WO2019131814A1 - ヒートシンク - Google Patents

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WO2019131814A1
WO2019131814A1 PCT/JP2018/047979 JP2018047979W WO2019131814A1 WO 2019131814 A1 WO2019131814 A1 WO 2019131814A1 JP 2018047979 W JP2018047979 W JP 2018047979W WO 2019131814 A1 WO2019131814 A1 WO 2019131814A1
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WO
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heat
heat pipe
package
pipe
thermally connected
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Application number
PCT/JP2018/047979
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English (en)
French (fr)
Inventor
秀太 引地
川畑　賢也
正大 目黒
坂井　啓志
雅人 渡邉
泰博 内村
Original Assignee
古河電気工業株式会社
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0233—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes the conduits having a particular shape, e.g. non-circular cross-section, annular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0275—Arrangements for coupling heat-pipes together or with other structures, e.g. with base blocks; Heat pipe cores
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations

Definitions

  • the present invention relates to a heat sink which cools a heat generating body by transferring heat of the heat generating body to a radiation fin through a heat pipe.
  • Patent Document 1 As a heat sink to which a plurality of heat pipes are thermally connected to a heat generating body, for example, at least one heat pipe closer to the heat generating body among the plurality of heat pipes is received heat from the heat generating body than the other heat pipes
  • Patent Document 1 one heat pipe and the other heat pipe are provided by providing a protrusion for separating at least one heat pipe closer to the heat generating body from the heat generating body in the thickness direction of the heat receiving plate than the other heat pipes. The distance from the heat source of the heat pipe is equalized. As a result, the heat load on one heat pipe can be reduced, and the heating element can be efficiently cooled.
  • Patent Document 1 since the heat transport capacities of the plurality of heat pipes are substantially the same, the distances from the heat sources of one heat pipe and the other heat pipes are equalized. Therefore, since the heat pipe directly above the heat source is separated from the heat generating body in the thickness direction of the heat receiving plate, there is room to further exhibit its heat transport capability by approaching the heat source. Therefore, there is room for improvement in the improvement of the cooling performance of the heat sink.
  • the heat transport capacities of the plurality of heat pipes are substantially uniform, it is necessary to specify the specifications of the other heat pipes in accordance with the heat transport capacity required for the heat pipe immediately above the heat source.
  • Examples of the heat pipe having a large heat transport capacity include a heat pipe having a large diameter specification.
  • heat pipes with large diameters have problems such as large thermal resistance, poor processability such as bending, and difficulty in properly arranging them, so there is room for improvement in heat transport characteristics.
  • the present invention has an object to provide a heat sink capable of exhibiting excellent cooling performance even when hot spots having a large amount of heat generation are unevenly distributed in a partial region of a heat generating body package.
  • An aspect of the present invention is a heat pipe having one end thermally connected to a heat generating body package having a heat generating body in the package and the other end thermally connected to a heat radiating portion. And a plurality of heat pipes, wherein the plurality of heat pipes include at least a first heat pipe and a second heat pipe having a heat transfer capability larger than that of the first heat pipe.
  • a plurality of heat pipes each having a central portion thermally connected to a heat generating body package having a heat generating body in a package and both ends thermally connected to a heat radiating portion.
  • the plurality of heat pipes is a heat sink in which at least a first heat pipe and a second heat pipe having a heat transfer capacity larger than that of the first heat pipe are present.
  • An aspect of the present invention is the heat sink in which one end of the plurality of heat pipes is arranged in parallel along the extending direction of the heat generator package.
  • An aspect of the present invention is the heat sink in which central portions of the plurality of heat pipes are arranged in parallel along the extending direction of the heat generating body package.
  • the second aspect of the present invention is the difference in the dimension in the short direction of the heat pipe, the difference in the shape in the short direction of the heat pipe, and / or the difference in the wick structure housed in the heat pipe.
  • the heat transport capacity of the heat pipe is a heat sink larger than the heat transport capacity of the first heat pipe.
  • the aspect of the present invention is a heat sink in which one end of the plurality of heat pipes is thermally connected to a heat receiving plate, and the heat receiving plate is thermally connected to the heat generator package.
  • the aspect of the present invention is a heat sink in which central portions of the plurality of heat pipes are thermally connected to a heat receiving plate, and the heat receiving plate is thermally connected to the heat generator package.
  • An aspect of the present invention is a heat sink for cooling the heating element package in which a plurality of the heating elements are disposed in the extension direction of the package.
  • the aspect of the present invention is a heat sink in which one end of the second heat pipe is thermally connected to the position of the heat generating body.
  • An aspect of the present invention is a heat sink in which a central portion of the second heat pipe is thermally connected to the position of the heat generating body.
  • An aspect of the present invention is a heat sink for cooling the heat generator package, in which there are hot spots having a large amount of heat generation in the extension direction of the package.
  • the “package hot spot” means an area showing a temperature higher than the average temperature of the entire surface of the heat generating package, of the entire surface of the package.
  • An aspect of the present invention is a heat sink in which one end of the second heat pipe is thermally connected to the hot spot.
  • An aspect of the present invention is a heat sink in which a central portion of the second heat pipe is thermally connected to the hot spot.
  • At least the first heat pipe and the second heat pipe having a heat transport capacity larger than that of the first heat pipe are used in combination to provide the first heat pipe
  • the first heat pipe By thermally connecting the hot spot of the heat generating body package and the heat generating body near the heat pipe of No. 2 and the large heat transport capacity of the second heat pipe, excellent cooling performance can be exhibited to the heat generating body package.
  • the relatively large heat transfer capacity of the second heat pipe can be achieved by thermally connecting the hot spot to the portion of the second heat pipe. The spots can be cooled efficiently.
  • the first heat pipe is also thermally connected to the heat dissipation part, it can contribute to heat transport and the load on the second heat pipe is reduced, resulting in excellent cooling performance for the heat generating body package. Can be granted.
  • the hot spots of the heat generating package and the heat generating package can be obtained by arranging one end or central portion of the plurality of heat pipes in parallel along the extending direction of the heat generating package.
  • the second heat pipe can be thermally connected reliably and easily to the body.
  • one end or central portion of the heat pipe is thermally connected to the heat receiving plate, thereby improving the thermal connectivity between the heat pipe and the heating element package.
  • the heat receiving plate also functions as a heat equalizing plate to equalize the heat load to the heat pipes arranged in parallel, but as a heat equalizing plate by the presence of the second heat pipe having a large heat transport capacity It is not necessary to place importance on the action of the conventional technology, and the heat receiving plate can be thinned. Therefore, the weight and size of the heat sink can be reduced.
  • FIG. 1 It is a perspective view of the heat sink concerning a 1st example of an embodiment of the present invention. It is a top view of the heat sink concerning a 1st example of an embodiment of the present invention. It is a side view of one end of a heat sink concerning a 1st example of an embodiment of the present invention. It is a side view of one end of a heat sink concerning a 2nd embodiment of the present invention. It is a side view of one end of a heat sink concerning a 3rd embodiment of the present invention.
  • A Figure is a plan view of the heat sink according to the fourth embodiment of the present invention,
  • (b) is a side view of the heat sink according to the fourth embodiment of the present invention,
  • (c) is the present invention FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a heat sink according to a fourth embodiment of the present invention taken along line AA.
  • a figure, a (b) figure, and a (c) figure are explanatory views of a heat sink concerning other examples of an embodiment of the present invention.
  • a figure, a (b) figure, and a (c) figure are explanatory views of a heat sink concerning other examples of an embodiment of the present invention.
  • a figure, a (b) figure, and a (c) figure are explanatory views of a heat sink concerning other examples of an embodiment of the present invention.
  • the heat sink 1 includes a first heat pipe 11 thermally connected to a heating element package 100 having a heating element 101 in a package 102; Similarly, the second heat pipe 21 thermally connected to the heat generating body package 100 having the heat generating body 101 in the package 102, and the first heat pipe 11 and the second heat pipe 21 are commonly used. And a heat dissipating unit 40 having a plurality of heat dissipating fins 41 connected thereto.
  • the heating element package 100 is a cooling target of the heat sink 1.
  • the first heat pipe 11 and the second heat pipe 21 are heat transport members whose internal spaces are sealed and subjected to pressure reduction processing.
  • One end 12 of the first heat pipe 11 is thermally connected to the heating element package 100, and the other end 13 is thermally connected to the heat dissipation unit 40.
  • One end 22 of the second heat pipe 21 is thermally connected to the heat generator package 100, and the other end 23 is thermally connected to the heat dissipation unit 40.
  • a plurality of heat pipes (hereinafter referred to as “the heat pipes” are formed by a plurality of (two in FIGS. 1 to 3) first heat pipes 11 and a plurality (two in FIGS. 1 to 3) second heat pipes 21.
  • a plurality of heat pipes including the first heat pipe and the second heat pipe may be referred to as "heat pipe group".
  • the heat pipes are arranged in parallel in a side view.
  • the respective heat pipes are arranged in parallel in a row in side view.
  • the second heat pipe 21 is disposed at the center in a side view, and the first heat pipes 11 are disposed at both ends in the side view.
  • two first heat pipes 11 and two second heat pipes 21 are arranged in parallel, two second heat pipes 21 at the center, and one at each end.
  • the first heat pipe 11 is disposed.
  • One end 12 of the first heat pipe 11 is thermally connected to the first surface 31 of the heat receiving plate 30.
  • One end 22 of the second heat pipe 21 is thermally connected to the first surface 31 of the heat receiving plate 30.
  • the first heat pipe 11 and the second heat pipe 21 are disposed on the same surface of the heat receiving plate 30.
  • the heating element package 100 is thermally connected to a second surface 32 which is a surface opposite to the first surface 31 of the heat receiving plate 30. Therefore, the first heat pipe 11 and the second heat pipe 21 are thermally connected to the heating element package 100 via the heat receiving plate 30.
  • the cover member 110 is attached to cover the upper surfaces of the heat receiving plate 30, one end 12 of the first heat pipe 11, and one end 22 of the second heat pipe 21. ing.
  • the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the first heat pipe 11 (that is, the lateral direction of the first heat pipe 11) at one end 12 of the first heat pipe 11 is particularly limited.
  • the heat sink 1 has a circular shape. That is, in the heat sink 1, the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the heat transport direction of the first heat pipe 11 is circular. Further, the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the second heat pipe 21 (that is, the lateral direction of the second heat pipe 21) at one end 22 of the second heat pipe 21 is particularly Without being limited thereto, the heat sink 1 has a circular shape like the first heat pipe 11.
  • the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the heat transport direction of the second heat pipe 21 is circular. Therefore, the cross-sectional shape in the short direction at one end 12 of the first heat pipe 11 is substantially the same as the cross-sectional shape in the short direction at one end 22 of the second heat pipe 21.
  • “longitudinal direction of heat pipe” means the heat transport direction of the heat pipe
  • “short direction of the heat pipe” means orthogonal to the heat transport direction of the heat pipe. means.
  • the working fluid (not shown) in the liquid phase is transferred from the other end 13, 23 to the one end 12, 22.
  • a wick structure (not shown) for refluxing is accommodated.
  • the wick structure is a structure having a capillary force.
  • the wick structure of the first heat pipe 11 is the same structure as the wick structure of the second heat pipe 21.
  • the diameter in the lateral direction (the outer diameter ⁇ 2) at one end 22 of the second heat pipe 21 is greater than the diameter in the lateral direction (the outer diameter ⁇ 1) at one end 12 of the first heat pipe 11. It has large dimensions. That is, the first heat pipe 11 and the second heat pipe 21 are heat pipes having different structures in that the diameter in the short direction is different.
  • the second heat pipe 21 has the first heat pipe 21 by the first heat pipe 21 because the diameter in the short direction (the outer diameter ⁇ 2) at one end 22 is larger than the diameter in the short direction (the outer diameter ⁇ 1) at one end 12. It exhibits a heat transport capacity greater than that of the heat pipe 11 of FIG.
  • the shape and the diameter in the short direction of the first heat pipe 11 are substantially the same from one end 12 to the other end 13, and the shape in the short direction of the second heat pipe 21 and The diameter is substantially the same from one end 22 to the other end 23.
  • the ratio (outside diameter ⁇ 2 / outside diameter ⁇ 1) of the diameter in the transverse direction (outside diameter ⁇ 2) at one end 22 to the diameter in the transverse direction (outside diameter ⁇ 1) at one end 12 is more than 1.00
  • the outer diameter ⁇ 2 / the outer diameter ⁇ 1 is smaller than 1.05, the difference between the heat transport capacities of the first heat pipe 11 and the second heat pipe 21 is small, and the second heat pipe has a sufficiently high heat transport capacity to the hot spot There is a tendency that the heat pipe 21 can not be arranged.
  • the ratio of the cross-sectional area in the lateral direction at one end 22 to the cross-sectional area in the lateral direction at one end 12 is not particularly limited as long as it is more than 1.00, for example, 1.1 to 9.0 is preferable, 1.2 to 4.0 is more preferable, and 1.4 to 2.2 is particularly preferable.
  • the diameter in the short side direction (the outer diameter ⁇ 2) at one end 22 is not particularly limited as long as it is a dimension larger than the diameter in the short direction (the outer diameter ⁇ 1) at one end 12
  • the diameter in the lateral direction (outer diameter ⁇ 1) at the end portion 12 of the lens is, for example, 5.0 mm to 10 mm.
  • the diameter in the lateral direction (outer diameter ⁇ 2) at one end 22 is, for example, 5.3 mm to 30 mm.
  • One end 12 of the first heat pipe 11 and one end 22 of the second heat pipe 21 are arranged in parallel along the extending direction of the heating element package 100. Further, one end 12 of the first heat pipe 11 and one end 22 of the second heat pipe 21 are disposed on substantially the same plane. Therefore, the thickness of the heat receiving plate 20 immediately below the one end 12 of the first heat pipe 11 and the thickness of the heat receiving plate 20 immediately below the one end 22 of the second heat pipe 21 are substantially the same. .
  • the “extending direction of the package” means the direction along the package surface connected to the heat sink in the outer surface of the package.
  • the shape in a plan view of one end 12 is substantially linear, and a central portion located between the one end 12 and the other end 13.
  • the shape of the planar view 14 is also substantially linear.
  • the shape of the second heat pipe 21 in plan view of one end 22 is substantially linear, and the shape of the plan view of the central portion 24 located between the one end 22 and the other end 23 is also It is substantially linear. Therefore, in the first heat pipe 11 and the second heat pipe 21, substantially straight portions in plan view are arranged side by side from one end 12, 22 to the central portion 14, 24.
  • each of the first heat pipes 11 is substantially L-shaped in plan view. Further, while the bending portion 15 of the first right heat pipe 11 is bending in the right direction, the bending portion 15 of the first left heat pipe 11 is bending in the left direction. . That is, the bending direction of the bending portion 15 is opposite between the first heat pipe 11 located on the left side and the first heat pipe 11 located on the right side.
  • each of the second heat pipes 21 is substantially L-shaped in plan view. Further, while the bending portion 25 of the second heat pipe 21 on the right side is bending in the right direction, the bending portion 25 of the second heat pipe 21 on the left side is bending in the left direction . That is, the bending direction of the bending portion 25 is opposite between the second heat pipe 21 located on the left side and the second heat pipe 21 located on the right side.
  • the first heat pipe 11 has a diameter in the short direction smaller than that of the second heat pipe 21, and therefore, processing such as bending is easier than the second heat pipe 21.
  • the heat sink 1 can uniformly transport heat to the entire heat radiating portion 40, so the heat radiation efficiency is improved.
  • Each of the first heat pipe 11 and the second heat pipe 21 has a mode in which the other end portions 13 and 23 extend in a direction substantially parallel to the longitudinal direction of the heat dissipation portion 40 by the bending portions 15 and 25. ing.
  • the main surface (flat surface portion) of the heat dissipating fin 41 is disposed in a direction substantially parallel to the extending direction of the first heat pipe 11 and one end 12 of the second heat pipe 21.
  • the radiation fins 41 are arranged in parallel.
  • the radiation fin 41 is a thin flat member.
  • the other end 13 of the first heat pipe 11 and the other end 23 of the second heat pipe 21 both extending in a direction parallel to the longitudinal direction of the heat dissipation portion 40 are the heat dissipation portion 40.
  • the external shape of the heat radiation part 40 is a substantially rectangular parallelepiped.
  • a first heat dissipating fin group 42 whose external shape is a substantially rectangular parallelepiped
  • a second heat dissipating fin group 43 whose external shape adjacent to the first heat dissipating fin group 42 is a substantially rectangular parallelepiped are stacked. It has a structure.
  • the plurality of heat radiation fins 41 mounted on the flat support 45 are arranged in parallel to the longitudinal direction of the heat radiation portion 40 Has a structure.
  • first heat radiation fin group 42 and the second heat radiation fin group 43 Between the first heat radiation fin group 42 and the second heat radiation fin group 43, the other end 13 of the first heat pipe 11 and the other end 23 of the second heat pipe 21 are inserted. .
  • the other ends 13 and 23 are disposed between the first heat radiation fin group 42 and the second heat radiation fin group 43, whereby the heat radiation portion 40, the first heat pipe 11, and the second heat pipe are provided. 21 are connected thermally.
  • the container used by the 1st heat pipe 11 and the 2nd heat pipe 21 does not specifically limit as a material of the container used by the 1st heat pipe 11 and the 2nd heat pipe 21,
  • copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, stainless steel etc. can be mentioned.
  • the working fluid sealed in the above container can be appropriately selected depending on the compatibility with the material of the container, and, for example, water, fluorocarbons, cyclopentane, ethylene glycol, a mixture thereof, etc. may be mentioned.
  • the wick structure housed in the container is not particularly limited.
  • a sintered body of metal powder such as copper and copper alloy, a mesh made of metal wire such as copper and copper alloy, copper, copper alloy Etc., a non-woven fabric made of a resin component, narrow grooves (grooves) formed on the inner surface of a container, and the like.
  • the material of the radiation fin 41 is not specifically limited, For example, metals, such as copper and a copper alloy, can be mentioned.
  • the heat sink 1 is heated such that the second heat pipe 21 is disposed immediately above the heating element 101 which is a hot spot and in the vicinity thereof on the heat receiving plate 30 side surface of the heating element package 100.
  • the heating element is located at the central portion in a side view of the heating element package 100.
  • the second heat pipe 21 is disposed at the center of the heat pipe group in a side view, and the first heat pipes 11 are disposed at both ends of the heat pipe group in a side view. Therefore, the first heat pipe 11 is located at a position far from the hot spot as compared with the second heat pipe 21.
  • the heat generated from the heating element package 100 is transferred to the heat receiving plate 30.
  • the heat transferred to the heat receiving plate 30 is transferred from the heat receiving plate 30 to one end 12 of the first heat pipe 11 and one end 22 of the second heat pipe 21.
  • the heat transferred to the one end 12 of the first heat pipe 11 is transferred from the one end 12 of the first heat pipe 11 to the first heat pipe 11 by the heat transport action of the first heat pipe 11.
  • To the other end 13 of the Further, the heat transferred to one end 22 of the second heat pipe 21 is transferred from the one end 22 of the second heat pipe 21 to the second heat by the heat transport action of the second heat pipe 21. It is transported to the other end 23 of the pipe 21.
  • the heat transported to the other end 13 of the first heat pipe 11 and the heat transported to the other end 23 of the second heat pipe 21 are transmitted to the heat dissipation portion 40 having a plurality of heat dissipation fins 41 Ru.
  • the heat transferred to the heat radiating portion 40 is released from the heat radiating portion 40 to the external environment, whereby the heat generating body 101 housed in the heat generating body package 100 can be cooled.
  • the second heat pipe 21 having a heat transfer capacity larger than that of the first heat pipe 11 is disposed immediately above the heating element 101 which is the hot spot of the heating element package 100 and in the vicinity thereof.
  • the large heat transfer capacity of the second heat pipe 21 can exhibit excellent cooling performance to the hot spot of the heating element package 100. Therefore, even if a hot spot is generated in the heating element package 100, excellent cooling performance can be exhibited for the entire heating element package.
  • the first heat pipe 11 is also thermally connected to the heating element package 100, it can contribute to the heat transport of the heat pipe group. Accordingly, the load of the second heat pipe is reduced by the heat transport capacity of the first heat pipe 11, and the cooling performance to the hot spot periphery of the heating element package 100 can be exhibited. As a result, the heat sink 1 can exhibit excellent cooling performance for the entire heating element package 100.
  • one end of the heat pipe group is arranged in parallel along the extending direction of the heat generator package 100, so the second heat pipe is formed in the hot spot area of the heat generator package 100. 21 can be connected thermally reliably and easily.
  • the heat receiving plate 30 also functions as a heat spreader to equalize the heat load to the heat pipes arranged in parallel, and by arranging the second heat pipe 21 having a large heat transport capacity at the hot spot, It is not necessary to place importance on the function as a heat spreader plate as in the past, and as a result, the heat receiving plate 30 can be thinned. Accordingly, the weight and size of the heat sink 1 can be reduced.
  • the plurality of first heat pipes 11 and the plurality of second heat pipes 21 are arranged in parallel in a side view, and the second heat pipe 21 is disposed at the center
  • the first heat pipe 11 was disposed at both ends.
  • all of the second heat pipes 21 are on the side of one edge in the side view. However, both are arranged in parallel on the other edge side in a side view.
  • the heat generating body 101 is disposed to be biased to one edge side (left half side in FIG. 4) of the package 102 in side view, and the hot spot of the heat generating package 100 is biased to one edge side It is formed.
  • the second heat pipes 21 having a heat transfer capacity larger than that of the first heat pipe 11 are arranged in parallel on one edge side (the left half side in FIG. 4).
  • the first heat pipes 11 are arranged in parallel on the other edge side (the right half side in FIG. 4).
  • the second heat pipe 21 having a heat transfer capacity larger than that of the first heat pipe 11 is disposed immediately above the heating element 101 which is the hot spot of the heating element package 100 and in the vicinity thereof. Therefore, the large heat transport capacity of the second heat pipe 21 can exhibit excellent cooling performance to the hot spot of the heating element package 100.
  • heat sink according to a third embodiment of the present invention will be described using the drawings.
  • the same components as those of the heat sink according to the first and second embodiments will be described using the same reference numerals.
  • the plurality of first heat pipes 11 and the plurality of second heat pipes 21 are disposed in parallel in a side view, the second heat pipe 21 at the center, the first at both ends.
  • the heat pipe 11 was placed.
  • the second heat pipes 21 are disposed at both ends in a side view, and the first heat pipe 11 is disposed at the center. ing.
  • FIG. 5 a plurality of (two in FIG. 5) heating elements 101 are accommodated in the package 102, and the heating elements 101 are disposed at both ends of the package 102 in a side view. Therefore, a plurality of (two in FIG. 5) hot spots of the heating element package 100 are formed with both ends separated.
  • the second heat pipes 21 having a heat transfer capacity larger than that of the first heat pipe 11 are disposed at both ends in the side view, and the first heat pipe 11 is in the center in the side view It is arranged.
  • the second heat pipe 21 having a heat transport capacity larger than that of the first heat pipe 11 is disposed immediately above the heating element 101 which is the hot spot of the heating element package 100 and in the vicinity thereof. Therefore, the large heat transport capacity of the second heat pipe 21 can exhibit excellent cooling performance to the hot spot of the heating element package 100.
  • the excellent cooling performance to the hot spots of the heating element package 100 can be exhibited. It can exhibit superior cooling performance.
  • heat sink according to a fourth embodiment of the present invention will be described using the drawings.
  • the same components as those of the heat sink according to the first to third embodiments will be described using the same reference numerals.
  • one end 12 of the first heat pipe 11 and one end 22 of the second heat pipe 21 are thermally connected to the heat receiving plate 30, but instead of this, as shown in FIGS. 6A and 6B, in the heat sink 4 according to the fourth embodiment, from the one end 33 to the other end 34 of the heat receiving plate 30, one of the first heat pipes 11 is The second heat pipe 21 extends from one end 22 to the other end 23 of the second heat pipe 21. Further, as shown in FIGS. 6 (b) and 6 (c), the first heat pipe 11 and the second heat pipe 21 are thermally connected to the first surface 31 of the heat receiving plate 30.
  • the heat dissipating fins 41 are provided upright on the first surface 31 of the heat receiving plate 30.
  • the heat dissipating fins 41 are vertically provided on the first surface 31 of the heat receiving plate 30.
  • the edge of the radiation fin 41 is mounted on the first surface 31 of the heat receiving plate 30.
  • a plurality of heat radiating fins 41 are arranged in parallel at predetermined intervals from one end 33 to the other end 34 of the heat receiving plate 30.
  • the heating element package 100 is thermally connected to the central portion 35 of the heat receiving plate 30 (that is, a portion other than the one end 33 and the other end 34 of the heat receiving plate 30). Therefore, the central portion 14 of the first heat pipe 11 (ie, the portion other than the one end 12 and the other end 13) and the central portion 24 of the second heat pipe 21 (ie, one end 22 The other end portion 23 is thermally connected to the heating element package 100 to function as an evaporation portion. In addition, both end portions (one end 12 and the other end 13) of the first heat pipe 11 and both ends (one end 22 and the other end 23) of the second heat pipe 21 It is thermally connected to 40 and functions as a condenser.
  • the heat sink 4 is provided with the first heat pipe 11 and the second heat pipe in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the first heat pipe 11 and the second heat pipe 21. A slight bend is formed in the first heat pipe 11 and the second heat pipe 21 so that 21 is moved to the center. According to the above aspect, the thermal connectivity between the heat pipe group and the heating element package 100 can be improved.
  • the large heat transport capacity of the second heat pipe 21 can also exhibit excellent cooling performance with respect to the hot spots of the heating element package 100, and the first heat pipe 11 can also contribute to the heat transport of the heat pipe group since it is thermally connected to the heating element package 100.
  • the heat transport capacity of the second heat pipe is larger than the heat transport capacity of the first heat pipe due to the difference in the dimension of the heat pipe in the short direction.
  • the difference in the shape of the heat pipe in the short direction may be larger than the heat transport capacity of the first heat pipe.
  • the shape of the first heat pipe 11 in the short direction is a flat shape obtained by flattening a circular shape
  • the shape of the second heat pipe 21 in the short direction is a circle. It has a shape.
  • one flat portion forming the main surface in the flat shape is disposed on the lower side (heating element package 100 side). Since the shape of the heat pipe in the short direction is circular, the heat transport capacity is improved as compared to the heat pipe having a flat shape.
  • FIGS. 8A, 8B, and 8C by directly connecting more heat pipes (second heat pipes 21) directly above the heating element 101 which is a hot spot, As a whole of the plurality of second heat pipes 21, the heat transport capacity of the heat pipe immediately above the heating element 101 is improved.
  • the shape of the second heat pipe 21 in the short direction is flat, and the shape of the first heat pipe 11 in the short direction is circular. .
  • the surface of the second heat pipe 21 in the thickness direction in the flat shape is disposed on the lower side (heating element package 100 side).
  • the surface in the thickness direction is disposed on the heat generating body package 100 side, so that the heat pipe 101 is more directly above the heat generating body 101 compared to a heat pipe whose shape in the short side is circular.
  • Heat pipe (second heat pipe 21) can be thermally connected.
  • the shape of the first heat pipe in the short direction and the shape of the second heat pipe in the short direction may be a flat shape obtained by flattening a circular shape.
  • wick structure for example, a first heat pipe and a second heat pipe among a sintered body of metal powder, a mesh made of metal wire, a metal braid, a non-woven fabric made of a resin component, and a groove.
  • wick structures of different types are used.
  • the cross-sectional shape of the wick structure in the lateral direction of the heat pipe for each of the first heat pipe 11 and the second heat pipe 21 may be larger than the heat transfer capacity of the first heat pipe 11.
  • a sintered body of metal powder is used as the wick structure for each of the first heat pipe 11 and the second heat pipe 21.
  • a wick structure 51 is formed on the inner surface of the first heat pipe 11 in layers.
  • a wick structure 52 having a layered wick structure and two protrusions 53 protruding from the layered wick structure is formed on the inner surface of the second heat pipe 21.
  • the protrusions 53 of the wick structure 52 are disposed to face each other.
  • the wick structure 52 having the projecting portion 53 has a higher reflux characteristic of the working fluid in the liquid phase as compared with the wick structure 51 not having the projecting portion 53, and as a result, the heat transport capacity of the second heat pipe 21
  • the heat transport capacity of the first heat pipe 11 is larger.
  • 9A, 9B, and 9C, the shape of the first heat pipe 11 in the short direction and the shape of the second heat pipe 21 in the short direction are both circular, The cross-sectional area in the lateral direction is substantially the same.
  • a bent portion is formed at the other end of the first heat pipe and the other end of the second heat pipe, and the first heat pipe is also second
  • the heat pipe also has a substantially L shape in plan view, but the shapes of the first heat pipe and the second heat pipe in plan view are not particularly limited, and may be, for example, substantially linear.
  • the heat dissipating fins may be arranged in parallel so that the main surface (flat surface portion) of the heat dissipating fins is disposed substantially orthogonal to the extending direction of one end of the heat pipe group.
  • the cross sectional shape in the short direction of the first heat pipe and the second heat pipe is circular, but the first heat pipe and the second heat pipe are circular.
  • the cross-sectional shape in the short side direction is not particularly limited, and may instead be the flat shape described above, or an oval, a polygon such as a quadrangle, a rounded rectangle, or the like.
  • the heat receiving plate was provided, but since the second heat pipe having a large heat transport capacity is disposed at the hot spot, the heat receiving plate may not be provided depending on the usage conditions. Good.
  • the heat dissipating part is constituted by a plurality of heat dissipating fins, but the heat dissipating means is not particularly limited, and may be, for example, a water-cooled jacket.
  • the heat sink of the present invention can be used in a wide range of fields, it can exhibit excellent cooling performance even if hot spots with high calorific value are unevenly distributed in a partial area of the object to be cooled. It can be used in fields where high-performance electronic components are used, such as servers used in

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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

ヒートシンク
　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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