JP3007236U - 電子設備用放熱板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 急速放熱を行い、製造中の内縮や使用中の膨
張変形がなく、製造上の困難がなく、応用範囲が広い電
子設備用放熱板の提供。 【構成】 薄板状本体内を少なくとも一つの本体の前端
から後端へ伸びる隔壁で、数カ所で連通する複数の区域
に分け、本体の密閉内室に真空状態下で飽和工作流体を
注入し、該隔壁は本体上壁から下壁に延伸し、一体に成
形し、且つ本体の内壁には本体の前端から後端の間には
毛管作用を発生できる溝を多数設け、抗変形、且つ高効
率で熱を均一に分散することができる電子設備用放熱板
とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、一種の電子設備用放熱板に関し、特に、均一に電子設備中に発生す 熱を分散し、急速に放熱を行うものに関する。

【０００２】

【従来の技術】

近年来、電子工業の急速な発展により、電子部品及びその設備に対する演算性 能の高速化及び構造の高密集化が電子設備の発展の趨勢となっている。この趨勢 に伴う弊害としては、電子設備中の部品間の工作温度と放熱密度が運転中に急速 に上昇するために、電子部品の使用寿命が短くなること、及びその信頼性が低く なることである。

【０００３】 電子整備中の部品（例えば集積回路）自体、及び各部品間でその工作温度は一 致しておらず、ある部分で発生する温度は非常に高い。電力部品或いは電子設備 中の工作により発生する熱を放熱するために、伝統的な方式では、強制的に通風 を行ったり、或いは、水冷式装置を組み合わせて放熱を助けていた。

【０００４】 しかし、現在の電子設備は、先に述べた通り、各電子部品が高密度で組み立て られ、製品の外形が縮小される趨勢を有するため、このような放熱方式は不適合 である。代わって、空間をあまりとらず、迅速に電子設備中の局部的な高熱を分 散し、各電子部品を一つの平均的な工作温度に置くことができ、電子部品の寿命 を延ばし、信頼度を高めることができる新しい技術が求められた。

【０００５】 この要求に応え、すでに、ヒートパイプを応用して速やかに放熱を行う技術が 一部の設備に取り入れられたが、普及には至らなかった。それは、伝統的なヒー トパイプの構造では、直接電子設備中に応用することができないためであり、そ の理由は後述するとして、まず、従来のヒートパイプ技術について説明を行う。

【０００６】 ヒートパイプの原理と技術は、最初に１９６４年Ｌ．Ａ．Ｓ．Ｌ（Ｌｏｓ Ａ ｌａｍｏｓ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）の化学検討会上で 公開され、均温放熱板の理論と応用について、さらに、１９７６年、Ｓ．Ｗ．Ｃ ｈｉ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ）により資料蒐集、出版されている。

【０００７】 ヒートパイプと伝統的な熱伝導材料は一様に、一部の熱を他の部分へと移すも のであり、良い熱伝導性を有していた。

【０００８】 多くのヒートパイプの発明が既に米国特許を取得しているが、そのうち、以下 に挙げるものは、従来のヒートパイプの技術を改良したものである、 １９８９年６月２４日公布の第４，７９９，５３７号特許、これはセルフ調節式 ヒートパイプである、 １９９０年７月１７日第４，９４１，５２７号特許、これは一種の傾斜度を有す る密閉ケース（ｓｅａｌｅｄ ｃａｓｉｎｇ）をヒートパイプ中の蒸発部と冷却 部に連接し、蒸発部から冷却部に向かって逐次拡大する通道を形成する技術を提 供している、 また、第４，９９５，４５０号特許では、一種の、内部に螺旋状の通道を有する 構造を提供しており、工作流体のさらに有効な熱伝導を進行させるものであった Ｋｎｅｉｄｅｌの第５，０４４，４２６号特許は、ヒートパイプ内部に帯状物（ ｌｉｇａｍｅｎｔ）で一つの制限部材（ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｍｅｍｂｅｒ ）を固定し、該制限部材を非冷却区から工作流体区まで延伸することで、ヒート パイプ内部の断面容積を減少するものであった。

【０００９】 ヒートパイプは、一つの閉じた中空の容器であり、その内部を真空とした後、 工作流体を注入する。ヒートパイプが熱を発生する物体に接触するとき、パイプ の本体のその部分の温度は上昇し、その増加した熱量は、その部分の内壁に近い 流体を加熱して蒸発させる。このとき、加熱された蒸気圧は高くなり、そのため 圧力の低い他端部に流れて蒸気流を発生する。この蒸気流は、他端部にて冷却さ れ放熱し、凝結し、液態に回復し、毛管構造により発生する毛管現象で加熱部分 に戻ることを利用し、継続的に蒸発する液体を何度か循環し、よって局部の熱を 急速にその他の部分へと分散する。

【００１０】 過去において採用された平板式ヒートパイプの内部の毛管構造の多くは、金属 網、焼結金属層等を採用している。そのうち金属網は、金属製のばねをヒートパ イプ内で開かせて金属網をヒートパイプ内壁に密着させるものである。また、焼 結金属層は、まずパイプ内壁に一層の金属粉末を固定した後、さらに高温炉での 高温焼結を利用して成形するものであった。これら２種の従来のヒートパイプ構 造にはそれぞれ以下の欠点があった、 （イ）金属網を利用した毛管構造では、必ずばねの弾性を利用して金属網を内 壁に密着させなければならず、製造コストが増すほか、毛細効率はばねの距離の 影響を受けた。そして実質上金属網を完全に均一にヒートパイプの内壁に密着さ せることは難しく、ある部分ではその接触が弛み、ある部分では密着するという 状況が発生した。そのため、実際の応用時には、金属網の接触が弛んだ部分に高 い熱抵抗が発生した。さらに、平板の担い面の縦横の比の差が大きくすることは できない等、製造方法において制限を受けた。 （ロ）焼結金属を毛管構造に使用する技術では、高温を利用して金属粉末をヒ ートパイプ内壁上に焼結して形成する。故に、偏ったり、広いヒートパイプ内壁 には適用することができなかった。焼結技術者に周知のとおり、一つずつの担い 面上に均一な粒子を分布させることは難しく、また、高温炉での焼結を経て成形 する必要がある。

【００１１】 伝統的なヒートパイプは、直接にこれからの電子設備に転用することはできな い。これは、これからの電子設備の要求するヒートパイプが、薄く、且つ幅や長 さの制限をうけることがないものであるためでり、上述の伝統的なヒートパイプ 構造ではこの要求に応えることができないためである。さらに、薄いヒートパイ プは製造工程において、真空とするときに内縮し、変形することなく、且つ使用 中の受熱によるヒートパイプ内部の蒸気圧増加時の膨張変形を起こさないもので あることが要求される。

【００１２】

【考案が解決しようとする課題】

本考案は、一種の電子設備に用いられ、均一に熱を分散できる、放熱板を提供 し、該放熱板は、速やかに放熱を行い、且つ製造中の内縮や使用中の膨張変形を 起こさず、同時に製造上の困難がないものであることを課題とする。

【００１３】 本考案はさらに、該放熱板を、電子部品や多くの電子部品を集成した設備に広 く応用できるものとすることを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

本考案の電子設備用放熱板は、一つの薄板状の本体を有し、その内部に一つの 中空の密閉された内室が形成され、該本体は一つの上壁と一つの下壁と、一つの 前端と一つの後端を有し、且つ該本体の内壁には毛管現象を発生する多数の溝を 有し、該溝は上記前端から上記後端へと延伸し、 少なくとも一つの隔壁を上記内室中に有し、該隔壁は上記本体の前端から上記本 体の各溝に平行に、上記本体の後端に向かって延伸し、但し少なくとも上記本体 の前端或いは後端のうち一つと適当な距離を保持し、一つの流体の通道を形成し 、 上記隔壁は上記本体の上壁から上記本体の下壁へと延伸して上記本体の内室を少 なくとも２つの流体区域に分け、且つ２つの流体区域は上述の流体の通道と数カ 所で連通し、 上記本体の内室中には真空状態にあって工作流体が充填される。

【００１５】 また、本考案の本体の内室中の上記隔壁の両側には本体の溝に平行に多数の溝 を有してもよい。

【００１６】 さらに、放熱板と電子部品を集合した設備間には、一層の耐熱性、且つ熱伝導 性を有するコロイド状物を介し、該コロイド状物は該放熱板と該設備間に充填さ れる。

【００１７】 また、本考案の放熱板の本体と隔壁は一体に成形されるのがよい。

【００１８】 また、多数の溝は連続性の鋸歯状の、或いはその他の形状とし、毛細現象を発 生し、上記本体前端から後端へと延伸するものとする。

【００１９】

【作用】

本体中の気態の工作流体は内室にあって、温度差の違いにより流動する。液態 の工作流体は、各溝に沿って毛管現象により流動し、循環を続け、局部の熱は急 速にその他の区域に分散される。

【００２０】

【実施例】

図１、２及び図３に示されるように、本考案の提供する均温放熱板は、一つの 薄板状の本体（１０）を有し、該本体（１０）の内部には一つの中空の密閉され た内室（１１）が形成され、該本体（１０）は、一つの上壁（１２）と一つの下 壁（１３）、且つ一つの前端（１４）と一つの後端（１５）を有する。且つ本体 （１０）の内壁は、毛管現象を発生する多数の溝（１６）を有し、各溝（１６） は、それぞれ上記前端（１４）から後端（１５）へと延伸する。また、本考案は 、少なくとも一つの隔壁（１７）を該本体（１０）内の内室（１１）中に有し、 該隔壁（１７）は、本体（１０）の前端（１４）から本体（１０）の上記各溝（ １６）と平行に、本体（１０）の後端（１５）へと延伸し、しかし、少なくとも 本体（１０）の前端（１４）或いは後端（１５）のうちいずれか一つと適当な距 離を保持し、一つの流体通道を形成する。該隔壁（１７）は、本体（１０）の上 壁（１２）から延伸し、本体（１０）の下壁（１３）へと至り、本体（１０）の 内室（１１）を分けて少なくとも二つの流体区域を形成する。且つ二つの流体区 域は流体の通道（１８）と数カ所で連通する。

【００２１】 図１に示される本考案の実施例に示されるように、各下壁（１３）は本体（１ ０）の前端（１４）或いは後端（１５）の内壁との間に、それぞれ通道（１８） を残して形成される。本体（１０）の内室（１１）は、図２及び図３に示される ように、吸い出しにより真空状態とし、水、メタノール、アセトン或いは冷媒な どの工作流体（２０）を注入する。注入後、工作流体（２０）は真空環境中にあ って、飽和した気態、液態の両相の共存状態を呈する。前述したように、本体（ １０）中の気態の工作流体は内室（１１）にあって、温度差の違いにより流動す る。液態の工作流体は、各溝（１６）に沿って毛管現象により流動し、循環を続 ける。及び、局部の熱は急速にその他の区域に分散される。

【００２２】 図２と図３には、多数溝を連続した鋸歯状の構造とした実施例が示されるが、 本考案の溝の形状はこれに限るものではなく、毛管現象を発生し、本体（１０） 前端（１４）から後端（１５）へと延伸するものであれば、どのような形状とし てもよい。隔壁（１７）の両側にも多数の溝を設けてよいが、但し、本体内壁の 溝と平行に設けるのが理想的である。隔壁（１７）は、上壁（１２）から下壁（ １３）へと延伸し、本体（１０）と一体に成形されるのが最もよい。こうすれば 、製造時に内室（１１）内を吸い出しにより真空とする際に、上壁（１２）と下 壁（１３）が内縮して変形することが防がれるばかりでなく、工作流体（２０） が熱を受けて蒸発して内室（１１）中の蒸気圧が増加する時にも引っ張りに抵抗 する力が生じて、上壁（１２）と下壁（１３）の外向きの膨張変形が防がれる。

【００２３】 図３に示すように、本体（１０）の放熱板が応用される時には、電子部品を集 合した設備（３０）（或いは電子部品）と放熱板（１０）の下壁（１３）の間に 、一層の耐熱性及び熱伝導性を有するコロイド状物を充填することで、本考案を 応用し、均温及び放熱効果を更に良好とすることができる。

【００２４】 図５及び図６のグラフ中、曲線Ａ、Ｂ及びＣは、図４に示される測定方法に依 るものである。そのうち、曲線Ａは、空心のアルミ板を代表し、Ｂは実心のアル ミ板を、Ｃは本考案の上述の実施例の温度分布を示す。本考案の実施例の本体は 同様にアルミニウムを利用して製造する。各被測定物（５）は、図４に示される ように、熱を発生するチップ（５１）上に置き、その後共に断熱セラミック綿（ ５２）の間に保持し、その後、各被測定物に対し横向きに設定した定点の温度値 を測定する。図５の曲線はチップ（５１）に４．５ｗを与えた時に得られ、図６ は９ｗを与えたときのものである。各被測定物の外形の大きさは一致させ、長さ も２８６ｍｍに同じくし、材質も同じとした。本考案の実施例の被測定物は、そ の内室中に、４．１ｃｃのアセトンを工作流体として注入した。

【００２５】 図５及び図６の曲線の分布情況からお分かりのように、本考案の実施例の温度 分散は非常に急速であり、且つ平均に各所に分布し、Ａ及びＢのように中央の発 熱部分に集中する曲線とは異なる。このように、本考案は、確実に一つの薄板状 の高効率の放熱板を提供することができる。隔壁の数量と本体の広さ及び本体の 壁の厚さなどの要素は密接な関係を有するが、これは本考案の細部の修飾に基づ くものであり、本考案の上述の実施例はただ本考案の特徴を説明するためのもの であり、本考案の実用新案登録請求の範囲を限定するものではない。

【００２６】

【考案の効果】

本考案は、一種の電子設備に用いられ、均一に熱を分散でき該放熱板は、速や かに放熱を行い、且つ製造中の内縮や使用中の膨張変形を起こさず、同時に製造 上の困難がないものである。

【００２７】 本考案はさらに、電子部品や多くの電子部品を集成した設備に広く応用でき る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の比較的良い実施例の平面図である。

【図２】本考案の上記図１の２−２線における断面図で
ある。

【図３】上記図２に類似しているが、上記図１の３−３
線に沿った、且つ応用した実施例を示す断面図である。

【図４】本考案の均温測定方法説明図である。

【図５】本考案の均温測定結果を示すグラフである。

【図６】本考案の均温測定結果を示すグラフである。

【符号の説明】

（１０）本体 （１１）内室 （１２）上壁
（１３）下壁 （１４）前端 （１５）後端 （１６）溝 （１
７）隔壁 （１８）通道 （２０）工作流体 （５）被測定物
（５１）チップ （５２）耐熱セラミック綿

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子部品や電子部品を集合した設備に接
   触し、電子部品が局部発生する熱を速やかに分散し、電
   子設備の局部過熱を防ぎ、 一つの薄板状の本体を有し、その内部に一つの中空の密
   閉された内室が形成され、該本体は一つの上壁と一つの
   下壁と、一つの前端と一つの後端を有し、且つ該本体の
   内壁には毛管現象を発生する多数の溝を有し、該溝は上
   記前端から上記後端へと延伸し、 少なくとも一つの隔壁を上記内室中に有し、該隔壁は上
   記本体の前端から上記本体の各溝に平行に、上記本体の
   後端に向かって延伸し、但し少なくとも上記本体の前端
   或いは後端のうち一つと適当な距離を保持し、一つの流
   体の通道を形成し、 上記隔壁は上記本体の上壁から上記本体の下壁へと延伸
   して上記本体の内室を少なくとも２つの流体区域に分
   け、且つ２つの流体区域は上述の流体の通道と数カ所で
   連通し、 上記本体の内室中には真空状態にあって工作流体が充填
   される、 以上の特徴を有する、電子設備用放熱板。
2. 【請求項２】 隔壁の両側には本体の溝に平行に多数の
   溝を有する、請求項１に記載の電子設備用放熱板。
3. 【請求項３】 放熱板と電子部品を集合した設備間に
   は、一層の耐熱性、且つ熱伝導性を有するコロイド状物
   が介され、該コロイド状物は該放熱板と該設備間に充填
   される、請求項１に記載の電子設備用放熱板
4. 【請求項４】 放熱板の本体と隔壁は一体に成形され
   る、請求項１に記載の電子設備用放熱板。
5. 【請求項５】 多数の溝は連続性の鋸歯状の溝である、
   請求項１または２に記載の電子設備用放熱板。