JPWO2019131814A1 - ヒートシンク - Google Patents

Abstract

本発明は、発熱量の多いホットスポットが発熱体パッケージの一部領域に偏在していても、優れた冷却性能を発揮できるヒートシンクを提供することを目的とする。パッケージ内に発熱体を備えた発熱体パッケージと熱的に接続される一方の端部と、放熱部と熱的に接続された他方の端部と、を有するヒートパイプを、複数備え、複数の前記ヒートパイプには、少なくとも、第１のヒートパイプと該第１のヒートパイプよりも熱輸送能力が大きい第２のヒートパイプとが存在するヒートシンク。

Description

本発明は、ヒートパイプを通じて発熱体の熱を放熱フィンへ熱輸送することで発熱体を冷却するヒートシンクに関するものである。

電子機器の高機能化に伴い、電子機器内部には、発熱体パッケージ内に電子部品等の発熱体が複数搭載されている場合がある。さらに、電子部品等の機能の相違に応じて、各電子部品等の発熱量も多種多様となっている。従って、発熱量の多いホットスポットが発熱体パッケージの一部領域に偏在することがある。このような発熱体パッケージであっても、確実にかつ効率的に冷却するために、複数のヒートパイプが発熱体パッケージに熱的に接続されることがある。

複数のヒートパイプが発熱体に熱的に接続されるヒートシンクとして、例えば、複数のヒートパイプのうち、発熱体との距離が近い少なくとも一のヒートパイプを、他のヒートパイプよりも発熱体から受熱プレートの厚み方向に離間させる突部を備えたヒートシンクが提案されている（特許文献１）。特許文献１では、発熱体との距離が近い少なくとも一のヒートパイプを、他のヒートパイプよりも発熱体から受熱プレートの厚み方向に離間させる突部を備えることで、一のヒートパイプ及び他のヒートパイプの熱源からの距離が均等化される。これにより、一のヒートパイプへの熱負荷が低減して、発熱体を効率的に冷却することができるものである。

一方で、特許文献１では、複数のヒートパイプの熱輸送能力が略同一であることから、一のヒートパイプ及び他のヒートパイプの熱源からの距離を均等化する。よって、熱源の直上にあるヒートパイプについては、発熱体から受熱プレートの厚み方向に離間しているので、熱源に近づけることで、その熱輸送能力をさらに発揮させる余地があった。従って、ヒートシンクの冷却性能の向上に改善の余地があった。

また、複数のヒートパイプの熱輸送能力が略均一であると、熱源の直上にあるヒートパイプに要求される熱輸送能力にあわせて、他のヒートパイプの仕様を特定する必要がある。熱輸送能力の大きいヒートパイプとしては、例えば、径が大きい仕様のヒートパイプが挙げられる。一方で、径が大きいヒートパイプは、熱抵抗が大きい、曲げ等の加工性に劣る、的確な配置を取ることが難しい等の問題があることから、熱輸送特性の向上に改善の余地があった。

特開２０１４−１２６２４９号公報

上記事情に鑑み、本発明は、発熱量の多いホットスポットが発熱体パッケージの一部領域に偏在していても、優れた冷却性能を発揮できるヒートシンクを提供することを目的とする。

本発明の態様は、パッケージ内に発熱体を備えた発熱体パッケージと熱的に接続される一方の端部と、放熱部と熱的に接続された他方の端部と、を有するヒートパイプを、複数備え、複数の前記ヒートパイプには、少なくとも、第１のヒートパイプと該第１のヒートパイプよりも熱輸送能力が大きい第２のヒートパイプとが存在するヒートシンクである。

本発明の態様は、パッケージ内に発熱体を備えた発熱体パッケージと熱的に接続される中央部と、放熱部と熱的に接続された両端部と、を有するヒートパイプを、複数備え、複数の前記ヒートパイプには、少なくとも、第１のヒートパイプと該第１のヒートパイプよりも熱輸送能力が大きい第２のヒートパイプとが存在するヒートシンクである。

本発明の態様は、複数の前記ヒートパイプの一方の端部が、前記発熱体パッケージの延在方向に沿って並列配置されているヒートシンクである。

本発明の態様は、複数の前記ヒートパイプの中央部が、前記発熱体パッケージの延在方向に沿って並列配置されているヒートシンクである。

本発明の態様は、前記ヒートパイプの短手方向の寸法の相違、前記ヒートパイプの短手方向の形状の相違及び／または前記ヒートパイプに収容されたウィック構造体の相違により、前記第２のヒートパイプの熱輸送能力が、前記第１のヒートパイプの熱輸送能力よりも大きいヒートシンクである。

本発明の態様は、複数の前記ヒートパイプの一方の端部が、受熱プレートと熱的に接続されており、該受熱プレートが前記発熱体パッケージと熱的に接続されるヒートシンクである。

本発明の態様は、複数の前記ヒートパイプの中央部が、受熱プレートと熱的に接続されており、該受熱プレートが前記発熱体パッケージと熱的に接続されるヒートシンクである。

本発明の態様は、前記パッケージの延在方向において複数の前記発熱体が配置された前記発熱体パッケージの冷却用であるヒートシンクである。

本発明の態様は、前記発熱体の位置に、前記第２のヒートパイプの一方の端部が熱的に接続されるヒートシンクである。

本発明の態様は、前記発熱体の位置に、前記第２のヒートパイプの中央部が熱的に接続されるヒートシンクである。

本発明の態様は、前記パッケージの延在方向において発熱量の多いホットスポットが存在する前記発熱体パッケージの冷却用であるヒートシンクである。なお、本明細書中、「パッケージのホットスポット」とは、パッケージ全表面のうち、発熱体パッケージ表面全体の平均温度よりも高い温度を示す領域を意味する。

本発明の態様は、前記ホットスポットに、前記第２のヒートパイプの一方の端部が熱的に接続されるヒートシンクである。

本発明の態様は、前記ホットスポットに、前記第２のヒートパイプの中央部が熱的に接続されるヒートシンクである。

本発明の態様によれば、少なくとも、第１のヒートパイプと該第１のヒートパイプよりも熱輸送能力が大きい第２のヒートパイプとが併用されることにより、第１のヒートパイプよりも第２のヒートパイプの近くに発熱体パッケージのホットスポットや発熱体を熱的に接続すると、第２のヒートパイプの大きな熱輸送能力によって、発熱体パッケージに対し優れた冷却性能を発揮できる。また、発熱体パッケージにホットスポットが存在していても、第２のヒートパイプの部位にホットスポットを熱的に接続することで、第２のヒートパイプの相対的に大きな熱輸送能力によって、ホットスポットを効率的に冷却することができる。また、第１のヒートパイプも、放熱部と熱的に接続されているので、熱輸送に寄与でき、第２のヒートパイプの負荷が低減されて、結果、発熱体パッケージに対し優れた冷却性能を付与できる。

本発明の態様によれば、複数の前記ヒートパイプの一方の端部または中央部が、前記発熱体パッケージの延在方向に沿って並列配置されていることにより、発熱体パッケージのホットスポットや発熱体に第２のヒートパイプを確実かつ簡易に熱的に接続することができる。

本発明の態様によれば、ヒートパイプの一方の端部または中央部が、受熱プレートと熱的に接続されていることにより、ヒートパイプと発熱体パッケージ間の熱的接続性が向上する。また、受熱プレートは、並列配置された各ヒートパイプに対する熱負荷を均一化させる均熱板としての作用も有するところ、熱輸送能力が大きい第２のヒートパイプが存在することにより、均熱板としての作用を従来ほど重要視する必要はなく、受熱プレートを薄肉化できる。従って、ヒートシンクの軽量化と小型化を図ることができる。

本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの斜視図である。 本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの平面図である。 本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの一方の端部の側面図である。 本発明の第２実施形態例に係るヒートシンクの一方の端部の側面図である。 本発明の第３実施形態例に係るヒートシンクの一方の端部の側面図である。 （ａ）図は、本発明の第４実施形態例に係るヒートシンクの平面図、（ｂ）図は、本発明の第４実施形態例に係るヒートシンクの側面図、（ｃ）図は、本発明の第４実施形態例に係るヒートシンクのＡ−Ａ断面図である。 （ａ）図、（ｂ）図、（ｃ）図とも、本発明の他の実施形態例に係るヒートシンクの説明図である。 （ａ）図、（ｂ）図、（ｃ）図とも、本発明の他の実施形態例に係るヒートシンクの説明図である。 （ａ）図、（ｂ）図、（ｃ）図とも、本発明の他の実施形態例に係るヒートシンクの説明図である。

以下に、本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクについて、図面を用いながら説明する。図１〜３に示すように、第１実施形態例に係るヒートシンク１は、パッケージ１０２内に発熱体１０１を備えた発熱体パッケージ１００と熱的に接続されている第１のヒートパイプ１１と、同じく、パッケージ１０２内に発熱体１０１を備えた発熱体パッケージ１００と熱的に接続されている第２のヒートパイプ２１と、第１のヒートパイプ１１と第２のヒートパイプ２１が共通に熱的に接続された、複数の放熱フィン４１を有する放熱部４０と、を備えている。発熱体パッケージ１００が、ヒートシンク１の冷却対象である。第１のヒートパイプ１１と第２のヒートパイプ２１は、その内部空間が、密封されており、さらに減圧処理された熱輸送部材である。

第１のヒートパイプ１１は、一方の端部１２が発熱体パッケージ１００と熱的に接続され、他方の端部１３が放熱部４０と熱的に接続されている。第２のヒートパイプ２１は、一方の端部２２が発熱体パッケージ１００と熱的に接続され、他方の端部２３が放熱部４０と熱的に接続されている。

ヒートシンク１では、複数（図１〜３では、２本）の第１のヒートパイプ１１と複数（図１〜３では、２本）の第２のヒートパイプ２１からなる複数のヒートパイプ（以下、第１のヒートパイプと第２のヒートパイプを含めた複数のヒートパイプを「ヒートパイプ群」ということがある。）を備えている。ヒートパイプ群は、それぞれのヒートパイプが側面視において並列配置されている。ヒートシンク１では、それぞれのヒートパイプが側面視において一列に並列配置されている。ヒートパイプ群は、側面視中央に第２のヒートパイプ２１が配置され、側面視両端に第１のヒートパイプ１１が配置されている。具体的には、２本の第１のヒートパイプ１１と２本の第２のヒートパイプ２１が並列配置され、中央に２本の第２のヒートパイプ２１が、両端に、それぞれ、１本の第１のヒートパイプ１１が配置されている。

第１のヒートパイプ１１は、一方の端部１２が受熱プレート３０の第１面３１と熱的に接続されている。第２のヒートパイプ２１は、一方の端部２２が受熱プレート３０の第１面３１と熱的に接続されている。第１のヒートパイプ１１と第２のヒートパイプ２１は、受熱プレート３０の同じ面に設置されている。受熱プレート３０の第１面３１とは反対側の面である第２面３２に、発熱体パッケージ１００が熱的に接続される。従って、第１のヒートパイプ１１と第２のヒートパイプ２１は、受熱プレート３０を介して発熱体パッケージ１００と熱的に接続されている。なお、ヒートシンク１では、受熱プレート３０と、第１のヒートパイプ１１の一方の端部１２と、第２のヒートパイプ２１の一方の端部２２の上面を覆うように、カバー部材１１０が取り付けられている。

第１のヒートパイプ１１の一方の端部１２における、第１のヒートパイプ１１の長手方向に対して直交方向（すなわち、第１のヒートパイプ１１の短手方向）の断面形状は、特に限定されず、ヒートシンク１では、円形状となっている。すなわち、ヒートシンク１では、第１のヒートパイプ１１の熱輸送方向に対して直交方向の断面形状は、円形状となっている。また、第２のヒートパイプ２１の一方の端部２２における、第２のヒートパイプ２１の長手方向に対して直交方向（すなわち、第２のヒートパイプ２１の短手方向）の断面形状は、特に限定されず、ヒートシンク１では、第１のヒートパイプ１１と同じく、円形状となっている。すなわち、ヒートシンク１では、第２のヒートパイプ２１の熱輸送方向に対して直交方向の断面形状は、円形状となっている。従って、第１のヒートパイプ１１の一方の端部１２における短手方向の断面形状は、第２のヒートパイプ２１の一方の端部２２における短手方向の断面形状と略同じとなっている。なお、本明細書中、「ヒートパイプの長手方向」とは、ヒートパイプの熱輸送方向を意味し、「ヒートパイプの短手方向」とは、ヒートパイプの熱輸送方向に対して直交方向を意味する。

また、第１のヒートパイプ１１と第２のヒートパイプ２１の内部には、いずれも、液相の作動流体（図示せず）を他方の端部１３、２３から一方の端部１２、２２へ還流させるためのウィック構造体（図示せず）が収容されている。ウィック構造体は、毛細管力を有する構造体である。ヒートシンク１では、第１のヒートパイプ１１のウィック構造体は、第２のヒートパイプ２１のウィック構造体と同じ構造物である。

第２のヒートパイプ２１の一方の端部２２における短手方向の径（外径φ２）は、第１のヒートパイプ１１の一方の端部１２における短手方向の径（外径φ１）よりも大きい寸法となっている。すなわち、第１のヒートパイプ１１と第２のヒートパイプ２１は、上記短手方向の径が相違する点で、異なる構造のヒートパイプとなっている。一方の端部２２における短手方向の径（外径φ２）が、一方の端部１２における短手方向の径（外径φ１）よりも大きいことにより、第２のヒートパイプ２１は、第１のヒートパイプ１１よりも大きい熱輸送能力を発揮する。ヒートシンク１では、第１のヒートパイプ１１の短手方向の形状及び径は、一方の端部１２から他方の端部１３まで略同一であり、第２のヒートパイプ２１の短手方向の形状及び径は、一方の端部２２から他方の端部２３まで略同一である。

一方の端部１２における短手方向の径（外径φ１）に対する一方の端部２２における短手方向の径（外径φ２）の比率（外径φ２／外径φ１）は、１．００超であれば、特に限定されず、例えば、１．０５〜３．００が好ましく、１．１０〜２．００がより好ましく、１．２０〜１．５０が特に好ましい。外径φ２／外径φ１が１．０５より小さいと、第１のヒートパイプ１１と第２のヒートパイプ２１の熱輸送能力の差が小さく、ホットスポットに十分に高い熱輸送能力を有する第２のヒートパイプ２１を配置できない傾向がある。また、外径φ２／外径φ１が３．００より大きいと、第１のヒートパイプ１１の曲げと第２のヒートパイプ２１の曲げ等の制約の差が大きくなり、一つのヒートシンク内における構成要素として、使用しにくい傾向にある。また、一方の端部１２における短手方向の断面積に対する一方の端部２２における短手方向の断面積の比率は、１．００超であれば、特に限定されず、例えば、１．１〜９．０が好ましく、１．２〜４．０がより好ましく、１．４〜２．２が特に好ましい。

また、一方の端部２２における短手方向の径（外径φ２）は、一方の端部１２における短手方向の径（外径φ１）よりも大きい寸法であれば、特に限定されず、一方の端部１２における短手方向の径（外径φ１）は、例えば、５．０ｍｍ〜１０ｍｍが挙げられる。また、一方の端部２２における短手方向の径（外径φ２）は、例えば、５．３ｍｍ〜３０ｍｍが挙げられる。

第１のヒートパイプ１１の一方の端部１２と第２のヒートパイプ２１の一方の端部２２は、発熱体パッケージ１００の延在方向に沿って並列配置されている。また、第１のヒートパイプ１１の一方の端部１２と第２のヒートパイプ２１の一方の端部２２は、略同一平面上に配置されている。従って、第１のヒートパイプ１１の一方の端部１２直下における受熱プレート２０の厚さと第２のヒートパイプ２１の一方の端部２２直下における受熱プレート２０の厚さは、略同一となっている。なお、本明細書中、「パッケージの延在方向」とは、パッケージ外面のうち、ヒートシンクに接続されるパッケージ面に沿った方向を意味する。

図２に示すように、第１のヒートパイプ１１は、一方の端部１２の平面視の形状は略直線状であり、一方の端部１２と他方の端部１３の間に位置する中央部１４の平面視の形状も略直線状である。第２のヒートパイプ２１は、一方の端部２２の平面視の形状は略直線状であり、一方の端部２２と他方の端部２３の間に位置する中央部２４の平面視の形状も略直線状である。従って、第１のヒートパイプ１１と第２のヒートパイプ２１は、一方の端部１２、２２から中央部１４、２４に渡って、平面視略直線状の部位が横並びに配置されている。

ヒートシンク１では、第１のヒートパイプ１１について、放熱部４０と熱的に接続された他方の端部１３に、曲げ部１５が形成されている。従って、第１のヒートパイプ１１は、いずれも、平面視略Ｌ字状となっている。また、右側１本の第１のヒートパイプ１１の曲げ部１５は、右方向の曲げであるのに対し、左側１本の第１のヒートパイプ１１の曲げ部１５は、左方向の曲げである。つまり、左側に位置する第１のヒートパイプ１１と右側に位置する第１のヒートパイプ１１について、曲げ部１５の曲げ方向が反対となっている。

第２のヒートパイプ２１について、放熱部４０と熱的に接続された他方の端部２３に、曲げ部２５が形成されている。従って、第２のヒートパイプ２１は、いずれも、平面視略Ｌ字状となっている。また、右側１本の第２のヒートパイプ２１の曲げ部２５は、右方向の曲げであるのに対し、左側１本の第２のヒートパイプ２１の曲げ部２５は、左方向の曲げである。つまり、左側に位置する第２のヒートパイプ２１と右側に位置する第２のヒートパイプ２１について、曲げ部２５の曲げ方向が反対となっている。なお、第１のヒートパイプ１１は、第２のヒートパイプ２１よりも短手方向の径が小さいので、第２のヒートパイプ２１よりも曲げ等の加工が容易である。従って、必要に応じて、第１のヒートパイプ１１の曲げ部１５の曲率半径を第２のヒートパイプ２１の曲げ部２５の曲率半径よりも小さく加工することができる。上記から、ヒートシンク１では、放熱部４０全体へ均一に熱輸送することができるので、放熱効率が向上する。

第１のヒートパイプ１１と第２のヒートパイプ２１は、いずれも、曲げ部１５、２５により、放熱部４０の長手方向に対して略平行方向に他方の端部１３、２３が延びる態様となっている。放熱部４０は、放熱フィン４１の主面（平面部）が、第１のヒートパイプ１１と第２のヒートパイプ２１の一方の端部１２、２２の延在方向に対して略平行方向に配置されるように、放熱フィン４１が並列配置されている。放熱フィン４１は、薄い平板状の部材である。ヒートシンク１では、放熱部４０の長手方向に対して平行方向に延びる第１のヒートパイプ１１の他方の端部１３、第２のヒートパイプ２１の他方の端部２３が、いずれも、放熱部４０の長手方向の端部まで達している。

図１に示すように、放熱部４０の外観形状は略直方体である。放熱部４０は、外観形状が略直方体である第１の放熱フィン群４２と、第１の放熱フィン群４２に隣接した外観形状が略直方体である第２の放熱フィン群４３とが積層された構造となっている。第１の放熱フィン群４２も第２の放熱フィン群４３も、平板状の支持体４５上に取り付けられた複数の放熱フィン４１が、放熱部４０の長手方向に対して平行方向に配列されている構造となっている。

第１の放熱フィン群４２と第２の放熱フィン群４３との間に、第１のヒートパイプ１１の他方の端部１３と第２のヒートパイプ２１の他方の端部２３が挿入されている。第１の放熱フィン群４２と第２の放熱フィン群４３との間に、他方の端部１３、２３が配置されることで、放熱部４０と第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ２１が熱的に接続される。

第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ２１にて使用されるコンテナの材質としては、特に限定されず、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼等を挙げることができる。また、上記コンテナに封入される作動流体としては、コンテナの材料との適合性に応じて、適宜選択可能であり、例えば、水、フルオロカーボン類、シクロペンタン、エチレングリコール、これらの混合物等を挙げることができる。

また、コンテナに収容される、ウィック構造体としては、特に限定されず、例えば、銅、銅合金等の金属粉の焼結体、銅、銅合金等の金属線からなるメッシュ、銅、銅合金等の金属の編組体、樹脂成分からなる不織布、コンテナの内面に形成された細溝（グルーブ）等を挙げることができる。また、放熱フィン４１の材質は、特に限定されず、例えば、銅、銅合金等の金属を挙げることができる。

次に、第１実施形態例に係るヒートシンク１の使用方法例を説明する。図３に示すように、発熱体パッケージ１００の受熱プレート３０側平面のうち、ホットスポットである発熱体１０１の直上及びその近傍に第２のヒートパイプ２１が配置されるように、ヒートシンク１のヒートパイプ群を設置する。図３では、発熱体パッケージ１００の側面視中央部に発熱体が位置している。これに対応して、第２のヒートパイプ２１はヒートパイプ群の側面視中央に配置され、第１のヒートパイプ１１がヒートパイプ群の側面視両端部に配置されている。従って、第１のヒートパイプ１１は、第２のヒートパイプ２１と比較して、ホットスポットから遠い部位に位置している。

発熱体パッケージ１００から発熱した熱は、受熱プレート３０へ伝達される。受熱プレート３０へ伝達された熱は、受熱プレート３０から第１のヒートパイプ１１の一方の端部１２及び第２のヒートパイプ２１の一方の端部２２へ伝達される。第１のヒートパイプ１１の一方の端部１２へ伝達された熱は、第１のヒートパイプ１１の熱輸送作用によって、第１のヒートパイプ１１の一方の端部１２から第１のヒートパイプ１１の他方の端部１３へ輸送される。また、第２のヒートパイプ２１の一方の端部２２へ伝達された熱は、第２のヒートパイプ２１の熱輸送作用により、第２のヒートパイプ２１の一方の端部２２から第２のヒートパイプ２１の他方の端部２３へ輸送される。第１のヒートパイプ１１の他方の端部１３へ輸送された熱及び第２のヒートパイプ２１の他方の端部２３へ輸送された熱は、複数の放熱フィン４１を有する放熱部４０へ伝達される。放熱部４０へ伝達された熱は、放熱部４０から外部環境へ放出されることで、発熱体パッケージ１００に収納された発熱体１０１を冷却することができる。

このとき、第１のヒートパイプ１１よりも熱輸送能力の大きい第２のヒートパイプ２１が、発熱体パッケージ１００のうち、そのホットスポットである発熱体１０１の直上及びその近傍に配置されているので、第２のヒートパイプ２１の大きな熱輸送能力によって、発熱体パッケージ１００のホットスポットに対する優れた冷却性能を発揮できる。従って、発熱体パッケージ１００にホットスポットが生じていても、発熱体パッケージ全体に対して優れた冷却性能を発揮できる。また、第１のヒートパイプ１１も、発熱体パッケージ１００と熱的に接続されているので、ヒートパイプ群の熱輸送に寄与できる。従って、第１のヒートパイプ１１の熱輸送能力により、第２のヒートパイプの負荷が低減され、また、発熱体パッケージ１００のうち、ホットスポット周縁に対する冷却性能を発揮できる。結果、ヒートシンク１は、発熱体パッケージ１００全体に対する優れた冷却性能を発揮できる。

また、ヒートシンク１では、ヒートパイプ群の一方の端部が、発熱体パッケージ１００の延在方向に沿って並列配置されているので、発熱体パッケージ１００のホットスポットの領域に、第２のヒートパイプ２１を確実かつ簡易に熱的に接続することができる。

受熱プレート３０は、並列配置されたヒートパイプ群に対する熱負荷を均一化させる均熱板としての作用も有するところ、熱輸送能力が大きい第２のヒートパイプ２１がホットスポットに配置されることにより、均熱板としての作用を従来ほど重要視する必要はなく、結果、受熱プレート３０を薄肉化できる。従って、ヒートシンク１の軽量化と小型化を図ることができる。

次に、本発明の第２実施形態例に係るヒートシンクについて、図面を用いながら説明する。なお、第２実施形態例に係るヒートシンクについて、第１実施形態例に係るヒートシンクと同じ構成要素に関しては、同じ符号を用いて説明する。

上記の通り、第１実施形態例に係るヒートシンク１では、複数の第１のヒートパイプ１１と複数の第２のヒートパイプ２１が側面視において並列配置され、中央に第２のヒートパイプ２１が配置され、両端に第１のヒートパイプ１１が配置されていた。これに代えて、図４に示すように、第２実施形態例に係るヒートシンク２では、第２のヒートパイプ２１が、いずれも、側面視において一方の縁部側に、第１のヒートパイプ１１が、いずれも、側面視において他方の縁部側に並列配置されている。

図４では、発熱体１０１が側面視においてパッケージ１０２の一方の縁部側（図４では、左半分側）に偏って配置され、発熱体パッケージ１００のホットスポットが一方の縁部側に偏って形成されている。これに対応して、ヒートシンク２では、第１のヒートパイプ１１よりも熱輸送能力の大きい第２のヒートパイプ２１が、いずれも一方の縁部側（図４では、左半分側）に並列配置され、第１のヒートパイプ１１が、いずれも他方の縁部側（図４では、右半分側）に並列配置されている。ヒートシンク２でも、第１のヒートパイプ１１よりも熱輸送能力の大きい第２のヒートパイプ２１が、発熱体パッケージ１００のうち、そのホットスポットである発熱体１０１の直上及びその近傍に配置されているので、第２のヒートパイプ２１の大きな熱輸送能力によって、発熱体パッケージ１００のホットスポットに対する優れた冷却性能を発揮できる。

上記から、ヒートシンク２では、発熱体パッケージ１００のホットスポットが、中央部ではなく縁部に偏って形成されても、発熱体パッケージ１００のホットスポットに対する優れた冷却性能を発揮でき、結果、発熱体パッケージ１００全体に対して優れた冷却性能を発揮できる。

次に、本発明の第３実施形態例に係るヒートシンクについて、図面を用いながら説明する。なお、第３実施形態例に係るヒートシンクについて、第１、第２実施形態例に係るヒートシンクと同じ構成要素に関しては、同じ符号を用いて説明する。

第１実施形態例に係るヒートシンク１では、複数の第１のヒートパイプ１１と複数の第２のヒートパイプ２１が側面視において並列配置され、中央に第２のヒートパイプ２１が、両端に第１のヒートパイプ１１が配置されていた。これに代えて、図５に示すように、第３実施形態例に係るヒートシンク３では、第２のヒートパイプ２１が、側面視において両端に配置され、第１のヒートパイプ１１が中央に配置されている。

図５では、複数（図５では、２つ）の発熱体１０１がパッケージ１０２に収容され、発熱体１０１が側面視においてパッケージ１０２の両端に配置されている。従って、発熱体パッケージ１００のホットスポットは、両端に離れた状態で、複数（図５では、２つ）形成されている。これに対応して、ヒートシンク３では、第１のヒートパイプ１１よりも熱輸送能力の大きい第２のヒートパイプ２１が、側面視両端に配置され、第１のヒートパイプ１１が、側面視中央に配置されている。ヒートシンク３でも、第１のヒートパイプ１１よりも熱輸送能力の大きい第２のヒートパイプ２１が、発熱体パッケージ１００のうち、そのホットスポットである発熱体１０１の直上及びその近傍に配置されているので、第２のヒートパイプ２１の大きな熱輸送能力によって、発熱体パッケージ１００のホットスポットに対する優れた冷却性能を発揮できる。

上記から、ヒートシンク３では、発熱体パッケージ１００のホットスポットが、離れた状態で複数形成されても、発熱体パッケージ１００のホットスポットに対する優れた冷却性能を発揮でき、結果、発熱体パッケージ１００全体に対して優れた冷却性能を発揮できる。

次に、本発明の第４実施形態例に係るヒートシンクについて、図面を用いながら説明する。なお、第４実施形態例に係るヒートシンクについて、第１〜第３実施形態例に係るヒートシンクと同じ構成要素に関しては、同じ符号を用いて説明する。

第１実施形態例に係るヒートシンク１では、第１のヒートパイプ１１の一方の端部１２と第２のヒートパイプ２１の一方の端部２２が受熱プレート３０と熱的に接続されていたが、これに代えて、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、第４実施形態例に係るヒートシンク４では、受熱プレート３０の一端３３から他端３４にかけて、第１のヒートパイプ１１の一方の端部１２から他方の端部１３までが延在し、第２のヒートパイプ２１の一方の端部２２から他方の端部２３までが延在した態様となっている。また、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ２１は、受熱プレート３０の第１面３１と熱的に接続されている。

放熱フィン４１は、受熱プレート３０の第１面３１上に立設されている。ヒートシンク４では、放熱フィン４１は、受熱プレート３０の第１面３１上に鉛直方向に立設されている。放熱フィン４１の縁部が、受熱プレート３０の第１面３１上に取り付けられている。また、放熱部４０として、複数の放熱フィン４１が、受熱プレート３０の一端３３から他端３４まで、所定間隔で並列配置されている。

発熱体パッケージ１００は、受熱プレート３０の中央部３５（すなわち、受熱プレート３０の一端３３及び他端３４以外の部位）に熱的に接続される。従って、第１のヒートパイプ１１の中央部１４（すなわち、一方の端部１２と他方の端部１３以外の部位）及び第２のヒートパイプ２１の中央部２４（すなわち、一方の端部２２と他方の端部２３以外の部位）が発熱体パッケージ１００と熱的に接続されて、蒸発部として機能する。また、第１のヒートパイプ１１の両端部（一方の端部１２と他方の端部１３）及び第２のヒートパイプ２１の両端部（一方の端部２２と他方の端部２３）が放熱部４０と熱的に接続されて、凝縮部として機能する。

なお、ヒートシンク４は、受熱プレート３０の中央部３５では、第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ２１の長手方向に対して直交方向において、第１のヒートパイプ１１及び第２のヒートパイプ２１が中心部へ寄せられるように、第１のヒートパイプ１１と第２のヒートパイプ２１に若干の曲げが形成されている。上記態様により、ヒートパイプ群と発熱体パッケージ１００との熱的接続性を向上させることができる。

第１のヒートパイプ１１の中央部１４及び第２のヒートパイプ２１の中央部２４に発熱体パッケージ１００が熱的に接続されるヒートシンク４でも、第２のヒートパイプ２１の大きな熱輸送能力によって、発熱体パッケージ１００のホットスポットに対する優れた冷却性能を発揮でき、また、第１のヒートパイプ１１も、発熱体パッケージ１００と熱的に接続されているので、ヒートパイプ群の熱輸送に寄与できる。

次に、本発明の他の実施形態例について説明する。上記各実施形態例に係るヒートシンクと同じ構成要素に関しては、同じ符号を用いて説明する。上記各実施形態例のヒートシンクでは、ヒートパイプの短手方向の寸法の相違により、第２のヒートパイプの熱輸送能力が、第１のヒートパイプの熱輸送能力よりも大きい態様となっていた。これに代えて、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、ヒートパイプの短手方向の形状の相違によって、第２のヒートパイプの熱輸送能力が、第１のヒートパイプの熱輸送能力よりも大きい態様としてもよい。

図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では、第１のヒートパイプ１１の短手方向の形状が円形を扁平加工した扁平形状、第２のヒートパイプ２１の短手方向の形状が円形状となっている。第１のヒートパイプ１１は、扁平形状のうち、主表面を形成している一方の平坦部が下側（発熱体パッケージ１００側）に配置されている。ヒートパイプの短手方向の形状が円形状となっていることで、該形状が扁平形状のヒートパイプと比較して熱輸送能力が向上する。

また、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では、ホットスポットである発熱体１０１の直上に、より多くのヒートパイプ（第２のヒートパイプ２１）を熱的に接続することで、複数の第２のヒートパイプ２１全体として、発熱体１０１の直上におけるヒートパイプの熱輸送能力を向上させるものである。図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では、第２のヒートパイプ２１の短手方向の形状が扁平形状、第１のヒートパイプ１１の短手方向の形状が円形状となっている。第２のヒートパイプ２１は、扁平形状のうち、厚さ方向の面が下側（発熱体パッケージ１００側）に配置されている。扁平形状のうち、厚さ方向の面が発熱体パッケージ１００側に配置されていることで、短手方向の形状が円形状となっているヒートパイプと比較して、発熱体１０１の直上に多くのヒートパイプ（第２のヒートパイプ２１）を熱的に接続することができる。

また、本発明の他の実施形態例として、第１のヒートパイプの短手方向の形状も第２のヒートパイプの短手方向の形状も、円形を扁平加工した扁平形状としてもよい。

ウィック構造体の相違としては、例えば、金属粉の焼結体、金属線からなるメッシュ、金属編組体、樹脂成分からなる不織布、グルーブ等のうち、第１のヒートパイプと第２のヒートパイプに、それぞれ、異なる種類のウィック構造体が用いられることが挙げられる。

また、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１のヒートパイプ１１と第２のヒートパイプ２１について、それぞれ、ヒートパイプの短手方向におけるウィック構造体の断面形状が相違することで、第２のヒートパイプ２１の熱輸送能力が、第１のヒートパイプ１１の熱輸送能力よりも大きい態様としてもよい。

図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では、第１のヒートパイプ１１と第２のヒートパイプ２１には、ウィック構造体として、いずれも、金属粉の焼結体が用いられている。第１のヒートパイプ１１には、第１のヒートパイプ１１の内面に層状にウィック構造体５１が形成されている。第２のヒートパイプ２１には、第２のヒートパイプ２１の内面に、層状のウィック構造体と該層状のウィック構造体から突出した突出部５３を２つ有するウィック構造体５２が形成されている。ウィック構造体５２の突出部５３は、対向して配置されている。突出部５３を有するウィック構造体５２は、突出部５３を有さないウィック構造体５１と比較して、液相の作動流体の還流特性が高く、結果、第２のヒートパイプ２１の熱輸送能力が、第１のヒートパイプ１１の熱輸送能力よりも大きくなる。なお、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では、第１のヒートパイプ１１の短手方向の形状及び第２のヒートパイプ２１の短手方向の形状は、いずれも円形であり、短手方向の断面積は略同一となっている。

上記第１〜第３実施形態例のヒートシンクでは、第１のヒートパイプの他方の端部及び第２のヒートパイプの他方の端部に、曲げ部が形成され、第１のヒートパイプも第２のヒートパイプも、平面視略Ｌ字状となっていたが、第１のヒートパイプと第２のヒートパイプの平面視の形状は、特に限定されず、例えば、略直線状でもよい。この場合、放熱フィンの主面（平面部）が、ヒートパイプ群の一方の端部の延在方向に対して略直交方向に配置されるように、放熱フィンが並列配置されてもよい。

上記第１〜第３実施形態例のヒートシンクでは、第１のヒートパイプと第２のヒートパイプの短手方向の断面形状は円形状であったが、第１のヒートパイプと第２のヒートパイプの短手方向の断面形状は特に限定されず、これに代えて、上記した扁平形状でもよく、また、楕円形、四角形等の多角形、角丸長方形等でもよい。

上記各実施形態例のヒートシンクでは、受熱プレートが設けられていたが、熱輸送能力が大きい第２のヒートパイプがホットスポットに配置されるので、使用状況に応じて、受熱プレートは設けなくてもよい。また、上記各実施形態例では、放熱部は複数の放熱フィンで構成されていたが、放熱手段は、特に限定されず、例えば、水冷ジャケット等でもよい。

本発明のヒートシンクは、広汎な分野で利用可能であるが、発熱量の多いホットスポットが冷却対象の一部領域に偏在していても、優れた冷却性能を発揮できるので、例えば、データセンター等で使用されるサーバ等、高性能の電子部品が使用される分野で利用することができる。

１、２、３ ヒートシンク
１１ 第１のヒートパイプ
１２ 一方の端部
１３ 他方の端部
２１ 第２のヒートパイプ
２２ 一方の端部
２３ 他方の端部
４０ 放熱部
４１ 放熱フィン

Claims (15)

1. パッケージ内に発熱体を備えた発熱体パッケージと熱的に接続される一方の端部と、放熱部と熱的に接続された他方の端部と、を有するヒートパイプを、複数備え、
   複数の前記ヒートパイプには、少なくとも、第１のヒートパイプと該第１のヒートパイプよりも熱輸送能力が大きい第２のヒートパイプとが存在するヒートシンク。
2. パッケージ内に発熱体を備えた発熱体パッケージと熱的に接続される中央部と、放熱部と熱的に接続された両端部と、を有するヒートパイプを、複数備え、
   複数の前記ヒートパイプには、少なくとも、第１のヒートパイプと該第１のヒートパイプよりも熱輸送能力が大きい第２のヒートパイプとが存在するヒートシンク。
3. 複数の前記ヒートパイプの一方の端部が、前記発熱体パッケージの延在方向に沿って並列配置されている請求項１に記載のヒートシンク。
4. 複数の前記ヒートパイプの中央部が、前記発熱体パッケージの延在方向に沿って並列配置されている請求項２に記載のヒートシンク。
5. 前記ヒートパイプの短手方向の寸法の相違、前記ヒートパイプの短手方向の形状の相違及び／または前記ヒートパイプに収容されたウィック構造体の相違により、前記第２のヒートパイプの熱輸送能力が、前記第１のヒートパイプの熱輸送能力よりも大きい請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒートシンク。
6. 複数の前記ヒートパイプの一方の端部が、受熱プレートと熱的に接続されており、該受熱プレートが前記発熱体パッケージと熱的に接続される請求項１に記載のヒートシンク。
7. 複数の前記ヒートパイプの中央部が、受熱プレートと熱的に接続されており、該受熱プレートが前記発熱体パッケージと熱的に接続される請求項２に記載のヒートシンク。
8. 前記パッケージの延在方向において複数の前記発熱体が配置された前記発熱体パッケージの冷却用である請求項１に記載のヒートシンク。
9. 前記パッケージの延在方向において複数の前記発熱体が配置された前記発熱体パッケージの冷却用である請求項２に記載のヒートシンク。
10. 前記発熱体の位置に、前記第２のヒートパイプの一方の端部が熱的に接続される請求項８に記載のヒートシンク。
11. 前記発熱体の位置に、前記第２のヒートパイプの中央部が熱的に接続される請求項９に記載のヒートシンク。
12. 前記パッケージの延在方向において発熱量の多いホットスポットが存在する前記発熱体パッケージの冷却用である請求項１に記載のヒートシンク。
13. 前記パッケージの延在方向において発熱量の多いホットスポットが存在する前記発熱体パッケージの冷却用である請求項２に記載のヒートシンク。
14. 前記ホットスポットに、前記第２のヒートパイプの一方の端部が熱的に接続される請求項１２に記載のヒートシンク。
15. 前記ホットスポットに、前記第２のヒートパイプの中央部が熱的に接続される請求項１３に記載のヒートシンク。

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