述したヒートパイプは、ベースプレートの両側において外に延伸し、ベースプレート外に延伸した２つの部分のそれぞれに第２の放熱フィンが接合されている。即ち、異なる発熱量を有する発熱素子の発熱量の大きい発熱素子に熱的に接続されるベースプレート２と、ベースプレート２の一方の面に接合された第１の放熱フィン４と、ベースプレート２および第１の放熱フィン４にその中央部の一部が熱的に接続されるヒートパイプ３と、ベースプレートから両側の外方に延伸したヒートパイプ３の延伸部に接合された、図示しない、発熱量の小さい発熱素子に熱的に接続される受熱面を備えた第２の放熱フィン５とを備えた、冷却モジュールである。
【００３７】
図６に示すように、熱伝導性部材であるベースプレート２の一方の表面に複数のヒートパイプ３が装入される凹部が形成されており、凹部にヒートパイプ３を装入した後、第１の放熱フィン４である例えば平板状の放熱フィンの一部がヒートパイプに直接熱的に接続するように接合される。上述したヒートパイプの凹部への接合は、上述したように、ヒートパイプの両側部を機械的かしめて行うか、ハンダ等によって行う。
【００３８】
ベースプレートの一方の面に形成された凹部に装入され、固定されたヒートパイプは、ベースプレートの両方の外側に向かって延伸している。ヒートパイプの延伸した部分のそれぞれには、Ｌ字形の第２の放熱フィンが接合されている（図９参照）。即ち、図５を参照して説明したＬ字形のフィンの垂直面部５２に形成された孔部５３に延伸したヒートパイプが挿入され固定される。このとき、Ｌ字形のフィンの底面部５１が並列に配置されて全体として平らな大きい受熱面を、ベースプレートの両側に形成する。
【００３９】
図６および図９に示す態様においても、上述した、Ｌ字形のフィンの底面部５１が並列に配置されて全体として形成された平らな大きい受熱面は、ヒートパイプに固定されるフィンの位置を変化させることによって、上下方向に移動し、図示しない高さ、発熱量の異なる発熱素子の配置に適合させることが容易にできる。図６に示す態様は、例えば、発熱量の大きいビデオチップが中央部に、発熱量の小さいメモリー等が両側部に搭載されたビデオ基板の冷却に適している。この際にも、基板の中央部に配置された発熱量の大きいビデオチップを上述したベースプレートの下面に熱的に接続し、両側部に配置された発熱量の小さいメモリー等を上述したＬ字形の放熱フィンの並列配置された底面部に熱的に接続させる。
【００４０】
この発明の冷却モジュールの他の態様においては、第１の放熱フィンおよび第２の放熱フィンの上端部は同一面を形成し、第１の放熱フィンおよび第２の放熱フィンの上方に送風ファンが備えられている。
図７は、送風ファンが上方に設けられたこの発明の冷却モジュールの概略正面図である。図８は、送風ファンが上方に設けられたこの発明の冷却モジュールの概略側面図である。図７は、図２に対応しており、図８は図３に対応している。図７および図８に示すように、この発明の冷却モジュールの上面に送風ファンが設けられ、ベースプレートおよび放熱フィンの並列されて形成された底面部に熱的に接続された発熱量、高さの異なる発熱素子からの熱が、ベースプレート、放熱フィンに熱伝導され、更にこれらと接続されたヒートパイプによって移動された熱が、送風ファンによって、強制的に放熱されて冷却が行われる。
なお、図示していないが、図６および図９に示された態様の冷却モジュールにおいても、同様に、送風ファンを備えても良い。
【００４１】
ヒートパイプは丸型ヒートパイプ、偏平型ヒートパイプ、板型ヒートパイプの何れを用いても良い。丸型ヒートパイプを使用する場合には、丸型ヒートパイプに偏平加工を施して、ヒートパイプの露出面とベース板の面とが同一面になるようにしてもよい。なお、放熱フィンの長手方向とヒートパイプの長手方向は交叉している。ベースプレートのヒートパイプを装入する凹部は、押し出し加工によって形成され、複数の溝は、複数個のファインカッターによって加工される。また、上述した逆の方法でも良い。
【００４２】
ベースプレートの一方の面に、ヒートパイプの断面の大きさと対応した断面の大きさの凹部が形成されている。このように形成された凹部にヒートパイプが装入される。次いで、このようにヒートパイプが装入された凹部の直近部位をかしめてヒートパイプを固定する。このとき、ヒートパイプとベースプレートとは隙間無く、密接に、熱的に接続されている。ヒートパイプの露出面とベースプレートの面とは同一面内にあり、高い平面度を維持している。なお、ベースプレートに、ヒートパイプの大きさに対応する中空部を設け、このように形成された中空部にヒートパイプを装入し、かしめて固定してもよい。
【００４３】
ヒートパイプのコンテナの材料として、銅（Ｃ１０２０、Ｃ１１００、Ｃ１２００）、アルミニウム（Ａ１０１０、Ａ１１００、Ａ５０００系、Ａ６０００系、Ａ７０００系）などの熱伝導の良好な金属を利用する。
【００４４】
毛細管構造体のウイックとして、金網、焼結金属、メタルウール、グラス繊維、炭素繊維、セラミックス繊維等がある。内壁に形成されるグルーブとして、軸方向、周方向に沿ったグルーブ、長方形、台形、三角形等のグルーブがある。
作動流体としては、コンテナの材質との適合性、作動温度を考慮して、水、アルコール、ヘリウム、メタン、アンモニア、アセトン、ナフタレン等が用いられる。
【００４５】
ヒートパイプの接合方法として、ロウ付け（銀ロウ、銅ロウ、錫ロウ、低温半田、各溶接（ＴＩＧ溶接、プラズマ溶接、レーザー溶接）があり、密閉体を形成する。
ベース板の材料として、アルミニウム（Ａ１０１０、Ａ１１００、Ａ５０００系、Ａ６０００系、Ａ７０００系）等を使用することができる。ベース板の加工方法として、プレス加工、鍛造、押し出し加工、切削加工を利用することができる。放熱フィンの材料として、アルミニウム（Ａ１０１０、Ａ１１００、Ａ５０００系、Ａ６０００系、Ａ７０００系）等を使用することができる。
ベース板、放熱フィンの材料として、必要に応じて、更に熱伝導性に優れた金属等を用いることができる。
【００４６】
【実施例】
この発明の冷却ファンを実施例によって更に詳細に説明する。
大きさが５５ｍｍ×６０ｍｍ×９ｍｍの銅製のベースプレートを調製した。ベースプレートの一方の表面に、ヒートパイプを装入する３つの凹部を形成した。このように形成した凹部に、直径６ｍｍ、長さ９６ｍｍのヒートパイプを、その表面がベースプレートの上面と同一面になるように装入しロウ付けによって接合した。
【００４７】
次に、ベースプレートの上に接合する銅製の第１の放熱フィンを調製した。第１の放熱フィンの大きさは、１２８ｍｍ×１５ｍｍ×０．２ｍｍであった。このように調製した銅製の第１の放熱フィンを、ヒートパイプが装入・接合されたベースプレートの面に、ピッチ１．５ｍｍで３５枚を並列に配置し、ロウ付けによって接合した。
【００４８】
次に、底面部および垂直面部からなるＬ字形のアルミニウム製の第２放熱フィンを調製した。Ｌ字形の第２放熱フィンの大きさは、１２８ｍｍ×１５ｍｍ×０．３ｍｍであった。このように調製したアルミニウム製の第２放熱フィンを、ベースプレートに装入接合され、ベースプレートの外側に延伸したヒートパイプに装着接合した。ヒートパイプへの装着接合は、垂直面部に形成された孔部に挿入しロウ付けによって接合した。このとき、第２放熱フィンは、ピッチ１．５ｍｍで２０枚が並列配置されて、フィンの底面部が平らな受熱面を形成した。
【００４９】
更に、このように形成された第１および第２放熱フィンの上に、大きさ８０ｍｍ×１５ｍｍのファンを取り付けた。
上述したように形成された本発明の冷却モジュールを使用して、放熱特性を調べた。その結果を図１０に示す。図１０において、横軸に風量、縦軸に熱抵抗を示す。図１０に示すように、風量６００（Ｌ／ｍｉｎ）のときの熱抵抗は０．４５（Ｋ／Ｗ）であり、風量８００（Ｌ／ｍｉｎ）のときの熱抵抗は０．４１（Ｋ／Ｗ）であった。
【００５０】
これに対して、比較用の冷却モジュールは次の通りであった。
大きさが８８．３ｍｍ×６０ｍｍ×９ｍｍの銅製のベースプレートを調製した。ベースプレートの一方の表面に、ヒートパイプを装入する３つの凹部を形成した。このように形成した凹部に、直径６ｍｍ、長さ８８ｍｍのヒートパイプを、その表面がベースプレートの上面と同一面になるように装入しロウ付けによって接合した。ヒートパイプはベースプレート内に収まり、ベースプレート外には延伸されていない。
【００５１】
次に、ベースプレートの上に接合する銅製の放熱フィンを調製した。放熱フィンの大きさは、１２８ｍｍ×１５ｍｍ×０．３ｍｍであった。このように調製した銅製の放熱フィンを、ヒートパイプが装入・接合されたベースプレートの面に、ピッチ１．５ｍｍで５５枚を並列に配置し、ロウ付けによって接合した。
【００５２】
上述したように形成された比較用の冷却モジュールを使用して、放熱特性を調べた。その結果を図１１に示す。図１１において、横軸に風量、縦軸に熱抵抗を示す。図１１に示すように、風量６００（Ｌ／ｍｉｎ）のときの熱抵抗は０．５４（Ｋ／Ｗ）であり、風量８００（Ｌ／ｍｉｎ）のときの熱抵抗は０．４８（Ｋ／Ｗ）であった。
【００５３】
上述したところから明らかなように、この発明の冷却モジュールによると、熱抵抗が優れていることがわかる。
発熱量の大きな発熱素子に対しては受熱部の厚いヒートシンクを使用し、発熱量の小さな発熱素子には受熱部の薄いヒートシンクを使用し、それぞれのヒートシンクをヒートパイプでつなぐことにより、発熱量、高さの異なる複数の発熱素子を一度に効率よく冷却することができ、同時に、それぞれのヒートシンクをつなぐヒートパイプが発熱素子の高さおよびその公差も吸収して冷却をすることができる。
【００５４】
【発明の効果】
この発明によると、発熱量、高さの異なる発熱素子を同時に効率よく放熱冷却することができ、軽量で製造コストの安い冷却モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の冷却モジュールの１つの態様の概略平面図である。
【図２】図２は、図１に示すこの発明の冷却モジュールの１つの態様の概略正面図である。
【図３】図３は、図１に示すこの発明の冷却モジュールの１つの態様の概略側面図である。
【図４】図４は、ベースプレートにヒートパイプが装着された状態を説明する図である。
【図５】図５は、第２の放熱フィンを示す斜視図である。
【図６】図６は、この発明の冷却モジュールの他の１つの態様を示す図である。
【図７】図７は、送風ファンが上方に設けられたこの発明の冷却モジュールの概略正面図である。
【図８】図８は、送風ファンが上方に設けられたこの発明の冷却モジュールの概略側面図である。
【図９】図９は、この発明の冷却モジュールの他の１つの態様を示す図である。
【図１０】図１０は、この発明の冷却モジュールの放熱特性を示すグラフである。
【図１１】図１１は、比較用の冷却モジュールの放熱特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１．この発明の冷却モジュール
２．ベースプレート
３．ヒートパイプ
４．第１の放熱フィン
５．第２の放熱フィン
６．露出したヒートパイプの部分
７．ファン
５１．底面部
５２．垂直面部
５３．孔部
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体等の異なる発熱素子を効果的に冷却することができる冷却モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータ機器においてＭＰＵの発熱量は急激に増加しており、それに伴ってビデオチップ、メモリー等の発熱量も増加の一途をたどっている。パソコンのＣＰＵ、レーザ発光ダイオード、パワートランジスター等の電気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電子部品は、その使用によって発熱が避け難く、近年、高くなる発熱量の放熱対策が必要となっている。
冷却を要する電気・電子素子を冷却する方法としては、例えば機器にファンを取り付けて、機器筐体内の空気の温度を下げる方法や、被冷却素子に冷却体を取り付けることによって、その被冷却素子を直接的に冷却する方法等が代表的に知られている。
【０００３】
被冷却素子に取り付ける冷却体として、例えば銅材やアルミニウム材などの伝熱性に優れた材料の板材や、或いは平面型ヒートパイプ、丸型ヒートパイプ等が適用されることが多い。平面型ヒートパイプは、板状のヒートパイプである。丸型ヒートパイプは、丸棒状のヒートパイプである。
【０００４】
ヒートパイプについて簡単に説明する。ヒートパイプは空洞部を有するコンテナであり、その空洞部に作動流体（作動流体）が封入されている。その空洞部は真空引きされており、作動流体の蒸発が起きやすくなっている。
【０００５】
ヒートパイプの作動について簡単に説明する。即ち、ヒートパイプの吸熱側において、ヒートパイプを構成する容器（コンテナ）の材質中を熱伝導して伝わってきた熱により、作動流体が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱側では、作動流体の蒸気は冷却されて、再び液相状態に戻る。そして液相に戻った作動流体は、再び吸熱側に移動（還流）する。このような作動流体の相変態や移動により、熱の移動がなされる。
【０００６】
作動流体の還流は、重力や毛細管現象によってなされる。重力式のヒートパイプの場合は、吸熱部を放熱部より下方に配置することによって、作動流体は還流する。毛細管現象によって作動流体を還流させるヒートパイプの場合は、空洞部の内壁に溝を設けたり、空洞内部に金属メッシュ、多孔質体等のウイックを挿入し、溝またはウイックによる毛細管現象によって、作動流体が還流する。
このように、ヒートパイプにおいては、ヒートパイプの密閉された空洞部内に封入された作動流体の相変態と移動により大量の熱の輸送が行われる。もちろん、ヒートパイプを構成する容器（コンテナ）を熱伝導することによって、運ばれる熱もあるが、その量は相対的に少ない。
【０００７】
更に、被冷却素子に取り付ける冷却体として、放熱フィンを備えたベース板からなるヒートシンクが用いられている。ヒートシンクとして、押し出し材によって形成されたフィン・ベース板が一体成形された押し出しフィン、放熱フィンがロウ付けによってベース板に接合されたロウ付けフィン、放熱フィンがベース板に機械的にかしめられたかしめフィン等がある。
かしめフィンは、ベース板に複数個の溝加工を施し、このように形成された溝に放熱フィンを装入し、フィンの両側をかしめて形成されている。
ベース板、および、放熱フィンは熱伝導性に優れた材料、例えば、銅、アルミニウムによって形成されている。
【０００８】
発熱量、高さの異なる発熱素子の放熱冷却は、従来、発熱量、高さの異なるそれぞれの発熱素子に個別のヒートシンクを取り付けて、冷却を行っていた。発熱素子全部をカバーできるような大きなヒートシンクを取り付けて冷却を行っていた。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−３６８４６８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、それぞれの発熱素子の発熱量が異なるため、それぞれヒートシンクの構造、材質および形状が異なるため一体化することが困難であった。また、発熱素子全部をカバーできるような大きなヒートシンクは重量が重くなり、それぞれの素子の高さも異なるため、受熱面に特別な加工を必要としてコストも高くなり適用が困難であった。更に、それぞれの素子の高さ公差が大きいため、一部の素子には受熱面が片当たりして冷却が不十分になるなどの問題点もあり適用が困難であるという問題点があった。
従って、この発明の目的は、発熱量、高さの異なる発熱素子を同時に効率よく放熱冷却することができ、軽量で製造コストの安い冷却モジュールを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上述した従来の問題点を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、発熱量の大きな発熱素子に対しては受熱部の厚いヒートシンクを使用し、発熱量の小さな発熱素子には受熱部の薄いヒートシンクを使用し、それぞれのヒートシンクをヒートパイプでつなぐことにより、発熱量、高さの異なる複数の発熱素子を一度に効率よく冷却することができ、同時に、それぞれのヒートシンクをつなぐヒートパイプが発熱素子の高さおよびその公差も吸収して冷却可能にすることが判明した。
【００１２】
即ち、発熱量の高い発熱素子には、第１の放熱フィンを備えたベースプレートを直接熱的に接続させ、発熱量の低い発熱素子には、Ｌ字形の放熱フィン（第２の放熱フィン）の受熱面を形成する底面部を直接熱的に接続させ、ベースプレートとＬ字形の放熱フィンをヒートパイプで熱的に接続して形成した冷却モジュールによると、発熱量の高い発熱素子の熱はベースプレートを介して一部は第１の放熱フィンによって放熱され、残りはヒートパイプによって第２の放熱フィンに移動して放熱され、発熱量の低い発熱素子の熱は直接第２の放熱フィンによって放熱されるので、異なる発熱素子の熱を効率的に放熱することができることが判明した。
更に、異なる高さの発熱素子を、一方はベースプレート、他方はＬ字形放熱フィンの底面部を並列配置して形成される受熱面によって、容易に同時に放熱することができることが判明した。
【００１３】
この発明は、上述した研究結果に基づいてなされたものであって、この発明の冷却モジュールの第１の態様は、発熱量の大きな発熱素子に熱的に接続される厚い受熱部を備えた第１のヒートシンクと、発熱量の小さな発熱素子に熱的に接続される薄い受熱部を備えた第２のヒートシンクと、前記厚い受熱部と前記薄い受熱部を所定の相対位置に固定して、前記第１のヒートシンクおよび前記第２のヒートシンクを熱的に接続する熱伝導部材からなる冷却モジュールである。
【００１４】
この発明の冷却モジュールの第２の態様は、異なる発熱量を有する発熱素子の少なくとも一つの発熱素子に熱的に接続されるベースプレートと、ベースプレートに接合された第１の放熱フィンと、ベースプレートおよび第１の放熱フィンにその一部が熱的に接続される熱伝導部材と、前記熱伝導部材の他の一部に接合された、他の発熱素子に熱的に接続される受熱面を備えた第２の放熱フィンとを備えた、冷却モジュールである。
【００１５】
この発明の冷却モジュールの第３の態様は、前記熱伝導部材が複数の棒状のヒートパイプからなっており、前記ヒートパイプは、前記ベースプレートと前記第１の放熱フィンの間に配置されて、前記ベースプレート外に延伸し、前記ベースプレート外に延伸した部分に前記第２の放熱フィンが接合されている、冷却モジュールである。
【００１６】
この発明の冷却モジュールの第４の態様は、前記ヒートパイプは、前記ベースプレートの両側において外に延伸し、前記ベースプレート外に延伸した２つの部分のそれぞれに前記第２の放熱フィンが接合されている、冷却モジュールである。
【００１７】
この発明の冷却モジュールの第５の態様は、前記ベースプレートに発熱量の高い発熱素子が熱的に接続され、発熱量の低い発熱素子が前記第２放熱フィンの前記受熱面に熱的に接続されている、冷却モジュールである。
【００１８】
この発明の冷却モジュールの第６の態様は、前記第１の放熱フィンが平板状のフィンからなっており、前記第２の放熱フィンが前記受熱面の底面部と、前記ヒートパイプに熱的に接続される垂直面部からなるＬ字形のフィンからなっている、冷却モジュールである。
【００１９】
この発明の冷却モジュールの第７の態様は、前記第１の放熱フィンおよび前記第２の放熱フィンの上端部は同一面を形成し、第１の放熱フィンおよび前記第２の放熱フィンの上方に送風ファンが備えられている、冷却モジュールである。
【００２０】
この発明の冷却モジュールの第８の態様は、前記ヒートパイプは、前記ベースプレートの第１の放熱フィンに面する側の表面に形成された凹部に装入されて、前記第１の放熱フィンに熱的に接続されている、冷却モジュールである。
【００２１】
この発明の冷却モジュールの第９の態様は、前記第１の放熱フィンは、前記ベースプレートの表面に形成された溝部に挿入され、両側部を機械的にかしめて、前記ベースプレートに接合されている、冷却モジュールである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
この発明の冷却モジュールを図面を参照しながら詳細に説明する。
この発明の冷却モジュールの１つの態様は、発熱量の大きな発熱素子に熱的に接続される熱流束（Ｗ×ｃｍ）が大きい受熱部を備えた第１のヒートシンクと、発熱量の小さな発熱素子に熱的に接続される熱流束（Ｗ×ｃｍ）が小さい受熱部を備えた第２のヒートシンクと、前記第１のヒートシンクおよび前記第２のヒートシンクを熱的に接続する熱伝導部材からなる冷却モジュールである。
【００２３】
この態様の冷却モジュールは、発熱量の異なる発熱素子を同時に冷却するために、発熱量の大きな発熱素子に熱的に接続される第１のヒートシンクと発熱量の小さな発熱素子に熱的に接続される第２のヒートシンクが並列配置されて一体的に形成されていてもよい。受熱部が同じ材質の場合、板厚が厚い場合熱流束（Ｗ×ｃｍ）が大きく、板厚が薄い場合熱流束（Ｗ×ｃｍ）が小さい。異なる受熱部の厚さによって、発熱量の異なる発熱素子を同時に容易に冷却する。薄い受熱部を放熱フィンを並列配置することによって形成し、厚い受熱部の上面に放熱フィンを備えてもよい。
【００２４】
この発明の冷却モジュールの他の１つの態様は、異なる発熱量を有する発熱素子の少なくとも一つの発熱素子に熱的に接続されるベースプレートと、ベースプレートに接合された第１の放熱フィンと、ベースプレートおよび第１の放熱フィンにその一部が熱的に接続される熱伝導部材と、前記熱伝導部材の他の一部に接合された、他の発熱素子に熱的に接続される受熱面を備えた第２の放熱フィンとを備えた、冷却モジュールである。
【００２５】
即ち、熱伝導部材が複数の棒状のヒートパイプからなっており、前記ヒートパイプは、前記ベースプレートと前記第１の放熱フィンの間に配置されて、前記ベースプレート外に延伸し、前記ベースプレート外に延伸した部分に前記第２の放熱フィンが接合されている。前記ヒートパイプは、前記ベースプレートの両側において外に延伸し、前記ベースプレート外に延伸した２つの部分のそれぞれに前記第２の放熱フィンが接合されている。
【００２６】
更に、前記ベースプレートに発熱量の高い発熱素子が熱的に接続され、発熱量の低い発熱素子が前記第２放熱フィンの前記受熱面に熱的に接続されている。第１の放熱フィンが平板状のフィンからなっており、前記第２の放熱フィンが前記受熱面の底面部と、前記ヒートパイプに熱的に接続される垂直面部からなるＬ字形のフィンからなっている。
【００２７】
図１は、この発明の冷却モジュールの１つの態様の概略平面図である。図２は、図１に示すこの発明の冷却モジュールの１つの態様の概略正面図である。図３は、図１に示すこの発明の冷却モジュールの１つの態様の概略側面図である。図１に示すように、この発明の冷却モジュールは、図示しない、異なる発熱量を有する発熱素子の発熱量の大きい発熱素子に熱的に接続されるベースプレート２と、ベースプレート２の一方の面に接合された第１の放熱フィン４と、ベースプレート２および第１の放熱フィン４にその一部が熱的に接続される熱伝導部材、例えばヒートパイプ３と、ヒートパイプ３の他の一部に接合された、図示しない、発熱量の小さい発熱素子に熱的に接続される受熱面を備えた第２の放熱フィン５とを備えた、冷却モジュールである。
【００２８】
図５は、第２の放熱フィンを示す斜視図である。第２の放熱フィン５の個々のフィンは、Ｌ字形の一体型のフィンであり、受熱面を形成する底面部５１と、底面部から垂直方向に伸びる垂直面部５２とからなっており、垂直面部の所定の位置には、ヒートパイプがそれを貫通するバーリング加工が施された孔部５３が形成されている。第２の放熱フィン５は、上述した個々のＬ字形のフィンが並列に配置されて、底面部が全体として平らな所定の大きさの受熱面を形成する。なお、垂直面部の孔部には棒状のヒートパイプが密着して挿入され固定される。従って、ヒートパイプによって移動された熱は、放熱フィンに伝わり放熱される。
【００２９】
図１から３に示した態様の冷却モジュールにおいては、熱伝導性部材であるベースプレート２の一方の表面に１または複数のヒートパイプ３が装入される凹部が形成されており、凹部にヒートパイプ３を装入した後、第１の放熱フィン４である例えばＬ型の放熱フィンの一部がヒートパイプに直接熱的に接続するように接合される。上述したヒートパイプの凹部への接合は、ヒートパイプの両側部を機械的かしめて行うか、ハンダ等によって行う。
【００３０】
ヒートパイプが装入されたベースプレート２への第１放熱フィンの接合は、ハンダ等によって行ってもよく、または、ベースプレートの表面に第１放熱フィンの一部を挿入するための溝部を形成して、放熱フィンを溝部に挿入後、放熱フィンの両側部を機械的にかしめて行ってもよい。その際、放熱フィンが上述したように機械的にかしめられたときに、放熱フィンの先端部が凹部に装入されたヒートパイプと直接熱的に接続するように、放熱フィンの一方の端部を所定の形状に加工しても良い。
【００３１】
図１および図３に示すように、ベースプレートの一方の面に形成された凹部に装入され、固定されたヒートパイプは、ベースプレートの一方の外側に向かって延伸している。ヒートパイプの延伸した部分には、Ｌ字形の第２の放熱フィンが接合されている（図３参照）。即ち、図５を参照して説明したＬ字形のフィンの垂直面部５２に形成されたバーリング加工が施された孔部５３に挿入され固定される。このとき、Ｌ字形のフィンの底面部５１が並列に配置されて全体として平らな大きい受熱面を形成する。
【００３２】
上述した、Ｌ字形のフィンの底面部５１が並列に配置されて全体として形成された平らな大きい受熱面は、ヒートパイプに固定されるフィンの位置を変化させることによって、上下方向に移動し、図示しない高さ、発熱量の異なる発熱素子の配置に適合させることが容易にできる。
【００３３】
例えば、発熱量の大きいビデオチップおよび発熱量の小さいメモリー等が搭載されたビデオ基板を冷却するときには、発熱量の大きいビデオチップを上述したベースプレートの下面に熱的に接続し、発熱量の小さいメモリー等を上述したＬ字形の放熱フィンの並列配置された底面部に熱的に接続させる。この際、ベースプレートの下面よりもＬ字形の放熱フィンの並列配置された底面部が低くなるようにヒートパイプに第２放熱フィンを挿入固定すると、ビデオチップおよびメモリー等の高さの差を吸収することができ、ビデオ基板に搭載された、発熱量の大きいビデオチップおよび発熱量の小さいメモリー等を同時に、効率的に冷却することができる。この発明の冷却モジュールによると、発熱量、高さの異なる発熱素子を同時に効率よく放熱冷却することができる。
【００３４】
図４は、ベースプレートにヒートパイプが装着された状態を説明する図である。図４に示すように、ベースプレート２の一方の面に形成された凹部にヒートパイプが挿入されている。ヒートパイプの露出した面がベースプレートと同一面になることが好ましい。ヒートパイプを挿入するための凹部の形状は、挿入すると一部がベースプレートの上面と同一面になるように露出するようにしてもよく、凹部をやや大きめに形成し、ヒートパイプを内部に配置後、両側部を機械的にかしめるようにしてもよい。なお、図示しないが、ベースプレートの厚さ方向の中央部に貫通孔部を形成して、ヒートパイプを埋め込んでも良い。更に、上述した凹部の断面の形状はＵ字形でも良い。
【００３５】
上述したように、ヒートパイプは、ベースプレートの第１の放熱フィンに面する側の表面に形成された凹部に装入されて、第１の放熱フィンに熱的に接続されている。
【００３６】
図６は、この発明の冷却モジュールの他の１つの態様を示す図である。この態様の冷却モジュールにおいては、上述したヒートパイプは、ベースプレートの両側において外に延伸し、ベースプレート外に延伸した２つの部分のそれぞれに第２の放熱フィンが接合されている。即ち、異なる発熱量を有する発熱素子の発熱量の大きい発熱素子に熱的に接続されるベースプレート２と、ベースプレート２の一方の面に接合された第１の放熱フィン４と、ベースプレート２および第１の放熱フィン４にその中央部の一部が熱的に接続されるヒートパイプ３と、ベースプレートから両側の外方に延伸したヒートパイプ３の延伸部に接合された、図示しない、発熱量の小さい発熱素子に熱的に接続される受熱面を備えた第２の放熱フィン５とを備えた、冷却モジュールである。
【００３７】
図６に示すように、熱伝導性部材であるベースプレート２の一方の表面に複数のヒートパイプ３が装入される凹部が形成されており、凹部にヒートパイプ３を装入した後、第１の放熱フィン４である例えば平板状の放熱フィンの一部がヒートパイプに直接熱的に接続するように接合される。上述したヒートパイプの凹部への接合は、上述したように、ヒートパイプの両側部を機械的かしめて行うか、ハンダ等によって行う。
【００３８】
ベースプレートの一方の面に形成された凹部に装入され、固定されたヒートパイプは、ベースプレートの両方の外側に向かって延伸している。ヒートパイプの延伸した部分のそれぞれには、Ｌ字形の第２の放熱フィンが接合されている（図９参照）。即ち、図５を参照して説明したＬ字形のフィンの垂直面部５２に形成された孔部５３に延伸したヒートパイプが挿入され固定される。このとき、Ｌ字形のフィンの底面部５１が並列に配置されて全体として平らな大きい受熱面を、ベースプレートの両側に形成する。
【００３９】
図６および図９に示す態様においても、上述した、Ｌ字形のフィンの底面部５１が並列に配置されて全体として形成された平らな大きい受熱面は、ヒートパイプに固定されるフィンの位置を変化させることによって、上下方向に移動し、図示しない高さ、発熱量の異なる発熱素子の配置に適合させることが容易にできる。図６に示す態様は、例えば、発熱量の大きいビデオチップが中央部に、発熱量の小さいメモリー等が両側部に搭載されたビデオ基板の冷却に適している。この際にも、基板の中央部に配置された発熱量の大きいビデオチップを上述したベースプレートの下面に熱的に接続し、両側部に配置された発熱量の小さいメモリー等を上述したＬ字形の放熱フィンの並列配置された底面部に熱的に接続させる。
【００４０】
この発明の冷却モジュールの他の態様においては、第１の放熱フィンおよび第２の放熱フィンの上端部は同一面を形成し、第１の放熱フィンおよび第２の放熱フィンの上方に送風ファンが備えられている。
図７は、送風ファンが上方に設けられたこの発明の冷却モジュールの概略正面図である。図８は、送風ファンが上方に設けられたこの発明の冷却モジュールの概略側面図である。図７は、図２に対応しており、図８は図３に対応している。図７および図８に示すように、この発明の冷却モジュールの上面に送風ファンが設けられ、ベースプレートおよび放熱フィンの並列されて形成された底面部に熱的に接続された発熱量、高さの異なる発熱素子からの熱が、ベースプレート、放熱フィンに熱伝導され、更にこれらと接続されたヒートパイプによって移動された熱が、送風ファンによって、強制的に放熱されて冷却が行われる。
なお、図示していないが、図６および図９に示された態様の冷却モジュールにおいても、同様に、送風ファンを備えても良い。
【００４１】
ヒートパイプは丸型ヒートパイプ、偏平型ヒートパイプ、板型ヒートパイプの何れを用いても良い。丸型ヒートパイプを使用する場合には、丸型ヒートパイプに偏平加工を施して、ヒートパイプの露出面とベース板の面とが同一面になるようにしてもよい。なお、放熱フィンの長手方向とヒートパイプの長手方向は交叉している。ベースプレートのヒートパイプを装入する凹部は、押し出し加工によって形成され、複数の溝は、複数個のファインカッターによって加工される。また、上述した逆の方法でも良い。
【００４２】
ベースプレートの一方の面に、ヒートパイプの断面の大きさと対応した断面の大きさの凹部が形成されている。このように形成された凹部にヒートパイプが装入される。次いで、このようにヒートパイプが装入された凹部の直近部位をかしめてヒートパイプを固定する。このとき、ヒートパイプとベースプレートとは隙間無く、密接に、熱的に接続されている。ヒートパイプの露出面とベースプレートの面とは同一面内にあり、高い平面度を維持している。なお、ベースプレートに、ヒートパイプの大きさに対応する中空部を設け、このように形成された中空部にヒートパイプを装入し、かしめて固定してもよい。
【００４３】
ヒートパイプのコンテナの材料として、銅（Ｃ１０２０、Ｃ１１００、Ｃ１２００）、アルミニウム（Ａ１０１０、Ａ１１００、Ａ５０００系、Ａ６０００系、Ａ７０００系）などの熱伝導の良好な金属を利用する。
【００４４】
毛細管構造体のウイックとして、金網、焼結金属、メタルウール、グラス繊維、炭素繊維、セラミックス繊維等がある。内壁に形成されるグルーブとして、軸方向、周方向に沿ったグルーブ、長方形、台形、三角形等のグルーブがある。
作動流体としては、コンテナの材質との適合性、作動温度を考慮して、水、アルコール、ヘリウム、メタン、アンモニア、アセトン、ナフタレン等が用いられる。
【００４５】
ヒートパイプの接合方法として、ロウ付け（銀ロウ、銅ロウ、錫ロウ、低温半田、各溶接（ＴＩＧ溶接、プラズマ溶接、レーザー溶接）があり、密閉体を形成する。
ベース板の材料として、アルミニウム（Ａ１０１０、Ａ１１００、Ａ５０００系、Ａ６０００系、Ａ７０００系）等を使用することができる。ベース板の加工方法として、プレス加工、鍛造、押し出し加工、切削加工を利用することができる。放熱フィンの材料として、アルミニウム（Ａ１０１０、Ａ１１００、Ａ５０００系、Ａ６０００系、Ａ７０００系）等を使用することができる。
ベース板、放熱フィンの材料として、必要に応じて、更に熱伝導性に優れた金属等を用いることができる。
【００４６】
【実施例】
この発明の冷却ファンを実施例によって更に詳細に説明する。
大きさが５５ｍｍ×６０ｍｍ×９ｍｍの銅製のベースプレートを調製した。ベースプレートの一方の表面に、ヒートパイプを装入する３つの凹部を形成した。このように形成した凹部に、直径６ｍｍ、長さ９６ｍｍのヒートパイプを、その表面がベースプレートの上面と同一面になるように装入しロウ付けによって接合した。
【００４７】
次に、ベースプレートの上に接合する銅製の第１の放熱フィンを調製した。第１の放熱フィンの大きさは、１２８ｍｍ×１５ｍｍ×０．２ｍｍであった。このように調製した銅製の第１の放熱フィンを、ヒートパイプが装入・接合されたベースプレートの面に、ピッチ１．５ｍｍで３５枚を並列に配置し、ロウ付けによって接合した。
【００４８】
次に、底面部および垂直面部からなるＬ字形のアルミニウム製の第２放熱フィンを調製した。Ｌ字形の第２放熱フィンの大きさは、１２８ｍｍ×１５ｍｍ×０．３ｍｍであった。このように調製したアルミニウム製の第２放熱フィンを、ベースプレートに装入接合され、ベースプレートの外側に延伸したヒートパイプに装着接合した。ヒートパイプへの装着接合は、垂直面部に形成された孔部に挿入しロウ付けによって接合した。このとき、第２放熱フィンは、ピッチ１．５ｍｍで２０枚が並列配置されて、フィンの底面部が平らな受熱面を形成した。
【００４９】
更に、このように形成された第１および第２放熱フィンの上に、大きさ８０ｍｍ×１５ｍｍのファンを取り付けた。
上述したように形成された本発明の冷却モジュールを使用して、放熱特性を調べた。その結果を図１０に示す。図１０において、横軸に風量、縦軸に熱抵抗を示す。図１０に示すように、風量６００（Ｌ／ｍｉｎ）のときの熱抵抗は０．４５（Ｋ／Ｗ）であり、風量８００（Ｌ／ｍｉｎ）のときの熱抵抗は０．４１（Ｋ／Ｗ）であった。
【００５０】
これに対して、比較用の冷却モジュールは次の通りであった。
大きさが８８．３ｍｍ×６０ｍｍ×９ｍｍの銅製のベースプレートを調製した。ベースプレートの一方の表面に、ヒートパイプを装入する３つの凹部を形成した。このように形成した凹部に、直径６ｍｍ、長さ８８ｍｍのヒートパイプを、その表面がベースプレートの上面と同一面になるように装入しロウ付けによって接合した。ヒートパイプはベースプレート内に収まり、ベースプレート外には延伸されていない。
【００５１】
次に、ベースプレートの上に接合する銅製の放熱フィンを調製した。放熱フィンの大きさは、１２８ｍｍ×１５ｍｍ×０．３ｍｍであった。このように調製した銅製の放熱フィンを、ヒートパイプが装入・接合されたベースプレートの面に、ピッチ１．５ｍｍで５５枚を並列に配置し、ロウ付けによって接合した。
【００５２】
上述したように形成された比較用の冷却モジュールを使用して、放熱特性を調べた。その結果を図１１に示す。図１１において、横軸に風量、縦軸に熱抵抗を示す。図１１に示すように、風量６００（Ｌ／ｍｉｎ）のときの熱抵抗は０．５４（Ｋ／Ｗ）であり、風量８００（Ｌ／ｍｉｎ）のときの熱抵抗は０．４８（Ｋ／Ｗ）であった。
【００５３】
上述したところから明らかなように、この発明の冷却モジュールによると、熱抵抗が優れていることがわかる。
発熱量の大きな発熱素子に対しては受熱部の厚いヒートシンクを使用し、発熱量の小さな発熱素子には受熱部の薄いヒートシンクを使用し、それぞれのヒートシンクをヒートパイプでつなぐことにより、発熱量、高さの異なる複数の発熱素子を一度に効率よく冷却することができ、同時に、それぞれのヒートシンクをつなぐヒートパイプが発熱素子の高さおよびその公差も吸収して冷却をすることができる。
【００５４】
【発明の効果】
この発明によると、発熱量、高さの異なる発熱素子を同時に効率よく放熱冷却することができ、軽量で製造コストの安い冷却モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の冷却モジュールの１つの態様の概略平面図である。
【図２】図２は、図１に示すこの発明の冷却モジュールの１つの態様の概略正面図である。
【図３】図３は、図１に示すこの発明の冷却モジュールの１つの態様の概略側面図である。
【図４】図４は、ベースプレートにヒートパイプが装着された状態を説明する図である。
【図５】図５は、第２の放熱フィンを示す斜視図である。
【図６】図６は、この発明の冷却モジュールの他の１つの態様を示す図である。
【図７】図７は、送風ファンが上方に設けられたこの発明の冷却モジュールの概略正面図である。
【図８】図８は、送風ファンが上方に設けられたこの発明の冷却モジュールの概略側面図である。
【図９】図９は、この発明の冷却モジュールの他の１つの態様を示す図である。
【図１０】図１０は、この発明の冷却モジュールの放熱特性を示すグラフである。
【図１１】図１１は、比較用の冷却モジュールの放熱特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１．この発明の冷却モジュール
２．ベースプレート
３．ヒートパイプ
４．第１の放熱フィン
５．第２の放熱フィン
６．露出したヒートパイプの部分
７．ファン
５１．底面部
５２．垂直面部
５３．孔部
Claims (9)
- 発熱量の大きな発熱素子に熱的に接続される熱流束（Ｗ×ｃｍ）が大きい受熱部を備えた第１のヒートシンクと、発熱量の小さな発熱素子に熱的に接続される熱流束（Ｗ×ｃｍ）が小さい受熱部を備えた第２のヒートシンクと、前記第１のヒートシンクおよび前記第２のヒートシンクを熱的に接続する熱伝導部材からなる冷却モジュール。
- 異なる発熱量を有する発熱素子の少なくとも一つの発熱素子に熱的に接続されるベースプレートと、ベースプレートに接合された第１の放熱フィンと、ベースプレートおよび第１の放熱フィンにその一部が熱的に接続される熱伝導部材と、前記熱伝導部材の他の一部に接合された、他の発熱素子に熱的に接続される受熱面を備えた第２の放熱フィンとを備えた、冷却モジュール。
- 前記熱伝導部材がヒートパイプからなっており、前記ヒートパイプは、前記ベースプレートと前記第１の放熱フィンの間に配置されて、前記ベースプレート外に延伸し、前記ベースプレート外に延伸した部分に前記第２の放熱フィンが接合されている、請求項２に記載の冷却モジュール。
- 前記ヒートパイプは、前記ベースプレートの両側において外に延伸し、前記ベースプレート外に延伸した２つの部分のそれぞれに前記第２の放熱フィンが接合されている、請求項３に記載の冷却モジュール。
- 前記ベースプレートに発熱量の高い発熱素子が熱的に接続され、発熱量の低い発熱素子が前記第２放熱フィンの前記受熱面に熱的に接続されている、請求項２から４の何れか１項に記載の冷却モジュール。
- 前記第１の放熱フィンがＬ字型のフィンからなっており、前記第２の放熱フィンが前記受熱面の底面部と、前記ヒートパイプに熱的に接続される垂直面部からなるＬ字形のフィンからなっている、請求項５に記載の冷却モジュール。
- 前記第１の放熱フィンおよび前記第２の放熱フィンの上端部は同一面を形成し、第１の放熱フィンおよび前記第２の放熱フィンの上方に送風ファンが備えられている、請求項６に記載の冷却モジュール。
- 前記ヒートパイプは、前記ベースプレートの第１の放熱フィンに面する側の表面に形成された凹部に装入されて、前記第１の放熱フィンに熱的に接続されている、請求項２から７の何れか１項に記載の冷却モジュール。
- 前記第１の放熱フィンは、前記ベースプレートの表面に形成された溝部に挿入され、両側部を機械的にかしめて、前記ベースプレートに接合されている、請求項６に記載の冷却モジュール。
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