(57)【要約】【課題】作動液減圧封入時にコンテナが凹まず、冷却効果に優れ、かつ軽量な板型ヒートパイプおよびその実装構造を提供する。【解決手段】板状コンテナ３内に、ウィック４が配され、さらに作動液が減圧封入された板型ヒートパイプにおいて、ウィック４はコンテナ３内の空間を横切って配されており、前記空間を横切るウィック部分５によりコンテナ３の凹みが防止された板型ヒートパイプ。前記板型ヒートパイプのウィックが配された部分の作動液蒸発側外面に発熱体が配されている板型ヒートパイプの実装構造。前記板型ヒートパイプの作動液凝縮側外面にヒートシンクが配されている板型ヒートパイプの実装構造。【選択図】　　　　図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状コンテナ内に、ウィックが配され、さらに作動液が減圧封入された板型ヒートパイプにおいて、前記ウィックは板状コンテナ内の空間を横切って配されており、前記空間を横切るウィック部分により前記板状コンテナの作動液減圧封入時の凹みが防止されていることを特徴とする板型ヒートパイプ。
【請求項２】
前記空間を横切るウィック部分が圧縮されて強化されていることを特徴とする請求項１記載の板型ヒートパイプ。
【請求項３】
前記空間を横切るウィック部分は、前記ウィックが相互に密に折り重なって構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の板型ヒートパイプ。
【請求項４】
板状コンテナ内に、ウィックが配され、さらに作動液が減圧封入された板型ヒートパイプにおいて、前記ウィックは板状コンテナ内の空間を横切って配されており、また前記板状コンテナ内の空間に断面積の小さい支柱が設けられており、前記空間を横切るウィック部分と前記支柱により前記板状コンテナの作動液減圧封入時の凹みが防止されていることを特徴とする板型ヒートパイプ。
【請求項５】
前記支柱が、前記板状コンテナの一部を形成して設けられていることを特徴とする請求項４記載の板型ヒートパイプ。
【請求項６】
前記ウィックが板状コンテナの作動液蒸発側内面および作動液凝縮側内面に金属接合または他の金属を介して接合されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の板型ヒートパイプ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の板型ヒートパイプのウィックが配された部分の作動液蒸発側外面に発熱体が配されていることを特徴とする板型ヒートパイプの実装構造。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれかに記載の板型ヒートパイプの作動液凝縮側外面にヒートシンクが配されていることを特徴とする板型ヒートパイプの実装構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度実装された電子部品（ＣＰＵ、半導体チップなど）や光部品（ＬＤなど）などの発熱体の冷却に好適な板型ヒートパイプおよびその実装構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高密度実装された電子部品や光部品などの発熱体を冷却するヒートパイプには、スペースの点から、厚さの薄い板型ヒートパイプが多用されている。
前記板型ヒートパイプは、図１１に示すように、上板１と本体２とからなる板状コンテナ（以下適宜コンテナと略記する）３内に、ウィック４が配され、さらに作動液が減圧封入されたもので、このコンテナ３の表面（作動液蒸発側外面）１８に発熱体を接触させると、その部分の作動液が前記発熱体から蒸発潜熱を奪って蒸発し、発熱体が冷却される。前記作動液の蒸気はコンテナ３の作動液凝縮側（以下適宜凝縮側と略記する）内面７で冷却されて凝縮し、液相となって作動液蒸発側（以下適宜蒸発側と略記する）内面６に還流する。前記作動液の還流は、主に、前記板型ヒートパイプの内面に配されたウィック４の毛細管力により行われる。コンテナ３の凝縮側外面１９は、通常、ヒートシンク（フィンなど）を配して冷却（凝縮）を促進する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の板型ヒートパイプでは、コンテナ３に作動液を減圧封入する際に、コンテナ３の表面または裏面が外圧により凹むことがあり、この凹みがあると、コンテナ３と、発熱体またはヒートシンクとの間に隙間が開き、板型ヒートパイプの冷却効果が十分に得られなくなるという問題があった。
このため、前記コンテナ３の凹みを、図１２に示すように、前記コンテナ３内に伝熱ブロック２２を配置して防止する方法が提案された。
しかし、この板型ヒートパイプは、伝熱ブロック２２の配置により、重量が増加し、また作動液の蒸発が妨げられ、さらにウィック４がコンテナ３の内面に沿って設けられているため作動液の還流に時間が掛かり、十分な冷却効果が得られないという問題があった。
本発明の目的は、作動液減圧封入時にコンテナが凹まず、冷却効果に優れ、かつ軽量な板型ヒートパイプおよびその実装構造を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載発明は、板状コンテナ内に、ウィックが配され、さらに作動液が減圧封入された板型ヒートパイプにおいて、前記ウィックは板状コンテナ内の空間を横切って配されており、前記空間を横切るウィック部分により前記板状コンテナの作動液減圧封入時の凹みが防止されていることを特徴とする板型ヒートパイプである。
【０００５】
請求項２記載発明は、前記空間を横切るウィック部分が圧縮されて強化されていることを特徴とする請求項１記載の板型ヒートパイプである。
【０００６】
請求項３記載発明は、前記空間を横切るウィック部分は、前記ウィックが相互に密に折り重なって構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の板型ヒートパイプである。
【０００７】
請求項４記載発明は、板状コンテナ内に、ウィックが配され、さらに作動液が減圧封入された板型ヒートパイプにおいて、前記ウィックは板状コンテナ内の空間を横切って配されており、また前記板状コンテナ内の空間に断面積の小さい支柱が設けられており、前記空間を横切るウィック部分と前記支柱により前記板状コンテナの作動液減圧封入時の凹みが防止されていることを特徴とする板型ヒートパイプである。
【０００８】
請求項５記載発明は、前記支柱が、前記板状コンテナの一部を形成して設けられていることを特徴とする請求項４記載の板型ヒートパイプである。
【０００９】
請求項６記載発明は、前記ウィックが板状コンテナの作動液蒸発側内面および作動液凝縮側内面に金属接合または他の金属を介して接合されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の板型ヒートパイプである。
【００１０】
請求項７記載発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の板型ヒートパイプのウィックが配された部分の作動液蒸発側外面に発熱体が配されていることを特徴とする板型ヒートパイプの実装構造である。
【００１１】
請求項８記載発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の板型ヒートパイプの作動液凝縮側外面にヒートシンクが配されていることを特徴とする板型ヒートパイプの実装構造である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の板型ヒートパイプを図を参照して具体的に説明する。
なお、本発明を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
請求項１記載の板型ヒートパイプは、図１（イ）に示すように、上板１と本体２とからなるコンテナ３内にウィック４が１個配され、前記ウィック４はコンテナ３内の空間を２度横切って、即ちコンテナ内空間を横切るウィック部分５、５を設けて、コンテナ３の蒸発側内面６と凝縮側内面７とに接合されたものである。図１（ロ）は上板を開けた状態の本体２内部の斜視図である。ウィック４は複数個配しても良い。コンテナ３内の空間を横切るウィック部分５はコンテナ本体２の床面に対し略垂直に配するのが強度的に望ましい。
図１（イ）、（ロ）で１７は本体縁部である。
なお、コンテナ３内には、作動液（図示せず）が減圧封入される。
【００１３】
この板型ヒートパイプでは、コンテナ内の空間を横切るウィック部分５が、作動液減圧封入時のコンテナ３の凹みを防止するので、伝熱ブロックが不要であり、このため板型ヒートパイプは軽量であり、作動液は良好に蒸発する。さらに凝縮した作動液は空間を横切るウィック部分５を通って蒸発側内面６に迅速に還流する。従ってこの板型ヒートパイプは、作動液減圧封入時にコンテナが凹まず、冷却効果に優れ、かつ軽量である。
【００１４】
請求項２記載の板型ヒートパイプは、図２に示すように、コンテナ３内の空間を横切るウィック部分５の強度を、ウィック部分５を厚さ方向に圧縮して高め、コンテナの凹みをより良好に防止したものである。前記圧縮はウイック４の長さ方向に行っても良い。圧縮部分は熱伝導性も高まる。
【００１５】
請求項３記載の板型ヒートパイプは、図３に示すように、コンテナ３内の空間をウィック４が密に折り重なって横切り、この折り重なったウィック部分５がコンテナ３の凹みを防止するものである。
【００１６】
請求項４記載の板型ヒートパイプは、図４（イ）に示すように、コンテナ３内に断面積の小さい支柱８を配したものであり、作動液を減圧封入する際のコンテナの凹みは、この支柱８とコンテナ３内空間を横切るウィック部分５により防止される。
【００１７】
図４（ロ）はコンテナ本体２の床部に設けられた支柱部分の斜視図である。
支柱８はコンテナ本体２の床部の中央部分に折り曲げによる所定高さの土手を形成し、この土手の所要箇所を支柱８として残したものである。前記土手の支柱８となる箇所以外は切断除去し、前記切断箇所の切れ目は半田付けなどにより密閉する。
支柱８はコンテナ３の床板を２枚重ねた厚さであり、幅を必要最小限の長さにすれば断面積を小さくすることができる。支柱８はコンテナ本体２をプレス成形する際に一緒に形成することもできる。この方法は生産性に優れる。
【００１８】
支柱８の頭部に上板１内面に接するフラット部９を形成しておくとコンテナ３の凹みがより良好に防止される。
支柱８はコンテナ３の中央部分に設けるのが凹み防止に有効であり、その本数はコンテナ３の大きさや材質などを考慮して適宜決められる。
【００１９】
図５に示す板型ヒートパイプは、作動液減圧封入時のコンテナ３の凹みを、支柱８とコンテナ３内の空間を密に折り重なって横切るウィック部分５とにより防止したものである。
【００２０】
図６に示す板型ヒートパイプは、コンテナ３内にコの字型支柱１０を開放部を上にして２個並べて配し、作動液減圧封入時のコンテナ３の凹みをコの字型支柱１０とコンテナ３内空間を横切るウィック部分５とにより防止したものである。この板型ヒートパイプでは、蒸発側ではウィック４をコの字型支柱１０の底部上に配するので、作動液の蒸発がコの字型支柱１０により阻害されることがない。コの字型支柱１０はコンテナ３と同じ板材で作製するのがコンテナ３の耐食性および生産性の上で望ましい。
【００２１】
本発明では、図７に示すように、コの字型支柱１０を、コンテナ上板１を２分し、各中央部側を内側に折り曲げて形成したもので、図６に示したものに較べて部品数が少なく生産性に優れる。またここでは上板１中央部の突き合わせ部分を一旦上方に突出させてからコの字型に形成しており、この上板突出部１３はヒートシンクの固定に利用できる。
【００２２】
本発明において、コンテナを構成する上板と本体とは、圧延、押出、鍛造、鋳造などによりアルミニウム合金板を製造し、これにプレス打ち抜き、プレス成形などを施して製造される。
【００２３】
本発明において、コンテナには、銅（Ｃ１０２０、Ｃ１１００、Ｃ１２００など）、アルミニウム（Ａ１０１０、Ａ１１００、Ａ５０００系、Ａ６０００系、Ａ７０００系など）などが使用できる。前記上板と本体とは同種の材料とするのが、生産性、耐食性などの点で望ましい。
【００２４】
ウィックには、金網、焼結金属、メタルウール、ガラス繊維、炭素繊維、セラミックス繊維などが使用できる。
【００２５】
作動液には、ヘリウム、メタン、アンモニア、アセトン、水、ナフタレン、ナトリウム、水銀、代替フロン、炭化水素などが使用でき、これらは使用温度などにより使い分ける。
作動液の封入量は、その大半がウィック内に毛細管力で保持される程度が望ましく、この程度の量において、作動液は最も有効に作用する。
【００２６】
図１〜７に示した板型ヒートパイプは、例えば、所定形状に成形したウィック４の片面をコンテナ本体２の床面にろう付けし、次いでウィック４の他の片面と上板１およびコンテナ本体縁部１７と上板１とを同時にろう付けし、次いで作動液を常法により減圧封入して製造される。図４〜７に示した板型ヒートパイプでは、支柱頭部のフラット部９も上板１にろう付けする。
【００２７】
本発明において、コンテナ３内面とウィック４の接合、コンテナ本体縁部１７と上板１との接合などには、熱伝導性に優れる金属接合または他の金属を介しての接合が望ましい。前者には超音波溶接法、抵抗加熱溶接法、アーク（ＴＩＧ、ＭＩＧ、プラズマ、レーザー）溶接法、ＦＳＷ　（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ　Ｓｔｉｒ　Ｗｅｌｄｉｎｇ）などが適用でき、後者には銀ろう付け、銅ろう付け、錫ろう付け、低温半田付けなどが適用できる。熱伝導性の良い接着剤を用いることもできる。コンテナ３とヒートシンク１４の接合にも前記接合法が適用できる。
【００２８】
本発明の板型ヒートパイプは、コンテナ３のウィック４が配された部分の蒸発側外面に発熱体を配し、また前記板型ヒートパイプの凝縮側外面にヒートシンクを設けることによりその冷却効果が十分に発現される。
【００２９】
次に本発明の板型ヒートパイプの実装構造を図を参照して具体的に説明する。図８は、図１に示した板型ヒートパイプのコンテナ３の蒸発側外面１８にＣＰＵ（発熱体）１１を近接させ、凝縮側外面１９にフィン１４を配した実装構造の縦断面説明図である。図８で１２は前記ＣＰＵ１１を搭載した回路基板である。ＣＰＵ１１とコンテナ３との間に伝熱性グリース、伝熱性シート、伝熱性樹脂などを介在させておくとＣＰＵ１１とコンテナ３間の熱抵抗が減少し望ましい。ＣＰＵ１１はウィック４を接合した部分の蒸発側外面１８に配するのが冷却効果に優れる。
【００３０】
図９は、図６に示した板型ヒートパイプの蒸発側外面１８にＣＰＵ１１を近接させ、凝縮側外面１９にフィン１４を配した実装構造の縦断面説明図である。ここではコンテナ端部にフィン１４、およびＣＰＵを搭載した回路基板１２がボルト１５とナット１６により締結されている。
【００３１】
本発明では、図１０に示すように、コンテナ３の外周に外枠２０を設けて、板型ヒートパイプの補強、電磁波シールド、位置決めなどを行うのが望ましい。外枠２０は筒体からなり、その上端に鍔２１が設けられ、この鍔２１は上板１や回路基板１２と共にボルト１５とナット１６により締結される。外枠２０にはプラスチックや金属材料が使用される。
【００３２】
本発明において、板型ヒートパイプに取り付けられたヒートシンクをファンにより冷却すると放熱特性が向上する。前記ファンは板型ヒートパイプに一体に取り付けると組み立てが簡便に行えて望ましい。ヒートシンクには、コルゲートフィン、くし型フィン、かしめ型フィンなどが用いられる。
【００３３】
【実施例】
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
（実施例１）
厚さ１．０ｍｍのＣ１０２０アルミニウム合金板をプレス成形してコンテナ本体２と上板１を作製し、次いで所定形状に成形したウィック４をコンテナ本体２内面に接合し、次いでウィック４を本体縁部１７と上板１に同時に接合し、次いで作動液を減圧封入して、図１〜３に示した板型ヒートパイプ（厚さ８ｍｍ、幅６０ｍｍ、長さ１４０ｍｍ）を各１０個づつ製造した。
ウィック４にはＣ１０２０アルミニウム合金製メッシュ（８０μｍ♯１２０）を１０枚重ねたものを用いた。ウィック４とコンテナ３内面、本体縁部１７と上板１、コンテナ凝縮側外面１９とフィン１４の各接合は、ろう付け法（ろう材：ＢＡｇ−８）により行った。
【００３４】
前記板型ヒートパイプの蒸発側内面のウィックが接合された部分のコンテナ下面に、回路基板に搭載されたＣＰＵ（発熱量１００Ｗ）を伝熱性シートを介して接触させ、前記コンテナの上面にアルミニウム合金製フィンを接合し、この状態で前記回路基板の温度分布を測定した。前記１０個のＣＰＵ表面が最高温度５０℃以下の場合は冷却効果が良好（○）、５０℃を超えたものが１個でもあれば不良（×）と判定した。
【００３５】
（実施例２）
コンテナ内に折り曲げ式により支柱を設けた他は、実施例１と同じ方法により図４、５に示した構造の板型ヒートパイプを製造し、実施例１と同じ方法により板型ヒートパイプの冷却効果を判定した。
【００３６】
（実施例３）
コンテナ内にコの字型支柱を配した他は、実施例１と同じ方法により図６に示した構造の板型ヒートパイプを製造し、実施例１と同じ方法により板型ヒートパイプの冷却効果を判定した。
【００３７】
（比較例１）
図１１に示した従来の板型ヒートパイプについて、実施例１と同じ方法により板型ヒートパイプの冷却効果を判定した。
【００３８】
（比較例２）
図１２に示した、コンテナ３内にアルミニウム合金製多孔質体からなる伝熱ブロック２２を配した従来の板型ヒートパイプについて、実施例１と同じ方法により板型ヒートパイプの冷却効果を判定した。
結果を表１に示す。表１にはコンテナの表面と裏面の凹みの深さ（ｔ：ｍｍ）および板型ヒートパイプの軽重を併記した。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１から明らかなように、本発明例の実施例１〜３の板型ヒートパイプはいずれも冷却効果に優れた。また伝熱ブロックを用いないため軽量であった。
冷却効果に優れた理由は、コンテナの空間部分にウィックや支柱などが配されているためコンテナ表裏面に凹みが殆ど生じず、ＣＰＵやフィンとの間の熱伝導が良好であり、また前記支柱は小断面積のため作動液の蒸発が阻害されず、さらに作動液がコンテナ内空間を横断するウィック部分を通って蒸発側に迅速に還流したためである。
【００４１】
これに対し、比較例１は、コンテナ内に支柱などが配されていないためコンテナの表裏面に凹みが生じ、またウィックがコンテナ内面に沿って配されていて作動液の還流が迅速になされないため冷却効果が劣った。
比較例２はコンテナの凹み防止に伝熱ブロックを用いたため作動液の蒸発が阻害され、また比較例１と同じ理由で作動液が迅速に還流せず、これらの理由により冷却効果が劣った。また伝熱ブロックを配したため重くなった。
【００４２】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の板型ヒートパイプは、コンテナ内空間を横切って配されたウィック部分により作動液減圧封入時のコンテナの凹みが防止されて発熱体やヒートシンクとの間の熱伝導が良好になされる。また作動液が前記ウィック部分を通って迅速に還流する。コンテナ内に支柱を配することにより前記コンテナの凹みはさらに改善される。前記支柱は小断面積とするので作動液の蒸発が阻害されない。従って本発明の板型ヒートパイプは冷却効果に優れる。さらに伝熱ブロックを使用しないので軽量である。本発明の板型ヒートパイプは、ウィックが配された部分の蒸発側外面に発熱体を配し、また前記板型ヒートパイプの凝縮側外面にヒートシンクが設けることによりその冷却効果が十分に発現される。依って、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の板型ヒートパイプの第１の実施形態を示す（イ）縦断面説明図および（ロ）本体内部の斜視図である。
【図２】本発明の板型ヒートパイプの第２の実施形態を示す縦断面説明図である。
【図３】本発明の板型ヒートパイプの第３の実施形態を示す縦断面説明図である。
【図４】本発明の板型ヒートパイプの第４の実施形態を示す（イ）縦断面説明図および（ロ）本体内部の支柱部分の斜視図である。
【図５】本発明の板型ヒートパイプの第５の実施形態を示す縦断面説明図である。
【図６】本発明の板型ヒートパイプの第６の実施形態を示す縦断面説明図である。
【図７】本発明の板型ヒートパイプの第７の実施形態を示す縦断面説明図である。
【図８】本発明の実装構造の第１の実施形態を示す縦断面説明図である。
【図９】本発明の実装構造の第２の実施形態を示す縦断面説明図である。
【図１０】本発明の実装構造の第３の実施形態を示す縦断面説明図である。
【図１１】従来の板型ヒートパイプの縦断面説明図である。
【図１２】従来の板型ヒートパイプの縦断面説明図である。
【符号の説明】
１　コンテナを構成する上板
２　コンテナを構成する本体
３　コンテナ
４　ウィック
５　コンテナ内の空間を横切るウィック部分
６　コンテナの蒸発側内面
７　コンテナの凝縮側内面
８　支柱
９　支柱頭部のフラット部
１０　コの字型支柱
１１　ＣＰＵ（発熱体）
１２　ＣＰＵを搭載した回路基板
１３　上板突出部
１４　フィン
１５　ボルト
１６　ナット
１７　コンテナ本体の縁部
１８　コンテナの蒸発側外面
１９　コンテナの凝縮側外面
２０　外枠
２１　外枠の鍔
２２　伝熱ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004028442.tif 000012
【図１０】
2004028442.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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