(57)【要約】【課題】部材数が少なく製造コストに優れる板型ヒートパイプを実現すること。【解決手段】板型でその厚さ部分の１面または対向する２面だけが接合組み立てされてなる箱型コンテナを備えた板型ヒートパイプにおいて、前記コンテナには、冷却対象である部品を直接または間接に接触させる凸部が形成されており、前記コンテナによって形成される空洞部内の前記凸部に相当する部分には伝熱性の内部ブロックが配置されている、板型ヒートパイプ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　板型でその厚さ部分の１面または対向する２面だけが接合組み立てされてなる箱型コンテナを備えた板型ヒートパイプにおいて、前記コンテナには、冷却対象である部品を直接または間接に接触させる凸部が形成されており、前記コンテナによって形成される空洞部内の前記凸部に相当する部分には伝熱性の内部ブロックが配置されている、板型ヒートパイプ。
【請求項２】
　前記凸部は、前記コンテナに液圧バルジ加工によって成形されたものである、請求項１に記載の板型ヒートパイプ。
【請求項３】
　板型でその厚さ部分の１面または対向する２面だけが接合組み立てされてなる箱型コンテナを備えた板型ヒートパイプにおいて、前記コンテナの外面には、冷却対象である部品を直接または間接に接触させる伝熱性の外部ブロックが取り付けられており、前記コンテナによって形成される空洞部内の、前記外部ブロックが取り付けられた部分には伝熱性の内部ブロックが配置されている、板型ヒートパイプ。
【請求項４】
　前記外部ブロックと前記内部ブロックは一体となった１部材で構成されている、請求項３に記載の板型ヒートパイプ。
【請求項５】
　前記箱型コンテナが、深絞り加工または後方押出加工によって成形された板型でその厚さ部分の１面だけが開口部となった板型部材と、蓋部材とを接合組み立てられてなる、板型でその厚さ部分の１面だけが接合組み立てされてなる箱型コンテナである、請求項１〜４のいずれかに記載の板型ヒートパイプ。
【請求項６】
　前記箱型コンテナが、筒状体の両端部が接合封止されることで形成された、板型でその厚さ部分の対向する２面だけが接合組み立てされてなる箱型コンテナである、請求項１〜４のいずれかに記載の板型ヒートパイプ。
【請求項７】
　前記コンテナは、前記筒状体の両端部が潰されて塞がれたものである、請求項６に記載の板型ヒートパイプ。
【請求項８】
　前記コンテナの空洞部内にウイック部材が備わっている、請求項１〜７のいずれかに記載の板型ヒートパイプ。
【請求項９】
　当該板型ヒートパイプの一方の主面側には冷却対象である被冷却部品が熱的に接続され、他方面側にはフィンその他のヒートシンク部材が取り付けられている、請求項１〜８のいずれかに記載の板型ヒートパイプを用いた冷却構造。
【請求項１０】
　当該板型ヒートパイプの一方の主面側には冷却対象である被冷却部品が熱的に接続され、他方面側にはフィンその他のヒートシンク部材とファンが取り付けられている、請求項１〜８のいずれかに記載の板型ヒートパイプを用いた冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、半導体素子等の冷却が必要な部品の冷却に好適な板型のヒートパイプと、それを用いた冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
　パソコン等の各種機器や電力設備等の機器に搭載されている半導体素子等の発熱部品の過熱を防ぐ冷却技術が近年注目されている。冷却を要する電気・電子部品（以下被冷却部品と称する）を冷却する方法としては、例えば機器にファンを取り付け、機器筐体内の空気の温度を下げる方法や、被冷却部品に伝熱性に優れる均熱板を取り付け、その均熱板を経由して被冷却部品の熱を逃がす方法等が知られている。
【０００３】
　被冷却部品に取り付ける均熱板として、例えば銅材やアルミ材、或いはカーボン材やちっ化アルミ等のセラミック材が適用されるが、近年は板型のヒートパイプを適用することが有力視されている。板型ヒートパイプは、板型の形状を有するヒートパイプで、平面型ヒートパイプとか平板型ヒートパイプ等と呼ばれることもある。
【０００４】
　ここでヒートパイプについて簡単に説明しておく。ヒートパイプは内部に密封された空洞部を備えており、その空洞部に作動流体（作動液ともいう）が収容されている。その空洞部内は真空引きされており、作動流体の蒸発が起きやすくなっている。作動流体としては水やアルコール、代替フロン等が用いられる。
【０００５】
　ヒートパイプの作動について、一般的なパイプ状の場合を例に説明する。そのパイプ状のヒートパイプの一方端側を吸熱部とすると、その吸熱部において、外部からヒートパイプを構成する容器（コンテナ）の材質中を熱伝導して伝わってきた熱により、内部の作動流体が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの他方端側である放熱部に移動する。放熱部では、作動流体の蒸気は冷却され再び液相状態に戻る。そして液相に戻った作動流体は再び吸熱側に移動（還流）する。このような作動流体の相変態や移動により、熱の移動がなされる。
【０００６】
　作動流体の還流は、重力作用や毛細管作用によってなされる。重力式のヒートパイプの場合は、吸熱部を放熱部より下方に配置すればよい。毛細管作用によって作動流体を還流させる場合は、空洞部の内壁に溝を設けたり、空洞部内に金属メッシュ等のウィックを挿入しておく。
【０００７】
　上述した吸熱部には被冷却部品を接続させる。そして放熱部には例えば放熱用のフィンを取り付けておくとよい。このような構成により、被冷却部品の熱の多くがヒートパイプを経由してフィンから放散されるようになる。
【０００８】
　さて、板型ヒートパイプの場合、その形状から、被冷却部品と接続させやすい利点がある。つまり半導体素子等の被冷却部品を、その主面に接触させることで、ある程度広い面積で接触させることができるからである。尚、その接触は間に伝熱グリスや伝熱ゴム等の介在物を挟む場合もある。或いは場合によっては半田付け等により接合させる場合もある。また板型ヒートパイプの被冷却部品を接触させた面の反対面には放熱用のフィンやヒートシンク、またファン等を取り付けると良い。こうすればスペース効率にも優れた冷却構造が実現し得る。
【０００９】
　板型形状のヒートパイプは、通常の丸パイプ状のヒートパイプと比べてその製造コストが大きくなりやすい。丸パイプ状のヒートパイプは、押出加工等によって製造したパイプの両端部を溶接封止してコンテナを形成する場合が一般的である。
【００１０】
　板型ヒートパイプのコンテナについては、例えば２枚の板材を合わせて、その２枚の板材の間に空洞部を形成するように組み立てる方法が知られている。この場合、空洞部は２枚の板材の一方または両方を湾曲させておき、その湾曲部分が空洞部となるように組み立
てるか、或いは組み立て後の板型のコンテナの板厚部分の部材を接合して組み立てる場合もある。
【特許文献１】特開平　９−２００９７５号公報
【特許文献２】特開平　６−１０１９８０号公報
【特許文献３】特開平　８−１２１９８２号公報
【特許文献４】特開昭６０−１０６６３３号公報
【特許文献５】特表平　２−５０２４７９号公報
【特許文献６】特開昭５２−　９０８５２号公報
【特許文献７】特開平１０−　３８４８４号公報
【特許文献８】特開平　９−２１０５８２号公報
【特許文献９】特開昭　９−　　３５７１号公報
【特許文献１０】特願昭６３−　４７８８８号公報（実開平　１−１５７４９１号公報）のマイクロフィルム
【特許文献１１】特開平　９−３０３９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
　しかし、２枚の板材を合わせてコンテナを組み立てる方法では、そのコンテナ内に密閉された空洞部を形成する必要から、板材の外周部分を確実に接合することが不可欠になる。この作業は、溶接やろう接等の通常の金属接合方法を適用すればよいが、全周にわたり確実な封止状態を実現するような接合作業は容易ではなく、このため製造される板型ヒートパイプの製造コスト増大の大きな原因の一つになっていた。
　本発明は、部品数の低減と組み立てコストの低減を可能にした板型ヒートパイプを提供することを目的とする。またその板型ヒートパイプを用いた冷却構造を提案する。
【発明の効果】
【００１２】
　本発明の板型ヒートパイプは、構成部品数を減らし、生産性等に優れる実用的なものである。またそれを用いた冷却構造は被冷却部品の効率的な冷却を可能にするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
　本請求項１発明の板型ヒートパイプは、板型でその厚さ部分の１面または対向する２面だけが接合組み立てされてなる箱型コンテナを備えた板型ヒートパイプにおいて、前記コンテナには、冷却対象である部品を直接または間接に接触させる凸部が形成されており、前記コンテナによって形成される空洞部内の前記凸部に相当する部分には伝熱性の内部ブロックが配置されているものである。そのコンテナ内の密閉された空洞部には作動流体が収容される。前記凸部は、前記コンテナに液圧バルジ加工によって成形すると良い。
【００１４】
　本請求項３発明の板型ヒートパイプは、板型でその厚さ部分の１面または対向する２面だけが接合組み立てされてなる箱型コンテナを備えた板型ヒートパイプにおいて、前記コンテナの外面には、冷却対象である部品を直接または間接に接触させる伝熱性の外部ブロックが取り付けられており、前記コンテナによって形成される空洞部内の、前記外部ブロックが取り付けられた部分には伝熱性の内部ブロックが配置されているものである。
　内部ブロックと外部ブロックを配置する場合、それらを一体となった１つの部材で構成しても良い。
【００１５】
　本請求項５発明の板型ヒートパイプは、前記箱型コンテナが、深絞り加工または後方押出加工によって成形された板型でその厚さ部分の１面だけが開口部となった板型部材と、蓋部材とを接合組み立てられてなる、板型でその厚さ部分の１面だけが接合組み立てされてなる箱型コンテナを備えたものである。
【００１６】
　本請求項６発明の板型ヒートパイプは、前記箱型コンテナが、筒状体の両端部が接合封止されることで形成された、板型でその厚さ部分の対向する２面だけが接合組み立てされてなる箱型コンテナを備えた請求項１〜４のいずれかに記載の板型ヒートパイプである。
【００１７】
　本請求項７発明の板型ヒートパイプは、請求項６発明において、箱型コンテナが、前記筒状体の両端部が潰されて塞がれたものである。
【００１８】
　請求項８発明の板型ヒートパイプは、前記箱型コンテナの空洞部内にウイック部材が備わっている、請求項１〜７のいずれかに記載の板型ヒートパイプである。
【００１９】
　請求項９発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の板型ヒートパイプの一方の主面側には冷却対象である被冷却部品が熱的に接続され、他方面側にはフィンその他のヒートシンク部材が取り付けられている冷却構造である。
【００２０】
　請求項１０発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の板型ヒートパイプの一方の主面側には冷却対象である被冷却部品が熱的に接続され、他方面側にはフィンその他のヒートシンク部材とファンが取り付けられている冷却構造である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
　図１は本発明の板型ヒートパイプを構成する部材（箱型部材（箱型コンテナ））を示す説明図である。その（ア）の箱型部材１０は、金属シートを深絞り加工等によって成形した継ぎ目無しの部材である。この箱型部材１０は、その板厚部分の１面だけが開口部１００となっている。
【００２２】
　その開口部１００に図１（イ）に示すように、蓋部材２０を接合し、内部に空洞部を有する箱型コンテナが形成される。その空洞部内は適宜真空脱気等を施して、更に適量の作動流体（水や代替フロン、アルコール等）を収容し、その空洞部を密閉封止して板型ヒートパイプ４０が製造される。
【００２３】
　図１（イ）の注液脱気ノズル３０は、上述した空洞部内の真空脱気と作動流体の封入作業を容易ならしめるために設けたもので必須の部材ではない。この例の場合、蓋部材２０にパイプ状の注液脱気ノズル３０を接合して形成している。或いは蓋部材２０を一部成形して形成しても良い。
【００２４】
　この注液脱気ノズル３０は、作動流体を空洞部内に注入後、溶接等により封止するものであるが、このように小型でノズル状の注液脱気ノズル３０を用いることにより、作動流体を注入後、外気の混入をできるだけ防ぎつつ封止する作業が非常に容易になる利点がある。尚、注液脱気ノズル３０の形状は、図示する例では簡明を期する意味でパイプ状に突起した部材としたが、この形状は任意である。作動流体の注入作業や脱気作業、更にその後の封止作業等を考慮して決めれば良いことである。
【００２５】
　図２は、図１（ア）の箱型部材１０と同様の箱型部材１１の開口部を潰して、更に溶接することで内部に密閉された空洞部を形成した場合の板型ヒートパイプ４１を示す説明図である。図中の符号１１０は潰し部、符号１１１は溶接部である。この例の場合、図１（イ）に示した如くの蓋部材２０を要しないので部品点数が減らせる利点がある。部品点数が少なくなれば、製造コストの低減に寄与する。尚、この例の場合、注液脱気ノズルは設けていない。箱型コンテナ１１の開口部を直接封止している。
【００２６】
　図３は図２の板型ヒートパイプ４１と同様、箱型部材１２の開口部を封止して空洞部を形成した例であるが（図中の符号１２０は溶接部を示す）、この例の場合、箱型部材１２に注液脱気ノズル３１を設けている。注液脱気ノズル３１の取り付け位置は特に限定されない。通常、板型ヒートパイプ４２の主面側には冷却対象である半導体素子等の被冷却部品を接触させたり、或いは放熱用のフィンやヒートシンクブロックを取り付けたりするため、邪魔になりにくい、板厚部分の面に注液脱気ノズル３１を設けることが望ましい。
【００２７】
　ところで上述した箱型部材１０〜１２は、ほぼ直方体の形状を有する箱状の部材であるが、これらは金属シートに深絞り加工やしごき加工等を施して形成すれば良い。
【００２８】
　尚、箱型部材１０〜１２は何れも直方体形状であるが、場合によっては横断面が台形、平行四辺形等の四角柱の形状を有する箱状の部材であってもよい。
【００２９】
　また箱型部材１０〜１２の開口部の塞ぐ方法は、図１に示したような蓋部材２０を接合する方法の他、図２に示したような、箱型部材１１自体を潰して接合する方法等がある。いずれの場合も接合方法は特に限定されないが、溶接法、ろう付け法等を適用すれば良い。
【００３０】
　溶接法は例えばＴＩＧ溶接、プラズマ溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接等の方法が挙げられる。ろう付け法の場合は、真空ろう付け、雰囲気炉中ろう付け、トーチろう付け等が挙げられる。また溶接法とろう付け法を組み合わせても良い。例えばレーザービーム溶接を併用すれば、細かい部分の接合がより確実になる等の効果が期待できる。いずれにしても、箱型部材１０〜１２の開口部を塞ぐ際の接合方法は、部材の材質や形状、サイズ等を考慮して適宜選定すれば良いことである。
【００３１】
　本発明の板型ヒートパイプとして、その空洞部内にウィックや伝熱性の内部ブロックを配置する場合もある。図４は図１の箱型部材１０と同様の箱型部材１３の中に、ウィック部材５０と内部ブロック５１を収容した場合を示す説明図である。ウィック部材５０は例えば金属等のメッシュや、そのメッシュを成形したもの（メッシュ成形体）、不織布、多孔質体、或いは微小な溝が形成されたブロック等を用いればよい。内部ブロック５１としては、銅材等の伝熱性に優れる材質のブロックを用いればよい。図４の例では、箱型部材１０内にウィック部材５０と内部ブロック５１の両方を収容しているが、これらの内の一方を収容する場合ももちろんある。尚、これらは箱型部材１３を真空脱気して密封する以前に、その中に挿入することは当然である。
【００３２】
　メッシュ部材５０は、この箱型部材１３を封止して組み立てた板型ヒートパイプにおいて、その毛細管作用による作動流体の還流を促す機能を奏する。このため、この板型ヒートパイプがある逆作動状態（吸熱部が放熱部より上方にある状態）になってもある程度の
作動流体の還流が維持でき得る。
【００３３】
　内部ブロック５１はこの板型ヒートパイプにおいて、被冷却部品が接触される箇所に配置することが望ましい。そうすることで被冷却部品の熱を作動流体に伝える部分の面積が増大する等の効果がある。また内部ブロック５１が、箱型部材５１の上下の両内壁に接す
る場合は、その内部ブロック５１による両内壁間の熱経路にもなっている。更に場合によっては、内部ブロック５１によりメッシュ部材５０を固定させることも可能である。
【００３４】
　図５、６は箱型部材１４、１５に凸部１４０、１５０を設けた例である。この凸部１４０、１５０は、この箱型部材１４、１５を封止して組み立てた板型ヒートパイプにおいて、被冷却部品との接触部位になる。
　この凸部１４０、１５０は箱型部材１４、１５を成形加工して形成すればよい。
【００３５】
　凸部１４０、１５０は板型でその厚さ部分の１面または対向する２面だけが開口部となった箱型部材（図１の箱型部材１０のような部材）を用意し、その箱型部材に成形加工を施して形成してもよい。図５の場合は凸部１４０が箱型部材１４の端部に位置している。
このため通常の金型による成形加工により比較的容易に凸部１４０を形成させることができる。或いは、金属シート等に絞り加工を施して、板型でその厚さ部分の１面または対向する２面だけが開口部となった箱型部材を作製する際に、最初から凸部１４０が形成された形状に加工することも可能である。
【００３６】
　これに対して、図６の場合は凸部１５０が箱型部材１５の中央部分に位置しているため、通常に金型による成形加工では凸部１５０を形成しにくい。そこで液圧バルジ成形により成形加工すると良い。
【００３７】
　図７は図５に示した凸部１４０が備わる箱型部材１４の、その凸部１４０の内側に伝熱性の内部ブロック１４１を収容させる場合を説明した説明図である。
　この内部ブロック１４１は、図４における内部ブロック５１と同様、被冷却部品の熱を作動流体に伝える部分の面積が増大する効果等を奏する。
【００３８】
　図８は図１における箱型部材１０と同様の箱型部材１６に伝熱性の外部ブロック１６０を取り付ける状況を示した説明図である。
　この外部ブロック１６０を、箱型部材１６を封止して組み立てた板型ヒートパイプの、被冷却部品との接触部位にするとよい。
【００３９】
　図９は、内部ブロックと外部ブロックを一体とさせた形態を示す説明図である。この場合、内部ブロックとか外部ブロックとかの用語それ自体に意味がある訳ではないが、形態としては内部ブロックと外部ブロックが一体ブロックとなったものとなっている。
　図９において、箱型部材１７には、その両方の主面を貫通するように穴部１７０、１７１を設けておき、その穴部１７０、１７１を貫通するように一体ブロック１７２を挿入配置する。もちろん、穴部１７０、１７１と一体ブロック１７２の境界部は接合する等により気密性を保たせることは言うまでもない。組み立て板型ヒートパイプにおいて、この一体ブロック１７２により、一体ブロック１７２と箱型部材１７の両主面の温度差が減り均熱性が高まる等の効果がある。また一体ブロック１７２の露出した面は、被冷却部品との接触部位となるが、その接触部位の平坦度等の寸法精度が高いものにしやすい等の効果もある。
【００４０】
　以上、本発明の板型ヒートパイプについて説明したが、それを用いた冷却構造についても説明しておく。図１０に示すように、本発明の板型ヒートパイプ６０を用いて、それの一方の主面側（この図においては下側面）に冷却対象である被冷却部品７０を熱的に接続し、他方面側（この図の上側面）にはフィン６１を取り付けるような形態にすると良い。板型ヒートパイプ６０と被冷却部品７０との熱的な接続とは、単なる接触の他、伝熱グリス等を介在させた接触、半田付け等の接合、その他、熱的な接続状態にさせることを意味する。フィン６１は板型ヒートパイプ６０の熱の放散を促すもので、必要なら更にファンを設置すると良い。図中の符号７１、７２はリード、基板を指す。このような本発明の冷却構造はコンパクトで効率的なものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係わる板型ヒートパイプを構成する部材を示す説明図である。
【図２】本発明に係わる板型ヒートパイプを構成する部材を示す説明図である。
【図３】本発明に係わる板型ヒートパイプを構成する部材を示す説明図である。
【図４】本発明に係わる板型ヒートパイプを構成する部材を示す説明図である。
【図５】本発明に係わる板型ヒートパイプを構成する部材を示す説明図である。
【図６】本発明に係わる板型ヒートパイプを構成する部材を示す説明図である。
【図７】本発明に係わる板型ヒートパイプを構成する部材を示す説明図である。
【図８】本発明に係わる板型ヒートパイプを構成する部材を示す説明図である。
【図９】本発明に係わる板型ヒートパイプを構成する部材を示す説明図である。
【図１０】本発明の板型ヒートパイプを用いた冷却構造の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０　　箱型部材
１００　開口部
２０　　蓋部材
３０　　注液脱気ノズル
４０　　板型ヒートパイプ
１１　　箱型部材
１１０　潰し部
１１１　溶接部
４１　　板型ヒートパイプ
１２　　箱型部材
１２０　溶接部
３１　　注液脱気ノズル
４２　　板型ヒートパイプ
１３　　箱型部材
５０　　ウィック部材
５１　　内部ブロック
１４　　箱型部材
１４０　凸部
１５　　箱型部材
１５０　凸部
１４１　内部ブロック
１６　　箱型部材
１６０　外部ブロック
１７　　箱型部材
１７０　穴部
１７１　穴部
１７２　一体ブロック
６０　　板型ヒートパイプ
６１　　フィン
７０　　被冷却部品
７１　　リード
７２　　基板
【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】
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【図１０】
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