JP2009076622A - Heat sink and electronic apparatus using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat sink that can convey much heat by continuously using evaporation heat, is applicable to cool a big calorific value with a simple structure, and reduces production costs, as well as an electronic apparatus using the same. <P>SOLUTION: A heat sink 4 installs upright two or more cooling fins for releasing heat from a heating element, wherein at a fin installation part 4B of the heat sink, there is provided a heat transfer substrate portion composed of a high heat-conductive metallic material, which consists of a heat transfer substrate 1 for installing a heating element 5 and a middle plate 2 for forming an activating liquid tank 3. On a concave surface portion 10 provided at the back of the heating element installation surface of the heat transfer substrate 1, there is provided a planar wick 6 formed so that capillary tube force may occur mainly in a vertical direction. Further, an evaporator 7 for the activation liquid is formed by covering the middle plate 2 opposed to the concave surface portion 10 of the heat transfer substrate 1. Moreover, the middle plate 2 has a concave surface portion 11 on a surface opposite to the surface side in contact with the heat transfer substrate 1, and by covering this concave surface portion 11 with the fin installation part 4B, the activation liquid tank 3 is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、パワーデバイスなどの発熱体を有する電子装置に関し、冷却能力に優れたヒートパイプを内部に形成してなるヒートシンクおよびそれを用いた電子装置に関する。   The present invention relates to an electronic device having a heating element such as a power device, and more particularly to a heat sink formed inside a heat pipe excellent in cooling capability and an electronic device using the heat sink.

従来、電子装置に用いられる、例えばパワーデバイス(IGBT、ダイオードモジュールなどの発熱体)で発生する熱を冷却するための、ヒートパイプを内蔵したヒートシンクは図8、9に示すようになっている。なお、図8は従来の電子装置に用いられるヒートパイプを備えたヒートシンクの全体斜視図、図9は図8の側断面図であり、これらの冷却装置は本出願人より既に出願されている(例えば、特許文献1参照)。
図8、9において、1は伝熱基板、30はパイプ装着溝、31は円形パイプ、3は作動液槽、4はヒートシンク、4Aは冷却フィン、4Bはフィン取付け部、5は発熱体である。
図8、9に示すように、発熱体5からの熱を放熱するための複数の冷却フィン4Aを立設してなるヒートシンク4において、ヒートシンク4のフィン取付け部4Bには、高熱伝導性の金属材料からなり、内部に作動流体が封入されてなる伝熱基板1が設けられている。伝熱基板1は、該基板1の発熱体搭載面側に埋設されると共に作動流体の蒸発部を構成するウィックを有した円形パイプ31と、円形パイプ31の背面側に該パイプの先端部と連通して設けられると共に、フィン取付け部4Bに露出するように該基板1を凹溝状に形成されてなる作動液の凝縮部を構成する作動液槽3と、を備えており、伝熱基板1をフィン取付け部4Bで覆うと共に、ロー付けにより一体化することで気密性を保つように構成している。
冷却装置の組立てについては、まず、伝熱基板1上の発熱体5を実装する面に形成されたパイプ装着溝30に円形パイプ31を埋め込み、伝熱基板1の発熱体実装面と反対側の面に作動液槽3となる穴を凹溝状に加工する。円形パイプ31は内部にウィックを持ち図9に示すように両端の先端部が湾曲しており、円形パイプ31の湾曲した部分を除く直線0部分は伝熱基板1表面と同一面になるように設置される。続いて、作動液槽3の凹溝状の露出部分をヒートシンクのフィン取付部4Bで覆うと共に、伝熱基板1とヒートシンクのフィン取付部4Bの合わせ面をロー付けして一体とするようになっている。
次に動作について説明する。
上記のような構造をもつ冷却装置が図8のように設置された状態において、発熱体5からの熱は伝熱基板1に伝わり、伝熱基板1に伝わった熱は円形パイプ31を加熱し、円形パイプ31のウィックに保持されている作動液が蒸発し、蒸気は圧力差により作動液槽3側へ移動する。この蒸気は作動液槽3を覆っているヒートシンク4に熱を放出し液体にもどる。ヒートシンク4の熱は冷却フィン4Aに伝わり大気へ放出される。作動液はウィックの毛細管力により再び円形パイプ31の内部に還流し蒸気となる。
このように本冷却装置は、円形パイプ31と作動液槽3を連通させて伝熱基板1全体としてヒートパイプを構成したため、作動液が伝熱基板1表面の円形パイプ31から背面の作動液槽3に流れて循環することにより、発熱体に接触した伝熱基板と外気に接するヒートシンクとの温度差により連続的に蒸発熱を利用して、大量の熱を運ぶことができる。
特願2006-144957(明細書第2頁〜3頁、図1)
Conventionally, heat sinks incorporating heat pipes for cooling heat generated in, for example, power devices (heating elements such as IGBTs and diode modules) used in electronic devices are as shown in FIGS. 8 is an overall perspective view of a heat sink provided with a heat pipe used in a conventional electronic device, FIG. 9 is a side sectional view of FIG. 8, and these cooling devices have already been filed by the present applicant ( For example, see Patent Document 1).
8 and 9, 1 is a heat transfer substrate, 30 is a pipe mounting groove, 31 is a circular pipe, 3 is a hydraulic fluid tank, 4 is a heat sink, 4A is a cooling fin, 4B is a fin mounting portion, and 5 is a heating element. .
As shown in FIGS. 8 and 9, in the heat sink 4 in which a plurality of cooling fins 4 </ b> A for radiating the heat from the heating element 5 are erected, the fin mounting portion 4 </ b> B of the heat sink 4 has a metal with high thermal conductivity. A heat transfer substrate 1 made of a material and enclosing a working fluid is provided. The heat transfer substrate 1 is embedded in the heating element mounting surface side of the substrate 1 and has a circular pipe 31 having a wick that constitutes a working fluid evaporation portion, and a tip portion of the pipe on the back side of the circular pipe 31. And a hydraulic fluid tank 3 that constitutes a hydraulic fluid condensing part that is formed in a concave groove shape so as to be exposed to the fin mounting part 4B. 1 is covered with the fin mounting portion 4B and integrated by brazing so as to maintain airtightness.
Regarding the assembly of the cooling device, first, a circular pipe 31 is embedded in a pipe mounting groove 30 formed on the surface on which the heating element 5 is mounted on the heat transfer substrate 1, and the opposite side of the heat transfer substrate 1 to the heating element mounting surface. A hole to be the hydraulic fluid tank 3 is processed into a groove shape on the surface. As shown in FIG. 9, the circular pipe 31 has a wick inside, and the tip portions at both ends are curved, and the straight line 0 portion excluding the curved portion of the circular pipe 31 is flush with the surface of the heat transfer substrate 1. Installed. Subsequently, the exposed portion of the concave groove shape of the hydraulic fluid tank 3 is covered with the heat sink fin mounting portion 4B, and the mating surfaces of the heat transfer substrate 1 and the heat sink fin mounting portion 4B are brazed to be integrated. ing.
Next, the operation will be described.
In the state where the cooling device having the above structure is installed as shown in FIG. 8, the heat from the heating element 5 is transmitted to the heat transfer substrate 1, and the heat transferred to the heat transfer substrate 1 heats the circular pipe 31. The hydraulic fluid held in the wick of the circular pipe 31 evaporates, and the steam moves to the hydraulic fluid tank 3 side due to the pressure difference. This vapor releases heat to the heat sink 4 covering the hydraulic fluid tank 3 and returns to the liquid. The heat of the heat sink 4 is transmitted to the cooling fin 4A and released to the atmosphere. The hydraulic fluid recirculates again into the circular pipe 31 by the wick capillary force and becomes steam.
Thus, since this cooling device made the circular pipe 31 and the hydraulic fluid tank 3 communicate, and constituted the heat pipe as the heat transfer substrate 1 as a whole, the hydraulic fluid was moved from the circular pipe 31 on the surface of the heat transfer substrate 1 to the hydraulic fluid tank on the back. By flowing and circulating to 3, heat of evaporation can be continuously utilized due to the temperature difference between the heat transfer substrate in contact with the heating element and the heat sink in contact with the outside air, so that a large amount of heat can be carried.
Japanese Patent Application No. 2006-144957 (Specifications, pages 2 to 3, FIG. 1)

しかしながら従来技術では、冷却は線状のヒートパイプによりなされるが、発熱量に対してヒートパイプ本数が少ないと十分な冷却が期待できない。逆に、多数のヒートパイプを設置すれば十分な冷却が期待できるが、コストアップの要因になる。
特に電子装置が大きく発熱量も多い場合は、ヒートパイプのサイズも大きくなり、使用本数も増えるので構造的に複雑になり、その製作費に問題が出てくる。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、発熱体に接触したヒートシンクの伝熱基板の内部に平面状に設置されたウィックを使用してループ型ヒートパイプを構成することにより、連続的に蒸発熱を利用して大量の熱を輸送することができると共に、簡単な構造で大きな発熱量の冷却に適用でき、しかも製作費の低減を可能にしたヒートシンクおよびそれを用いた電子装置を提供することを目的とする。
However, in the prior art, cooling is performed by a linear heat pipe. However, if the number of heat pipes is small with respect to the heat generation amount, sufficient cooling cannot be expected. On the other hand, if a large number of heat pipes are installed, sufficient cooling can be expected, but this increases the cost.
In particular, when the electronic device is large and generates a large amount of heat, the size of the heat pipe increases, and the number of pipes used increases, resulting in structural complexity and a problem in manufacturing costs.
The present invention was made to solve the above problems, and by configuring a loop type heat pipe using a wick installed in a planar shape inside a heat transfer substrate of a heat sink in contact with a heating element, A heat sink that can continuously transport a large amount of heat using the heat of evaporation, can be applied to cooling a large amount of heat with a simple structure, and can reduce manufacturing costs, and an electronic device using the heat sink The purpose is to provide.

上記問題を解決するために、本発明のヒートシンクは以下のように構成したものである。
請求項1の発明は、発熱体からの熱を放熱するための複数の冷却フィンを立設してなるヒートシンクにおいて、前記ヒートシンクのフィン取付け部には、高熱伝導性の金属材料からなり、内部に作動流体が封入されてなる伝熱基板部が設けられ、前記伝熱基板部は、平面状のウィックと作動液槽を有してなるループ式ヒートパイプを構成しており、前記伝熱基板部を前記フィン取付け部で覆うと共に、ロー付けにより一体化することで気密性を保つようにしたことを特徴している。
In order to solve the above problems, the heat sink of the present invention is configured as follows.
The invention of claim 1 is a heat sink in which a plurality of cooling fins for radiating heat from a heating element are erected, and the fin mounting portion of the heat sink is made of a metal material having high thermal conductivity, A heat transfer substrate portion in which a working fluid is enclosed is provided, and the heat transfer substrate portion constitutes a loop heat pipe having a planar wick and a hydraulic fluid tank, and the heat transfer substrate portion Is covered with the fin mounting portion, and is hermetically sealed by being integrated by brazing.

請求項2の発明は、請求項1記載のヒートシンクにおいて、前記伝熱基板部は、前記発熱体を取り付ける伝熱基板と、前記伝熱基板の発熱体取り付け面の裏側に形成してなる凹面部に設けられた平面状のウィックと、前記伝熱基板の該凹面部に対向して覆うように設けた中間板と、前記中間板の伝熱基板との接触面側と反対面に形成してなる凹面部に前記フィン取付け部で覆うことにより形成された作動液槽と、を備えており、前記中間板の上下に設けた穴により前記ウィック部と前記作動液槽が連通しループ式ヒートパイプとなることを特徴としている。   According to a second aspect of the present invention, in the heat sink according to the first aspect, the heat transfer substrate portion includes a heat transfer substrate to which the heat generating body is attached and a concave surface portion formed on the back side of the heat generating body mounting surface of the heat transfer substrate. A flat wick provided on the intermediate plate, an intermediate plate provided to cover and cover the concave surface portion of the heat transfer substrate, and a surface opposite to the contact surface side of the intermediate plate with the heat transfer substrate. A hydraulic fluid tank formed by covering the concave surface portion with the fin mounting portion, and the wick portion and the hydraulic fluid tank communicate with each other through a hole provided at the top and bottom of the intermediate plate. It is characterized by becoming.

請求項3の発明は、請求項1記載のヒートシンクにおいて、前記伝熱基板部は、前記発熱体を取り付ける伝熱基板と、 前記伝熱基板の発熱体取り付け面の裏側の凹面部に設置されたウィック組と、を備えており、前記ウィック組の厚みよりも大きい前記凹面部に設置された該ウィック組の壁面と前記フィン取り付け部との間に位置する作動液槽が、該ウィック組の上下に設けた穴により該ウィック部と連通しループ式ヒートパイプとなることを特徴としている。   According to a third aspect of the present invention, in the heat sink according to the first aspect, the heat transfer substrate portion is installed in a heat transfer substrate to which the heat generating body is attached, and a concave surface portion on the back side of the heat generating body mounting surface of the heat transfer substrate. And a hydraulic fluid tank positioned between the wall surface of the wick set installed in the concave surface portion larger than the thickness of the wick set and the fin mounting portion is provided above and below the wick set. It is characterized in that a loop-type heat pipe is formed by communicating with the wick portion through a hole provided in the.

請求項4の発明は、請求項3記載のヒートシンクにおいて、前記ウィック組は平板状の高熱伝導性の金属材料よりなるウィックベースに上下方向に溝を複数本設け溝のなかに細長いウィックを配設し、ウィックベースのウィック間のすきまの上下に穴をあけ作動液、蒸気の通路としループ式ヒートパイプの構成部品となるようにしたものである。   According to a fourth aspect of the present invention, in the heat sink according to the third aspect, the wick set is provided with a plurality of grooves in the vertical direction on a wick base made of a flat plate-like metal material having high thermal conductivity, and an elongated wick is disposed in the groove. In addition, holes are formed above and below the gap between the wicks of the wick base so as to be a passage for the working fluid and steam to be a component of the loop heat pipe.

請求項5の発明は、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のヒートシンクを備えた電子装置であることを特徴としている。   A fifth aspect of the present invention is an electronic device including the heat sink according to any one of the first to fourth aspects.

以上述べたように本発明の実施例によれば以下の効果がある。
請求項1の発明によれば、発熱体からの熱を放熱するための複数の冷却フィンを立設してなるヒートシンクにおいて、前記ヒートシンクのフィン取付け部には、高熱伝導性の金属材料からなり、内部に作動流体が封入されてなる伝熱基板部が設けられ、平面状のウィックと作動液槽を有して全体としてループ式ヒートパイプを構成しており、前記伝熱基板部を前記フィン取付け部で覆うと共に、ロー付けにより一体化することで気密性を保つようにしたので、伝熱基板部内の作動液が発熱体の熱で蒸発し、その蒸気は伝熱基板部を覆っているヒートシンクで冷却されて凝縮した後、再び発熱体の熱で蒸発する。このように、伝熱基板部内で平面状にウィックを設けているので、伝熱基板の全面で均一に冷却することができる。
As described above, the embodiment of the present invention has the following effects.
According to the invention of claim 1, in the heat sink comprising a plurality of cooling fins for radiating heat from the heating element, the fin mounting portion of the heat sink is made of a metal material having high thermal conductivity, A heat transfer substrate portion in which a working fluid is enclosed is provided, and has a planar wick and a hydraulic fluid tank to constitute a loop heat pipe as a whole, and the heat transfer substrate portion is attached to the fin Since the airtightness is maintained by being integrated by brazing, the hydraulic fluid in the heat transfer board part evaporates with the heat of the heating element, and the vapor covers the heat transfer board part. After cooling and condensing, it evaporates again with the heat of the heating element. Thus, since the wick is provided in a planar shape in the heat transfer substrate portion, the entire surface of the heat transfer substrate can be cooled uniformly.

請求項2の発明によれば、請求項1記載のヒートシンクにおいて、前記伝熱基板部は、発熱体を取り付ける伝熱基板と作動液槽を形成する中間板からなり、前記伝熱基板の発熱体取り付け面の裏側は凹面になっており平面状のウィックが設けられ、中間板は伝熱基板との接触面側の反対面が凹面加工されフィン取付け部で覆うことにより作動液槽となり、中間板の上下に設けた穴によりウィック部と作動液層が連通し、蒸発部と凝縮部が分離したループ式ヒートパイプを構成しており、蒸発熱を利用して連続的に大量の熱を運ぶことができる。   According to a second aspect of the present invention, in the heat sink according to the first aspect, the heat transfer substrate portion comprises a heat transfer substrate to which a heat generating body is attached and an intermediate plate forming a hydraulic fluid tank, and the heat generating body of the heat transfer substrate. The back side of the mounting surface is concave and a flat wick is provided, and the intermediate plate is processed into a working fluid tank by forming a concave surface on the opposite side of the contact surface with the heat transfer substrate and covering it with a fin mounting part. The wick part and the hydraulic fluid layer communicate with each other through the holes provided above and below to form a loop heat pipe in which the evaporation part and the condensation part are separated, and carry a large amount of heat continuously using the evaporation heat Can do.

請求項3の発明によれば、前記伝熱基板部は、発熱体を取り付ける伝熱基板と、前記伝熱基板の発熱体取り付け面の裏側の凹面部に設置されたウィック組からなっており、ウィック組の厚みより深い凹面部に設置されたウィック組の壁面とフィン取り付け部よりなる作動液槽が、ウィック組の上下に設けた穴によりウィック部と連通し、蒸発部と凝縮部が分離したループ式ヒートパイプを構成しており、蒸発熱を利用して連続的に大量の熱を運ぶことができる。   According to invention of Claim 3, the said heat-transfer board | substrate part consists of the wick set installed in the concave part of the heat transfer board which attaches a heat generating body, and the heat generating body attachment surface of the said heat-transfer board, The hydraulic fluid tank consisting of the wall surface of the wick group and the fin mounting part installed in the concave part deeper than the thickness of the wick group communicates with the wick part through the holes provided at the top and bottom of the wick group, and the evaporation part and the condensation part are separated. It constitutes a loop heat pipe and can carry a large amount of heat continuously using the heat of evaporation.

請求項4の発明によれば、前記ウィック組は平板状の高熱伝導性の金属材料よりなるウィックベースに上下方向に溝を複数本設け溝のなかに細長いウィックを配設し、ウィックベースのウィック間のすきまの上下に穴をあけ作動液、蒸気の通路としループ式ヒートパイプの構成部品となるようにしたので、ウイックの厚みにより作動液の輸送量を変えることができるので最適な冷却能力の冷却器を得ることができる。   According to a fourth aspect of the present invention, the wick set is provided with a plurality of grooves in the vertical direction on a wick base made of a metal material having a plate-like high thermal conductivity, and an elongated wick is disposed in the groove. Since a hole is made above and below the gap between the working fluid and steam to become a component of the loop heat pipe, the transport amount of the working fluid can be changed depending on the thickness of the wick, so the optimum cooling capacity A cooler can be obtained.

請求項5記載の発明によれば、発熱体を有する電子装置が、請求項1〜4のような最良の冷却能力を持ったヒートパイプ付のヒートシンクを備えることになるので、例えば電子装置に搭載されるパワーデバイス(IGBT、ダイオードモジュールなど)の発熱体の発熱量の増大に応じて、大量の熱を運び放熱することができ、常に正確に動作させることができる。   According to the fifth aspect of the invention, the electronic device having the heating element includes the heat sink with the heat pipe having the best cooling capacity as in the first to fourth aspects. A large amount of heat can be carried and dissipated in accordance with an increase in the amount of heat generated by a heating element of a power device (IGBT, diode module, etc.), and can always be operated accurately.

以下、本発明の実施例を図に基づいて具体的に説明する。   Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

図1は本発明の第1実施例を示す電子装置に用いられるヒートパイプを備えたヒートシンクの側断面図、図2は図1のA−A線に沿う断面図、図3は図1の分解斜視図である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じ点についてはその説明を省略し、異なる点のみ説明する。
図1〜3において、1は伝熱基板、2は中間板、3は作動液槽、4はヒートシンク、4Aは冷却フィン、4Bはフィン取付け部、5は発熱体、6は平面状ウィック、7は蒸発部、8は中間板に設けられた上部穴、9は中間板に設けられた下部穴、10は伝熱基板1の裏側の凹面部、11は中間板2の裏側の凹面部である。
図1〜3のヒートシンクにおいて、伝熱基板部は、発熱体5を取り付ける伝熱基板1と作動液槽3を形成する中間板2からなる。伝熱基板1の発熱体取り付け面の裏側は凹面に加工された凹面部10を有しており、該凹面部10に平面状のウィック6が設けられており、このウィック6は金属細線を撚り合わせて、毛細管力が主に上下方向に発生するようになっている。また、伝熱基板1の凹面部10に対向するように中間板2で覆うことにより作動液の蒸発部7を形成するようになっている。さらに、中間板2は伝熱基板1との接触面側の反対面が凹面加工された凹面部11を有しており、この凹面部11をフィン取付け部4Bで覆うことにより作動液槽3を形成するようになっている。この作動液槽3に作動液を封入することにより中間板2の上下に設けた穴8、9により蒸発部7と作動液槽3が連通し、ループ式ヒートパイプとなるように構成したものとなっている。
1 is a side sectional view of a heat sink provided with a heat pipe used in an electronic apparatus according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is an exploded view of FIG. It is a perspective view. Note that the description of the same constituent elements of the present invention as those of the prior art will be omitted, and only different points will be described.
1-3, 1 is a heat transfer substrate, 2 is an intermediate plate, 3 is a hydraulic fluid tank, 4 is a heat sink, 4A is a cooling fin, 4B is a fin mounting portion, 5 is a heating element, 6 is a planar wick, 7 Is an evaporating portion, 8 is an upper hole provided in the intermediate plate, 9 is a lower hole provided in the intermediate plate, 10 is a concave portion on the back side of the heat transfer substrate 1, and 11 is a concave surface portion on the back side of the intermediate plate 2. .
In the heat sink of FIGS. 1 to 3, the heat transfer substrate portion includes a heat transfer substrate 1 to which the heating element 5 is attached and an intermediate plate 2 that forms the hydraulic fluid tank 3. The back side of the heating element mounting surface of the heat transfer substrate 1 has a concave surface portion 10 processed into a concave surface, and a flat wick 6 is provided on the concave surface portion 10, and the wick 6 twists a metal thin wire. In addition, capillary force is mainly generated in the vertical direction. Further, the working liquid evaporation portion 7 is formed by covering the intermediate plate 2 so as to face the concave surface portion 10 of the heat transfer substrate 1. Further, the intermediate plate 2 has a concave surface portion 11 in which the opposite surface on the contact surface side with the heat transfer substrate 1 is processed into a concave surface, and the hydraulic fluid tank 3 is covered by covering the concave surface portion 11 with the fin mounting portion 4B. It comes to form. The hydraulic fluid is sealed in the hydraulic fluid tank 3 so that the evaporator 7 and the hydraulic fluid tank 3 communicate with each other through holes 8 and 9 provided on the upper and lower sides of the intermediate plate 2 to form a loop heat pipe. It has become.

次に図1、2に基づき本冷却装置の動作について説明する。
上記のような構造をもち適量の作動流体の封入された冷却装置において、発熱体5からの熱は伝熱基板部の伝熱基板1に伝わり、伝熱基板1に伝わった熱はウィック6を加熱し、ウィック6に保持されている作動液が蒸発し、蒸気は中間板2の上方にあけられた穴8を通って作動液槽3側へ移動する。
この蒸気は作動液槽3を覆っているヒートシンク4に熱を放出し液体にもどる。ヒートシンク4の熱は冷却フィン4Aに伝わり大気へ放出される。作動液は中間板2の下方にあけられた穴9を通って、ウィック6の毛細管力により還流し、再びウィック6に蓄えられて熱により蒸気となる。
本発明の第1実施例に係る冷却装置は、平面状ウィックを設けた蒸発部7と作動液槽3を中間版2に設けた上下の穴8、9で連通させて伝熱基板部全体としてループ型ヒートパイプを構成したので、作動液が伝熱基板部の伝熱基板1の裏面から作動液槽3に流れることにより、発熱体5に接触した伝熱基板部と外気に接するヒートシンク4との温度差により連続的に蒸発熱を利用して、大量の熱を運ぶことができる。
また、本冷却装置に用いられるウィックは、金属細線を撚り合わせて毛細管力が主に上下方向に発生するように平面状に成形され、伝熱基板のほぼ全幅に配置されているため、伝熱基板の全面で均一に冷却することができ、また、発熱体の大きさにより伝熱基板のサイズが変わっても平面状のウィックの大きさを変えればすむので、従来例のようにパイプをヒートシンクに埋設するような面倒さが無く、構造が簡単で容易に最適な冷却器を提供することができる。
また、本冷却装置は、従来のように、線状のヒートパイプを複数本、ヒートシンクに埋め込むような構造を採る必要がなく、平板状のウィックを伝熱基板内に設置する簡単な構成ですむので、製作費を低減することができる。
Next, operation | movement of this cooling device is demonstrated based on FIG.
In the cooling device having the above-described structure and containing an appropriate amount of working fluid, the heat from the heating element 5 is transmitted to the heat transfer substrate 1 of the heat transfer substrate portion, and the heat transferred to the heat transfer substrate 1 passes through the wick 6. When heated, the hydraulic fluid held in the wick 6 evaporates, and the steam moves to the hydraulic fluid tank 3 through the hole 8 formed above the intermediate plate 2.
This vapor releases heat to the heat sink 4 covering the hydraulic fluid tank 3 and returns to the liquid. The heat of the heat sink 4 is transmitted to the cooling fin 4A and released to the atmosphere. The working fluid passes through a hole 9 formed below the intermediate plate 2 and is refluxed by the capillary force of the wick 6, and is stored again in the wick 6 to be vaporized by heat.
In the cooling device according to the first embodiment of the present invention, the evaporation section 7 provided with the planar wick and the hydraulic fluid tank 3 are communicated with the upper and lower holes 8 and 9 provided in the intermediate plate 2 as the entire heat transfer substrate section. Since the loop heat pipe is configured, the hydraulic fluid flows from the back surface of the heat transfer substrate 1 of the heat transfer substrate portion to the hydraulic fluid tank 3, so that the heat transfer substrate portion in contact with the heating element 5 and the heat sink 4 in contact with the outside air A large amount of heat can be transported by continuously utilizing the heat of evaporation due to the temperature difference between the two.
In addition, the wick used in the cooling device is formed in a flat shape so that capillary force is generated mainly in the vertical direction by twisting fine metal wires, and is arranged over the entire width of the heat transfer substrate. The entire surface of the board can be cooled uniformly, and even if the size of the heat transfer board changes depending on the size of the heating element, it is only necessary to change the size of the flat wick. Therefore, it is possible to provide an optimal cooler that has a simple structure and is easy to embed.
In addition, this cooling device does not require a structure in which a plurality of linear heat pipes are embedded in a heat sink as in the conventional case, and a simple configuration in which a flat wick is installed in a heat transfer board is sufficient. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.

次に、本発明の第2実施例について説明する。
図4は、本発明の第2実施例を示す電子装置に用いられるヒートパイプを備えたヒートシンクの側断面図、図5は図4のA‐A線に沿う断面図、図6は図4の分解斜視図、図7は本実施例で使用されるウィック組の斜視図である。
図4〜7において、1は伝熱基板、3は作動液槽、4はヒートシンク、4Aは冷却フィン、4Bはフィン取付け部、5は発熱体、20はウィック組、21はウィックベース、22はウィック、23はウィックベースに設けられた上部穴、24はウィックベースに設けられた下部穴である。
図4〜6のヒートシンクにおいて、伝熱基板1の発熱体取り付け面の裏側は凹面に加工されており、ウィック組20がウィック面が伝熱基板1の凹面に接触するようにロー付けなどで設置される。伝熱基板1の凹面部はウィック組20の厚みよりも深く、ウィック組20を内包した伝熱基板1をヒートシンク4で覆うことにより、ウィック組20とヒートシンクのフィン取付け部4Bの間に空間が形成され、該空間は作動液が溜まる作動液槽3となる。
作動液槽3において、作動液を封入することによりウィックベース21の上下に設けた穴23、24により蒸発部7と作動液槽3が連通しループ式ヒートパイプとなるようにしたものである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
4 is a side sectional view of a heat sink provided with a heat pipe used in an electronic device showing a second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a sectional view taken along line AA in FIG. 4, and FIG. FIG. 7 is an exploded perspective view, and FIG. 7 is a perspective view of a wick set used in this embodiment.
4-7, 1 is a heat transfer board, 3 is a hydraulic fluid tank, 4 is a heat sink, 4A is a cooling fin, 4B is a fin mounting part, 5 is a heating element, 20 is a wick set, 21 is a wick base, 22 is Wick 23 is an upper hole provided in the wick base, and 24 is a lower hole provided in the wick base.
4 to 6, the back side of the heating element mounting surface of the heat transfer substrate 1 is processed into a concave surface, and the wick set 20 is installed by brazing or the like so that the wick surface is in contact with the concave surface of the heat transfer substrate 1. Is done. The concave surface portion of the heat transfer substrate 1 is deeper than the thickness of the wick set 20, and the heat transfer substrate 1 containing the wick set 20 is covered with the heat sink 4, so that a space is formed between the wick set 20 and the fin mounting portion 4B of the heat sink. The space is formed as a hydraulic fluid tank 3 in which the hydraulic fluid is accumulated.
In the hydraulic fluid tank 3, by enclosing the hydraulic fluid, the evaporating section 7 and the hydraulic fluid tank 3 communicate with each other through holes 23 and 24 provided above and below the wick base 21 to form a loop heat pipe.

次にウィック組20について説明する。
図7は第2実施例で使用されるウィック組の斜視図である。ウィック組20は高熱伝導性の金属材料からなるウィックベース21の複数の溝にウィック22を配設しロー付けなどの方法で一体としている。ウィック22は金属細線を横断面形状が角形や丸形になるように撚り合わせて、毛細管力が主に長手方向に発生するように成形されたものである。
ウィックベース21のウィックとウィックの間には上下に穴23、24が設けられている。これはウィック組20が伝熱基板内に設置されたときに、蒸発部7と作動液槽3を連通させて伝熱基板部全体としてループ型ヒートパイプを構成するためのものである。
Next, the wick group 20 will be described.
FIG. 7 is a perspective view of the wick set used in the second embodiment. The wick set 20 is integrated by a method such as brazing by arranging wicks 22 in a plurality of grooves of a wick base 21 made of a metal material having high thermal conductivity. The wick 22 is formed by twisting metal thin wires so that the cross-sectional shape is square or round, and the capillary force is generated mainly in the longitudinal direction.
Between the wick of the wick base 21, holes 23 and 24 are provided on the upper and lower sides. When the wick set 20 is installed in the heat transfer substrate, the evaporation unit 7 and the hydraulic fluid tank 3 are communicated to form a loop heat pipe as the entire heat transfer substrate unit.

次に図4、5に基づき本冷却装置の動作について説明する。
上記のような構造をもち適量の作動流体の封入された冷却装置において、発熱体5からの熱は伝熱基板1に伝わり、伝熱基板1の凹面部に設置されたウィック組20のウィック22を加熱し、ウィック22に保持されている作動液が蒸発し、蒸気はウィック22間のすきまの蒸発部7を通ってウィックベース21の上方にあけられた穴23から作動液槽3側へ移動する。この蒸気は作動液槽3を覆っているヒートシンク4に熱を放出し液体にもどる。ヒートシンク4の熱は冷却フィン4Aに伝わり大気へ放出される。作動液はウィックベースの下方にあけられた穴24を通ってウィックの毛細管力により還流し、再びウィックに蓄えられて熱により蒸気となる。
Next, the operation of the cooling device will be described with reference to FIGS.
In the cooling device having the above-described structure and containing an appropriate amount of working fluid, the heat from the heating element 5 is transmitted to the heat transfer substrate 1 and the wick 22 of the wick set 20 installed on the concave surface portion of the heat transfer substrate 1. , The hydraulic fluid held in the wick 22 evaporates, and the steam moves to the hydraulic fluid tank 3 side from the hole 23 formed above the wick base 21 through the evaporation portion 7 in the gap between the wicks 22. To do. This vapor releases heat to the heat sink 4 covering the hydraulic fluid tank 3 and returns to the liquid. The heat of the heat sink 4 is transmitted to the cooling fin 4A and released to the atmosphere. The hydraulic fluid flows back through the hole 24 formed in the lower portion of the wick base by the capillary force of the wick, and is stored again in the wick to be vaporized by heat.

本発明の第2実施例に係る冷却装置は、伝熱基板部内に平面状のウィックベース21とウィック22からなるウィック組20を設け、ウィック組20により分割された蒸発部7と作動液槽3を上下の穴で連通させて伝熱基板部全体としてループ型ヒートパイプを構成したので、作動液が伝熱基板1の裏22面から作動液槽3に流れることにより、発熱体に接触した伝熱基板と外気に接するヒートシンクとの温度差により連続的に蒸発熱を利用して、大量の熱を運ぶことができる。
また、本冷却装置は、発熱体の大きさにより伝熱基板のサイズが変わっても平面状のウィックの大きさを変えればすむので従来例のようにパイプを埋設するような面倒さが無く容易に最適な冷却器を提供することができる。
また、本冷却装置は、従来のように、線状のヒートパイプを複数本、ヒートシンクに埋め込むような構造を採る必要がなく、平面状のウィックベースとウィックからなるウィック組を伝熱基板内に設置する簡単な構成ですむので、製作費を低減することができる。
なお、蒸発部と作動液槽の連通のためにウィックベースの上下に穴23、24を設けているが、さらに連通面積を増すために図4のようにウィックベースの上下に伝熱基板との隙間25、26を設けても良い。
In the cooling device according to the second embodiment of the present invention, the wick set 20 including the planar wick base 21 and the wick 22 is provided in the heat transfer substrate portion, and the evaporation section 7 and the hydraulic fluid tank 3 divided by the wick set 20 are provided. Since the loop type heat pipe is configured as the entire heat transfer substrate part by communicating with the upper and lower holes, the hydraulic fluid flows from the back 22 surface of the heat transfer substrate 1 to the hydraulic fluid tank 3, thereby contacting the heat transfer body. Due to the temperature difference between the heat substrate and the heat sink in contact with the outside air, a large amount of heat can be carried using the heat of evaporation continuously.
In addition, this cooling device is easy to use without the hassle of embedding pipes as in the conventional example because the size of the heat transfer substrate changes depending on the size of the heating element, so that the size of the planar wick can be changed. An optimal cooler can be provided.
In addition, this cooling device does not need to adopt a structure in which a plurality of linear heat pipes are embedded in a heat sink as in the prior art, and a wick set consisting of a planar wick base and wick is formed in the heat transfer substrate. Since a simple configuration is required, the production cost can be reduced.
In addition, holes 23 and 24 are provided above and below the wick base for communication between the evaporation section and the hydraulic fluid tank, but in order to further increase the communication area, a heat transfer substrate is formed above and below the wick base as shown in FIG. The gaps 25 and 26 may be provided.

本発明は、伝熱基板部に平面状に設けたウィックと作動液槽を設け、作動液が還流できる構造にして全体としてループ型の平板状ヒートパイプを構成し、蒸発熱を利用して簡単な構造でありながら大きな発熱量の冷却ができ増大する発熱量に悩む電子装置の冷却に有用である。   The present invention provides a wick and a hydraulic fluid tank provided in a flat shape on the heat transfer substrate part, has a structure in which the hydraulic fluid can be recirculated, constitutes a loop type flat plate heat pipe as a whole, and uses evaporation heat to simplify Although it has a simple structure, it can cool a large amount of heat and is useful for cooling an electronic device suffering from an increased amount of heat.

本発明の第1実施例を示す電子装置に用いられるヒートパイプを備えたヒートシンクの側断面図である。It is a sectional side view of the heat sink provided with the heat pipe used for the electronic device which shows 1st Example of this invention. 図1のA‐A線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the AA line of FIG. 図1の分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG. 1. 本発明の第2実施例を示す電子装置に用いられるヒートパイプを備えたヒートシンクの側断面図である。It is a sectional side view of the heat sink provided with the heat pipe used for the electronic device which shows 2nd Example of this invention. 図4のA‐A線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the AA line of FIG. 図4の分解斜視図である。FIG. 5 is an exploded perspective view of FIG. 4. 第2実施例で使用されるウィック組の斜視図である。It is a perspective view of the wick group used in the 2nd example. 従来技術を示すヒートシンクの全体斜視図である。It is a whole heat sink perspective view which shows a prior art. 従来技術を示すヒートシンクの側断面図である。It is a sectional side view of the heat sink which shows a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1 伝熱基板
2 中間板
3 作動液槽
4 ヒートシンク
4A 冷却フィン
4B フィン取付け部
5 発熱体
6 平面状ウィック
7 蒸発部
8 中間板の上部穴
9 中間板の下部穴
10 伝熱基板1の裏側の凹面部
11 中間板2の裏側の凹面部
20 ウィック組
21 ウィックベース
22 ウィック
23 ウィックベースの上部穴
24 ウィックベースの下部穴
25 ウィックベースと伝熱基板とのすきま(上部)
26 ウィックベースと伝熱基板とのすきま(下部)
30 パイプ装着溝
31 円形パイプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat-transfer board 2 Intermediate | middle board 3 Hydraulic fluid tank 4 Heat sink 4A Cooling fin 4B Fin attachment part 5 Heat generating body 6 Flat wick 7 Evaporating part 8 Upper hole 9 of an intermediate board Lower hole 10 of an intermediate board The back side of the heat-transfer board 1 Concave part 11 Concave part 20 on the back side of the intermediate plate 2 Wick set 21 Wick base 22 Wick 23 Upper hole in the wick base 24 Lower hole in the wick base 25 Clearance between the wick base and the heat transfer substrate (upper part)
26 Clearance between wick base and heat transfer board (bottom)
30 Pipe installation groove 31 Circular pipe

Claims (5)

発熱体からの熱を放熱するための複数の冷却フィンを立設してなるヒートシンクにおいて、
前記ヒートシンクのフィン取付け部には、高熱伝導性の金属材料からなり、内部に作動流体が封入されてなる伝熱基板部が設けられ、
前記伝熱基板部は、平面状のウィックと作動液槽を有してなるループ式ヒートパイプを構成しており、
前記伝熱基板部を前記フィン取付け部で覆うと共に、ロー付けにより一体化することで気密性を保つようにしたことを特徴とするヒートシンク。
In a heat sink in which a plurality of cooling fins for radiating heat from the heating element are erected,
The heat sink fin mounting portion is made of a highly heat conductive metal material, and is provided with a heat transfer substrate portion in which a working fluid is sealed.
The heat transfer substrate portion constitutes a loop heat pipe having a planar wick and a hydraulic fluid tank,
A heat sink characterized in that the heat transfer substrate part is covered with the fin attachment part and integrated by brazing to maintain airtightness.
前記伝熱基板部は、
前記発熱体を取り付ける伝熱基板と、
前記伝熱基板の発熱体取り付け面の裏側に形成してなる凹面部に設けられた平面状のウィックと、
前記伝熱基板の該凹面部に対向して覆うように設けた中間板と、
前記中間板の伝熱基板との接触面側と反対面に形成してなる凹面部に前記フィン取付け部で覆うことにより形成された作動液槽と、
を備えており、
前記中間板の上下に設けた穴により前記ウィック部と前記作動液槽が連通しループ式ヒートパイプとなることを特徴とする請求項1記載のヒートシンク。
The heat transfer substrate part is
A heat transfer board to which the heating element is attached;
A planar wick provided on a concave surface formed on the back side of the heating element mounting surface of the heat transfer substrate;
An intermediate plate provided to cover and cover the concave portion of the heat transfer substrate;
A hydraulic fluid tank formed by covering the intermediate plate with the fin mounting portion on a concave surface formed on the surface opposite to the contact surface side with the heat transfer substrate;
With
The heat sink according to claim 1, wherein the wick portion and the hydraulic fluid tank communicate with each other through holes provided above and below the intermediate plate to form a loop heat pipe.
前記伝熱基板部は、
前記発熱体を取り付ける伝熱基板と、
前記伝熱基板の発熱体取り付け面の裏側の凹面部に設置されたウィック組と、
を備えており、
前記ウィック組の厚みよりも大きい前記凹面部に設置された該ウィック組の壁面と前記フィン取り付け部との間に位置する作動液槽が、該ウィック組の上下に設けた穴により該ウィック部と連通しループ式ヒートパイプとなることを特徴とする請求項1記載のヒートシンク。
The heat transfer substrate part is
A heat transfer board to which the heating element is attached;
A wick set installed in a concave portion on the back side of the heating element mounting surface of the heat transfer substrate;
With
The hydraulic fluid tank located between the wall surface of the wick set installed in the concave surface portion larger than the thickness of the wick set and the fin mounting portion is connected to the wick portion by holes provided above and below the wick set. The heat sink according to claim 1, wherein the heat sink is a communication loop heat pipe.
前記ウィック組は平板状の高熱伝導性の金属材料よりなるウィックベースに上下方向に溝を複数本設けると共に、該溝のなかに細長いウィックを配設し、前記ウィックベースのウィック間のすきまの上下に穴をあけ、作動液、蒸気の通路としループ式ヒートパイプの構成部品となることを特徴とする請求項3記載のヒートシンク。   The wick set is provided with a plurality of grooves in the vertical direction on a wick base made of a metal material having a high thermal conductivity in a flat plate shape, and an elongated wick is disposed in the groove, so that the gap between the wicks of the wick base is 4. A heat sink according to claim 3, wherein the heat sink is a component of a loop type heat pipe by forming a hole in the pipe and forming a passage for working fluid and steam. 請求項1〜請求項4の何れか1項に記載のヒートシンクを備えたことを特徴とする電子装置。   An electronic device comprising the heat sink according to any one of claims 1 to 4.
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