JPH07104110B2 - 放熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、半導体集積回路パッケージなどの電子部品
の熱を大気中に放散させるための放熱装置に関するもの
である。

［従来の技術および発明が解決しようとする課題］ コンピュータ等の電子装置用集積回路では、近年ますま
す高速応答性および高集積化が要求されている。それに
伴い、集積回路の消費電力密度が増大し、電子部品の動
作時の温度も高くなってきている。そのため、電子部品
を冷却するために、ヒートシンクなどの放熱装置が使用
されている。

第１図は、半導体集積回路パッケージ１の上に載せられ
た従来の放熱装置２を図示している。放熱装置２は、半
導体集積回路パッケージ１の上面に面接触する薄い直方
体形状のベースプレート３と、放熱装置の表面積を増大
させるためにベースプレート３の上面に立てられた多数
のピン４とを備える。放熱装置２の材質は典型的にはア
ルミニウムである。半導体集積回路パッケージ１の熱は
放熱装置２に伝達され、放熱装置２の表面から大気中に
放散される。

第２図は、従来のフィンタイプの放熱装置５を図示して
いる。この放熱装置５は、半導体集積回路パッケージの
上面に面接触する円形のベースプレート６と、放熱装置
の表面積を増大させるためにベースプレート６の上面に
立てられた複数のフィン７とを備える。このタイプの放
熱装置５の材質も、典型的には、アルミニウムである。

第１図および第２図に示したような従来の放熱装置で
は、その表面積を増加させることによって放熱効果を高
めるようにしているが、高速応答性および高集積化が要
求されている近年の電子部品に対しては、満足すべき成
果を上げていない。

電子部品を冷却する放熱装置の他の例として、ヒートパ
イプが知られている。ヒートパイプは、パイプの両端を
閉じて作った密閉容器の内部を減圧し、作動流体と呼ば
れる水やアルコールなどの熱媒体を少量封入することに
よって得られる。ヒートパイプの加熱部分では液体が蒸
気となり、この蒸気は加熱部分から離れたところに移動
してそこで放熱して液体となる。この液体は、毛細管現
象により加熱部に戻る。この作用の繰返しで熱を加熱部
より放熱部に伝える。

半導体集積回路パッケージなどの電子部品を冷却するた
めに、電子部品の上面にヒートパイプが載せられる。ヒ
ートパイプは、電子部品と線状に接触するため、電子部
品からヒートパイプへの熱伝達効率の点で劣る。

偏平な形態を有するヒートパイプも知られているが、そ
のようなヒートパイプであっても、受熱面は完全な平面
ではなく、湾曲面または凹凸面となっている。そのた
め、偏平な形態のヒートタイプにおいても、熱部品から
ヒートパイプへの熱伝達効率の点で劣る。

ヒートパイプの放熱効果を高めるために、ヒートパイプ
の放熱部にフィンを取り付けることが知られている。典
型的には、その外面に多数のフィンを備えるスリーブを
作成し、このスリーブをヒートパイプの放熱部に取り付
ける。フィン付スリーブは、たとえば接着剤を用いてヒ
ートパイプの放熱部上に接着固定される。他の取り付け
法として、フィン付スリーブ内にヒートパイプを圧入固
定することも行なわれている。

接着剤を用いてフィン付スリーブとヒートパイプとを接
着固定した場合、接着剤のところで熱伝達損失が生じ
る。フィン付スリーブ内にヒートパイプを圧入した場
合、スリーブとヒートパイプとの間に微小な隙間が生じ
ることが避けられず、そのためこの微小隙間のところで
熱伝達損失が生じる。

この発明の目的は、従来の放熱装置よりも優れた放熱特
性を有する放熱装置を提供することである。

この発明の他の目的は、ヒートパイプと同様な機能を有
し、かつ電子部品からの受熱面積を大きくした放熱装置
を提供することである。

この発明のさらに他の目的、熱伝達損失の生じないフィ
ン構造の放熱装置を提供することである。

［課題を解決するための手段および作用効果］ この発明に従った放熱装置は、容器本体とキャップとを
備える。容器本体は、受熱部となる平らな底壁と、底壁
の縁から上方に延びる直立壁とを有する。キャップは、
容器本体の直立壁の上端部に配置されて、容器本体の内
部空間を気密封止する。容器本体の内部空間には、蒸発
と凝縮とを繰返す熱媒体としての作動流体が適量入れら
れている。容器本体は、底壁の内面と直立壁の内面とが
交わるコーナ部全域にわたって形成されたループ溝と、
ループ溝に交差するように底壁の内面上に形成された複
数個の水平溝と、ループ溝に交差するように直立壁の内
面上に形成された複数個の垂直溝とを有する。

容器本体の底壁は、電子部品の上面に面接触する。した
がって、電子部品からの熱は効率よく底壁に伝達され
る。底壁上の液相状態の作動流体は、底壁からの熱伝導
によって蒸発する。

蒸気となった作動流体は、放熱部、すなわちキャップの
部分で放熱して液体となる。液体の大部分は、直立壁の
垂直溝、およびループ溝を通って底壁にまで戻る。底壁
には複数の水平溝が形成されているので、液体は水平溝
に沿って底壁全体に広がり、再度加熱されて蒸発する。
液体が直立壁の垂直溝を通って底壁にまで戻る間、この
液体は直立壁から熱を奪う。このような作動流体の蒸発
および凝縮の繰返しによって放熱装置の放熱効果を高め
る。

直立壁の内面全体にわたって多数の垂直溝を設ければ、
凝縮した液体が垂直溝を通るとき直立壁全体から効率的
に熱を奪う。また、底壁部内面の全体にわたって多数の
水平溝を設ければ、直立壁の垂直溝を通って戻ってきた
液体は底壁内面の全体にわたって広がり、効率的に底壁
によって加熱される。ループ溝は、垂直溝と水平溝とを
連絡するように形成されているので、液体の流れは効率
的に分散される。

放熱装置は、通常、その底壁が水平面内に位置するよう
に設置される。ところが、設置場所によっては、放熱装
置の底壁が水平面に対して傾斜した角度、あるいは垂直
の角度に位置することがある。その場合であっても、本
願発明の放熱装置では、作動流体としての液体は、毛細
管現象によって水平溝に沿って上昇する。したがって、
水平溝が底壁内面の全域にわたって形成されているなら
ば、底壁が水平面に対して斜めまたは垂直に位置する場
合であっても、作動流体としての液体は底壁内面の全域
に行き渡る。

好ましい実施例では、キャップは、その外面上に複数個
の放熱フィンを備える。放熱フィンを備えることによっ
てキャップの放熱面積は増大し、放熱効果が高まる。

さらに好ましい実施例では、キャップは、その内面上に
複数個の吸熱フィンを備える。吸熱フィンを備えること
によって、キャップの吸熱面積は増大する。したがっ
て、容器本体内の蒸気の熱は効率的にキャップに伝達さ
れる。

［実施例］ 第３図〜第６図に示すこの発明の一実施例である放熱装
置10は、容器本体20と、キャップ30とを備える。容器本
体20は、受熱部となる平らな底壁21と、底壁の縁から上
方に延びる直立壁22とを有する。図示した実施例では、
直立壁22の形態は円筒形である。

第５図に示すように、容器本体20の底壁21は、半導体集
積回路パッケージ１の上面に面接触する。したがって、
半導体集積回路パッケージ１から放出される熱は、効率
的に伝達される。

第５図に示すように、直立壁22の上端内面には、厚みを
小さくした段差部26が形成されている。キャップ30の縁
は、段差部26に嵌まり込み、容器本体20の内部空間を気
密封止する。

容器本体20の内面と直立壁22の内面とが交わるコーナ部
には、その全域にわたってＶ字状の溝（ループ溝）24が
形成されている。底壁21の内面上には、ループ溝24に交
差するように複数個の水平溝25が形成される。第６図に
示すように、この実施例では、水平溝25は、底壁21の内
面の全域にわたってマトリックス状に形成されている。

第３図から明らかなように、直立壁22の内面上には、ル
ープ溝24に交差するように多数の垂直溝23が形成され
る。垂直溝23は、直立壁22の内面の全域にわたって形成
される。各垂直溝23は、段差部26に達するまで延びる。

減圧後に気密封止される容器本体20の内部空間には、蒸
発と凝縮とを繰返す熱媒体としての作動流体40が適量入
れられている。第５図は、作動流体40が液相状態にある
ことを示している。半導体集積回路パッケージ１からの
熱伝導によって容器本体20の底壁21が加熱されると、作
動流体40は蒸発として蒸気となる。この蒸気は、キャッ
プ30のところで放熱して凝縮し液体となる。

放熱装置10の放熱効果を高めるために、好ましくは、キ
ャップ30は、その外面上に複数個の放熱フィン31を備
え、その内面上に複数個の吸熱フィン32を備える。複数
個の放熱フィン31を備えることによって放熱装置10の放
熱面積は増大し、放熱効果が高まる。複数個の吸熱フィ
ン32を備えることにより、キャップ30の内面の吸熱面積
が増大する。したがって、蒸気となった作動流体の熱は
効率的にキャップ30に伝達される。熱伝達損失を生じさ
せないために、好ましくは、放熱フィン31および吸熱フ
ィン32はキャップ30と一体的に形成される。

キャップ30の内面で凝縮した作動流体としての液体は、
キャップ30の円形プレート33と吸熱フィン32とが交わる
コーナ部34に沿って流れて容器本体20の直立壁22にまで
至る。この液体は、直立壁22の垂直溝23およびループ溝
24を通って加熱部である底壁11にまで戻る。

液体は、この移動途中において、キャップ30および容器
本体20から熱を奪う。

底壁21に戻った液体は、水平溝25に沿って流れることに
よって、底壁21の内面全域にわたって分散する。したが
って、液体は、底壁21から効率的に加熱され、再び蒸発
して蒸気となる。

第５図に示す状態では、容器本体20の底壁21は水平面内
に位置している。ところが、放熱装置10が設置される場
所によっては、底壁21は、水平面に対して傾斜した角度
の位置、また垂直の位置になることがある。そのような
場合であっても、底壁21にまで戻った作動流体としての
液体は毛細管現象によって水平溝25に沿って流れて底壁
21の全面にわたって分散するので、放熱装置10の放熱効
果は損なわれない。

以上のように、この発明によれば、放熱効果の優れた放
熱装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の放熱装置の一例を示す斜視図である。 第２図は、従来の放熱装置の他の例を示す斜視図であ
る。 第３図は、この発明の実施例の分解斜視図である。 第４図は、この発明の実施例の斜視図である。 第５図は、この発明の実施例の断面図である。 第６図は、水平溝の形成状態を図解的に示す図である。 図において、10は放熱装置、20は容器本体、21は底壁、
22は直立壁、23は垂直溝、24はループ溝、25は水平溝、
26は段差部、30はキャップ、31は放熱フィン、32は吸熱
フィン、40は作動流体を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 23/427

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】受熱部となる平らな底壁と、底壁の縁から
   上方に延びる直立壁とを有する容器本体と、 前記直立壁の上端部に配置されて、前記容器本体の内部
   空間を気密封止するキャップと、 前記容器本体の内部空間内に入れられて、蒸発と凝縮と
   を繰返す熱媒体としての作動流体と、 を備え、 前記容器本体は、 前記底壁の内面と前記直立壁の内面とが交わるコーナ部
   全域にわたって形成されたループ溝と、 前記ループ溝に交差するように前記底壁の内面上に形成
   された複数個の水平溝と、 前記ループ溝に交差するように前記直立壁の内面上に形
   成された複数個の垂直溝と、 を有する、放熱装置。
2. 【請求項２】前記キャップは、その外面上に複数個の放
   熱フィンを備える、請求項１に記載の放熱装置。
3. 【請求項３】前記キャップは、その内面上に複数個の吸
   熱フィンを備える、請求項１または２に記載の放熱装
   置。
4. 【請求項４】前記水平溝は、前記底壁内面の全域にわた
   ってマトリックス状に形成されている、請求項１〜３の
   いずれか１項に記載の放熱装置。