JPH07169889A - ヒートシンク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ０℃以下の低温条件でも放熱性に優れるヒー
トシンクを提供することにある。 【構成】 冷却を必要とする半導体素子等の発熱素子に
固定され、表面に放熱構造部を有する伝熱構造体と、放
熱構造部より大なる放熱面積を有する放熱装置と、作動
液として純水を内蔵し、一端が伝熱構造体に埋設され、
中央部が周囲に露出し、他端が放熱装置に埋設されたヒ
ートパイプを有するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は発熱素子に固定されるヒ
ートパイプ式ヒートシンクに関し、使用可能な温度範囲
が広く、安価に製造でき、かつ環境に影響を与えないヒ
ートシンクに関する。

【０００２】

【従来技術】図３は、従来のヒートパイプ式ヒートシン
クを示しており、金属材料で形成される伝熱構造体１
と、伝熱構造体１に一端が埋設され、他端が放熱装置３
に固定されるヒートパイプ２とを有し、ヒートパイプ２
は内壁に伝熱性を高めるための台形の溝切り加工が施さ
れ、作動液として純水が内蔵されている。

【０００３】ＩＣやＬＳＩ等の冷却を必要とする半導体
素子４は、伝熱構造体１の側面に固定されている。

【０００４】半導体素子４が作動することによって発生
した熱は伝熱構造体１を介してヒートパイプ２の一端に
伝達される。この熱伝達によりヒートパイプ２に内蔵さ
れた作動液が蒸発し、他端に固定されている放熱装置３
に熱伝達を行う。

【０００５】放熱装置３において、伝達された熱が放出
されると蒸発した作動液の凝縮が行われ、凝縮された作
動液はヒートパイプ２の一端、すなわち伝熱構造体１に
再び戻される。このような動作の繰り返しにより、半導
体素子４と放熱装置３との間の熱交換が行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のヒート
シンクによれば、ヒートシンク設置場所の周囲温度が０
℃以下になるとヒートパイプに内蔵された純水が凍結し
てしまうため、放熱装置への熱伝達が行えなくなる結
果、冷却性能が低下するという問題がある。従って、本
発明の目的は、０℃以下の低温条件でも放熱性に優れる
ヒートシンクを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は０℃以下の低温
条件でも優れた放熱性を付与するため、冷却を必要とす
る半導体素子等の発熱素子に固定され、表面に放熱構造
部を有する伝熱構造体と、放熱構造部より大なる放熱面
積を有する放熱装置と、作動液として純水を内蔵し、一
端が伝熱構造体に埋設され、中央部が周囲に露出し、他
端が放熱装置に埋設されたヒートパイプを有するように
したヒートシンクを提供する。

【０００８】

【作用】本発明によると、ヒートパイプの作動液が凍結
する周囲温度が０℃以下の場合には半導体素子の作動に
よって発熱した伝熱構造体の放熱を表面の放熱構造部に
よって行い、周囲温度が上昇した場合には前述の放熱構
造部及びヒートパイプの熱交換特性を利用して放熱装置
からの放熱を行うことにより、周囲温度に対応した有効
な放熱面積を得られる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明のヒートシンク詳細に説明す
る。図３と同一の構成を有する部分については同一の符
号および引用数字を付しているので、重複する説明を省
略する。

【００１０】図１は、本発明のヒートシンクの一実施例
を示し、交流モーターを制御するインバータ回路にスイ
ッチング素子として使用されるゲート絶縁型バイポーラ
トランジスタ等の半導体素子４を固定し、アルミニウム
の押出し加工によって形成された伝熱構造体１の背面に
は放熱部５が形成されている。この放熱部５は伝熱構造
体の押出し加工時に一体的に形成されるが、別体で形成
して一体化しても良い。

【００１１】伝熱構造体１には純水を作動液として内蔵
した銅製のヒートパイプ２の一端が埋設され、ヒートパ
イプ２の他端は複数の銅板を所定の間隔で積層化して形
成した放熱装置３に固定され中央部は周囲に露出してい
る。この放熱装置３は放熱部５より大なる放熱面積を有
する。

【００１２】上記したヒートシンクにおいて、周囲温度
が０℃以下の低温条件（例えば、マイナス２０℃程度）
にあるとき、前述の半導体素子４の作動によって伝熱構
造体１に熱が伝達されると、背面に形成された放熱部５
より放熱が行われて伝熱構造体１が冷却され、半導体素
子４の過熱を防止する。

【００１３】このとき、伝熱構造体１に埋設されたヒー
トパイプ２の内部では作動液の蒸発気体が生じるが、放
熱装置３への熱伝達過程においてヒートパイプ２の表面
が低温の外気に晒されることによって蒸発気体が凝縮し
凍結してしまうことから、放熱装置３への熱伝達は行わ
れない。

【００１４】一方、周囲温度が上昇し、ヒートパイプ２
に凍結を生じない温度にある場合はヒートパイプ２によ
る放熱装置３への熱伝達が行われるので、伝熱構造体１
の背面に設けられる放熱部５と合わせて放熱面積が拡大
され、半導体素子４の作動により生じた熱を効果的に放
熱する。

【００１５】図２は、本発明のヒートシンクの他の実施
例を示し、断面内にヒートパイプ２を埋設したアルミ製
の伝熱構造体１の両面に放熱部５を設け、ヒートパイプ
２の長さ方向に放熱装置３を設けている。このように形
成することによって伝熱構造体１の両面に半導体素子４
を固定することが可能となる。

【００１６】上記したヒートシンクによれば、ヒートパ
イプ２の一端を埋設する伝熱構造体１の表面に放熱部５
を形成することによって、ヒートパイプ２が機能しない
低温条件下においても有効な放熱性を得ることができる
とともに、周囲温度が比較的高い場合にはヒートパイプ
２の熱伝達作用による放熱装置３からの放熱と合わせて
伝熱構造体１の放熱部５からの放熱が行われ、有効な放
熱面積を得ることができる。また、ヒートパイプ２の作
動液に純水を使用していることから環境を汚染する心配
がなく、作動性に優れ、かつ安価に製造することができ
る。

【００１７】本発明では伝熱構造体１に放熱部５を設け
ているが、例えば、伝熱構造体１の表面をサンドブラス
ト等の表面処理によって表面積を拡大し、放熱性を高め
ることもできる。また、製造コストを考慮し、伝熱構造
体１に設ける放熱部５の高さは１００mm以下であること
が好ましい。

【００１８】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明のヒートシン
クによると、冷却を必要とする半導体素子等の発熱素子
に固定され、表面に放熱構造部を有する伝熱構造体と、
放熱構造部より大なる放熱面積を有する放熱装置と、作
動液として純水を内蔵し、一端が伝熱構造体に埋設さ
れ、中央部が周囲に露出し、他端が放熱装置に埋設され
たヒートパイプを有するようにしたため、０℃以下の低
温条件でも優れた放熱性を付与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヒートシンクの一実施例を示す説明図
である。

【図２】本発明のヒートシンクの他の実施例を示す説明
図である。

【図３】従来のヒートシンクを示す説明図である。

【符号の説明】

１ 伝熱構造体 ２ ヒートパイプ ３ 放熱装置 ４ 半導体素子 ５ 放熱部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却を必要とする半導体素子等の発熱素
   子に固定され、表面に放熱構造部を有する伝熱構造体
   と、 前記放熱構造部より大なる放熱面積を有する放熱装置
   と、 作動液として純水を内蔵し、一端が前記伝熱構造体に埋
   設され、中央部が周囲に露出し、他端が前記放熱装置に
   埋設されたヒートパイプとを有することを特徴とするヒ
   ートシンク。
2. 【請求項２】 前記放熱構造部は、高さが１００mm以下
   で形成された突起状の放熱フィンである請求項第１項記
   載のヒートシンク。