JPH0444352A - ヒートパイプ式電子部品冷却器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は例えばＬＳＩやパワートランジスタ等の電子部
品から発生する熱を冷却するためのヒートパイプ式電子
部品冷却器に関する。

〔従来の技術〕

従来、電子部品としてのＬＳＩはセラミック製のパッケ
ージ内に収納され耐熱性、耐衝撃性等に対して対策が施
されている。すなわち、第５図に示すようにセラミック
パッケージ１０１の空間部１０２にＬＳＩ本体１０３を
収納している。

しかし、セラミックは熱伝導率が低く、ＬＳＩ本体１０
３とケース面である上蓋１０１８間の熱抵抗は３℃／Ｗ
である。ここで、熱抵抗Ｒはθ／Ｑで表され、θは温度
差（”Ｃ）　、Ｑは発熱量（Ｗ）である。したがって、
パッケージ１０１内のＬＳＩ本体１０３の加熱に対し上
蓋１０１Ｂ、つまりパッケージ１０１表面の温度が上昇
しない傾向にある。このため、パッケージ１０１からの
直接放熱量が少なく、ＬＳＩ本体１０３の実装密度に限
界かあると共に、ＬＳＩ本体１０３の過熱事故か多く、
信頼性が低いという問題点かある。

これらの問題点を解決する手段として、第６図に示すよ
うにセラミックパッケージ］０１の上蓋１０１ａを金属
材料（Ｃｕ−Ｗ合金等）とし、その−側をパッケージ外
側面とすると共にその他側の一部をＬＳＩ本体１０３に
接触するように下方に突出させることで、上記金属の熱
伝導率の大きいことを利用してセラミックパッケージ１
０１の放熱効果を増加させることか実施されている。こ
の場合、ＬＳＩ本体１０３とケース面としての上蓋１０
１ａ間の熱抵抗は１．５℃／Ｗとなる。

また、第７図に示すように、作動液の封入されたケース
１１０の密封空間内にトランジスタチップ１１１を収納
し、ケース１１０の内壁及びトランジスタチップ１１１
表面にウィック１１２を形成すると共に、トランジスタ
チップ１１１を熱源とする蒸発部としている。（ＥＬＥ
ＣＴＲＯＮＩＣＰＡＣＫＩＮＧａｎｄ　ＰＲＯＤＵＣＴ
ｌＯＮ、１２７頁　１９７８年１１月号参照）〔発明か
解決しようとする課題〕 ところで、第６図に示すようにセラミックパッケージの
一部を金属とした場合には、セラミックパッケージの熱
抵抗の低減に大きな効果が得られるものの、ＬＳＩの高
密度化、小型化か進む現在、−段と熱抵抗を低減させ且
つ放熱能力を高める電子部品冷却手段か要求されている
。

また、第７図に示す従来例において、ケース１１０は保
護用として厚く形成されているため、蒸発部からの蒸気
を受ける凝縮部の熱抵抗は同等考慮されていないことに
なる。

そこで、本発明は上記事情を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、パッケージの熱抵抗を低減さ
せ且つ放熱効果の向上を図ると共に、電子部品の高密度
化を達成し得るヒートパイプ式電子部品冷却器を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明にあっては、作動
液の封入されたパッケージの密封空間内に固定装着され
た電子部品を熱源とする蒸発部とし、この蒸発部からの
蒸気を受けるパッケージの内壁部分を凝縮部とすること
を特徴とする。

また、凝縮部は薄いセラミック材料とすることか望まし
く、そして凝縮部はその一部を金属材料とすることもて
きる。

さらに、バノケ〜ンを垂直配置し、電子部品の表面にウ
ィフクを形成してもよい。

〔作　　用〕

上記の構成を有する本発明においては、電子部品を作動
させると発熱し、この電子部品の発熱は蒸発部から作動
液の蒸発により潜熱として奪われる。次いて、蒸発部か
らの蒸気は熱抵抗の小さい凝縮部で放熱し凝縮する。凝
縮した作動液はウィック効果により再度蒸発部に還流す
る。このような熱輸送効果によって、電子部品とパッケ
ージ間の熱抵抗を低下させることができる。ここで、凝
縮部は薄いセラミック材料としたり、その一部を金属材
料とすることで、放熱効果が一段と向上する。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図に本発明の第１実施例によるヒートパイプ式電子部品
冷却器を示す。同図に示すように、電子部品冷却器１は
セラミックパッケージ２に形成した密封空間部４を利用
し、ヒートパイプ構造としている。セラミックパッケー
ジ２は３０〜５０１１１ｍ角で、厚さ５ＩＩＩＩｌの寸
法てあり、上部に段付きの凹陥部３か形成されている。

また、電子部品としてのＬＳ１本体５はセラミンクパッ
ケージ２の段付きの凹陥部３底而に固定装着され、本実
施例においてＬＳ１本体５は１０ｍ＋ｓ角のものか使用
されている。

そして、ＬＳ１本体５の表面及びその周囲の凹陥部３に
沿ってアルミナ等のセラミック材料をフェルト状或いは
メツシュ状の多孔質物質としたウィック６ａか設けられ
、このウィック６ａがヒートパイプ作動液を保持しつつ
、作動液の蒸発部６となっている。セラミックパッケー
ジ２の上面には同様にセラミックからなる上蓋２ａが蒸
発部６と対向して固着され、この上蓋２ａと凹陥部３と
により密封空間部４が形成される。上蓋２ａはその全体
をパッケージ２と同様の材質であるセラミック材料の薄
板で造り、この上蓋２ａが作動液を凝縮する凝縮部７と
なる。

さらに、セラミックパッケージ２の側部には密封空間部
４に通ずるノズル部８が取付けられ、このノズル部８を
通し非凝縮性ガスの吸引排気を行って密封空間部４を真
空にし、作動液を注入した後、ノズル部８を封止する。

ここで、作動液としては電気絶縁性能を有する例えば純
水やフロン等が選定される。密封空間部４は１０−３〜
１Ｏ−５ｔｏｒｒの真空状態となっているため、作動液
の大気圧沸点より低い温度、例えば純水の場合、５０℃
でも十分に沸騰することが可能となる。

以上のように構成された電子部品冷却器１を製造するに
は、セラミックパッケージ２の凹陥部３底面に固定装着
されたＬＳＩ本体５に対し、その表面及びその周囲の凹
陥部３に沿って多孔質物質からなるウィック６ａを装着
し、次いでノズル部８を通して非凝縮性ガスの吸引排気
を行って密封空間部４を真空にし、作動液を注入した後
、ノズル部８を封止することによって、セラミックパッ
ケージ２がヒートパイプ構造となる。

次に、本実施例の作用を説明する。

ＬＳＩ本体５を基板に実装し、このＬＳＩ本体５を作動
させると発熱する。ＬＳＩ本体５の発熱は蒸発部６から
作動液の蒸発により潜熱として奪われる。次いて、蒸発
した作動液は蒸発部６に対向して設けられた凝縮部７で
放熱し凝縮する。凝縮した作動液は多孔質物質からなる
ウィック６ａによるウィック効果により再度蒸発部６に
還流する。このようにセラミックパッケージ２内におい
ては、作動液が蒸発及び凝縮を繰り返し行いつつ循環流
動することによりその潜熱として熱輸送を行うから、Ｌ
ＳＩ本体５とセラミックパッケージ２間の熱抵抗を０．
５℃／Ｗ程度と低下させることが可能となる。

このように本実施例によれば、凝縮部である上蓋２ａが
薄いセラミック材料からなるので、高い放熱効果か得ら
れる。

次に、本発明の第２実施例によるヒートパイプ式電子部
品冷却器を第２図に示す。前記実施例と同一の部分には
同一の符号を付して説明する。この実施例では上蓋２ａ
がその中央部からセラミックパッケージ２の上部接触部
近傍までをＣｕ−Ｗ合金等の金属部７ａとして熱伝導率
を高めるようにしている。この金属部７ａが作動液を凝
縮する凝縮部７となる。

このように本実施例によれば、上蓋２ａをその中央部か
らセラミックパッケージ２の上部接触部近傍まて金−属
材料（Ｃｕ−Ｗ合金等）として熱伝導率を高めるように
したので、ヒートパイプ原理と同様の熱輸送効果と相俟
って、熱抵抗を著るしく低下させることができる。その
他の構成及び作用は前記実施例と同一であるのでその説
明を省略する。ここで、本実施例においては上蓋２ａ全
体を金属材料（Ｃｕ−Ｗ合金等）としてもよく、この場
合も同様の効果を有する。

尚、上記第１、第２実施例では、蒸発部６にウィック６
ａを設けたか、構造上、液相の作動流体を重力によって
還流するサーモサイホンとして使用でき、その結果ウィ
ック６ａを省くこともてきる。

また、上記第２実施例において、セラミックパッケージ
２の上蓋２ａに部分的に設は乙金属材料としてＣｕ−Ｗ
合金を選定したか、これに限らす、他の熱伝導率の高い
アルミニウム合金やＦｅＮｉ合金等の金属材料を用いる
ことかできる。

第３図は本発明の第３実施例によるヒートパイプ式電子
部品冷却器を示し、同図において、電子部品冷却器１０
はセラミックパッケージ１２を垂直に配置し、セラミッ
クパッケージ１２は内部に段付きの凹陥部１３か形成さ
れ、この凹陥部１３に電子部品としてのＬＳＩ本体１５
を固定装着している。そして、ＬＳＩ本体１５の表面に
は焼結金属やセラミックフェルト等からなるウィック１
６ａが形成され、このウィック１６ａがヒートパイプ作
動液を保持しつつ、作動液の蒸発部１６となっている。

また、セラミックパッケージ１２にはセラミックからな
る側蓋１２ａが固着され、側蓋１２ａと凹陥部１３とに
より密封空間部１４が形成される。

側蓋１２ａの内面には複数のなめらかな曲線状溝を形成
して表面積を大きくし、蒸発した作動液を凝縮し易くし
、かつ内面から分離し易くしている。

そして、側蓋１．２　ａの外面にはＣｕ、Ｔｉ製のメタ
ライズ層１７を介してＣｕ、Ａ１等の金属からなるフィ
ン形状の放熱部１８が設けられている。

このように本実施例によれば、側蓋１２ａの内面に複数
の溝を形成すると共に、その外面にメタライズ層１７を
介して放熱部１８を設けたから、凝縮部となる側蓋１２
Ｈの放熱効果を大幅に高めることができる。その他の構
成及び作用は前記実施例と同一であるのでその説明を省
略する。

第４図は本発明の第４実施例によるヒートパイプ式電子
部品冷却器を示し、前記第３実施例と同一の部分には同
一の符号を付して説明する。この実施例では、セラミッ
クパッケージ１２の凹陥部１３全体にウィック１６ａか
形成され、このウィック１６ａにＬＳ１本体１５から側
蓋１２ａに通ずる複数の円孔を穿設することによって、
この円孔内を密封空間部１４としている。したがって、
本実施例でも第３実施例と同様の放熱効果が得られる。

その他の構成及び作用は前記第３実施例と同一であるの
でその説明を省略する。

尚、上記各実施例では電子部品としてＬＳＩを用いて説
明したが、本発明はパワートランジスタ等のように、作
動させることによって熱を発生し、発熱体が密封空間を
有するパッケージ内に収納される電子部品であれば、い
かなるものでも適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、パッケージ内部
に形成した密封空間部をヒートパイプ構造としたので、
電子部品とパッケージ間の熱抵抗を極めて小さくするこ
とができる。これにより、電子部品の高密度の実装が図
れ、コンパクトなパッケージに高性能な電子部品を収納
することができる。また、外部に接続するヒートシンク
の放熱能力を高めることかでき、コンパクトなヒートシ
ンクの設ま１か可能となる。

さらに、パッケージ内部は完全密封構造となっているこ
とから、パッケージ自体をヒートパイプ構造表するため
の特別な改造を必要としない。その結果、加工工数を極
端に増加させることなく製造することかできるという効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るヒートパイプ式電子部品冷却器の
第１実施例を示す縦断面図、 第２図は第２実施例のビートパイプ式電子部品冷却器を
示す縦断面図、 第３図は第３実施例のヒートパイプ式電子部品冷却器を
示す縦断面図、 第４図は第４実施例のヒートパイプ式電子部品冷却器を
示す縦断面図、 第５図は従来の電子部品冷却器を示す縦断面図、第６図
は従来の他の電子部品冷却器を示す縦断面図、 第７図は従来のさらに他の電子部品冷却器を示す縦断面
図である。 １・・電子部品冷却器、 ２・セラミックパッケージ、３・　凹陥部、４・密封空
間部、５−ＬＳＩ本体（電子部品）６・蒸発部、　　６
ａ・ウィック、 ７・凝縮部、　　７ａ・金属部、 ８・　ノズル部。 出願人代理人　　藤　　本　　博　　光第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、作動液の封入されたパッケージの密封空間内に固定
   装着された電子部品を熱源とする蒸発部とし、この蒸発
   部からの蒸気を受けるパッケージの内壁部分を凝縮部と
   することを特徴とするヒートパイプ式電子部品冷却器。 ２、凝縮部は薄いセラミック材料よりなる請求項１記載
   のヒートパイプ式電子部品冷却器。 ３、凝縮部はその一部を金属材料とした請求項１又は２
   記載のヒートパイプ式電子部品冷却器。 ４、パッケージを垂直配置し、電子部品の表面にウィッ
   クを形成してなる請求項１記載のヒートパイプ式電子部
   品冷却器。