JP4999071B2 - heatsink - Google Patents
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Description
この発明は、半導体素子などの被冷却素子の冷却に用いる冷却デバイス、特に圧電素子を伴うヒートシンクに関する。 The present invention relates to a cooling device used for cooling an element to be cooled such as a semiconductor element, and more particularly to a heat sink with a piezoelectric element.
CPU、素子等の発熱量の増大、発熱密度の高まりによって、放熱効率に優れた高性能のヒートシンクが求められている一方で、オフィスなどで利用される汎用のPCなどに用いられる発熱量が大きくないCPU向けには、低コストでしかも容易に製造することができるヒートシンクが求められている。従来、この要望に応えるべくヒートシンクについては、アルミの押し出しヒートシンクを利用し、自然空冷で半導体素子の冷却を行うことが多く、冷却性能が不足する場合には、例えば、一方の面に発熱素子が熱的に接続される受熱プレートの他方の面に放熱フィンを接合して形成されたヒートシンクに対して、放熱フィン間を冷却風が通るようにヒートシンクの側面または上面に、遠心ファンを備えた電動ファンを取り付けて、ファンの回転によって放熱フィン間に強制的に冷却風を送り込んで、発熱素子から伝わった熱を大気中に放散していた。 High heat sinks with excellent heat dissipation efficiency are required due to increased heat generation and heat generation density of CPUs, elements, etc., while heat generation used for general-purpose PCs used in offices is large. There is a need for heat sinks that can be easily manufactured at low cost for CPUs that do not. Conventionally, in order to meet this demand, a heat sink is often used to cool a semiconductor element by natural air cooling using an extruded aluminum heat sink. If the cooling performance is insufficient, for example, a heating element is provided on one side. An electric motor equipped with a centrifugal fan on the side or top surface of the heat sink so that the cooling air passes between the heat sink fins with respect to the heat sink formed by joining the heat sink fins to the other surface of the heat receiving plate that is thermally connected A fan was attached and the cooling air was forcibly sent between the radiating fins by the rotation of the fan to dissipate the heat transmitted from the heating element into the atmosphere.
更に、一方の端部が受熱プレートに熱的に接続され、他方の端部に放熱フィンが取り付けられるヒートパイプによって、発熱素子が熱的に接続される受熱プレートから離れた位置に熱を移動し、そこで放熱フィンに強制冷却用の電動ファンを取り付けて、ファンの回転によって放熱フィン間に強制的に冷却風を送り込んで、発熱素子から伝わった熱を大気中に放散していた。 Furthermore, heat is transferred to a position away from the heat receiving plate to which the heating element is thermally connected by a heat pipe in which one end is thermally connected to the heat receiving plate and a heat radiating fin is attached to the other end. Therefore, an electric fan for forced cooling is attached to the radiating fin, and cooling air is forcibly sent between the radiating fins by the rotation of the fan to dissipate the heat transmitted from the heating element into the atmosphere.
また、特開平8−330488号公報に開示されているように、ファンを用いることなく、圧電素子を使用するヒートシンクが提案されている。 Further, as disclosed in JP-A-8-330488, there has been proposed a heat sink that uses a piezoelectric element without using a fan.
上述した電動ファンを用いるヒートシンクにおいては、ヒートシンクの周りに放熱フィンに送風するファンモータ、ファンケースを設置するためのスペースが必要であり、薄型、小型化が進んだ状態で使用される環境に対応するためには、放熱フィンのためのスペースを狭くすることが余儀なくされ、必要とされる放熱性能を得るためのスペースを十分にとることができなかった。 The heat sink using the electric fan described above requires a space to install a fan motor and fan case that blows to the heat radiating fins around the heat sink, and is compatible with environments that are used in a thin and compact state. In order to do so, the space for the radiating fins must be narrowed, and sufficient space for obtaining the required heat radiating performance cannot be taken.
更に、受熱プレート上に細かいピッチでフィンを並設する場合には、ヒートシンクの圧損が大きくなる。従って、所定の風量を流すためには大型のファンが必要となり、そのために装置が大型化する必要があり、使用される環境に適応できないし、ファンノイズが大きくなる。また、所定の風量を流すためにはファンを高速回転させる必要があり、ファンノイズが大きくなるという問題があった。 Furthermore, when the fins are arranged in parallel on the heat receiving plate at a fine pitch, the heat loss of the heat sink increases. Therefore, a large fan is required to flow a predetermined air volume, and thus the apparatus needs to be enlarged, and cannot be adapted to the environment in which it is used, and fan noise increases. Further, in order to flow a predetermined air volume, it is necessary to rotate the fan at a high speed, which causes a problem that fan noise increases.
特開平8−330488号公報に開示されたヒートシンクにおいては、圧電ファンを別途取り付けているが、この場合には、ファンを構成するために圧電素子と、冷却風を発生させるための振動素子が必要となり、部材数が多くなり、低コスト化が難しいという問題があった。 In the heat sink disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-330488, a piezoelectric fan is separately attached. In this case, a piezoelectric element and a vibration element for generating cooling air are required to configure the fan. Thus, there are problems that the number of members increases and it is difficult to reduce the cost.
従って、この発明の目的は、低コスト化、軽量化を実現しながら、ノイズが少なく冷却性能に優れ、信頼性の高い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 that is low in noise and excellent in cooling performance and high in reliability while realizing low cost and light weight.
発明者は上述した従来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、一方の端部が受熱プレートに接続され、他方の端部に放熱フィン(フィンプレート)が挿通され固定されたヒートパイプの他方の端部に固定された方熱フィンの一部に振動素子を取り付けて、ヒートパイプを振動させることによって、ヒートパイプ内の作動流体を流れ易くすることができ、放熱効率を高めることができると共に、振動素子によって放熱フィンを振動させることによって、電動ファンを用いることなく、放熱性能が高まることが判明した。
この発明は、上述した研究成果に基づいてなされたものである。
The inventor has conducted extensive research to solve the above-described conventional problems. As a result, one end is connected to the heat receiving plate, and a heat radiating fin (fin plate) is inserted into the other end and fixed to the other end of the heat pipe. By attaching the element and vibrating the heat pipe, the working fluid in the heat pipe can be made to flow easily, heat dissipation efficiency can be improved, and the electric fan can be made to vibrate by oscillating the heat dissipation fin by the vibration element. It was found that the heat dissipation performance was improved without using it.
The present invention has been made based on the research results described above.
この発明のヒートシンクの第1の態様は、一方の面に熱源が熱的に接続される受熱プレートと、一方の端部が前記受熱プレートに熱的に接続され、一方の端部から他方の端部に熱を移動する少なくとも1本のヒートパイプと、前記ヒートパイプの他方の端部に熱的に接続される複数の金属製フィンプレートと、前記フィンプレートの前記ヒートパイプが固定される近傍の前記フィンプレート上に設けられて、前記ヒートパイプおよび前記フィンプレートを振動させる振動素子とを備えたヒートシンクである。 According to a first aspect of the heat sink of the present invention, a heat receiving plate in which a heat source is thermally connected to one surface, one end portion is thermally connected to the heat receiving plate, and one end to the other end At least one heat pipe that transfers heat to a portion, a plurality of metal fin plates that are thermally connected to the other end of the heat pipe, and a vicinity of the fin plate where the heat pipe is fixed It is a heat sink provided on the fin plate and provided with a vibration element that vibrates the heat pipe and the fin plate.
この発明のヒートシンクの第2の態様は、前記受熱プレートに前記ヒートパイプの前記一方の端部が埋め込まれ、前記ヒートパイプの前記他方の端部に、複数枚の矩形のフィンプレートが並列に配置され挿通されて固定されているヒートシンクである。 According to a second aspect of the heat sink of the present invention, the one end of the heat pipe is embedded in the heat receiving plate, and a plurality of rectangular fin plates are arranged in parallel at the other end of the heat pipe. It is a heat sink that is inserted and fixed.
この発明のヒートシンクの第3の態様は、前記フィンプレートの一方の表面上で、前記ヒートパイプの上表面および下表面に接するように2つの振動素子が並列に配置されているヒートシンクである。 A third aspect of the heat sink of the present invention is a heat sink in which two vibration elements are arranged in parallel on one surface of the fin plate so as to contact the upper surface and the lower surface of the heat pipe.
この発明のヒートシンクの第4の態様は、前記振動素子のそれぞれの周波数が前記フィンプレートの概ね共振周波数となるように調整されているヒートシンクである。 A fourth aspect of the heat sink according to the present invention is a heat sink in which each frequency of the vibration element is adjusted to be approximately a resonance frequency of the fin plate.
この発明のヒートシンクの第5の態様は、前記振動素子のそれぞれが同位相で動作するように調整されているヒートシンクである。 A fifth aspect of the heat sink according to the present invention is a heat sink adjusted so that each of the vibration elements operates in the same phase.
この発明のヒートシンクの第6の態様は、前記振動素子がピエゾ素子などの圧電素子からなっているヒートシンクである。 A sixth aspect of the heat sink of the present invention is a heat sink in which the vibration element is made of a piezoelectric element such as a piezoelectric element.
この発明のヒートシンクの第7の態様は、前記振動素子を駆動する駆動回路を更に備えているヒートシンクである。 A seventh aspect of the heat sink of the present invention is a heat sink further comprising a drive circuit for driving the vibration element.
この発明のヒートシンクの第8の態様は、前記熱源と前記受熱プレートの間に熱電変換素子が組み込まれて、前記駆動回路が形成され、前記熱源と前記受熱プレートの間の温度差によって電力を発生させて、前記振動素子を駆動するヒートシンクである。 According to an eighth aspect of the heat sink of the present invention, a thermoelectric conversion element is incorporated between the heat source and the heat receiving plate to form the drive circuit, and power is generated by a temperature difference between the heat source and the heat receiving plate. And a heat sink for driving the vibration element.
この発明のヒートシンクによると、ヒートパイプの凝縮部を振動素子によって振動させるので、ヒートパイプ内の作動流体の流れを容易にし、放熱性能を高めることができると共に、放熱フィンを振動させて実質的に冷却風を発生させるので、放熱フィン間に送風するための電動(冷却)ファンを設置するためのスペースが必要なくなり、その分、放熱フィンのためのスペースを大きくとれるので、冷却性能が向上する。
更に、電動ファン用のファンモータなどの稼動部を必要としないので、冷却モジュールの信頼性が向上する。更に、電動ファン用のファンモータを必要としないので、冷却モジュールの小型、軽量化が可能となる。更に、冷却風を発生させるための振動板を必要としないので、部材数を低減させ、構成が簡単となる。
According to the heat sink of the present invention, the condensing part of the heat pipe is vibrated by the vibration element, so that the flow of the working fluid in the heat pipe can be facilitated, the heat radiation performance can be enhanced, and the heat radiation fin is vibrated substantially. Since the cooling air is generated, there is no need for a space for installing an electric (cooling) fan for blowing air between the radiating fins, and the space for the radiating fins can be increased accordingly, so that the cooling performance is improved.
Furthermore, since an operating part such as a fan motor for an electric fan is not required, the reliability of the cooling module is improved. Furthermore, since a fan motor for an electric fan is not required, the cooling module can be reduced in size and weight. Furthermore, since a diaphragm for generating cooling air is not required, the number of members is reduced and the configuration is simplified.
この発明のヒートシンクを、図面を参照しながら説明する。
この発明のヒートパイプの1つの態様は、一方の面に熱源が熱的に接続される受熱プレートと、一方の端部が前記受熱プレートに熱的に接続され、一方の端部から他方の端部に熱を移動する少なくとも1本のヒートパイプと、前記ヒートパイプの他方の端部に熱的に接続される複数の金属製フィンプレートと、前記フィンプレートの前記ヒートパイプが固定される近傍の部位に設けられて、前記ヒートパイプおよび前記フィンプレートを振動させる振動素子とを備えたヒートシンクである。
The heat sink of the present invention will be described with reference to the drawings.
One aspect of the heat pipe of the present invention includes a heat receiving plate in which a heat source is thermally connected to one surface, one end portion is thermally connected to the heat receiving plate, and one end portion to the other end. At least one heat pipe that transfers heat to a portion, a plurality of metal fin plates that are thermally connected to the other end of the heat pipe, and a vicinity of the fin plate where the heat pipe is fixed It is a heat sink provided with the vibration element which is provided in the part and vibrates the heat pipe and the fin plate.
受熱プレートにヒートパイプの一方の端部が埋め込まれ、ヒートパイプの他方の端部に、複数枚の矩形のフィンプレートが並列に配置され挿通されて固定されており、挿通するヒートパイプの近傍のフィンプレート上に振動素子が設けられている、特に、フィンプレートの一方の表面上で、ヒートパイプの上表面および下表面に接するように2つの振動素子が並列に配置されているのが好ましい。 One end portion of the heat pipe is embedded in the heat receiving plate, and a plurality of rectangular fin plates are arranged in parallel and fixed to the other end portion of the heat pipe, in the vicinity of the heat pipe to be inserted. It is preferable that the vibration element is provided on the fin plate, and in particular, on one surface of the fin plate, the two vibration elements are arranged in parallel so as to contact the upper surface and the lower surface of the heat pipe.
図1は、この発明のヒートシンクの1つの態様を示す斜視図である。図1に示すように、この発明のヒートシンクは、一方の面に(図示しない)熱源が熱的に接続される受熱プレート2と、一方の端部が受熱プレート2に熱的に接続され、一方の端部から他方の端部に熱を移動するヒートパイプ3(図では3本のヒートパイプを並列に配置している)と、ヒートパイプ3の他方の端部に熱的に接続される複数の金属製フィンプレート4と、フィンプレート4のヒートパイプ3が固定される近傍の部位に設けられて、ヒートパイプおよびフィンプレートを振動させる振動素子5とを備えたヒートシンクである。
FIG. 1 is a perspective view showing one embodiment of the heat sink of the present invention. As shown in FIG. 1, the heat sink of the present invention has a
即ち、熱伝導性に優れた銅、アルミニウム等の金属製の受熱プレート2の一方の面にはCPU等の(図示しない)熱源が、熱伝導グリース等のサーマルインターフェース材(TIM)を介して熱的に接続されている。金属製の受熱プレート2には、概ねヒートパイプと同じ大きさの孔部が形成されて、ヒートパイプの一方の端部がその孔部に埋め込まれている。ヒートパイプの一方の端部と受熱プレートは、熱伝導が良好に行われるように熱的に接続される。受熱プレートの熱を効果的にヒートパイプに移動するために、ヒートパイプの一方の端部は受熱プレートの全体にわたるように配置されるのが好ましい。
That is, a heat source (not shown) such as a CPU is provided on one surface of a
図1では受熱プレート2とフィンプレートとの間の距離が短くなっているが、部品等の配置によって両者の間の距離は、その状況に適合するように適宜選択することができる。ヒートパイプ3の他方の端部には、振動素子5を備えた複数の薄板状フィンプレート4が熱的に接続されて固定されている。図1では3本のヒートパイプが並列に配置されて、3本のヒートパイプが並列に配置された状態でフィンプレートを挿通している。
In FIG. 1, the distance between the
並列に配置された各フィンプレートには、ヒートパイプの凝縮部を振動させてヒートパイプ内の作動流体の流れを容易にすると共に、各フィンプレートを振動させて冷却風を発生させるために振動素子5が設けられている。各フィンプレートにおいて振動素子を設ける位置の選択にあたっては、上述したヒートパイプの凝縮部の振動と、フィンプレートの振動が効果的に行えることが好ましい。 Each fin plate arranged in parallel vibrates the condensing part of the heat pipe to facilitate the flow of the working fluid in the heat pipe, and to vibrate each fin plate to generate cooling air. 5 is provided. In selecting the position where the vibration element is provided in each fin plate, it is preferable that the vibration of the condensing part of the heat pipe and the vibration of the fin plate can be effectively performed.
ヒートパイプの内部には作動流体の流路となる空間が設けられ、その空間に収容された作動流体が、蒸発、凝縮等の相変化や移動をすることによって、熱の移動が行われる。即ち、ヒートパイプの吸熱側において、ヒートパイプを構成する容器の材質中を熱伝導して伝わってきた被冷却部品が発する熱により、作動流体が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱側においては、作動流体の蒸気は冷却され再び液相状態に戻る。このように液相状態に戻った作動流体は再び吸熱側に移動(還流)する。このような作動流体の相変態や移動によって熱の移動が行われる。 A space serving as a flow path for the working fluid is provided inside the heat pipe, and heat is moved by the phase change or movement of the working fluid accommodated in the space such as evaporation and condensation. That is, on the heat absorption side of the heat pipe, the working fluid evaporates due to the heat generated by the parts to be cooled that are conducted through the material of the container constituting the heat pipe, and the vapor moves to the heat radiation side of the heat pipe. To do. On the heat radiating side, the working fluid vapor is cooled and returned to the liquid phase again. The working fluid that has returned to the liquid phase in this way moves (refluxs) again to the heat absorption side. Heat is transferred by such phase transformation and movement of the working fluid.
このような作動流体の相変態や移動に際して、ヒートパイプの内壁に液膜が形成されると作動流体の流れが阻害され、放熱性能を劣化させる。この発明のヒートシンクにおいては、特にヒートパイプの凝縮部を振動素子によって振動させて、液膜を除去して、作動流体の流れを容易にし、放熱性能を向上させる。 During such phase transformation and movement of the working fluid, if a liquid film is formed on the inner wall of the heat pipe, the flow of the working fluid is hindered and heat dissipation performance is degraded. In the heat sink of the present invention, in particular, the condensing part of the heat pipe is vibrated by the vibration element, the liquid film is removed, the flow of the working fluid is facilitated, and the heat radiation performance is improved.
図2は、振動素子が設けられたフィンプレートの細部を説明する図である。図2に示すように、フィンプレートの中央部には、ヒートパイプが挿通され、ヒートパイプとフィンプレートの間の熱の伝導を容易にするために押出し加工等によって円筒形状に突出部6が形成されている。突出部6の内壁部によってヒートパイプとの接触面積が拡大している。フィンプレートの突出部6の近傍、好ましくは突出部6の周縁部に直接接触して、振動素子5が設けられる。振動素子5は突出部6の上下両側に概ね平行に配置される。
FIG. 2 is a diagram illustrating details of the fin plate provided with the vibration element. As shown in FIG. 2, a heat pipe is inserted in the center of the fin plate, and a protruding
図3は動作中のヒートシンクを説明する斜視図である。図1および図2を参照して説明したように、ヒートシンク1のヒートパイプの他方の端部に熱的に接合されたフィンプレートの突出部6の上下に平行に配置された振動素子5に電流を流すことによって振動させ、振動素子5とフィンプレート4を共振によって、図3に示すように、フィンプレート4の上端部および下端部がヒートパイプ3の長軸方向に振動する。同時に、振動素子5によってヒートパイプ3の凝縮部が振動して、ヒートパイプ3内部に作動流体によって形成された液膜を取り除き、凝縮して液相に戻った作動流体が吸熱部(受熱プレート2側)に還流し易くなり、放熱性能を高める。
FIG. 3 is a perspective view for explaining the heat sink in operation. As described with reference to FIG. 1 and FIG. 2, current is applied to the
振動素子5は圧電体(誘電体)を2枚の電極で挟んだ素子である。振動素子5の電極に交流電流を流す(または直流電流を断続的に流す(断接を繰り返す))と、振動素子5が所定の周波数で振動する。振動素子5の周波数をフィンプレート4の共振周波数と概ね同じに設定すると、少ない電力により、フィンプレート4を大きな振幅で振動させることができる。更に、それぞれの振動素子5を同位相で動作させるように設定することによって、隣り合うフィンプレート4同士が振動によって緩衝しないように振動させることができる。
The
このようにフィンプレートを振動素子によって振動させることによって、フィンプレート周辺に冷却風が発生し、この冷却風によって、フィンプレートを通して熱源からの熱が放熱される。なお、このときにヒートシンク全体の共振周波数とフィンプレートの共振周波数が異なるように設計することにより、フィンプレートを振動させることによってヒートシンク全体が共振し、半導体素子を破壊するなどの不具合を防止することができる。フィンプレートは中央部でヒートパイプに固定され、ヒートパイプの上下両端部に振動素子が配置されているので、フィンプレートの上端部および下端部が別個に作動する。 In this manner, the fin plate is vibrated by the vibration element, whereby cooling air is generated around the fin plate, and heat from the heat source is radiated through the fin plate by the cooling air. At this time, by designing so that the resonance frequency of the entire heat sink and the resonance frequency of the fin plate are different, by vibrating the fin plate, the entire heat sink resonates to prevent problems such as destruction of the semiconductor element. Can do. Since the fin plate is fixed to the heat pipe at the center, and the vibration elements are arranged at both the upper and lower ends of the heat pipe, the upper end and the lower end of the fin plate operate separately.
図4はこの発明のヒートシンクの他の1つの態様を示す斜視図である。この態様においては、ヒートシンクは振動素子を駆動する駆動回路を更に備えている。即ち、例えば、熱源と受熱プレートの間に熱電変換素子が組み込まれて、駆動回路が形成され、熱源と受熱プレートの間の温度差によって電力を発生させて、振動素子を駆動する。 FIG. 4 is a perspective view showing another embodiment of the heat sink of the present invention. In this aspect, the heat sink further includes a drive circuit that drives the vibration element. That is, for example, a thermoelectric conversion element is incorporated between the heat source and the heat receiving plate to form a drive circuit, and electric power is generated by a temperature difference between the heat source and the heat receiving plate to drive the vibration element.
図4に示すように、ヒートシンク1のヒートパイプ3の他方の端部に熱的に接合されたフィンプレート4の突出部6の上下に平行に配置された振動素子5に電流を流すことによって振動させ、振動素子5とフィンプレート4を共振によって、フィンプレート4の上端部および下端部がヒートパイプ3の長軸方向に振動する。同時に、振動素子5によってヒートパイプ3の凝縮部が振動して、ヒートパイプ3内部に作動流体によって形成された液膜を取り除く。CPU等の熱源7と受熱プレート2の表面の間に熱電変換素子8が配置され、それぞれ熱的に接続されている。
As shown in FIG. 4, vibration is caused by passing an electric current through the
熱電変換素子8は温度差により発生する起電力(ゼーベック効果)を利用した素子である。即ち、熱電変換素子はp型半導体材料とn型半導体材料を組み合わせて作製され、p型半導体材料とn型半導体材料の2種類の半導体材料の両端を接続して、その両端を異なる温度に保つと回路に電流が流れる。ゼーベック効果による熱電変換素子は、p型半導体素子とn型半導体素子の一方を低温、もう一方を高温とすることで温度差により熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換する。CPU等の熱源部は、熱電変換素子の吸熱と、熱電変換素子で得られた電気によって、振動素子を駆動して振動させ、共振によってフィンプレートを振動させて放熱することによって、冷却される。 The thermoelectric conversion element 8 is an element using an electromotive force (Seebeck effect) generated by a temperature difference. That is, the thermoelectric conversion element is manufactured by combining a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material, and connects both ends of two types of semiconductor materials, a p-type semiconductor material and an n-type semiconductor material, and keeps both ends at different temperatures. Current flows through the circuit. A thermoelectric conversion element based on the Seebeck effect directly converts thermal energy into electrical energy due to a temperature difference by setting one of a p-type semiconductor element and an n-type semiconductor element to a low temperature and the other to a high temperature. A heat source unit such as a CPU is cooled by driving the vibration element to vibrate by heat absorption of the thermoelectric conversion element and electricity obtained by the thermoelectric conversion element, and vibrating the fin plate by resonance to dissipate heat.
このようにこの態様によると、CPU等の熱源7の冷却を外部から少ない電力を加えるだけで冷却を行うことができ,また、特別な制御システムを用いることなく冷却を行うことができる。
次に、実施例によってこの発明のヒートシンクを更に詳細に説明する。
図1に示すように、CPU等の熱源からの熱を拡散する、大きさ40mm×40mm、厚さ8mmの受熱プレートに、3本のヒートパイプの一方の端部を埋め込んだ。36Wの熱源を使用し、熱源と受熱プレートは、熱伝導グリースを介して熱的に接続されている。並列に配置された3本のヒートパイプに、熱を放出する大きさ30mm×60mm、厚さ0.5mmのフィンプレートを装着し、電気信号を振動に変換する圧電素子を、ヒートパイプを固定するフィンプレートの突出部の上下部に設けた。
As described above, according to this aspect, the heat source 7 such as the CPU can be cooled only by applying a small amount of electric power from the outside, and can be cooled without using a special control system.
Next, the heat sink of the present invention will be described in more detail by way of examples.
As shown in FIG. 1, one end of three heat pipes was embedded in a heat receiving plate having a size of 40 mm × 40 mm and a thickness of 8 mm, which diffuses heat from a heat source such as a CPU. A 36 W heat source is used, and the heat source and the heat receiving plate are thermally connected to each other through a heat conductive grease. A fin plate with a size of 30 mm x 60 mm and a thickness of 0.5 mm that emits heat is attached to three heat pipes arranged in parallel, and a piezoelectric element that converts electrical signals into vibration is fixed to the heat pipe. It was provided at the upper and lower portions of the protruding portion of the fin plate.
圧電素子には500mWの電力の交流電流を印可して、周波数154Hzで振動させた。圧電素子は同位相で動作するように設定した。圧電素子の振動に共振して、フィンプレートの上下両端部が振動して、フィンプレートの周辺に冷却風が発生し、この冷却風によって、フィンプレートを通じて熱源の熱が放熱された。同時に、ヒートパイプの凝縮部が振動して、作動流体の流れを容易にした。その結果、熱源の動作温度を80℃以下に維持することができた。 An alternating current having a power of 500 mW was applied to the piezoelectric element, and the piezoelectric element was vibrated at a frequency of 154 Hz. The piezoelectric element was set to operate in the same phase. Resonating with the vibration of the piezoelectric element, the upper and lower ends of the fin plate vibrate, and cooling air is generated around the fin plate. The heat of the heat source is radiated through the fin plate by the cooling air. At the same time, the condensing part of the heat pipe vibrated to facilitate the flow of the working fluid. As a result, the operating temperature of the heat source could be maintained at 80 ° C. or lower.
更に、振動素子の動力として熱電変換素子を使用する別の実施例を以下に説明する。
図4に示すように、CPU等の熱源からの熱を拡散する、大きさ40mm×40mm、厚さ8mmの受熱プレートに、3本のヒートパイプの一方の端部を埋め込んだ。36Wの熱源を使用し、熱源と受熱プレートは、熱伝導グリースを介して熱的に接続されている。並列に配置された3本のヒートパイプに、熱を放出する大きさ30mm×60mm、厚さ0.3mmのフィンプレートを装着し、電気信号を振動に変換する圧電素子を、ヒートパイプを固定するフィンプレートの突出部の上下部に設けた。更に、熱源と受熱プレートとの間に熱電変換素子を配置し、これらを熱伝導グリースを介して熱的に接続した。
Further, another embodiment in which a thermoelectric conversion element is used as power for the vibration element will be described below.
As shown in FIG. 4, one end of three heat pipes was embedded in a heat receiving plate having a size of 40 mm × 40 mm and a thickness of 8 mm that diffuses heat from a heat source such as a CPU. A 36 W heat source is used, and the heat source and the heat receiving plate are thermally connected to each other through a heat conductive grease. A fin plate with a size of 30 mm x 60 mm and a thickness of 0.3 mm for releasing heat is attached to three heat pipes arranged in parallel, and a piezoelectric element that converts an electric signal into vibration is fixed to the heat pipe. It was provided at the upper and lower portions of the protruding portion of the fin plate. Furthermore, a thermoelectric conversion element was disposed between the heat source and the heat receiving plate, and these were thermally connected via a heat conductive grease.
熱電変換素子と圧電素子間に回路を形成し、熱電変換素子によって発生した電力を圧電素子に印可して、圧電素子を周波数154Hzで振動させた。圧電素子の振動に共振して、フィンプレートの上下両端部が振動して、フィンプレートの周辺に冷却風が発生し、この冷却風によって、フィンプレートを通じて熱源の熱が放熱された。同時に、ヒートパイプの凝縮部が振動して、作動流体の流れを容易にした。その結果、他の電源から圧電素子の電力を300mW加えるのみで、熱源の動作温度を80℃以下に維持することができた。 A circuit was formed between the thermoelectric conversion element and the piezoelectric element, the electric power generated by the thermoelectric conversion element was applied to the piezoelectric element, and the piezoelectric element was vibrated at a frequency of 154 Hz. Resonating with the vibration of the piezoelectric element, the upper and lower ends of the fin plate vibrate, and cooling air is generated around the fin plate. The heat of the heat source is radiated through the fin plate by the cooling air. At the same time, the condensing part of the heat pipe vibrated to facilitate the flow of the working fluid. As a result, the operating temperature of the heat source could be maintained at 80 ° C. or less simply by applying 300 mW of electric power of the piezoelectric element from another power source.
この発明によると、放熱フィン間に送風するための電動(冷却)ファンを設置するためのスペースが必要なくなり、その分、放熱フィンのためのスペースを大きくとれるので、冷却性能が向上する。更に、電動ファン用のファンモータなどの稼動部を必要としないので、冷却モジュールの信頼性が向上する。更に、電動ファン用のファンモータを必要としないので、冷却モジュールの小型、軽量化が可能となる。更に、冷却風を発生させるための振動板を必要としないので、部材数を低減させ、構成が簡単となる。 According to the present invention, there is no need for a space for installing an electric (cooling) fan for blowing air between the radiating fins, and the space for the radiating fins can be increased accordingly, so that the cooling performance is improved. Furthermore, since an operating part such as a fan motor for an electric fan is not required, the reliability of the cooling module is improved. Furthermore, since a fan motor for an electric fan is not required, the cooling module can be reduced in size and weight. Furthermore, since a diaphragm for generating cooling air is not required, the number of members is reduced and the configuration is simplified.
1 この発明のヒートシンク
2 受熱プレート
3 ヒートパイプ
4 フィンプレート
5 振動素子
6 突出部
7 熱源
8 熱電変換素子
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