(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィン用ベースプレートと、前記フィン用ベースプレートの放熱側の面に形成された放熱用フィンと、前記フィン用ベースプレートの他方の面に熱的に接続された、密閉された空洞部を備えたコンテナとを有するヒートパイプ一体型ヒートシンクと、
前記ヒートパイプ一体型ヒートシンクの下部に対応して位置し、側面の少なくとも一部が上方に突出して形成された、前記フィン用ベースプレートを固定する固定用つめ部を備えた取り付け枠部材と、を有し、
前記フィン用ベースプレートの外周端部が、前記固定用つめ部の形状変形によって前記取り付け枠部材の平らな上面に固定されているヒートシンク。
【請求項２】
熱伝導性に優れた材料によって、放熱用フィン、フィン用ベースプレート、密閉された空洞部を備えたコンテナを調製し、
前記フィン用ベースプレートの放熱側の面に前記放熱用フィンを接合し、前記放熱用フィンの他方の面に前記コンテナを接合して、ヒートパイプ一体型ヒートシンクを調製し、
前記ヒートパイプ一体型ヒートシンクの下部に対応する形状を有し、その側面の少なくとも一部に上方に突出して形成された、形状変形によって前記フィン用ベースプレートを固定するための固定用つめ部を備えた取り付け枠部材を調製し、
前記ヒートパイプ一体型ヒートシンクの下部に、前記取り付け枠部材を配置し、前記固定用つめ部を形状変形させて、前記フィン用ベースプレートの外周端部を前記取り付け枠部材の平らな上面に固定し、前記ヒートパイプ一体型ヒートシンクに前記取り付け枠部材を密着固定するヒートシンクの製造方法。
【請求項３】
前記フィン用ベースプレートに、前記固定用つめ部に対応する嵌合切り欠き部を備え、前記嵌合切り欠き部に前記固定用つめ部を嵌合する工程を更に備えていることを特徴とする、請求項２に記載のヒートシンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子、集積回路基板等の発熱体を冷却するために用いられるヒートシンクおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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高くなり、高速での処理を行うために多量の熱を放出する。高出力、高集積の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１つに、ヒートパイプを利用したヒートシンクがある。
ヒートパイプを利用したヒートシンクとして、ヒートパイプの一方の面に放熱フィンを接合し、ヒートパイプの他方の面が発熱体に接続するヒートパイプ一体型ヒートシンクが用いられている。即ち、発熱体が接触する、例えば、平面形状の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。
【０００３】
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により、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、作動流体の蒸気は冷却され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。ヒートパイプの放熱側に移動した熱は、放熱フィンによって大気中または筐体外に放熱される。
【０００４】
ヒートパイプ一体型ヒートシンクを発熱部材に接触させるときには、熱伝導効率を高めるために、取り付け用枠材が用いられる。図６にヒートパイプ一体型ヒートシンクを取り付け用枠材に固定した従来のヒートシンクを示す。図６に示すように、フィン用ベースプレート２３の上面にコルゲート状フィン２２が接合され、フィン用ベースプレート２３の下面に（図示しない）平面型ヒートパイプが接合されたヒートパイプ一体型ヒートシンクの下部に（図示しない）平面型ヒートパイプを覆うように形成された矩形の取り付け用枠材２４が設けられている。ヒートパイプ一体型ヒートシンクと矩形の取り付け用枠材２４とは、放熱フィン２２の両側面および上部の３方向を覆うコ型状の金属板材２０によって放熱フィンの上端部を取り付け用枠材２４の方向に押し付け、金属板材２０の両側においてネジ２５によって固定している。
【０００５】
このようにヒートパイプ一体型ヒートシンクが取り付け用枠材に固定されたヒートシンクは、ヒートパイプの一方の面が基材に搭載された発熱体と接続するように、基材に対向して配置される。基材に搭載された発熱体の熱は、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コンテナの材質中を熱伝導して伝わり、作動流体を蒸発させ、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱側に移動した熱は、フィン用ベースプレート２３、放熱フィン２２に伝わり、（図示しない）ファン等によって強制冷却される。
【０００６】
更に、上述した、ヒートパイプ一体型ヒートシンクを取り付け用枠材に固定するための金属板材を使用することなく、接着剤によってヒートパイプ一体型ヒートシンクを取り付け用枠材に固定するヒートシンク、または、溶接等の金属接合によってヒートパイプ一体型ヒートシンクを取り付け用枠材に固定するヒートシンクがある。
【０００７】
【発明が解決しょうとする課題】
しかしながら、ヒートパイプ一体型ヒートシンクを取り付け用枠材に固定した従来のヒートシンクには下記の問題点がある。
即ち、上述した従来のヒートシンクは、ヒートパイプ一体型ヒートシンクを取り付け用枠材に固定するための金属板材が必要であり、部品点数が多くなり部材のコストが高くなる。更に、金属板材の幅の分だけヒートシンクの両側にはみだすので、ヒートシンクを配置するときにスペースが広くなり制約を受ける。
【０００８】
更に、金属板材を取り付け用枠材に取り付けるために使用するネジ用の穴を形成しなければならない。通常穴は大きめに形成されるので、微妙なズレを生じて位置決めが困難になる。更に、ヒートシンクの使用に際して、ネジが緩むとヒートシンクが発熱体から外れて、冷却効率が低下することがある。
【０００９】
更に、上述した、ヒートパイプ一体型ヒートシンクを取り付け用枠材に固定するための金属板材を使用することなく、接着剤によってヒートパイプ一体型ヒートシンクを取り付け用枠材に固定するヒートシンクにおいては、接着剤の経年劣化によって、取り付け用枠材からヒートパイプ一体型ヒートシンクが脱落をするという問題点がある。更に、ヒートパイプ一体型ヒートシンクを取り付け用枠材に固定するための金属板材を使用することなく、溶接等の金属接合によってヒートパイプ一体型ヒートシンクを取り付け用枠材に固定するヒートシンクにおいては、大掛かりな溶接装置が必要であり、製造コストが高くなるという問題点がある。
【００１０】
従って、この発明の目的は、ヒートパイプ一体型ヒートシンクを取り付け用枠材に容易に固定することができ、取り付け用枠材からヒートパイプ一体型ヒートシンクが脱落することを防止することができる、軽量かつ低コストのヒートシンクおよびその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
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、先ず、ヒートパイプ一体型ヒートシンクの下部に対応する形状を有し、そして、その側面の少なくとも一部に突出して形成された、折り曲げ、カシメ等の形状変形によってフィン用ベースプレートを固定するための固定用つめ部を備えた取り付け枠部材を調製し、次いで、フィン用ベースプレートの側部に固定用つめ部に対応する切り欠き部を形成し、次いで、ヒートパイプ一体型ヒートシンクの下部に、取り付け枠部材を配置し、固定用つめ部を切り欠き部に嵌合して、先端部を折り曲げ、カシメ等によって形状変形させて、フィン用ベースプレートを固定することによって、部品点数を少なくし、ヒートパイプ一体型ヒートシンクを取り付け用枠材に容易に固定することができ、取り付け用枠材からヒートパイプ一体型ヒートシンクが脱落することを防止することができる、軽量かつ低コストのヒートシンクおよびその製造方法を提供することができることを知見した。
【００１２】
この発明のヒートシンクおよびその製造方法は、上述した知見に基づいてなされたものであって、この発明のヒートシンクの第１の態様は、（１）フィン用ベースプレートと、前記フィン用ベースプレートの放熱側の面に形成された放熱用フィンと、前記フィン用ベースプレートの他方の面に熱的に接続された、密閉された空洞部を備えたコンテナとを有するヒートパイプ一体型ヒートシンクと、（２）前記ヒートパイプ一体型ヒートシンクの下部に対応して位置し、側面の一部が上方に突出して形成された、前記フィン用ベースプレートを固定する固定用つめ部を備えた取り付け枠部材とを有し、前記フィン用ベースプレートの外周端部が、前記固定用つめ部の形状変形によって前記取り付け枠部材の平らな上面に固定されているヒートシンクである。
【００１３】
この発明のヒートシンクのその他の態様は、前記形状変形が折り曲げからなっていることを特徴とする、ヒートシンクである。
【００１４】
この発明のヒートシンクのその他の態様は、前記形状変形が潰してカシメることからなっていることを特徴とする、ヒートシンクである。
【００１５】
この発明のヒートシンクのその他の態様は、前記フィン用ベースプレートに、前記固定用つめ部に対応する嵌合切り欠き部を備えていることを特徴とする、ヒートシンクである。
【００１６】
この発明のヒートシンクのその他の態様は、前記放熱フィン、フィン用ベースプレート、コンテナおよび前記取り付け枠部材が同一部材からなっていることを特徴とする、ヒートシンクである。
【００１７】
この発明のヒートシンクのその他の態様は、前記放熱フィン、フィン用ベースプレート、コンテナおよび前記取り付け枠部材の少なくとも１つが異種部材からなっていることを特徴とする、ヒートシンクである。
【００１８】
この発明のヒートシンクのその他の態様は、前記コンテナの一方の面が発熱体の高さに対応した凹凸形状からなっていることを特徴とする、ヒートシンクである。
【００１９】
この発明のヒートシンクの製造方法の第１の態様は、熱伝導性に優れた材料によって、放熱用フィン、フィン用ベースプレート、密閉された空洞部を備えたコンテナを調製し、前記フィン用ベースプレートの放熱側の面に前記放熱用フィンを接合し、前記放熱用フィンの他方の面に前記コンテナを接合して、ヒートパイプ一体型ヒートシンクを調製し、前記ヒートパイプ一体型ヒートシンクの下部に対応する形状を有し、その側面の一部に上方に突出して形成された、形状変形によって前記フィン用ベースプレートを固定するための固定用つめ部を備えた取り付け枠部材を調製し、前記ヒートパイプ一体型ヒートシンクの下部に、前記取り付け枠部材を配置し、前記固定用つめ部を形状変形させて、前記フィン用ベースプレートの外周端部を前記取り付け枠部材の平らな上面に固定し、前記ヒートパイプ一体型ヒートシンクに前記取り付け枠部材を密着固定するヒートシンクの製造方法である。
【００２０】
この発明のヒートシンクの製造方法の第２の態様は、前記フィン用ベースプレートに、前記固定用つめ部に対応する嵌合切り欠き部を備え、前記嵌合切り欠き部に前記固定用つめ部を嵌合する工程を更に備えていることを特徴とする、ヒートシンクの製造方法である。
【００２１】
この発明のヒートシンクの製造方法のその他の態様は、前記形状変形が折り曲げからなっていることを特徴とする、ヒートシンクの製造方法である。
【００２２】
この発明のヒートシンクの製造方法のその他の態様は、前記形状変形が潰してカシメることからなっていることを特徴とする、ヒートシンクの製造方法である。
【００２３】
この発明のヒートシンクの製造方法のその他の態様は、前記フィン用ベースプレートの一方の面に前記放熱用フィンを、半田付け、ロウ付け等によって金属接合し、前記放熱用フィンの他方の面に前記コンテナを半田付け、ロウ付け等によって金属接合して、ヒートパイプ一体型ヒートシンクを調製することを特徴とするヒートシンクの製造方法である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
この発明のヒートシンクの態様について、図面を参照しながら、詳細に説明する。この発明のヒートシンクは、（１）フィン用ベースプレートと、前記フィン用ベースプレートの放熱側の面に形成された放熱用フィンと、前記フィン用ベースプレートの他方の面に熱的に接続された、密閉された空洞部を備えたコンテナとを有するヒートパイプ一体型ヒートシンクと、（２）ヒートパイプ一体型ヒートシンクの下部に対応して位置し、側面の少なくとも一部が上方に突出して形成された、前記フィン用ベースプレートを固定する固定用つめ部を備えた取り付け枠部材とを有し、前記フィン用ベースプレートの外周端部が、前記固定用つめ部の形状変形によって前記取り付け枠部材の平らな上面に固定されている。
【００２５】
図１は、この発明のヒートシンクのヒートパイプ一体型ヒートシンクと、取り付け枠部材とを上下に対応して配置した図である。図１に示すように、ヒートパイプ一体型ヒートシンク１は、連続した凹凸形状のコルゲート状の放熱フィン２の底部がフィン用ベースプレート３の上面に半田付け、ロウ付け等によって密接して金属接合され、図示しないヒートパイプ用コンテナの放熱側の面にフィン用ベースプレート３の下面が半田付け、ロウ付け等によって密接して金属接合されている。更に、図１に示すように、フィン用ベースプレート３の両側端部に、後述する固定用つめ部に対応するコの字状の嵌合切り欠き部６を形成してもよい。
【００２６】
ヒートパイプ一体型ヒートシンク１の下方には、ヒートパイプ一体型ヒートシンクと対応して、取り付け枠部材４が配置されている。取り付け枠部材４の両側面には、フィン用ベースプレートの両側端部に設けられた嵌合切り欠き部に対応する固定用つめ部５が形成されている。図１に示す態様においては、取り付け枠部材４の両側面にそれぞれ３個の固定用つめ部５が形成されている。
【００２７】
嵌合切り欠き部および固定用つめ部は、位置決めが容易なように、予め所定の位置に所定の大きさで形成する。
放熱フィンとしては、銅、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属材料からなっている所定形状のプレートフィン、コルゲートフィン、オフセットフィン等の放熱フィンを使用することができる。
【００２８】
図２は、この発明のヒートシンクの１つの態様を示す図である。図２（ａ）は、ヒートパイプ一体型ヒートシンクと、取り付け枠部材とが固定されたこの発明のヒートシンクの斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の円で囲んだ部分の概略拡大断面図である。
【００２９】
図２（ａ）に示すように、連続した凹凸形状のコルゲート状の放熱フィン２の底部がフィン用ベースプレート３の上面に金属接合され、図示しないヒートパイプ用コンテナの放熱側の面にフィン用ベースプレート３の下面が金属接合されているヒートパイプ一体型ヒートシンク１と、取り付け枠部材４とが、嵌合切り欠き部に嵌合された固定用つめ部５を折り曲げることによって固定されている。
【００３０】
フィン用ベースプレートは、薄肉の柔らかい金属材質で形成されているので、変形し易く、変形すると熱性能が著しく低下する。この発明のヒートシンクにおいては、矩形のフィン用ベースプレートの４つの外周端部は、取り付け枠部材４の平らな上面に固定されているので、薄肉の柔らかい材質のフィン用ベースプレートが変形することはない。
【００３１】
図２（ｂ）に拡大して示すように、取り付け枠部材４の側面に形成された固定用つめ部５がフィン用ベースプレート３に形成された嵌合切り欠き部６内に嵌合され、固定用つめ部５の先端部分が折り曲げられて、フィン用ベースプレート３を押圧固定する。
【００３２】
図３は図２（ａ）のヒートシンクの横断面図を示す図である。図３に示すように、連続した凹凸形状のコルゲート状の放熱フィン２の底部がフィン用ベースプレート３の上面に金属接合され、ヒートパイプ用コンテナ７の放熱側の面にフィン用ベースプレート３の下面が金属接合されているヒートパイプ一体型ヒートシンク１と、取り付け枠部材４とが取り付け枠部材の側面の一部に突出して形成された固定用つめ部５を折り曲げて固定されている。
【００３３】
図３においては、取り付け枠部材の底面は、ヒートパイプ用コンテナ７の底面と同一平面上にあり、基材に搭載された発熱体との密接した接触を容易にしているけれども、取り付け枠部材の底面と、ヒートパイプ用コンテナ７の底面との相対関係は、基材に搭載された発熱体の高さに対応して設定し、発熱体とコンテナとの密接した接触を容易にする。
【００３４】
なお、ヒートパイプ用コンテナの上面をフィン用ベースプレートによって形成してもよい。この際には、熱抵抗を一層小さくすることができる。
図４は、この発明のヒートシンクの他の１つの態様を示す図である。図４（ａ）は、ヒートパイプ一体型ヒートシンクと、取り付け枠部材とが固定用つめ部がカシメによって固定されたこの発明のヒートシンクの斜視図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の円で囲んだ部分の概略拡大断面図である。
【００３５】
図４（ａ）に示すように、連続した凹凸形状のコルゲート状の放熱フィン２の底部がフィン用ベースプレート３の上面に金属接合され、図示しないヒートパイプ用コンテナの放熱側の面にフィン用ベースプレート３の下面が金属接合されているヒートパイプ一体型ヒートシンク１と、取り付け枠部材４とが、嵌合切り欠き部に嵌合された固定用つめ部５をカシメることによって固定されている。
【００３６】
図４（ｂ）に拡大して示すように、取り付け枠部材４の側面に形成された固定用つめ部５がフィン用ベースプレート３に形成された嵌合切り欠き部６内に嵌合され、固定用つめ部５の先端部分がカシメによって潰されて、フィン用ベースプレート３を押圧固定する。この発明のこの態様のヒートシンクにおける断面は、概ね図３に示すのと同一である。
【００３７】
図５は、この発明のヒートシンクの他の１つの態様の断面を概略示す図である。図５に示す態様においては、ヒートパイプのコンテナの発熱体と接触する面、即ち、吸熱面が発熱体の高さに対応する凹凸面を備えている。図５において、基材１１の上に高さの異なる３個の発熱体８、９、１０が搭載されている。符号番号１５はリードを示す。高さの異なる３個の発熱体８、９、１０に対応するように、異なる高さの凸部１２、１３、１４がコンテナの吸熱面に形成されている。ヒートシンクは、他の態様と概ね同一構成からなっている。
【００３８】
即ち、連続した凹凸形状のコルゲート状の放熱フィン２の底部がフィン用ベースプレート３の上面に金属接合され、上述したように、吸熱面に凹凸部を備えた、ヒートパイプ用コンテナの放熱側の面にフィン用ベースプレート３の下面が金属接合されているヒートパイプ一体型ヒートシンク１と、取り付け枠部材４とが、嵌合切り欠き部に嵌合された固定用つめ部５をカシメることによって固定されている。
【００３９】
この発明の、フィン用ベースプレート、ヒートパイプ、取り付け枠部材は、熱伝導性に優れた金属材料、例えば、銅、アルミニウム、それらの合金等からなっている。熱伝導性に優れたその他の金属材料を使用することができる。ヒートパイプのコンテナ内には、毛細管力を高める機能を有するウイックを備えてもよい。
【００４０】
作動流体として、従来と同様に、使用する金属材との適応性を考慮して、水、代替フロン、アセトン、メタノール、ヘリウム、窒素、アンモニア、ダウサムＡ、ナフタリン、セシウム、ナトリウム、リチウム等を使用することができる。
【００４１】
この発明のヒートシンクにおいて、放熱フィン、フィン用ベースプレート、コンテナ、取り付け用枠部材は同一材料を使用してもよく、異なる種類の材料を使用してもよい。この発明のヒートシンクの大きさは、対象となる発熱体の大きさに対応して設定することができる。
【００４２】
【実施例】
実施例１
図１に示すように、肉厚０．４ｍｍの銅薄板によって連続した凹凸形状のコルゲート状の放熱フィン２を調製し、そして、肉厚１ｍｍ、縦８０ｍｍ×横６０ｍｍの銅薄板によってフィン用ベースプレート３を調製した。更に、縦６０ｍｍ×横５０ｍｍ×高さ５ｍｍの平面型ヒートパイプを調製した。このように調製されたフィン用ベースプレートの上面に放熱フィンをロウ付けによって金属接合し、ヒートパイプ用コンテナの放熱側の面にフィン用ベースプレート３の下面をロウ付けによって金属接合してヒートパイプ一体型ヒートシンク１を調製した。
フィン用ベースプレート３の両側端部にそれぞれ３個の嵌合切り欠き部を形成した。次いで、縦８０ｍｍ×横６０ｍｍ×高さ５ｍｍの取り付け枠部材４を調製した。取り付け枠部材の両側部に、上述した嵌合切り欠き部の大きさに対応した幅および厚さを有する上方に突出した固定用つめ部５を３個づつ形成した。
このように調製したヒートパイプ一体型ヒートシンク１および取り付け枠部材４を、嵌合切り欠き部６に固定用つめ部５を嵌合して組み合わせ、固定用つめ部５の先端部分を折り曲げて、この発明のヒートシンクを製造した。
この発明のヒートシンクは、嵌合切り欠き部６に固定用つめ部５を嵌合して組み合わせるので、位置決めが容易であり、ヒートパイプ一体型ヒートシンクを取り付け用枠材に容易に固定することができた。更に、固定用つめ部５の先端部分を折り曲げて強固に固定しているので、取り付け用枠材からヒートパイプ一体型ヒートシンクが脱落することを確実に防止することができた。
【００４３】
【発明の効果】
上述したように、この発明によると、ヒートパイプ一体型ヒートシンクを取り付け用枠材に容易に固定することができ、取り付け用枠材からヒートパイプ一体型ヒートシンクが脱落することを防止することができる、軽量かつ低コストのヒートシンクおよびその製造方法を提供することができ、産業上利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明のヒートシンクのヒートパイプ一体型ヒートシンクと、取り付け枠部材とを上下に対応して配置した図である。
【図２】図２は、この発明のヒートシンクの１つの態様を示す図である。
【図３】図３は図２（ａ）のヒートシンクの横断面図を示す図である。
【図４】図４は、この発明のヒートシンクの他の１つの態様を示す図である。
【図５】図５は、この発明のヒートシンクの他の１つの態様の断面を概略示す図である。
【図６】図６は、ヒートパイプ一体型ヒートシンクを取り付け用枠材に固定した従来のヒートシンクを示す図である。
【符号の説明】
１．ヒートパイプ一体型ヒートシンク
２．放熱フィン
３．フィン用ベースプレート
４．取り付け枠部材
５．固定用つめ部
６．嵌合切り欠き部
７．ヒートパイプ用コンテナ
８．発熱体
９．発熱体
１０．発熱体
１１．基材
１２．凸部
１３．凸部
１４．凸部
１５．リード
２０．コ型状の金属板材
２２．放熱フィン
２３．フィン用ベースプレート
２４．取り付け用枠材
２５．ネジ
【図１】
0004369600.tif 000002
【図２】
0004369600.tif 000003
【図３】
0004369600.tif 000004
【図４】
0004369600.tif 000005
【図５】
0004369600.tif 000006
【図６】
0004369600.tif 000007