(57)【要約】【課題】製造が容易でコストが安く、熱輸送効率が良好で、信頼性に優れたヒートスプレッダーを提供する。【解決手段】例えば並設された２本のヒートパイプ１ａ，１ｂを渦巻き状にほぼ隙間無く巻回し、隣接するヒートパイプ１ａ，１ｂ同士を固定して盤状に形成する。ヒートパイプ１ａ，１ｂにより形成された盤の表面と背面の両方に熱伝導性部材の平板２を設ける。ヒートパイプ１ａ，１ｂの長手方向の熱移動のみならず、隣接するヒートパイプ１ａ，１ｂ同士の間で熱移動を行うことにより効率的に熱拡散を行う。【選択図】　　　　図１
2004069234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本または並設された２本以上のヒートパイプを渦巻き状にほぼ隙間無く巻回して隣接するヒートパイプ同士を固定し、盤状に形成したことを特徴とするヒートスプレッダー。
【請求項２】
ヒートパイプの断面を円形状とし、隣り合うヒートパイプ同士は熱伝導性部材を介して固定したことを特徴とする請求項１記載のヒートスプレッダー。
【請求項３】
ヒートパイプの断面を四角形状とし、隣り合うヒートパイプの側面同士を直接または熱伝導性部材を介して接触固定したことを特徴とする請求項１記載のヒートスプレッダー。
【請求項４】
ヒートパイプにより形成された盤の表面と背面の少なくとも一方には熱伝導性部材の平板が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載のヒートスプレッダー。
【請求項５】
１本または並設された２本以上の断面円形状のヒートパイプを曲げることにより前記ヒートパイプを渦巻き状に巻回して盤状に形成した後、ホットプレスにより前記ヒートパイプを断面四角形状に変形し、隣り合うヒートパイプの側面同士を直接または熱伝導性部材を介して接触固定することを特徴とするヒートスプレッダーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばパーソナルコンピュータや、サーバー、高性能電子計算機等の電子機器に取り付けて、電子機器の放熱を行うために用いられる冷却装置等に適用されるヒートスプレッダーに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
各種ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ　Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ）、コンピュータに使われるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）等の電子機器の主要部品は、小型高性能化が著しい。また、ＬＳＩの配線間隔などが小さくなり、サブミクロン領域となると共に、ますます高集積化が進んでいる。
【０００３】
このように、電気機器の主要部品の小型高性能化、配線の高集積化が進むと、電子機器内の発熱量が増え、さらに、単位面積当りの発熱量が増えて発熱密度が増大する、という新たな問題が大きな課題となってきている。
【０００４】
こうした発熱密度の大きい電子部品から熱を効率的に除去するためには温度差をつけずに熱流束の変換、すなわち熱拡散（ヒートスプレッド）を行なうことが好ましい。
【０００５】
従来、電子部品の熱の拡散のためには、熱伝導が良好な銅板やアルミ板等の熱拡散板を介して電子部品の熱をヒートシンクに伝達し、放熱する構成が一般的である。しかし、上記のように電子部品からの発熱が大容量高密度になってくると、その熱拡散板の場所による温度分布が大きくなり、ヒートシンクへの熱伝達がうまく行かず、結果的に電子部品の温度上昇を招くことになる。
【０００６】
このため、より高性能の熱流束変換器として、これまでに、以下に示すような様々な構成が考案されてきた。例えば特許出願２００１−２３５７３７には、パイプ中に設けた作動液の相変化、移動を利用して熱を移動するヒートパイプを、平面状に蛇行させて熱を拡散させようとする構成が提案されている。
【０００７】
また、特許出願２０００−３１４５４には、高熱伝導材からなる上板と下板の一面にループ状溝を形成し、両板をループ状溝が対向するように重ね合わせて接合して溝接合型のヒートパイプを形成する構成が提案されている。
【０００８】
さらに、蛇行ヒートパイプとプレート型ヒートパイプを組み合わせ、熱拡散能力を上げようとする構成も提案されている。
【０００９】
さらに、特許公開２００１−２８０８６８に見られるように、図５に示すような多孔扁平金属管によりヒートパイプ１を形成し、このヒートパイプ１を平面状に多数回往復蛇行配置して形成した多孔扁平金属管ヒートパイプが提案されている。
【００１０】
上記ヒートパイプは、一般的に熱を極めて効率よく移動させることができるものであり、ヒートパイプは、固体熱伝導としてよく用いられる銅板やアルミニウム板と比べると、等価的熱伝導率が数１０倍から数１００倍にも達すると言われている。ヒートパイプは、温度勾配を殆どつけずに熱を長い距離にわたって運ぶことができるものであり、その様々な用途が考案実施されている。
【００１１】
さらに、高性能の熱流束変換器として、ベーパーチャンバーと呼ばれる熱流束変換器が提案され、かつ、使用されている。このベーパーチャンバーは、平面型ヒートパイプとも呼ばれているが、パイプを設けているわけではなく、例えば特許公開２００１−１６５５８５、特許公開２００１−１４１３８５等に示されているように、薄型の箱状（板状）の容器で内部に少量の作動液と作動液を還流させるためのウィックを設けている。
【００１２】
ベーパーチャンバーは、大熱量でも対応可能で高性能な熱流束変換器であると言われている。ベーパーチャンバーの使用例として、高性能サーバーのＣＰＵで発生する熱をこのベーパーチャンバーによりいったん広げ、然る後、この熱をヒートシンクに伝えるというように用いられた例がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のヒートパイプ１を用いた熱流束変換器は、図４に示すように、電子部品等の発熱部材から例えば矢印Ａのように伝えられる熱を、矢印Ｂに示すように、ヒートパイプ１の長さ方向に移動させて、矢印Ｃのように拡散させるものであり、このことは同時にヒートパイプ１の持つ熱輸送限界に制約されるという課題があった。
【００１４】
例えば、前記特許出願２００１−２３５７３７、特許公開２００１−２８０８６８に提案されているようなヒートパイプ蛇行型の構成は、ヒートパイプ１による熱輸送距離が長くなり、ヒートパイプ１への熱入力がヒートパイプ１の輸送能力を超えたときには、いわゆるドライアウト現象が発生し、熱輸送が行えなくなるといった問題があった。
【００１５】
また、特許公開２００１−２８０８６８はヒートパイプ１として多孔扁平管を用いているので、製造上の問題から一般的には加工性の良いアルミニウムにより多孔扁平管を形成せざるを得なかった。その場合長期信頼性が問題となり、熱効率の良い水を作動液として使うことができず、熱輸送量当りの熱抵抗が大きくなってしまう問題があり、熱輸送量を大きくとれないという課題があった。
【００１６】
一方、前記ベーパーチャンバーは、使用温度が高いと内部の圧力も高くなる。そのため、例えば特許公開２００１−１４１３８５や特許公開２０００−１６１８７８に提案されているように、前記内圧に耐えるよう補強部材を使ったり、容器そのものの肉厚を厚くするなどの対策がとられているが、このような構成を適用して信頼性確保するためには、製造工数が増えたり、部品数が増えたりして製造コストが余分にかかるなどの問題があった。
【００１７】
さらに、特許公開２００１−１６５５８５の平面型ヒートパイプ（ベーパーチャンバー）の場合は、容器内にウィックを構成することが困難であり、その結果、平面型ヒートパイプを垂直に立てて重力により作動液を還流させる方法がとられており、その使用姿勢に制限があった。
【００１８】
本発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、製造が容易でコストが安く、熱輸送効率が良好で、信頼性に優れたヒートスプレッダーを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、第１の発明のヒートスプレッダーは、１本または並設された２本以上のヒートパイプを渦巻き状にほぼ隙間無く巻回して隣接するヒートパイプ同士を固定し、盤状に形成した構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２０】
また、第２の発明のヒートスプレッダーは、上記第１の発明の構成に加え、前記ヒートパイプの断面を円形状とし、隣り合うヒートパイプ同士は熱伝導性部材を介して固定した構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２１】
さらに、第３の発明のヒートスプレッダーは、上記第１の発明の構成に加え、前記ヒートパイプの断面を四角形状とし、隣り合うヒートパイプの側面同士を直接または熱伝導性部材を介して接触固定した構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２２】
さらに、第４の発明のヒートスプレッダーは、上記第１または第２または第３の発明の構成に加え、前記ヒートパイプにより形成された盤の表面と背面の少なくとも一方には熱伝導性部材の平板が設けられている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２３】
さらに、第５の発明のヒートスプレッダーの製造方法は、１本または並設された２本以上の断面円形状のヒートパイプを曲げることにより前記ヒートパイプを渦巻き状に巻回して盤状に形成した後、ホットプレスにより前記ヒートパイプを断面四角形状に変形し、隣り合うヒートパイプの側面同士を直接または熱伝導性部材を介して接触固定する構成をもって課題を解決する手段としている。
【００２４】
上記ホットプレスはヒートパイプ内の圧力を上げ、プレス変形時にパイプが座屈しにくくすることが出来る。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態例の説明において、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略又は簡略化する。
【００２６】
本発明のヒートスプレッダーは、盤状に形成されており、図１の（ａ）には、本発明に係るヒートスプレッダーの第１実施形態例が、その盤面方向に切断した断面図により示されている。また、同図の（ｂ）は、本実施形態例のヒートスプレッダーを図１の（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図を示している。
【００２７】
これらの図に示すように、本実施形態例のヒートスプレッダーは、並設された２本以上（ここでは２本）の銅製のヒートパイプ１（１ａ，１ｂ）を渦巻き状にほぼ隙間無く巻回して、隣接するヒートパイプ１ａ，１ｂ同士を固定し、盤状に形成している。それぞれのヒートパイプ１ａ，１ｂは断面が円形状であり、その直径は４ｍｍφである。本実施形態例ではヒートパイプ１ａ，１ｂは、それぞれ２と４分の１回転巻回している。
【００２８】
また、ヒートパイプ１ａ，１ｂにより形成された盤の表面と背面の少なくとも一方（ここでは両方）には熱伝導性部材であるアルミニウム製の平板２（２ａ，２ｂ）が設けられている。この平板２は、厚みが０．５ｍｍである。平板２とヒートパイプ１ａ，１ｂとの隙間には熱伝導性部材３である熱伝導性グリースが設けられており、隣り合うヒートパイプ１ａ，１ｂ同士が熱伝導性部材３を介して固定されている。
【００２９】
本実施形態例のヒートスプレッダーの製造は以下のようにして行われる。まず、２本のヒートパイプ１ａ，１ｂを曲げることによりヒートパイプ１ａ，１ｂを渦巻き状にほぼ隙間無く巻回して盤状に形成する。その後、ヒートパイプ１ａ，１ｂの上下の隙間に、接着性の熱伝導性グリースの熱伝導性部材３を塗布し、盤状のヒートパイプ１ａ，１ｂの両面に平板２を設けて製造される。
【００３０】
なお、熱伝導性部材３の塗布時に、熱伝導性部材３に気泡が中に混入しないよう注意する必要がある。
【００３１】
本実施形態例は以上のように構成されており、ヒートパイプ１（１ａ，１ｂ）を渦巻き状にほぼ隙間無く巻回しているので、ヒートパイプ１ａ，１ｂは熱を長手方向に移動するだけでなく、図２の矢印Ｂに示すように、それぞれのヒートパイプ１ａ，１ｂを横切る方向に、つまり、隣接するヒートパイプ１ａ，１ｂに順次移動することができる。
【００３２】
したがって、本実施形態例は、ヒートパイプ１ａ，１ｂの長さ方向への熱輸送負荷を減らすことができ、より大きな熱量を拡散でき、図２の（ｂ）の矢印Ａに示すように、熱流束を変換できる。
【００３３】
また、本実施形態例は、従来型のヒートパイプ１を曲げて盤状に加工し、その両面に平板２を設けて形成されるために、製造が非常に容易である。
【００３４】
さらに、本実施形態例は、ヒートパイプ１を銅製としているので、作動液として効率の良い水を適用することができ、低コストで信頼性に優れたヒートスプレッダーを実現できる。
【００３５】
さらに、本実施形態例は、並設した２本のヒートパイプ１ａ，１ｂを渦巻き状に巻回しているので、１本のヒートパイプ１を渦巻き状に巻回する場合に比べて熱輸送を約２倍に大きくでき、非常に効率的に熱拡散することができる。
【００３６】
さらに、本実施形態例は、２本のヒートパイプ１ａ，１ｂを渦巻き状に巻回しているので、ヒートパイプ１を曲げる場合の曲率半径も大きくできる。そのため、ヒートパイプ１の座屈などの問題が起こりにくく、より一層加工が容易で信頼性が高いヒートスプレッダーを実現できる。
【００３７】
図３の（ａ）には、本発明に係るヒートスプレッダーの第２実施形態例が、図１の（ａ）と同様に切断した断面図により示されている。また、図３図の（ｂ）は、第２実施形態例のヒートスプレッダーを図３の（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図を示している。なお、第２実施形態例の説明において、上記第１実施形態例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。
【００３８】
図３の（ａ）、（ｂ）に示すように、第２実施形態例のヒートスプレッダーは、上記第１実施形態例と同様に、並設された２本以上（ここでは２本）のヒートパイプ１（１ａ，１ｂ）を渦巻き状にほぼ隙間無く巻回しているが、第２実施形態例において、それぞれのヒートパイプ１ａ，１ｂは、その断面が四角形状であり、このヒートパイプ１ａ，１ｂを長方形状の渦巻き状に巻回している。
【００３９】
また、隣接するヒートパイプ１ａ，１ｂ同士は熱伝導性部材３を介して接触固定されている。熱伝導性部材３は、熱伝導性が良好な樹脂、ハンダ、セメント等により形成できる。なお、熱伝導性部材３を設けずに、ヒートパイプ１ａ，１ｂを直接固定してもよい。
【００４０】
第２実施形態例のヒートスプレッダーの大きさは、９０ｍｍ×１２０ｍｍであり、厚みは約４．５ｍｍである。ヒートパイプ１ａ，１ｂにより形成された盤の厚みが約３ｍｍ、この盤の表面側と背面側にそれぞれ設けられた平板２の厚みがそれぞれ０．７ｍｍである。
【００４１】
第２実施形態例のヒートスプレッダーの製造は以下のようにして行われる。まず、断面円形状の直径６ｍｍφの２本のヒートパイプ１ａ，１ｂを曲げることにより、ヒートパイプ１ａ，１ｂを長方形状の渦巻き状に巻回して盤状に形成する。長方形状の渦巻きは、直線部と曲線部を有して、角部が曲線部となるように適宜形成する。また、隣り合うヒートパイプ１ａ，１ｂは、若干の隙間をあけておく。
【００４２】
その後、ホットプレスで約１５０℃に加熱しながらヒートパイプ１ａ，１ｂをプレスして断面四角形状に変形し、ヒートパイプ１ａ，１ｂのプレス面が平面を持つように加工変形させる。プレス後のヒートパイプ１ａ，１ｂ厚みはそれぞれ３ｍｍとなるようにする。
【００４３】
また、プレス後に隙間があるヒートパイプ１ａ，１ｂ間には熱伝導性部材３を充填し、隣り合うヒートパイプ１ａ，１ｂの側面同士を、熱伝導性部材３を介して接触固定する。
【００４４】
その後、盤状のヒートパイプ１ａ，１ｂの両面に平板２を設ける。平板２は、ヒートパイプ１ａ，１ｂへの熱の授受が効率よく行なえるよう、また構造上、電子部品やヒートシンクと接触するためのインターフェースとなるようにする。
【００４５】
第２実施形態例は以上のように構成されており、第２実施形態例も上記第１実施形態例と同様に熱拡散を行うことができ、同様の効果を奏することができる。
【００４６】
また、第２実施形態例は、ヒートパイプ１ａ，１ｂの断面を四角形状としており、ヒートパイプ１ａ，１ｂが平板２に面接触しているので、第１実施形態例よりもより一層効率的に熱拡散を行うことができる優れたヒートスプレッダーを実現することができる。
【００４７】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されることはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記実施形態例では、いずれも、盤状に巻回したヒートパイプ１ａ，１ｂの表面と背面にアルミニウム製の平板２を設けたが、平板２は熱伝導性部材により形成すればよく、例えば銅製としてもよい。
【００４８】
また、平板２は盤状に巻回したヒートパイプ１ａ，１ｂの表面と背面のいずれか一方側にのみ設けてもよいし、省略することもできる。ただし、平板２を設けると、電子部品等の発熱部材からヒートパイプ１ａ，１ｂへの熱の授受が効率良く行えるので平板２を設けることは好ましい。
【００４９】
また、上記第１実施形態例では、ヒートパイプ１ａ，１ｂは熱伝導性部材３としての熱伝導性グリースを介して固定したが、熱伝導性部材３は熱伝導性グリースとするとは限らず、熱伝導性セメント、ハンダ等としてもよい。
【００５０】
さらに、上記各実施形態例では、いずれも、２本のヒートパイプ１ａ，１ｂを並設して巻回したが、並設された３本以上のヒートパイプ１を巻回して盤状に形成してもよいし、１本のヒートパイプ１を巻回して盤状に形成してもよい。ただし、複数本の並設されたヒートパイプ１を巻回する構成は、１本のヒートパイプ１を巻回する場合に比べ、ヒートパイプ１の曲率半径を大きくできるし、熱輸送量を大きくできるので、好ましい。
【００５１】
また、用いるヒートパイプは特殊なものである必要はなく既存のものを用いることが出来るが、内部のウィック構造は例えば深く細かいグルーブや、メッシュ、燒結粒などのウィックとして毛細管力に優れたものが好ましい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明のヒートスプレッダーによれば、１本または並設された複数本のヒートパイプを渦巻き状にほぼ隙間無く巻回して盤状に形成したものであるから、製造が非常に容易である。また、本発明のヒートスプレッダーを形成するヒートパイプの材質はアルミニウム製にする必要はないので、作動液として効率の良い水を適用することができ、低コストで信頼性に優れたヒートスプレッダーを実現できる。
【００５３】
特に、並設した２本以上のヒートパイプを渦巻き状に巻回して形成したヒートスプレッダーは、１本のヒートパイプを渦巻き状に巻回する場合に比べて熱輸送量を大きくできるし、巻回するヒートパイプの曲率半径も大きくできるので、より一層製造が容易で、かつ、非常に効率的に熱拡散を行えるヒートスプレッダーを実現できる。
【００５４】
さらに、本発明のヒートスプレッダーにおいて、ヒートパイプの断面を円形状とし、隣り合うヒートパイプ同士は熱伝導性部材を介して固定したり、ヒートパイプの断面を四角形状とし、隣り合うヒートパイプの側面同士を直接または熱伝導性部材を介して接触固定したりした構成によれば、製造が容易で、隣り合うヒートパイプ間の熱輸送も良好なヒートスプレッダーを実現できる。
【００５５】
さらに、本発明のヒートスプレッダーにおいて、ヒートパイプにより形成された盤の表面と背面の少なくとも一方には熱伝導性部材の平板が設けられている構成によれば、電子部品等の発熱部材からヒートパイプへの熱の授受を効率良く行うことができる。
【００５６】
さらに、本発明のヒートスプレッダーの製造方法によれば、１本または並設された２本以上の断面円形状のヒートパイプを曲げて渦巻き状に巻回し、盤状に形成した後、ホットプレスにより前記ヒートパイプを断面四角形状に変形してヒートパイプ同士を接触固定するので、簡単な方法で的確に、上記優れた効果を奏するヒートスプレッダーを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るヒートスプレッダーの第１実施形態例を示す要部構成図である。
【図２】上記第１実施形態例における熱移動方向の説明図である。
【図３】本発明に係るヒートスプレッダーの第２実施形態例を示す要部構成図である。
【図４】従来のヒートパイプにおける熱移動方向の説明図である。
【図５】従来のヒートパイプを用いた熱流束変換器の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ　ヒートパイプ
２，２ａ，２ｂ　平板
３　熱伝導性部材
【図１】
2004069234.tif 000003
【図２】
2004069234.tif 000004
【図３】
2004069234.tif 000005
【図４】
2004069234.tif 000006
【図５】
2004069234.tif 000007