JPH0648712B2 - ヒートパイプ装置 - Google Patents

ヒートパイプ装置

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JPH0648712B2
JPH0648712B2 JP2405880A JP40588090A JPH0648712B2 JP H0648712 B2 JPH0648712 B2 JP H0648712B2 JP 2405880 A JP2405880 A JP 2405880A JP 40588090 A JP40588090 A JP 40588090A JP H0648712 B2 JPH0648712 B2 JP H0648712B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は集積回路を冷却するヒー
トパイプに関する。本発明は、さらに特定すると、黒鉛
繊維を含む複合材料を半球体に近似した形状で使用する
ヒートパイプに関する。
【０００２】
【従来技術】図１を参照すると、従来技術のヒートパイ
プの横断面図を示してある。ヒートパイプ１０を集積回
路の冷却に使用することはよく知られている。ヒートパ
イプ１０の本質は集積回路から発生した熱を蒸気に変え
て、熱源から迅速に取り去ることができるように蒸発器
を出力の高い集積回路に近接して設けることである。
【０００３】ヒートパイプ１０は、基本的には、二つの
領域、すなわち、凝縮器１１と、蒸発器１２とからなっ
ている。蒸発器１２は集積回路１３（以下、しばしば、
「ダイ１３」と呼ぶ）に隣接するかまたはその上に配置
されている。ダイ１３と蒸発器１２との間には、熱分散
器１４がしばしば配置される。熱分散器１４は銅（Ｃ
ｕ）、モリブデン、セラミックまたはその他の材料で構
成することができ、そしてダイ１３から発生した熱が蒸
発器１２と接触する表面積を増大させる作用をする。
【０００４】蒸発器１２内には、流体１６が充填されて
いる。熱はダイ１３から蒸発器１２に伝播して、流体１
６を加熱して、流体１６を沸騰させる。液体から蒸気へ
の相変化には、熱エネルギが必要であるので、沸騰する
流体は熱を吸収する。流体の蒸気は熱源（ダイ１３）か
ら離れてヒートパイプ１０を通して上方に運ばれる。こ
の蒸気は熱を凝縮器１１に伝達する。凝縮器１１におい
ては、熱がヒートパイプフィン１７に伝達され、そして
ヒートパイプフィンから周囲の環境に放出される。蒸気
は凝縮器１１内で凝縮し、そして凝縮した液体は蒸発器
１２に流れもどり、蒸発器１２において、液体を再び沸
騰させることができ、それによりこのプロセスを繰り返
す。
【０００５】熱を取り去るために蒸気を使用するヒート
パイプ１０の構成は、蒸気内の質量輸送による熱伝達が
固体内の熱伝導よりも効率的であるので、使用されてい
る。もしもヒートパイプ１０が、例えば、中空であるか
わりに中実のＣu で製造されれば、熱は限られた距離を
経てＣu に伝播し、それ以上遠くには伝播しない。その
結果、熱源１３がさらに高温になり、これは望ましくな
い。
【０００６】また、ヒートパイプ１０は灯心１８を備え
ていてもよい。灯心１８は、通常、凝縮した流体を凝縮
器１１から蒸発器１２に毛管作用により移動するＣu ま
たはあるその他の材料で製造された織マットである。灯
心１８を使用することにより、ヒートパイプ１０を重力
に対して任意の位置に配置することが可能になる。表面
張力の作用により、凝縮した流体が灯心１８に沿って灯
心１８が乾燥している箇所に向かって運ばれ、それによ
り流体を蒸発器１２にもどし、蒸発器１２において、流
体を再び沸騰させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この従来技術の構成に
はいくつかの欠点がある。一つの欠点は熱が蒸発器の表
面１２ａから流体１６に伝達される率である。この熱伝
達率は蒸発器の表面１２ａの表面積の関数である。表面
積が大きい程、熱交換率が大きくなる。熱分散器１４お
よびフィン付き蒸発器は、ダイ１３からの熱を受けとる
発器の表面１２ａの面積を効果的に増大させるために使
用されているけれども、熱伝達を効率的に行う場合の有
効性が限られている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明の一
つの目的は、蒸発器の表面積を増大させたヒートパイプ
を提供することにある。
【０００９】本発明の別の一つの目的は、複合黒鉛材料
で製造され、そしてそれによりこの材料の特性を利用す
る蒸発器を有するヒートパイプを提供することにある。
【００１０】本発明のさらに別の一つの目的は、集積回
路を冷却するためにさらに効率的な形状の蒸発器を有す
るヒートパイプであって、蒸発器の形状が半球体に近似
したヒートパイプを提供することにある。
【００１１】これらの目的および関連した目的は、この
明細書に開示した新規の複合黒鉛製のヒートパイプ装置
および方法を使用するこにより達成することができる。
本発明による複合黒鉛製ヒートパイプは、複合黒鉛金属
材料で製造されかつ全般的に半球体の形状を有する蒸発
器を有するヒートパイプを備えている。このような蒸発
器を製造する二つの方法は、（１）複数本の複合黒鉛繊
維を束ね、そして接着することと、（２）複数個の黒鉛
繊維製マットを構成し、そしてこれらのマットを中心点
のまわりに圧縮することとを含む。いずれの方法におい
ても、複合黒鉛材料は全般的に半球体状の外面を有する
ように構成されている。全般的に半球体状の外面を有し
かつ黒鉛を使用しないで金属、例えば、Ｃu で製造され
た蒸発器もまた開示してある。
【００１２】本発明の前記の目的および関連した目的、
利点ならびに特徴の達成は、当業者には、添付図面と共
に、本発明の以下のさらに詳細な説明を参照することに
よりさらに容易に明らかになろう。
【００１３】
【実施例】図２を参照すると、好ましい実施例のヒート
パイプ３０の横断面図を示してある。最近、極めて高い
軸方向熱伝導率を有する黒鉛繊維が利用されるようにな
った。アモコ (Amoco)およびデュポン (DuPont)の両社
がこれらのピッチを基材とした繊維を製造する技術を有
している。その一例はＣu の熱伝導率の３倍である１１
００ｗ／ｍ−ｋの熱伝導率を有するAmoco Ｐ−１３０Ｘ
材料である。これらの黒鉛繊維は平面膨脹係数が低くか
つ熱伝導率が高い金属マトリックス複合材料を製造する
ために使用されている。アルミニウムおよび銅は、両方
共、好適なマトリックス材料であるが、その他の材料も
使用することができる。この明細書に使用した「複合黒
鉛」なる用語は、特に記載しないかぎり、複合黒鉛金属
を意味するものである。
【００１４】この好ましい実施例においては、Ｃu でコ
ーティングされた黒鉛繊維からなる複合黒鉛繊維が使用
されている。銅めっきされた黒鉛繊維は熱間均衡プレス
（hot isostatic pressing) または拡散接合を使用して
接合することができる。これらの複合繊維においては、
Ｃu の接合強度および比較的に良好な熱特性と共に、黒
鉛の優れた軸方向熱伝導率が得られる。これらの繊維は
蒸発器の表面を理想的な形状に形成するために、以下に
記載するように、さらに形削りされる。
【００１５】もしも特定の装置を冷却することが所望さ
れれば、その特定の装置を冷却するための蒸発器の理想
的な表面は「タンポポ等の冠毛のある頭部 (fazzy bal
l) に似た表面形状を有する球形である。集積回路は平
面状の形状を有し、そしてその一方の側が回路板に隣接
して配置されるので、蒸発器の理想的な表面形状は半球
形である。したがって、これらの繊維は、この形状にす
るために、繊維の束（図2 ）としてまたはマット（図
３）として構成される。
【００１６】複合繊維３１は、この所望の形状に構成す
るために、束（複合繊維が見分けのつかない繊維の集合
であるので、すべてを符号３１で示した）にまとめられ
る。複合繊維３１は「トウ」の形態にまとめられまたは
束ねることができる。トウは、一つのトウについて、し
ばしば１０００ないし２０００本の繊維を含むような多
数の繊維の集合である。また、これらのトウは、しばし
ば、ヤーンと呼ばれているが、束ねかつ編組することが
できる。複合繊維３１は蒸発器３３のダイ取付けプラッ
トホーム３４と連結される。連結方法は、はんだ付け、
融着またはプレス等の操作を含む。所望される結果は、
連結方法とは関係無く、熱を複合繊維３１中に直接に伝
達することである。
【００１７】蒸発器を適切な形状に構成するためのさら
に特定的な方法は、繊維３１の束を取り、そして繊維３
１を短い領域内でそれらの中点において一緒に接着させ
ることである。その後、これらの接着された繊維の束３
１は分割されて、２個の「ひげそり用ブラシ」状の繊維
の束が形成される。その後、１個のびげそり用ブラシ状
の束（分割された繊維の束３１）はダイ取付けプラット
ホーム３４に接着される。ダイ取付けプラットホーム３
４は機械加工され、そして／またはめっきされて、実際
の取付けプラットホームが形成される。次に、凝縮器組
立体３７が取り付けられ、そして組立体全体が清掃され
る。その後、ポンプアウト、すなわち、ヒートパイプを
真空で掃除し、そして大気ガスを蒸発させる操作および
流体の充填が行なわれて、ヒートパイプ３０の組立てが
完了する。繊維３１を固化させる別の方法は、繊維３１
のまわりに金属製のカラーをスエージ加工しまたは圧延
して閉じ込められたプラグを製造するような手段を含
む。有機セメントまたは無機セメント内に黒鉛繊維を注
封することも可能である。
【００１８】このような複合黒鉛製ヒートパイプ３０
は、さらに慣用されている構体と比していくつかの利点
を有している。複合黒鉛繊維の軸方向の熱伝導率が高い
ために、有効表面積を極めて大きく増大させることがで
きる。複合繊維がダイ取付けプラットホームから離れる
ときに、該複合繊維は三次元方向にほぼ半球体の形状に
広がり、この半球体状の広がりは単なる平面状の広がり
よりも効果的である。そのうえ、もしもこれらの繊維が
固化前にヤーンの束の形態に織られるとすれば、迷路が
形成され、それにより壁部における過熱を少なくして、
高い熱流束を発生可能にする多数の核形成部位が得られ
る。
【００１９】また、蒸発器３７中に延びるために十分に
長い繊維３１を設けて、それにより灯心３９を構成する
こともできる。灯心の繊維３９は蒸発器の性能のために
必要な繊維よりも長く、そして延長した部分は凝縮器３
７の領域の壁部上に保持されている。このように構成す
ることにより、ヒートパイプ３０を任意の向きに操作す
ることが可能になる。この場合には、繊維の束３１およ
び灯心３９は熱を排出するための表面積を拡大する一次
的な機能と、凝縮した流体を凝縮器３３にもどす二次的
な機能とを有している。
【００２０】そのうえ、複合繊維をダイ取付けプラット
ホーム３４の付近に付け加えて、繊維の束３１に対して
直角に配置することができよう。これらの付加的な繊維
を設けることにより、平面膨脹係数を減少させ、ダイの
応力を減少させ、そしてある程度の平面状の熱の広がり
を高めることができる。
【００２１】さらに慣用の材料で製造されたこの設計の
ヒートパイプには、いくつかのその他の利点がある。例
えば、銅線のはんだ付けされた列の構成は、プレスし、
そして融着させまたははんだ付けして、包装された六角
形の組立体に形成することができよう。これらの構成の
ような変型は本発明の範囲内にある。
【００２２】図３を参照すると、好ましい実施例の別の
型式のヒートパイプ５０の横断面図を示してある。ヒー
トパイプ５０は、蒸発器５３が個々のまたは束ねた複合
黒鉛繊維３１のかわりに複合黒鉛マットで製造されてい
ることを除いて、（図２の）ヒートパイプ３０と基本的
には同じである。前述したＣu でコーティングされた黒
鉛繊維はマトリックス５１（以下、「マット５１」と呼
ぶ）に織ることができる。マットは一つのマットが別の
マットの上に置かれるように交互に配置されてマットの
積重ね体が形成される。テイッシューの束の中央部に圧
力を加えてテイッシューの端縁を上方に移動させる方法
と全く同じ方法でマットの積重ね体の中心部に大きい力
を加えて、マットの端縁を強制的に上方に曲げ、それに
より積重ね体を半球体に似た形状に形成するために、
「Ｃ字形の」クランプ５５が使用される。Ｃ字形クラン
プ５５により拘束されたマットの積重ね体は炉内に配置
され、そして恒久的に一緒に融着せしめられる。Ｃ字形
のクランプ５５が取り外されたときに、マットは圧縮さ
れた状態に保たれる。この積重ね体を形成する別の方法
は、黒鉛の層およびＣu 箔の層を交互に設けて積重ね体
を形成することである。その後、この積重ね体は圧縮さ
れ、そして前述したように融着せしめられる。
【００２３】マット５１は、繊維３１がダイ取付けプラ
ットホーム３４と連結される態様と全く同様に、ダイ取
付け領域５４と連結される。蒸発器５３が同じダイ取付
け領域３４を構成している。蒸発器５３により、図２に
ついて前述したように、同じ利点および便宜が得られ
る。マットを使用することにより得られる一つの付加的
な利点は、マットの中央部（すなわち、圧縮された領
域）の膨脹係数が(1) シリコンの膨脹係数とさらに対等
に匹敵し、かつ(2) マット５１が個々の繊維とさらに同
様な挙動を行うように設計することができることであ
る。
【００２４】上記の両方の技術により、蒸発器の表面積
を著しく増大して、それにより核形成部位の数を増大さ
せる「多孔性の」タンポポの冠毛のある頭部のような形
状の構造体が効果的に構成される。集積回路から熱が取
り去られる割合もまた高められる。
【００２５】本発明の特定の実施例に関する上記の説明
は例示および説明の目的のために記載したものである。
これらの実施例は本発明を網羅しまたは開示した形態に
正確に限定することを意図したものではなく、上記の教
旨に基づいて多くの変型および変更を実施することがで
きることは明らかである。これらの実施例は本発明の原
理およびその実際の応用を最良に説明して、それにより
当業者が本発明ならびに企図された特定の用途に適合す
るように種々の変更を施した種々の実施例を最良に利用
できるようにするために選択しかつ記載したものであ
る。本発明の範囲は特許請求の範囲およびそれらと同等
の事項により規定されるように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のヒートパイプの横断面図である。
【図２】本発明の好ましい実施例のヒートパイプの横断
面図である。
【図３】好ましい実施例の別の型式のヒートパイプの横
断面図である。
【符号の説明】
３０ ヒートパイプ ３１ 複合黒鉛繊維 ３３ 蒸発器 ３４ ダイ取付けプラットホーム ３７ 凝縮器 ３９ 灯心 ５０ ヒートパイプ ５１ マット（マトリックス） ５３ 蒸発器 ５５ Ｃ字形のクランプ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 取付け面を有する流体溜め部材と、前記
    取付け面と連結されかつ前記取付け面から熱を取り去る
    ように伝導するための半球体に近似した形状を有する蒸
    発器手段とを備えたヒートパイプ装置。
  2. 【請求項２】 取付け面を有する流体溜めと、前記取付
    け面と連結されかつ前記取付け面から熱を放散させるた
    めの半球体の形状に近似するように構成された複合黒鉛
    製蒸発器手段とを備えたヒートパイプ用の蒸発器装置。
  3. 【請求項３】 蒸発器と連結された凝縮器を備え、前記
    蒸発器は集積回路に極めて近接して配置されており、さ
    らに、外面を有する前記蒸発器内の複合黒鉛材料を備
    え、前記外面上の諸点が前記集積回路からほぼ等しい距
    離を有するように構成された、集積回路を冷却するヒー
    トパイプ装置。
  4. 【請求項４】 半球体の形状に近似した蒸発器を形成す
    るように複合黒鉛材料を構成する諸工程を含むヒートパ
    イプ用の蒸発器を製造する方法。
  5. 【請求項５】 黒鉛金属複合材料を含む複数個のマット
    を圧縮して該マットをほぼ半球体の形状に形成し、前記
    のほぼ半球体の形状に形成された前記マットを融着させ
    て前記形状を維持し、そして前記の融着したマットを蒸
    発器の表面に取り付ける諸工程を含むヒートパイプ用の
    蒸発器を製造する方法。
  6. 【請求項６】 複数個の黒鉛金属複合繊維を複数個の束
    に形成し、前記束を半球体に近似した形状に形成し、そ
    して前記のほぼ半球体の形状に形成された前記束を蒸発
    器の表面に融着させる諸工程を含むヒートパイプ用蒸発
    器を製造する方法。
JP2405880A 1989-12-29 1990-12-25 ヒートパイプ装置 Expired - Lifetime JPH0648712B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US458592 1989-12-29
US07/458,592 US4966226A (en) 1989-12-29 1989-12-29 Composite graphite heat pipe apparatus and method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04251966A JPH04251966A (ja) 1992-09-08
JPH0648712B2 true JPH0648712B2 (ja) 1994-06-22

Family

ID=23821380

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2405880A Expired - Lifetime JPH0648712B2 (ja) 1989-12-29 1990-12-25 ヒートパイプ装置

Country Status (5)

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