(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受熱板と、該板に立設されたプレート型ヒートパイプからなる放熱フィンと、を備えるヒートシンクであって；
該放熱フィンとして、帯状のプレート型ヒートパイプが、前記受熱板に接する位置と該板から離れた位置とを往復して形成する多数の突起状の単位フィンが、行列状に配置されており、
ここで、一本の前記ヒートパイプが、行列状に配置された前記多数の突起状の単位フィンからなりある面積をもつ剣山型放熱フィンを構成し、
前記プレート型ヒートパイプがスパイラル状に巻かれるとともに行の変わり目で捻られていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
受熱板と、該板に立設されたプレート型ヒートパイプからなる放熱フィンと、を備え、一本の前記ヒートパイプが、行列状に配置された多数の突起状の単位フィンからなりある面積をもつ剣山型放熱フィンを構成するヒートシンクの製造方法であって；
帯状のプレート型ヒートパイプを、前記受熱板に接する位置と該板から離れた位置とをスパイラル状に往復させて多数の前記単位フィンの行を形成し、
行の変わり目、すなわち次の列の行に移る際には、前記プレート型ヒートパイプを捻って次の列の行に移行させることにより、多数の突起状の単位フィンを行列状に配置して形成することを特徴とするヒートシンク製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の発熱体から生じる熱を放熱するヒートシンク及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器に搭載される半導体素子等の発熱体の冷却には、従来よりヒートシンクが使用されている。このヒートシンクの一種として、発熱体が取り付けられるベース板と、プレート型ヒートパイプからなる放熱フィンから主に構成されているものがある。ヒートパイプとは、内部の密閉空間を真空に引いた後に、水やブタン、アルコール等の熱媒体を封入したものである。発熱体が取り付けられたベース板の部分は受熱部となり、発熱体から熱が伝えられる。受熱部に伝えられた熱は、受熱部のヒートパイプ内の熱媒体を蒸発させる。蒸気はヒートパイプの放熱部に移動して放熱し、蒸気は液体に戻る。この密閉空間内の熱媒体の相の変化や移動により、発熱体の熱が拡散する。このヒートパイプによって、発熱体から伝えられた熱はベース板全面に広げられて、放熱フィンから放熱される。
【０００３】
上述の放熱フィンは、例えば、帯状のプレート型ヒートパイプを、スパイラル状に巻くことにより作製される。ヒートパイプをスパイラル状に巻く際には、所定の高さと幅をもつ巻き枠に沿って、プレート型ヒートパイプを熱媒体の流れ方向に、所定の長さ分だけ所定の間隔で巻いていく。このように形成された一本のスパイラル状のプレート型ヒートパイプのフィン群は、通常、一列ずつ配置される。発熱体の発熱面積が広い場合には、このフィン群を行列状に配置する必要がある。この際、行の数だけ、フィン群すなわちヒートパイプが必要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、スパイラル状プレート型ヒートパイプを行列状に配置する場合には、行の数だけヒートパイプが必要になる。したがって、ヒートパイプの数も増え、ヒートパイプ内に熱媒体を封入する作業や、上述のスパイラル状に巻く作業が多数回必要になる。このため、製造時のコストや時間が増加することとなる。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、生産性の高いヒートシンク及びその製造方法を提供することを目的とする。特には、帯状のプレート型ヒートパイプがスパイラル状に巻かれた放熱フィン群からなるヒートシンク及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明のヒートシンクは、  受熱板と、該板に立設されたプレート型ヒートパイプからなる放熱フィンと、を備えるヒートシンクであって；
該放熱フィンとして、帯状のプレート型ヒートパイプが、前記受熱板に接する位置と該板から離れた位置とを往復して形成する多数の突起状の単位フィンが、行列状に配置されており、  ここで、一本の前記ヒートパイプが、行列状に配置された前記多数の突起状の単位フィンからなりある面積をもつ剣山型放熱フィンを構成する構成し、 前記プレート型ヒートパイプがスパイラル状に巻かれるとともに行の変わり目で捻られていることを特徴とする。
一本のプレート型ヒートパイプで、ある面積をもつ剣山型放熱フィンを構成することができる。このため、プレート型ヒートパイプの製造コストを低減できるとともに、同ヒートパイプ内へ熱媒体を封入する作業が容易になる。さらに、一本のヒートパイプとすることにより、封入されている熱媒体の脈動が均一化し、伝熱性能も向上すると期待できる。
【０００７】
本発明においては、  前記プレート型ヒートパイプがスパイラル状に巻かれるとともに行の変わり目で捻られていることとする。一本のプレート型ヒートパイプを、行の変わり目で捻ることで行列状の放熱フィンを作製するため、成形が容易である。
【０００８】
本発明のヒートシンク製造方法は、  受熱板と、該板に立設されたプレート型ヒートパイプからなる放熱フィンと、を備え、一本の前記ヒートパイプが、行列状に配置された多数の突起状の単位フィンからなりある面積をもつ剣山型放熱フィンを構成するヒートシンクの製造方法であって；  帯状のプレート型ヒートパイプを、前記受熱板に接する位置と該板から離れた位置とをスパイラル状に往復させて多数の前記単位フィンの行を形成し、
行の変わり目、すなわち次の列の行に移る際には、前記プレート型ヒートパイプを捻って次の列の行に移行させることにより、多数の突起状の単位フィンを行列状に配置して形成することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明のヒートシンクの構造を模式的に示す正面図であり、図２は側面図である。
図３は、図１のヒートシンクに使用される受熱板の構造を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
このヒートシンク１は、発熱体が取り付けられる受熱板３と、同受熱板３に熱的に接続するように取り付けられる放熱フィン５から構成される。
【００１０】
受熱板３は、アルミニウムや銅等、熱伝導性の高い金属で作られる。受熱板３の一面には、高熱伝導性接着剤等の熱伝導性の高い方法によって発熱体（図示されず）が取り付けられている。受熱板３の上面（発熱体が取り付けられる面の反対側の面）には、図３に示すように、複数の平行な溝７が、奥行き方向全域に形成されている。この溝７は、後述する放熱フィン５のスパイラル曲げ端部がはめ込まれるもので、帯状の平面形状を有し、長さ方向の断面が半円状である。この例では、溝７の深さは３ｍｍ、行間は８．２ｍｍである。
【００１１】
放熱フィン５は、帯状プレート型ヒートパイプ９が折り曲げられて形成された複数の突起が、受熱板３上に立設されている剣山状の外観を有する。この放熱フィン５は、この例では、１１列について、一本の帯状のプレート型ヒートパイプ９で作製される。つまり、図１の例では全放熱フィン５が二本のプレート型ヒートパイプ９で構成されている。一例として、このプレート型ヒートパイプ９の幅は１０ｍｍ、厚さは１．３ｍｍであり、長さは、受熱板３の面積や放熱フィン５の高さ、フィンピッチ等により決定される。同ヒートパイプ９内の熱媒体は、ヒートパイプ９の長さ方向に移動する。
【００１２】
プレート型ヒートパイプ９は、蛇行細孔が比較的薄い平板の中に作りこまれた蛇行細孔ヒートパイプ等が使用される。蛇行細孔ヒートパイプとは、以下の特性を有するヒートパイプのことである（特開平４−１９００９０号参照）。
（１）細孔の両端末が相互に流通自在に連結されて密閉されている。
（２）細孔の一部は受熱部、他の部分は放熱部となっている。
（３）受熱部と放熱部が交互に配置されており、両部の間を細孔が蛇行している。
（４）細孔内には２相凝縮性流体が封入されている。
（５）細孔の内壁は、上記作動流体が常に孔内を閉塞した状態のままで循環または移動することができる最大直径以下の径をもつ。
【００１３】
図４は、放熱フィンの直線部を形成する帯状プレート型ヒートパイプを示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
プレート型ヒートパイプ９は、図４（Ｂ）に示すように側面が長円となるように、同ヒートパイプ９の長さ方向（熱媒体の移動方向）に沿って、曲率半径を１．５ｍｍとしたスパイラル状に折り曲げられて、放熱フィン５を形成している。一例として、放熱フィン５の高さに相当する側面の長円の長軸は８０ｍｍ、一つの放熱フィン５の幅に相当する短軸は５．６ｍｍである。スパイラルのピッチは３ｍｍである。
【００１４】
再度図１、図２、図３を参照して、このスパイラル状プレート型ヒートパイプからなる放熱フィンを備えたヒートシンクの構造を説明する。
図４に示す放熱フィン５の一方のスパイラル曲げ端部５ａは、受熱板３の溝７にロウ付けや熱伝導性の接着剤等によって熱的に接続するように取り付けられる。このように、スパイラル曲げ端部５ａの湾曲に合った形状の溝７に取り付けることにより、プレート型ヒートパイプ９と受熱板３間の接触面積が増加し、両者間の伝熱性が向上する。他方のスパイラル曲げ端部５ｂは受熱板３から上方に延びている。この上方に延びた部分が突起となる。なお、図中の符号１１はプレート型ヒートパイプ９に熱媒体を封入する際のノズルである。
【００１５】
このような上下位置となるように、放熱フィン５を受熱板３の受熱面の一辺に沿った溝７に一行配置させる。そして、辺の端部に達すると、プレート型ヒートパイプの直線部を所定の位置５ｃで１８０°捻り、この辺と平行な内側の行の溝にプレート型ヒートパイプ９を位置させる。そしてこの辺の端部に達すると、同様に所定の位置５ｃで１８０°捻り、また内側の辺に沿って次の行に位置させる。このように受熱面一面にプレート型ヒートパイプ９を敷き詰める。
【００１６】
なお、図１に示すヒートシンクでは、受熱板３上に二組の上述の放熱フィン５、５'が取り付けられている。上述のように形成された放熱フィン５は、多数の行を一本の帯状プレート型ヒートパイプ９で作製していることにより、封入されている熱媒体の脈動が均一化し、ヒートパイプ性能として優れていると期待される。しかし、製造時の取り扱いのため、受熱部の面積が広い場合は複数の組の放熱フィンを設ける方が好ましい。本発明の形状の放熱フィン５では、一本の帯状プレート型ヒートパイプ９の長さは１５ｍ程度以下が好ましい。
【００１７】
このようなヒートシンク１においては、受熱板３の溝７に熱的に接続するようにはめ込まれたプレート型ヒートパイプ９からなる放熱フィン５の一方のスパイラル曲げ端部５ａが受熱部となり、受熱板３から熱を受け取る。この熱は、熱媒体の流れ方向である放熱フィン５の高さ方向に伝えられ、放熱フィン５の先端となる、プレート型ヒートパイプ９の他方のスパイラル曲げ端部５ｂから主に放熱される。
【００１８】
次に、このスパイラル状放熱フィン５の製造方法について説明する。
直線状のスパイラル状放熱フィン５は、一本の帯状プレート型ヒートパイプ９を、所定の高さと幅をもつ巻き枠に沿って、プレート型ヒートパイプ９を熱媒体の流れ方向に、所定の長さ分だけ所定の間隔で巻いて形成される。この直線状のスパイラル状放熱フィン５のヒートパイプの所定の直線部を、行の変わり目で折り曲げる際には、上下のスパイラル曲げ端部５ａ、５ｂの形状を保持するスペーサが使用される。このスペーサは、スパイラル曲げ端部の外面と一致する形状のくぼみをもつ外スペーサと、スパイラル曲げ端部の内面と一致する形状の外面をもつ内スペーサからなる。外スペーサは断面がコの字状で、端部は所定の径の四分円形であり、内スペーサは断面がスパイラル曲げ端部の内面の径と同じ径をもつ長円形である。この二つのスペーサにより、上下のスパイラル曲げ端部５ａ、５ｂが変形されることなく保持される。
【００１９】
このスペーサで、行の変わり目に相当する辺の上下スパイラル曲げ端部５ａ、５ｂを挟んで固定する。そして、一方のスペーサを、他方のスペーサに対して１８０°回転させる。すると、上下のスペーサ間のプレート型ヒートパイプ直線部は、外スペーサの端部に接して湾曲し、直線部は１８０°捻られることとなる。このような作業を繰り返してスパイラル状プレート型ヒートパイプ９を蛇行するように折り曲げて、多数の行からなる放熱フィン５を形成する。
【００２０】
その後、この放熱フィン５のスパイラル曲げ端部５ａを、受熱板３の溝７にはめ込み、ロウ付け等により固定する。この際、溝７は放熱フィン５の位置決めの役割も果たす。そして、プレート型ヒートパイプ９のノズル１１から熱媒体を封入し、パイプ内を密閉する。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、一本の帯状のプレート型ヒートパイプから剣山型の放熱フィンを作製するため、プレート型ヒートパイプの製造コストが低減し、同ヒートパイプ内へ熱媒体を封入する作業が容易になる。このため、ヒートシンクの生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヒートシンクの構造を模式的に示す正面図である。
【図２】本発明のヒートシンクの構造を模式的に示す側面図である。
【図３】図１のヒートシンクに使用される受熱板の構造を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図４】放熱フィンの直線部を形成する帯状プレート型ヒートパイプを示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
１  ヒートシンク                  ３  受熱板
５  放熱フィン                    ７  溝
９  プレート型ヒートパイプ      １１  ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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