JP2005294665A

JP2005294665A - 熱拡散装置

Info

Publication number: JP2005294665A
Application number: JP2004109709A
Authority: JP
Inventors: Seiji Hashimo; 誠司羽下
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】ノート型パソコン等の電子機器の熱拡散装置に係り、広範囲に熱を拡散させ、冷却効率を向上させること、更に冷却水漏れを防止することを課題とする。
【解決手段】流路構造３は、金属板内で冷却水を循環させる経路となる空間である流路を囲み、タンク構造４は、二つ以上の口で流路とつながり、経路方向の長さあたりの容量が、流路よりも大きい空間であるタンクを囲む。そして、二つ以上の口で流路とつながるポンプは、流路の一方向に冷却水を循環させる。流路構造３は、溝を設けた金属板をロウで密着させることにより構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ノート型パソコン等の電子機器の熱拡散装置に係り、広範囲に熱を拡散させ、冷却効率を向上させる技術に関する。

近年の半導体素子の小型化、高性能化により、発熱密度が年々増大している。そのような素子の冷却には、熱を広げる（拡散させる）ためのヒートスプレッタが必要となる。最も単純なヒートスプレッタは、熱伝導率の良い材料（銅、アルミなど）を板状にしたものであるが、近年そのような固体の熱伝導だけでは熱拡散が不十分となってきている。そのため、最近では金属のパイプ又は板内部に流体を密閉し、その流体の相変化（沸騰／凝縮）を利用して熱を拡散（輸送）するヒートパイプ、ヒートレーンが使われている。

一方、ノート型パソコンの水冷システムでは、キーボード下の基板上のＣＰＵの発熱を液晶画面の裏面から放熱する構造になっている。その放熱部は、液晶画面の裏側のベース板の上に配管を取り付けた構造になっており、ベース板がヒートスプレッタの構造になっている。ただし、ＣＰＵを冷却する受熱部と放熱部は離れており、その間にポンプ、リザーブタンクがパイプで接続されている。

ヒートパイプ、ヒートレーンは、銅のような熱伝導率が大きい金属より広い範囲に熱を拡散（輸送）させることができるが、ヒートパイプ、ヒートレーンには最大熱輸送量／最大熱輸送距離に限界値が存在する。そのため近年のパワーエレクトロニクス素子のような局所的に１［ＫＷ］以上の発熱がある発熱素子の熱を十分に拡散することができない。特に、ヒートパイプ、ヒートレーンの場合、許容熱量以上の熱量が加わった場合、ドライアウトという加熱部分に作動流体が戻ってこなくなる現象が発生し、ドライアウトが発生すると加熱部分が異常高温になり、素子が焼損する。

一方、ノート型パソコンの水冷システムにおいては、受熱部、放熱部、ポンプ、リーザーブタンクがパイプで接続されているため、パイプの継ぎ目で水漏れが発生する危険性がある。
特開２００２−０３２６５９号公報特開平１１−３２０６５５号公報

本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされたものであって、その目的とするところは、広範囲に熱を拡散させ、冷却効率を向上させることを課題とする。

本発明に係る熱拡散装置は、
平板形状を有し、当該平板の内部に以下の構造を有することを特徴とする
（１）平板内で冷却水を循環させる経路となる空間である流路を囲む流路構造
（２）二つ以上の口で流路とつながり、経路方向の長さあたりの容量が、流路よりも大きい空間であるタンクを囲むタンク構造
（３）二つ以上の口で流路とつながり、流路の一方向に冷却水を循環させる動力源。

本発明においては、広範囲に熱を拡散させ、冷却効率を向上させることができる。また、冷却水漏れを防止することができる。

実施の形態１．
以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。図１は、実施の形態１に係る熱拡散装置の断面（側面と平行の断面）を示す図である。図２は、実施の形態１に係る熱拡散装置の断面（上面と平行の断面）を示す図である。

熱拡散装置（ヒートスプレッダ）は、金属板１の内部に流路構造３と、タンク構造４と、ポンプ２（動力源の例）を有している。流路構造３は、平板内で冷却水を循環させる経路となる空間である流路を囲んでいる。タンク構造４は、二つ以上の口で流路とつながり、経路方向の長さあたりの容量が、流路よりも大きい空間であるタンクを囲んでいる。ポンプ２は、二つ以上の口で流路とつながり、流路の一方向に冷却水を循環させるように構成されている。
このようにして、広範囲に熱を拡散させ、冷却効率を向上させることができる。

実施の形態２．
図３は、実施の形態２に係る熱拡散装置（その１）を示す図である。図４は、実施の形態２に係る熱拡散装置（その２）を示す図である。図に示すように、熱拡散装置（ヒートスプレッダ５）の外側に冷却面７を取り付けることも有効である。冷却面７に代えて、放熱フィンやファンを設けることも有効である。尚、６は、熱源となる発熱体である。

また、図３のようにこれらを片面に設ける場合でも有効であるが、図４のように両面に設ける方がより効率的である。
このようにして、冷却体等により、放熱を促進することができる。

実施の形態３．
図５は、実施の形態３に係る熱拡散装置の断面（その１）を示す図である。図６は、実施の形態３に係る熱拡散装置の断面（その２）を示す図である。

熱拡散装置は、複数の金属板８（板状部品の例）を重ね合せて構成されている。接する面は、ロウ９により密着されている。少なくとも一方の金属板８は、溝を有する。そして、他の金属板８とを密着させることにより、流体路構造１０が構成される。

図５では、図で上側に位置する他の金属板８は、溝を有さないが、図６では、他の金属板８も、一方の金属板８の溝と対向する溝を有している。
このようにして、冷却水漏れを防止することができる。

実施の形態４．
図７は、実施の形態４に係る動力源を示す図である。図に示すように、動力源は、ブラシレスモータを用い、水車に取り付けられた磁石により水車を回転させる非接触式ポンプである。

１１は、コイル、１２は、磁石、１３は、羽根車である。
このようにして、冷却水を循環させることができる。

実施の形態５．
図８は、実施の形態５に係る動力源を示す図である。図に示すように、冷却水として、磁性流体１６を用い、動力源は、リニアモータの原理で磁性流体を動かす。１４は、鉄芯であり、１５は、鉄芯１４に巻き付けられたコイルである。コイル１５に流す電流を制御することにより、磁界を変化させる。磁性流体１６は、変化する磁界に応じて移動する。
このようにして、冷却水を循環させることができる。

実施の形態６．
図９は、実施の形態６に係る動力源を示す図である。冷却水として、導電性流体１９を用い、動力源は、電極１８により導電性流体１９に電気を流し、磁石１７による磁界により発生する力により導電性流体１９を駆動する。
このようにして、冷却水を循環させることができる。

実施の形態７．
図１０は、実施の形態７に係る熱拡散装置の断面（その１）を示す図である。図１１は、実施の形態７に係る熱拡散装置の断面（その２）を示す図である。流路構造は、当該流路構造が囲む流路内に保持されるフィン２０を設ける。

図１０は、一方の金属板の溝から内側にフィンが突き出ている。図１１では、両方の金属板の溝から内側にフィン２０が突き出ている。このフィン２０により、冷却水から金属板８への熱伝達の効率が向上する。
このようにして、熱伝達率を上げ、冷却を促進することができる。

実施の形態８．
図１２は、実施の形態８に係る熱拡散装置の断面（その１）を示す図である。図１３は、実施の形態８に係る熱拡散装置の断面（その２）を示す図である。金属板８の外側に冷却用のフィン２１が突き出ている。
このようにして、冷却を促進することができる。

実施の形態９．
ヒートシンクのベース面に溝を設け、その溝を流路とすることも有効である。

以上のように、本発明に係る熱拡散装置（ヒートスプレッダ）を構成する為に、平板内に溝を設け、水路とする。同様にリザーブタンク、ポンプ用の溝を設ける。ポンプに電極が必要な場合、電極用の穴を設ける。また、水路内に液体を注入するため、一つ以上の穴を設ける。平板内にポンプを内蔵し、平板間、電極部をロウ付けなどで密封する。最後に水路内に液体を注入し、穴を塞ぐ。

実施の形態１に係る熱拡散装置の断面（側面と平行の断面）を示す図である。実施の形態１に係る熱拡散装置の断面（上面と平行の断面）を示す図である。実施の形態２に係る熱拡散装置（その１）を示す図である。実施の形態２に係る熱拡散装置（その２）を示す図である。実施の形態３に係る熱拡散装置の断面（その１）を示す図である。実施の形態３に係る熱拡散装置の断面（その２）を示す図である。実施の形態４に係る動力源を示す図である。実施の形態５に係る動力源を示す図である。実施の形態６に係る動力源を示す図である。実施の形態７に係る熱拡散装置の断面（その１）を示す図である。実施の形態７に係る熱拡散装置の断面（その２）を示す図である。実施の形態８に係る熱拡散装置の断面（その１）を示す図である。実施の形態８に係る熱拡散装置の断面（その２）を示す図である。

符号の説明

１金属板、２ポンプ、３流路構造、４タンク構造、５ヒートスプレッダ、６発熱体、７冷却面、８金属板、９ロウ、１０流体路構造、１１コイル、１２磁石、１３羽根車、１４鉄芯、１５コイル、１６磁性流体、１７磁石、１８電極、１９導電性流体、２０フィン、２１フィン。

Claims

平板形状を有し、当該平板の内部に以下の構造を有することを特徴とする熱拡散装置
（１）平板内で冷却水を循環させる経路となる空間である流路を囲む流路構造
（２）二つ以上の口で流路とつながり、経路方向の長さあたりの容量が、流路よりも大きい空間であるタンクを囲むタンク構造
（３）二つ以上の口で流路とつながり、流路の一方向に冷却水を循環させる動力源。
熱拡散装置は、複数の板状部品を重ね合せて構成され、
流体路構造は、溝を有する一方の板状部品と、他の板状部品とを密着させることにより構成されることを特徴とする請求項１記載の熱拡散装置。
動力源は、ブラシレスモータを用い、水車に取り付けられた磁石により水車を回転させる非接触式ポンプであることを特徴とする請求項１記載の熱拡散装置。
冷却水として、磁性流体を用い、
動力源は、磁界を変化させ、磁性流体を動かすことを特徴とする請求項１記載の熱拡散装置。
冷却水として、導電性流体を用い、
動力源は、導電性流体に電気を流し、磁石による磁界により発生する力により当該導電性流体を駆動することを特徴とする請求項１記載の熱拡散装置。
流路構造は、当該流路構造が囲む流路内に保持されるフィンを設けることを特徴とする請求項１記載の熱拡散装置。
ヒートシンクのベース面に溝を設け、その溝を流路とすることを特徴とする請求項１記載の熱拡散装置。