JP2006310740A - 電子機器用冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１の発熱素子および第２の発熱素子を備え、第１の発熱素子の近傍を第２のヒートパイプが通るような配置であっても、第１の発熱素子および第２の発熱素子を効果的に冷却することができる電子機器用冷却装置を提供する。
【解決手段】それぞれ分離して配置された複数の発熱素子１，２が第１の面に熱的に接続された受熱プレート３と、第１の端部が前記受熱プレート３の第２の面に熱的に接続されて、前記発熱素子１，２の熱をそれぞれの第２の端部に移動する、発熱素子１，２の数に対応した数の複数のヒートパイプ１１，１２と、前記ヒートパイプ１１，１２の前記第２の端部に熱的に接続される放熱フィン部４と、前記ヒートパイプ１１，１２とそれに対応しない発熱素子１，２との間の熱の移動を遮断する断熱手段とを備えた、電子機器用冷却装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器用冷却装置、特に、複数の発熱素子を複数のヒートパイプを使用して冷却する電子機器用冷却装置に関する。

ノートPCのCPU冷却に用いられるヒートパイプヒートシンクなどでは、受熱プレートとヒートパイプと放熱フィンを備えたものが用いられている。ここで一般にヒートパイプは、受熱プレートに対し、ハンダや熱伝導接着剤や機械的カシメなどの手段により、全長にわたって熱的に接合されている。これは受熱プレート自身も熱伝導に寄与し、ヒートパイプの補助をし、仮にヒートパイプが破損したときもある程度の伝熱ができるためである。また、ヒートシンク全体として剛性を持たせるためでもある。

ヒートパイプの内部には作動流体の流路となる空間が設けられ、その空間に収容された作動流体が、蒸発、凝縮等の相変化や移動をすることによって、熱の移動が行われる。密封された空洞部を備え、その空洞部に収容された作動流体の相変態と移動により熱の移動が行われるヒートパイプの作動の詳細は次の通りである。

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の材質中を熱伝導して伝わってきた被冷却部品が発する熱を潜熱として吸収して、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。放熱側においては、作動流体の蒸気は凝縮して潜熱を放出するとともに、再び液相状態に戻る。このように液相状態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って熱の移動が行われる。

ノートPCのCPU冷却ヒートシンクとしては、受熱プレートにヒートパイプが沿って配置されているものが広く実施されている。更に、発熱素子が複数分離して配置され、これらの発熱素子の熱をヒートパイプを用いて移動させ、放熱フィンによって大気中に放熱するヒートシンクがある。

図８（a）は、従来の電子機器用冷却装置の平面図である。図８（ｂ）は、そのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。図８（a）に示すように、受熱プレート１０３の一方の面には２本のヒートパイプ１１１、１１２が配置されている。第１のヒートパイプ１１１の一方の端部は、受熱プレート１０３の他方の面に熱的に接続された第１の発熱素子１０１に対応する位置で熱的に接続されている。第１のヒートパイプの他方の端部は受熱プレートの一方の面に熱的に接続された放熱フィン部１０４に対応する位置まで延伸している。

第２のヒートパイプ１１２の一方の端部は、受熱プレート１０３の他方の面に熱的に接続された第２の発熱素子１０２に対応する位置で熱的に接続されている。第２のヒートパイプの他方の端部は受熱プレートの一方の面に熱的に接続された放熱フィン部１０４に対応する位置まで延伸している。放熱フィン部に風を吹き付けるためのファン１０５がヒートパイプの他方の端部近傍に取り付けられている。
図８(a)、図８(b)に示すように、第２のヒートパイプ１１２が第２の発熱素子１０２と放熱フィン部１０４の間で第１の発熱素子１０１の近傍を通るように配置されている。

特開平１０−５１１７０号公報

最近のＰＣでは、ＣＰＵとグラフィックチップ（ＶＧＡ）等、複数の素子があり、それぞれ発熱量が大きくなっているので冷却する必要があるが、それぞれの発熱に応じた熱輸送をするために、複数のヒートパイプを用いる場合がある。素子の基板上の配置は、主として電気回路の設計の必要性から決まるので、冷却にとっては不利な配置になることもある。

つまり、図８を参照して説明したように、第１の発熱素子１０１の近傍を第２のヒートパイプ１１２が通るような配置になると、第１の発熱素子１０１の発熱量が大きい場合、受熱プレート１０３を通して第１の発熱素子１０１の熱が第２のヒートパイプ１１２の途中から入熱してしまい、第２のヒートパイプ１１２が本来放熱すべき第２の発熱素子１０２に逆に熱が流入したり、そうでなくても第２のヒートパイプ１１２の熱輸送能力を超えてしまい、第２の発熱素子１０２が冷却されないという問題があった。

従って、この発明の目的は、第１の発熱素子および第２の発熱素子を備え、第１の発熱素子の近傍を第２のヒートパイプが通るような配置であっても、第１の発熱素子および第２の発熱素子を効果的に冷却することができる電子機器用冷却装置を提供することにある。

本発明者は、上述した従来技術の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、第１の発熱素子の近傍で、受熱プレートと第２のヒートパイプの間に断熱手段を設けることにより、放熱性能に優れた電子機器用冷却装置を提供することができることが判明した。その際、断熱手段は、受熱プレートと第２のヒートパイプとの間に設けた空隙、受熱プレートの第２のヒートパイプ近傍に設けた切り欠きまたは孔部、受熱プレートと第２のヒートパイプの間に挟んだ断熱材とすると、受熱プレートを通して第１の発熱素子の熱が第２のヒートパイプの途中から入熱する、または、第２のヒートパイプが本来放熱すべき第２の発熱素子に逆に熱が流入したりすることを防止できる。

この発明は、上記研究結果に基づいてなされたものであって、この発明の電子機器用冷却装置の第１の態様は、それぞれ分離して配置された複数の発熱素子が第１の面に熱的に接続された受熱プレートと、
第１の端部が前記受熱プレートの第２の面に熱的に接続されて、前記発熱素子の熱をそれぞれの第２の端部に移動する、発熱素子の数に対応した数の複数のヒートパイプと、
前記ヒートパイプの前記第２の端部に熱的に接続される放熱フィン部と、
複数の前記ヒートパイプの間の熱の移動を遮断する断熱手段とを備えた、電子機器用冷却装置である。

この発明の電子機器用冷却装置の第２の態様は、前記複数の発熱素子が２つの発熱素子からなっており、前記複数のヒートパイプが２本のヒートパイプからなっており、第１のヒートパイプは主として第１の発熱素子の熱を前記放熱フィン部に伝達し、第２のヒートパイプは主として第２の発熱素子の熱を前記放熱部フィン部に伝達し、第２のヒートパイプが第２の発熱素子と放熱フィン部の間で第１の発熱素子の近傍を通るように配置され、前記断熱手段が、第１の発熱素子の近傍で、受熱プレートと第２のヒートパイプの間に配置されている、電子機器用冷却装置である。

この発明の電子機器用冷却装置の第３の態様は、前記第１の発熱素子の近傍で、前記受熱プレートと前記第２のヒートパイプとの間に、前記断熱手段としての空隙を設けた、電子機器用冷却装置である。

この発明の電子機器用冷却装置の第４の態様は、前記第１の発熱素子の近傍で、前記受熱プレートに、前記断熱手段としての切り欠きまたは孔部を設けた、電子機器用冷却装置である。

この発明の電子機器用冷却装置の第５の態様は、前記第１の発熱素子の近傍で、前記受熱プレートと前記第２のヒートパイプの間に、前記断熱手段としての断熱材を挟んだ、電子機器用冷却装置である。

第１の発熱素子（CPU）の熱が第２のヒートパイプに流入しなくなり第２の発熱素子（グラフィックチップ）もよく冷却できるようになった（逆の場合も同様に言える、即ち、第２の発熱素子の熱が第１のヒートパイプに流入しなくなり第１の発熱素子もよく冷却できるようになった）。

この発明の電子機器用冷却装置を、図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明の電子機器用冷却装置の１つの態様の概略側面図である。
図１に示すように、この態様においては、第１の発熱素子の近傍で、第２のヒートパイプを曲げて受熱プレートから浮かせ、受熱プレートと第２のヒートパイプの間に空隙を設けたものである。

即ち、受熱プレート３は、高さの異なる、発熱素子１、２と放熱フィン部４および冷却用ファン６がそれぞれ接続されるように、中央部で折り曲げられて、段差のある２つの平らな面を備えている。受熱プレート３の２つの平らな面の１つの平らな面１３の一方の面（図では下面）には、２つの発熱素子１、２が熱的に接続されている。他の平らな面２３の同じ面（図では下面）には、放熱フィン部４および冷却用ファン６が熱的に接続されている。受熱プレートの他方の面（図では上面）には、第１の発熱素子１に対応する位置に第１のヒートパイプ１１の受熱部が熱的に接続されており、第２の発熱素子２に対応する位置に第２のヒートパイプ１２の受熱部が熱的に接続されている。

第１のヒートパイプ１１および第２のヒートパイプ１２のそれぞれの放熱部は受熱プレートの放熱フィン部４に対応する位置に熱的に接続されている。図１に示すように、第２のヒートパイプ１２は、第１の発熱素子１に対応する位置の近傍で、曲げられて受熱プレート３から浮かせて、受熱プレート３と第２のヒートパイプ１２の間に空隙を設けている。このようにして設けられた空隙が断熱手段として機能し、第１の発熱素子の熱が第２のヒートパイプに流入しないようにしている。従って、第１の発熱素子の熱は主として第１のヒートパイプによって放熱フィン部に移動され、第２の発熱素子の熱が主として第２のヒートパイプによって放熱フィン部に移動され、冷却用ファンによって強制的に放熱される。

図２（a）は、この発明の電子機器用冷却装置の他の１つの態様の平面図である。図２（ｂ）は、Ａ−Ａ’線に沿った断面図である。図２に示すように、この態様においては、第１の発熱素子の近傍で、受熱プレートに段差を設けて、受熱プレートと第２のヒートパイプの間に空隙を設けたものである。

即ち、図２(a)に示すように、受熱プレートの一方の面（図では下面）には、発熱素子１、２が熱的に接続されている。受熱プレートの他方の面（図では上面）には、第１の発熱素子１に対応する位置に第１のヒートパイプ１１の受熱部が熱的に接続されており、第２の発熱素子２に対応する位置に第２のヒートパイプ１２の受熱部が熱的に接続されている。第１のヒートパイプ１１および第２のヒートパイプ１２のそれぞれの放熱部は、受熱プレートの（図示しない）放熱フィン部に対応する位置に熱的に接続されている。

図２(a)に示すように、第２のヒートパイプ１２が配置されている受熱プレートにおける第１の発熱素子の近傍には、段差（例えば、凹部）が設けられている。即ち、凹部においては、第２のヒートパイプは受熱プレートとの接続が解かれており、第１の発熱素子の熱が第２のヒートパイプに流入することが避けられる。図２(b)に断面で示すように、第１の発熱素子が熱的に接続された受熱プレートの部分には、凹部が形成されて、第２のヒートパイプとの間に空隙ができている。従って、第１の発熱素子の熱が第２のヒートパイプに流入することなく、第１の発熱素子の熱は主として第１のヒートパイプによって放熱フィン部に移動され、第２の発熱素子の熱が主として第２のヒートパイプによって放熱フィン部に移動され、冷却用ファンによって強制的に放熱される。

図３は、この発明の電子機器用冷却装置の他の１つの態様の平面図である。
図３に示すように、この態様においては、第１の発熱素子の近傍で、受熱プレートに孔部をあけたものである。

即ち、図３に示すように、受熱プレートの一方の面（図では下面）には、離れた位置に２つの発熱素子１、２が熱的に接続されている。受熱プレートの他方の面（図では上面）には、第１の発熱素子１に対応する位置に第１のヒートパイプ１１の受熱部が熱的に接続されており、第２の発熱素子２に対応する位置に第２のヒートパイプ１２の受熱部が熱的に接続されている。第１のヒートパイプ１１および第２のヒートパイプ１２のそれぞれの放熱部は、受熱プレートの（図示しない）放熱フィン部に対応する位置に熱的に接続されている。放熱フィン部に対して、冷却用ファン６によって空気が吹き付けられて、強制的に放熱される。

図３に示すように、断熱手段として、第１の発熱素子１の近傍で、受熱プレート３と第２のヒートパイプ１２の間にスリット５が配置されている。孔部は、第１の発熱素子の熱が受熱プレートによって移動して、第２のヒートパイプに流入することがないように、第１のヒートパイプ１１と第２のヒートパイプとの間に所定の大きさで形成されている。

従って、この態様においても、第１の発熱素子１の熱が第２のヒートパイプ１２に流入することなく、第１の発熱素子１の熱は主として第１のヒートパイプ１１によって放熱フィン部に移動され、第２の発熱素子２の熱が主として第２のヒートパイプ１２によって放熱フィン部に移動され、冷却用ファン６によって強制的に放熱される。

図４は、この発明の電子機器用冷却装置の他の１つの態様の平面図である。
図４に示すように、この態様においては、第１の発熱素子の近傍で、受熱プレートを切り欠いたものである。

即ち、図４に示すように、概略Ｌ字形の受熱プレートの一方の面（図では下面）には、相互に影響しないように所定の間隔を隔てて位置する２つの発熱素子１、２が熱的に接続されている。受熱プレートの他方の面（図では上面）には、第１の発熱素子１に対応する位置に第１のヒートパイプ１１の受熱部が熱的に接続されており、第２の発熱素子２に対応する位置に第２のヒートパイプ１２の受熱部が熱的に接続されている。

第１のヒートパイプ１１および第２のヒートパイプ１２のそれぞれの放熱部は、受熱プレートの（図示しない）放熱フィン部（図の上部の受熱プレートの下面）に対応する位置に熱的に接続されている。ヒートパイプのそれぞれの放熱部は、折り曲げられて受熱プレートの上端部に沿って平行に配置されている。その裏面に配置された放熱フィン部に対して、冷却用ファン６によって空気が吹き付けられて、放熱フィン部に移動した熱が強制的に放熱される。

図４に示すように、断熱手段として、第１の発熱素子１の近傍で、第２のヒートパイプ１２が位置する部分において、受熱プレート３に切り欠き部７が形成されている。切り欠き部７は、第１の発熱素子１の熱が受熱プレート３によって矢印で示すように移動して、第２のヒートパイプに流入することがないように、第２のヒートパイプ１２の所定部分に対応して形成されている。

従って、この態様においても、第１の発熱素子１の熱が第２のヒートパイプ１２に流入することなく、第１の発熱素子１の熱は主として第１のヒートパイプ１１によって放熱フィン部に移動され、第２の発熱素子２の熱が主として第２のヒートパイプ１２によって放熱フィン部に移動され、冷却用ファン６によって強制的に放熱される。

図５は、この発明の電子機器用冷却装置の他の１つの態様の平面図である。
図５に示すように、この態様においては、第１の発熱素子の近傍で、受熱プレートに孔部をあけたものである。

即ち、図５に示すように、概略Ｌ字形の受熱プレートの一方の面（図では下面）には、相互に影響しないように所定の間隔を隔てて位置する２つの発熱素子１、２が熱的に接続されている。受熱プレートの他方の面（図では上面）には、第１の発熱素子１に対応する位置に第１のヒートパイプ１１の受熱部が熱的に接続されており、第２の発熱素子２に対応する位置に第２のヒートパイプ１２の受熱部が熱的に接続されている。

第１のヒートパイプ１１および第２のヒートパイプ１２のそれぞれの放熱部は、受熱プレートの（図示しない）放熱フィン部（図の上部の受熱プレートの下面）に対応する位置に熱的に接続されている。ヒートパイプのそれぞれの放熱部は、折り曲げられて受熱プレートの上端部に沿って平行に配置されている。その裏面に配置された放熱フィン部に対して、冷却用ファン６によって空気が吹き付けられて、放熱フィン部に移動した熱が強制的に放熱される。

図５に示すように、断熱手段として、第１の発熱素子１の近傍で、第２のヒートパイプ１２が位置する部分において、受熱プレート３に孔部８が形成されている。孔部８は、第１の発熱素子１の熱が受熱プレート３によって矢印で示すように移動して、第２のヒートパイプに流入することがないように、第２のヒートパイプ１２の所定部分に対応して形成されている。

従って、この態様においても、第１の発熱素子１の熱が第２のヒートパイプ１２に流入することなく、第１の発熱素子１の熱は主として第１のヒートパイプ１１によって放熱フィン部に移動され、第２の発熱素子２の熱が主として第２のヒートパイプ１２によって放熱フィン部に移動され、冷却用ファン６によって強制的に放熱される。

図３から図５を参照して説明した切り欠き部や孔部は、第２のヒートパイプの真下に形成されても良いし、真下でなく、第１の発熱素子と第２のヒートパイプの間の所定位置に形成されても良い。何れの場合にも、第１の発熱素子の熱が第２のヒートパイプに流入するのを防止することができればよい。

図６は、この発明の電子機器用冷却装置の他の１つの態様の平面図である。図７は、図６の断面図である。
図６および図７に示すように、この態様においては、断熱手段として、第１の発熱素子１の近傍で、第２のヒートパイプ１２が位置する部分に断熱材を用いている。

即ち、上述した他の態様と同様に、図６に示すように、概略Ｌ字形の受熱プレート３の一方の面（図では下面）には、相互に影響しないように所定の間隔を隔てて位置する２つの発熱素子１、２が熱的に接続されている。受熱プレート３の他方の面（図では上面）には、第１の発熱素子１に対応する位置に第１のヒートパイプ１１の受熱部が熱的に接続されており、第２の発熱素子２に対応する位置に第２のヒートパイプ１２の受熱部が熱的に接続されている。

第１のヒートパイプ１１および第２のヒートパイプ１２のそれぞれの放熱部は、受熱プレートの（図示しない）放熱フィン部（図の上部の受熱プレートの下面）に対応する位置に熱的に接続されている。ヒートパイプのそれぞれの放熱部は、折り曲げられて受熱プレートの上端部に沿って平行に配置されている。その裏面に配置された放熱フィン部に対して、冷却用ファン６によって空気が吹き付けられて、放熱フィン部に移動した熱が強制的に放熱される。

図６に示すように、断熱手段として、第１の発熱素子１の近傍で、第２のヒートパイプ１２が位置する部分に断熱材が設けられている。この場合は、受熱プレートに切り欠き部または孔部を設けていない。
受熱プレート３とヒートパイプをハンダ付けする時、受熱プレート３の第１の発熱素子１の近傍で第２のヒートパイプ１２の下になる部分にポリイミドテープやガラス繊維入りテープ９を貼っておき、その部分にハンダ１０が流れ込むのを防いだものである。このようにテープが断熱材として作用する。

従って、この態様においても、第１の発熱素子１の熱が第２のヒートパイプ１２に流入することなく、第１の発熱素子１の熱は主として第１のヒートパイプ１１によって放熱フィン部に移動され、第２の発熱素子２の熱が主として第２のヒートパイプ１２によって放熱フィン部に移動され、冷却用ファン６によって強制的に放熱される。

なお、一般的には、第１の発熱素子がCPU、第２の発熱素子がグラフィックチップであるが、第１の発熱素子としてCPU、第２の発熱素子としてグラフィックチップを使用する等、逆の場合等もありうる。

この発明によると、第１の発熱素子および第２の発熱素子を備え、第１の発熱素子の近傍を第２のヒートパイプが通るような配置であっても、第１の発熱素子から第２のヒートパイプへの熱の流入を防止し、第１の発熱素子および第２の発熱素子を効果的に冷却することができる電子機器用冷却装置を提供することができ、産業上利用価値が高い。

図１は、この発明の電子機器用冷却装置の１つの態様の概略側面図である。 図２（a）は、この発明の電子機器用冷却装置の他の１つの態様の平面図である。図２（ｂ）は、Ａ−Ａ’線に沿った断面図である。 図３は、この発明の電子機器用冷却装置の他の１つの態様の平面図である。 図４は、この発明の電子機器用冷却装置の他の１つの態様の平面図である。 図５は、この発明の電子機器用冷却装置の他の１つの態様の平面図である。 図６は、この発明の電子機器用冷却装置の他の１つの態様の平面図である。 図７は、図６の断面図である。 図８（a）は、従来の電子機器用冷却装置の平面図である。図８（ｂ）は、そのＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

符号の説明

１ 第１の発熱素子
２ 第２の発熱素子
３ 受熱プレート
４ 放熱フィン
５ スリット
６ ファン
７ 切り欠き部
８ 孔部
９ 断熱材
１０ハンダ
１１ 第１のヒートパイプ
１２ 第２のヒートパイプ

Claims (5)

1. 複数の発熱素子が第１の面に熱的に接続された受熱プレートと、
   第１の端部が前記受熱プレートの第２の面に熱的に接続されて、前記発熱素子の熱をそれぞれの第２の端部に移動する、発熱素子の数に対応した数の複数のヒートパイプと、
   前記ヒートパイプの前記第２の端部に熱的に接続される放熱フィン部と、
   前記ヒートパイプとそれに対応しない発熱素子との間の熱の移動を遮断する断熱手段とを備えた、電子機器用冷却装置。
2. 前記複数の発熱素子が２つの発熱素子からなっており、前記複数のヒートパイプが２本のヒートパイプからなっており、第１のヒートパイプは主として第１の発熱素子の熱を前記放熱フィン部に伝達し、第２のヒートパイプは主として第２の発熱素子の熱を前記放熱部フィン部に伝達し、第２のヒートパイプが第２の発熱素子と放熱フィン部の間で第１の発熱素子の近傍を通るように配置され、前記断熱手段が、第１の発熱素子の近傍で、受熱プレートと第２のヒートパイプの間に配置されている、請求項１に記載の電子機器用冷却装置。
3. 前記第１の発熱素子の近傍で、前記受熱プレートと前記第２のヒートパイプとの間に、前記断熱手段としての空隙を設けた、請求項２に記載の電子機器用冷却装置。
4. 前記第１の発熱素子の近傍で、前記受熱プレートに、前記断熱手段としての切り欠きまたは孔部を設けた、請求項２の電子機器用冷却装置。
5. 前記第１の発熱素子の近傍で、前記受熱プレートと前記第２のヒートパイプの間に、前記断熱手段としての断熱材を挟んだ、請求項２の電子機器用冷却装置。
   

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