(57)【要約】【課題】  電子機器の発熱素子冷却用のヒートシンクの放熱性能の高性能化と軽量化を実現する。【解決手段】  グラファイトシートと金属薄板を張り合わせたものをコルゲート状に形成し、ヒートシンクベース上に金属薄板部分で接合することによってヒートシンクを構成する。金属薄板は、フィンの剛性を確保するとともに、ヒートシンクベースとフィン部を構成するグラファイトシートに熱を伝える。フィン部は、金属薄板によって剛性が付与されるのでシート状のグラファイトでの構成が可能で、薄肉化が可能となる。グラファイトは高い熱伝導率を有するので、高い放熱性能を維持したままで、ヒートシンクの軽量化が図れる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と熱的に接触させ、この発熱体から受熱した熱を大気中に放熱するヒートシンクにおいて、
前記発熱体に接続されたベース部と、グラファイトを主体とするシートと金属板とを積層して形成したフィン部とからなり、前記ベース部と前記金属薄板とを部分的に接合して前記ベース部と前記フィン部とが熱的に接続されていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
請求項１記載のヒートシンクにおいて、
前記金属薄板は前記グラファイトを主体とするシートより薄いことを特徴とするヒートシンク。
【請求項３】
請求項１記載のヒートシンクにおいて、
前記フィン部は、あらかじめ前記金属薄板とグラファイトとを主体とするシートとを貼り合わせて積層したものを複数回コルゲート状に折り曲げて複数のフィン列を形成していることを特徴とするヒートシンク。
【請求項４】
請求項１記載のヒートシンクにおいて、
前記ベース部は前記フィン部と接続される金属板と、この金属板のフィン部と熱接続された面と対向する面で熱的に接続されたグラファイトとを主体とするブロックからなることを特徴とするヒートシンク。
【請求項５】
請求項１記載のヒートシンクにおいて、
前記フィン部を構成する金属薄板に複数の切起し部が形成されていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項６】
発熱体と熱的に接触させ、この発熱体から受熱した熱を大気中に放熱するヒートシンクの製造方法において、
グラファイトシートと金属薄板７とを貼り合わせる工程と、この工程により形成された板材を蛇行状に曲げて複数のフィン列を形成する工程と、前記フィン列とヒートシンクベースとを金属的に接合する工程とからなることを特徴とするヒートシンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量化に好適なヒートシンクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータをはじめとする電子機器（以下、電子機器という）に搭載される発熱素子は、高性能化に伴い発熱量が増大している。たとえば、電子機器に搭載されたＣＰＵ（中央演算処理装置）は特に発熱量が大きく、素子を規定の温度以下に冷却するために一般にヒートシンクが装着される。このヒートシンクは、ＣＰＵの高速化にともなう発熱量の増大に対応するため大型化するとともに、ヒートシンクを構成するフィン枚数も増えているため重量も増大している。
【０００３】
ヒートシンクの重量が増大すると電子機器の組立や保守時が困難になるとともに、ヒートシンクを装着しているＣＰＵに過大な荷重がかかる恐れがある。また、電子機器自体の重量増加のため設置する床の強度を上げる必要もある。
【０００４】
このため、冷却性能を低下させずに軽量なヒートシンクを提供することが必要とされており、その一手段として、ヒートシンクに使用される材料に銅等と同程度の高い熱伝導率を有し、かつ銅よりも密度の小さいグラファイトなどを使用することが検討されている。
【０００５】
この種のグラファイトとヒートシンクに関する従来技術には以下のよう特許文献がある。
【０００６】
【特許文献１】特表２００５−５３７６３３号公報
【特許文献２】特開２００６−１３０７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特表２００５−５３７６３３号公報（特許文献１）では、ヒートシンクのフィンをグラファイトで形成し、金属のベースに取り付けた構造が開示されている。
【０００８】
しかしながら、グラファイトでヒートシンクのフィンを形成する場合、グラファイトが脆性材料であるためフィンとしての形状を維持するためには肉厚を厚くせざるを得ず、ヒートシンクのベース上にフィンを多数形成することが困難となる。そのため、ヒートシンクの表面積を大きくすることができず冷却性能の拡大が困難となっている。
【０００９】
つまり、高い熱伝導率を備え電子機器の冷却に好適なグラファイトではあるものの、もろく弱い材質であるためグラファイトをヒートシンクのフィンとして加工するには種々問題がある。
【００１０】
また、特開２００６−１３０７５３号公報（特許文献２）に開示されているように、グラファイトシートと基材を層状に積層する技術も知られているが、ヒートシンクのベース上にフィンを形成する手段については考慮されていない。
【００１１】
本発明の目的は、放熱性能を高めて冷却性能の拡大を図ったヒートシンクを提供することになる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は、発熱体と熱的に接触させ、この発熱体から受熱した熱を大気中に放熱するヒートシンクにおいて、前記発熱体に接続されたベース部と、グラファイトを主体とするシートと金属板とを積層して形成したフィン部とからなり、前記ベース部と前記金属薄板とを部分的に接合して前記ベース部と前記フィン部とが熱的に接続されていることにより達成される。
【００１３】
また上記目的は、前記金属薄板は前記グラファイトを主体とするシートより薄いことにより達成される。
【００１４】
また上記目的は、前記フィン部は、あらかじめ前記金属薄板とグラファイトとを主体とするシートとを貼り合せて積層したものを複数回コルゲート状に折り曲げて複数のフィン列を形成していることにより達成される。
【００１５】
また上記目的は、前記ベース部は前記フィン部と接続される金属板と、この金属板のフィン部と熱接続された面と対向する面で熱的に接続されたグラファイトとを主体とするブロックからなることにより達成される。
【００１６】
また上記目的は、前記フィン部を構成する金属薄板に複数の切起し部が形成されていることにより達成される。
【００１７】
また上記目的は、発熱体と熱的に接触させ、この発熱体から受熱した熱を大気中に放熱するヒートシンクの製造方法において、グラファイトシートと金属薄板７とを貼り合わせる工程と、この工程により形成された板材を蛇行状に曲げて複数のフィン列を形成する工程と、前記フィン列とヒートシンクベースとを金属的に接合する工程とからなることにより達成される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、放熱性能を高めて冷却性能の拡大を図ったヒートシンクを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の第１の実施例を備えたヒートシンクの断面図である。
【００２１】
図１において、本実施例のヒートシンク１はグラファイトシートと金属薄板を積層し、コルゲート状（蛇行状）に折り曲げたフィン部２をヒートシンクベース３上に接合して形成している。フィン部２は、グラファイトシートと金属薄板とを貼り合わせたもので、フィン部２とヒートシンクベース３とはフィン部２を構成する金属薄板がヒートシンクベースに、例えばはんだ付けなどの手段で金属的に接合される。ヒートシンクベース３は例えば銅などの高熱伝導性の金属である。配線基板４上に搭載された発熱体となるＣＰＵ５はヒートシンクベース３に熱的に接続されている。
【００２２】
ヒートシンク１は例えばパーソナルコンピュータやサーバのＣＰＵの冷却に用いられ、配線基板４上に搭載されたＣＰＵ５とヒートシンクベース３との間で熱伝導性のグリース（図示せず）などで熱的に接続される。ＣＰＵ５で発生した熱はヒートシンクベース３内で面方向に広がり、金属薄板を介してフィン部２のグラファイトシートに熱伝導されフィン前面に広がった後フィン間を流れる冷却風で放熱される。
【００２３】
フィン部の詳細について図２〜図４を用いて説明する。
【００２４】
図２は図１に示したフィンを拡大した断面図である。
【００２５】
図２において、フィン部２はグラファイトシート６と金属薄板７とを貼り合わせて構成した薄板部材をコルゲート状（蛇行状）に曲げて形成したものである。金属薄板７はグラファイトシート６が脆性材料であるため貼り合わせることによってフィンとしての強度を確保するとともに、ヒートシンクベース３との接合を可能にするよう機能する。さらに、熱をヒートシンクベース３からフィンを形成するグラファイトシート６に効率よく伝える働きもする。
【００２６】
ここで、フィン部２は金属薄板７の面の一部８をヒートシンクベース３に対向するようにしてヒートシンクベース３に金属的に接合する。これによりヒートシンクベース３からフィン部２に良好に熱が伝えられる。
【００２７】
図３は第１の実施例を備えたフィン部の構成を示す斜視図である。
【００２８】
図３において、フィン部２はあらかじめ用意した平面状のグラファイトシート６と金属薄板７を全面的に接着材などで貼り合わせ、貼り合わせ一枚の板材をその後コルゲート状（蛇行状）に折り曲げて成形するものである。金属薄板７は銅などの高熱伝導率の材料である。
【００２９】
金属薄板７とグラファイトシート６とを接着する接着材は金属薄板７とヒートシンクベース３を半田付けなどによって接合するため、高温に耐え得るものが望ましい。また、グラファイトシート６全面が金属薄板７と接着されているため、グラファイトシート６端部でのグラファイト片の剥落が防止できる。グラファイトシート辺部より金属薄板のほうが大きい方がこの効果がさらに大きい。
【実施例２】
【００３０】
図４は、第２の実施例を備えたフィン部の構成を示す斜視図である。
【００３１】
図４において、本実施例では金属薄板７，グラファイトシート６，保護層９の３層構造の貼り合わせたものである。保護層９は金属薄板７または樹脂フィルムで、グラファイトシート面を保護し、グラファイトの剥落を防止する。
【００３２】
銅の熱伝導率と同程度のグラファイトシートを用いると比重は、銅の１／５〜１／６である。従って、たとえば、金属薄板としてグラファイトシートの１／１０の厚さの銅板を用いると、銅でフィンを形成する場合に比べ１／３以下の重量で同等のフィン放熱性能（フィンの熱伝導率が銅と同程度であるため、ヒートシンクベース３からフィン先端までの熱伝導、すなわち、放熱への寄与は同等）が得られる。さらに、金属部分が薄肉化されるのでコルゲート状などへの加工も容易になる。
【実施例３】
【００３３】
図５は第３の実施例を備えたヒートシンクの断面図である。
【００３４】
図５において、本実施例は前記実施例１において、ヒートシンクベース３にもグラファイトを用いた例であり、ヒートシンクベース３はグラファイトブロック１１と金属板１０及び固定部材１２で構成される。フィン部２は、前記実施例１と同様にグラファイトシート６と金属薄板７を接着し、コルゲート状に形成したものである。フィン部２と金属板１０とは、フィン部の金属薄板部８で金属的に接合される。フィン部２と金属板１０とを接合したものは、グラファイトブロック１１に熱伝導グリースなどを介して熱的に接続される。この時、グラファイトブロック１１が固定部材１２とフィン部２を接合した金属板１０とで挟まれるようにしてネジ１３などで締結される。
【００３５】
一般に、グラファイトと金属とは直接金属的な接合ができないため、グラファイトブロック１１とフィン部２の金属薄板７が金属的に接合できない。しかし、上記構造によれば、グラファイトブロックからフィン部への熱伝導を効果的に行うことができる。フィン部２を接合する金属板１０は、銅などの高熱伝導材料であるが、固定部材１２は、グラファイトブロック１１とＣＰＵ５とが直接接続できるよう中央部がくりぬかれており、グラファイトブロック１１と金属板１０とを固定する際の強度が確保できれば材質は問わない。
【００３６】
本実施例によれば、前記実施例の効果に加え、ヒートシンクベースを銅などの金属で形成する場合に比べ、銅と同程度のヒートシンクベース内での熱の広がり効果が軽量で得られる。特に、ＣＰＵのサイズがヒートシンクベースに比べ小さい場合ほど、ヒートシンクベース内での熱の拡散効果すなわちヒートシンクベースの厚さを厚くすることが必要で、本構造による軽量化の効果がより顕著になる。
【実施例４】
【００３７】
他の実施例を図６，図７，図８に示す。
【００３８】
図６は第４の実施例を備えたヒートシンクの斜視図である。
【００３９】
図７は第４の実施例を備えたヒートシンクの断面図である。
【００４０】
図８は第４の実施例の構成を説明するヒートシンクの斜視図である。
【００４１】
図において、前記実施例と同様な方法でフィン部を形成するが、本実施例では、あらかじめ切起し部１３を形成した金属薄板７をグラファイトシート６に貼り付けたものでフィン部を形成する。
【００４２】
これを図７に示すようにコルゲート状に折り曲げてヒートシンクベース３に接続する。これにより、フィン面に微細な２次フィンが形成されたヒートシンクを構成できる。フィン面での微細構造は、表面積が拡大されるとともにフィン間を流れる空気流に乱流成分を誘起することができ、フィン表面からの熱伝達を促進することができる。
【００４３】
さらに、図８に示すように、切起し部１３をずらして配列することによりさらに熱伝達を促進することができる。金属薄板を用いあらかじめ微細な２次構造を任意に形成しておくことが可能となるので、フィン面への２次構造が複雑なものでも容易に形成できる。
【００４４】
図６，図７の例では、切起し部を形成した金属薄板とグラファイトシートとを貼り合わせたのちコルゲート状に折り曲げてフィン列を形成したが、平面状の発熱体の冷却を対象として、平面状の発熱体に上記の貼り合わせたシートをそのまま取り付けても良い。
【実施例５】
【００４５】
他の実施例を図９に示す。
【００４６】
図９は第５の実施例を備えたヒートシンクの斜視図である。
【００４７】
図９において、本実施例は、フィン部２を個別のフィン２０で構成した例である。フィン部２を構成するそれぞれのフィン２０は、金属薄板７とグラファイトシート６を貼り合わせたもので、熱伝導支柱３０に貫通して取り付けられる。フィン２０は、図９（ｂ）に示すように、あらかじめ、熱伝導支柱３０が貫通する穴７１が設けられたグラファイトシート６と貫通穴７１のまわりに熱伝導支柱３０と熱的に接触するためのカラー部７０を設けた金属薄板７とを貼り合わせて形成したものである。熱伝導支柱３０は、銅，ヒートパイプなどの軸方向への熱輸送に優れたもので発熱体に接続されヒートシンクベース３に設けられ、ヒートシンクベース３からフィン２０に効率よく熱が伝えられる。
【００４８】
本構造によれば、熱伝導支柱を介して熱伝導することにより、ヒートシンクベースから離れた位置にあるフィンからも放熱が可能となり、放熱面積の拡大に有効である。フィンを多数設けることが可能であるため、フィンにグラファイトシートを用いることによる重量低減効果がより顕著となる。
【００４９】
図１から図８で説明した実施例では、フィン部をコルゲート状折り曲げる方法でフィン列を形成する例を示したが、本実施例のように個々のフィンを個別にヒートシンクベースに接合しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施例を備えたヒートシンクの断面図である。
【図２】図１に示したフィンを拡大した断面図である。
【図３】第１の一実施例を備えたフィン部の構成を示す斜視図である。
【図４】第２の実施例を備えたフィン部の構成を示す斜視図である。
【図５】第３の実施例を備えたヒートシンクの断面図である。
【図６】第４の実施例を備えたヒートシンクの斜視図である。
【図７】第４の実施例を備えたヒートシンクの断面図である。
【図８】第４の実施例の構成を説明するヒートシンクの斜視図である。
【図９】第５の実施例を備えたヒートシンクの斜視図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  ヒートシンク
２  フィン部
３  ヒートシンクベース
４  配線基板
５  ＣＰＵ
６  グラファイトシー
７  金属薄板
【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】
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【図８】
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【図９】
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