JPH1137679A - 板型ヒートパイプとそれを用いた冷却構造 - Google Patents
板型ヒートパイプとそれを用いた冷却構造Info
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- JPH1137679A JPH1137679A JP9196259A JP19625997A JPH1137679A JP H1137679 A JPH1137679 A JP H1137679A JP 9196259 A JP9196259 A JP 9196259A JP 19625997 A JP19625997 A JP 19625997A JP H1137679 A JPH1137679 A JP H1137679A
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- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
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- H01L2224/73203—Bump and layer connectors
- H01L2224/73204—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 トップヒートモードでも充分な冷却性能が実
現しうる板型ヒートパイプとそれを用いた冷却構造を実
現すること。 【解決手段】 板型ヒートパイプ１０内には伝熱柱部１
３０〜１３２、金属多孔質体１５が備わり、金属多孔質
体１５は、伝熱柱部１３０〜１３２の内の最大吸熱量を
示すものに接触している。金属多孔質体１５、または伝
熱柱部１３０〜１３２の内の最大吸熱量を示すものに
は、板型ヒートパイプ１０の姿勢がどうあれ、作動流体
の液相部が接している。
現しうる板型ヒートパイプとそれを用いた冷却構造を実
現すること。 【解決手段】 板型ヒートパイプ１０内には伝熱柱部１
３０〜１３２、金属多孔質体１５が備わり、金属多孔質
体１５は、伝熱柱部１３０〜１３２の内の最大吸熱量を
示すものに接触している。金属多孔質体１５、または伝
熱柱部１３０〜１３２の内の最大吸熱量を示すものに
は、板型ヒートパイプ１０の姿勢がどうあれ、作動流体
の液相部が接している。
Description
【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に
関する。
それを用いた、半導体素子等の被冷却素子の冷却構造に
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く、近
年はその冷却が重要な技術課題となりつつある。冷却を
要する電気・電子素子（以下被冷却素子と称する）を冷
却する方法としては、例えば機器にファンを取り付け、
機器筐体内の空気の温度を下げる方法や、被冷却素子に
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。
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く、近
年はその冷却が重要な技術課題となりつつある。冷却を
要する電気・電子素子（以下被冷却素子と称する）を冷
却する方法としては、例えば機器にファンを取り付け、
機器筐体内の空気の温度を下げる方法や、被冷却素子に
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
板材や、或いは板型ヒートパイプ等が適用されることが
多い。板型ヒートパイプは、板状のヒートパイプで、そ
の他、平面型ヒートパイプとか平板型ヒートパイプとか
と呼称されることもある。以下は板型ヒートパイプとの
呼称を用いることにする。
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
板材や、或いは板型ヒートパイプ等が適用されることが
多い。板型ヒートパイプは、板状のヒートパイプで、そ
の他、平面型ヒートパイプとか平板型ヒートパイプとか
と呼称されることもある。以下は板型ヒートパイプとの
呼称を用いることにする。
【０００４】ヒートパイプについて簡単に説明する。ヒ
ートパイプは空洞部を有するコンテナと作動流体とを備
えており、ヒートパイプ内部に封入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）を熱伝
導することで運ばれる熱もあるが、その量は相対的に少
ない。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。
ートパイプは空洞部を有するコンテナと作動流体とを備
えており、ヒートパイプ内部に封入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）を熱伝
導することで運ばれる熱もあるが、その量は相対的に少
ない。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。
【０００５】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。ヒートパイプの内部は作動流
体の相変態が生じやすくするために、作動流体以外のガ
ス等の混入をなるべく避けるように密封されている。
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。ヒートパイプの内部は作動流
体の相変態が生じやすくするために、作動流体以外のガ
ス等の混入をなるべく避けるように密封されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】吸熱側で蒸気になった
作動流体は放熱側で冷却され再び液相状態に戻る。この
ような熱移動を継続させるためには、その液相に戻った
作動流体を再び吸熱側に還流させなければならない。通
常は吸熱側を放熱側より下方に配置することで、液相に
戻った作動流体は重力によって還流させることができ
る。しかし、例えばパソコン等の電気・電子機器の場
合、その機器が使用状況によっては大きく傾いたり、或
いは反転することもあり得る。こうなると重力作用によ
る作動流体の還流が期待できない。
作動流体は放熱側で冷却され再び液相状態に戻る。この
ような熱移動を継続させるためには、その液相に戻った
作動流体を再び吸熱側に還流させなければならない。通
常は吸熱側を放熱側より下方に配置することで、液相に
戻った作動流体は重力によって還流させることができ
る。しかし、例えばパソコン等の電気・電子機器の場
合、その機器が使用状況によっては大きく傾いたり、或
いは反転することもあり得る。こうなると重力作用によ
る作動流体の還流が期待できない。
【０００７】そこで板型ヒートパイプとして、例えば特
開平７−２０８８８４には、毛細管力の強いブロック状
のウィックを板型ヒートパイプの上下両面に接するよう
に、その板型ヒートパイプの内部に配置したものが提案
されている。このような板型ヒートパイプの場合、図４
（ア）に示すような、その板型ヒートパイプ４０が概ね
水平でしかも、その下面側に冷却すべき発熱体４１が取
り付けられている場合であれば十分な冷却性能が得られ
ることは従来のヒートパイプと同様であるが、その上面
側に冷却すべき発熱体４１が取り付けられた場合（図４
（イ））でも、そのウィックの毛細管作用によって、作
動流体の還流がある程度期待できる。
開平７−２０８８８４には、毛細管力の強いブロック状
のウィックを板型ヒートパイプの上下両面に接するよう
に、その板型ヒートパイプの内部に配置したものが提案
されている。このような板型ヒートパイプの場合、図４
（ア）に示すような、その板型ヒートパイプ４０が概ね
水平でしかも、その下面側に冷却すべき発熱体４１が取
り付けられている場合であれば十分な冷却性能が得られ
ることは従来のヒートパイプと同様であるが、その上面
側に冷却すべき発熱体４１が取り付けられた場合（図４
（イ））でも、そのウィックの毛細管作用によって、作
動流体の還流がある程度期待できる。
【０００８】図４（イ）のように、発熱体４１が下部に
位置しない場合のヒートパイプの動作状態はトップヒー
トモードと呼ばれることがある。図４（イ）はその典型
的な場合である。ところで、図４（ア）、図４（イ）の
場合では、板型ヒートパイプ４０が概ね水平に配置され
た状態であるが、その他、板型ヒートパイプ４０が傾斜
して配置される場合もあり得る。
位置しない場合のヒートパイプの動作状態はトップヒー
トモードと呼ばれることがある。図４（イ）はその典型
的な場合である。ところで、図４（ア）、図４（イ）の
場合では、板型ヒートパイプ４０が概ね水平に配置され
た状態であるが、その他、板型ヒートパイプ４０が傾斜
して配置される場合もあり得る。
【０００９】図４（ウ）は、そのような場合の典型例と
して、板型ヒートパイプ４０が概ね垂直に配置された場
合を示す。この場合、発熱体４１が図中点線で示す符号
４１０の位置に設置されていれば、トップヒートモード
でなく、重力作用による作動流体の還流が期待できる
が、図示するように、発熱体４１が板型ヒートパイプ４
０の下部でない位置に設置されている場合には、トップ
ヒートモードとなり得ることとなり、この場合、発熱体
４１の発熱量や板型ヒートパイプ４０のサイズ、作動流
体の量等によっては、作動流体の還流が追いつかず、ド
ライアウトしてしまうこともある。このような問題は、
板型ヒートパイプ４０が必ずしも垂直でなく、ある程度
傾いている場合でも起こり得ることである。
して、板型ヒートパイプ４０が概ね垂直に配置された場
合を示す。この場合、発熱体４１が図中点線で示す符号
４１０の位置に設置されていれば、トップヒートモード
でなく、重力作用による作動流体の還流が期待できる
が、図示するように、発熱体４１が板型ヒートパイプ４
０の下部でない位置に設置されている場合には、トップ
ヒートモードとなり得ることとなり、この場合、発熱体
４１の発熱量や板型ヒートパイプ４０のサイズ、作動流
体の量等によっては、作動流体の還流が追いつかず、ド
ライアウトしてしまうこともある。このような問題は、
板型ヒートパイプ４０が必ずしも垂直でなく、ある程度
傾いている場合でも起こり得ることである。
【００１０】
【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
イプは、被冷却素子が実装された基板に相対して設けら
れる板型ヒートパイプであって、前記板型ヒートパイプ
の内部には前記被冷却素子に対応する位置に伝熱柱部が
配置され、また単数または複数の前記伝熱柱部の内の少
なくとも吸熱量最大の伝熱柱部に接触するように金属多
孔質体または金属メッシュ成形体が配置されており、当
該板型ヒートパイプの姿勢に係わらず、吸熱量最大の前
記伝熱柱部若しくは前記金属多孔質体の少なくとも一
方、または吸熱量最大の前記伝熱柱部若しくは前記金属
メッシュ成形体の少なくとも一方に作動流体の液相部が
接触しているものである。
情を鑑みてなされたものである。本発明の板型ヒートパ
イプは、被冷却素子が実装された基板に相対して設けら
れる板型ヒートパイプであって、前記板型ヒートパイプ
の内部には前記被冷却素子に対応する位置に伝熱柱部が
配置され、また単数または複数の前記伝熱柱部の内の少
なくとも吸熱量最大の伝熱柱部に接触するように金属多
孔質体または金属メッシュ成形体が配置されており、当
該板型ヒートパイプの姿勢に係わらず、吸熱量最大の前
記伝熱柱部若しくは前記金属多孔質体の少なくとも一
方、または吸熱量最大の前記伝熱柱部若しくは前記金属
メッシュ成形体の少なくとも一方に作動流体の液相部が
接触しているものである。
【００１１】上記した金属多孔質体または金属メッシュ
成形体は、当該板型ヒートパイプの上下内壁の一方に接
するように配置されている場合もある。また金属多孔質
体または金属メッシュ成形体を当該板型ヒートパイプの
上下内壁の中間領域に配置させ、上下内壁のいずれとも
概ね接していないようにする場合もある。
成形体は、当該板型ヒートパイプの上下内壁の一方に接
するように配置されている場合もある。また金属多孔質
体または金属メッシュ成形体を当該板型ヒートパイプの
上下内壁の中間領域に配置させ、上下内壁のいずれとも
概ね接していないようにする場合もある。
【００１２】当該板型ヒートパイプの外形状として、前
記伝熱柱部が配置された位置に凸部を形成すると良い。
また前記金属多孔質体を当該板型ヒートパイプのコンテ
ナと一体に成形しても良い。
記伝熱柱部が配置された位置に凸部を形成すると良い。
また前記金属多孔質体を当該板型ヒートパイプのコンテ
ナと一体に成形しても良い。
【００１３】更に本発明者らは、上述した本発明の板型
ヒートパイプを用いて、被冷却素子として半導体素子そ
の他が実装されたプリント基板に相対して前記板型ヒー
トパイプが配置され、前記半導体素子は前記板型ヒート
パイプと接続され、前記板型ヒートパイプにはヒートシ
ンクが接合されている、半導体素子の冷却構造を提案す
る。
ヒートパイプを用いて、被冷却素子として半導体素子そ
の他が実装されたプリント基板に相対して前記板型ヒー
トパイプが配置され、前記半導体素子は前記板型ヒート
パイプと接続され、前記板型ヒートパイプにはヒートシ
ンクが接合されている、半導体素子の冷却構造を提案す
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は本発明の板型ヒートパイプ
１０を示す説明図である。図２はこの板型ヒートパイプ
１０を用いた半導体素子２０、２１、２２の冷却構造を
示す説明図である。これらの図を参照しながら本発明の
板型ヒートパイプについて説明する。本発明としては必
須ではないが、この板型ヒートパイプ１０は相対する半
導体素子２０、２１、２２との距離に従って所定の凸部
が設けられた外形状を有している。こうすることで、複
数の被冷却素子（半導体素子）の高さが各々異なってい
ても、一つの板型ヒートパイプ１０で、これらとの良好
な熱的接続をなすことが可能になる。
１０を示す説明図である。図２はこの板型ヒートパイプ
１０を用いた半導体素子２０、２１、２２の冷却構造を
示す説明図である。これらの図を参照しながら本発明の
板型ヒートパイプについて説明する。本発明としては必
須ではないが、この板型ヒートパイプ１０は相対する半
導体素子２０、２１、２２との距離に従って所定の凸部
が設けられた外形状を有している。こうすることで、複
数の被冷却素子（半導体素子）の高さが各々異なってい
ても、一つの板型ヒートパイプ１０で、これらとの良好
な熱的接続をなすことが可能になる。
【００１５】本発明の板型ヒートパイプでは、単数或い
は複数の被冷却素子（図２の半導体素子２０〜２２が相
当する）が実装された基板に相対して設けられる板型ヒ
ートパイプであって、その内部には半導体素子２０〜２
２に対応する位置に伝熱柱部１３０〜１３２が配置され
ている。そして、少なくとも最も冷却すべき熱量の大き
な半導体素子（ここでは仮に半導体素子２１としてお
く）に対応する伝熱柱部１３１には、金属多孔質体１５
が接触するように設けられている。
は複数の被冷却素子（図２の半導体素子２０〜２２が相
当する）が実装された基板に相対して設けられる板型ヒ
ートパイプであって、その内部には半導体素子２０〜２
２に対応する位置に伝熱柱部１３０〜１３２が配置され
ている。そして、少なくとも最も冷却すべき熱量の大き
な半導体素子（ここでは仮に半導体素子２１としてお
く）に対応する伝熱柱部１３１には、金属多孔質体１５
が接触するように設けられている。
【００１６】図１、２において、金属多孔質体１５に替
えて金属メッシュを成形した金属メッシュ成形体を適用
してもよい。金属メッシュ成形体とは、金属製の織布や
不織布等のメッシュを束ねたり、丸めたりして、更に必
要に応じてプレス等を施して成形したものを指す。尚、
図１、２には、金属多孔質体１５（或いはそれに替えて
金属メッシュ成形体）の他に、金属メッシュ１４も設置
されている。これは通常のウィックとして、当該板型ヒ
ートパイプ１０の内面付近に沿わせるように貼りつけた
ものである。本発明においては金属メッシュ１４は必須
ではないが、これを設けることで、より高性能な板型ヒ
ートパイプの実現が期待できる。
えて金属メッシュを成形した金属メッシュ成形体を適用
してもよい。金属メッシュ成形体とは、金属製の織布や
不織布等のメッシュを束ねたり、丸めたりして、更に必
要に応じてプレス等を施して成形したものを指す。尚、
図１、２には、金属多孔質体１５（或いはそれに替えて
金属メッシュ成形体）の他に、金属メッシュ１４も設置
されている。これは通常のウィックとして、当該板型ヒ
ートパイプ１０の内面付近に沿わせるように貼りつけた
ものである。本発明においては金属メッシュ１４は必須
ではないが、これを設けることで、より高性能な板型ヒ
ートパイプの実現が期待できる。
【００１７】尚、金属多孔質体としては、金属粉末を焼
結させたもの、多孔質状に金属を電析（電気化学的に析
出させること）させたもの、精密鋳造によるもの、セル
状多孔質樹脂体に金属をメッキし、しかる後その樹脂を
除去したもの、２相合金の一方の相を酸や電解等で除去
したもの、等、種々の手法により作製したものが適宜適
用できる。尚、この金属多孔質体の空隙率は、作動流体
の種類その他にもよるが、概ね２０％以上にすることが
望ましい。
結させたもの、多孔質状に金属を電析（電気化学的に析
出させること）させたもの、精密鋳造によるもの、セル
状多孔質樹脂体に金属をメッキし、しかる後その樹脂を
除去したもの、２相合金の一方の相を酸や電解等で除去
したもの、等、種々の手法により作製したものが適宜適
用できる。尚、この金属多孔質体の空隙率は、作動流体
の種類その他にもよるが、概ね２０％以上にすることが
望ましい。
【００１８】また金属メッシュ成形体としては、金属織
布や金属不織布等の金属メッシュのシートを用いて、こ
れを筒状に丸めたものや、必要に応じて多重に丸めたも
のの他、複数の金属メッシュのシートを重ねて形成する
と良い。
布や金属不織布等の金属メッシュのシートを用いて、こ
れを筒状に丸めたものや、必要に応じて多重に丸めたも
のの他、複数の金属メッシュのシートを重ねて形成する
と良い。
【００１９】金属メッシュ成形体を得るために用いる金
属メッシュのシートとして、金属織布を用いる場合は、
作動流体の種類その他にもよるが、概ね０．０３〜０．
３ｍｍの繊維径で、粗さが♯３０〜♯２００程度のもの
を適用すると良い。複数の金属メッシュのシートを重ね
て用いる場合も、作動流体の種類や当該板型ヒートパイ
プのサイズ等にもよるが、概ね３〜３０枚程度を重ねる
ことが適当である。金属メッシュとして金属不織布を用
いる場合は、作動流体の種類その他にもよるが、概ね
０．０３〜０．３ｍｍの繊維径で、適当な空隙率になる
ように集合した厚さ０．１〜５ｍｍ程度のものを用いる
と良い。これらを複数重ねて用いる場合は、作動流体の
種類や当該板型ヒートパイプのサイズ等にもよるが、概
ね３〜３０枚程度を重ねることが適当である。
属メッシュのシートとして、金属織布を用いる場合は、
作動流体の種類その他にもよるが、概ね０．０３〜０．
３ｍｍの繊維径で、粗さが♯３０〜♯２００程度のもの
を適用すると良い。複数の金属メッシュのシートを重ね
て用いる場合も、作動流体の種類や当該板型ヒートパイ
プのサイズ等にもよるが、概ね３〜３０枚程度を重ねる
ことが適当である。金属メッシュとして金属不織布を用
いる場合は、作動流体の種類その他にもよるが、概ね
０．０３〜０．３ｍｍの繊維径で、適当な空隙率になる
ように集合した厚さ０．１〜５ｍｍ程度のものを用いる
と良い。これらを複数重ねて用いる場合は、作動流体の
種類や当該板型ヒートパイプのサイズ等にもよるが、概
ね３〜３０枚程度を重ねることが適当である。
【００２０】金属多孔質体或いは金属メッシュ成形体の
外形形状は、筒状、棒状その他の形状が適宜適用でき
る。図５には棒状の形状に成形した金属多孔質体、金属
メッシュ成形体を模式的に示す概念図である。図５
（ア）は、金属メッシュ（織布）のシートを丸めて、そ
れに更に成形加工を施して適宜形状を整えたものであ
る。図５（イ）は金属繊維を集合させて適当な形状に固
めたもの（金属不織布成形体）である。図５（ウ）は適
当な形状に成形した金属多孔質体を示す。
外形形状は、筒状、棒状その他の形状が適宜適用でき
る。図５には棒状の形状に成形した金属多孔質体、金属
メッシュ成形体を模式的に示す概念図である。図５
（ア）は、金属メッシュ（織布）のシートを丸めて、そ
れに更に成形加工を施して適宜形状を整えたものであ
る。図５（イ）は金属繊維を集合させて適当な形状に固
めたもの（金属不織布成形体）である。図５（ウ）は適
当な形状に成形した金属多孔質体を示す。
【００２１】さて図１、２に戻ると、本発明の板型ヒー
トパイプ１０は、半導体素子２０〜２２が実装された基
板２４に相対して設けられ、その内部には半導体素子２
０〜２２に対応する位置に伝熱柱部１３０〜１３２が設
けられている。ここでは、半導体素子２０〜２２の内、
最も発熱量が大きく、最も冷却すべき素子を仮に半導体
素子２１としておく。
トパイプ１０は、半導体素子２０〜２２が実装された基
板２４に相対して設けられ、その内部には半導体素子２
０〜２２に対応する位置に伝熱柱部１３０〜１３２が設
けられている。ここでは、半導体素子２０〜２２の内、
最も発熱量が大きく、最も冷却すべき素子を仮に半導体
素子２１としておく。
【００２２】この図２では、冷却すべき半導体素子２０
〜２２が何れも板型ヒートパイプ１０の下方に位置し、
従って板型ヒートパイプ１０の吸熱部はその放熱部（図
２においてフィン１６と接する側）より下方に位置して
いる。従って、この状態はトップヒートモードでなく、
作動流体は重力作用によって還流する。ところが、この
板型ヒートパイプ１０が例えば左上がりに傾いている場
合、その内部に収容されている作動流体の液相部分は、
大部分板型ヒートパイプ１０の右端付近に集中してしま
う。こうなると、重力作用による作動流体の液相部分の
板型ヒートパイプの右端側から左端側への移動が期待で
きなくなる。
〜２２が何れも板型ヒートパイプ１０の下方に位置し、
従って板型ヒートパイプ１０の吸熱部はその放熱部（図
２においてフィン１６と接する側）より下方に位置して
いる。従って、この状態はトップヒートモードでなく、
作動流体は重力作用によって還流する。ところが、この
板型ヒートパイプ１０が例えば左上がりに傾いている場
合、その内部に収容されている作動流体の液相部分は、
大部分板型ヒートパイプ１０の右端付近に集中してしま
う。こうなると、重力作用による作動流体の液相部分の
板型ヒートパイプの右端側から左端側への移動が期待で
きなくなる。
【００２３】しかしこのような場合でも、伝熱柱部１３
０〜１３２はそれに対応する半導体素子２０〜２２の熱
をフィン１６側に熱伝導により運ぶ役割をする。一方、
少なくとも伝熱柱部１３０〜１３２の内、最大の吸熱量
を示す伝熱柱部１３１には、金属多孔質体１５（または
それに替えて金属メッシュ成形体）が接触するように設
けられている。そして、板型ヒートパイプ１０の姿勢
（傾き）に係わらず、作動流体の液相部は、金属多孔質
体１５（またはそれに替えて金属メッシュ成形体）或い
は伝熱柱部１３１に常に接触するようになっている。
０〜１３２はそれに対応する半導体素子２０〜２２の熱
をフィン１６側に熱伝導により運ぶ役割をする。一方、
少なくとも伝熱柱部１３０〜１３２の内、最大の吸熱量
を示す伝熱柱部１３１には、金属多孔質体１５（または
それに替えて金属メッシュ成形体）が接触するように設
けられている。そして、板型ヒートパイプ１０の姿勢
（傾き）に係わらず、作動流体の液相部は、金属多孔質
体１５（またはそれに替えて金属メッシュ成形体）或い
は伝熱柱部１３１に常に接触するようになっている。
【００２４】板型ヒートパイプ１０は、その姿勢（傾
き）によっては、金属多孔質体１５（またはそれに替え
て金属メッシュ成形体）と伝熱柱部１３１の両方に作動
流体の液相部が接している状態もあり得るし、それらの
片方にしか作動流体の液相部が接していない状態もあり
得る。いずれにしても、板型ヒートパイプ１０の姿勢
（傾き）がどうあれ、作動流体の液相部が金属多孔質体
１５（またはそれに替えて金属メッシュ成形体を用いた
場合は金属メッシュ成形体）か伝熱柱部１３１の少なく
とも一方には接するようにしている。
き）によっては、金属多孔質体１５（またはそれに替え
て金属メッシュ成形体）と伝熱柱部１３１の両方に作動
流体の液相部が接している状態もあり得るし、それらの
片方にしか作動流体の液相部が接していない状態もあり
得る。いずれにしても、板型ヒートパイプ１０の姿勢
（傾き）がどうあれ、作動流体の液相部が金属多孔質体
１５（またはそれに替えて金属メッシュ成形体を用いた
場合は金属メッシュ成形体）か伝熱柱部１３１の少なく
とも一方には接するようにしている。
【００２５】このため、板型ヒートパイプ１０の姿勢に
係わらず、少なくとも最大の吸熱量を示す伝熱柱部１３
１の部分には、金属多孔質体１５（またはそれに替えて
金属メッシュ成形体）による毛細管作用により、液相に
戻った作動流体の還流が確保できることになる。従って
十分な冷却性能が維持できるのである。
係わらず、少なくとも最大の吸熱量を示す伝熱柱部１３
１の部分には、金属多孔質体１５（またはそれに替えて
金属メッシュ成形体）による毛細管作用により、液相に
戻った作動流体の還流が確保できることになる。従って
十分な冷却性能が維持できるのである。
【００２６】尚、この図１、２に示す例では、金属多孔
質体１５（またはそれに替えて金属メッシュ成形体）
は、最大の吸熱量を示す伝熱柱部１３１だけでなく、他
の伝熱柱部１３０、１３２にも接触するように設置され
ている。
質体１５（またはそれに替えて金属メッシュ成形体）
は、最大の吸熱量を示す伝熱柱部１３１だけでなく、他
の伝熱柱部１３０、１３２にも接触するように設置され
ている。
【００２７】ところで、金属多孔質体１５（またはそれ
に替えて金属メッシュ成形体）は、板型ヒートパイプ１
０の内壁と接するように配置されていても構わないが、
板型ヒートパイプ１０の上側の内壁または下側の内壁と
離して配置すると、作動流体の蒸気流路が広く確保でき
るようになり望ましい。上下何れの内壁とも離れた位置
（中間部）に設置すると、上下に蒸気流路が確保でき
る。
に替えて金属メッシュ成形体）は、板型ヒートパイプ１
０の内壁と接するように配置されていても構わないが、
板型ヒートパイプ１０の上側の内壁または下側の内壁と
離して配置すると、作動流体の蒸気流路が広く確保でき
るようになり望ましい。上下何れの内壁とも離れた位置
（中間部）に設置すると、上下に蒸気流路が確保でき
る。
【００２８】金属多孔質体１５は、金属メッシュを重ね
たものや、丸めたものを適宜成形したものを用いてもよ
い。
たものや、丸めたものを適宜成形したものを用いてもよ
い。
【００２９】図１、２に示す例では、金属多孔質体１５
は板型ヒートパイプ１０の上側の内壁には接しないよう
に、そして下側の内壁とは接するように配置されてい
る。図１、２では、金属多孔質体１５は下側の内壁と離
れているように描かれているが、これは図示の都合であ
る。
は板型ヒートパイプ１０の上側の内壁には接しないよう
に、そして下側の内壁とは接するように配置されてい
る。図１、２では、金属多孔質体１５は下側の内壁と離
れているように描かれているが、これは図示の都合であ
る。
【００３０】伝熱柱部１３０〜１３２は、それぞれ別個
のものを用いても良いが、これらが一体になったものを
用いて良い。
のものを用いても良いが、これらが一体になったものを
用いて良い。
【００３１】
【実施例】図１、２、３を参照しながら本発明の実施例
を説明する。図３は本実施例の板型ヒートパイプ１０の
外観を示す。図３（イ）は図３（ア）の反対側を図示し
たものである。さて、板型ヒートパイプ１０のコンテナ
は、上板１１と、凸部１２０、１２１が設けられた下板
１２とを接合して形成される。接合方法はＢＡｇ−８
（銀ろう）を用いたろう付けによった。凸部１２０、１
２１はプレス加工によって形成した。こうして形成され
たコンテナの内部には、後述する金属メッシュ１４等が
設置される。そして、板型ヒートパイプ１０の内容積の
３０％相当の純水を作動流体として真空封入した。
を説明する。図３は本実施例の板型ヒートパイプ１０の
外観を示す。図３（イ）は図３（ア）の反対側を図示し
たものである。さて、板型ヒートパイプ１０のコンテナ
は、上板１１と、凸部１２０、１２１が設けられた下板
１２とを接合して形成される。接合方法はＢＡｇ−８
（銀ろう）を用いたろう付けによった。凸部１２０、１
２１はプレス加工によって形成した。こうして形成され
たコンテナの内部には、後述する金属メッシュ１４等が
設置される。そして、板型ヒートパイプ１０の内容積の
３０％相当の純水を作動流体として真空封入した。
【００３２】図１は板型ヒートパイプ１０の一部断面図
である。凸部１２０、１２１に対応する位置に、無酸素
銅製のムクの伝熱柱部１３０〜１３２を配置した。伝熱
柱部１３０〜１３２は板型ヒートパイプ１０の内壁（上
板１１と下板１２）に、上記同様のろう付けによって接
合した。
である。凸部１２０、１２１に対応する位置に、無酸素
銅製のムクの伝熱柱部１３０〜１３２を配置した。伝熱
柱部１３０〜１３２は板型ヒートパイプ１０の内壁（上
板１１と下板１２）に、上記同様のろう付けによって接
合した。
【００３３】また板型ヒートパイプ１０の内部には、ウ
ィックとして一枚の金属メッシュ１４（無酸素銅製）
を、ほぼその内壁に沿うように配置した。更に金属多孔
質体１５を伝熱柱部１３０〜１３２の何れとも接するよ
うに設置した。この金属多孔質体１５は、熱柱部１３０
〜１３２の何れとも接するように設置した。またこの金
属多孔質体１５は、下板１２側とだけ接するように配置
した（図では金属多孔質体１５は、下板１２とも離れて
いるように描かれているが、これは図示する都合による
ものである）。
ィックとして一枚の金属メッシュ１４（無酸素銅製）
を、ほぼその内壁に沿うように配置した。更に金属多孔
質体１５を伝熱柱部１３０〜１３２の何れとも接するよ
うに設置した。この金属多孔質体１５は、熱柱部１３０
〜１３２の何れとも接するように設置した。またこの金
属多孔質体１５は、下板１２側とだけ接するように配置
した（図では金属多孔質体１５は、下板１２とも離れて
いるように描かれているが、これは図示する都合による
ものである）。
【００３４】本実施例では、金属多孔質体１５として、
セル径約０．３ｍｍ、空隙率８０％で厚さ２．５ｍｍの
セル状銅多孔質体を適用した（実施例１）。また金属多
孔質体１５に替え、純銅製で、線径８０μｍ、♯１２０
のメッシュを１５枚重ねて、折り畳んで厚さ約２．５ｍ
ｍにした金属メッシュ成形体を適用した例（実施例
２）、金属多孔質体１５に替え、純銅製で、線径７０μ
ｍ、空隙率６０％、厚さ２．５ｍｍの銅不織布を適用し
た例（実施例３）も行った。更に、実施例２の金属メッ
シュのサイズを厚さ５ｍｍとして、それを板型ヒートパ
イプ１０の上下の内壁の両方に接するように配置した例
（実施例４）も行った。
セル径約０．３ｍｍ、空隙率８０％で厚さ２．５ｍｍの
セル状銅多孔質体を適用した（実施例１）。また金属多
孔質体１５に替え、純銅製で、線径８０μｍ、♯１２０
のメッシュを１５枚重ねて、折り畳んで厚さ約２．５ｍ
ｍにした金属メッシュ成形体を適用した例（実施例
２）、金属多孔質体１５に替え、純銅製で、線径７０μ
ｍ、空隙率６０％、厚さ２．５ｍｍの銅不織布を適用し
た例（実施例３）も行った。更に、実施例２の金属メッ
シュのサイズを厚さ５ｍｍとして、それを板型ヒートパ
イプ１０の上下の内壁の両方に接するように配置した例
（実施例４）も行った。
【００３５】更に比較のために、金属多孔質体１５を備
えない例（比較例１）を用意した。また、上記実施例２
においては、金属多孔質体１５に替え金属メッシュ成形
体を適用したが、その金属メッシュ成形体が伝熱柱部１
３０〜１３２と接しないようにした例（比較例２）も用
意した。
えない例（比較例１）を用意した。また、上記実施例２
においては、金属多孔質体１５に替え金属メッシュ成形
体を適用したが、その金属メッシュ成形体が伝熱柱部１
３０〜１３２と接しないようにした例（比較例２）も用
意した。
【００３６】さて、上記実施例１〜４、比較例１、２に
おいて、その冷却性能を調べてみた。図３は実施例１〜
４、比較例１、２の板型ヒートパイプの外観であるが、
中央の凸部１２０には、発熱量１００Ｗの半導体素子１
個を、残りの４箇所の凸部１２１には発熱量５Ｗの半導
体素子各々１個を熱伝導グリスを介して装着した。更に
図２に示すように、上板１１側には、放熱のためのフィ
ン１６を装着した。
おいて、その冷却性能を調べてみた。図３は実施例１〜
４、比較例１、２の板型ヒートパイプの外観であるが、
中央の凸部１２０には、発熱量１００Ｗの半導体素子１
個を、残りの４箇所の凸部１２１には発熱量５Ｗの半導
体素子各々１個を熱伝導グリスを介して装着した。更に
図２に示すように、上板１１側には、放熱のためのフィ
ン１６を装着した。
【００３７】そして、上記５個の半導体素子に通電し、
図３に示すＴＡ、ＴＢの２ポイントの温度差を調べた。
その際、図２の板型ヒートパイプ１０の姿勢（設置角度
０°の場合と呼ぶ。この姿勢は図４（ア）に示すような
姿勢に該当する）、設置角度１８０°の場合（設置角度
０°の場合の反転姿勢、即ち図４（イ）に示すような姿
勢に該当する）、設置角度９０°の場合（設置角度０°
の姿勢を９０°回転させた姿勢、即ち図４（ウ）に示す
ような姿勢に該当する）の３姿勢の場合につき測定し
た。ＴＡ、ＴＢの２ポイントの温度差を消費電力Ｗで割
った値Ｒ（熱抵抗）、 Ｒ＝（ＴＡ−ＴＢ）／Ｗ を表１に記す。
図３に示すＴＡ、ＴＢの２ポイントの温度差を調べた。
その際、図２の板型ヒートパイプ１０の姿勢（設置角度
０°の場合と呼ぶ。この姿勢は図４（ア）に示すような
姿勢に該当する）、設置角度１８０°の場合（設置角度
０°の場合の反転姿勢、即ち図４（イ）に示すような姿
勢に該当する）、設置角度９０°の場合（設置角度０°
の姿勢を９０°回転させた姿勢、即ち図４（ウ）に示す
ような姿勢に該当する）の３姿勢の場合につき測定し
た。ＴＡ、ＴＢの２ポイントの温度差を消費電力Ｗで割
った値Ｒ（熱抵抗）、 Ｒ＝（ＴＡ−ＴＢ）／Ｗ を表１に記す。
【００３８】
【表１】
【００３９】表１の結果を見れば判るように、比較例
１、２は、設置角度９０°の場合では、熱抵抗が非常に
大きくなっているが、本発明の実施例１〜４は、設置角
度９０°の場合でも、熱抵抗が０．１Ｋ／Ｗ以下と小さ
く、優れた冷却性能が維持されている。従って、本発明
の板型ヒートパイプはその姿勢に係わらず優れた冷却性
能が実現しうるものであることが判る。
１、２は、設置角度９０°の場合では、熱抵抗が非常に
大きくなっているが、本発明の実施例１〜４は、設置角
度９０°の場合でも、熱抵抗が０．１Ｋ／Ｗ以下と小さ
く、優れた冷却性能が維持されている。従って、本発明
の板型ヒートパイプはその姿勢に係わらず優れた冷却性
能が実現しうるものであることが判る。
【００４０】
【発明の効果】以上のように本発明の板型ヒートパイプ
を用いた冷却構造であれば、例え板型ヒートパイプが垂
直或いは傾いて設置されるようなトップヒートモードに
おいても、十分に優れた冷却性能を実現することができ
るものである。
を用いた冷却構造であれば、例え板型ヒートパイプが垂
直或いは傾いて設置されるようなトップヒートモードに
おいても、十分に優れた冷却性能を実現することができ
るものである。
【図１】本発明に係わる板型ヒートパイプの一例を示す
説明図である。
説明図である。
【図２】本発明に係わる板型ヒートパイプを用いた冷却
構造の一例を示す説明図である。
構造の一例を示す説明図である。
【図３】本発明に係わる板型ヒートパイプの一例を示す
外観図である。
外観図である。
【図４】板型ヒートパイプの姿勢を説明する図である。
【図５】金属メッシュ成形体、金属多孔質体を模式的に
示す概念図である。
示す概念図である。
１０ 板型ヒートパイプ １１ 上板 １２ 下板 １３０ 伝熱柱部 １３１ 伝熱柱部 １３２ 伝熱柱部 １４ 金属メッシュ １５ 金属多孔質体 １６ フィン ２０ 半導体素子 ２１ 半導体素子 ２２ 半導体素子 ２３ リード １２０ 凸部 １２１ 凸部 ４０ 板型ヒートパイプ ４１ 被冷却素子
Claims (6)
- 【請求項１】 被冷却素子が実装された基板に相対して
設けられる板型ヒートパイプであって、前記板型ヒート
パイプの内部には前記被冷却素子に対応する位置に伝熱
柱部が配置され、また単数または複数の前記伝熱柱部の
内の少なくとも吸熱量最大の伝熱柱部に接触するように
金属多孔質体または金属メッシュ成形体が配置されてお
り、当該板型ヒートパイプの姿勢に係わらず、吸熱量最
大の前記伝熱柱部若しくは前記金属多孔質体の少なくと
も一方、または吸熱量最大の前記伝熱柱部若しくは前記
金属メッシュ成形体の少なくとも一方に作動流体の液相
部が接触している、板型ヒートパイプ。 - 【請求項２】 前記金属多孔質体または前記金属メッシ
ュ成形体が、当該板型ヒートパイプの上下内壁の一方に
接するように配置されている、請求項１記載の板型ヒー
トパイプ。 - 【請求項３】 前記金属多孔質体または前記金属メッシ
ュ成形体が、当該板型ヒートパイプの上下内壁の中間領
域に配置されている、請求項１記載の板型ヒートパイ
プ。 - 【請求項４】 前記伝熱柱部が配置された位置に当該板
型ヒートパイプの外形上、凸部が形成されている、請求
項１〜３の何れかに記載の板型ヒートパイプ。 - 【請求項５】 前記金属多孔質体が当該板型ヒートパイ
プのコンテナと一体に成形されている、請求項１、２、
４の何れかに記載の板型ヒートパイプ。 - 【請求項６】 被冷却素子として半導体素子が実装され
たプリント基板に相対して請求項１〜５のいずれかに記
載の板型ヒートパイプが配置され、前記半導体素子は前
記板型ヒートパイプと接続され、前記板型ヒートパイプ
にはヒートシンクが接合されている、冷却構造。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09196259A JP3108656B2 (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 板型ヒートパイプとそれを用いた冷却構造 |
| US09/023,372 US6082443A (en) | 1997-02-13 | 1998-02-13 | Cooling device with heat pipe |
| DE19805930A DE19805930A1 (de) | 1997-02-13 | 1998-02-13 | Kühlvorrichtung |
| US09/544,313 US6269866B1 (en) | 1997-02-13 | 2000-04-06 | Cooling device with heat pipe |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09196259A JP3108656B2 (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 板型ヒートパイプとそれを用いた冷却構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1137679A true JPH1137679A (ja) | 1999-02-12 |
| JP3108656B2 JP3108656B2 (ja) | 2000-11-13 |
Family
ID=16354843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09196259A Expired - Lifetime JP3108656B2 (ja) | 1997-02-13 | 1997-07-23 | 板型ヒートパイプとそれを用いた冷却構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3108656B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000249481A (ja) * | 1999-02-26 | 2000-09-14 | Hitachi Cable Ltd | プレート型ヒートパイプ |
| JP2001183080A (ja) * | 1999-12-24 | 2001-07-06 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 圧縮メッシュウイックの製造方法、および、圧縮メッシュウイックを備えた平面型ヒートパイプ |
| JP2011075259A (ja) * | 2009-10-02 | 2011-04-14 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 平板状ヒートパイプおよびその製造方法 |
| WO2018198353A1 (ja) * | 2017-04-28 | 2018-11-01 | 株式会社村田製作所 | ベーパーチャンバー |
| WO2018199218A1 (ja) * | 2017-04-28 | 2018-11-01 | 株式会社村田製作所 | ベーパーチャンバー |
| JP2019032134A (ja) * | 2017-08-09 | 2019-02-28 | レノボ・シンガポール・プライベート・リミテッド | プレート型熱輸送装置及び電子機器 |
-
1997
- 1997-07-23 JP JP09196259A patent/JP3108656B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000249481A (ja) * | 1999-02-26 | 2000-09-14 | Hitachi Cable Ltd | プレート型ヒートパイプ |
| JP2001183080A (ja) * | 1999-12-24 | 2001-07-06 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 圧縮メッシュウイックの製造方法、および、圧縮メッシュウイックを備えた平面型ヒートパイプ |
| JP2011075259A (ja) * | 2009-10-02 | 2011-04-14 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 平板状ヒートパイプおよびその製造方法 |
| WO2018198353A1 (ja) * | 2017-04-28 | 2018-11-01 | 株式会社村田製作所 | ベーパーチャンバー |
| WO2018199218A1 (ja) * | 2017-04-28 | 2018-11-01 | 株式会社村田製作所 | ベーパーチャンバー |
| WO2018198354A1 (ja) * | 2017-04-28 | 2018-11-01 | 株式会社村田製作所 | ベーパーチャンバー |
| CN110546447A (zh) * | 2017-04-28 | 2019-12-06 | 株式会社村田制作所 | 均热板 |
| US10973151B2 (en) | 2017-04-28 | 2021-04-06 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Vapor chamber |
| US11058031B2 (en) | 2017-04-28 | 2021-07-06 | Murata Manufacturing Co., Ltd | Vapor chamber |
| JP2019032134A (ja) * | 2017-08-09 | 2019-02-28 | レノボ・シンガポール・プライベート・リミテッド | プレート型熱輸送装置及び電子機器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3108656B2 (ja) | 2000-11-13 |
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