(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体が取り付けられるベース板と、
該ベース板に一部（抜熱部）が接続されており、他の一部（放熱部）が該ベース板から離れた位置に延びるように構成されているプレート型ヒートパイプと、
該ヒートパイプの表面に接続された放熱フィンと、
を具備するヒートシンクであって；
上記プレート型ヒートパイプが上記抜熱部と放熱部との間で折り曲げられており、
上記ヒートパイプ放熱部が、上記抜熱部に対してほぼ平行するとともに対向して多層状に配置されており、
上記フィンは、その基端部が、対向する多層状ヒートパイプの一方に取り付けられており、その先端部が、対向する多層状ヒートパイプの他方とスキマを隔てて向き合っており、
該スキマに断熱層が介装されていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
上記断熱層が、上記ヒートパイプの折り曲げられた部分の反対側の端部付近に挟み込まれていることを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板上に配置された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に関する。特には、小型で高い熱輸送効率を有するヒートシンクに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
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、ベース板に取り付けられるヒートパイプ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、アルコール等の作動流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抜熱部となり、発熱体から熱が伝えられる。抜熱部に伝えられた熱は、抜熱部のヒートパイプ内の作動流体を蒸発させる。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。この密閉空間内の作動流体の相の変化や移動により、発熱体の熱を拡散させる。放熱部にはフィン等が設けられており、熱を有効に拡散させる。
【０００３】
なお、放熱フィンは数を多くしたり、フィンとヒートパイプとの接触面積を広くすることで放熱が促進されて放熱効率が向上する。しかし、放熱フィンを長くすると、放熱フィン内の伝熱長さが長くなり、フィン先端の温度が上昇して放熱効率が下がる。
【０００４】
近年では、電子機器に搭載される部品の集積度や搭載密度の増加にともない、ヒートシンクの小型化や熱輸送効率の向上が求められている。このようなヒートシンクとして、特開平１１−３５１７６９号や特開２０００−１８８５３号等に開示されているものがある。
【０００５】
図９は、特開平１１−３５１７６９号に開示されたヒートシンクの構造の一例を模式的に示す図である。
このヒートシンク１００はベース板１０３にＵ字型ヒートパイプ１０５の底辺がはめ込まれている。ヒートパイプ１０５のベース板１０３から立ち上がる左右の他辺部には複数の第一フィン１０７ｂが差し込まれており、さらに最下部の第一フィン１０７'とベース板１０３の間に第二フィン１０７aが取り付けられている。
従来間隙であったベース板１０３と最下部の第一フィン１０７'間に第二フィン１０７aを取り付けることで、高い放熱性能を得ることができる。
【０００６】
特開平１１−３５１７６９号のＵ字型ヒートパイプ１０５は円筒状のヒートパイプが使用されている。同号では、プレート型ヒートパイプの適用については言及されていない。
また、同号のヒートシンクでは、Ｕ字型ヒートパイプ１０５がベース板１０３にはめ込まれた状態で、第二フィン１０７aをベース板１０３から立設させる工程は複雑であり、組み立てに時間やコストがかかる。
さらに、第一フィン１０７ｂはベース板１０３と平行に配置されている。このように第一フィン１０７ｂに円筒状ヒートパイプを圧入した場合、圧入部の接触熱抵抗が大きくなり、効率が悪くなることがある。
【０００７】
図１０は、特開２０００−１８８５３号に開示されたヒートシンクの構造の一例を模式的に示す図である。
このヒートシンク２００は、プレート型ヒートパイプ２０５の一端に、発熱部品２０９が取り付けられる熱伝導板２０３（ベース板）が配置されており、他方の端部にはフィン２０７が取り付けられている。熱伝導板２０３に伝えられた熱はさらにプレート型ヒートパイプ２０５に伝わって移動し、フィン２０７から放熱される。
【０００８】
上述の構造では、熱伝導板２０３の接するヒートパイプ２０５の部分（抜熱部）に放熱フィンが配置されていない。このため、放熱性が劣り、全体として放熱効率が低くなる。
【０００９】
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、小型で高い放熱効率を有するヒートシンクを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に関連するヒートシンクは、 発熱体が取り付けられるベース板と、 該ベース板に一部（抜熱部）が接続されており、他の一部（放熱部）が該ベース板から離れた位置に延びるように構成されているプレート型ヒートパイプと、 該ヒートパイプの表面に接続された放熱フィンと、を具備するヒートシンクであって； 上記ヒートパイプ抜熱部の反ベース板側の面に、第一の群の放熱フィンが立設されており、 上記ヒートパイプ放熱部に、第二の群の放熱フィンが、上記ベース板に対してほぼ垂直に立設されていることを特徴とする。
放熱フィンを、抜熱部と、抜熱部から離れた位置の放熱部の二箇所に設けることで、ヒートシンク自身の寸法を小さく抑えながらフィンの設置面積を増大させることができる。また、放熱部の位置や方向を選択することにより、ヒートシンクが設置される周囲の空間を有効に利用することができる。さらに、プレート型ヒートパイプを使用していることにより効率的に熱を輸送することができる。このため小型で高い熱輸送効率のヒートシンクを提供できる。
【００１１】
本発明のベースとなるヒートシンクは、 発熱体が取り付けられるベース板と、 該ベース板に一部（抜熱部）が接続されており、他の一部（放熱部）が該ベース板から離れた位置に延びるように構成されているプレート型ヒートパイプと、 該ヒートパイプの表面に接続された放熱フィンと、を具備するヒートシンクであって； 上記プレート型ヒートパイプが上記抜熱部と放熱部との間で折り曲げられており、 上記ヒートパイプ抜熱部の反ベース板側の面に、第一の群の放熱フィンが立設されており、 上記ヒートパイプ放熱部に、第二の群の放熱フィンが立設されていることを特徴とする。
抜熱部と放熱部間を折り曲げることで、ヒートシンクが設置される空間に合わせて放熱部を配置し、放熱フィンの設置面積を増大させることができる。したがって小型で高い熱輸送効率のヒートシンクを提供することができる。
【００１２】
この態様においては、上記ヒートパイプ放熱部が、上記抜熱部に対してほぼ平行するとともに対向して多層状に配置されていることが好ましい。放熱部と抜熱部を多層とすることで、ヒートシンクの寸法を小型化することができる。
さらに、上記フィンは、その基端部が、対向する多層状ヒートパイプの一方に熱伝導性の高い方法で取り付けられており、その先端部が、対向する多層状ヒートパイプの他方とスキマを隔てて向き合っており、該スキマに断熱層が介装されていることが好ましい。対向する多層状ヒートパイプの一方から他方への不規則な熱伝達を防ぐことができ、熱輸送効率を向上させる。
【００１３】
また、  上記ヒートパイプ放熱部が、上記抜熱部に対してほぼ垂直に延びるように配置されていることとしてもよい。放熱部上方の空間が空いている場合、その空間を利用する縦長型として好適である。
【００１４】
また、  上記ヒートパイプ放熱部が、上記抜熱部に対してほぼ平行に延びるように配置されていることとしてもよい。放熱部側方の空間が空いている場合、その空間を利用する横長型として好適である。
【００１５】
本発明に関連する他のヒートシンクは、 発熱体が取り付けられるベース板と、該ベース板に一部（抜熱部）が接続されており、他の一部（放熱部）が該ベース板から離れた位置に延びるように構成されているプレート型ヒートパイプと、該ヒートパイプの表面に接続された放熱フィンと、を具備するヒートシンクであって； 上記プレート型ヒートパイプが上記抜熱部と放熱部との間で折り曲げられており、 上記ヒートパイプ放熱部が、上記抜熱部に対してほぼ平行するとともに対向して多層状に配置されており、 該放熱部に放熱フィンが設けられていることを特徴とする。
複数の発熱体が平行に配置されて、その周囲にヒートシンクを取り付ける空間がない場合等に、この発熱体に対してヒートシンクを設けることができるとともに、抜熱部の反ベース板側の空間に別の発熱体を配置させることができる。
【００１６】
【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、本発明の第一実施例に係るヒートシンクの構造を示す側面図である。
このヒートシンク１は、ベース板３と、同ベース板３に熱的に接続されているプレート型ヒートパイプ５、及び、同プレート型ヒートパイプ５に熱的に接続されている放熱フィン７等から構成されている。
【００１７】
ベース板３の発熱体９が取り付けられる部分は、発熱体９から熱が伝達される。ベース板３は熱伝導率の高いアルミニウム等の金属で作られる。発熱体９は、高熱伝導性の接着剤等の熱伝導性の高い手段によりベース板に固定される。
【００１８】
プレート型ヒートパイプ５は、蛇行細管が比較的薄い平板の中に作りこまれた蛇行細管ヒートパイプ等が使用される。蛇行細管ヒートパイプとは、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）細管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）細管のある部分は受熱部（抜熱部）、他のある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、両部の間を細管が蛇行している。
（４）細管内には２相凝縮性流体が封入されている。
（５）細管の内壁は、上記作動流体が常に管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。
【００１９】
プレート型ヒートパイプ５は、一部がベース板３にロウ付けや接着剤、グリス等の熱伝導率の高い方法で取り付けられており、この部分が抜熱部１１となっている。同ヒートパイプ５は、この抜熱部１１の一端からほぼ直角に上向きに折り曲げられて立ち上がっており、さらに抜熱部１１と平行で抜熱部１１と対向するようにほぼ直角に折り曲げられている。この抜熱部１１と平行な部分は放熱部１３となる。同ヒートパイプ５はさらに、放熱部１３の先端部（図の右端部）においてほぼ直角に上向きに折り曲げられている。なお、放熱部１３を２層・３層と設けてもよい。
【００２０】
放熱フィン７は、この例では、熱伝導性の高いアルミニウム等の金属をプレスにより折り曲げ加工したコルゲートフィンである。第一放熱フィン７aは、プレート型ヒートパイプ５の抜熱部１１（ベース板の反対側の面）に、第二放熱フィン７ｂは放熱部１３に、ロウ付けや接着剤、グリス等の熱伝導性の高い方法で取り付けられる。
【００２１】
プレート型ヒートパイプ５の抜熱部１１に取り付けられている放熱フィン７aの上面と、同プレート型ヒートパイプ５の放熱部１３の裏面間の、同ヒートパイプの折り曲げ部と反対側の端部付近には断熱材１５が挟み込まれている。断熱材１５はウレタンシート等であり、フィンの折り曲げ部上面と放熱部の裏面に断熱性及び耐熱性を有する接着剤で接着されている。
【００２２】
図２は、図１のヒートシンクの熱輸送作用を説明する図である。
ベース板３に取り付けられている発熱部品９の発熱量をＱtotal、抜熱部１１の第一フィン７aから放熱される熱量をＱfin、プレート型ヒートパイプ５を通って放熱部１３に伝えられた熱が第二フィン７ｂから放熱される熱量をＱheatpipeとすると、Ｑtotal＝Ｑfin＋Ｑheatpipeとなる。すなわち、発熱部品９の熱量（Ｑtotal）はベース板３を通ってプレート型ヒートパイプ５の抜熱部１１に伝えられる。抜熱部１１に伝えられた熱量の一部は、第一フィン７aから放熱される（Ｑfin）。第一フィン７aから放熱されなかった分の熱量は、プレート型ヒートパイプ５を通り放熱部１３に伝えられる。この熱量は放熱部１３で第二フィン７ｂから放熱される（Ｑheatpipe）。
断熱材１５は、抜熱部１１の第一フィン７aの先端から放熱部１３へ直接熱が伝わることを防ぎ、抜熱部１１の熱量をプレート型ヒートパイプ５を介して均等に放熱部１３に伝える。このため、熱量が第一フィン７aに集中することが抑えられ、均等に放熱部１３に伝えられて放熱させることができる。
【００２３】
図３は、本発明の第二実施例に係るヒートシンクの構造を示す側面図である。
このヒートシンクは、図１のヒートシンクのコルゲートフィンの替りに格子状フィン１７a、１７ｂが用いられたものである。格子状フィンは一般にアルミニウムの押し出し成形で作られる。
【００２４】
図４は、本発明に関連するヒートシンクの構造を示す側面図である。
このヒートシンクは、プレート型ヒートパイプ５が抜熱部１１の両側からほぼ直角に上方に折り曲げられて立ち上げられ、２つの放熱部１３−１、１３−２を形成している。抜熱部１１には放熱フィン１９aが設けられている。放熱部の互いに向かい合う面には、抜熱部１１と平行になるように放熱フィン１９ｂ、１９ｃが設けられている。
この例のヒートシンクは放熱部を二箇所に設けることができるため、特に放熱効率を向上させることができる。さらに、発熱部上方の縦長の空間を有効に利用することができる。
【００２５】
図５は、本発明に関連する他のヒートシンクの構造を示す断面図である。
このヒートシンクは、プレート型ヒートパイプ５が抜熱部１１の両側からほぼ直角に上方に折り曲げられて立ち上がっている。さらにこの立ち上がり部からほぼ直角に外方向に折り曲げられて、抜熱部１１とほぼ平行な２つの放熱部１３−１、１３−２を形成している。抜熱部１１には放熱フィン２１aが設けられている。放熱部の下面には放熱フィン２１ｂ、２１ｃが設けられている。
この例のヒートシンクは放熱部を二箇所に設けることができるため、特に放熱効率を向上させることができる。さらに、発熱部側方の横長の空間を有効に利用することができる。
【００２６】
図６は、本発明に関連する他のヒートシンクの構造を示す断面図である。
このヒートシンクは、プレート型ヒートパイプ５が抜熱部１１の片側から、同ヒートパイプと同面上に延びて放熱部１３を形成している。抜熱部１１と放熱部１３には各々放熱フィン２３a、２３ｂが取り付けられている。
この例のヒートシンクは、特に発熱体の片側に空間があるときにこの空間を有効に利用することができる。
【００２７】
図７は、本発明に関連する他のヒートシンクの構造を示す側面図である。
このヒートシンクは、プレート型ヒートパイプ５が抜熱部１１の片側からほぼ直角に折り曲げられて立ち上がり、さらにほぼ直角に抜熱部１１と平行で対向するように延びて放熱部１３−１を形成している。同ヒートパイプ５はこの放熱部１３−１からほぼ直角に折り曲げられて立ち上がり、さらに放熱部１３−１と平行になるように折り返されて第二の放熱部１３−２を形成している。すなわち、放熱部が２層に形成されている。各放熱部には放熱フィン２５a、２５ｂが設けられている。抜熱部１１には放熱フィンは設けられておらず、空間２７となっている。
この例のヒートシンクは、発熱体が平行に配置されている場合等において、上述の空間２７に別の発熱体等を配置することができる。
【００２８】
図８は、本発明に関連する他のヒートシンクの構造を示す側面図である。
このヒートシンクは、プレート型ヒートパイプ５が抜熱部１１の片側からほぼ直角に折り曲げられて立ち上がり、さらにほぼ直角に抜熱部１１と平行で対向するように延びている。さらに、この対向部と抜熱部１１の間の空間を、側面からみて螺旋状に折り曲げられて、抜熱部１１と平行な２層の放熱部１３−１、１３−２を形成している。抜熱部１１には放熱フィン２９aが設けられている。各放熱部には放熱フィン２９ｂ、２９ｃが設けられている。
【００２９】
【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、ヒートパイプを折り曲げ等により加工して抜熱部と放熱部の位置を離し、放熱フィンを、抜熱部と、抜熱部から離れた位置の放熱部の二箇所に設けることで、ヒートシンク自身の寸法を小さく抑えながらフィンの設置面積を増大させることができる。また、放熱部の位置や方向を選択することにより、シートシンクが設置される周囲の空間を有効に利用することができる。さらに、プレート型ヒートパイプを使用していることにより効率的に熱を輸送することができる。このため小型で高い熱輸送効率のヒートシンクを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第一実施例に係るヒートシンクの構造を示す側面図である。
【図２】  図１のヒートシンクの熱輸送作用を説明する図である。
【図３】  本発明の第二実施例に係るヒートシンクの構造を示す側面図である。
【図４】  本発明に関連するヒートシンクの構造を示す側面図である。
【図５】  本発明に関連する他のヒートシンクの構造を示す側面図である。
【図６】  本発明に関連する他のヒートシンクの構造を示す側面図である。
【図７】  本発明に関連する他のヒートシンクの構造を示す側面図である。
【図８】  本発明に関連する他のヒートシンクの構造を示す側面図である。
【図９】  特開平１１−３５１７６９号に開示されたヒートシンクの構造の一例を模式的に示す図である。
【図１０】  特開２０００−１８８５３号に開示されたヒートシンクの構造の一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１ ヒートシンク                     ３ ベース板
５ ヒートパイプ                     ７ 放熱フィン
９ 発熱体                         １１ 抜熱面
１３ 放熱面                       １５ 断熱材
【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】
0004426684.tif 000008
【図８】
0004426684.tif 000009
【図９】
0004426684.tif 000010
【図１０】
0004426684.tif 000011