JPS58140593A - ヒ−トパイプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、発熱電子回路部品及びその他発熱体を冷却
するヒートパイプに関するものである。

第１図は、従来のヒートパイプの構成を示す図であり、
（１）は密閉容器、（２）はウィック、（３）は熱作１
媒体の蒸気の流れ、（４）は熱作動媒体の液の流れ、（
５）は蒸発部、（６）は凝縮部、（１００）は（１）〜
（６）により構成されたヒートパイプである。

・１“）構成は・第”図に示す２鷺・密閉容器“１）（
７）壁／に、つイック（２）例えば、目の細いスクリー
ン、焼結金属、フェルト等の多孔質材料を内張すし、真
空にし゛Ｃ１熱作動媒体、例えば、水、フ・１ン、エタ
ノール等を少量光てんし、密封したものである。

該密閉容器Ｕ）の一端を加熱すると、該蒸発部＋６）の
ウィック（２）中に浸み込んでいる熱作動媒体の液は、
熱せられ°Ｃ蒸発し、該密閉容器Ｉｔ）の他端、すなわ
ち、凝縮部（６）へ向って移動する。（第１図矢印（３
））該凝縮部（６）は、自然空冷や一制空冷により冷却
されており、移動した蒸気（３）は、ウィック（２）の
表面で凝縮して液体となり、つイック（２）の毛管現象
により、蒸発部（６）へもどる。（第１図矢印（４））
このようにして、熱作動媒体は、１本のヒートパイプ中
で、たえず循環し、熱は、蒸発部＋６）から、凝縮部（
６）へと伝えられる。ヒートパイプは、上述したように
、相変化を伴なう熱作動媒体の循環により、熱輸送を行
なう熱輸送装置である。

第２図は、従来の配線板上に装着されているＩＣをヒー
トパイプにより冷却する場合の図であり、図中、（７）
はＩ　Ｃ、（８）は配線板、（９）は熱伝導性グリース
、鱒は凝縮部における放熱フィンである。

第２図の構成におけるＩＣのジャンクションから、周囲
空気までの熱抵抗θｊａは、次のように分けられる。

θｊａ＝θｊｃ＋θｃｈ＋θｈ＋θｈａθｊｃは、ＩＣ
のジャンクション−ケース間の伝導熱抵抗、θｃｈは、
ケースとヒートパイプ間に介在しＣいる熱伝導性の介在
物、ここでは、熱伝導性グリースの上下接触面における
接触熱抵抗と、熱伝導性グリースの伝導熱抵抗を加えた
もの、θｈは、ヒートパイプに封入されている熱媒体の
相変化による熱抵抗と、密間容器間の伝導熱抵抗を加え
たモノ、θｈａは、ヒートパイプ凝縮部から周囲空気へ
の自然対流もしくは、強制対流熱伝達による熱抵抗であ
り、このうちθｈは、他の成分に比べ°Ｃ無視できるほ
ど小さい。ヒートパイプによるＩＣの放熱を考える際の
重要な成分は、上記のθｃｈであり、この熱抵抗をいか
に小さくするかが課題であるＯ 第２図においては、ＩＣとヒートパイプ間の介在物とし
Ｃは、熱伝導性グリースが用いられているが、図に示す
ように、ＩＣの補さが−不ぞろいになると、接触の仕方
にむらができ°Ｃ熱抵抗が大きくなる事が知られている
。

また、作業性の点でも、熱伝導性グリースを、ＩＣのケ
ース表面に、１４ｍずつ塗布し、ぞの後、その面にヒー
トパイプの蒸発部を接合するというやり方では、時間を
要し、改鋳の余地が残されＣいる。

第８図は、さらに従来のＩＣをヒートパイプを用い′Ｃ
冷却する場合の図である。Ｑ９はねじ、（嚇はヒートパ
イプの機械加工の可能な結合部分であり、（２）はＩＣ
のチップである。Ｉ　’ｃ　（７）のチップとヒートパ
イプの結合部分（２）を、該ねじ（ロ）により直接締め
付は結合した構成である。この場合も、第２図の場合と
同様に、高さの不ぞろいのあるＩＣを、１個ずつ、ヒー
トパイプにねじ止めするのは、非常、０作、、Ｇ間ヵ１
かヵ、鼠。まえ接触熱抵抗を軽減するためには、ある程
度以上の締め付は圧力が必要であり、被装着物の一万の
ＩＣチップ四の傾度との兼ね合いの問題もでＣくる。

以上のように、ヒートパイプとＩＣのケース表面間の接
合は、熱伝導性グリース及びねじによる機械的な接合に
頼っているのが現状であり、冷却を対象とするＩＣの部
品点数が増加すると、作業性がヒートパイプ方式を採用
する場合の問題となつ°Ｃくる。

この発明は、上記のような従来のものの欠点を除去する
ヒートパイプを得ることを目的とするものである。

第４図は、この発明の一実施例を示す断面図である。（
１００）はヒートパイプ、α◆は熱伝導性を有する介在
物である。該介在物ａ４は、後述する方法によす、該ヒ
ートパイプ（、，１００）の蒸発部に接合され、一体化
されたヒートパイプを形成し・Ｃ１，、る。

従来のヒートパイプを利用し、ＩＣを冷却する場合、ヒ
ートパイプ、発熱体であるＩＣ，熱伝導性グリースなど
の介在物は、それぞれ別個の構成要素として扱われてい
た。

この発明においＣは、従来のヒートパイプ（第１図）と
介在物（１３ｆ−接合し、一体化したヒートパイプを考
え′Ｃおり、該ヒートパイプの蒸発部に接合された介在
物と、被冷却物であるＩＣ，その他室子回路部品及び発
熱体を接合し、該発熱体を冷却するものである。

ヒートパイプ（１００）の蒸発部＋６）と、介在物Ｌ１
４を接合し、一体化する方法としては、例えば次の二つ
の方法が考えられる。

第１の方法は、該ヒートパイプ（１００）の蒸発部（５
）のまわりに、型をつくり介在物α４例えば、市販の電
気絶縁及び熱伝導材料のシリコンゴムを、加温し流動状
態にし°Ｃ流し込み、注型する。冷却後は、第４図に示
したように、ヒートパイプ（１００）の蒸発部（５）の
外壁面に、シリコンゴムが固着され、介在物と一体化さ
れたヒートパイプが形成される。

第２の方法は、あらかしめ成形されたシリコンゴムをヒ
ートパイプ（Ｚｏｏ）の蒸発部（６）の外壁面の形状に
合わせて、切断した後、該シリコンゴムをヒートパイプ
（１００）の蒸発［１５）の外壁面に載せ、加温しなが
ら、圧力をかけ°Ｃ圧接するものである。

ただし、この方法の場合には、構造体としＣのヒ−トパ
イプの強度が問題となり、改善の余地がある。

上述した２例等の方法で、ヒートパイプの蒸発部の外壁
面の形状が凹凸面やその他あらゆる形状を有し°Ｃい°
Ｃ介在物であるシリコンゴムは、十分になじむ。結果、
ヒートパイプの蒸発部の外壁面と外壁面と介在物間の接
触熱抵抗が軽減される。

このような介在物と一体化されたヒートパイプを用いる
ことにより、このヒートパイプと、■ｃ等の発熱体を接
触させ、これを固定する幕により、従来の個々のＩＣに
グリースを塗布するとか、ねじ締めする作業は、無くな
り、作業性が改鋳されるＯ しかし、上記の介在物とし°Ｃ市販熱伝導性材料である
シリコンゴムを用いたヒートパイプの蒸発部１５）を、
電子回路部品及びその他発熱体の表面に装着する場合に
おい°Ｃは、第５甲に示すように、市販の熱伝導性材料
の有する反発弾性により、発熱体の表面形状が凹凸面で
ある場合には、小さな締め付は圧力Ｐでは、介在物（ロ
）と電子回路部品及びその他発熱体（１）の接触回間に
、大きな空間が土じ、結果、接触熱抵抗が大きくなると
いう開鎖は、従来の場合と同様に残つ′Ｃおり改善の余
地がある。

ゆえに、このような問題点を有する市販の熱伝導性材料
にかわって、次のような特性を持−〕＾伝導性の熱硬化
性樹脂を介在物とし゛Ｃ１ヒートパイプの蒸発部の外壁
面に適用すれば、この問題点が改善される。

該熱硬化性樹脂は、室温から１８０″Ｃの温間範囲の中
で強度１．伸び及び弾性率などの物理的性ｄが急激に変
化する熱変形温度を持ち、しかもその変化量が従来に見
られない極めＣ大きな変化量を示す特定の熱硬化性樹脂
と熱伝導性フィラーによりて構成され”Ｃいる。

具体、的には、例えば、主剤として、分子両末端に水駿
基を有するポリヒドロキシン化合物及び低分子量ポリオ
レフィン化合物、熱伝導性フィラー、１、・ イソシアネート化合物によつ°Ｃ構成された熱硬化　　
　　し性樹脂、又は、デリヒドロキ、シブタジエン藏合
体の水素添加物、熱伝導性フィラー、イソシアネート化
合物で構成される熱硬化性樹脂が好適である。

上記の熱硬化性樹脂は、第６図に示すように、■（７）
　シ’）　：ｌ−ンコム等の弾性率変化に対し、■のよ
うな特性を示す。

該熱硬化性樹脂の場合、上記特性のごとく、加熱すると
、弾性率が、ある温度において極端に低くなるため、非
常に小さな圧力で発熱体の接触面に密着する。このよう
に、発熱体の表面がいかなる形状を有しＣいても、これ
らの面に密着する優れた特徴を持っているので、従来に
見られたグリース等の使用は必要なく締め付は圧力も小
さくてすむ。

また、該熱硬化性樹脂は、加熱すると、弾性率が非常に
小さくなり、装着される発熱体表面に非常に良くなじむ
ことは前述したが、さらに、冷却後は常に変形した時の
形状を維持するが、再度加熱すれば、変形前の平滑な面
に戻るという特性がある。ゆえに、保守点検並びに数個
の電子部品を故障取り換え時の作業が非常に容易である
。

第７図は、上述した特性を有する熱硬化性樹脂を用いた
場合の、本発明の他の実施例を示す断面図である、図中
、（７）はＩＣ等の発熱電子部品、（２）は上述の熱硬
化性樹脂を用いた介在物である。ヒートパイプ（１００
）は、従来のヒートパイプと、圧接及び注型により接合
された熱硬化性樹脂から構成されている。第６図のよう
に、市販熱伝導性ラバーを介在物とし°Ｃ用いた場合は
、発熱体表面に凹凸があったり、個々の発熱体の高さが
不ぞろいであると、空間なく装着することが困難であっ
た。

しかし、ヒートパイプの蒸発部（５）に、熱硬化性樹脂
（至）を接合した場合は、第７図に示すごとく、発熱体
例えば、ＩＣの表面の高さが不ぞろいであっても、ある
温度まで加温すると、第６図に示されるような弾性率の
急激な減少を示し、非常に軟化した状態になり、容易に
小さな圧力で、ＩＣのケース表面になじむ。ゆえに、該
ヒートパイプと発熱体の表面間の接触面の熱抵抗も、該
ヒートパイプ蒸発部と介在物のすえ付は熱抵抗の軽減と
ともに、大幅に減少することが期待される。

第８図は、この発明のさらに他の実施例を示す断面図で
あり、（ト）は熱硬化性樹脂、鱒は発熱部、α力は被加
熱部である。

この実施例はヒート１．ｆイブ（１００）の蒸発部＋６
）だけでなく凝縮部（６）にもへ１ｃ新たに熱硬化性樹
脂に）を接合し、一体化した熱輸送装置を、被加熱部α
ηに装着したものである。

一般に、凝縮部（６）には、第２図に示した様に、放熱
フィンを設けて１周囲空気中に、自然空冷。

もしくは、強制空冷により、熱を逃がしＣいる。

しかし、発熱部（２）における発熱量が大きい場合には
ｔその熱を周囲空気中に放熱するのは、省エネルギの面
から見ると、無駄であるので、第８図の構成の熱輸送装
置により、発熱部（ロ）の熱を、被加熱部Ｑηにすみゃ
かに伝え、利用するものである。

第９図は・この発明のさらに他の実施例を示す図であり
、（至）は水冷ダクトである。

第８図の構成では、発熱部−の発熱密度が高くなると、
自然空冷及び強制空冷では、放熱効果が期、待できなく
なる可能性がある。

ゆえに１ヒートパイプ（Ｚｏｏ）の凝縮Ｎ（６）に接合
された熱硬化性樹脂（ト）中に、水冷ダクト（至）を通
し、この熱輸送装置の放熱効果を高めたものである。

例えば、第１０図に示すように、密閉された部屋（２）
に、大容量の変圧器勾が設置された場合、該変圧器−の
側壁面に、第９図構成の熱輸送装置を、装着する事によ
り、該密閉された部屋四の内部空気温度上昇を抑制し、
さらに、該変圧器（１）から発生する熱を、再利用する
事が可能となる。

この発明は、以上説明したとおり、ヒートパイプの熱交
換部の外壁面に、熱伝導性及び電気絶緒性を有する介在
物を接合し、一体化したヒートパイプを、発熱部と被加
熱部に装着することにより、該ヒートパイプ自身のすえ
付熱抵抗や、発熱部と該ヒートパイプ間の接触熱抵抗が
、大幅に軽減される。結果、その放熱効果が上がり、ま
た、発熱部の熱を再利用するシステムにも応用可能とな
る。

さらに、装着性が良くなり、あらゆる発熱部及第１図は
従来のヒートパイプの断面図、ｆｌｉ２Ｅ　　−および
第８図は従来のＩＣを冷却する場合の構成図、第４図は
この発明の一実施例を示す断面図、第５図は第４図のヒ
ートパイプの使用状態を示す要部断面図、第６図は熱硬
化性樹脂の弾性率の温度特性を示す特性図、第７図はこ
の発明の他の実施例を示す断面図、第８図はこの発明の
さらに他の実施例を示す断面図、第９因はこの発明のさ
らに別の実施例を示す断面図、第１Ｏ図は第９因に示す
ヒートパイプの他の応用例を示す図である。

図におい°（、＋１）は密閉容器、（２）はウィック、
（３）は蒸気、（４）は液体、（Ｉｓ）は蒸発部、（６
）は凝縮部、（７）はＩ　Ｃ、（８）は配線板、（９）
は熱伝導性グリース、（２）は放熱フィン、ａ◆は介在
物、（２）は熱硬化性樹脂、αＱは発熱部、ａカは被加
熱部、柵は水冷ダクトである。

なお、各図中の同一符号は、同一または、相当部分を示
すものとする。

代坤人　葛野信− 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 １／）６ 第８図 第９図 手続補正書（自発） 特許庁長官殿 １、事件の表示　　　　特願昭墨マー１８１１＠号２、
発明の名称 ヒートパイプ ３、補正をする者 ） ６、補正の対象 （１）明−書の発明の詳細な説明の欄 （２）図面 ６、補正の内容 （１）明細書中、第７頁第６行目〜同第６行目に「を有
していて・・・・・・になじむ。」とあるのを「を有し
ていても介在物であるシリコンゴムは、ある程度なじむ
」と訂正する。

（２）図面＠８図および１１９図を添付図面のとおり訂
正する。（添付図面に未配のとおり、符号「６」を追加
する。） ７、添付書類の目録 （１）図面（第８図、第９図）　　　　１通以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋１）被熱交換物と熱交１１１部との間に配置される熱
   伝導性介在物を該熱交換部と一体化したことを特徴とす
   ると一ドパイブ。 （２）熱伝導性介在物として熱硬化性樹脂を用いたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のヒートパイプ
   。