JPH11101584A

JPH11101584A - 板型ヒートパイプの実装構造

Info

Publication number: JPH11101584A
Application number: JP26358697A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Yamamoto; 雅章山本; Jun Niekawa; 潤贄川; Takeshi Sasaki; 健佐々木; Masashi Ikeda; 匡視池田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 1999-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】被冷却素子の冷却のために、実装しやすい板型
ヒートパイプの実装構造を提供すること。【解決手段】板型ヒートパイプ１０の外周部に外枠５０
を取り付け、この外枠５０でもって、被冷却素子２０〜
２２が実装された基板に板型ヒートパイプ１０を固定す
る実装構造。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は板型ヒートパイプと
それを用いた半導体素子等の被冷却素子の冷却構造の、
その実装構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】パソコン等の各種機器や電力設備等の電
気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電子部品
は、その使用によってある程度の発熱が避けがたい。近
年はその冷却が重要な技術課題となりつつあるが、その
方法としては、例えば機器にファンを取り付けて機器筐
体内の空気の温度を下げる方法や、冷却を要する電気・
電子素子（以下被冷却素子と称する）に冷却体を取り付
けることで、その被冷却素子を特に冷却する方法等が代
表的に知られている。

【０００３】被冷却素子に取り付ける冷却体として、例
えば銅材やアルミニウム材などの伝熱性に優れる材料の
板材等が適用されている。このような板材に放熱用のフ
ィンを取り付けたり、或いはこの板材とフィンとが一体
成形（鋳造や鍛造等による）されたブロックを用いると
一層効果的である。尚、この種の冷却体はヒートシンク
等と呼称されることもある。

【０００４】近年は、被冷却素子に取り付ける冷却体と
して、単なる伝熱性の金属材ではなく、ヒートパイプ構
造の冷却体、或いは例えば銅材やアルミニウム材などの
伝熱性に優れる板材にヒートパイプを取り付けた形態の
ものが提案、実用化されている。

【０００５】ヒートパイプは密封された空洞部を備えて
おり、その空洞部に収容された作動流体の相変態と移動
により熱の輸送が行われるものである。もちろん、ヒー
トパイプを構成する容器（コンテナ）中を熱伝導するこ
とで運ばれる熱もあるが、ヒートパイプは主に作動流体
による熱移動作用を意図した熱移動装置である。

【０００６】ヒートパイプの作動について簡単に記すと
次のようになる。即ち、ヒートパイプの吸熱側におい
て、ヒートパイプを構成する容器（コンテナ）の材質中
を熱伝導して伝わってきた熱により、作動流体が蒸発
し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱
側では、作動流体の蒸気は冷却され再び液相状態に戻
る。そして液相に戻った作動流体は再び吸熱側に移動
（還流）する。このような作動流体の相変態や移動によ
り、熱の移動がなされる。

【０００７】重力式のヒートパイプの場合は、相変態に
より液相状態になった作動流体は、重力または毛細管作
用等により、吸熱側に移動（還流）するようになってい
る。この場合、吸熱側を放熱側より下方に配置すればよ
い。

【０００８】ヒートパイプ内の作動流体としては通常、
水や水溶液、アルコール、その他有機溶剤等が使用され
る。前述したようにヒートパイプは内部の作動流体の相
変態等の作用を利用するものであるから、密封された内
部への作動流体以外のガス等の混入をなるべく避けるよ
うに製造されることになる。このような混入物は通常、
製造途中に混入する大気（空気）や作動流体中に溶存し
ている炭酸ガス等である。

【０００９】ヒートパイプの形状は、代表的な丸パイプ
形状のものの他、近年は板型のヒートパイプのものも注
目されている。板型のヒートパイプは平面型ヒートパイ
プとか平板型ヒートパイプ等と呼称されることもある
が、この板型ヒートパイプはその形状から半導体素子等
の被冷却素子と広い面積で接触させやすい等の利点があ
る。

【００１０】このような板型ヒートパイプとして、２枚
の平板をその間に空洞部が形成されるように溶接等によ
って接合したものや、離型剤を一部塗布した２枚の平板
を接合後、膨らませて空洞部を形成したもの等が提案さ
れている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】板型ヒートパイプを用
いて、例えばプリント基板に実装された半導体素子等
（被冷却素子）を冷却する方法として、プリント基板の
実装面側の上方に板型ヒートパイプを配置して、それと
冷却すべき半導体素子と接触させる方法がある。この場
合、その板型ヒートパイプと半導体素子とは伝熱グリス
等を介在させて接触させても良い。

【００１２】しかしプリント基板に実装された半導体素
子は一つとは限らない。冷却が必要な素子も複数存在す
る場合があるが、これら複数の半導体素子は全て同じ形
状のものとは限らず、またその発熱量も一定ではない場
合が通常である。従って、単なる平板形態の板型ヒート
パイプを用いた場合では、冷却が必要な半導体素子の全
てに接触するように板型ヒートパイプを実装することが
難しい。また各々の半導体素子と板型ヒートパイプの接
触面との平行度や、その接触面の平面度も高くする必要
がある。ところで、複数のヒートパイプを用意し、個々
の素子毎にヒートパイプを接触させる方法も考えられる
が、このような方法（形態）では、複数のヒートパイプ
を使用するコスト上の不利に加え、プリント基板周辺の
スペース上の問題やそれらの実装が難しくなり組み立て
コストが大きくなる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上述のような事
情を鑑みてなされたものである。本発明の板型ヒートパ
イプの実装構造においては、板型ヒートパイプを、複数
の被冷却素子が実装された基板に相対して設ける。その
板型ヒートパイプは相対する前記被冷却素子との距離に
従って所定の凸部が設けられており、その板型ヒートパ
イプの外周部に取り付けた外枠でもって前記基板に固定
する、という実装構造となる。

【００１４】前記板型ヒートパイプの封止ノズル部は前
記外枠から突出していないようにすることが望ましい。
また前記外枠と前記基板とをねじ固定すると良い。前記
外枠の前記板型ヒートパイプへの取り付け構造は特に限
定されないが、前記板型ヒートパイプの縁が前記外枠に
設けられた溝に差し込まれるような構造にすることもで
きる。また前記外枠が電磁波のシールド部材としての機
能を奏するようにすることも可能である。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の板型ヒートパイプ
と基板との実装構造を説明するための一部断面図であ
る。図中の符号１００と１０１は、板型ヒートパイプ１
０の容器を構成する上板と下板とをそれぞれ示し、符号
１０２は板型ヒートパイプ１０の空洞部を示す。板型ヒ
ートパイプ１０の容器の材質は特に限定されないが、ア
ルミニウム材や銅材等の熱伝導性の高い材質のものを用
いると良い。この図１では空洞部１０２内の図示は省略
している。実際には空洞部１０２内には作動流体が所定
量封入されており、また、適宜メッシュやウィック等が
設けられている場合もある。作動流体としては水や代替
フロン、フロリナート等を適宜選定して用いれば良い。

【００１６】板型ヒートパイプ１０は、基板３０に実装
された半導体素子２０、２１、２２（被冷却素子）に相
対して設けられ、その相対する半導体素子２０〜２２と
の距離に従って所定の凸部１０３〜１０５が設けられた
ものになっている。従って被冷却素子２０〜２２の高さ
が各々異なっていても、これらの高さによって凸部１０
３〜１０５を設定しておけば、一つの板型ヒートパイプ
１０にこれらを接触させることができる。尚、図中の符
号２００は被冷却素子２０〜２２のリードである。

【００１７】被冷却素子２０〜２２に通電し、それらが
発熱した場合、その熱の多くは板型ヒートパイプ１０に
伝わり、更に板型ヒートパイプ１０に接続されたフィン
４０を経て放熱される。こうして被冷却素子２０〜２２
は冷却される。

【００１８】尚、図１に示す例では、冷却すべき素子の
数は３個になっているが、この数はもちろんこれに限ら
れるものではない。また被冷却素子２０〜２２と板型ヒ
ートパイプ１０との接触や、フィン４０と板型ヒートパ
イプ１０との接触は、これらを直接接触させるようにし
ても良いし、伝熱シートや伝熱グリス等を介在させて接
触させても良い。或いは半田等により接合する場合もあ
る。

【００１９】さて、板型ヒートパイプ１０と被冷却素子
２０〜２２とは熱的に接続状態になるように接触させる
必要があるが、そのために板型ヒートパイプ１０を被冷
却素子２０〜２２に強く押し付けたりすると、その被冷
却素子２０〜２２に過剰な荷重がかかったりして望まし
くない。

【００２０】従って板型ヒートパイプ１０を実装する
際、これを過剰に押し付けたりしないように注意して作
業する必要がある。また被冷却素子２０〜２２と凸部１
０３〜１０５の外面とが充分な熱的接続状態になるよう
に、板型ヒートパイプ１０の基板に対する（従って被冷
却素子２０〜２２に対する）位置合わせや、基板３０と
板型ヒートパイプ１０との角度にも注意して作業しなけ
ればならない。尚、基板３０と板型ヒートパイプ１０と
の角度は平行でなければならない訳ではない。細かい議
論であるが、板型ヒートパイプ１０の形状は、図示する
ように、凸部１０３〜１０５の下面と上板１００とが平
行である形状に必ずしも限られないからである。

【００２１】本発明の場合、板型ヒートパイプ１０を実
装するに際し、先ず板型ヒートパイプ１０の外周部に外
枠５０を取り付け、次いでこの外枠５０でもって基板３
０に固定するようにする。この例では外枠５０は板型ヒ
ートパイプ１０にねじ６０によって取り付けている。こ
の際、板型ヒートパイプ１０の形状と外枠５０との取り
付け位置を確定しておく。更に、外枠５０と基板３０と
の固定も、それらの位置関係が確定するようにしてお
く。例えばこの例のように、ねじ６１用の穴を基板３０
に予め設けておけば良い。こうすれば、先ず外枠５０を
基板３０に取り付け、次いで外枠５０を基板３０に固定
することで、板型ヒートパイプ１０の凸部１０３〜１０
５と被冷却素子２０〜２２との位置決めが容易にでき、
組み立て作業がしやすくなる。また外枠５０により、被
冷却素子２０〜２２と、板型ヒートパイプ１０の接触面
の平行度も制御しやすくなる。

【００２２】また板型ヒートパイプ１０を基板に固定し
た後においても、その使用中、基板３０に対する板型ヒ
ートパイプ１０の角度が大きく変動したり、被冷却素子
２０〜２２との位置関係がずれたりすることが外枠５０
によって効果的に抑制され、良好な被冷却素子２０〜２
２との間の熱的接続が維持できる。

【００２３】尚、外枠５０の材質は特に限定されない
が、樹脂（ＡＢＳ、ＰＣ、エポキシ等）やアルミニウム
材や銅材、その他マグネシウム材等の金属材等を用いれ
ば良い。また、本発明における外枠５０には、電磁波に
対するシールド機能を持たせることもできる。シールド
材としての機能を発現させるには、外枠としてアルミニ
ウム材、銅材、マグネシウム材等の金属材料を用いる
か、或いは、例えば樹脂材に金属メッキしたような材質
の外枠を用いれば良い。

【００２４】図２は板型ヒートパイプ１１に外枠５１を
取り付ける状況の一例を示したものである。外枠５１の
形状は、この例に示すような、板型ヒートパイプ１１の
外周とほぼ同じ形状を有するものである必要はない。こ
の例では、外枠５１は板型ヒートパイプ１１にねじで固
定される。そのためのねじ穴５１０や、穴１１１は、こ
の例は四隅に設けているが、この位置は任意である。図
中の符号１１０は凸部である。

【００２５】板型ヒートパイプ１１の製造において用い
る封入口突起部１１２（空洞部の真空脱気や作動流体の
真空封入に用いる）は、通常細いもので、外力が加わる
と折れやすいものである。図示するように、外枠５１に
空間５１１を設け、外枠５１を板型ヒートパイプ１１に
取り付けた際、封入口突起部１１２が外枠５１からはみ
出ないようにすると、その保護になり望ましい。

【００２６】外枠の形態例として、図３〜５に幾つか示
す。図３の外枠５２の取り付けは、それに設けた溝５２
０に板型ヒートパイプ１２の外周部が差し込まれること
でなされるような場合である。図中の符号３１、４１、
６２はそれぞれ基板、フィン、ねじである。図４の外枠
５３は、それとフィン４２とで挟むように板型ヒートパ
イプ１３を固定するようになっているものである。図中
の符号３２、６３、６４はそれぞれ基板、ねじ、ねじで
ある。図５の外枠５４は、それと板型ヒートパイプ１４
およびフィン４３とが固定されるようになった例であ
る。図中の３３、６５、６６はそれぞれ基板、ねじ、ね
じである。

【００２７】図６〜８は、封入口突起部が外枠から突出
していない状況を説明する説明図で、何れもその（ア）
は平面図、（イ）は側面図である。図６の例では、封入
口突起部１５０は直状であるが空間５５０内に納まり外
枠５５から突出していない場合、図７の例は封入口突起
部１６０を曲げて空間５６０内に納めることで外枠５６
から突出しないようにした場合、図８の例は空間５７０
が外面に隠れているので、外枠５７を取り付ければ封入
口突起部１７０が外から見えなくなる場合である。上記
３図における符号１５、１６、１７はいずれも板型ヒー
トパイプを指す。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明の板型ヒートパイプ
の実装構造は、複数の被冷却素子が実装された基板に実
装する際、その位置決めが容易である上、被冷却素子と
板型ヒートパイプの接触面との平行度や、その接触面の
平面度を高く保つことも容易になる。このように本発明
の板型ヒートパイプの実装構造は、複数の被冷却素子の
冷却に好適なものであり、安定した被冷却素子の冷却を
実現させ得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる板型ヒートパイプの実装構造の
例を示す一部断面図である。

【図２】本発明に係わる板型ヒートパイプと外枠との取
り付け状況を示す説明図である。

【図３】本発明に係わる外枠の構造例を示す一部断面図
である。

【図４】本発明に係わる外枠の構造例を示す一部断面図
である。

【図５】本発明に係わる外枠の構造例を示す一部断面図
である。

【図６】本発明に外枠と封入口突出部との状況の例を示
す説明図で、（ア）は平面図、（イ）は側面図である。

【図７】本発明に外枠と封入口突出部との状況の例を示
す説明図で、（ア）は平面図、（イ）は側面図である。

【図８】本発明に外枠と封入口突出部との状況の例を示
す説明図で、（ア）は平面図、（イ）は側面図である。

【符号の説明】

１０板型ヒートパイプ１００上板１０１下板１０２空洞部１０３凸部１０４凸部１０５凸部２０被冷却素子２１被冷却素子２２被冷却素子３０基板４０フィン５０外枠６０ねじ６１ねじ１１板型ヒートパイプ１００上板１１０凸部１１１穴１１２封入口突出部５１外枠５１０ねじ穴５１１空間１２板型ヒートパイプ３１基板４１フィン５２外枠５２０溝６２ねじ１３板型ヒートパイプ３２基板４２フィン５３外枠６３ねじ６４ねじ１４板型ヒートパイプ３３基板４３フィン５４外枠６５ねじ６６ねじ１５板型ヒートパイプ１５０封入口突出部５５外枠５５０空間１６板型ヒートパイプ１６０封入口突出部５６外枠５６０空間１７板型ヒートパイプ１７０封入口突出部５７外枠５７０空間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池田匡視東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の被冷却素子が実装された基板に相
対して設けられ、相対する前記被冷却素子との距離に従
って所定の凸部が設けられている板型ヒートパイプを、
その外周部に取り付けた外枠でもって前記基板に固定す
る板型ヒートパイプの実装構造。
【請求項２】前記板型ヒートパイプの封止ノズル部が
前記外枠から突出していない、請求項１記載の板型ヒー
トパイプの実装構造。
【請求項３】前記外枠と前記基板とがねじ固定されて
いる、請求項１または２に記載の板型ヒートパイプの実
装構造。
【請求項４】前記板型ヒートパイプの縁が前記外枠に
設けられた溝に差し込まれるように前記外枠が前記板型
ヒートパイプに取り付けられている、請求項１〜３のい
ずれかに記載の板型ヒートパイプの実装構造。
【請求項５】前記外枠が電磁波のシールド部材になっ
ている、請求項１〜４のいずれかに記載の板型ヒートパ
イプの実装構造。