JP6647439B1 - ヒートシンク - Google Patents

ヒートシンク Download PDF

Info

Publication number
JP6647439B1
JP6647439B1 JP2019079601A JP2019079601A JP6647439B1 JP 6647439 B1 JP6647439 B1 JP 6647439B1 JP 2019079601 A JP2019079601 A JP 2019079601A JP 2019079601 A JP2019079601 A JP 2019079601A JP 6647439 B1 JP6647439 B1 JP 6647439B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat
transport member
radiating
tube
heat sink
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019079601A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2020176773A (ja
Inventor
陽介 渡邉
陽介 渡邉
川畑 賢也
賢也 川畑
義勝 稲垣
義勝 稲垣
達朗 三浦
達朗 三浦
和明 青谷
和明 青谷
敏明 中村
敏明 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Original Assignee
THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2019079601A priority Critical patent/JP6647439B1/ja
Application filed by THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD. filed Critical THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Publication of JP6647439B1 publication Critical patent/JP6647439B1/ja
Application granted granted Critical
Priority to EP20775155.3A priority patent/EP3761354A4/en
Priority to PCT/JP2020/015594 priority patent/WO2020213463A1/ja
Priority to CN202010306128.6A priority patent/CN111836517B/zh
Priority to CN202020583482.9U priority patent/CN212876431U/zh
Priority to TW109112974A priority patent/TWI752468B/zh
Priority to US17/010,574 priority patent/US11085703B2/en
Publication of JP2020176773A publication Critical patent/JP2020176773A/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
    • F28D15/046Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure characterised by the material or the construction of the capillary structure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0233Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes the conduits having a particular shape, e.g. non-circular cross-section, annular
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0275Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/26Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means being integral with the element
    • F28F1/28Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means being integral with the element the element being built-up from finned sections
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/24Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely
    • F28F1/32Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending transversely the means having portions engaging further tubular elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/025Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2029Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20336Heat pipes, e.g. wicks or capillary pumps
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20409Outer radiating structures on heat dissipating housings, e.g. fins integrated with the housing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0028Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for cooling heat generating elements, e.g. for cooling electronic components or electric devices
    • F28D2021/0029Heat sinks
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2215/00Fins

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

【課題】本発明は、ヒートシンクの設置スペースが制限される環境下、該設置スペースに禁止領域が存在していても、受熱部のドライアウトを防止しつつ放熱フィンの放熱性能を向上させることができ、また、受熱部における入熱を均一化できるヒートシンクを提供する。【解決手段】発熱体と熱的に接続される受熱部を有する熱輸送部材と、該熱輸送部材の放熱部にて接続された、複数の放熱フィンが配置された放熱フィン群と、を備えたヒートシンクであり、前記熱輸送部材が、前記受熱部から前記放熱部まで連通し、且つ作動流体が封入された一体である内部空間を有し、前記熱輸送部材の内部空間に、前記受熱部から前記放熱部へ延在したウィック構造体が収納され、前記熱輸送部材が、前記受熱部と前記放熱部の間に位置する断熱部と前記放熱部との間に、前記熱輸送部材の熱輸送方向に対して平行方向ではない方向に段差が設けられた放熱側段差部を有し、前記放熱部が前記断熱部よりも前記ヒートシンクの設置面側に位置するヒートシンク。【選択図】図1

Description

本発明は、電子回路基板等の基板に搭載された電気・電子部品等の発熱体を冷却するヒートシンクに関し、特に、基板の狭小空間に禁止領域が存在していても、発熱体を冷却できるヒートシンクに関する。
電子機器の高機能化に伴い、電子機器内部には、電子部品等の発熱体を含め、多数の部品が電子回路基板等の基板上に高密度に搭載されている。また、電子機器の高機能化に伴い、電子部品等の発熱体の発熱量が増大している。電子部品等の発熱体を冷却する手段として、ヒートシンクが使用されることがある。ヒートシンクとして、一般的には、管形状のヒートパイプを備えたヒートパイプ式のヒートシンクが使用される。
ヒートパイプ式ヒートシンクとしては、例えば、複数設けられた管形状のヒートパイプの外周面に突出して平板状の多数の放熱フィンが設けられたヒートパイプ式ヒートシンクがある(特許文献1)。特許文献1のヒートシンクは、複数の管形状のヒートパイプによって発熱体の熱を放熱フィンへ輸送し、該放熱フィンから放熱させるように構成されたヒートシンクである。
一方で、近年、電子機器内部には、電子部品等の発熱体を含め、多数の部品がますます高密度に搭載されているので、基板上におけるヒートシンクの設置スペースが狭小空間に制限されることがある。また、電子部品等の高機能化により電子部品からの発熱量が増大していることから、ヒートシンクには、省スペース化と冷却性能のさらなる向上が要求されている。
特許文献1のヒートシンク等、発熱体の熱を複数のヒートパイプによって放熱フィンへ輸送するヒートシンクでは、冷却性能を向上させるために、多数のヒートパイプを並列配置させたヒートパイプ群を形成し、該ヒートパイプ群を発熱体に熱的に接続することが必要となる。しかし、多数のヒートパイプからなるヒートパイプ群を発熱体に熱的に接続すると、発熱体からの距離によってヒートパイプの受熱量が異なるので、各ヒートパイプの受熱を均一化できず、十分な冷却性能が得られない場合があった。また、各ヒートパイプの外周面にはR部があり、R部外側に生じる空隙はヒートパイプ群の熱輸送に寄与しないので、ヒートパイプ群の受熱部の体積が十分に得られず、やはり、十分な冷却性能が得られない場合があった。
また、基板上には、多数の部品が高密度に搭載されているので、ヒートシンクの設置スペースに、他の部品等が取り付けられた禁止領域が存在することがある。基板上の禁止領域を回避するためにヒートパイプ群の断熱部と放熱部を基板から離れた方向へ逃がすと、狭小空間の設置スペースでは、ヒートパイプ群が放熱フィンの中央部にて熱的に接続されることができず、放熱フィンの放熱性能が十分得られない場合があった。また、ヒートパイプ群の断熱部と放熱部を基板から離れた方向へ逃がすと、狭小空間の設置スペースでは、放熱フィンの設置枚数が制約されて、やはり、放熱フィンの放熱性能が十分得られない場合があった。
一方で、放熱フィンの放熱性能を得るために、ヒートパイプ群の放熱部は基板から離れた方向へ逃がさずに、断熱部のみを基板から離れた方向へ逃がすと、ヒートパイプ群の放熱部が受熱部よりも重力方向下方となるトップヒートの姿勢になる。ヒートパイプ群がトップヒートの姿勢になると、放熱部にて気相から液相へ相変化した作動流体の受熱部への還流が阻害されて、受熱部にドライアウトが生じてしまうことがあった。
特開2003−110072号公報
上記事情に鑑み、本発明は、ヒートシンクの設置スペースが制限される環境下、該設置スペースに禁止領域が存在していても、受熱部のドライアウトを防止しつつ放熱フィン群の放熱性能を向上させることができ、また、受熱部における入熱を均一化できるヒートシンクを提供することを目的とする。
本発明のヒートシンクの構成の要旨は、以下の通りである。
[1]発熱体と熱的に接続される受熱部を有する熱輸送部材と、該熱輸送部材の放熱部にて接続された、複数の放熱フィンが配置された放熱フィン群と、を備えたヒートシンクであり、
前記熱輸送部材が、前記受熱部から前記放熱部まで連通し、且つ作動流体が封入された一体である内部空間を有し、
前記熱輸送部材の内部空間に、前記受熱部から前記放熱部へ延在したウィック構造体が収納され、
前記熱輸送部材が、前記受熱部と前記放熱部の間に位置する断熱部と前記放熱部との間に、前記熱輸送部材の熱輸送方向に対して平行方向ではない方向に段差が設けられた放熱側段差部を有し、前記放熱部が前記断熱部よりも前記ヒートシンクの設置面側に位置するヒートシンク。
[2]前記発熱体と熱的に接続される前記受熱部を有する熱輸送部材と、該熱輸送部材の放熱部にて接続された管体と、該管体と熱的に接続された、前記複数の放熱フィンが配置された放熱フィン群と、を備えたヒートシンクであり、
前記熱輸送部材が、前記受熱部から前記管体との接続部まで連通し、且つ前記作動流体が封入された一体である内部空間を有し、前記熱輸送部材の内部空間が、前記管体の内部空間と連通し、
前記熱輸送部材の内部空間に、前記受熱部から前記放熱部へ延在した前記ウィック構造体が収納され、
前記熱輸送部材が、前記受熱部と前記放熱部の間に位置する前記断熱部と前記放熱部との間に、前記熱輸送部材の熱輸送方向に対して平行方向ではない方向に段差が設けられた前記放熱側段差部を有し、前記放熱部が前記断熱部よりも前記ヒートシンクの設置面側に位置する[1]に記載のヒートシンク。
[3]前記ウィック構造体が、前記放熱側段差部の段差に追従した第1の段差部を有する[1]または[2]に記載のヒートシンク。
[4]前記熱輸送部材が、前記受熱部と前記断熱部との間に、前記熱輸送部材の熱輸送方向に対して平行方向ではない方向に段差が設けられた受熱側段差部を、さらに有する[1]乃至[3]のいずれか1つに記載のヒートシンク。
[5]前記ウィック構造体が、前記受熱側段差部の段差に追従した第2の段差部を、さらに有する[4]に記載のヒートシンク。
[6]前記第1の段差部における前記ウィック構造体が、前記断熱部及び前記放熱部の位置における前記ウィック構造体よりも、前記熱輸送部材の熱輸送方向に対して直交方向に拡幅されている[3]乃至[5]のいずれか1つに記載のヒートシンク。
[7]前記管体が、前記放熱フィンの配置方向に沿って延在している[2]に記載のヒートシンク。
[8]前記管体の延在方向が、前記熱輸送部材の熱輸送方向と平行ではない[2]に記載のヒートシンク。
[9]前記管体が、複数設けられ、前記熱輸送部材から複数の方向に延在している[2]に記載のヒートシンク。
[10]前記熱輸送部材の少なくとも一面が、平面形状である[1]乃至[9]のいずれか1つに記載のヒートシンク。
上記態様では、熱輸送部材のうち、冷却対象である発熱体と熱的に接続される部位が受熱部として機能し、管体と接続された部位が熱輸送部材の放熱部として機能する。熱輸送部材の受熱部では、作動流体が発熱体から受熱して液相から気相へ相変化し、熱輸送部材の放熱部では、気相の作動流体の一部が潜熱を放出して気相から液相へ相変化する。本発明のヒートシンクの態様では、発熱体の熱は、熱輸送部材によって熱輸送部材の受熱部から熱輸送部材の放熱部まで輸送され、さらには、熱輸送部材の放熱部から管体まで輸送される。また、熱輸送部材が発熱体から受熱することで気相に相変化した作動流体は、熱輸送部材から管体へ流通する。気相の作動流体が熱輸送部材から管体へ流通することで、管体は、熱輸送部材から熱を受け、さらに、熱輸送部材から受けた熱を放熱フィン群へ伝達する。管体が熱輸送部材から受けた熱を放熱フィン群へ伝達する際に、熱輸送部材から管体へ流通した気相の作動流体は液相へ相変化する。管体から放熱フィン群へ伝達された熱は、放熱フィン群からヒートシンクの外部環境へ放出される。また、上記態様では、熱輸送部材が、断熱部と放熱部との間に、熱輸送方向に対して平行方向ではない方向に段差が設けられた放熱側段差部を有し、放熱部が断熱部よりもヒートシンクの設置面側に位置するので、放熱部は断熱部と同一平面上には位置していない。
本発明のヒートシンクの態様では、受熱部を有する熱輸送部材の内部空間は、複数のヒートパイプが並列配置されたヒートパイプ群の内部空間とは異なり、全体が連通して一体となっている。よって、内部空間が一体である熱輸送部材が発熱体の熱を受熱部から放熱フィンと熱的に接続された管体との接続部まで輸送する本発明のヒートシンクの態様によれば、液相の作動流体の還流特性に優れ、また、発熱体からの発熱量が増大しても、受熱部における入熱を均一化でき、受熱部における熱抵抗を低減できる。また、本発明のヒートシンクの態様によれば、熱輸送部材の内部空間には受熱部から放熱部へ延在したウィック構造体が収納されており、また、熱輸送部材の断熱部と放熱部との間に、熱輸送方向に対して平行方向ではない方向に段差が設けられた放熱側段差部を備えることで、放熱部が断熱部よりもヒートシンクの設置面側に位置している。従って、ヒートシンクの設置スペースが制限される環境下、該設置スペースに禁止領域が存在していても、受熱部のドライアウトを防止しつつ、熱輸送部材の放熱部と熱的に接続される放熱フィン群の放熱性能を向上させることができる。また、本発明のヒートシンクの態様によれば、熱輸送部材の内部空間は全体が連通して一体となっているので、発熱体に発熱ムラが生じていても、発熱体全体を均一に冷却できる。
本発明のヒートシンクの態様によれば、ウィック構造体が放熱側段差部の段差に追従した第1の段差部を有することにより、放熱部から受熱部への液相の作動流体の還流がさらに円滑化されて、受熱部のドライアウトをより確実に防止できる。
本発明のヒートシンクの態様によれば、熱輸送部材が、受熱部と断熱部との間に熱熱輸送部材の熱輸送方向に対して平行方向ではない方向に段差が設けられた受熱側段差部をさらに有することにより、設置スペースの禁止領域をより確実に回避できる。
本発明のヒートシンクの態様によれば、ウィック構造体が受熱側段差部の段差に追従した第2の段差部をさらに有することにより、設置スペースの禁止領域をより確実に回避しつつ、放熱部から受熱部への液相の作動流体の還流がさらに円滑化される。
本発明のヒートシンクの態様によれば、ウィック構造体が第1の段差部にて熱輸送部材の熱輸送方向に対して直交方向に拡幅されていることにより、液相の作動流体が放熱部から断熱部へより円滑に還流できる。
本発明のヒートシンクの態様によれば、熱輸送部材の内部空間と連通した管体が放熱フィンの配置方向に沿って延在していることにより、気相の作動流体が、管体内部を放熱フィンの配置方向に沿って流通する。従って、放熱フィン群の放熱効率が向上して、ヒートシンクの冷却性能が確実に向上する。
本発明のヒートシンクの態様によれば、管体の延在方向が熱輸送部材の熱輸送方向と平行ではないことにより、熱輸送部材から輸送された熱は熱輸送部材の延在方向(熱輸送方向)とは異なる方向へ輸送される。従って、熱輸送部材の延在方向(熱輸送方向)について、ヒートシンクの寸法の増大を防止することができ、結果、省スペース化を図ることができる。
本発明のヒートシンクの態様によれば、複数の管体が熱輸送部材から複数の方向に延在していることにより、熱輸送部材から管体へ輸送された熱は熱輸送部材の延在方向(熱輸送方向)とは異なる複数の方向へ輸送される。従って、熱輸送部材の延在方向(熱輸送方向)について、ヒートシンクの寸法の増大をより確実に防止することができる。
本発明の第1実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する斜視図である。 本発明の第1実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。 本発明の第1実施形態例に係るヒートシンク内部の概要を説明する斜視図である。 本発明の第1実施形態例に係るヒートシンクの熱輸送部材と管体の接続部の概要を示す説明図である。 本発明の第1実施形態例に係るヒートシンク内部の概要を説明する側面図である。 本発明の第2実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する平面図である。 本発明の第2実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。 本発明の第3実施形態例に係るヒートシンク内部の概要を説明する斜視図である。 本発明の第4実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する斜視図である。
以下に、本発明の実施形態例に係るヒートシンクについて、図面を用いながら説明する。まず、本発明の第1実施形態例に係るヒートシンクについて説明する。なお、図1は本発明の第1実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する斜視図である。図2は、本発明の第1実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。図3は、本発明の第1実施形態例に係るヒートシンク内部の概要を説明する斜視図である。図4は、本発明の第1実施形態例に係るヒートシンクの熱輸送部材と管体の接続部の概要を示す説明図である。図5は、本発明の第1実施形態例に係るヒートシンク内部の概要を説明する側面図である。
図1、2に示すように、本発明の第1実施形態例に係るヒートシンク1は、発熱体100と熱的に接続される受熱部41を有する熱輸送部材10と、熱輸送部材10と熱的に接続された放熱フィン群20と、放熱フィン群20と熱的に接続された管体31と、を備えている。放熱フィン群20は、管体31に取り付けられた複数の第1の放熱フィン21、21・・・と、熱輸送部材10に取り付けられた複数の第2の放熱フィン22、22・・・を備えている。管体31は、熱輸送部材10とは、熱輸送部材10の放熱部42にて接続されている。また、熱輸送部材10の内部空間が、管体31の内部空間と連通している。すなわち、ヒートシンク1では、熱輸送部材10は、受熱部41から管体31との接続部まで連通し且つ作動流体が封入された一体である内部空間を有している。
図1、2に示すように、熱輸送部材10は、中空の空洞部13を有するコンテナ19と、空洞部13を流通する作動流体(図示せず)とを有している。また、空洞部13内には、毛細管力を有するウィック構造体14が収納されている。コンテナ19は、ヒートシンク1の設置面側に位置する一方の板状体11と一方の板状体11と対向する他方の板状体12とを重ね合わせることにより形成されている。
一方の板状体11は平面部の縁部に平面部から立設した側壁を有する板状である。他方の板状体12も、平面部の縁部に平面部から立設した側壁を有する板状である。従って、一方の板状体11と他方の板状体12は、凹形状となっている。一方の板状体11と他方の板状体12とを凹形状を対向させた状態で重ね合わせることにより、コンテナ19の空洞部13が形成される。従って、コンテナ19の形状は平面型である。コンテナ19の空洞部13は、外部環境に対して密閉された内部空間であり、脱気処理により減圧されている。
コンテナ19外面のうち、冷却対象である発熱体100が熱的に接続される部位が受熱部41として機能する。発熱体100がコンテナ19に熱的に接続されることで、発熱体100が冷却される。熱輸送部材10では、一方端に発熱体100が熱的に接続されているので、一方端に受熱部41が形成されている。また、コンテナ19内面のうち、受熱部41には、受熱部内面表面積増大部44が設けられている。受熱部内面表面積増大部44は、凹凸が繰り返し形成された部位であり、ヒートシンク1では、複数の板状フィン45、45・・・が、一方の板状体11の内面上に立設されている。受熱部41に受熱部内面表面積増大部44が設けられていることにより、受熱部41から液相の作動流体への熱伝達が円滑化される。
熱輸送部材10は、発熱体100の位置から所定方向へ延在しており、一方端に対向する他方端に放熱フィン群20を形成する第2の放熱フィン22が熱的に接続されている。放熱フィン群20が熱的に接続されている熱輸送部材10の他方端が、熱輸送部材10の放熱部42として機能する。
熱輸送部材10は、コンテナ19の一方端に位置する受熱部41とコンテナ19の他方端に位置する放熱部42との間に位置する中間部が、断熱部43として機能する。断熱部43は、放熱フィン群20も発熱体100も熱的に接続されていない部位である。発熱体100から受熱部41へ伝達された熱が、断熱部43の延在方向に沿って、受熱部41から放熱部42へ輸送される。
熱輸送部材10の断熱部43と放熱部42との間には、放熱側段差部50が設けられている。放熱側段差部50は、熱輸送部材10の熱輸送方向に対して平行方向ではない方向に段差が設けられている部位である。ヒートシンク1では、放熱側段差部50は、熱輸送部材10の熱輸送方向に対して略直交方向の段差となっている。また、放熱側段差部50は、ヒートシンク1の設置面に対して略鉛直方向の段差となっている。さらに、放熱側段差部50は、断熱部43から放熱部42へ向かってヒートシンク1の設置面方向への段差となっている。熱輸送部材10の断熱部43と放熱部42との間に放熱側段差部50が設けられていることにより、ヒートシンク1の設置スペースが制限される環境下、該設置スペースに禁止領域101が存在していても、禁止領域101を回避してヒートシンク1を設置することができる。
放熱側段差部50は、一方の板状体11に設けられた熱輸送部材10の熱輸送方向に対して略直交方向の段差である段差部51と、他方の板状体12に設けられた熱輸送部材10の熱輸送方向に対して略直交方向の段差である段差部52とから形成されている。従って、一方の板状体11においては、断熱部43と放熱部42は同一平面上に位置していない。また、他方の板状体12においても、断熱部43と放熱部42は同一平面上に位置していない。上記から、放熱部42が断熱部43よりもヒートシンク1の設置面側に位置している。
また、図1、2に示すように、ヒートシンク1では、熱輸送部材10の断熱部43と受熱部41との間には、受熱側段差部60が設けられている。受熱側段差部60は、熱輸送部材10の熱輸送方向に対して平行方向ではない方向に段差が設けられている部位である。ヒートシンク1では、受熱側段差部60は、熱輸送部材10の熱輸送方向に対して略直交方向の段差となっている。また、受熱側段差部60は、ヒートシンク1の設置面に対して略鉛直方向の段差となっている。さらに、受熱側段差部60は、断熱部43から受熱部41へ向かってヒートシンク1の設置面方向への段差となっている。
受熱側段差部60は、一方の板状体11に設けられた熱輸送部材10の熱輸送方向に対して略直交方向の段差である段差部61から形成されている。他方の板状体12には、受熱側段差部60を形成する段差は設けられていない。従って、一方の板状体11においては、断熱部43と受熱部41は同一平面上に位置していない。一方で、他方の板状体12においては、断熱部43と受熱部41は同一平面上に位置している。
熱輸送部材10の幅方向の寸法は、特に限定されず、ヒートシンク1では、受熱部41、断熱部43及び放熱部42は、略同じ寸法となっている。また、受熱部41における熱輸送部材10の幅方向の寸法は、発熱体100の幅方向の寸法等に応じて適宜選択可能である。
図1、3に示すように、ウィック構造体14は、熱輸送部材10の幅方向中央部にてコンテナ19の受熱部41から放熱部42まで延在している。また、ウィック構造体14は、放熱側段差部50の段差に追従した第1の段差部70を有する。すなわち、ウィック構造体14のうち、熱輸送部材10の断熱部43と放熱部42との間に位置する部位に、第1の段差部70が設けられている。第1の段差部70の段差は、熱輸送部材10の熱輸送方向に対して平行方向ではない方向に設けられている。ヒートシンク1では、放熱側段差部50が熱輸送部材10の熱輸送方向に対して略直交方向の段差となっていることに対応して、第1の段差部70は熱輸送部材10の熱輸送方向に対して略直交方向の段差となっている。また、放熱側段差部50がヒートシンク1の設置面に対して略鉛直方向の段差となっていることに対応して、第1の段差部70はヒートシンク1の設置面に対して略鉛直方向の段差となっている。さらに、放熱側段差部50は、断熱部43から放熱部42へ向かってヒートシンク1の設置面方向への段差となっていることに対応して、第1の段差部70は断熱部43から放熱部42へ向かってヒートシンク1の設置面方向への段差となっている。
第1の段差部70は、断熱部43側に設けられた、熱輸送部材10の熱輸送方向に対して略直交方向の段差である段差部71と、放熱部42側に設けられた、熱輸送部材10の熱輸送方向に対して略直交方向の段差である段差部72とから形成されている。従って、ウィック構造体14は、一方の板状体11側においては、断熱部43に位置する部位と放熱部42に位置する部位は同一平面上に位置していない。また、ウィック構造体14は、他方の板状体12側においても、断熱部43に位置する部位と放熱部42に位置する部位は同一平面上に位置していない。上記から、ウィック構造体14は、放熱部42に位置する部位が断熱部43に位置する部位よりもヒートシンク1の設置面側に位置している。
また、図1、3に示すように、ウィック構造体14は、受熱側段差部60の段差に追従した第2の段差部80を有する。すなわち、熱輸送部材10の断熱部43と受熱部41との間に位置する部位に、第2の段差部80が設けられている。第2の段差部80の段差は、熱輸送部材10の熱輸送方向に対して平行方向ではない方向に設けられている。ヒートシンク1では、受熱側段差部60が熱輸送部材10の熱輸送方向に対して略直交方向の段差となっていることに対応して、第2の段差部80は熱輸送部材10の熱輸送方向に対して略直交方向の段差となっている。また、受熱側段差部60がヒートシンク1の設置面に対して略鉛直方向の段差となっていることに対応して、第2の段差部80はヒートシンク1の設置面に対して略鉛直方向の段差となっている。さらに、受熱側段差部60が断熱部43から受熱部41へ向かってヒートシンク1の設置面方向への段差となっていることに対応して、第2の段差部80は断熱部43から受熱部41へ向かってヒートシンク1の設置面方向への段差となっている。
第2の段差部80は、断熱部43側に設けられた、熱輸送部材10の熱輸送方向に対して略直交方向の段差である段差部81と、受熱部41側に設けられた、熱輸送部材10の熱輸送方向に対して略直交方向の段差である段差部82とから形成されている。従って、ウィック構造体14は、一方の板状体11側においては、断熱部43に位置する部位と受熱部41に位置する部位は同一平面上に位置していない。また、ウィック構造体14は、他方の板状体12側においても、断熱部43に位置する部位と受熱部41に位置する部位は同一平面上に位置していない。上記から、ウィック構造体14は、受熱部41に位置する部位が断熱部43に位置する部位よりもヒートシンク1の設置面側に位置している。
ウィック構造体14としては、特に限定されないが、例えば、銅粉等の金属粉の焼結体、金属線からなる金属メッシュ、グルーブ(複数の細溝)、不織布、金属繊維等を挙げることができる。熱輸送部材10では、ウィック構造体14として、金属粉の焼結体が用いられている。空洞部13のうち、ウィック構造体14の設けられていない部位が、気相の作動流体の流通する蒸気流路15として機能する。蒸気流路15は、ウィック構造体14がコンテナ19の受熱部から放熱部まで延在していることに対応して、コンテナ19の受熱部から放熱部まで延在している。熱輸送部材10は、作動流体の動作による熱輸送特性によって、受熱部41にて受けた発熱体100の熱を受熱部41から放熱部42へ輸送する。
図1〜3に示すように、熱輸送部材10の他方端には、コンテナ19の空洞部13と内部空間の連通した管体31が設けられている。従って、空洞部13を流通する作動流体は、空洞部13から管体31内部までの空間に封入されている。管体31の形状は、特に限定されず、ヒートシンク1では、長手方向の形状は直線状であり、長手方向に対して直交方向(径方向)の形状は円形状となっている。また、いずれの管体31も、形状、寸法は同じとなっている。
管体31は、熱輸送部材10の放熱部42の平面方向に沿って、熱輸送部材10の熱輸送方向に対して略直交方向に延在している。従って、管体31は、断熱部43よりもヒートシンク1の設置面側に位置している。ヒートシンク1では、管体31の延在方向が熱輸送部材10の熱輸送方向と平行ではないので、熱輸送部材10から輸送された熱は、管体31によって、熱輸送部材10の延在方向とは異なる方向へ輸送される。従って、熱輸送部材10の延在方向(熱輸送方向)におけるヒートシンク1の寸法の増大を防止することができるので、ヒートシンク1の省スペース化を図ることができる。
また、管体31は、複数設けられており、熱輸送部材10の放熱部42から複数の方向に延在している。ヒートシンク1では、管体31は、熱輸送部材10を中心にして左右両方向、すなわち、2方向へ延在している。また、管体31は、熱輸送部材10を中心にして左右両方向に同じ本数ずつ設けられている。複数の管体31が熱輸送部材10から複数の方向(ヒートシンク1では2方向)に延在しているので、熱輸送部材10から輸送された熱は、熱輸送部材10の延在方向とは異なる複数の方向(ヒートシンク1では2方向)へ分岐して輸送される。従って、熱輸送部材10の延在方向におけるヒートシンク1の寸法の増大をより確実に防止することができる。
管体31の空洞部13側端部(以下、「基部」ということがある。)32は開口しており、空洞部13とは反対の端部(以下、「先端部」ということがある。)33は閉塞している。また、コンテナ19の空洞部13と管体31の内部空間は連通しており、管体31の内部空間は、空洞部13と同様に、脱気処理により減圧されている。従って、作動流体は、コンテナ19の空洞部13と管体31の内部空間との間で流通可能となっている。
また、コンテナ19の側面部には、管体31をコンテナ19に取り付けるための貫通孔(図示せず)が形成されている。貫通孔の形状と寸法は、管体31の形状と寸法に対応しており、管体31の基部32が、コンテナ19の貫通孔に嵌挿されることで、管体31がコンテナ19に接続されている。従って、管体31とコンテナ19は、別の部材からなっている。コンテナ19に取り付けた管体31を固定する方法としては、特に限定されないが、例えば、溶接、はんだ付け、ろう付け等を挙げることができる。
ヒートシンク1では、管体31と熱輸送部材10とは別の部材からなっているので、管体31の配置や形状、寸法等を自由に選択でき、ヒートシンク1の設計の自由度が向上する。また、ヒートシンク1では、コンテナ19の貫通孔に管体31を嵌挿することで、管体31をコンテナ19に取り付けることができるので、組み立てが容易である。
図3に示すように、管体31の内面には、コンテナ19に収納されたウィック構造体14とは異なる、毛細管力を生じる他のウィック構造体34が設けられている。他のウィック構造体34としては、特に限定されないが、例えば、銅粉等の金属粉の焼結体、金属線からなる金属メッシュ、グルーブ、不織布、金属繊維等を挙げることができる。管体31では、他のウィック構造体34として、管体31の内面全体を覆うように、複数の細溝が形成されている。細溝は、管体31の長手方向に沿って延在している。
図4に示すように、熱輸送部材10に設けられたウィック構造体14と管体31に設けられた他のウィック構造体34とが、接続部材35を介して接続されていてもよい。管体31内部で気相から液相へ相変化した作動流体は、管体31内の他のウィック構造体34の毛細管力によって、他のウィック構造体34内を管体31の先端部33から基部32の方向へ還流し、管体31の基部32まで還流した液相の作動流体は、他のウィック構造体34から接続部材35の一端へ流通する。他のウィック構造体34から接続部材35の一端へ流通した液相の作動流体は、接続部材35を一端から他端へ流通し、接続部材35の他端から熱輸送部材10のウィック構造体14へ還流することができる。
従って、接続部材35を設けることで、液相の作動流体は、他のウィック構造体34から熱輸送部材10の受熱部41へ円滑に還流することができる。上記から、接続部材35により、管体31と熱輸送部材10間における液相の作動流体の流通性能が向上するので、ヒートシンク1の冷却性能が向上する。接続部材35としては、例えば、毛細管力を有するウィック部材を挙げることができ、具体的には、金属メッシュ、金属線の編組体、金属繊維等を挙げることができる。
コンテナ19及び管体31の材料としては、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス、チタン、チタン合金等を挙げることができる。コンテナ19の空洞部13及び管体31の内部空間に封入する作動流体としては、コンテナ19及び管体31の材料との適合性に応じて、適宜選択可能であり、例えば、水、フルオロカーボン類、ハイドロフルオロエーテル(HFE)、シクロペンタン、エチレングリコール、これらの混合物等を挙げることができる。
コンテナ19の厚さとしては、機械的強度、重量等から適宜選択可能であり、例えば、0.5〜3mmを挙げることができ、熱輸送部材10の幅は、例えば、4〜20mmを挙げることができる。また、管体31の直径としては、機械的強度、重量等から適宜選択可能であり、例えば、5〜10mmを挙げることができる。
図1に示すように、放熱フィン群20は、複数の第1の放熱フィン21、21・・・、複数の第2の放熱フィン22、22・・・が、それぞれ、並列配置されて形成されている。第1の放熱フィン21、第2の放熱フィン22ともに、薄い平板状の部材である。このうち、放熱フィン群20のうち、両側部に位置する第1の放熱フィン21は、管体31の長手方向に対して略平行方向に所定間隔にて並列配置されている。従って、管体31は、第1の放熱フィン21の配置方向に沿って延在している。また、第1の放熱フィン21は、管体31の位置に取り付け、固定されて、管体31と熱的に接続されている。第1の放熱フィン21は、いずれも、同じ形状、寸法となっている。放熱フィン群20の中央部に位置する第2の放熱フィン22は、熱輸送部材10の位置に取り付け、固定されて、熱輸送部材10と熱的に接続されている。第2の放熱フィン22が取り付けられた熱輸送部材10の部位が、放熱部42として機能する。第2の放熱フィン22は、熱輸送部材10に立設されるように取り付けられている。
第1の放熱フィン21の主表面が、主に第1の放熱フィン21の放熱機能を発揮する面である。第2の放熱フィン22の主表面が、主に第2の放熱フィン22の放熱機能を発揮する面である。第1の放熱フィン21の主表面、第2の放熱フィン22の主表面は、管体31の延在方向、すなわち長手方向に対して、略直交方向となるように配置されている。第1の放熱フィン21の管体31への熱的接続方法は、特に限定されず、公知の方法をいずれも使用可能であり、例えば、第1の放熱フィン21に貫通孔(図示せず)を形成し、この貫通孔に管体31を嵌挿する方法が挙げられる。
図1、2に示すように、管体31が断熱部43よりもヒートシンク1の設置面側に位置していることに対応して、第1の放熱フィン21の高さ方向略中央部に管体31を嵌挿することができる。すなわち、第1の放熱フィン21の高さ方向略中央部にて、管体31が熱的に接続される。従って、第1の放熱フィン21の高さ方向上部に管体31を嵌挿する場合と比較して、第1の放熱フィン21の放熱性能を向上させることができる。
第2の放熱フィン22の熱輸送部材10への熱的接続方法は、特に限定されず、公知の方法をいずれも使用可能であり、例えば、第2の放熱フィン22の端部に、放熱フィン22の主表面に対して鉛直方向に伸延した固定用片部を設け、該固定用片部を熱輸送部材10の平面に接続して熱輸送部材10に放熱フィン22を立設させる方法が挙げられる。
ヒートシンク1は、例えば、送風ファン(図示せず)により強制空冷される。送風ファン由来の冷却風Fは、熱輸送部材10の熱輸送方向に対して略平行方向から供給される。冷却風Fが、第1の放熱フィン21の主表面及び第2の放熱フィン22の主表面に沿って供給されて、放熱フィン群20が冷却される。
第1の放熱フィン21及び第2の放熱フィン22の材質は、特に限定されず、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属、黒鉛等の炭素材料、炭素材料を用いた複合部材などを挙げることができる。
次に、図1、3、5を用いて、ヒートシンク1の冷却機能のメカニズムについて説明する。まず、熱輸送部材10のコンテナ19の一方端に被冷却体である発熱体100を熱的に接続して、一方端を受熱部41として機能させる。コンテナ19の一方端が発熱体100から受熱すると、コンテナ19の一方端において、空洞部13の液相の作動流体へ熱が伝達されて、コンテナ19の一方端の空洞部13にて、液相の作動流体が気相の作動流体へと相変化する。気相の作動流体は、蒸気流路15をコンテナ19の一方端から放熱部42である他方端へ流通する。気相の作動流体が、コンテナ19の一方端から他方端へ流通することで、熱輸送部材10が、その一方端から他方端へ熱を輸送する。コンテナ19の他方端へ流通した気相の作動流体の一部が、潜熱を放出して液相の作動流体Lへ相変化し、放出された潜熱は、熱輸送部材10と熱的に接続されている第2の放熱フィン22へ伝達される。第2の放熱フィン22へ伝達された熱は、第2の放熱フィン22を介してヒートシンク1の外部環境へ放出される。ウィック構造体14は、放熱側段差部50の段差に追従した第1の段差部70と受熱側段差部60の段差に追従した第2の段差部80を有するので、コンテナ19の他方端にて液相に相変化した作動流体Lは、ウィック構造体14の毛細管力により、コンテナ19の他方端から放熱側段差部50と受熱側段差部60を流通してコンテナ19の一方端へ還流する。
また、コンテナ19の空洞部13と管体31の内部空間とは連通しているので、液相の作動流体から相変化した気相の作動流体のうち、コンテナ19の他方端にて液相に相変化しなかった作動流体は、空洞部13から管体31の内部空間へ流入する。管体31の内部空間へ流入した気相の作動流体は、管体31内部にて潜熱を放出して、液相の作動流体Lへ相変化する。管体31内部にて放出された潜熱は、管体31と熱的に接続されている第1の放熱フィン21へ伝達される。第1の放熱フィン21へ伝達された熱は、第1の放熱フィン21を介してヒートシンク1の外部環境へ放出される。管体31内部にて気相から液相に相変化した作動流体Lは、管体31内面の他のウィック構造体34の毛細管力によって、管体31の中央部及び先端部33から、管体31の基部32へ還流する。管体31の基部32へ還流した液相の作動流体Lは、コンテナ19の他方端にて、第1の段差部70と第2の段差部80を有するウィック構造体14へ還流する。ウィック構造体14へ還流した液相の作動流体Lは、ウィック構造体14の毛細管力により、コンテナ19の他方端から放熱側段差部50と受熱側段差部60を流通してコンテナ19の一方端へ還流する。
ヒートシンク1では、熱輸送部材10の空洞部13は、複数のヒートパイプが並列配置されたヒートパイプ群の内部空間とは異なり、全体が連通して一体となっている。よって、ヒートシンク1では、空洞部13が一体である熱輸送部材10が発熱体100の熱を受熱部41から放熱フィン群20と熱的に接続された管体31との接続部まで輸送するので、液相の作動流体の還流特性に優れ、また、発熱体100からの発熱量が増大しても、受熱部41における入熱を均一化でき、受熱部41における熱抵抗を低減できる。また、ヒートシンク1では、熱輸送部材10の断熱部43と放熱部42との間に放熱側段差部50を備えることで、放熱部42が断熱部43よりもヒートシンク1の設置面側に位置し、また、受熱部41から放熱部42へ延在し、放熱側段差部50の段差に追従した第1の段差部70を有するウィック構造体14が熱輸送部材10に収納されている。従って、ヒートシンク1の設置スペース、特にヒートシンク1の高さ方向の設置スペースが制限される環境下、設置スペースに禁止領域101が存在していても、禁止領域101を回避しつつ、受熱部41のドライアウトを確実に防止し、且つ熱輸送部材10の放熱部42と熱的に接続される放熱フィン群20の放熱性能を向上させることができる。また、ヒートシンク1では、熱輸送部材10の内部空間は全体が連通して一体となっているので、発熱体100に発熱ムラが生じていても、発熱体100全体を均一に冷却できる。
また、ヒートシンク1では、熱輸送部材10が、受熱側段差部60を有することにより、設置スペースの禁止領域100をより確実に回避できる。また、ウィック構造体14が受熱側段差部60の段差に追従した第2の段差部80を有することにより、放熱部42から受熱部41への液相の作動流体の還流がさらに円滑化される。
次に、本発明の第2実施形態例に係るヒートシンクについて、図面を用いながら説明する。なお、第2実施形態例に係るヒートシンクは、第1実施形態例に係るヒートシンクと主要部は共通しているので、同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。なお、図6は、本発明の第2実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する平面図である。図7は、本発明の第2実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。
第1実施形態例に係るヒートシンクでは、管体は、平面型の熱輸送部材の平面方向に沿って、平面型の熱輸送部材の熱輸送方向に対して略直交方向に延在していたが、これに代えて、図6、7に示すように、第2実施形態例に係るヒートシンク2では、管体31は、平面型の熱輸送部材10の平面方向に対して略直交方向、且つ平面型の熱輸送部材10の熱輸送方向に対して略直交方向に延在している。
ヒートシンク2では、放熱フィン群20は、管体31に取り付けられた複数の第1の放熱フィン21、21・・・から形成されている。第1の放熱フィン21は、管体31の長手方向に対して略平行方向に所定間隔にて並列配置されている。従って、管体31は、第1の放熱フィン21の配置方向に沿って延在している。また、放熱側段差部50は、断熱部43から放熱部42へ向かってヒートシンク2の設置面方向への段差となっている。従って、第1の放熱フィン21の設置枚数を増やすことができるので、放熱フィン群20の放熱性能が向上する。
ヒートシンク2では、特に、ヒートシンク2の高さ方向において設置スペースを有するもののヒートシンク2の幅方向において設置スペースが制限される環境下、設置スペースに禁止領域101が存在していても、禁止領域101を回避しつつ、受熱部41のドライアウトを確実に防止し、且つ熱輸送部材10の放熱部42と熱的に接続される放熱フィン群20の放熱性能を向上させることができる。
次に、本発明の第3実施形態例に係るヒートシンクについて、図面を用いながら説明する。なお、第3実施形態例に係るヒートシンクは、第1、第2実施形態例に係るヒートシンクと主要部は共通しているので、同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。なお、図8は、本発明の第3実施形態例に係るヒートシンク内部の概要を説明する斜視図である。
図3に示すように、第3実施形態例に係るヒートシンク3では、熱輸送部材10の幅方向中央部にてコンテナ19の受熱部41から放熱部42まで延在しているウィック構造体14は、受熱部41と放熱部42の間で分岐している。ヒートシンク3では、ウィック構造体14は、第2の段差部80の放熱部42側近傍の部位に分岐部を有し、熱輸送部材10のコンテナ19の幅方向両側に、ウィック構造体14の長手方向に沿って、2つの分岐ウィック部14−1、14−2が延在している。ウィック構造体14は、受熱部41から放熱部42まで延在し、分岐ウィック部14−1、14−2は、それぞれ、ウィック構造体14に対して所定間隔をおいて略平行に、第2の段差部80の放熱部42側近傍の部位から放熱部42まで延在している。従って、分岐ウィック部14−1、14−2は、それぞれ、ウィック構造体14と同じく、放熱側段差部50の段差に対応した段差部を有している。
管体31に設けられた他のウィック構造体34は、接続部材35を介して、ウィック構造体14と分岐ウィック部14−1または分岐ウィック部14−2と接続されている。従って、管体31内部の液相の作動流体は、他のウィック構造体34から、接続部材35を介して、ウィック構造体14と分岐ウィック部14−1、14−2へ還流する。
ヒートシンク3では、ウィック構造体14が放熱側段差部50の段差に対応した第1の段差部70を有するだけではなく、分岐ウィック部14−1、14−2も、それぞれ、放熱側段差部50の段差に対応した段差部を有していることにより、液相の作動流体がより円滑に管体31及び放熱部42から受熱部41へ還流できる。従って、ヒートシンク3では、受熱部41が放熱部42よりも重力方向上方に位置する、トップヒートの姿勢に設置されても、液相の作動流体がより確実に管体31及び放熱部42から受熱部41へ還流でき、受熱部41のドライアウトをより確実に防止できる。
次に、本発明の第4実施形態例に係るヒートシンクについて、図面を用いながら説明する。なお、第4実施形態例に係るヒートシンクは、第1〜第3実施形態例に係るヒートシンクと主要部は共通しているので、同じ構成要素については、同じ符号を用いて説明する。なお、図9は、本発明の第4実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する斜視図である。
第1実施形態例に係るヒートシンクでは、放熱側段差部は、一方の板状体に設けられた熱輸送部材の熱輸送方向に対して略直交方向の段差である段差部と、他方の板状体に設けられた熱輸送部材の熱輸送方向に対して略直交方向の段差である段差部とから形成されていた。これに代えて、図9に示すように、第4実施形態例に係るヒートシンク4では、放熱側段差部50は、一方の板状体11に設けられた熱輸送部材10の熱輸送方向に対して略直交方向の段差である段差部51は設けられているが、他方の板状体12には熱輸送部材10の熱輸送方向に対して略直交方向の段差部は設けられていない。従って、一方の板状体11においては、断熱部43と放熱部42は同一平面上に位置していない。一方で、他方の板状体12においては、断熱部43と放熱部42は同一平面上に位置している。上記から、放熱部42におけるコンテナ19の厚さが、断熱部43におけるコンテナ19の厚さよりも、放熱側段差部50の寸法分、厚くなっている。従って、第4実施形態例に係るヒートシンク4の放熱部42の厚さは、上記した第1実施形態例に係るヒートシンクの放熱部の厚さよりも厚くなっている。また、第4実施形態例に係るヒートシンク4の放熱側段差部50におけるコンテナ19の内部空間は、上記した第1実施形態例に係るヒートシンクの放熱側段差部におけるコンテナの内部空間よりも広くなっている。
ヒートシンク4でも、ウィック構造体14は、熱輸送部材10の受熱部41から放熱部42まで延在している。また、ウィック構造体14は、放熱側段差部50の段差に追従した第1の段差部70と受熱側段差部60の段差に追従した第2の段差部80を有する。
ヒートシンク4では、放熱側段差部50におけるコンテナ19の内部空間が広くなっているので、熱輸送部材10の断熱部43と放熱部42との間に放熱側段差部50が設けられていても、液相の作動流体は第1の段差部70を放熱部42から受熱部41方向へ円滑に還流できる。
次に、本発明のヒートシンクの他の実施形態例について、以下に説明する。上記各実施形態例のヒートシンクでは、熱輸送部材10には、コンテナ19の空洞部13と内部空間の連通した管体31が接続され、該管体31に放熱フィン群20の第1の放熱フィン21が熱的に接続されていたが、熱輸送部材10には管体31が接続されていなくてもよく、従って、放熱フィン群20には第1の放熱フィン21が設けられていなくてもよい。また、ウィック構造体14の第1の段差部70は、必要に応じて、断熱部43及び放熱部42の位置におけるウィック構造体14よりも、熱輸送部材10の熱輸送方向に対して直交方向(熱輸送部材10の幅方向)に拡幅されていている拡幅部73を有していてもよい(図1、3参照)。すなわち、第1の段差部70の幅が、断熱部43及び放熱部42に位置するウィック構造体14の幅よりも幅広としてもよい。第1の段差部70の幅が拡幅されていることにより、液相の作動流体が放熱部42から断熱部43へより円滑に還流できる。また、ウィック構造体14の第2の段差部80は、必要に応じて、断熱部43及び受熱部41の位置におけるウィック構造体14よりも、熱輸送部材10の幅方向に拡幅されている拡幅部83を有していてもよい(図1、3参照)。第2の段差部80の幅が拡幅されていることにより、液相の作動流体が断熱部43から受熱部41へより円滑に還流できる。
上記実施形態例に係るヒートシンクでは、熱輸送部材10に受熱側段差部60が形成されていたが、ヒートシンクの使用状況や設置状況に応じて、受熱側段差部60は設けなくてもよい。
本発明のヒートシンクは、ヒートシンクの設置スペースが制限される環境下、該設置スペースに禁止領域が存在していても優れた冷却性能を有するので、例えば、狭小空間に設置された回路基板に搭載された高発熱量の電子部品、例えば、中央演算処理装置等の電子部品を冷却する分野で利用価値が高い。
1、2、3、4 ヒートシンク
10 熱輸送部材
14 ウィック構造体
20 放熱フィン群
31 管体
41 受熱部
42 放熱部
43 断熱部
50 放熱側段差部

Claims (10)

  1. 発熱体と熱的に接続される受熱部を有する熱輸送部材と、該熱輸送部材の放熱部にて接続された管体と、該管体と熱的に接続された、複数の放熱フィンが配置された放熱フィン群と、を備えたヒートシンクであり、
    前記熱輸送部材が、前記受熱部から前記管体との接続部まで連通し、且つ作動流体が封入された一体である内部空間を有し、前記熱輸送部材の内部空間が、前記管体の内部空間と連通し、
    前記熱輸送部材の内部空間に、前記受熱部から前記放熱部へ延在したウィック構造体が収納され、
    前記熱輸送部材が、前記受熱部と前記放熱部の間に位置する断熱部と前記放熱部との間に、前記熱輸送部材の熱輸送方向に対して平行方向ではない方向に段差が設けられた放熱側段差部を有し、前記放熱部が前記断熱部よりも前記ヒートシンクの設置面側に位置し、
    前記管体の内面には、他のウィック構造体が設けられ、前記ウィック構造体と前記他のウィック構造体とが、接続部材を介して接続され
    前記接続部材が毛細管力を有するウィック部材であり、前記熱輸送部材に設けられた前記ウィック構造体の種類と、前記管体に設けられた前記他のウィック構造体の種類と、前記ウィック部材との種類とが異なるヒートシンク。
  2. 前記ウィック構造体が、前記放熱側段差部の段差に追従した第1の段差部を有する請求項1に記載のヒートシンク。
  3. 前記熱輸送部材が、前記受熱部と前記断熱部との間に、前記熱輸送部材の熱輸送方向に対して平行方向ではない方向に段差が設けられた受熱側段差部を、さらに有する請求項1または2に記載のヒートシンク。
  4. 前記ウィック構造体が、前記受熱側段差部の段差に追従した第2の段差部を、さらに有する請求項3に記載のヒートシンク。
  5. 前記第1の段差部における前記ウィック構造体が、前記断熱部及び前記放熱部の位置における前記ウィック構造体よりも、前記熱輸送部材の熱輸送方向に対して直交方向に拡幅されている請求項2に記載のヒートシンク。
  6. 前記管体が、前記放熱フィンの配置方向に沿って延在している請求項1乃至5のいずれか1項に記載のヒートシンク。
  7. 前記管体の延在方向が、前記熱輸送部材の熱輸送方向と平行ではない請求項1乃至6のいずれか1項に記載のヒートシンク。
  8. 前記管体が、複数設けられ、前記熱輸送部材から複数の方向に延在している請求項1乃至7のいずれか1項に記載のヒートシンク。
  9. 前記熱輸送部材の少なくとも一面が、平面形状である請求項1乃至8のいずれか1項に記載のヒートシンク。
  10. 前記管体に設けられた前記他のウィック構造体が、前記管体の内面に形成されている複数の細溝である請求項1乃至のいずれか1項に記載のヒートシンク。
JP2019079601A 2019-04-18 2019-04-18 ヒートシンク Active JP6647439B1 (ja)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019079601A JP6647439B1 (ja) 2019-04-18 2019-04-18 ヒートシンク
EP20775155.3A EP3761354A4 (en) 2019-04-18 2020-04-07 HEATSINK
PCT/JP2020/015594 WO2020213463A1 (ja) 2019-04-18 2020-04-07 ヒートシンク
CN202010306128.6A CN111836517B (zh) 2019-04-18 2020-04-17 散热器
CN202020583482.9U CN212876431U (zh) 2019-04-18 2020-04-17 散热器
TW109112974A TWI752468B (zh) 2019-04-18 2020-04-17 散熱裝置
US17/010,574 US11085703B2 (en) 2019-04-18 2020-09-02 Heatsink

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019079601A JP6647439B1 (ja) 2019-04-18 2019-04-18 ヒートシンク

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6647439B1 true JP6647439B1 (ja) 2020-02-14
JP2020176773A JP2020176773A (ja) 2020-10-29

Family

ID=69568086

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019079601A Active JP6647439B1 (ja) 2019-04-18 2019-04-18 ヒートシンク

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11085703B2 (ja)
EP (1) EP3761354A4 (ja)
JP (1) JP6647439B1 (ja)
CN (2) CN111836517B (ja)
TW (1) TWI752468B (ja)
WO (1) WO2020213463A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021139513A (ja) * 2020-03-02 2021-09-16 古河電気工業株式会社 熱輸送装置および熱交換ユニット
JP2021190479A (ja) * 2020-05-26 2021-12-13 富士通株式会社 冷却装置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7029009B1 (ja) * 2021-03-09 2022-03-02 古河電気工業株式会社 ヒートシンク
JP2022142665A (ja) * 2021-03-16 2022-09-30 富士通株式会社 冷却装置
US12006075B2 (en) * 2022-02-23 2024-06-11 Parry Labs Llc Heatsink assembly for unmanned aerial vehicle
JP7340709B1 (ja) 2023-01-30 2023-09-07 古河電気工業株式会社 ヒートシンク

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3563309A (en) * 1968-09-16 1971-02-16 Hughes Aircraft Co Heat pipe having improved dielectric strength
US3754594A (en) * 1972-01-24 1973-08-28 Sanders Associates Inc Unilateral heat transfer apparatus
JPS55102889A (en) * 1979-02-01 1980-08-06 Pioneer Electronic Corp Natural convection type radiator
US4523636A (en) * 1982-09-20 1985-06-18 Stirling Thermal Motors, Inc. Heat pipe
US5253702A (en) * 1992-01-14 1993-10-19 Sun Microsystems, Inc. Integral heat pipe, heat exchanger, and clamping plate
US6410982B1 (en) * 1999-11-12 2002-06-25 Intel Corporation Heatpipesink having integrated heat pipe and heat sink
JP2003110072A (ja) 2001-09-28 2003-04-11 Fujikura Ltd ヒートパイプ式ヒートシンク
US6914780B1 (en) * 2003-01-16 2005-07-05 Cisco Technology, Inc. Methods and apparatus for cooling a circuit board component using a heat pipe assembly
CN100491888C (zh) * 2005-06-17 2009-05-27 富准精密工业(深圳)有限公司 环路式热交换装置
CN101055158A (zh) * 2006-04-14 2007-10-17 富准精密工业(深圳)有限公司 热管
JP4714638B2 (ja) * 2006-05-25 2011-06-29 富士通株式会社 ヒートシンク
CN101941072B (zh) * 2009-07-08 2013-06-05 富准精密工业(深圳)有限公司 平板式热管的制造方法
JP5323614B2 (ja) * 2009-08-27 2013-10-23 古河電気工業株式会社 ヒートパイプおよびその製造方法
US20110232877A1 (en) * 2010-03-23 2011-09-29 Celsia Technologies Taiwan, Inc. Compact vapor chamber and heat-dissipating module having the same
TWM412344U (en) * 2011-05-11 2011-09-21 Celsia Technologies Taiwan Inc Planar heat pipe having one expanded side
WO2013018667A1 (ja) 2011-08-01 2013-02-07 日本電気株式会社 冷却装置及びそれを用いた電子機器
CN103813695B (zh) * 2012-11-13 2016-08-17 台达电子工业股份有限公司 虹吸式散热装置
CN103929924A (zh) * 2013-01-11 2014-07-16 奇鋐科技股份有限公司 均温板结构
WO2014157147A1 (ja) * 2013-03-27 2014-10-02 古河電気工業株式会社 冷却装置
US9773718B2 (en) * 2013-08-07 2017-09-26 Oracle International Corporation Winged heat sink
JP6485075B2 (ja) * 2015-01-29 2019-03-20 富士通株式会社 ループヒートパイプ及びループヒートパイプの製造方法
WO2017115771A1 (ja) 2015-12-28 2017-07-06 古河電気工業株式会社 ヒートパイプ
US10349561B2 (en) * 2016-04-15 2019-07-09 Google Llc Cooling electronic devices in a data center
US10663231B2 (en) * 2016-06-08 2020-05-26 Delta Electronics, Inc. Manufacturing method of heat conducting device
JP6302116B1 (ja) * 2017-04-12 2018-03-28 古河電気工業株式会社 ヒートパイプ
US11117743B2 (en) 2017-09-28 2021-09-14 Symbotic Llc Storage and retrieval system
JP6560428B1 (ja) * 2018-11-30 2019-08-14 古河電気工業株式会社 ヒートシンク
JP6582114B1 (ja) * 2018-11-30 2019-09-25 古河電気工業株式会社 ヒートシンク
JP6782326B2 (ja) * 2019-04-17 2020-11-11 古河電気工業株式会社 ヒートシンク

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021139513A (ja) * 2020-03-02 2021-09-16 古河電気工業株式会社 熱輸送装置および熱交換ユニット
JP7433982B2 (ja) 2020-03-02 2024-02-20 古河電気工業株式会社 熱輸送装置および熱交換ユニット
JP2021190479A (ja) * 2020-05-26 2021-12-13 富士通株式会社 冷却装置
JP7452253B2 (ja) 2020-05-26 2024-03-19 富士通株式会社 冷却装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111836517A (zh) 2020-10-27
EP3761354A4 (en) 2021-06-09
CN111836517B (zh) 2021-09-21
CN212876431U (zh) 2021-04-02
US11085703B2 (en) 2021-08-10
WO2020213463A1 (ja) 2020-10-22
TWI752468B (zh) 2022-01-11
EP3761354A1 (en) 2021-01-06
TW202040082A (zh) 2020-11-01
JP2020176773A (ja) 2020-10-29
US20200400379A1 (en) 2020-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6647439B1 (ja) ヒートシンク
US10677535B1 (en) Heat sink
JP6697112B1 (ja) ヒートシンク
JP6782326B2 (ja) ヒートシンク
WO2020110972A1 (ja) ヒートシンク
WO2020213464A1 (ja) ヒートシンク
TWI722690B (zh) 散熱裝置
US10760855B2 (en) Heat sink
JP7340709B1 (ja) ヒートシンク
TW202342928A (zh) 熱傳遞裝置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190607

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20190607

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20190619

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190716

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190912

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20190930

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191202

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20191202

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20191209

C21 Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21

Effective date: 20191211

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200107

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200114

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6647439

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350