(57)【要約】      （修正有）【課題】高い放熱性能を持つと共に積層のみによる一体化で安価に製造でき、冷媒注入口部を簡単に確実に閉じることができ、狭い空間でも容易に設置できるヒートパイプヒートシンクを提供する。【解決手段】ベース部２内に密閉された空洞部が設けられ、その空洞部に密閉封入された冷媒でヒートパイプ化され、且つ前記ベース部２に放熱フィン３が一体化されたヒートシンク１であって、空洞部を形成するための穴を設けた穴付き板部材、空洞部および冷媒の注入口部を形成するための切り欠きを設けた切り欠き付き板部材、外側板部材および空洞部を形成するための穴とインナーフィンを設けた放熱フィン３を積層してヒートシンク形状にされ、ろう付け接合されていることを特徴とする積層接合平面型ヒートパイプヒートシンク１。【選択図】図１
2009019856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部内に密閉された空洞部が設けられ、その空洞部に密閉封入された冷媒でヒートパイプ化され、且つ前記ベース部に放熱フィンが一体化されたヒートシンクであって、空洞部を形成するための穴を設けた穴付き板部材、空洞部および冷媒の注入口部を形成するための切り欠きを設けた切り欠き付き板部材、外側板部材および空洞部を形成するための穴とインナーフィンを設けた放熱フィンを積層してヒートシンク形状にされ、ろう付け接合されていることを特徴とする積層接合平面型ヒートパイプヒートシンク。
【請求項２】
前記注入口部にアルミニウムまたはアルミニウム合金製の栓が挿入され、外力を加えられ注入口部が閉じられた状態にされ、前記栓が溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の積層接合平面型ヒートパイプヒートシンク。
【請求項３】
前記冷媒の注入口部を形成する切り欠きを設けた切り欠き付き板部材が積層の一方に片寄った状態で積層されてろう付け接合されていて、前記注入口部にアルミニウムまたはアルミニウム合金製の栓が挿入され、注入口部の近傍の薄肉部に積層面に垂直方向に外力を加えられ、注入口部が閉じられた状態にされ、前記栓が溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の積層接合平面型ヒートパイプヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気、電子機器に使用される半導体チップ等の発熱素子等を冷却するのに好適なヒートシンクとして用いられるもので、特に、サーバーやパソコンのＣＰＵ、レーザー発光ダイオード、パワートランジスターなどに用いられる高性能の積層接合平面型ヒートパイプヒートシンクに係るものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信機器、情報機器等の電気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電子部品は、高性能化により被冷却素子等の損失熱が増加しており、より冷却性能が高いヒートシンクが求められている。このため、サーバーやパソコン用にフィンピッチが小さい高性能のヒートシンクが使用されており、更に放熱性能を上げるためベース部分をヒートパイプ化し、半導体素子等の熱を広範囲に拡散する放熱性能が高いヒートシンクが検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１は量産性の高い製造方法を提案するものであり、図７に示すように、ヒートパイプヒートシンク１２は、密閉容器１３とそれに直立した放熱フィン１４を備えるものでる。密閉容器１３は、受熱壁１５となる下側壁面と放熱壁１６となる上側壁面との間に交互に積層される２種類の平板部材１７、１８より構成され全体が一体ろう付けにより製造されている。平板部材１７に設けられたスリット状の開口部と平板部材１８に設けられたスリット状の開口部とが交差する位置で互いに連通して密閉空間が形成され、その密閉空間に所定量の冷媒が封入されている。
密閉容器１３（ベース部）には別工程で製造した放熱フィン１４を接着、かしめ等により一体化させている。
【０００４】
また、例えば特許文献２には、受熱部、断熱部、および放熱部にわたってその中央部に蒸気伝熱管路部が延在し、その両側部に複数の独立した作動液伝達管路部が設けられ、蒸気伝熱管路部に接する管壁側は開放型スリットを構成している薄型ヒートパイプが示されている。作動液伝達管路部はその一部が開放型スリットと重なり合っていて、接続穴により接続されて、開放型スリットを介して作動液蒸発部および蒸気凝縮部に連通する。これにより作動液伝達部は、断熱部では蒸気伝熱管路部から独立していることにより、作動液の循環能力が向上し、受放熱部の重力位置及び姿勢の依存性が改善されている。
【特許文献１】特開平１０−３０８４８６号公報
【特許文献２】ＷＯ０１／６３１９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電気・電子機器の小型化に伴い、ヒートシンクの設置空間は益々狭小となり、これまでのヒートシンクについてみると、以下のような問題点を有している。
例えば、特許文献１では、冷媒注入口（パイプ）がヒートシンクから突き出して配置されているため、放熱部品としてヒートシンクを配置する時に他部品と干渉する懸念があったり、外形寸法の制約がある場合には適用できないといった問題が生ずる。
また、冷媒注入口を潰して閉じようと積層面に垂直に外力を加えた場合、注入口周辺のベース部（密閉容器）が容易に変形してしまい、注入口だけを塑性変形させて注入口をきちんと閉じることが出来ない。
更に、ベース部に別工程で製造した放熱フィンを接着、かしめ等の方法で一体化するため、ベース部分と放熱フィンの熱伝導性が十分で無く、ヒートシンクとしての冷却性能が十分とは言えない。
【０００６】
また、特許文献２では、冷媒注入口が積層された板の板厚方向の中心に位置しているため、注入口を潰して閉じようとすると、積層面に垂直に外力を加えるため、上記と同様注入口周辺のベース板が容易に変形してしまい、注入口だけを塑性変形させて注入口を正確に閉じることが出来ない。
ヒートシンクとして使用する場合、ベース部に別工程で製造した放熱フィンを一体化させる必要があるため、ヒートパイプ部分と放熱フィンの熱伝導性が十分で無く、ヒートシンクとしての性能が十分に発揮できない。
本発明の目的は、上記のような問題点に対し、高い放熱性能を持つと共に積層のみによる一体化で安価に製造でき、冷媒注入口部を簡単に確実に閉じることができ、狭い空間でも容易に設置できるヒートパイプヒートシンクを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らはこのような事情に鑑み、上記の問題点を解決すべく種々の検討を行ってきた結果、次の知見を見出した。
すなわち本発明は、
（１）ベース部内に密閉された空洞部が設けられ、その空洞部に密閉封入された冷媒でヒートパイプ化され、且つ前記ベース部に放熱フィンが一体化されたヒートシンクであって、空洞部を形成するための穴を設けた穴付き板部材、空洞部および冷媒の注入口部を形成するための切り欠きを設けた切り欠き付き板部材、外側板部材および空洞部を形成するための穴とインナーフィンを設けた放熱フィンを積層してヒートシンク形状にされ、ろう付け接合されていることを特徴とする積層接合平面型ヒートパイプヒートシンク、
（２）前記注入口部にアルミニウムまたはアルミニウム合金製の栓が挿入され、外力を加えられ注入口部が閉じられた状態にされ、前記栓が溶接されていることを特徴とする（１）に記載の積層接合平面型ヒートパイプヒートシンク、および、
（３）前記冷媒の注入口部を形成する切り欠きを設けた切り欠き付き板部材が積層の一方に片寄った状態で積層されてろう付け接合されていて、前記注入口部にアルミニウムまたはアルミニウム合金製の栓が挿入され、注入口部の近傍の薄肉部に積層面に垂直方向に外力を加えられ注入口部が閉じられた状態にされ、前記栓が溶接されていることを特徴とする（１）に記載の積層接合平面型ヒートパイプヒートシンク、
を提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るヒートパイプヒートシンクは、ベース部内がヒートパイプ化され、且つ放熱フィンの一部はベース部を構成し一体化されたものであり、しかもそのフィンの下部がインナーフィンとして直接空洞部内に存在するので、高い放熱性能を持つヒートパイプヒートシンクである。そして、冷媒注入口部がヒートシンクの外形寸法からはみ出すことが無いため外形寸法的な制約を受けずに配置することができる。
また、本発明のヒートパイプヒートシンクは、注入口部の封止が容易であり、さらにフィンとベース部構成板部材とは互いの積層のみで一体化され製造できるので、製造工程を簡略化することができるため、安価に製造できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係るヒートパイプヒートシンクについて添付図面を参照して、実施の形態の種々の例について説明する。尚、各図において同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。なお、図１〜図４に示す板部材およびフィンの厚さは、明瞭にするためにその幅、長さに比べ厚く図示している。
図１は、本発明のヒートシンクヒートパイプの基本的な概要構成を示す斜視図である。ヒートパイプヒートシンク１は、複数の加工パターンを有する構成板部材の複数と、複数の放熱フィンを組み合わせて積層することにより構成され、ヒートパイプ化された空洞部をもつベース部２とそれと一体化された放熱フィン３とからなる。
なお、ここでヒートパイプ化されとは、(ａ)加熱部で冷媒が蒸発、(ｂ)蒸気が低温部に移動、(ｃ)蒸気が低温部で凝縮、(ｄ)凝縮した液が加熱部に還流という一連の相変化が連続的に生じ、放熱を促進する機能を有することをいう。
【００１０】
ヒートパイプヒートシンク１を構成する第1の構成板部材は、図２に示すように穴や切り欠きなどの加工の何も無い板で、ベース部の最外部に配置され、ベース部の蓋として使用される外側板部材４である。第２の構成板部材は、図３に示すように長手方向中央に穴６が設けられ、冷媒流通路となるベース部内の密閉された空洞部を形成する穴付き板部材５である。第３の構成板部材は、図４に示すように長手方向中央に切り欠き８が設けられ、冷媒流通路となるベース部内の密閉された空洞部を形成すると共に、冷媒の注入口を形成する切り欠き付き板部材７である。第４の構成部材は放熱フィン３であり、図５に示すようにその下方長手方向に穴６があけられ、冷媒流通路となるベース部内の密閉された空洞部を形成すると共に、インナーフィン９を構成し、放熱機能を有する。
【００１１】
本発明のヒートパイプヒートシンクを構成する各板部材および放熱フィンは、アルミニウム又はアルミニウム合金のベア材あるいはブレージングシートを予めプレス加工や切削加工、エッチングなどで穴あるいは切り欠きを設け作成することができる。放熱フィン３およびベース部を構成する前記した外側板部材４、穴付き板部材５、切り欠き付き板部材７の各板部材を複数枚用いて積層し、ベース部内に必要とする密閉された空洞部をもつ内部構造になるようにし、ろう付け接合して図１に示すようなヒートパイプヒートシンク形状に製造する。
例えば、外側板部材４の次に切り欠き付き板部材７が置かれ、次いで放熱フィン３、穴付き板部材５、放熱フィン３、穴付き板部材５が繰り返し置かれ、さらに放熱フィン３、外側板部材４が置かれる積層構造である。このように、切り欠き付き板部材７を外側板部材の近くに置き積層し、注入口部をベース部の一方に片寄った側に設けるのも後述するように好ましいが、切り欠き付き板部材７は積層構造の適宜の位置とすることができる。
【００１２】
ろう付け接合は、特開２００３−１２４４０９号公報に記載されているようなフラックスレスろう付け手段を用いると、高品位な面接合が得られて伝熱性が良好となる。この方法は大気炉を利用するものであるため安価に製造できるうえ、ろう材が流れて一部に溜まってインナーフィンなどの間を埋めることが無く、狭いピッチのフィンを作ることができる。狭いピッチの場合、注入口部分を広く設ける必要がある際には、放熱フィンの穴につながる２ｍｍ程度の幅の切り欠きを放熱フィンに設け、隣接する切り欠き付き板部材と共に注入口を形成することができる。
【００１３】
本発明のヒートパイプヒートシンクは、穴６とインナーフィン９を設けた放熱フィン３を使用し、複数の構成板部材と一体に積層するので、ベース部２内の空洞部に、インナーフィン９が存在するものである（空洞部内にフィンが設けられたものに相当するので、インナーフィンと表現した）。インナーフィン９は、ベース部２を構成する板部材と放熱フィン３が一体形成されているため、発熱素子がついたベース部（図１ではベース部下面）からインナーフィン９、放熱フィン３までスムーズに熱を伝えられ、優れた放熱性を示す。
インナーフィン９は、図５（ａ）に示すように必ずしも発熱素子側（図では、下方側）から放熱フィン側（図では、上方側）まで連続して伸ばす必要はなく、冷媒蒸気の通りを良くするため、図５（ｂ）に示すように放熱フィン側が切れていても良い。また、インナーフィンは冷媒の蒸気圧でベース部の板材が膨らんだりしないよう、耐圧部材としての機能も有するものである。
従来技術のようにベース部（密閉容器）の外面に放熱フィンを一体的に設けたものと違って、本発明のヒートパイプヒートシンクでは、放熱フィン３の一部はベース部を構成するものであり、しかもそのインナーフィンが直接空洞部内に存在するものであるので、その放熱効果はきわめて優れたものである。
【００１４】
次に、本発明のヒートパイプヒートシンクの冷媒注入口の封止方法を記載する。
図６（ａ）に示すように、注入口１０の幅より少し大きいアルミニウムまたはアルミニウム合金製の小片の栓１１に、プレス、ジグを使った打ち込みなどの外力を加え注入口１０に圧入し、注入口１０を塞ぐ。このとき加えられる外力は、切り欠き板部材等の積層面に平行な方向でかつ板部材の長手方向（図で上下方向）であるので、従来のように積層面に垂直でなく、ベース部が変形することが殆どなく、注入口部のみを塑性変形でき、注入口を簡便に閉じることができる。次いで、注入口１０が閉じられた状態で、注入した中の冷媒が漏れ出さないよう、小片の栓１１の部分を、例えばＴＩＧ溶接によって完全に封止し、図６（ｃ）に示すようにする。
この場合、注入口１０は図６（ａ）に示すようにベース部の一方寄りにある必要は無く、ベース部の中央付近などどの位置であっても良い。
【００１５】
また、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、注入口を形成する切り欠きを設けた切り欠き付き板部材が積層の一方に片寄って積層され、ろう付けされているとき、ベース部の端部に注入口が設けられている場合となる。この場合、前記と同様注入口にアルミニウムまたはアルミニウム合金製の栓が挿入され仮封止される。次いで、図６（ｂ）に示すように、圧入した小片の栓１１に近い側のベース部２の側面を、押しジグで押し潰して注入口部が封止される。この時、注入口部を形成する切り欠きを設けた切り欠き付き板部材が積層の一方に片寄って積層されているので、ベース部の側面の注入口部の近傍の薄肉部から積層面に垂直に矢印で示すように外力を加えると、変形は注入口の部分に集中して、十分に閉じることが出来る。これは、外力を付加した注入口の反対側の部分が、外力を付加した薄肉部に比べ十分に体積が大きいので変形しにくく、注入口近傍へ変形が集中するためである。
注入口は、栓による挿入閉鎖と挿入方向に垂直な方向からの外力でより確実に封止することができるが、さらに小片の栓１１の部分を溶接によって封止し、図６（ｃ）に示すように中の冷媒が漏れ出さないようにする。
【００１６】
冷媒注入口の封止に先立ち、設けた注入口の部分から代替フロン等の冷媒液を注入する。冷媒以外の成分（例えば、空気）は冷却性能を低下させるので、冷媒注入後ベース部を加熱し、中の空気等を追い出す沸騰脱気法によってヒートパイプ加工を行う。そして、ベース部内に冷媒の液体と気体のみが存在する状態で溶接などにより注入口を封止する。
ヒートシンクの設置姿勢は、気化した冷媒が放熱で液化し、重力で下に溜まり、冷媒の循環が容易な図６に示すような垂直姿勢が好ましいが、水平姿勢でも構わない。また、放熱フィンの形態はくし歯状、スリット付きなどどのようなものでも問わない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のヒートパイプヒートシンクの一実施態様の斜視図である。
【図２】外側板部材の斜視図である。
【図３】穴付き板部材の斜視図である。
【図４】切り欠き付き板部材の斜視図である。
【図５】放熱フィンの正面図である。
【図６】注入口の封止を説明する斜視図である。
【図７】従来例のヒートパイプヒートシンクの一例の斜視図である。
【符号の説明】
【００１８】
１      ヒートパイプヒートシンク
２      ベース部
３      放熱フィン
４      外側板部材
５      穴付き板部材
６      穴
７      切り欠き付き板部材
８      切り欠き
９      インナーフィン
１０    注入口
１１    栓
【図１】
2009019856.tif 000003
【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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