(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、ヒートパイプ式ヒートシンクにおいて、設置方向に関わらず一定の冷却性能を有すヒートパイプ式ヒートシンクを効率的に実装すること、ヒートパイプ式ヒートシンクの冷却能力を向上させることにある。【解決手段】  半導体素子の冷却装置において、前記半導体素子から受熱した熱量をヒートパイプに伝熱するベース部と前記ヒートパイプと冷却フィンで構成し、前記ヒートパイプをL字に曲げ、前記ヒートパイプに前記冷却フィンを接続する部分に螺子切りを設けるとともに、前記冷却フィンに前記ヒートパイプを接続する部分にも螺子切りを設けて、前記ヒートパイプと前記冷却フィンと接続すること及び前記冷却フィンの表面から裏面への貫通穴を複数空け、前記冷却フィンの前記貫通穴の半径を前記冷却フィンの厚さより小さくすることで実現できる。【選択図】  図１
2006024661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の冷却装置において、
前記半導体素子から受熱した熱量をヒートパイプに伝熱するベース部と前記ヒートパイ
プと冷却フィンで構成し、
前記ヒートパイプをL字に曲げ、前記ヒートパイプに前記冷却フィンを接続する部分に
螺子切りを設けるとともに、
前記冷却フィンに前記ヒートパイプを接続する部分にも螺子切りを設けて、前記ヒート
パイプと前記冷却フィンと接続する
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
半導体素子の冷却装置において、
前記半導体素子から受熱した熱量をヒートパイプに伝熱するベース部と前記ヒートパイ
プと冷却フィンで構成し、
前記ヒートパイプをL字に曲げ、前記冷却フィンと接続し
前記冷却フィンの表面から裏面への貫通穴を少なくとも１つ以上複数空け、
前記冷却フィンの前記貫通穴の半径を前記冷却フィンの厚さより小さくする
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
半導体素子の冷却装置において、
前記半導体素子から受熱した熱量をヒートパイプに伝熱するベース部と前記ヒートパイ
プと冷却フィンで構成し、
前記ヒートパイプをL字に曲げ、前記ヒートパイプに前記冷却フィンを接続する部分に
螺子切りを設けるとともに、
前記冷却フィンに前記ヒートパイプを接続する部分にも螺子切りを設けて、前記ヒート
パイプと前記冷却フィンと接続し、
前記冷却フィンの表面から裏面への貫通穴を少なくとも１つ以上複数空け、
前記冷却フィンの前記貫通穴の半径を前記冷却フィンの厚さより小さくする
ことを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体素子、特に中央演算処理装置を冷却するためのヒートパイプ及び冷却フ
ィンによる冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ等の情報処理装置に用いられる中央演算処理装置等の半導体素子は、動作
時に多く発熱し、特に近年の高集積半導体は発熱量が増大している。
【０００３】
この半導体はある温度を越えると半導体としての機能が失われるため、発熱量の大きい
半導体素子はこれを冷却する必要がある。
【０００４】
情報処理装置の半導体素子を冷却する方法としては、熱伝導によるもの、空冷によるも
の、ヒートパイプを用いるもの、液冷によるものが知られている。
【０００５】
熱伝導による冷却は、半導体素子から情報処理装置外部に至る放熱経路に熱伝導率の大
きい材料を用いることにより達成される。この方法は半導体素子の発熱量が比較的小さく
、ノート型パーソナルコンピュータのようにコンパクトな情報処理装置に適している。
【０００６】
また、中央演算処理装置等の消費電力の高い半導体を冷却する場合は、後述の空冷と組
み合わせ、ヒートシンクとして使用することが多い。
【０００７】
空冷による冷却は、送風装置を情報処理装置内部に設け、半導体素子を強制対流冷却す
ることにより達成される。
【０００８】
この方法はある程度の発熱量がある半導体素子の冷却に広く用いられており、送風装置
を小型・薄型化することにより、パーソナルコンピュータにも適用されている。
【０００９】
ヒートパイプを用いた冷却は、パイプ内に封入した冷媒により熱を情報処理装置外部に
運ぶもので、特許文献１および特許文献２に記載されている。
【００１０】
また、ヒートパイプと熱伝導、空冷を組み合わせ、冷却効率を向上した方式としてヒー
トパイプ式ヒートシンクがある。
【００１１】
この方式は、単なるヒートシンクを利用した方法と比較して、熱の輸送容量が大きく、
消費電力の高い半導体素子等を冷却可能である。
【００１２】
ヒートパイプを使用するにあたって、構造上問題となることがある。
【００１３】
その問題点とは、ヒートパイプは冷媒の吸熱による気化、および放熱による液化を利用
して冷媒を循環させているため、冷媒の自重の影響により、循環の効率が重力に左右され
るということである。ヒートパイプを使用する際は、設置する向きを考慮しなければなら
ない。
【００１４】
【特許文献１】特開平１−８４６９９号公報
【特許文献２】特開平２−２４４７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
前述したのヒートパイプ式ヒートシンクは消費電力が８０Wを超える半導体を冷却する
のに適するが、後述する２つの問題点を有する。
【００１６】
第１の問題点は、ヒートパイプ式ヒートシンクは、冷却能力がヒートパイプの設置する
向きの影響を受ける問題を有するため、図１の情報処理装置１でＣ２面が底面及び接触面
となる横置きの場合と、Ｂ２面が底面及び接触面となる縦置きとの２種類の設置方法があ
る可能であるが、その設置方法の違いにより冷却能力が異なることである。
【００１７】
すなわち、高性能なパーソナルコンピュータ型サーバシステム(以下、ＰＣサーバと略
す) の設置形態は大きく分けて（１）基板が垂直に向く場合、（２）水平に向く場合の２
つがあり、設置方法の違いによりヒートパイプの設置向きが異なるため、冷却能力に差が
出る。
【００１８】
また、図５に示すように冷却フィン５５をヒートパイプ５４に接続すると冷却フィン５
４同士が同じ高さにあるため冷却フィン同士の間隔Ｗ１が大きく、また半導体５２同士の
間隔Ｗ２が大きく実装効率が悪くなるという問題がある。
【００１９】
また、従来の冷却フィン５５は、表面及び裏面の表面積のみで放熱をしているため十分
な放熱面積を確保するということにも検討の余地があった。
【００２０】
本発明の目的は、ヒートパイプ式ヒートシンクにおいて、前述した問題点を解決し、設
置方向に関わらず一定の冷却性能を有すヒートパイプ式ヒートシンクを効率的に実装する
こと、ヒートパイプ式ヒートシンクの冷却能力を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の第１の目的は、半導体素子の冷却装置において、前記半導体素子から受熱した
熱量をヒートパイプに伝熱するベース部と前記ヒートパイプと冷却フィンで構成し、前記
ヒートパイプをL字に曲げ、前記ヒートパイプに前記冷却フィンを接続する部分に螺子切
りを設けるとともに、前記冷却フィンに前記ヒートパイプを接続する部分にも螺子切りを
設けて、前記ヒートパイプと前記冷却フィンと接続することで実現できる。
【００２２】
本発明の第２の目的は、半導体素子の冷却装置において、前記半導体素子から受熱した
熱量をヒートパイプに伝熱するベース部と前記ヒートパイプと冷却フィンで構成し、前記
ヒートパイプをL字に曲げ、前記冷却フィンと接続し前記冷却フィンの表面から裏面への
貫通穴を複数空け、前記冷却フィンの前記貫通穴の半径を前記冷却フィンの厚さより小さ
くすることで実現できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、冷却装置の冷却フィンを冷却装置間で段差配置できるので半導体装置
及びそれに実装した冷却装置共々近接して実装可能できるので、実装効率が向上する。
【００２４】
また、冷却フィンの放熱面積を増大できるので放熱効率が向上し、冷却装置全体の冷却
性能も向上できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（実施例１）
本発明の第１の実施例を図１及び図２を用いて説明する。
【００２６】
図１は本発明の第一の実施例であるヒートパイプと冷却フィンとの接続方法を示す図で
ある。
【００２７】
図２は本発明の第一の実施例であるヒートパイプと冷却フィンとの冷却装置を複数実装
する場合の実装方法を示す図である。
【００２８】
図１の１０は冷却フィンで、ヒートパイプ１１と接続するための螺子切り１０１を有し
ている。
【００２９】
また、前記ヒートパイプ１１においても前記冷却フィン１０と接続するための螺子切り
１１１を有している。
【００３０】
前記冷却フィン１０の前記螺子切り１０１部分を前記ヒートパイプ１１に合わせて挿入
し、前記冷却フィン１０または前記ヒートパイプ１１を回転させて所定の高さに合わせて
接続することができる。
【００３１】
すなわち、図２で重なり合う冷却フィン１０の高さ方向の間隔で高さの位置を合わせる
ことが可能である。
【００３２】
そのため、冷却装置同士における冷却フィンを垂直方向に重なり合わせて配置が可能で
あり半導体５２同士の実装も従来技術である図５記載の間隔Ｗ２よりも小さくすること、
すなわち近接して配置できるため実装効率が向上できる。
【００３３】
また、冷却フィン１０の幅がＬ２、Ｌ３で、従来の技術である図５の冷却フィン５５の
幅Ｌ１に比べ大きくできるので、当然放熱面積も大きくなり放熱性能も各段に向上できる
。
【００３４】
（実施例２）
本発明の第２の実施例を図３を用いて説明する。
【００３５】
本発明の第２の実施例である冷却フィンの構成を説明する図である。
【００３６】
図３の３０は本発明に冷却フィンでヒートパイプ１１との接続部３０１、貫通穴（上面
から見た場合は３０２、断面からは３０３）が複数個空いている。
【００３７】
従来技術である図５での放熱断面積は、接続部３０１を無視すると表面及び裏面での面
積、すなわち
「縦方向寸法」＊「横方向寸法」＊２（表面及び裏面は同面積）…数式１
である。
【００３８】
それに対して、本発明の放熱断面積は、
「縦方向寸法」＊「横方向寸法」＊２（表面及び裏面は同面積）…数式１
から貫通穴３０２の１個当りの減少分が
（π＊ｒ＊ｒ）＊２（表面及び裏面は同面積）…数式２
で、逆に貫通穴３０２の１個当りの増加分は
（２＊π＊ｒ）＊ｄ…数式３
であるので、
「縦方向寸法」＊「横方向寸法」＊２−（π＊ｒ＊ｒ）＊２＋（２＊π＊ｒ）＊ｄ…数
式４
となる。
【００３９】
上記式で面積を増大させるためには、式後半の減少分より増加分を多くすれば良いので
その差分を計算すると
２＊π＊ｒ＊（ｄ−ｒ）…数式５
となり、
ｄ＞ｒ…数式６
厚さｄより小さい半径ｒの貫通穴３０２、３０２を空ければ、空けた個数のみ放熱断面
積が大きくなり、冷却性能が向上する。
【００４０】
また、貫通穴３０２、３０３を通して熱が上部に対流によって逃がすことが出来るため
、さらに放熱が促進される。
【００４１】
以上説明した第１及び第２の実施例によりヒートパイプ式ヒートシンクにおいて、設置
方向に関わらず一定の冷却性能を有すヒートパイプ式ヒートシンクを効率的に実装するこ
と、ヒートパイプ式ヒートシンクの冷却能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第一の実施例であるヒートパイプと冷却フィンとの接続方法を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施例であるヒートパイプと冷却フィンとの冷却装置を複数実装する場合の実装方法を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例である冷却フィンの構成を説明する図である。
【図４】ＰＣサーバの設置例の模式図である。
【図５】従来技術の冷却装置の実装方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…情報処理装置（ＰＣサーバ）、１０…冷却フィン、１１…ヒートパイプ、３０…冷
却フィン、５１…基板、５２…半導体素子、５３…ベース部、５５…冷却フィン、１０１
、１１１…螺子切り、３０１…接続部、３０２…貫通穴上面、３０３…貫通穴断面図、３
０２１…貫通穴拡大。
【図１】
2006024661.tif 000003
【図２】
2006024661.tif 000004
【図３】
2006024661.tif 000005
【図４】
2006024661.tif 000006
【図５】
2006024661.tif 000007