(57)【要約】      （修正有）【課題】ヒートシンクと冷却空気の温度差を大きくして、冷却性能を向上させることができ、結露による半導体素子の破壊の危険性がなく、基板のたわみによる信号の特性を劣化させることなく半導体素子の冷却が可能な半導体素子冷却用ヒートシンクを提供する。【解決手段】高速信号を処理する発熱素子１０１が搭載された実装基板１０２外の筐体１０３内に固定されたヒートシンク２０５と、ヒートシンク２０５の上に配置され、高温側がヒートシンク２０５に熱的に接続された少なくとも１つの熱電冷却素子２０４と、発熱素子１０１と吸熱部２０１が熱的に接続され、そして、熱電冷却素子２０４の低温側と放熱部２０３が熱的に接続された少なくとも１つのヒートパイプ２０２とを備え、ヒートシンク２０５の荷重による基板のたわみを防止して発熱密度の高い発熱素子１０１を冷却する、半導体素子冷却用ヒートシンク。【選択図】図１
2005259794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱素子が搭載された実装基板外の筐体内に固定されたヒートシンクと、前記ヒートシンクの上に配置され、高温側が前記ヒートシンクに熱的に接続された少なくとも１つの熱電冷却素子と、前記発熱素子と吸熱部が熱的に接続され前記熱電冷却素子の低温側と放熱部が熱的に接続された少なくとも１つのヒートパイプとを備え、前記ヒートシンクの荷重による前記基板のたわみを防止して前記発熱素子を冷却する、半導体素子冷却用ヒートシンク。
【請求項２】
前記ヒートシンクは取付け具によって筐体内に固定され、前記取付け具は、特定の方向に空気の流れを規制するダクト機能を備えている、請求項１に記載の半導体素子冷却用ヒートシンク。  
【請求項３】
前記ヒートパイプが複数本のヒートパイプからなっており、前記ヒートパイプの吸熱部が受熱ブロックを介して前記発熱素子と熱的に接続され、前記ヒートパイプの放熱部が放熱ブロックを介して前記熱電冷却素子の低温側と熱的に接続されている、請求項１に記載の半導体素子冷却用ヒートシンク。  
【請求項４】
放熱フィン群と、前記放熱フィン群に固定され、高温側が前記放熱フィン群に熱的に接続された少なくとも１つの円筒状熱電冷却素子と、前記発熱素子と吸熱部が熱的に接続され前記熱電冷却素子に挿入されて低温側と放熱部が熱的に接続された少なくとも１つのヒートパイプとを備え、前記発熱素子を冷却する、半導体素子冷却用ヒートシンク。
【請求項５】
放熱フィン群を実装基板外の筐体内に固定して、前記放熱フィン群の荷重による前記基板のたわみを防止して前記発熱素子を冷却する、請求項４に記載の半導体素子冷却用ヒートシンク。
【請求項６】
発熱素子が搭載された実装基板外の筐体内に固定された放熱フィン群と、前記放熱フィン群に熱的に接続されて固定された第１のヒートパイプと、高温側が前記第１のヒートパイプの吸熱部に熱的に接続された少なくとも１つの熱電冷却素子と、前記発熱素子と吸熱部が熱的に接続され前記熱電冷却素子の低温側と放熱部が熱的に接続された少なくとも１つの第２のヒートパイプとを備え、前記発熱素子を冷却する、半導体素子冷却用ヒートシンク。  
【請求項７】
前記放熱フィン群にバーリング加工が施され、前記バーリング加工が施された部分に挿入されている、請求項４から６の何れか１項に記載の半導体素子冷却用ヒートシンク。
【請求項８】
前記ヒートパイプが板型ヒートパイプからなっており、前記板型ヒートパイプは、高さの異なる複数の発熱素子に対応する複数の吸熱部を備えている、請求項１、２、６の何れか１項に記載の半導体素子冷却用ヒートシンク。  
【請求項９】
前記発熱素子の発熱密度が１２W/cm2以上である、請求項１から８の何れか１項に記載の半導体素子冷却用ヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートパイプと熱電冷却素子を使用した半導体素子等の発熱密度の高い被冷却素子の冷却デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エレクトロニクス機器は、マイクロプロセッサ等の高出力、高集積の部品を内蔵している。マイクロプロセッサは、集積度が極めて高くなり、高速で演算、制御等の処理を行うので、多量の熱を放出する。高出力かつ高集積の部品であるチップ等を冷却するために、各種の冷却システムが提案されてきた。その代表的な冷却システムの１つとして、ヒートパイプ、熱電冷却素子がある。
ヒートパイプには、その形状において、丸パイプ形状のヒートパイプ、平面形状のヒートパイプがある。ＣＰＵ等の電子機器の被冷却部品の冷却用としては、被冷却部品への取り付けが容易であること、広い接触面が得られることから、平面型ヒートパイプが好んで用いられる。
【０００３】
更に、ヒートパイプは、被冷却部品の取り付け位置において、被冷却部品が上部に位置するトップヒートモードと被冷却部品が下部に位置するボトムヒートモードに区分される。ボトムヒートモードの場合、重力により液が還流するが、トップヒートモードの場合、重力に逆らって液を還流させなければならず、通常はウイックによる毛管現象を利用する。
ヒートパイプの内部には作動流体の流路となる空間が設けられ、その空間に収容された作動流体が、蒸発、凝縮等の相変化や移動をすることによって、熱の移動が行われる。
【０００４】
密封された空洞部を備え、その空洞部に収容された作動流体の相変態と移動により熱の移動が行われるヒートパイプの作動の詳細は次の通りである。
ヒートパイプの吸熱側において、ヒートパイプを構成する容器の材質中を熱伝導して伝わってきた被冷却部品が発する熱を潜熱として吸収して、作動流体が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱側においては、作動流体の蒸気は凝縮して潜熱を放出するとともに、再び液相状態に戻る。このように液相状態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って熱の移動が行われる。
重力式のヒートパイプにおいては、相変態によって液相状態になった作動流体は、重力によって、吸熱側に移動（還流）する。
【０００５】
近年、高速信号を処理する半導体素子は、発熱密度が益々高くなり、上述したヒートパイプのみでは十分に冷却することが出来なくなっている。発熱密度が高い素子の冷却に、素子に直接熱電冷却素子が組み合わされた冷却装置が提案されている。
一般に、２種の導体Ａ、Ｂを接続し、温度一定で電流を流すと、導体Ａ、Ｂの接点で熱の発生または吸収がある。これをペルチェ効果という。この原理を利用したものに熱電冷却素子例えばペルチェ素子がある。即ち、熱電素子であるp型半導体エレメントとｎ型半導体エレメントとを並列に交互に並べ、各半導体エレメントの両端部には電極が配置されている。各半導体エレメントの両端部と電極とは、はんだによって接合されている。ｐ型半導体エレメント、n型半導体エレメントとは、交互に電極を介して、電気的に直列に接合されている。
【０００６】
更に、電極と、熱電素子であるｐ型半導体エレメントおよびn型半導体とによって形成される電気回路を外部から電気的に絶縁するために、１対の電気絶縁性基板が電極のそれぞれの外側に設けられ、電極と電気絶縁性基板とは、はんだによって接合されている。このように、熱電冷却素子は、電極、ｐ型半導体エレメントおよびn型半導体エレメントによって形成される電気回路が、２枚の電気絶縁性基板によって挟み込まれた構造を形成している。上述した熱電冷却素子によって、電気絶縁性基板側の熱が電気絶縁性基板側に移動され、電気絶縁性基板側が冷却される。
従来、熱電冷却素子の低温側を発熱源に取り付けて、熱電冷却素子の高温側にヒートシンクまたはヒートパイプ式ヒートシンクを取り付ける方法が一般的に行われていた。
【特許文献１】特開２００４−４７８０９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、熱電冷却素子の低温側を発熱源に取り付けて、熱電冷却素子の高温側にヒートシンクまたはヒートパイプ式ヒートシンクを取り付ける従来の方法には下記の問題点がある。
即ち、ヒートシンクまたはヒートパイプ式ヒートシンクと冷却空気の温度差を大きくすることが困難であり、冷却性能を向上させることが困難であった。更に、冷却性能を向上するためには、多くの冷却風流量を必要とするため、ファンの騒音が大きくなる。更に、発熱源の温度を下げるためには、熱電冷却素子を低温で作動させる必要があり、結露による半導体素子の破壊の危険性があった。
【０００８】
更に、CPUの安定動作をさせるために、周辺にFETなどのスイッチング素子が配置されているが、これはCPUの高速化による消費電力の増大とともにFETなどの周辺素子も大型化し、発熱量も大きくなる。CPUの安定動作のためには、これを冷却する必要があるが、ヒートシンクの能力が不足するとこれが不可能になる。ヒートシンクの能力を上げるために熱電冷却素子を個々の素子に取り付けると、ヒートシンクが複雑化する。
【０００９】
更に、発熱量の増加と共にヒートシンクの体積が大きくなり重量も増えるが、ヒートシンクを直接発熱源に取り付ける方法ではヒートシンクの重量により基板がたわみ、特に高速信号を処理する半導体素子ではこのたわみが影響し、信号劣化が大きくなってしまい、伝送特性が劣化し安定動作ができないという問題点があった。
【００１０】
従って、この発明の目的は、従来の問題点を解決して、ヒートシンクと冷却空気の温度差を大きくして、冷却性能を向上させることができ、結露による半導体素子の破壊の危険性がなく、基板のたわみによる信号の特性を劣化させることなく半導体素子の冷却が可能な半導体素子冷却用ヒートシンクを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上述した従来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、ヒートシンクを、高速信号を処理する発熱素子が搭載された実装基板外の筐体内の部分に固定し、熱電冷却素子をヒートシンクの上に配置し、高温側をヒートシンクに熱的に接続し、低温側をヒートパイプの放熱部に熱的に接続し、発熱素子とヒートパイプの吸熱部と熱的に接続することによって、ヒートシンクの重量による基板のたわみを防止して、発熱密度の高い発熱素子を効率的に冷却することができることが判明した。
【００１２】
この発明は、上記研究結果に基づいてなされたものであって、この発明の半導体素子冷却用ヒートシンクの第１の態様は、高速信号を処理する発熱素子が搭載された実装基板外の筐体内に固定されたヒートシンクと、前記ヒートシンクの上に配置され、高温側が前記ヒートシンクに熱的に接続された少なくとも１つの熱電冷却素子と、前記発熱素子と吸熱部が熱的に接続され前記熱電冷却素子の低温側と放熱部が熱的に接続された少なくとも１つのヒートパイプとを備え、前記ヒートシンクの荷重による前記基板のたわみを防止して前記発熱素子を冷却する、半導体素子冷却用ヒートシンクである。
【００１３】
この発明の半導体素子冷却用ヒートシンクの第２の態様は、前記ヒートシンクは取付け具によって筐体内に固定され、前記取付け具は、特定の方向に空気の流れを規制するダクト機能を備えている、半導体素子冷却用ヒートシンクである。  
【００１４】
この発明の半導体素子冷却用ヒートシンクの第３の態様は、前記ヒートパイプが複数本の丸型ヒートパイプからなっており、前記ヒートパイプの吸熱部が受熱ブロックを介して前記発熱素子と熱的に接続され、前記ヒートパイプの放熱部が放熱ブロックを介して前記熱電冷却素子の低温側と熱的に接続されている、半導体素子冷却用ヒートシンクである。  
【００１５】
この発明の半導体素子冷却用ヒートシンクの第４の態様は、放熱フィン群と、前記放熱フィン群に固定され、高温側が前記放熱フィン群に熱的に接続された少なくとも１つの円筒状熱電冷却素子と、前記発熱素子と吸熱部が熱的に接続され前記熱電冷却素子に挿入されて低温側と放熱部が熱的に接続された少なくとも１つの丸型ヒートパイプとを備え、前記発熱素子を冷却する、半導体素子冷却用ヒートシンクである。
【００１６】
この発明の半導体素子冷却用ヒートシンクの第５の態様は、高速信号を処理する発熱素子が搭載された実装基板板外の筐体内に固定された放熱フィン群と、前記放熱フィン群に熱的に接続されて固定された第１のヒートパイプと、高温側が前記第１のヒートパイプの吸熱部に熱的に接続された少なくとも１つの熱電冷却素子と、前記発熱素子と吸熱部が熱的に接続され前記熱電冷却素子の低温側と放熱部が熱的に接続された少なくとも１つの第２のヒートパイプとを備え、前記放熱フィン群の荷重による前記基板のたわみを防止して前記発熱素子を冷却する半導体素子冷却用ヒートシンクである。  
【００１７】
この発明の半導体素子冷却用ヒートシンクの第６の態様は、前記放熱フィン群にバーリング加工が施され、前記バーリング加工が施された部分に挿入されている、半導体素子冷却用ヒートシンクである。
【００１８】
この発明の半導体素子冷却用ヒートシンクの第７の態様は、前記ヒートパイプが板型ヒートパイプからなっており、前記板型ヒートパイプは、高さの異なる複数の発熱素子に対応する複数の吸熱部を備えている、半導体素子冷却用ヒートシンクである。  
【００１９】
この発明の半導体素子冷却用ヒートシンクの第８の態様は、前記発熱素子の発熱密度が１２W/cm2以上である、半導体素子冷却用ヒートシンクである。
【００２０】
この発明の半導体素子冷却用ヒートシンクのその他の態様は、放熱フィン群と、前記放熱フィン群に固定され、高温側が前記放熱フィン群に熱的に接続された少なくとも１つの円筒状熱電冷却素子を備えている、半導体素子冷却用ヒートシンクである。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によると次の効果がある。即ち、ヒートシンク温度と冷却空気の温度差が大きくなるので、放熱量が多くなりヒートシンクの放熱性能が向上する。ヒートシンクの放熱性能の向上に伴って、冷却風の風量を少なくすることができるので、ファンの回転速度を落とすことができ、静音化が可能になる。発熱源とヒートパイプ、ヒートパイプとヒートシンクのベースプレートの間の接触熱抵抗を減少させることができるので、放熱性能を向上させることができる。熱電冷却素子を発熱源に直接取り付ける必要がなく、また、発熱源から離れた場所に設置可能であるので、熱電冷却素子の作動による結露によって半導体素子が故障するのを防ぐことができる。更に、ヒートシンクの重量による半導体素子の取り付け基板のたわみを皆無にすることができ、信号の特性を劣化させることなく半導体素子の冷却が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の半導体素子冷却用ヒートシンクについて図面を参照しながら詳細に説明する。
この発明の半導体素子冷却用ヒートシンクは、高速信号を処理する発熱素子が搭載されたサブストレート基板外の筐体内の部分に固定されたヒートシンクと、ヒートシンクの上に配置され、高温側がヒートシンクに熱的に接続された少なくとも１つの熱電冷却素子と、発熱素子と吸熱部が熱的に接続され、そして、熱電冷却素子の低温側と放熱部が熱的に接続された少なくとも１つのヒートパイプとを備え、ヒートシンクの荷重による基板のたわみを防止して発熱素子を冷却する、半導体素子冷却用ヒートシンクである。
【００２３】
即ち、この発明においては、ヒートパイプの放熱部側とヒートシンクのベースプレートの間に熱電冷却素子を取り付けることによって、ヒートシンクの温度を上昇させて、冷却空気温度とヒートシンクの温度の間の温度差を大きくする。その結果、放熱量が増大する。更に、ヒートシンクと熱電冷却素子が実装基板の外側に位置するようにヒートパイプの形状を設計し、そして、ヒートシンクを筐体等の構造体に固定している。更に、ヒートシンク取付け具がダクトの機能を併せ持っており、電動ファンの冷却風がヒートシンクに全て当たるようにしている。更に、別の態様においては、ヒートパイプが丸型ヒートパイプからなっており、円筒状の熱電冷却素子の内孔部にヒートパイプに取り付け、更に熱電冷却素子の外周面にバーリング加工を施したフィン群を取り付けている。他の態様においては、ヒートパイプが板型ヒートパイプからなっており、板型ヒートパイプを高さの異なる複数の発熱素子の高さに応じて、曲げ加工を施して複数の受熱面を形成し、高さの異なる複数の発熱体をヒートパイプに取り付けられるようにしている。
【００２４】
図１は、この発明の半導体素子冷却用ヒートシンクの１つの態様を示す模式図である。図１に示すように、CPU等の半導体素子１０１が実装基板１０２上に実装されている。半導体素子にはヒートパイプの吸熱部が熱的に直接接続されてもよい。更に、半導体素子の大きさに対応して、複数本のヒートパイプを使用する場合、または、均熱効果を期待する場合は、図に示すように、半導体素子１０１の上に、銅、アルミニウム、または、カーボン等の熱伝導性に優れた材料（但し、金属に限定されない）で作製された受熱ブロック２０１を、半導体素子１０１との間の接触抵抗が小さくなる手段（例えば、熱伝導グリスやカーボンナノチューブを使用）を使用して取り付ける。
【００２５】
受熱ブロック２０１の固定方法としては、実装基板１０１へネジ止め、ばね構造を用いて取り付ける方法がある。サブストレート基板１０１に余計な応力をかけたくない場合には、筐体１０３とともに友締め固定方法等を採用することができる。
【００２６】
受熱ブロック２０１にはヒートパイプ２０２を取り付けるための孔部が設けられている。受熱ブロックの孔部にヒートパイプの端部を挿入し、カシメまたは半田付け等の接合方法によって、ヒートパイプ２０２と受熱ブロック２０１の間の接触抵抗が小さくなるように、受熱ブロックにヒートパイプが取り付けられる。このときに、受熱ブロックの孔部とヒートパイプ２０２の接触熱抵抗を低減させるために、熱伝導グリスやカーボンナノチューブを充填してもよい。
ヒートパイプの受熱ブロック２０１と反対側の端部には、放熱ブロック２０３が、受熱ブロック２０１と同様の方法によって取り付けられる。
【００２７】
放熱ブロック２０３には、熱電冷却素子２０４の低温側が、この部分の接触熱抵抗が小さくなる手段（熱伝導グリス、カーボンナノチューブ）を使用して取り付けられる。熱電冷却素子の高温側には、例えば、ベース部及びフィン部からなるヒートシンク２０５が取り付けられている。熱電冷却素子とヒートシンクの間も上述したと同様に接触熱抵抗が小さくなるように、熱伝導グリス、カーボンナノチューブ等を使用して熱的に接続される。
【００２８】
放熱ブロック２０３、熱電冷却素子２０４、ヒートシンク２０５からなる放熱機構は、実装基板１０２の外側に位置するように配置され、取付け固定具１０４および１０５によって、筐体１０３に固定されている。このように、重量の大きいヒートシンクの荷重が直接実装基板にかからないように筐体に固定されるので、実装基板１０２にかかる応力が小さくなる。
高速信号を処理する半導体素子では、実装基板に大きな応力がかかると基板がたわみ、著しい信号劣化が生じ、伝送特性が劣化し安定動作ができなくなるので、実装基板１０２にかかる応力を小さくすることが重要である。
【００２９】
この場合、取付け固定具１０４、１０５によって、空気の流れを特定方向に規制するダクトを形成し、冷却用ファンの冷却空気が無駄なくヒートシンクに当たるようにしてもよい。なお、放熱機構の取り付けは、実装基板１０２の外であればどこでもよい。
【００３０】
発熱素子１０１から発生した熱は、受熱ブロック２０１を介してヒートパイプ２０２の蒸発部に伝わる。ヒートパイプの蒸発部に熱が入ると、内部に封入されている作動液は蒸発し、蒸気となって放熱ブロック２０３が取り付けられている凝縮部に移動する。凝縮部に移動した熱は、熱電冷却素子２０４でくみ上げられ、ヒートシンク２０５により外部に放出され、除去される。即ち、ヒートパイプの凝縮部側の端部が放熱ブロックを介して熱電冷却素子の低温側に熱的に接続され、熱電冷却素子の高温側がヒートシンクのベースプレートに熱的に接続されている。ヒートパイプの凝縮部にて熱が除去されると、作動液は凝縮して再び液相に戻る。液相となった作動液は再び重力または毛細管力によってヒートパイプ内を蒸発部に環流する。
【００３１】
ここで、放熱ブロック２０３に取り付けられた熱電冷却素子２０４は、ヒートシンク２０５の温度を上昇させることによって、筐体を循環し周辺機器により暖められた冷却風との間の温度差を大きくする。その結果、ヒートシンクの熱除去量を向上させることができる。
【００３２】
図２は、この発明の半導体素子冷却用ヒートシンクの他の１つの態様を示す模式図である。図２は、放熱ブロック２０３、熱電冷却素子２０４、ヒートシンク２０５からなる放熱機構の配置が異なる以外は、図１に示す態様と同じである。即ち、図２に示すように、放熱機構は、サブストレート基板１０２の外側の筐体部分に固定されており、ヒートシンク等の重量が実装基板にかからないようにしている。
【００３３】
図３は、円筒状熱電冷却素子を用いた、この発明の半導体素子冷却用ヒートシンクの他の１つの態様を示す模式図である。図４は、受熱ブロック、ヒートパイプ、熱電冷却素子、および、放熱フィン群の取り付け方法を説明する図である。
図３に示すように、この態様においては、円筒型の熱電冷却素子２０６が使用されている。この場合には円筒型熱電冷却素子の内孔部側が低温側となり、外表面側が高温側になる。
【００３４】
即ち、図４に示すように、受熱ブロック２０１の孔部にヒートパイプ２０２の一方の端部である吸熱部が挿入され固定される。ヒートパイプ２０２の他方の端部である放熱部は、円筒型熱電冷却素子２０６の内孔部に挿入され固定される。円筒型熱電冷却素子２０６の外表面側には、例えば孔部を備えた板状放熱フィン群２０７が取り付けられる。放熱フィンはバーリング加工が施されていてもよい。これによって、放熱フィンと円筒型熱電冷却素子の外表面側の熱接続部分が広くなり放熱効率が高まる。受熱ブロック、ヒートパイプ、円筒型熱電冷却素子間の接触熱抵抗を低減させるために、これらの部材間に、熱伝導グリス、カーボンナノチューブを充填するのが好ましい。
【００３５】
この態様の半導体素子冷却用ヒートシンクによると、発熱素子１０１が発生した熱は、受熱ブロック２０１の孔部に挿入固定されたヒートパイプ２０２の蒸発部に伝わり、ヒートパイプの蒸発部の内部に封入されている作動液は、受熱ブロックからヒートパイプの材質中を伝わった熱によって蒸発し、蒸気となってヒートパイプ中を熱電冷却素子に挿入固定された凝縮部に移動する。凝縮部に移動した熱は、熱電冷却素子２０６でくみ上げられ、放熱フィン群２０７により外部に放出され、除去される。
【００３６】
即ち、ヒートパイプの凝縮部が円筒型熱電冷却素子の内孔部の低温側に熱的に接続され、円筒型熱電冷却素子の外表面の高温側が放熱フィン群に熱的に接続されている。ヒートパイプの凝縮部にて熱が除去されると、作動液は凝縮して再び液相に戻る。液相となった作動液は再び重力または毛細管力によってヒートパイプ内を蒸発部に環流する。放熱フィン群は例えば垂直部及び水平部からなるL字形の板状放熱フィンでもよい。この態様においても、放熱機構は、実装基板１０２の外側の筐体部分に固定されており、ヒートシンク等の重量が実装基板にかからないことが重要である。
【００３７】
図５は、板状ヒートパイプを用いた、この発明の半導体素子冷却用ヒートシンクの他の１つの態様を示す模式図である。
この態様の半導体素子冷却用ヒートシンクは、ヒートパイプが板型ヒートパイプからなっており、板型ヒートパイプは、高さの異なる複数の発熱素子のそれぞれに対応する複数の受熱面を備えている。
【００３８】
CPUの高速化が進み消費電力が大きくなると、その周辺にFET等のスイッチング素子が配置されているような場合に、FET等のトランジスタの発熱量が大きくなるので、CPUの安定動作のために、FET等も合わせて冷却する必要がある。この態様は、上述したように、高さの異なる複数の発熱素子の冷却に対応することができる半導体素子冷却用ヒートシンクである。図５に示すように、ヒートパイプ２０２は、板状ヒートパイプからなっており、複数の発熱体１０２、１０６のそれぞれの高さに応じて曲げ加工を施し、それぞれ対応する受熱面を備えている。
【００３９】
即ち、１つの板状ヒートパイプによって、CPU１０１だけでなく、FET、周辺チップなどの素子１０６の冷却を一括して行う。板状ヒートパイプを使用する場合は、受熱ブロック２０１、放熱ブロック２０３が必要でなくなるので、これらの部分における熱抵抗損失がなくなり、さらに放熱性能が向上する。板状ヒートパイプの放熱部は、熱電冷却素子の低温側に熱的に接続され、更に、熱電冷却素子の高温側がヒートシンクに熱的に接続される。
【００４０】
この態様においても、放熱機構は、実装基板１０２の外側の筐体部分に固定されており、ヒートシンク等の重量が実装基板にかからないことが重要である。更に、図１を参照して説明した態様と同様に、取付け固定具１０４、１０５によって、空気の流れを特定方向に規制するダクトを形成し、冷却用ファンの冷却空気が無駄なくヒートシンクに当たるようにしてもよい。
【００４１】
図６は、２つのヒートパイプを使用する、この発明の半導体素子冷却用ヒートシンクの他の１つの態様を示す模式図である。
この態様の半導体素子冷却用ヒートシンクにおいては、高速信号を処理する発熱素子が搭載された実装基板外の筐体内の部分に固定されたバーリング加工が施された放熱フィン群と、放熱フィン群のバーリング加工が施された部分に熱的に接続されて固定された第１のヒートパイプと、高温側が第１のヒートパイプの吸熱部に熱的に接続された少なくとも１つの熱電冷却素子と、発熱素子と吸熱部が熱的に接続され熱電冷却素子の低温側と放熱部が熱的に接続された少なくとも１つの第２のヒートパイプとを備えている。
【００４２】
図６に示すように、発熱素子１０１にはヒートパイプ（第２のヒートパイプ）２０２の吸熱部が熱的に接続され、ヒートパイプの放熱部には、熱電冷却素子の低温側が熱的に接続される。熱電冷却素子の高温側には、例えば、バーリング加工を施した板状放熱フィン群に挿入され、固定された別のヒートパイプ（第１のヒートパイプ）の吸熱部が熱的に接続されている。熱電冷却素子の低温側および高温側に熱的に接続された第１及び第２のヒートパイプは、固定具１０６、１０７によって固定されている。
【００４３】
第１のヒートパイプは、上述したように、放熱フィン群のバーリング加工孔部に挿入され、固定されている。このようにヒートパイプが固定された放熱フィン群を、基板外の筐体の部分に固定することによって、放熱機構は、実装基板１０２の外側の筐体部分に固定されており、ヒートシンク等の重量が実装基板にかからない。第１、第２のヒートパイプおよび熱電冷却素子を固定する固定具１０６、１０７を筐体に固定してもよい。いずれにしても、放熱機構は、実装基板１０２の外側の筐体部分に固定されていることが重要である。
【００４４】
熱電冷却素子とヒートパイプの間、放熱フィン群とヒートパイプの間は、上述したように接触熱抵抗が小さくなるように、熱伝導グリス、カーボンナノチューブ等を使用して熱的に接続される。
【００４５】
この態様の半導体素子冷却用ヒートシンクによると、発熱素子１０１が発生した熱は、ヒートパイプ２０２の蒸発部に伝わり、ヒートパイプの蒸発部の内部に封入されている作動液は、発熱素子からヒートパイプの材質中を伝わった熱によって蒸発し、蒸気となってヒートパイプ中を凝縮部に移動し、熱電冷却素子の低温側に熱的に接続されて熱電冷却素子２０３でくみ上げられ、熱電冷却素子の高温側に熱的に接続された第１のヒートパイプの吸熱部において作動液を蒸発し、蒸気となってヒートパイプ中を凝縮部に移動して、放熱フィン群２０７により外部に放出され、除去される。
【００４６】
上述したこの発明の半導体素子冷却用ヒートシンクによると、発熱密度の高い素子を効果的に冷却することできる。例えば、大きさ３１mm×３１mm、発熱密度１２．５W/cm2のチップ、大きさ２０mm×２０mm、発熱密度３７．５W/cm2のチップを有効に冷却することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
上述したように、この発明によると、ヒートシンク温度と冷却空気の温度差が大きく、放熱量が多くなり放熱性能が向上し、ファンの回転速度を落とすことができ、静音化が可能になり、熱電冷却素子の作動による結露によって半導体素子が故障するのを防ぐことができ、ヒートシンクの重量による半導体素子の取り付け基板のたわみを皆無にすることができ、信号の特性を劣化させることなく半導体素子の冷却が可能になり、産業上利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、この発明の半導体素子冷却用ヒートシンクの１つの態様を示す模式図である。
【図２】図２は、この発明の半導体素子冷却用ヒートシンクの他の１つの態様を示す模式図である。
【図３】図３は、円筒状熱電冷却素子を用いた、この発明の半導体素子冷却用ヒートシンクの他の１つの態様を示す模式図である。
【図４】図４は、受熱ブロック、ヒートパイプ、熱電冷却素子、および、放熱フィン群の取り付け方法を説明する図である。
【図５】図５は、板状ヒートパイプを用いた、この発明の半導体素子冷却用ヒートシンクの他の１つの態様を示す模式図である。
【図６】図６は、２つのヒートパイプを使用する、この発明の半導体素子冷却用ヒートシンクの他の１つの態様を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０１．発熱素子
１０２．実装基板
１０３．筐体
１０４、１０５、１０６、１０７．固定具
２０１．受熱ブロック
２０２．ヒートパイプ
２０３．放熱ブロック
２０４．熱電冷却素子
２０５．ヒートシンク
２０６．円筒型熱電冷却素子
２０７．放熱フィン群
２０８．（別の）ヒートパイプ
【図１】
2005259794.tif 000003
【図２】
2005259794.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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