JP3645674B2

JP3645674B2 - ヒートパイプ式ヒートシンク、集積回路パッケージ及びそれを用いた中央処理装置

Info

Publication number: JP3645674B2
Application number: JP31541596A
Authority: JP
Inventors: 圭一郎太田
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 1996-11-12
Filing date: 1996-11-12
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2016-11-12
Also published as: JPH10144831A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路パッケージの冷却等に用いられるヒートパイプ式ヒートシンク、集積回路パッケージ及びそれを用いた中央処理装置に係り、詳しくは、製造の容易化や構成の簡素化等を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータには、ＣＰＵ（中央処理装置）として、半導体集積回路素子を高密度に実装した集積回路パッケージが用いられている。この種の集積回路パッケージでは、発熱密度が著しく高くなるため、熱暴走や回路破壊を避けるべく十分な放熱対策を採る必要がある。そこで、集積回路パッケージにヒートシンクを装着し、放熱フィンや冷却ファンを介して、熱を空気中に放出させる方法が採られている。また、特開平３−３６７９４号公報や特開平５−２４３４４１号公報等には、ヒートシンクのベースにヒートパイプを固着させ、集積回路パッケージの熱を放熱部に迅速に搬送するヒートパイプ式ヒートシンクが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のヒートパイプ式ヒートシンクでは、熱搬送効率を高めるべく複数本のヒートパイプを用いた場合、以下に述べるような問題が生じていた。
【０００４】
ヒートパイプ式ヒートシンクでは、一般に、ヒートパイプと放熱フィンとをかしめ加工（拡管加工等）により接合した後、ベースとヒートパイプとをロウ付け接合する製造工程が採られる。そのため、組立前のヒートパイプに作動流体を封入しておくことができず、半完成品のヒートシンクを治具等に固定した後にヒートパイプへの作動流体の封入（作動流体の注入、作動流体注入孔の閉鎖）を行うことになるが、この作業は各ヒートパイプに対して個別に行わねばならなかった。また、複数の放熱フィンに複数のヒートパイプを挿通させる際には、放熱フィンの間隔を一定に保つ他、ヒートパイプとの接触による放熱フィンの変形を防ぐためにも、治具等により放熱フィンとヒートパイプとをそれぞれ正確に位置決めする必要もあった。
【０００５】
このように、従来のヒートパイプ式ヒートシンクは、その製造工程が煩雑であり、部品点数が多いことも相俟って、大量生産が行い難くなると共に、製品コストが増加することが避けられなかった。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みなされたもので、製造の容易化や製品コストの低減を実現したヒートパイプ式ヒートシンク、集積回路パッケージ及びそれを用いた中央処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明では、発熱体に装着されるベースと、このベースに立設されたヒートパイプとを有するヒートパイプ式ヒートシンクであって、前記ベース上に積層された複数枚の放熱フィンを更に有し、前記ヒートパイプの管壁がこれら放熱フィンの一部から形成されているものを提案する。
【００１０】
この発明によれば、例えば、ベース上に放熱フィンを積層した後、ロウ付けを行うだけで、ヒートパイプ式ヒートシンクが組み立てられる。
この場合において、ベースの上端に固着されたアッパプレートと、アッパプレートの上面に積層・固着された複数枚の放熱フィンと、放熱フィンの上部に固着されたヘッダとを有してもよい。
また、アッパプレートに、ボスの内側に位置するように、作動流体流通孔が穿設されていてもよい。
さらに、放熱フィンに、アッパプレートの作動流体流通孔に対応する位置にヒートパイプ形成部が突設されていてもよい。
放熱フィンのヒートパイプ形成部は、基端から先端に向けて径が縮小するテーパ管形状となっており、先端の内径は作動流体流通孔と略等しい径に形成され、アッパプレートの上面に複数枚積層固着されていてもよい。
また、ヘッダの下面に放熱フィンのヒートパイプ形成部の先端が嵌合する作動流体流通孔が穿設され、上面に作動流体注入孔が穿設されていてもよい。
さらに、ベースの内底面に格子状の溝が形成されていてもよい。
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のヒートパイプ式ヒートシンクを備えた集積回路パッケージでもよい。
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のヒートパイプ式ヒートシンクを備えた集積回路パッケージを用いた中央処理装置でもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
【００１２】
図１は、本発明を適用したヒートパイプ式ヒートシンク（以下、単にヒートシンクと記す）の縦断面図であり、図２は同分解斜視図である。これらの図に示したように、ヒートシンク１は、スクリュー２により発熱体（本実施形態では、集積回路パッケージ）３に装着されるベース５と、ベース５の上端に固着されたアッパプレート７と、アッパプレート７の上面に積層・固着された複数枚（本実施形態では、４枚）の放熱フィン９と、放熱フィン９の上部に固着されたヘッダ１１とからなっている。
【００１３】
ベース５は、アッパプレート７と一体となって中空の直方体をなし、図２に示したように、その内底面２１には、格子状の溝２３が形成されると共に、４本の補強用のボス２５が立設されている。また、アッパプレート７には、ボス２５の内側に位置するように、４つの作動流体流通孔２７が穿設されている。尚、ベース５はアルミ合金を素材とするダイキャスト成型品であり、アッパプレート７は比較的厚板のアルミ合金を素材とするブレージングシートの打抜き成型品である。
【００１４】
放熱フィン９は、比較的薄板のアルミ合金を素材とするブレージングシートのプレス成型品であり、アッパプレート７の作動流体流通孔２７に対応する位置に４つのヒートパイプ形成部３１が突設されると共に、複数（図示例では、１２個）の放熱孔３３が穿設されている。ヒートパイプ形成部３１は、基端から先端に向けて径が縮小するテーパ管形状となっており、先端の内径は作動流体流通孔２７と略等しい径に形成されている。
【００１５】
ヘッダ１１は、比較的薄板のアルミ合金を素材とする中空の直方体であり、下面に放熱フィン９のヒートパイプ形成部３１の先端が嵌合する作動流体流通孔３５が穿設され、上面に作動流体注入孔３９が穿設されている。
【００１６】
さて、本実施形態では、ヒートシンク１の製造にあたり、先ず、ベース５の上部にアッパプレート７を載せ、アッパプレート７の上面に４枚の放熱フィン９とヘッダ１１とを更に重ねて仮組みを行う。この際、４枚の放熱フィン９については、図１に示したように、上方のヒートパイプ形成部３１の基端に下方のヒートパイプ形成部３１の先端が嵌合するため、治具を用いることなく互いに位置決めされる。また、ヘッダ１１と放熱フィン９とは、作動流体流通孔３５にヒートパイプ形成部３１の先端が嵌合するため、こちらも治具を用いることなく互いに位置決めされる。尚、放熱フィン９の間隔は、ヒートパイプ形成部３１の寸法および形状を勘案することにより、任意かつ正確に設定できる。
【００１７】
仮組みしたヒートシンク１を真空加熱炉内等で所定の温度に過熱すると、アッパプレート７と放熱フィン９とがブレージングシートであるため、ロウ材が溶出して各接合部が強固にロウ付けされる。そして、ベース５とヘッダ１１とが各放熱フィン９のヒートパイプ形成部３１によって４カ所で連通され、これにより、４本のヒートパイプ４１が形成されることになる。尚、これらヒートパイプ４１は、ベース５とアッパプレート７との間に形成された中空部４３と、ヘッダ１１の中空部４５で互いに連通される。
【００１８】
次に、冷却したヒートシンク１を作動流体注入装置にセットし、ヒートシンク１を加熱しながら、作動流体注入孔３９からフロン等の作動流体５１を注入する。ヘッダ１１の中空部４５から注入された作動流体５１は、ヒートパイプ４１を経由してベース５側に流入し、図１に示したように、ベース５の中空部４３に貯留される。作動流体５１の注入を終えた後、図示しないプラグ等により作動流体注入孔３９を閉鎖し、ヒートシンク１の製造が完了する。尚、ヒートシンク１内に存在していた空気は、加熱により蒸気となった作動流体５１の一部と共に作動流体注入孔３９から大気中に放出され、これにより、冷却後にはヒートシンク１内が真空となる。
【００１９】
本実施形態のヒートシンク１では、発熱体３の温度が所定値以上に上昇すると、ベース５の中空部４３内で作動流体５１が蒸発する。この際、ベース５の内底面２１に格子状の溝２３が形成されているため、ベース５と作動流体５１との接触面積が大きくなり、伝熱効率の向上により作動流体５１が蒸発しやすくなる。蒸発した作動流体５１は、各ヒートパイプ４１を介してヘッダ１１に流入し、ヘッダ１１の温度を上昇させる。そして、ヘッダ１１の表面から大気中に熱が放出されると、その中空部４５では作動流体５１が凝縮し、各ヒートパイプ４１を介してベース５の中空部４３に環流する。尚、高温の作動流体５１が通過することによりヒートパイプ４１の温度が上昇するが、ヒートパイプ４１が放熱フィン９の一部であるため、放熱フィン９の温度も上昇しやすい。これにより、放熱孔３３の存在も相俟って放熱フィン９から大気中への熱の放出も効率よく行われる。
【００２０】
このように、本実施形態では、複数のヒートパイプ４１となるヒートパイプ形成部３１を放熱フィン９に形成すると共に、ベース５側とヘッダ１１側で各ヒートパイプ４１を連通させるようにしたため、ヒートシンク１の製造や作動流体５１の封入作業が極めて容易になる一方で、ヒートシンク１の性能向上をも図ることができた。
【００２１】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限られるものではない。例えば、ヒートパイプの本数や、放熱フィンの枚数等は、要求性能や製造上の都合等により適宜変更可能であるし、ヒートパイプ形成部も段付き管等、テーパ管形状以外としてもよい。また、上記実施形態では、放熱フィンやアッパプレートにブレージングシートを用い、ロウ付けによる接合を行うようにしたが、各部材を高周波溶接等により接合するようにしてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、発熱体に装着されるベースと、このベースに立設されたヒートパイプとを有するヒートパイプ式ヒートシンクであって、ヒートパイプが複数本設けられると共に、これらヒートパイプが互いに連通されているものとしたため、作動流体注入孔から注入された作動流体が連通路を介して各ヒートパイプに導入されるため、作動流体封入作業が一度で済む。
【００２３】
また、ベース上に積層された複数枚の放熱フィンを更に有し、ヒートパイプの管壁がこれら放熱フィンの一部から形成されているものでは、ベース上に放熱フィンを積層した後、ロウ付けを行うだけで、ヒートパイプ式ヒートシンクが組み立てられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るヒートシンクの一実施形態を示す縦断面図。
【図２】図１に示したヒートシンクの分解斜視図。
【符号の説明】
１ヒートシンク
５ベース
７アッパプレート
９放熱フィン
１１ヘッダ
２７作動流体流通孔
３１ヒートパイプ形成部
３５作動流体流通孔
４１ヒートパイプ
５１作動流体

Claims

発熱体に装着されるベースと、このベースに立設されたヒートパイプとを有するヒートパイプ式ヒートシンクであって、
前記ベース上に積層された複数枚の放熱フィンを更に有し、前記ヒートパイプがこれら放熱フィンの一部から形成されていることを特徴とするヒートパイプ式ヒートシンク。
ベースの上端に固着されたアッパプレートと、アッパプレートの上面に積層・固着された複数枚の放熱フィンと、放熱フィンの上部に固着されたヘッダとを有することを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプ式ヒートシンク。
ベースの上端に固着されたアッパプレートと、放熱フィンの上部に固着されたヘッダとを有し、このアッパプレートに、ボスの内側に位置するように、作動流体流通孔が穿設されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートパイプ式ヒートシンク。
放熱フィンに、アッパプレートの作動流体流通孔に対応する位置にヒートパイプ形成部が突設されていることを特徴とする請求項３に記載のヒートパイプ式ヒートシンク。
放熱フィンのヒートパイプ形成部は、基端から先端に向けて径が縮小するテーパ管形状となっており、先端の内径は作動流体流通孔と略等しい径に形成され、アッパプレートの上面に複数枚積層固着されていることを特徴とする請求項４に記載のヒートパイプ式ヒートシンク。
ヘッダの下面に放熱フィンのヒートパイプ形成部の先端が嵌合する作動流体流通孔が穿設され、上面に作動流体注入孔が穿設されていることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項に記載のヒートパイプ式ヒートシンク。
ベースの内底面に格子状の溝が形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のヒートパイプ式ヒートシンク。
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のヒートパイプ式ヒートシンクを備えた集積回路パッケージ。
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のヒートパイプ式ヒートシンクを備えた集積回路パッケージを用いた中央処理装置。