JP2019054218A - Heat sink - Google Patents

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孟明 玉山
Takeaki Tamayama
孟明 玉山
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Abstract

To provide a heat sink with excellent heat radiation performance.SOLUTION: The heat sink includes: lower metal members having a planar bottom and a plurality of fin core parts provided on the bottom; upper metal members disposed opposite to the fin core parts of the lower metal members at a predetermined interval between the upper metal members and the fin core parts; an internal space formed between the lower metal members and the upper metal members; a wick disposed within the internal space; and working medium encapsulated in the internal space.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ヒートシンクに関する。   The present invention relates to a heat sink.

近年、半導体素子等の発熱素子を用いた様々な電子機器において、高性能化や小型化が進み、それに伴い、電子機器の発熱密度が増大している。一般に、所定の温度を超えると、電子機器内の半導体素子等の各種素子、電池等は、その性能の維持が困難になるだけではなく、場合によっては、破損することもあり得る。従って、適切な温度管理が必要であり、発熱素子で生じた熱を効率的に放出し、冷却する技術が求められている。   In recent years, various electronic devices using heat generating elements such as semiconductor elements have been improved in performance and size, and accordingly, the heat generation density of electronic devices has increased. In general, when a predetermined temperature is exceeded, various elements such as semiconductor elements in an electronic device, batteries, and the like are not only difficult to maintain their performance, but may be damaged in some cases. Accordingly, appropriate temperature management is required, and a technique for efficiently releasing and cooling the heat generated in the heating element is required.

半導体素子等の発熱素子を冷却する方法として、ヒートシンクが用いられている。ヒートシンクは、熱伝導性の高い材料で形成されており、大きな表面積を有する。ヒートシンクを半導体素子等の発熱素子に熱的に接続することにより、発熱素子で生じた熱を効率的に消散することができる。   A heat sink is used as a method for cooling a heating element such as a semiconductor element. The heat sink is made of a material having high thermal conductivity and has a large surface area. By thermally connecting the heat sink to a heating element such as a semiconductor element, heat generated by the heating element can be efficiently dissipated.

このようなヒートシンクとしては、例えば特許文献１に記載のように、回路基板上の半導体回路素子に圧着されるベース部と、このベース部から突出する放熱フィンとを有して成るヒートシンクが知られている。   As such a heat sink, for example, as described in Patent Document 1, a heat sink including a base portion that is pressure-bonded to a semiconductor circuit element on a circuit board and a radiating fin protruding from the base portion is known. ing.

国際公開第２０１１／１５８７５６号International Publication No. 2011/158756

特許文献１に記載のようなヒートシンクは、ベース部において吸収した熱を、放熱フィンに移動させ、大きな表面積を有する放熱フィンから熱を放出することにより、放熱を行っている。しかしながら、上記の熱の移動は、ヒートシンクの材料の熱伝導率に依存したものであり、次第に高まる放熱性向上の要求を満たすには十分であるとは言えない。   The heat sink as described in Patent Document 1 dissipates heat by moving the heat absorbed in the base part to the radiation fins and releasing the heat from the radiation fins having a large surface area. However, the above-described heat transfer depends on the thermal conductivity of the heat sink material, and cannot be said to be sufficient to satisfy the increasing demand for heat dissipation.

従って、本発明の目的は、放熱性に優れたヒートシンクを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a heat sink excellent in heat dissipation.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、面状の底部と該底部に設けられた複数の放熱フィンとを備えたヒートシンクにおいて、これらの表面にベーパーチャンバーとして機能し得る部分を形成することにより、ヒートシンクの伝熱速度を高めて、放熱性を向上させることができることを見出し、本発明に至った。   As a result of intensive studies to solve the above-described problems, the present inventors can function as a vapor chamber on these surfaces in a heat sink including a planar bottom portion and a plurality of radiating fins provided on the bottom portion. By forming the portion, it was found that the heat transfer rate of the heat sink can be increased and the heat dissipation can be improved, and the present invention has been achieved.

本発明の第１の要旨によれば、
面状の底部と前記底部に設けられた複数のフィン芯部とを備えた下部金属部材と、
前記下部金属部材の前記フィン芯部に対して所定間隔で対向配置された上部金属部材と、
前記下部金属部材と前記上部金属部材との間に形成された内部空間と、
前記内部空間内に配置されたウィックと、
前記内部空間に封入された作動媒体と、
を有するヒートシンクが提供される。 According to the first aspect of the present invention,
A lower metal member comprising a planar bottom and a plurality of fin cores provided on the bottom;
An upper metal member disposed to face the fin core portion of the lower metal member at a predetermined interval;
An internal space formed between the lower metal member and the upper metal member;
A wick arranged in the internal space;
A working medium enclosed in the internal space;
A heat sink is provided.

本発明の第２の要旨によれば、
配線板と、
前記配線板の一方主面に実装された半導体素子と、
前記半導体素子の天面に熱的に接続された本発明のヒートシンクと、
を備える、ヒートシンク付き半導体素子が提供される。 According to the second aspect of the present invention,
A wiring board;
A semiconductor element mounted on one main surface of the wiring board;
The heat sink of the present invention thermally connected to the top surface of the semiconductor element;
A semiconductor device with a heat sink is provided.

本発明によれば、面状の底部と該底部に設けられた複数のフィン芯部とを備えた下部金属部材上に、該下部金属部材の表面に対向するように上部金属部材を設け、その間に内部空間を形成し、かかる内部空間をベーパーチャンバーとして機能させることにより、放熱性の優れたヒートシンクを提供することができる。   According to the present invention, the upper metal member is provided on the lower metal member having the planar bottom portion and the plurality of fin core portions provided on the bottom portion so as to face the surface of the lower metal member, By forming an internal space in the chamber and causing the internal space to function as a vapor chamber, a heat sink having excellent heat dissipation can be provided.

図１は、本発明の一の実施形態におけるヒートシンク１ａの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a heat sink 1a according to an embodiment of the present invention. 図２は、図１に示すヒートシンク１ａのＡ−Ａ断面図である。2 is a cross-sectional view of the heat sink 1a shown in FIG. 図３は、ヒートシンク１ａの放熱フィンおよびその周辺部の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the heat radiating fin of the heat sink 1a and its peripheral portion. 図４は、本発明の別の実施形態におけるヒートシンク１ｂの斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a heat sink 1b according to another embodiment of the present invention. 図５は、ヒートシンク１ｂの放熱フィンおよびその周辺部の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the heat radiating fin of the heat sink 1b and its peripheral portion. 図６は、本発明の別の実施形態におけるヒートシンク１ｃの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a heat sink 1c according to another embodiment of the present invention. 図７は、ヒートシンク１ｃの放熱フィンおよびその周辺部の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of the heat dissipating fin of the heat sink 1c and its peripheral portion. 図８は、本発明の別の実施形態におけるヒートシンク１ｄの断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of a heat sink 1d according to another embodiment of the present invention. 図９は、本発明のヒートシンク付き半導体素子の断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of a semiconductor element with a heat sink according to the present invention.

以下、本発明のヒートシンクについて詳細に説明する。   Hereinafter, the heat sink of the present invention will be described in detail.

（実施形態１）
本実施形態のヒートシンク１ａの斜視図を図１に、断面図を図２に、ヒートシンク１ａの放熱フィン３およびその周辺部の断面図を図３に模式的に示す。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view of a heat sink 1a according to the present embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view thereof, and FIG.

図１および図２に示されるように、本実施形態のヒートシンク１ａは、面状のベース部２とベース部２に立設した放熱フィン３を有して成る。ヒートシンク１ａは、その表面にベーパーチャンバー機能を有する。具体的には、図１、図２および図３に示されるように、ヒートシンク１ａは、面状の底部４と該底部４に設けられた複数のフィン芯部５とを備えた下部金属部材６と、該下部金属部材６の底部４およびフィン芯部５に対して所定間隔で対向配置された上部金属部材７とを有する。即ち、該上部金属部材７は、下部金属部材６の表面に沿って配置されている。上記上部金属部材７と下部金属部材６は、その端部において、接合され、封止されている。これにより、上記の下部金属部材６と上部金属部材７との間には、内部空間８が形成されている。該空間は、下部金属部材６の底部４と上部金属部材７との間、および、下部金属部材６のフィン芯部５と上部金属部材７との間のいずれにも形成されている。該内部空間８内には、ウィック９、および柱１０、さらに凸部１１が形成されている。具体的には、上部金属部材７上に柱１０が配置され、フィン芯部５上に凸部１１が配置されている。柱１０と凸部１１は、互いに対向する方向（即ち、頂部が向き合う方向）に設けられており、複数の柱１０と複数の凸部１１に挟まれた状態にウィック９が配置されている。ウィック９、柱１０、および凸部１１は、内部空間８のほぼ全体にわたって設けられている。該内部空間８内には、作動媒体が封入されている。上記の構成を有することにより、内部空間８は、ベーパーチャンバーとして機能する。   As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the heat sink 1 a of the present embodiment includes a planar base portion 2 and radiating fins 3 erected on the base portion 2. The heat sink 1a has a vapor chamber function on its surface. Specifically, as shown in FIGS. 1, 2, and 3, the heat sink 1 a includes a lower metal member 6 having a planar bottom portion 4 and a plurality of fin core portions 5 provided on the bottom portion 4. And an upper metal member 7 disposed to face the bottom portion 4 and the fin core portion 5 of the lower metal member 6 at a predetermined interval. That is, the upper metal member 7 is disposed along the surface of the lower metal member 6. The upper metal member 7 and the lower metal member 6 are joined and sealed at their end portions. Thereby, an internal space 8 is formed between the lower metal member 6 and the upper metal member 7. The space is formed between the bottom 4 of the lower metal member 6 and the upper metal member 7 and between the fin core 5 of the lower metal member 6 and the upper metal member 7. In the internal space 8, a wick 9, a column 10, and a convex portion 11 are formed. Specifically, the pillar 10 is disposed on the upper metal member 7, and the convex portion 11 is disposed on the fin core portion 5. The column 10 and the convex portion 11 are provided in a direction facing each other (that is, a direction in which the top portions face each other), and the wick 9 is disposed in a state sandwiched between the plurality of columns 10 and the plurality of convex portions 11. The wick 9, the pillar 10, and the convex portion 11 are provided over almost the entire internal space 8. A working medium is sealed in the internal space 8. By having the above configuration, the internal space 8 functions as a vapor chamber.

上記のように、本発明のヒートシンクは、その表面にベーパーチャンバー機能を有する。このベーパーチャンバーにより、発熱素子から底部４に伝わった熱が、ヒートシンクの表面全体に短時間で広がり、ヒートシンク表面全体から外部に放出される。従って、本発明のヒートシンクは、非常に優れた放熱性を有する。   As described above, the heat sink of the present invention has a vapor chamber function on the surface thereof. By this vapor chamber, the heat transmitted from the heating element to the bottom 4 spreads over the entire surface of the heat sink in a short time and is released to the outside from the entire surface of the heat sink. Therefore, the heat sink of the present invention has very excellent heat dissipation.

上記下部金属部材６は、面状の底部４と該底部４に設けられた複数のフィン芯部５とを有して成る。   The lower metal member 6 includes a planar bottom portion 4 and a plurality of fin core portions 5 provided on the bottom portion 4.

上記底部４は、発熱素子に熱的に接続され、発熱素子で生じた熱を受け取る部分に相当する。   The bottom 4 corresponds to a portion that is thermally connected to the heat generating element and receives heat generated by the heat generating element.

上記底部４は、面状である。ここに、「面状」とは、板状およびシート状を包含し、高さ（厚み）に対して長さおよび幅が相当に大きい形状、例えば長さおよび幅が、厚みの１０倍以上、好ましくは１００倍以上である形状を意味する。   The bottom 4 is planar. Here, the “planar shape” includes a plate shape and a sheet shape, and a shape having a length and a width that are considerably larger than a height (thickness), for example, the length and width are 10 times or more of the thickness, The shape which is preferably 100 times or more is meant.

本実施形態のヒートシンク１ａにおいて、上記フィン芯部５は、上記底部４から立設されている。フィン芯部５は板状であり、複数設けられ、各フィン芯部は互いに平行に配置されている。   In the heat sink 1a of the present embodiment, the fin core portion 5 is erected from the bottom portion 4. The fin core portion 5 has a plate shape, and a plurality of fin core portions 5 are provided, and the fin core portions are arranged in parallel to each other.

上記下部金属部材６を構成する材料は、例えば銅、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉄、またはそれらを主成分とする合金等であり、好ましくは銅またはアルミニウムであり、特に好ましくは銅であり得る。   The material constituting the lower metal member 6 is, for example, copper, nickel, aluminum, magnesium, titanium, iron, or an alloy containing them as a main component, preferably copper or aluminum, and particularly preferably copper. obtain.

上記上部金属部材７は、上記下部金属部材６の底部４およびフィン芯部５に対して、所定の間隔で、対向して配置されている。即ち、上部金属部材７は、下部金属部材６の表面から所定の間隔を保持した状態で、下部金属部材６の表面を覆うように形成されている。このように、下部金属部材６と上部金属部材７が、所定の間隔で対向して配置されることにより、その間に空間が形成される。かかる空間を封止し、密閉された内部空間８を得るために、下部金属部材６と上部金属部材７は、端部において接合されている。   The upper metal member 7 is disposed to face the bottom portion 4 and the fin core portion 5 of the lower metal member 6 at a predetermined interval. That is, the upper metal member 7 is formed so as to cover the surface of the lower metal member 6 with a predetermined distance from the surface of the lower metal member 6. In this manner, the lower metal member 6 and the upper metal member 7 are arranged to face each other at a predetermined interval, so that a space is formed therebetween. In order to seal such a space and obtain a sealed internal space 8, the lower metal member 6 and the upper metal member 7 are joined at the end.

上記下部金属部材６と上部金属部材７の間隔は、特に限定されないが、好ましくは５０μｍ以上５００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以上４００μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以上２００μｍ以下、例えば１２５μｍ以上１５０μｍ以下である。   The distance between the lower metal member 6 and the upper metal member 7 is not particularly limited, but is preferably 50 μm or more and 500 μm or less, more preferably 100 μm or more and 400 μm or less, and further preferably 100 μm or more and 200 μm or less, for example, 125 μm or more and 150 μm or less.

上記上部金属部材７を構成する材料は、例えば銅、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉄、またはそれらを主成分とする合金等であり、好ましくは銅またはアルミニウムであり、特に好ましくは銅であり得る。下部金属部材６および上部金属部材７を構成する材料は、同じであっても、異なっていてもよいが、好ましくは同じである。   The material constituting the upper metal member 7 is, for example, copper, nickel, aluminum, magnesium, titanium, iron, or an alloy containing them as a main component, preferably copper or aluminum, and particularly preferably copper. obtain. The materials constituting the lower metal member 6 and the upper metal member 7 may be the same or different, but are preferably the same.

上記上部金属部材７の厚さは、特に限定されないが、好ましくは１０μｍ以上２００μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以上１００μｍ以下、例えば好ましくは４０μｍ以上６０μｍ以下であり得る。   The thickness of the upper metal member 7 is not particularly limited, but may be preferably 10 μm or more and 200 μm or less, more preferably 30 μm or more and 100 μm or less, for example, preferably 40 μm or more and 60 μm or less.

上記柱１０は、下部金属部材６と上部金属部材７間の距離が所定の距離となるように、下部金属部材６と上部金属部材７を内側から支持している。柱１０を内部空間に設置することにより、内部空間内が減圧された場合、あるいは外部からの外圧が加えられた場合等に内部空間が変形することを抑制することができる。   The column 10 supports the lower metal member 6 and the upper metal member 7 from the inside so that the distance between the lower metal member 6 and the upper metal member 7 is a predetermined distance. By installing the pillar 10 in the internal space, it is possible to prevent the internal space from being deformed when the internal space is depressurized or when external pressure is applied from the outside.

上記柱１０の一部は、フィン芯部５の側面位置において、上部金属部材７からウィック９までの間を、底部４と平行な方向に延伸するように設けられている。そして、この柱１０はウィック９と接している。また上記柱１０の別の一部は、フィン芯部５の上部（底部４と反対側）において、上部金属部材７からウィック９までの間を、底部４と垂直な方向に延伸するように設けられている。そして、この柱１０もウィック９と接している。   A part of the column 10 is provided so as to extend in a direction parallel to the bottom portion 4 from the upper metal member 7 to the wick 9 at the side surface position of the fin core portion 5. The pillar 10 is in contact with the wick 9. Another part of the pillar 10 is provided so as to extend from the upper metal member 7 to the wick 9 in a direction perpendicular to the bottom 4 at the top of the fin core 5 (on the side opposite to the bottom 4). It has been. The pillar 10 is also in contact with the wick 9.

上記柱１０を形成する材料は、特に限定されないが、例えば金属であり、例えば銅、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉄、またはそれらを主成分とする合金等であり、特に好ましくは銅であり得る。好ましい態様において、柱を形成する材料は、第１シートおよび第２シートのいずれかまたは両方と同じ材料である。   The material forming the column 10 is not particularly limited, but is, for example, a metal, such as copper, nickel, aluminum, magnesium, titanium, iron, or an alloy containing them as a main component, and particularly preferably copper. obtain. In a preferred embodiment, the material forming the pillar is the same material as either or both of the first sheet and the second sheet.

上記柱１０の高さは、所望の下部金属部材６と上部金属部材７間の距離に応じて適宜設定することができ、好ましくは５０μｍ以上５００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以上４００μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以上２００μｍ以下、例えば１２５μｍ以上１５０μｍ以下である。   The height of the column 10 can be appropriately set according to the desired distance between the lower metal member 6 and the upper metal member 7, and is preferably 50 μm or more and 500 μm or less, more preferably 100 μm or more and 400 μm or less, and further preferably 100 μm or more and 200 μm or less, for example, 125 μm or more and 150 μm or less.

上記柱１０の形状は、特に限定されないが、円柱形状、角柱形状、円錐台形状、角錐台形状等であり得る。   The shape of the column 10 is not particularly limited, but may be a columnar shape, a prismatic shape, a truncated cone shape, a truncated pyramid shape, or the like.

上記柱１０の太さは、内部空間の変形を抑制できる強度を与えるものであれば特に限定されないが、例えば柱の高さ方向に垂直な断面の円相当径は、１００μｍ以上２０００μｍ以下、好ましくは３００μｍ以上１０００μｍ以下であり得る。上記柱の円相当径を大きくすることにより、内部空間の変形をより抑制することができる。また、上記柱の円相当径を小さくすることにより、作動媒体の蒸気が移動するための空間をより広く確保することができる。   The thickness of the column 10 is not particularly limited as long as it gives a strength capable of suppressing deformation of the internal space. For example, the equivalent circle diameter of a cross section perpendicular to the height direction of the column is 100 μm or more and 2000 μm or less, preferably It may be 300 μm or more and 1000 μm or less. By increasing the equivalent circle diameter of the column, the deformation of the internal space can be further suppressed. Further, by reducing the equivalent circle diameter of the column, it is possible to secure a wider space for moving the working medium vapor.

上記柱１０の配置は、特に限定されないが、好ましくは均等に、例えば柱間の距離が一定となるように格子点状に配置される。柱を均等に配置することにより、ヒートシンク全体にわたって均一な内部空間の強度を確保することができる。   Although the arrangement of the pillars 10 is not particularly limited, the pillars 10 are preferably arranged evenly, for example, in lattice points so that the distance between the pillars is constant. By uniformly arranging the pillars, it is possible to ensure a uniform strength of the internal space over the entire heat sink.

上記柱１０の数および間隔は、特に限定されないが、内部空間を規定する一の主面の面積１ｍｍ２あたり、好ましくは０．１２５本以上０．５本以下、より好ましくは０．２本以上０．３本以下であり得る。上記柱の数を多くすることにより、内部空間の変形をより抑制することができる。また、上記柱の数をより少なくすることにより、作動媒体の蒸気が移動するための空間をより広く確保することができる。 The number and interval of the pillars 10 are not particularly limited, but are preferably 0.125 or more and 0.5 or less, more preferably 0.2 or more per 1 mm 2 of the area of one main surface that defines the internal space. It can be 0.3 or less. By increasing the number of the columns, the deformation of the internal space can be further suppressed. Further, by reducing the number of the pillars, it is possible to secure a wider space for moving the working medium vapor.

上記柱１０は、下部金属部材６または上部金属部材７と一体に形成されていてもよく、また、下部金属部材６または上部金属部材７と別個に製造し、その後、所定の箇所に固定してもよい。   The column 10 may be formed integrally with the lower metal member 6 or the upper metal member 7, and manufactured separately from the lower metal member 6 or the upper metal member 7, and then fixed to a predetermined place. Also good.

上記凸部１１の高さは、特に限定されないが、好ましくは１μｍ以上１００μｍ以下、より好ましくは５μｍ以上５０μｍ以下、さらに好ましくは１５μｍ以上３０μｍ以下であり得る。凸部の高さをより高くすると、作動媒体の保持量をより多くすることができる。また、凸部の高さをより低くすることにより、作動媒体の蒸気が移動するための空間をより広く確保することができる。従って、凸部の高さを調整することにより、ヒートシンクの熱輸送能を調整することができる。   The height of the convex portion 11 is not particularly limited, but is preferably 1 μm or more and 100 μm or less, more preferably 5 μm or more and 50 μm or less, and further preferably 15 μm or more and 30 μm or less. If the height of the convex portion is made higher, the holding amount of the working medium can be increased. Further, by making the height of the convex portion lower, a wider space for moving the working medium vapor can be secured. Therefore, the heat transport capability of the heat sink can be adjusted by adjusting the height of the convex portion.

上記凸部１１間の距離は、特に限定されないが、好ましくは１μｍ以上５００μｍ以下、より好ましくは５μｍ以上３００μｍ以下、さらに好ましくは１５μｍ以上１５０μｍ以下であり得る。凸部間の距離を小さくすることにより、より毛細管力を大きくすることができる。また、凸部間の距離を大きくすることにより、透過率をより高くすることができる。   Although the distance between the said convex parts 11 is not specifically limited, Preferably it is 1 micrometer or more and 500 micrometers or less, More preferably, they are 5 micrometers or more and 300 micrometers or less, More preferably, they may be 15 micrometers or more and 150 micrometers or less. By reducing the distance between the convex portions, the capillary force can be further increased. Further, the transmittance can be further increased by increasing the distance between the convex portions.

上記凸部１１の形状は、特に限定されないが、円柱形状、角柱形状、円錐台形状、角錐台形状等であり得る。また、上記凸部１１の形状は、壁状であってもよく、即ち、隣接する凸部の間に溝が形成されるような形状であってもよい。   The shape of the convex portion 11 is not particularly limited, but may be a cylindrical shape, a prism shape, a truncated cone shape, a truncated pyramid shape, or the like. Further, the shape of the convex portion 11 may be a wall shape, that is, a shape in which a groove is formed between adjacent convex portions.

上記凸部１１の一部は、フィン芯部５の側面位置において、下部金属部材６からウィック９までの間を、底部４と平行な方向に延伸するように設けられている。そして、この凸部１１はウィック９と接している。   A part of the convex portion 11 is provided so as to extend in a direction parallel to the bottom portion 4 from the lower metal member 6 to the wick 9 at the side surface position of the fin core portion 5. The convex portion 11 is in contact with the wick 9.

一の態様において、上記凸部１１の高さは、上記柱１０の高さよりも小さい。   In one aspect, the height of the convex portion 11 is smaller than the height of the column 10.

一の態様において、上記柱１０の高さは、上記凸部１１の高さの、好ましくは１．５倍以上１００倍以下、より好ましくは２倍以上５０倍以下、さらに好ましくは３倍以上２０倍以下、さらにより好ましくは３倍以上１０倍以下であり得る。   In one embodiment, the height of the column 10 is preferably 1.5 times to 100 times, more preferably 2 times to 50 times, and even more preferably 3 times to 20 times the height of the convex portion 11. It can be not more than twice, and more preferably not less than 3 times and not more than 10 times.

一の態様において、上記凸部１１の密度は、上記柱１０の密度よりも大きい。即ち、内部空間を規定する一の主面における面積あたりの凸部の数は、同面積あたりの柱の数よりも多い。   In one embodiment, the density of the protrusions 11 is greater than the density of the pillars 10. That is, the number of convex portions per area on one main surface that defines the internal space is larger than the number of columns per area.

本実施形態のヒートシンク１ａにおいて、柱１０は上部金属部材７側に、凸部１１は下部金属部材６側に形成されているが、本発明はこれに限定されず、柱１０が下部金属部材６側に、凸部１１が上部金属部材７側に形成されていてもよい。   In the heat sink 1a of the present embodiment, the pillar 10 is formed on the upper metal member 7 side and the protrusion 11 is formed on the lower metal member 6 side. However, the present invention is not limited to this, and the pillar 10 is formed on the lower metal member 6. On the side, the convex portion 11 may be formed on the upper metal member 7 side.

尚、本発明のヒートシンクにおいて、上記凸部１１は必須の構成ではなく、存在してなくてもよい。また、本発明のヒートシンクにおいて、柱１０は必須の構成ではなく、存在してなくてもよい。   In the heat sink of the present invention, the convex portion 11 is not an essential configuration and may not exist. Moreover, in the heat sink of this invention, the pillar 10 is not an essential structure and may not exist.

上記ウィック９は、毛細管力により作動媒体を移動させることができる構造を有するものであれば特に限定されない。作動媒体を移動させる毛細管力を発揮する毛細管構造は、特に限定されず、従来のベーパーチャンバーにおいて用いられている公知の構造であってもよい。例えば、上記毛細管構造は、細孔、溝、突起などの凹凸を有する微細構造、例えば、繊維構造、溝構造、網目構造等が挙げられる。   The wick 9 is not particularly limited as long as it has a structure capable of moving the working medium by capillary force. The capillary structure that exerts a capillary force for moving the working medium is not particularly limited, and may be a known structure used in a conventional vapor chamber. For example, examples of the capillary structure include fine structures having irregularities such as pores, grooves, and protrusions, such as a fiber structure, a groove structure, and a network structure.

上記ウィック９の厚みは、特に限定されないが、例えば５μｍ以上２００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上８０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以上５０μｍ以下であり得る。   The thickness of the wick 9 is not particularly limited, but may be, for example, 5 μm to 200 μm, preferably 10 μm to 80 μm, more preferably 30 μm to 50 μm.

上記ウィック９の大きさおよび形状は、特に限定されないが、例えば、内部空間の内部において蒸発部から凝縮部まで連続して設置できる大きさおよび形状を有することが好ましい。   Although the magnitude | size and shape of the said wick 9 are not specifically limited, For example, it is preferable to have a magnitude | size and shape which can be installed continuously from an evaporation part to a condensation part inside an internal space.

図２において、ウィック９は、一の独立した部材であるが、内部空間と一体に形成されていてもよい。例えば、図２に示したヒートシンクにおいてウィック９を設けずに、内部空間の壁面に形成された凸部１１をウィックとして用いることができる。   In FIG. 2, the wick 9 is an independent member, but may be formed integrally with the internal space. For example, the protrusion 11 formed on the wall surface of the internal space can be used as the wick without providing the wick 9 in the heat sink shown in FIG.

一の態様において、ウィックは、個別に設けたメッシュシートなどのウィック部材と、内部空間の壁面に形成された凸部の両方であってもよいし、どちらか一方のみでもよい。   In one aspect, the wick may be both a wick member such as a mesh sheet provided individually and a convex portion formed on the wall surface of the internal space, or only one of them.

上記作動媒体は、内部空間内の環境下において気−液の相変化を生じ得るものであれば特に限定されず、例えば水、アルコール類、代替フロン等を用いることができる。一の態様において、作動媒体は水性化合物であり、好ましくは水である。   The working medium is not particularly limited as long as it can cause a gas-liquid phase change under the environment in the internal space. For example, water, alcohols, chlorofluorocarbon alternatives, and the like can be used. In one embodiment, the working medium is an aqueous compound, preferably water.

（実施形態２）
本実施形態のヒートシンク１ｂの斜視図を図４に示す。 (Embodiment 2)
A perspective view of the heat sink 1b of this embodiment is shown in FIG.

図４に示されるように、本実施形態のヒートシンク１ｂは、放熱フィン３が、柱状に形成されている点でヒートシンク１ａと異なる。上記放熱フィン３が柱状であるので、下部金属部材６のフィン芯部５も同様に柱状に形成される。他の部分の構成は、上記ヒートシンク１ａと同様であり得る。   As shown in FIG. 4, the heat sink 1 b of the present embodiment is different from the heat sink 1 a in that the radiating fins 3 are formed in a column shape. Since the heat radiating fin 3 has a columnar shape, the fin core portion 5 of the lower metal member 6 is similarly formed in a columnar shape. The configuration of the other parts may be the same as that of the heat sink 1a.

上記のように放熱フィンを柱状とすることにより、放熱フィンの表面積をより大きくすることができ、放熱効果を向上させることができる。   By making the radiating fins columnar as described above, the surface area of the radiating fins can be increased, and the radiating effect can be improved.

（実施形態３）
本実施形態のヒートシンク１ｃの断面図を図５に、その放熱フィンおよびその周辺部の断面図を図６に示す。 (Embodiment 3)
FIG. 5 shows a cross-sectional view of the heat sink 1c of the present embodiment, and FIG. 6 shows a cross-sectional view of its radiating fin and its peripheral part.

図５および図６に示されるように、本実施形態のヒートシンク１ｃは、内部空間８が、フィン芯部毎に形成されている。他の部分の構成は、上記ヒートシンク１ａと同様であり得る。   As shown in FIGS. 5 and 6, in the heat sink 1 c of this embodiment, the internal space 8 is formed for each fin core portion. The configuration of the other parts may be the same as that of the heat sink 1a.

上記のように内部空間８をフィン芯部毎に形成することにより、下部金属部材６と上部金属部材７の接合箇所が増加するので、上部金属部材７の位置の固定が容易になり、内部空間８の変形等を抑制することができる。即ち、ベーパーチャンバー機能を安定して発揮することができる。   By forming the internal space 8 for each fin core portion as described above, the number of joints between the lower metal member 6 and the upper metal member 7 increases, so that the position of the upper metal member 7 can be easily fixed, and the internal space 8 deformation and the like can be suppressed. That is, the vapor chamber function can be stably exhibited.

（実施形態４）
本実施形態のヒートシンク１ｄの断面図を図７に、その放熱フィンおよびその周辺部の断面図を図８に示す。
図７および図８に示されるように、本実施形態のヒートシンク１ｄの下部金属部材６の底部４はベーパーチャンバーである。即ち、下部金属部材６の底部４は、内部空間を有する面状の筐体と、該内部空間内に配置されたウィック１２と、該内部空間１３内に封入された作動媒体とを有して成るベーパーチャンバーであり、該筐体の一の主面に立設されたフィン芯部５を有する。また、下部金属部材６の底部４の内部空間１３内には、柱１４および凸部１５が形成されている。上記ヒートシンク１ｄは、上記実施形態１のヒートシンク１ａと同様に、下部金属部材６に対して所定間隔で対向配置された上部金属部材７を有し、下部金属部材６と上部金属部材７との間に、内部空間８が形成されている。該内部空間８内には、ウィック９、および柱１０、さらに凸部１１が形成され、作動媒体が封入されている。 (Embodiment 4)
FIG. 7 is a sectional view of the heat sink 1d of this embodiment, and FIG.
As shown in FIGS. 7 and 8, the bottom 4 of the lower metal member 6 of the heat sink 1d of the present embodiment is a vapor chamber. That is, the bottom 4 of the lower metal member 6 includes a planar housing having an internal space, a wick 12 disposed in the internal space, and a working medium sealed in the internal space 13. The vapor chamber has a fin core portion 5 erected on one main surface of the casing. A column 14 and a convex portion 15 are formed in the internal space 13 of the bottom 4 of the lower metal member 6. Similar to the heat sink 1a of the first embodiment, the heat sink 1d includes an upper metal member 7 that is disposed to face the lower metal member 6 at a predetermined interval, and between the lower metal member 6 and the upper metal member 7. In addition, an internal space 8 is formed. In the internal space 8, a wick 9, a column 10, and a convex portion 11 are formed, and a working medium is enclosed.

上記のように下部金属部材６の底部４がベーパーチャンバーの構成を有することで、発熱素子からの熱が底部４全体に速やかに拡散し、放熱効果をさらに向上させることができる。   Since the bottom part 4 of the lower metal member 6 has a vapor chamber configuration as described above, the heat from the heating element can be quickly diffused throughout the bottom part 4 and the heat dissipation effect can be further improved.

以上、本発明のヒートシンクについて、いくつかの実施形態を示して説明したが、本発明は上記のヒートシンクに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。   The heat sink of the present invention has been described with reference to some embodiments. However, the present invention is not limited to the above heat sink, and the design can be changed without departing from the gist of the present invention.

例えば、本発明においては、内部空間は、フィン芯部の下部（底部４側）から上部にわたって連結していればよい。従って、一の態様において、下部金属部材６と上部金属部材７は、端部以外においても接合されていてもよい。下部金属部材６と上部金属部材７の接合箇所を増やすことにより、上部金属部材７の位置ずれを抑制することができる。   For example, in the present invention, the internal space may be connected from the lower part (bottom part 4 side) to the upper part of the fin core part. Therefore, in one aspect, the lower metal member 6 and the upper metal member 7 may be joined at a portion other than the end portion. By increasing the number of joints between the lower metal member 6 and the upper metal member 7, it is possible to suppress displacement of the upper metal member 7.

上記のように本発明のヒートシンクは、高い放熱性を有するので、発熱素子の冷却に好適に用いることができる。   As described above, since the heat sink of the present invention has high heat dissipation, it can be suitably used for cooling the heat generating element.

従って、本発明は、本発明のヒートシンクを備える電子部品をも提供する。   Therefore, this invention also provides an electronic component provided with the heat sink of this invention.

さらに、本発明は、本発明のヒートシンクまたは本発明の電子部品を有する電子機器をも提供する。   Furthermore, this invention also provides the electronic device which has the heat sink of this invention, or the electronic component of this invention.

一の態様において、上記電子部品は、半導体素子であり得る。   In one aspect, the electronic component may be a semiconductor element.

従って、本発明は、好ましい態様において、
配線板１６と、
前記配線板１６の一方主面に実装された半導体素子１７と、
前記半導体素子１７の天面に熱的に接続された本発明のヒートシンクと、
を備える、ヒートシンク付き半導体素子をも提供する。 Accordingly, the present invention in a preferred embodiment
A wiring board 16;
A semiconductor element 17 mounted on one main surface of the wiring board 16;
The heat sink of the present invention thermally connected to the top surface of the semiconductor element 17;
A semiconductor device with a heat sink is also provided.

上記本発明のヒートシンク付き半導体素子におけるヒートシンクは、本発明のヒートシンクであり、図９に示される態様においては、ヒートシンクは、上記ヒートシンク１ａである。   The heat sink in the semiconductor element with a heat sink of the present invention is the heat sink of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 9, the heat sink is the heat sink 1a.

上記配線板としては、通常半導体パッケージ、半導体回路等に用いられる配線板であれば特に限定されず、好ましくはプリント配線基板が用いられる。   The wiring board is not particularly limited as long as it is a wiring board usually used for semiconductor packages, semiconductor circuits, and the like, and a printed wiring board is preferably used.

上記半導体素子としては、特に限定されず、ＣＰＵ、メモリなどの集積回路が挙げられる。   The semiconductor element is not particularly limited, and examples thereof include an integrated circuit such as a CPU and a memory.

本発明のヒートシンクと半導体素子の熱的接続は、両者を直接接触させることにより行ってもよく、他の熱伝導性部材、例えばサーマルグリース、はんだ等の金属部材等を介して行ってもよい。ここに、「サーマルグリース」とは、熱伝導性の高い粘性物質であり、例えば変性シリコーンなどに熱伝導性の高い金属または金属酸化物の粒子を分散させたものが用いられる。   The heat connection of the heat sink and the semiconductor element of the present invention may be performed by bringing them into direct contact, or may be performed via another thermally conductive member, for example, a metal member such as thermal grease or solder. Here, “thermal grease” is a viscous material having high thermal conductivity, and for example, a material in which particles of metal or metal oxide having high thermal conductivity are dispersed in modified silicone or the like is used.

本発明は、特に限定されないが、以下の態様を開示する。
１． 面状の底部と前記底部に設けられた複数のフィン芯部とを備えた下部金属部材と、
前記下部金属部材の前記フィン芯部に対して所定間隔で対向配置された上部金属部材と、
前記下部金属部材と前記上部金属部材との間に形成された内部空間と、
前記内部空間内に配置されたウィックと、
前記内部空間に封入された作動媒体と、
を有するヒートシンク。
２． 前記内部空間内に配置された柱を有する、態様１に記載のヒートシンク。
３． 前記下部金属部材は、前記下部金属部材に対向する面に凸部を有し、該凸部は、ウィックとして機能する、態様１または２に記載のヒートシンク。
４． 前記凸部の高さは、前記柱の高さよりも小さく、前記凸部の密度は前記柱の密度よりも大きい、態様３に記載のヒートシンク。
５． 前記上部金属部材は、前記下部金属部材の前記底部に対して、所定間隔で対向配置される、態様１〜４のいずれか１つに記載のヒートシンク。
６． 前記内部空間は、フィン芯部毎に形成されている、態様１〜５のいずれか１つに記載のヒートシンク。
７． 前記底部は、内部空間を有する面状の筐体と、前記内部空間内に配置されたウィックと、前記内部空間内に封入された作動媒体とを有して成る、態様１〜６のいずれか１つに記載のヒートシンク。
８． 配線板と、
前記配線板の一方主面に実装された半導体素子と、
前記半導体素子の天面に熱的に接続された態様１〜７のいずれか１つにヒートシンクと、
を備える、ヒートシンク付き半導体素子。 Although this invention is not specifically limited, The following aspects are disclosed.
1. A lower metal member comprising a planar bottom and a plurality of fin cores provided on the bottom;
An upper metal member disposed to face the fin core portion of the lower metal member at a predetermined interval;
An internal space formed between the lower metal member and the upper metal member;
A wick arranged in the internal space;
A working medium enclosed in the internal space;
Heat sink.
2. The heat sink of aspect 1 which has the pillar arrange | positioned in the said interior space.
3. The heat sink according to aspect 1 or 2, wherein the lower metal member has a convex portion on a surface facing the lower metal member, and the convex portion functions as a wick.
4). The heat sink according to aspect 3, wherein the height of the convex portion is smaller than the height of the column, and the density of the convex portion is larger than the density of the column.
5. The heat sink according to any one of aspects 1 to 4, wherein the upper metal member is disposed to face the bottom portion of the lower metal member at a predetermined interval.
6). The said internal space is a heat sink as described in any one of the aspects 1-5 currently formed for every fin core part.
7). Any one of the aspects 1 to 6, wherein the bottom portion includes a planar casing having an internal space, a wick disposed in the internal space, and a working medium sealed in the internal space. The heat sink according to one.
8). A wiring board;
A semiconductor element mounted on one main surface of the wiring board;
A heat sink in any one of aspects 1-7 thermally connected to the top surface of the semiconductor element;
A semiconductor device with a heat sink.

本発明のヒートシンク集合体は、高い放熱性を有するので、種々の電子機器において好適に用いることができる。   Since the heat sink assembly of the present invention has high heat dissipation, it can be suitably used in various electronic devices.

１ａ，１ｂ，１ｃ…ヒートシンク
２…ベース部、３…放熱フィン、４…底部、５…フィン芯部
６…下部金属部材、７…上部金属部材、８…内部空間、９…ウィック
１０…柱、１１…凸部
１２…ウィック、１３…内部空間、１４…柱、１５…凸部
１６…配線板、１７…半導体素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a, 1b, 1c ... Heat sink 2 ... Base part, 3 ... Radiation fin, 4 ... Bottom part, 5 ... Fin core part 6 ... Lower metal member, 7 ... Upper metal member, 8 ... Internal space, 9 ... Wick 10 ... Pillar, DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Convex part 12 ... Wick, 13 ... Internal space, 14 ... Column, 15 ... Convex part 16 ... Wiring board, 17 ... Semiconductor element

Claims (8)

面状の底部と前記底部に設けられた複数のフィン芯部とを備えた下部金属部材と、
前記下部金属部材の前記フィン芯部に対して所定間隔で対向配置された上部金属部材と、
前記下部金属部材と前記上部金属部材との間に形成された内部空間と、
前記内部空間内に配置されたウィックと、
前記内部空間に封入された作動媒体と、
を有するヒートシンク。 A lower metal member comprising a planar bottom and a plurality of fin cores provided on the bottom;
An upper metal member disposed to face the fin core portion of the lower metal member at a predetermined interval;
An internal space formed between the lower metal member and the upper metal member;
A wick arranged in the internal space;
A working medium enclosed in the internal space;
Heat sink. 前記内部空間内に配置された柱を有する、請求項１に記載のヒートシンク。   The heat sink according to claim 1, comprising a pillar disposed in the internal space. 前記下部金属部材は、前記下部金属部材に対向する面に凸部を有し、該凸部は、ウィックとして機能する、請求項１または２に記載のヒートシンク。   The heat sink according to claim 1, wherein the lower metal member has a convex portion on a surface facing the lower metal member, and the convex portion functions as a wick. 前記凸部の高さは、前記柱の高さよりも小さく、前記凸部の密度は前記柱の密度よりも大きい、請求項３に記載のヒートシンク。   The heat sink according to claim 3, wherein a height of the convex portion is smaller than a height of the column, and a density of the convex portion is larger than a density of the column. 前記上部金属部材は、前記下部金属部材の前記底部に対して、所定間隔で対向配置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートシンク。   The heat sink according to any one of claims 1 to 4, wherein the upper metal member is disposed to be opposed to the bottom portion of the lower metal member at a predetermined interval. 前記内部空間は、フィン芯部毎に形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートシンク。   The heat sink according to any one of claims 1 to 5, wherein the internal space is formed for each fin core portion. 前記底部は、内部空間を有する面状の筐体と、前記内部空間内に配置されたウィックと、前記内部空間内に封入された作動媒体とを有して成る、請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒートシンク。   The said bottom part has a planar housing | casing which has internal space, the wick arrange | positioned in the said internal space, and the working medium enclosed in the said internal space, The any one of Claims 1-6 2. A heat sink according to claim 1. 配線板と、
前記配線板の一方主面に実装された半導体素子と、
前記半導体素子の天面に熱的に接続された請求項１〜７のいずれか１項にヒートシンクと、
を備える、ヒートシンク付き半導体素子。 A wiring board;
A semiconductor element mounted on one main surface of the wiring board;
A heat sink according to any one of claims 1 to 7, which is thermally connected to the top surface of the semiconductor element,
A semiconductor device with a heat sink.
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