JPH06112380A - ヒートパイプ機能を備えた放熱体 - Google Patents

ヒートパイプ機能を備えた放熱体

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JPH06112380A
JPH06112380A JP4280505A JP28050592A JPH06112380A JP H06112380 A JPH06112380 A JP H06112380A JP 4280505 A JP4280505 A JP 4280505A JP 28050592 A JP28050592 A JP 28050592A JP H06112380 A JPH06112380 A JP H06112380A
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heat
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heat pipe
wick
flat plate
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Yoshio Ishida
良夫 石田
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DAIYAMONDO DENKI KK
Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
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DAIYAMONDO DENKI KK
Diamond Electric Manufacturing Co Ltd
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    • 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
    • F28D15/0266Heat-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 separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers

Abstract

(57)【要約】 【目的】 局部的に発熱密度の高い半導体装置であって
も効率よく放熱させることができるヒートパイプを提供
することを目的とする。 【構成】 容器部201と容器蓋部202により平板状容器20
を形成し、この平板状容器20の内壁のほぼ全面に内ウイ
ック32を有し、前記平板状容器20の内部の空間に減圧下
で作動液を封入したヒートパイプ機能を備えた放熱体に
おいて、前記空間の中央付近より放射状に伸びる複数の
内ウイック32を有し、前記内ウイック32の前記空間中央
付近と、前記内ウイック32と前記容器20の外縁端部の内
壁付近に作動流体の連絡路となる通路を設ける。また前
記平板状容器20の内部に形成される空間を複数個に独立
分離し、この個々の空間にそれぞれ内ウイック32を配置
してもよい。さらに前記平板状容器20の上部と外縁端部
の少なくとも一方に放熱用のフィン22を設けてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、特に発熱密度の高い
半導体装置の冷却に用いられるヒートパイプ機能を備え
た放熱体に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の半導体装置、特に集積回路はより
一層の高速動作、高密度化を実現しているが、これによ
り半導体装置自体の発熱は極めて高くなり、従来のセラ
ミックパッケージの半導体装置では電気的な性能を充分
に活用できる程度の発熱に抑えることが困難になってき
ている。
【0003】そこでこの熱を積極的に放熱する手段とし
て、例えば図8に示すように配線基板10に取り付けた半
導体装置(特に大規模集積回路、以下「LSI」と呼
ぶ)12の上面にアルミニュウム等熱伝導性の良い材質で
形成される放熱体14を密着させ、これにより前記LSI
12に発生する熱を大気中に放出している。
【0004】また前記LSI12をより効果的に放熱した
い時には、放熱体14に後述のヒートパイプを備えた放熱
体(以下「ヒートパイプ」と呼ぶ)が種々提案されてい
る。
【0005】前記ヒートパイプをLSI12に取り付けた
図を図5に、これをB−B断面で矢印方向に見た図を図
6に示す。図6に示すようにヒートパイプとは、密閉し
た銅等の熱伝導率の良い平面状容器20の内部長手方向
(場合によっては短手方向でも良い)に毛管力の大きい
ウイック24を設け、前記平面状容器20の内部に作動流体
と呼ばれる気体層と液体層に交互に変化し易い流体(例
えば水、アルコール等)を作動液注入口42を通して適量
注入させ、この後この注入口42を密閉する構造になって
いる。
【0006】この動作原理は、平面状容器20の一端の蒸
発部(受熱部)に発熱があると、内部に封入されている
作動流体が蒸発し、発生した蒸気は前記蒸発部より低温
の平面状容器20の他端の凝縮部に移動し液体に変化し、
この液体はウイック24の毛管力により蒸発部に戻され
る。この蒸発潜熱により、大量の熱がわずかの温度差し
かない一端から他端に輸送される。
【0007】なお図6に示すヒートパイプにおいては蒸
発部と凝縮部は逆の位置に配置することも可能で、設置
状態は凝縮部を上にするほど熱伝導効率が良い。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記記載
のヒートパイプでは、図5に示すようにLSI12との接
触部が線状であり、受熱面積が多くとれない。また液体
の蒸発潜熱を利用して熱輸送を行なうので、適当な平面
状容器20の断面積と長さを有しないと充分な熱輸送が行
なえないために、比較的大型のものは実用化されている
が、「従来の技術」で述べたような電気回路用の配線基
板に取り付け可能な小型のものは、期待したほどの放熱
効果は得られない。
【0009】また前記ヒートパイプでは半導体装置全体
の冷却効果は向上するが、図7に示すようなLSI12で
は、実際のチップ部(発熱部)16と配線基板10に取り付
けるための部分として設けられている発熱しない部分が
あり、この発熱密度の高い発熱部16を効率よく冷却する
ことは非常に困難である。
【0010】そこでこの発明は、ヒートパイプを小型化
しても効率的に半導体装置の冷却が行なえ、さらに局部
的に発熱密度の高い半導体装置であっても効率よく放熱
させることができるヒートパイプを提供することを目的
とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明では上記目的を達
成するために、容器部と容器蓋部により平板状容器を形
成し、この平板状容器の内壁のほぼ全面にウイックを有
し、前記平板状容器の内部の空間に減圧下で作動液を封
入したヒートパイプ機能を備えた放熱体において、前記
空間の中央付近より放射状に伸びる複数の内ウイックを
有し、前記内ウイックの前記空間中央付近と、前記内ウ
イックと前記容器の外縁端部の内壁付近に作動流体の連
絡路となる通路を設ける。
【0012】なお前記平板状容器の上面及び下面は4角
形だけでなく多角形、または円形でもよい。
【0013】別の方法として、前記平板状容器の内部に
形成される空間を複数個に独立分離し、この個々の空間
にそれぞれ内ウイックを配置することも考えられる。
【0014】また前記平板状容器の上部と外縁端部の少
なくとも一方に放熱用のフィン22を設ければさらに良好
な冷却効果が得られる。
【0015】
【作用】上記手段により、蒸気通路を大きくできること
で蒸気の圧力損失を減少すると同時に内ウイック量を任
意に増減できるためにヒートパイプの熱輸送限界を決め
るウイック内の作動液が蒸気流によって持ち去られる飛
散限界値を上げ、極めて効率の良いヒートパイプ機能構
造を有する放熱体となる。
【0016】また前記平板状容器の上部と外縁端部の少
なくとも一方に放熱用のフィン22を設ければさらに良好
な冷却効果が得られる。
【0017】
【実施例】図1は本発明の第1の実施例を示すヒートパ
イプ機能を備えた放熱体の部分的に断面を示した上面図
を、またこの図1のヒートパイプ機能を備えた放熱体の
A−A断面を矢印方向に見た断面図を図2に示す。
【0018】図1と2において、平板状容器20(本実施
例では平板状容器の上面及び下面には4角形のものを使
用しているが、これは多角形または円形でもよい)は容
器部201と容器蓋部202を溶着することにより形成され、
この平面状容器20は銅等熱伝導の良い材質で、例えば応
用されるLSI12の大きさとほぼ同等の大きさの外枠を
持つ、直方体で内部を空洞にした形状のものである。こ
の平面状容器20(直方体)の側面の内、一面が開口して
おりこの開口部より、以下で説明するウイック保持管30
と内ウイック32、強弾性ウイック34、外ウイック36が一
体挿入されている。
【0019】また平面状容器20は前記ウイック保持管30
等挿入後容器蓋部202で前記開口部が閉じられ、この接
続部(溶接部44)を溶接することにより容器部201と容
器蓋部202が溶着し一体化され、これにより容器部201と
容器蓋部202で形成される平面状容器20の内部に空間が
存在する。
【0020】さらに容器蓋部202の外側側面に設けられ
ている作動流体注入口42によりこの平面状容器20の内部
空間を減圧し適量の作動流体を封入する。以上により平
面状容器20の内部空間が完全に密閉される。
【0021】なお図1、2においては、平面状容器20の
中央に発熱密度の高い(図7に示す発熱部16)ものが配
置され、ここで発生する熱は平面状容器20の外側に向か
って放射状に放出されている。
【0022】前記ウイック保持管30と内ウイック32、強
弾性ウイック34、外ウイック36であるが、ウイック保持
管30は銅等熱伝導の良い材質で四角管または円管に成形
されており、このウイック保持管30の長手方向が内ウイ
ック32により巻かれている。ここで外ウイック36と内ウ
イック32は上下壁に密着しているほど毛細管現象により
冷却効果があり、これらを密着させる補助として強弾性
ウイック34を内ウイック32の外側に配置している。なお
この強弾性ウイック34は外ウイック36が平面状容器20の
内壁に密着できる構造のものを用いた場合は設けなくて
も良い。
【0023】平面状の内壁のほぼ全面には、銅のスクリ
ーン等からなる外ウイック36が設けられている。
【0024】図1、2に示す第1の実施例では、ウイッ
ク保持管30は平面状容器20の上面中央部を中心としてこ
の端に向かって放射上にそれぞれ4個づつ設けられ、こ
のウイック保持管30の外端部は作動流体が蒸気になりこ
れが巡回する蒸気連絡路38として、容器平面状20の外縁
端部の内壁に接触しない程度の長さになっているが、こ
の蒸気連絡路38が設けられない場合にはウイック保持管
30にこれに相当する横穴を設けることにより、これを蒸
気連絡路にすることもできる。
【0025】前記ウイック保持体30は内ウイック32の構
造によっては省略することもでき、また前記内ウイック
32の数、形状、向き、容器部201と容器蓋部202及び作動
流体注入口42の位置と形状等は任意に決定することがで
き、平面状容器20その他の部分は熱伝導の良いセラミッ
クスで作ることもできる。さらに「発明が解決しようと
する課題」で述べたLSI12のチップ部16を本発明の構
造の放熱体に埋め込むことも可能である。
【0026】前記記載の放熱体は平面に水平に取り付け
られる場合には作動流体はある一部に偏ることなく最大
の冷却効果を発揮できるが、この放熱体が様々な角度で
取り付けられる場合は、作動流体が平面状容器20のある
一部に偏ってしまい、放熱作用を低減させてしまうこと
がある。従って前記のような場合には、第2の実施例と
して図3に示す構成のヒートパイプがより大きな冷却効
果を有する。
【0027】図3は本発明の第2の実施例を示すヒート
パイプ機能を備えた放熱体の部分的に断面を示した上面
図を示す。なお本発明の第1の実施例図1、2において
説明したものと同一または相当部分については説明を省
略する。
【0028】なお図3においても図1、2と同様に平面
状容器20の中央に発熱密度の高い(図7に示す発熱部1
6)ものが配置され、ここで発生する熱は平面状容器20
の外側に向かって放射状に放出されている。
【0029】図3において平面状容器20は銅等熱伝導の
良い材質で、例えば直方体で内部を空洞にした形状のも
のである。この平面状容器20(直方体)の上面は開口し
ており、この内部は複数個(例えば4つ)の等しい大き
さ(等しくない場合もある)の空間に仕切られており、
前記開口部に容器蓋部202を溶着させることによりこの
4つの空間はそれぞれ独立して密閉される。ここで作動
流体注入口42は仕切りが交わる部分(図3では容器蓋20
2の中心部分)に4つの空間分をまとめて設けてもよい
し、4つの空間それぞれに一つづつ別々に設けることも
考えられる。この空間にはそれぞれ前記図1、2で説明
したウイック保持管30と内ウイック32、強弾性ウイック
34、外ウイック36が挿入されている。
【0030】さらに図4に示すように平面状容器20の上
部と外縁端部の両方、またはどちらかの外側にフィン22
を設ければ、さらに効率の良い冷却が得られる。
【0031】
【発明の効果】上記手段により、蒸気の圧力損失を減少
すると同時にヒートパイプの熱輸送限界を決めるウイッ
ク内の作動液が蒸気流によって持ち去られる飛散限界値
を上げ、さらに要求仕様が変わってもその都度内ウイッ
ク量を任意に増減できるために、極めて効率の良いヒー
トパイプ機能構造を有する放熱体となる。
【0032】さらに図3に示す第2の実施例の構造にす
れば、放熱体をあらゆる角度にして取り付けても、この
冷却能力は低下することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例を示すヒートパイプ機
能を備えた放熱体の部分的に断面を示した上面図である
【図2】 図1のヒートパイプ機能を備えた放熱体のA
−A断面を矢印方向に見た断面図である。
【図3】 本発明の第2の実施例を示すヒートパイプ機
能を備えた放熱体の部分的に断面を示した上面図であ
る。
【図4】 本発明の第1または第2の実施例の容器及び
容器蓋にフィンを設けたヒートパイプ機能を備えた放熱
体を側面から見た図である。
【図5】 基本的なヒートパイプの断面図である。
【図6】 図5のヒートパイプをB−B断面で矢印方向
に見た図である。
【図7】 大規模集積回路の上面図である。
【図8】 従来の放熱体を示す図である。
【符号の説明】
図において同一符号は同一、または相当部分を示す。 20 平面状容器 22 フィン 24 ウイック 30 ウイック保持管 32 内ウイック 34 強弾性ウイック 36 外ウイック 42 作動流体注入口 44 溶接部 202 容器部 204 容器蓋部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平板状容器の内壁のほぼ全面にウイック
    を有し、前記平板状容器の内部の空間に作動液を封入し
    た放熱体において、前記空間の中央付近より放射状に伸
    びる複数の内ウイックを有し、前記内ウイックの前記空
    間中央付近と、前記内ウイックと平板状容器の外縁端部
    の内壁付近に作動流体の連絡路となる通路を設けるヒー
    トパイプ機能を備えた放熱体。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の放熱体において、前記平
    板状容器の上部と外縁端部の少なくとも一方に放熱用の
    フィンを設けるヒートパイプ機能を備えた放熱体。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の平板状容器により形成さ
    れる空間を複数個に独立分離し、この個々の空間にそれ
    ぞれ内ウイックを配置する、請求項1記載のヒートパイ
    プ機能を備えた放熱体。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の放熱体において、前記平
    板状容器の上部と外縁端部の少なくとも一方に放熱用の
    フィンを設けるヒートパイプ機能を備えた放熱体。
JP4280505A 1992-09-24 1992-09-24 ヒートパイプ機能を備えた放熱体 Expired - Lifetime JPH07112032B2 (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004095684A (ja) * 2002-08-29 2004-03-25 Fujikura Ltd ヒートシンク
KR100473560B1 (ko) * 2002-11-25 2005-03-10 엘지전선 주식회사 고발열 전자장비용 열확산기
US7032652B2 (en) * 2004-07-06 2006-04-25 Augux Co., Ltd. Structure of heat conductive plate
CN1314112C (zh) * 2004-01-08 2007-05-02 杨洪武 发热电子元件的热管散热器
US7832462B2 (en) * 2008-03-31 2010-11-16 Alcatel-Lucent Usa Inc. Thermal energy transfer device

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