JP4233827B2

JP4233827B2 - Heat spreader and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4233827B2
Application number: JP2002231751A
Authority: JP
Inventors: 潤贄川
Original assignee: 岡野電線株式会社
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: JP2004069234A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばパーソナルコンピュータや、サーバー、高性能電子計算機等の電子機器に取り付けて、電子機器の放熱を行うために用いられる冷却装置等に適用されるヒートスプレッダーに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
各種ＬＳＩ（Large Scale Integration circuit）、コンピュータに使われるＣＰＵ（Central Processing Unit）等の電子機器の主要部品は、小型高性能化が著しい。また、ＬＳＩの配線間隔などが小さくなり、サブミクロン領域となると共に、ますます高集積化が進んでいる。
【０００３】
このように、電気機器の主要部品の小型高性能化、配線の高集積化が進むと、電子機器内の発熱量が増え、さらに、単位面積当りの発熱量が増えて発熱密度が増大する、という新たな問題が大きな課題となってきている。
【０００４】
こうした発熱密度の大きい電子部品から熱を効率的に除去するためには温度差をつけずに熱流束の変換、すなわち熱拡散（ヒートスプレッド）を行なうことが好ましい。
【０００５】
従来、電子部品の熱の拡散のためには、熱伝導が良好な銅板やアルミ板等の熱拡散板を介して電子部品の熱をヒートシンクに伝達し、放熱する構成が一般的である。しかし、上記のように電子部品からの発熱が大容量高密度になってくると、その熱拡散板の場所による温度分布が大きくなり、ヒートシンクへの熱伝達がうまく行かず、結果的に電子部品の温度上昇を招くことになる。
【０００６】
このため、より高性能の熱流束変換器として、これまでに、以下に示すような様々な構成が考案されてきた。例えば特許出願２００１−２３５７３７には、パイプ中に設けた作動液の相変化、移動を利用して熱を移動するヒートパイプを、平面状に蛇行させて熱を拡散させようとする構成が提案されている。
【０００７】
また、特許出願２０００−３１４５４には、高熱伝導材からなる上板と下板の一面にループ状溝を形成し、両板をループ状溝が対向するように重ね合わせて接合して溝接合型のヒートパイプを形成する構成が提案されている。
【０００８】
さらに、蛇行ヒートパイプとプレート型ヒートパイプを組み合わせ、熱拡散能力を上げようとする構成も提案されている。
【０００９】
さらに、特許公開２００１−２８０８６８に見られるように、図５に示すような多孔扁平金属管によりヒートパイプ１を形成し、このヒートパイプ１を平面状に多数回往復蛇行配置して形成した多孔扁平金属管ヒートパイプが提案されている。
【００１０】
上記ヒートパイプは、一般的に熱を極めて効率よく移動させることができるものであり、ヒートパイプは、固体熱伝導としてよく用いられる銅板やアルミニウム板と比べると、等価的熱伝導率が数１０倍から数１００倍にも達すると言われている。ヒートパイプは、温度勾配を殆どつけずに熱を長い距離にわたって運ぶことができるものであり、その様々な用途が考案実施されている。
【００１１】
さらに、高性能の熱流束変換器として、ベーパーチャンバーと呼ばれる熱流束変換器が提案され、かつ、使用されている。このベーパーチャンバーは、平面型ヒートパイプとも呼ばれているが、パイプを設けているわけではなく、例えば特許公開２００１−１６５５８５、特許公開２００１−１４１３８５等に示されているように、薄型の箱状（板状）の容器で内部に少量の作動液と作動液を還流させるためのウィックを設けている。
【００１２】
ベーパーチャンバーは、大熱量でも対応可能で高性能な熱流束変換器であると言われている。ベーパーチャンバーの使用例として、高性能サーバーのＣＰＵで発生する熱をこのベーパーチャンバーによりいったん広げ、然る後、この熱をヒートシンクに伝えるというように用いられた例がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のヒートパイプ１を用いた熱流束変換器は、図４に示すように、電子部品等の発熱部材から例えば矢印Ａのように伝えられる熱を、矢印Ｂに示すように、ヒートパイプ１の長さ方向に移動させて、矢印Ｃのように拡散させるものであり、このことは同時にヒートパイプ１の持つ熱輸送限界に制約されるという課題があった。
【００１４】
例えば、前記特許出願２００１−２３５７３７、特許公開２００１−２８０８６８に提案されているようなヒートパイプ蛇行型の構成は、ヒートパイプ１による熱輸送距離が長くなり、ヒートパイプ１への熱入力がヒートパイプ１の輸送能力を超えたときには、いわゆるドライアウト現象が発生し、熱輸送が行えなくなるといった問題があった。
【００１５】
また、特許公開２００１−２８０８６８はヒートパイプ１として多孔扁平管を用いているので、製造上の問題から一般的には加工性の良いアルミニウムにより多孔扁平管を形成せざるを得なかった。その場合長期信頼性が問題となり、熱効率の良い水を作動液として使うことができず、熱輸送量当りの熱抵抗が大きくなってしまう問題があり、熱輸送量を大きくとれないという課題があった。
【００１６】
一方、前記ベーパーチャンバーは、使用温度が高いと内部の圧力も高くなる。そのため、例えば特許公開２００１−１４１３８５や特許公開２０００−１６１８７８に提案されているように、前記内圧に耐えるよう補強部材を使ったり、容器そのものの肉厚を厚くするなどの対策がとられているが、このような構成を適用して信頼性確保するためには、製造工数が増えたり、部品数が増えたりして製造コストが余分にかかるなどの問題があった。
【００１７】
さらに、特許公開２００１−１６５５８５の平面型ヒートパイプ（ベーパーチャンバー）の場合は、容器内にウィックを構成することが困難であり、その結果、平面型ヒートパイプを垂直に立てて重力により作動液を還流させる方法がとられており、その使用姿勢に制限があった。
【００１８】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、製造が容易でコストが安く、熱輸送効率が良好で、信頼性に優れたヒートスプレッダーを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明のヒートスプレッダーは、並設された２本のヒートパイプを渦巻き状に巻回して隣接するヒートパイプ同士を固定し、盤状に形成したヒートスプレッダーであって、前記２本のヒートパイプの渦巻きの巻き始め側の端部はそれぞれ一方側のヒートパイプの巻き始め端側のターン間の隙間に他方側のヒートパイプの巻き始め側の端部が嵌り合う形態と成して、前記並設された２本のヒートパイプは巻き始めから巻き終わりの全巻回領域においてほぼ隙間なく巻回され固定されて盤状に形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２０】
また、第２の発明のヒートスプレッダーは、上記第１の発明の構成に加え、前記ヒートパイプの断面を円形状とし、隣り合うヒートパイプ同士は熱伝導性部材を介して固定した構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２１】
さらに、第３の発明のヒートスプレッダーは、上記第１の発明の構成に加え、前記ヒートパイプの断面を四角形状とし、隣り合うヒートパイプの側面同士を直接または熱伝導性部材を介して接触固定した構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２２】
さらに、第４の発明のヒートスプレッダーは、上記第１または第２または第３の発明の構成に加え、前記ヒートパイプにより形成された盤の表面と背面の少なくとも一方には熱伝導性部材の平板が設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２３】
さらに、第５の発明のヒートスプレッダーの製造方法は、並設された２本のヒートパイプを渦巻き状に巻回して隣接するヒートパイプ同士を固定して、盤状に形成するヒートスプレッダーの製造方法であって、並設された２本の断面円形状のヒートパイプを曲げることにより前記ヒートパイプを渦巻き状に巻回すると共に前記２本のヒートパイプの渦巻きの巻き始め側の端部はそれぞれ互いに一方側のヒートパイプの巻き始め端側のターン間の隙間に他方側のヒートパイプの巻き始め側の端部が嵌り合う形態をもたせて盤状に形成した後、前記ヒートパイプを断面四角形状にプレスして変形し、隣り合うヒートパイプの側面同士を直接または熱伝導性部材を介して接触固定することで、前記並設された２本のヒートパイプを巻き始めから巻き終わりの全巻回領域においてほぼ隙間のない巻回状態の盤状に形成する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２４】
上記ホットプレスはヒートパイプ内の圧力を上げ、プレス変形時にパイプが座屈しにくくすることが出来る。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略又は簡略化する。
【００２６】
本発明のヒートスプレッダーは、盤状に形成されており、図１の（ａ）には、本発明に係るヒートスプレッダーの第１実施形態例が、その盤面方向に切断した断面図により示されている。また、同図の（ｂ）は、本実施形態例のヒートスプレッダーを図１の（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図を示している。
【００２７】
これらの図に示すように、本実施形態例のヒートスプレッダーは、並設された２本の銅製のヒートパイプ１（１ａ，１ｂ）を渦巻き状にほぼ隙間無く巻回して、隣接するヒートパイプ１ａ，１ｂ同士を固定し、盤状に形成している。２本のヒートパイプ１ａ，１ｂの渦巻きの巻き始め側の端部は、それぞれ一方側のヒートパイプの巻き始め端側のターン間の隙間に、他方側のヒートパイプの巻き始め側の端部が嵌り合う形態と成して、前記並設された２本のヒートパイプ１ａ，１ｂは、巻き始めから巻き終わりの全巻回領域において、ほぼ隙間なく巻回され固定されている。それぞれのヒートパイプ１ａ，１ｂは断面が円形状であり、その直径は４ｍｍφである。本実施形態例ではヒートパイプ１ａ，１ｂは、それぞれ２と４分の１回転巻回している。
【００２８】
また、ヒートパイプ１ａ，１ｂにより形成された盤の表面と背面の少なくとも一方（ここでは両方）には熱伝導性部材であるアルミニウム製の平板２（２ａ，２ｂ）が設けられている。この平板２は、厚みが０．５ｍｍである。平板２とヒートパイプ１ａ，１ｂとの隙間には熱伝導性部材３である熱伝導性グリースが設けられており、隣り合うヒートパイプ１ａ，１ｂ同士が熱伝導性部材３を介して固定されている。
【００２９】
本実施形態例のヒートスプレッダーの製造は以下のようにして行われる。まず、２本のヒートパイプ１ａ，１ｂを曲げることによりヒートパイプ１ａ，１ｂを渦巻き状にほぼ隙間無く巻回すると共に、２本のヒートパイプ１ａ，１ｂの渦巻きの巻き始め側の端部は、それぞれ互いに一方側のヒートパイプの巻き始め端側のターン間の隙間に、他方側のヒートパイプの巻き始め側の端部が嵌り合う形態をもたせて盤状に形成する。その後、ヒートパイプ１ａ，１ｂの上下の隙間に、接着性の熱伝導性グリースの熱伝導性部材３を塗布し、盤状のヒートパイプ１ａ，１ｂの両面に平板２を設けて製造する。
【００３０】
なお、熱伝導性部材３の塗布時に、熱伝導性部材３に気泡が中に混入しないよう注意する必要がある。
【００３１】
本実施形態例は以上のように構成されており、ヒートパイプ１（１ａ，１ｂ）を渦巻き状にほぼ隙間無く巻回しているので、ヒートパイプ１ａ，１ｂは熱を長手方向に移動するだけでなく、図２の矢印Ｂに示すように、それぞれのヒートパイプ１ａ，１ｂを横切る方向に、つまり、隣接するヒートパイプ１ａ，１ｂに順次移動することができる。
【００３２】
したがって、本実施形態例は、ヒートパイプ１ａ，１ｂの長さ方向への熱輸送負荷を減らすことができ、より大きな熱量を拡散でき、図２の（ｂ）の矢印Ａに示すように、熱流束を変換できる。
【００３３】
また、本実施形態例は、従来型のヒートパイプ１を曲げて盤状に加工し、その両面に平板２を設けて形成されるために、製造が非常に容易である。
【００３４】
さらに、本実施形態例は、ヒートパイプ１を銅製としているので、作動液として効率の良い水を適用することができ、低コストで信頼性に優れたヒートスプレッダーを実現できる。
【００３５】
さらに、本実施形態例は、並設した２本のヒートパイプ１ａ，１ｂを渦巻き状に巻回しているので、１本のヒートパイプ１を渦巻き状に巻回する場合に比べて熱輸送を約２倍に大きくでき、非常に効率的に熱拡散することができる。
【００３６】
さらに、本実施形態例は、２本のヒートパイプ１ａ，１ｂを渦巻き状に巻回しているので、ヒートパイプ１を曲げる場合の曲率半径も大きくできる。そのため、ヒートパイプ１の座屈などの問題が起こりにくく、より一層加工が容易で信頼性が高いヒートスプレッダーを実現できる。
【００３７】
図３の（ａ）には、本発明に係るヒートスプレッダーの第２実施形態例が、図１の（ａ）と同様に切断した断面図により示されている。また、図３の（ｂ）は、第２実施形態例のヒートスプレッダーを図３の（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図を示している。なお、第２実施形態例の説明において、上記第１実施形態例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。
【００３８】
図３の（ａ）、（ｂ）に示すように、第２実施形態例のヒートスプレッダーは、上記第１実施形態例と同様に、並設された２本のヒートパイプ１（１ａ，１ｂ）を渦巻き状にほぼ隙間無く巻回しているが、第２実施形態例において、それぞれのヒートパイプ１ａ，１ｂは、その断面が四角形状であり、このヒートパイプ１ａ，１ｂを長方形状の渦巻き状に巻回している。
【００３９】
また、隣接するヒートパイプ１ａ，１ｂ同士は熱伝導性部材３を介して接触固定されている。熱伝導性部材３は、熱伝導性が良好な樹脂、ハンダ、セメント等により形成できる。なお、熱伝導性部材３を設けずに、ヒートパイプ１ａ，１ｂを直接固定してもよい。
【００４０】
第２実施形態例のヒートスプレッダーの大きさは、９０ｍｍ×１２０ｍｍであり、厚みは約４．５ｍｍである。ヒートパイプ１ａ，１ｂにより形成された盤の厚みが約３ｍｍ、この盤の表面側と背面側にそれぞれ設けられた平板２の厚みがそれぞれ０．７ｍｍである。
【００４１】
第２実施形態例のヒートスプレッダーの製造は以下のようにして行われる。まず、断面円形状の直径６ｍｍφの２本のヒートパイプ１ａ，１ｂを曲げることにより、ヒートパイプ１ａ，１ｂを長方形状の渦巻き状に巻回すると共に、第１実施形態例と同様に、２本のヒートパイプ１ａ，１ｂの渦巻きの巻き始め側の端部は、それぞれ互いに一方側のヒートパイプの巻き始め端側のターン間の隙間に、他方側のヒートパイプの巻き始め側の端部が嵌り合う形態をもたせて盤状に形成する。長方形状の渦巻きは、直線部と曲線部を有して、角部が曲線部となるように適宜形成する。また、隣り合うヒートパイプ１ａ，１ｂは、若干の隙間をあけておく。
【００４２】
その後、ホットプレスで約150℃に加熱しながらヒートパイプ１ａ，１ｂをプレスして断面四角形状に変形し、ヒートパイプ１ａ，１ｂのプレス面が平面を持つように加工変形させる。プレス後のヒートパイプ１ａ，１ｂ厚みはそれぞれ３ｍｍとなるようにする。
【００４３】
また、プレス後には、並設された２本のヒートパイプ１ａ，１ｂが、その巻き始めから巻き終わりの全巻回領域においてほぼ隙間のない巻回状態の盤状に形成されるようにするが、少し隙間が生じた場合には、そのヒートパイプ１ａ，１ｂ間に熱伝導性部材３を充填し、隣り合うヒートパイプ１ａ，１ｂの側面同士を、熱伝導性部材３を介して接触固定する。
【００４４】
その後、盤状のヒートパイプ１ａ，１ｂの両面に平板２を設ける。平板２は、ヒートパイプ１ａ，１ｂへの熱の授受が効率よく行なえるよう、また構造上、電子部品やヒートシンクと接触するためのインターフェースとなるようにする。
【００４５】
第２実施形態例は以上のように構成されており、第２実施形態例も上記第１実施形態例と同様に熱拡散を行うことができ、同様の効果を奏することができる。
【００４６】
また、第２実施形態例は、ヒートパイプ１ａ，１ｂの断面を四角形状としており、ヒートパイプ１ａ，１ｂが平板２に面接触しているので、第１実施形態例よりもより一層効率的に熱拡散を行うことができる優れたヒートスプレッダーを実現することができる。
【００４７】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記実施形態例では、いずれも、盤状に巻回したヒートパイプ１ａ，１ｂの表面と背面にアルミニウム製の平板２を設けたが、平板２は熱伝導性部材により形成すればよく、例えば銅製としてもよい。
【００４８】
また、平板２は盤状に巻回したヒートパイプ１ａ，１ｂの表面と背面のいずれか一方側にのみ設けてもよいし、省略することもできる。ただし、平板２を設けると、電子部品等の発熱部材からヒートパイプ１ａ，１ｂへの熱の授受が効率良く行えるので平板２を設けることは好ましい。
【００４９】
また、上記第１実施形態例では、ヒートパイプ１ａ，１ｂは熱伝導性部材３としての熱伝導性グリースを介して固定したが、熱伝導性部材３は熱伝導性グリースとするとは限らず、熱伝導性セメント、ハンダ等としてもよい。
【００５１】
また、用いるヒートパイプは特殊なものである必要はなく既存のものを用いることが出来るが、内部のウィック構造は例えば深く細かいグルーブや、メッシュ、燒結粒などのウィックとして毛細管力に優れたものが好ましい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明のヒートスプレッダーによれば、並設された２本のヒートパイプを渦巻き状にほぼ隙間無く巻回すると共に、２本のヒートパイプの渦巻きの巻き始め側の端部はそれぞれ互いに一方側のヒートパイプの巻き始め端側のターン間の隙間に他方側のヒートパイプの巻き始め側の端部が嵌り合う形態をもたせて盤状に形成したものであるから、製造が非常に容易である。また、本発明のヒートスプレッダーを形成するヒートパイプの材質はアルミニウム製にする必要はないので、作動液として効率の良い水を適用することができ、低コストで信頼性に優れたヒートスプレッダーを実現できる。
【００５３】
また、本発明のヒートスプレッダーは、並設した２本のヒートパイプを渦巻き状に巻回して形成することにより、１本のヒートパイプを渦巻き状に巻回する場合に比べて熱輸送量を大きくできるし、巻回するヒートパイプの曲率半径も大きくできるので、製造が容易で、かつ、非常に効率的に熱拡散を行えるヒートスプレッダーを実現できる。
【００５４】
さらに、本発明のヒートスプレッダーにおいて、ヒートパイプの断面を円形状とし、隣り合うヒートパイプ同士は熱伝導性部材を介して固定したり、ヒートパイプの断面を四角形状とし、隣り合うヒートパイプの側面同士を直接または熱伝導性部材を介して接触固定したりした構成によれば、製造が容易で、隣り合うヒートパイプ間の熱輸送も良好なヒートスプレッダーを実現できる。
【００５５】
さらに、本発明のヒートスプレッダーにおいて、ヒートパイプにより形成された盤の表面と背面の少なくとも一方には熱伝導性部材の平板が設けられている構成によれば、電子部品等の発熱部材からヒートパイプへの熱の授受を効率良く行うことができる。
【００５６】
さらに、本発明のヒートスプレッダーの製造方法によれば、並設された２本の断面円形状のヒートパイプを曲げて渦巻き状に巻回すると共に前記２本のヒートパイプの渦巻きの巻き始め側の端部はそれぞれ互いに一方側のヒートパイプの巻き始め端側のターン間の隙間に他方側のヒートパイプの巻き始め側の端部が嵌り合う形態をもたせて盤状に形成した後、前記ヒートパイプを断面四角形状にプレスにより変形し、隣り合うヒートパイプの側面同士を直接または熱伝導性部材を介して接触固定することにより、簡単な方法で的確に、上記優れた効果を奏するヒートスプレッダーを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るヒートスプレッダーの第１実施形態例を示す要部構成図である。
【図２】上記第１実施形態例における熱移動方向の説明図である。
【図３】本発明に係るヒートスプレッダーの第２実施形態例を示す要部構成図である。
【図４】従来のヒートパイプにおける熱移動方向の説明図である。
【図５】従来のヒートパイプを用いた熱流束変換器の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂヒートパイプ
２，２ａ，２ｂ平板
３熱伝導性部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat spreader applied to a cooling device or the like that is attached to an electronic device such as a personal computer, a server, or a high-performance electronic computer and is used for heat dissipation of the electronic device.
[0002]
[Background]
Main components of electronic devices such as various large scale integration circuits (LSIs) and CPUs (Central Processing Units) used in computers are remarkably small and high performance. In addition, the wiring interval of the LSI is reduced, and the submicron region is obtained, and the higher integration is progressing.
[0003]
In this way, as the main parts of electrical equipment become smaller and higher performance, and the integration of wiring advances, the amount of heat generated in the electronic equipment increases, and further, the amount of heat generated per unit area increases, increasing the heat generation density. This new problem has become a major issue.
[0004]
In order to efficiently remove heat from such an electronic component having a large heat generation density, it is preferable to perform heat flux conversion, that is, heat diffusion (heat spread) without making a temperature difference.
[0005]
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to diffuse heat of an electronic component, a configuration is generally used in which heat of the electronic component is transmitted to a heat sink through a heat diffusion plate such as a copper plate or an aluminum plate having good heat conduction. However, if the heat generated from the electronic component becomes large and dense as described above, the temperature distribution due to the location of the heat diffusion plate increases, and heat transfer to the heat sink does not work well, resulting in the electronic component. This will cause an increase in temperature.
[0006]
For this reason, various configurations as described below have been devised so far as higher performance heat flux converters. For example, Japanese Patent Application No. 2001-235737 proposes a configuration in which heat pipes that move heat by using phase change and movement of hydraulic fluid provided in the pipe are meandered in a plane to diffuse the heat. ing.
[0007]
Further, in Patent Application 2000-31454, a groove-shaped groove is formed by forming a loop-shaped groove on one surface of an upper plate and a lower plate made of a high thermal conductive material, and superimposing and bonding both plates so that the loop-shaped grooves face each other. The structure which forms the heat pipe of this is proposed.
[0008]
Furthermore, a configuration has been proposed in which a meandering heat pipe and a plate heat pipe are combined to increase the heat diffusion capability.
[0009]
Furthermore, as can be seen in Japanese Patent Publication No. 2001-280868, a porous flat metal tube is formed by forming a heat pipe 1 with a porous flat metal tube as shown in FIG. Metal pipe heat pipes have been proposed.
[0010]
The heat pipe is generally capable of transferring heat very efficiently, and the heat pipe has an equivalent thermal conductivity of several tens of times compared to a copper plate or aluminum plate often used for solid heat conduction. It is said that it will reach several hundred times. The heat pipe can carry heat over a long distance with almost no temperature gradient, and various uses thereof have been devised.
[0011]
Furthermore, as a high performance heat flux converter, a heat flux converter called a vapor chamber has been proposed and used. This vapor chamber is also called a planar heat pipe, but is not provided with a pipe. For example, as shown in Patent Publication 2001-165585, Patent Publication 2001-141385, etc., it is a thin box shape A (plate-like) container is provided with a small amount of working fluid and a wick for refluxing the working fluid.
[0012]
The vapor chamber is said to be a high-performance heat flux converter that can handle a large amount of heat. As an example of use of the vapor chamber, there is an example in which heat generated in the CPU of a high-performance server is once spread by the vapor chamber and then transferred to a heat sink.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, as shown in FIG. 4, the heat flux converter using the above-described conventional heat pipe 1 heats heat transmitted from a heat generating member such as an electronic component as indicated by an arrow A, as indicated by an arrow B. The pipe 1 is moved in the length direction and diffused as shown by an arrow C, and this has a problem that it is simultaneously restricted by the heat transport limit of the heat pipe 1.
[0014]
For example, the heat pipe meandering type structure proposed in the above-mentioned patent applications 2001-235737 and 2001-280868 increases the heat transport distance by the heat pipe 1, and the heat input to the heat pipe 1 is the heat pipe. When the transportation capacity of 1 is exceeded, a so-called dry-out phenomenon occurs and heat transportation cannot be performed.
[0015]
Moreover, since the patent publication 2001-280868 uses the porous flat tube as the heat pipe 1, generally the porous flat tube had to be formed with aluminum with good workability from the problem of manufacturing. In that case, long-term reliability becomes a problem, water with high thermal efficiency cannot be used as a hydraulic fluid, and there is a problem that heat resistance per heat transport amount increases, and there is a problem that heat transport amount cannot be increased. It was.
[0016]
On the other hand, the internal pressure of the vapor chamber increases when the operating temperature is high. Therefore, for example, as proposed in Japanese Patent Publication No. 2001-141385 and Japanese Patent Publication No. 2000-161878, measures such as using a reinforcing member to withstand the internal pressure and increasing the thickness of the container itself are taken. In order to ensure reliability by applying such a configuration, there are problems such as an increase in manufacturing steps and an increase in the number of parts, resulting in an extra manufacturing cost.
[0017]
Furthermore, in the case of the flat type heat pipe (vapor chamber) of Patent Publication 2001-165585, it is difficult to form a wick in the container. As a result, the flat type heat pipe is set up vertically and the working fluid is drawn by gravity. The method of refluxing was taken, and there was a limitation in the use posture.
[0018]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a heat spreader that is easy to manufacture, low in cost, good in heat transport efficiency, and excellent in reliability. .
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration as means for solving the problems. That is, heat spreader of the first invention, the heat pipe between the adjacent two heat pipes which are juxtaposed spirally wound and fixed, a human over preparative spreader formed in disk-shaped, the two The ends of the winding start sides of the heat pipes of the two heat pipes are configured so that the ends of the winding start side of the other heat pipe fit into the gaps between the turns on the winding start end side of the one side heat pipe. Thus, the two heat pipes arranged side by side are wound and fixed with almost no gap in the entire winding region from the beginning of winding to the end of winding and serve as means for solving the problems.
[0020]
In addition to the configuration of the first invention, the heat spreader of the second invention has a configuration in which the cross section of the heat pipe is circular and adjacent heat pipes are fixed via a heat conductive member. As a means to solve.
[0021]
Furthermore, in addition to the configuration of the first invention, the heat spreader of the third invention has a quadrangular cross section of the heat pipe, and the side surfaces of the adjacent heat pipes are contact-fixed directly or via a heat conductive member. It is a means to solve the problem with the structure.
[0022]
Furthermore, a heat spreader according to a fourth aspect of the invention is a flat plate of a heat conductive member on at least one of a front surface and a rear surface of a panel formed by the heat pipe, in addition to the configuration of the first, second, or third invention. It is a means to solve the problem with the configuration provided.
[0023]
Furthermore, the manufacturing method of the heat spreader of 5th invention is a manufacturing method of the heat spreader which winds two heat pipes arranged side by side in a spiral shape, fixes adjacent heat pipes, and forms in a disk shape. a is, each winding start end of the spiral of the two heat pipes with the heat pipe by bending the two circular cross-section heat pipe is arranged to wind spirally with each other Meanwhile after the end winding start side of the heat pipe clearance on the other side between the winding start end side of the side of the heat pipe turns formed in disk-shaped and imparted a form mating, front Stories heat pipe cross section square shape the deformed and pressed by the contact fixing through the side of the adjacent heat pipes directly or thermally conductive member, winding from the winding start of the two heat pipes which are the parallel And a means for solving the problems have substantially configured to form a disk-shaped gap of no wound state in the whole volume of times the region of comparatively.
[0024]
The hot press can increase the pressure in the heat pipe and make it difficult for the pipe to buckle during press deformation.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the present embodiment, the same reference numerals are assigned to the same names as those in the conventional example, and the duplicate description is omitted or simplified.
[0026]
The heat spreader of the present invention is formed in a disk shape, and FIG. 1A shows a first embodiment of the heat spreader according to the present invention by a cross-sectional view cut in the direction of the disk surface. Yes. Moreover, (b) of the figure has shown sectional drawing which cut | disconnected the heat spreader of this embodiment by the AA line of (a) of FIG.
[0027]
As shown in these figures, the heat spreader of the present embodiment, the heat pipe 1 of copper two that are juxtaposed (1a, 1b) by turning almost no clearance wound spirally, adjacent heat pipes 1a , 1b are fixed and formed in a disk shape. The ends of the spirals of the two heat pipes 1a and 1b on the winding start side are in the gaps between the turns on the winding start end side of one side of the heat pipe, and the ends of the winding start side of the other side of the heat pipe are The two heat pipes 1a and 1b arranged side by side are wound and fixed with almost no gap in the entire winding region from the start of winding to the end of winding. Each of the heat pipes 1a and 1b has a circular cross section and a diameter of 4 mmφ. In this embodiment, the heat pipes 1a and 1b are wound by 2 and 1/4 rotation, respectively.
[0028]
Also, aluminum flat plates 2 (2a, 2b), which are heat conductive members, are provided on at least one (here, both) of the front and back surfaces of the board formed by the heat pipes 1a, 1b. The flat plate 2 has a thickness of 0.5 mm. In the gap between the flat plate 2 and the heat pipes 1a and 1b, heat conductive grease as the heat conductive member 3 is provided, and the adjacent heat pipes 1a and 1b are fixed to each other via the heat conductive member 3. Yes.
[0029]
The heat spreader according to the present embodiment is manufactured as follows. First, by bending the two heat pipes 1a and 1b, the heat pipes 1a and 1b are spirally wound with almost no gap , and the end portions on the winding start side of the spirals of the two heat pipes 1a and 1b are: Each of the heat pipes on one side is formed into a disk shape having a form between the turns on the winding start end side of the one side heat pipe and the end part on the winding start side of the other side heat pipe . Thereafter, the heat pipe 1a, above and below the gaps 1b, the heat conductive member 3 of the adhesive of the thermally conductive grease, disk-shaped heat pipe 1a, you manufacture is provided a plate 2 on both sides of 1b.
[0030]
It should be noted that when applying the heat conductive member 3, care must be taken so that bubbles do not enter the heat conductive member 3.
[0031]
The present embodiment is configured as described above, and the heat pipes 1 (1a, 1b) are spirally wound with almost no gap, so the heat pipes 1a, 1b only move heat in the longitudinal direction. Instead, as shown by an arrow B in FIG. 2, the heat pipes 1a and 1b can be sequentially moved in the direction crossing the heat pipes 1a and 1b.
[0032]
Therefore, this embodiment can reduce the heat transport load in the length direction of the heat pipes 1a and 1b, can diffuse a larger amount of heat, and as shown by the arrow A in FIG. You can convert bundles.
[0033]
In addition, the present embodiment is very easy to manufacture because the conventional heat pipe 1 is bent and processed into a disk shape, and the flat plates 2 are provided on both sides thereof.
[0034]
Further, in this embodiment, since the heat pipe 1 is made of copper, efficient water can be applied as the hydraulic fluid, and a heat spreader with low cost and excellent reliability can be realized.
[0035]
Furthermore, in this embodiment, since the two heat pipes 1a and 1b arranged side by side are spirally wound, heat transport is reduced as compared with the case where the single heat pipe 1 is spirally wound. The size can be doubled, and the heat can be diffused very efficiently.
[0036]
Furthermore, in this embodiment, since the two heat pipes 1a and 1b are spirally wound, the radius of curvature when the heat pipe 1 is bent can be increased. Therefore, problems such as buckling of the heat pipe 1 are unlikely to occur, and a heat spreader that can be processed more easily and has high reliability can be realized.
[0037]
FIG. 3 (a) shows a second embodiment of the heat spreader according to the present invention by a cross-sectional view cut in the same manner as FIG. 1 (a). Further, (b) of FIG. 3 shows a sectional view of the heat spreader of the second embodiment along line A-A in FIG. 3 (a). In the description of the second embodiment, the same reference numerals are assigned to the same name portions as those in the first embodiment, and the duplicate description is omitted or simplified.
[0038]
(A) in FIG. 3, (b), the heat spreader of the second embodiment, as in the first embodiment, juxtaposed two heat pipes 1 (1a, 1b) However, in the second embodiment, each of the heat pipes 1a and 1b has a quadrangular cross section, and the heat pipes 1a and 1b are formed in a rectangular spiral shape. Winding.
[0039]
Adjacent heat pipes 1 a and 1 b are fixed in contact with each other via a heat conductive member 3. The heat conductive member 3 can be formed of resin, solder, cement or the like having good heat conductivity. The heat pipes 1a and 1b may be directly fixed without providing the heat conductive member 3.
[0040]
The size of the heat spreader of the second embodiment is 90 mm × 120 mm, and the thickness is about 4.5 mm. The thickness of the board formed by the heat pipes 1a and 1b is about 3 mm, and the thickness of the flat plate 2 provided on the front side and the back side of the board is 0.7 mm, respectively.
[0041]
The manufacture of the heat spreader of the second embodiment is performed as follows. First, by bending two heat pipes 1a and 1b having a circular cross-section of 6 mmφ in diameter, the heat pipes 1 a and 1 b are wound into a rectangular spiral shape , and two like the first embodiment, The end portions on the winding start side of the spirals of the heat pipes 1a and 1b are fitted into the gaps between the turns on the winding start end side of the one side heat pipe, respectively, and the end portions on the winding start side of the other side heat pipe are fitted. Form a disc shape with a matching form . The rectangular spiral has a straight portion and a curved portion, and is appropriately formed so that the corner portion becomes a curved portion. Adjacent heat pipes 1a and 1b leave a slight gap.
[0042]
Thereafter, the heat pipes 1a and 1b are pressed while being heated to about 150 ° C. with a hot press to be deformed into a quadrangular cross section, and the press surfaces of the heat pipes 1a and 1b are deformed so as to have a flat surface. The thickness of the heat pipes 1a and 1b after pressing is set to 3 mm.
[0043]
In addition, after the press, the two heat pipes 1a and 1b arranged side by side are formed in a disk shape in a wound state with almost no gap in the entire winding region from the beginning to the end of winding. When a slight gap is generated , the heat conductive member 3 is filled between the heat pipes 1 a and 1 b, and the side surfaces of the adjacent heat pipes 1 a and 1 b are contact-fixed via the heat conductive member 3.
[0044]
Then, the flat plate 2 is provided on both surfaces of the plate-like heat pipes 1a and 1b. The flat plate 2 is designed to efficiently transfer heat to the heat pipes 1a and 1b, and structurally serves as an interface for contacting an electronic component or a heat sink.
[0045]
The second embodiment is configured as described above, and the second embodiment can perform thermal diffusion in the same manner as the first embodiment, and can achieve the same effects.
[0046]
In the second embodiment, the cross sections of the heat pipes 1a and 1b are rectangular, and the heat pipes 1a and 1b are in surface contact with the flat plate 2. Therefore, the heat pipes 1a and 1b are more efficiently than the first embodiment. An excellent heat spreader capable of performing thermal diffusion can be realized.
[0047]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment example, Various aspects can be taken. For example, in the above embodiment example, the flat plates 2 made of aluminum are provided on the front and back surfaces of the heat pipes 1a and 1b wound in a disk shape, but the flat plate 2 may be formed of a heat conductive member. For example, it may be made of copper.
[0048]
Further, the flat plate 2 may be provided only on one of the front and back surfaces of the heat pipes 1a and 1b wound in a disk shape, or may be omitted. However, it is preferable to provide the flat plate 2 because the flat plate 2 can efficiently transfer heat to the heat pipes 1a and 1b from a heat generating member such as an electronic component.
[0049]
Moreover, in the said 1st Embodiment, although heat pipe 1a, 1b was fixed via the heat conductive grease as the heat conductive member 3, the heat conductive member 3 may not necessarily be a heat conductive grease, Thermally conductive cement, solder or the like may be used.
[0051]
In addition, the heat pipe to be used need not be a special one, and an existing one can be used, but the internal wick structure is excellent in capillary force as a wick such as a deep fine groove, mesh, sinter granule, etc. preferable.
[0052]
【The invention's effect】
According to the heat spreader of the present invention, the two heat pipes juxtaposed with almost no gap winding spirally, two heat pipes of the winding start side of the spiral end of each to each other on one side Manufacturing is very easy because the gap between the turns at the winding start end side of the heat pipe is formed in a disk shape with a form in which the end of the winding start side of the other heat pipe is fitted . In addition, since the material of the heat pipe forming the heat spreader of the present invention does not need to be made of aluminum, efficient water can be applied as the working fluid, realizing a low-cost and highly reliable heat spreader. it can.
[0053]
Further, the heat spreader of the present invention, by forming the two heat pipes juxtaposed wound spirally, a large amount of heat transport in comparison with the case of winding a single heat pipe in a spiral shape In addition, since the radius of curvature of the heat pipe to be wound can be increased, it is possible to realize a heat spreader that is easy to manufacture and can perform heat diffusion very efficiently.
[0054]
Furthermore, in the heat spreader of the present invention, the cross section of the heat pipe is circular, and the adjacent heat pipes are fixed to each other via a heat conductive member, or the cross section of the heat pipe is rectangular, and the side surface of the adjacent heat pipe According to the configuration in which the members are fixed to each other directly or via a heat conductive member, a heat spreader that is easy to manufacture and also has good heat transport between adjacent heat pipes can be realized.
[0055]
Furthermore, in the heat spreader of the present invention, according to the configuration in which the flat plate of the heat conductive member is provided on at least one of the front surface and the back surface of the board formed by the heat pipe, the heat pipe from the heat generating member such as an electronic component. Heat can be efficiently transferred to and from.
[0056]
Furthermore, the present invention according to the manufacturing method of the heat spreader, the spiral of the two heat pipes with bends the two circular cross-section heat pipe is arranged to wind spirally winding start side of the after end formed in disk-shaped, respectively remembering forms the end of the winding start side of the other side of the heat pipe fits in the gap between the winding start end side turn on one side of the heat pipe to each other, before Symbol heat By deforming the pipe into a quadrangular cross-section by pressing and fixing the side surfaces of adjacent heat pipes directly or via a heat conductive member, a heat spreader that achieves the above-mentioned excellent effects accurately by a simple method can be obtained. Can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a main part configuration diagram showing a first embodiment of a heat spreader according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a heat transfer direction in the first embodiment.
FIG. 3 is a main part configuration diagram showing a second embodiment of the heat spreader according to the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a heat transfer direction in a conventional heat pipe.
FIG. 5 is an explanatory view showing an example of a heat flux converter using a conventional heat pipe.
[Explanation of symbols]
1, 1a, 1b Heat pipe 2, 2a, 2b Flat plate 3 Thermally conductive member

Claims

The two heat pipes juxtaposed to secure the heat pipe between the adjacent spirally wound, a human over preparative spreader formed in disk-shaped, the winding start side of the spiral of the two heat pipes The end portions of the two heat pipes arranged side by side are configured so that the end portion on the winding start side of the heat pipe on the other side fits in the gap between the turns on the winding start end side of the one side heat pipe. A heat spreader characterized in that the pipe is wound and fixed in almost all gaps from the beginning of winding to the end of winding and is formed into a disk shape.

The heat spreader according to claim 1, wherein the cross section of the heat pipe is circular, and adjacent heat pipes are fixed via a heat conductive member.

The heat spreader according to claim 1, wherein the cross section of the heat pipe has a quadrangular shape, and side surfaces of adjacent heat pipes are fixed in contact with each other directly or through a heat conductive member.

4. The heat spreader according to claim 1, wherein a plate of a heat conductive member is provided on at least one of a front surface and a back surface of the board formed by the heat pipe.

Fixing the heat pipe between the adjacent two heat pipes juxtaposed wound spirally, a manufacturing method of a heat spreader to form a disk-shaped, two circular cross-section arranged in parallel The heat pipes are wound in a spiral shape by bending the heat pipes of the two heat pipes, and the end portions on the winding start side of the two heat pipes are respectively between the turns on the winding start end side of the one side heat pipe. after the end of the winding start side of the other side of the heat pipe is formed into disk-shaped and imparted a form fitted in the gap, the pre-Symbol heat pipe deformed and pressed into a rectangular cross section shape, the side surface of adjacent heat pipes to each other directly or by contacting fixed via a heat conductive member, said juxtaposed two substantially no gaps in wound state board in whole volume times the area of the winding end from the beginning up the heat pipe Method of manufacturing a heat spreader and forming the.