JP3819316B2

JP3819316B2 - タワー型ヒートシンク

Info

Publication number: JP3819316B2
Application number: JP2002112748A
Authority: JP
Inventors: 正孝望月; 耕一益子
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2002-04-15
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2022-04-15
Also published as: JP2003309238A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ベース部に立設した伝熱部材に放熱フィンを取り付けた構造のタワー型ヒートシンクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ヒートシンクは発熱部材もしくは高温部に接触させられて、これら発熱部材や高温部の実質的な放熱面積を拡大する機能を備えたものである。したがって、この種のヒートシンクにおいては、放熱面を形成するフィンが可及的に多数設けられていればよいが、冷却対象物に対する汎用性を持たせるためにベース部にフィンを装着した構造のものが一般に使用されている。しかしながら、ベース部に薄板状のフィンを多数取り付けることは困難であるため、放熱フィンの枚数、すなわち実質的な放熱面積が制約を受ける不都合があった。
【０００３】
これに対して、ベース部に支柱などの伝熱部材を立設し、その伝熱部材に放熱フィンを取り付けた構造のタワー型ヒートシンクにおいては、フィンを伝熱部材に嵌合させるなどのことにより、多数の放熱フィンを設けることができるので、その枚数や放熱面積の制約が少なくなる利点がある。この種のタワー型ヒートシンクの一例が米国特許第５，４１２，５３５号明細書に記載されており、このヒートシンクは前記伝熱部材としてヒートパイプもしくは、ベ−パーチャンバーを用いたものである。すなわち、ベース部に中空のコンテナを立設し、その内部をヒートパイプ化する一方、そのコンテナの外面に多数のフィンを嵌合させたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のヒートパイプ式のタワー型ヒートシンクにおいては、台形のヒートパイプもしくはベ−パーチャンバーが、ベース部からフィンへの熱伝達を媒介し、しかもその熱伝達が作動流体の潜熱の形で行われるので、ベース部から放熱フィンに至る部分での熱抵抗を小さくすることができる。しかしながら、フィンが取り付けられているヒートパイプもしくはベ−パーチャンバーが、多数のフィンを取り付ける支柱としての機能を兼ね備える必要があるから、ヒートパイプあるいはベ−パーチャンバーとしての熱的特性のみで、その構造を決めることができず、その結果、構造が特殊なものとなるので製造性に欠ける不都合があった。特に上記の明細書に記載された構造では、ヒートパイプもしくはベ−パーチャンバーを一本設けた構造であるから、そのヒートパイプもしくはベ−パーチャンバーを台形のものとせざるをえず、この点でも構造が特殊化され、生産性に欠ける不都合があった。
【０００５】
さらにまた、上記従来のタワー型ヒートシンクでは、ヒートパイプ用コンテナもしくはベ−パーチャンバー用コンテナが下端で開口した形状であり、その開口端をベース部で密封する構造であるから、作動流体がベース部に直接接触することによる熱抵抗の低減を計ることができるもののベース部とヒートパイプもしくは、ベ−パーチャンバーとを同時に組み立てなければならず、その点での構造の特殊化に加えヒートパイプもしくはベーパーチャンバーの密封に特殊な技術が要求され、コストの低廉化を計ることが困難であった。
【０００６】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであって、熱的特性に優れしかも、生産性に優れたタワー型ヒートシンクを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用】
この発明は、上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、管状の複数本のヒートパイプがベース部に立設され、そのヒートパイプにおけるベース部とは反対側の端部側に複数のフィンが装着されたタワー型ヒートシンクにおいて、前記ベース部に発熱部材が熱伝達可能に取り付けられ、その発熱部材が所定の基板に対して非接触状態となるように前記ベース部が前記基板に搭載され、前記ベース部の周縁部をその基板に対して固定する固定部材が設けられるとともに、その固定部材とベース部との間に断熱層が介在されていることを特徴とするタワー型ヒートシンクである。
【０００８】
したがって、請求項１の発明では、タワー型ヒートシンクにおいて、ベース部自体に固定する機能を持たせないので発熱部材、または所定の基板とベース部との固定の構造が簡単になる。また、固定部材と前記ベース部との間に断熱層が介在されているので、前記発熱部材が非接触状態となっている前記基板への熱伝達が防止される。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記ヒートパイプが前記ベース部に沿わせた蒸発部とその蒸発部に対して湾曲させられた前記ベース部に対して立設されている凝縮部とを備え、前記フィンが前記湾曲している部分よりも先端部側に装着されており、かつフィンが装着されていない部分で、前記ベース部の表面から所定高さの部分を前記フィンと平行な方向の送風に対して遮断する遮蔽壁が設けられていることを特徴とするタワー型ヒートシンクである。
【００１０】
したがって、請求項２の発明では、強制冷却のときに、ヒートパイプのフィンが装着されていない部分が、遮蔽壁によって空気流から遮蔽されている。そのため、前記空気流がフィンを迂回することを防止できる。換言すれば、フィンを密にしても送風された空気がフィンを通過する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
つぎにこの発明を図に示す具体例を参照して説明する。図１に示す例は、ＬＳＩなどの電子部品１を冷却するように構成した例であり、図１はその全体的な構成を示す正面図である。図１において、発熱部材に相当する電子部品１を熱授受可能に接触させるベース部２が、銅もしくはその合金などの熱伝導性の良好な金属によって平板状に形成されている。そのベース部２の下面が電子部品１を接触もしくは接合させる面とされている。
【００１２】
ベース部２の表面には、凹溝２Ａが設けられている。この凹溝２Ａに、ヒートパイプ３の基端部４が嵌め込まれており、ヒートパイプ３の基端部４のうち前記凹溝２Ａから突出している部分を上部カバー５が覆っており、ベース部２の表面に密着固定されている。したがって、基端部４は、ベース部２および上部カバー５によって挟持されている。
【００１３】
ベース部２の周縁には、基板６と固定する固定部材７が接続されている。固定部材７はアルミニウムもしくはその合金などの材料から形成されている。すなわち、固定部材７よりもベース部２の方が熱伝導性に優れている構成とされており、ベース部２に熱が集まり易くなっている。また、ベース部２と固定部材７との間には、プラスチックシート８が設けられており、いわゆる断熱層とされている。
【００１４】
ヒートパイプ３は、ほぼ直角に湾曲されてＬ字状に形成されている。このＬ字状の一方の端部周辺が基端部４とされており、ベース部２と上部カバ−５とによって挟持されて、固定されている。
【００１５】
また、ヒートパイプ３の前記Ｌ字状の他方の端部である先端部９周辺には、放熱のための多数のフィン１０が設けられており、放熱部とされている。このフィン１０は、アルミニウムあるいはその合金などの金属からなる環状をなす薄板状の部材であり、ヒートパイプ３に嵌合させるための三つの取付孔１０Ａが形成されている。各フィン１０は、ヒートパイプ３に嵌合させられた状態で、ヒートパイプ３の前記他方の端部の直角方向に、平行に所定の間隔で配置され、ハンダ付けあるいはカシメなどの適宜の手段でヒートパイプ３に固定されている。このフィン１０同士の間隙が、図示しないファン等で強制冷却を行った際の通風路となっている。
【００１６】
ヒートパイプ３の前記Ｌ字状の湾曲部分５Ａの周辺は、フィン１０が設けられていない部分とされている。すなわち、基端部４または放熱部以外の部分とされている。このヒートパイプ３における湾曲部分５Ａを囲むようにベース部２に壁部が設けられており、遮蔽壁１１とされている。言い換えると、図示しないファン等で送風した際のフィン１０の通風方向において、通風路以外の部分を塞ぐように遮蔽壁１１が、ベース部２の表面に立設されている。
【００１７】
ヒートパイプ３の先端部９は、ベース部２の表面方向に湾曲部分５Ａを挟んで一個置きに配置されている。したがって、ヒートパイプ３がベース部２の表面上で、平行に隣接する他のヒートパイプ３と互いに反対の向きに配置されている。その結果、ベース部２の表面上で先端部９を頂点とした三角形が形成されている。この状態を図４に示す。
【００１８】
上述のような構成で、タワー型ヒートシンク１２が形成されている。
【００１９】
上述のタワー型ヒートシンク１２が使用された状態を説明する。まず、タワー型ヒートシンク１２を電子部品１に取り付ける。このとき、電子部品１とベース部２とが接触する。この電子部品１が動作を行うことにより熱が生じる。電子部品１に生じた熱は、ベース部２に伝達される。このベース部２には、管状の複数本のヒートパイプ３の基端部４が、ベース部２に設けられている凹溝２Ａに嵌め込まれて固着されているので、ヒートパイプ３とベース部２との熱伝達面積が広くなっている。そのため、ベース部２の熱が効率良くヒートパイプ３に伝達され、フィン１０まで熱輸送される。
【００２０】
また、ヒートパイプ３の基端部４が、ベース部２および上部カバ−５によって挟持されているので、基端部４の外面全体がベース部２との間の熱伝達面となり、熱抵抗が小さくなる。その結果、電子部品１に生じた熱が、効率よくフィン１０まで熱輸送される。
【００２１】
また、ベース部２と固定部材７との間には、プラスチックシート８が設けられており、いわゆる断熱層とされている。したがって、ベース部２から固定部材７を経由する基板６への熱伝達が防止される。
【００２２】
一方、図示しないファン等によって放熱部が送風されて強制冷却される。放熱部には、平行に配置された薄板状のフィン１０が多数設けられているので、タワー型ヒートシンク１２の放熱面積が増加される。
【００２３】
前記ヒートパイプ３の先端部９は、三角形の頂点とされている。そのため、ヒートパイプ３およびフィン１０およびベース部２が、いわゆる枠組構造になるので、タワー型ヒートシンク１２の強度が向上する。
【００２４】
また、ベース部２自体に固定する機能を持たせないので電子部品１、または所定の基板６とベース部２との固定の構造が簡単になる。
【００２５】
また、前記拡散によるベース部２の温度降下が低減される。そのため、基端部４の周辺が高温に保持される。同時に、ベース部２の熱が基端部４に伝達される。基端部４に伝達された熱は、ヒートパイプ３の内部の作動流体によって、放熱部に熱輸送される。この放熱部に輸送された熱はフィン１０に伝達される。
【００２６】
このとき、ヒートパイプ３の基端部４または放熱部以外の剥き出しの湾曲部分５Ａが、ベース部２に立設されている遮蔽壁１１によって前記空気流から遮蔽されている。そのため、前記空気流がフィン１０を迂回することが防止される。換言すれば、フィン１０がヒートパイプ３に密に配置されても、送風された空気がフィン１０を通過する。
【００２７】
上述の具体例によると、タワー型ヒートシンク１２において、管状の複数本のヒートパイプ３の基端部４が、ベース部２の表面に沿わせて固着されているので、ベース部２とヒートパイプ３との熱伝達面積が広くなる。そのため、ベース部２からヒートパイプ５に効率良く熱を伝達することができる。また、ヒートパイプ５とベース部２との固定部分が大きく形成されているので、前記ヒートパイプ５とベース部２とを固定し易くすることができる。その結果、タワー型ヒートシンク１２の生産性を向上することができる。
【００２８】
また、ヒートパイプ３の湾曲部分５Ａが、ベース部２に立設されている遮蔽壁１１によって送風された空気から遮蔽されている。そのため、前記空気流がフィン１０を迂回することが防止されて、前記送風された空気がフィン１０を通過するので、タワー型ヒートシンク１２の放熱性を向上することができる。また、遮蔽壁１１によってフィン１０の設けられた放熱部を独立させることができる。その結果、前記ヒートパイプ５の湾曲部分にフィン１０を設ける必要がなくなるので、タワー型ヒートシンク１２の生産性を向上することができる。
【００２９】
また、ベース部２自体に固定する機能を持たせないので電子部品１、または所定の基板６とベース部２との固定の構造が簡単になる。そのため、タワー型ヒートシンク１２の製造性を向上することができる。また、ベース部２に電子部品１が固定されているので、電子部品１に生じた熱を効率良くベース部２に伝導することができる。したがって、タワー型ヒートシンク１２の熱的特性を向上することができる。
【００３０】
また、ベース部２の表面に密着固定された上部カバー５によって、前記ヒートパイプ３の基端部４の外面全体がベース部２との間の熱伝達面となり、熱抵抗が小さくなる。その結果、タワー型ヒートシンク１２の熱的特性を向上することができる。また、上部カバー５とベース部２とによってヒートパイプ３の固定の際に仮止めできる。その結果、タワー型ヒートシンク１２の製造時に、フィン１０の取り付け等の微調整を行うことができる。そのため、タワー型ヒートシンク１２の生産性を向上することができる。
【００３１】
また、前記ヒートパイプ３の先端部９が、多角形の頂点とされていることにより、そのため、ヒートパイプ３およびフィン１０およびベース部２が、いわゆる枠組構造になるので、タワー型ヒートシンク１２の強度を向上することができ、仮止め等を行うことができる。したがって、タワー型ヒートシンク１２の生産性を向上することができる。また、フィン１０同士の間隔を大きく形成できるので、薄板状のフィン１０は放熱面積の広いフィンを使用することができる。その結果、タワー型ヒートシンク１２の放熱性を向上することができる。
【００３２】
また、ベース部２と固定部材７との間に、プラスチックシート８が設けられて断熱層とされているので、ベース部２に伝達された大部分の熱がベース部２に拡散されずに、基端部４に伝達される。したがって、前記拡散による温度降下を減少することができる。そのため、基端部４の周辺を高温に保持することができる。基端部４の周辺が高温に保たれると、ヒートパイプ３内部の作動流体の沸騰および蒸発が効率よく行われる。その結果、ヒートパイプ３の熱輸送の効率を向上することができる。すなわち、タワー型ヒートシンク１２の放熱性を向上することができる。そのため、基板６を熱保護するためのカバー等を固定部材７に設ける必要がなくなる。したがって、タワー型ヒートシンク１２の生産性を向上することができる。
【００３３】
また、放熱部に薄板状のフィン１０が多数設けられているので、放熱面積を増加することができる。その結果、タワー型ヒートシンク１２の放熱性を向上することができる。
【００３４】
また、ヒートパイプ３が伝熱管とされていることにより、熱の移動がヒートパイプ３の内部の作動流体の潜熱としておこなわれるので、フィン１０に対する熱の移動が促進され、その結果、放熱効率を向上させることができる。
【００３５】
また、ベース部２がの固定部材７よりも熱伝導性の良い材料で形成されているので、電子部品１からベース部２に伝達される大部分の熱を、基端部４に伝達することができるので、電子部品１に生じた熱を放熱部まで効率よく熱輸送することができる。したがって、タワー型ヒートシンク１２の放熱性を向上することができる。
【００３６】
なお、この発明は上記の具体例に限定されない。すなわち、この発明における断熱層は、上述したプラスチックシート８による断熱層に限られないのであって、例えば、ベース部２と固定部材７との間に隙間が設けられて、前記隙間に介在する空気によって断熱される断熱層が形成されていてもよい。要は、ベース部と固定部材との間が断熱層が形成されていればよい。
【００３７】
また、上記の具体例のタワー型ヒートシンク１２では、三本のＬ字状に湾曲された形状のヒートパイプ３が使用されたが、この発明のタワー型ヒートシンクは、上述のヒートパイプの形状および本数に限定されない。例えば、Ｕ字状に湾曲された形状のヒートパイプを使用し、その中間部をベース部に固定する構成としてもよい。
【００３８】
さらに、上記の具体例のタワー型ヒートシンク１２では、ヒートパイプ３の湾曲部分５Ａが、遮蔽壁１１によって空気流から遮蔽されたが、この遮蔽壁の構成は、上述の遮蔽壁１１の構成に限定されない。例えば、各ヒートパイプ３の前記部分の周囲をフィルム状の部材によって覆って前記空気流から遮蔽してもよい。要は、ヒートパイプのフィンが配列されていない部分が空気流から遮蔽されていればよく、その遮蔽壁は任意の部材でよい。
【００３９】
ところで、この発明では、ヒートパイプを立設したベース部を固定部材によって基板に固定するように構成されている。したがってこの発明では、ベース部を、発熱部材を取り付けることのできる範囲で小型化することができる。そのため、ベース部は熱伝導性のよい金属とし、固定部材は安価な素材によって構成することができる。例えばベース部を銅製とし、固定部材をアルミニウム製とすることができる。こうすることにより、ヒートシンクの全体としてのコストを低廉化することができる。その場合、上記の断熱層を介在させなくてもよい。また、発熱部材は、基板に取り付けられるなど、基板に接触していてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、タワー型ヒートシンクにおいて、固定部材とベース部との間に断熱層が設けられているので、発熱部材から基板への熱伝達を防止することができ、そのため基板への熱影響を防止もしくは抑制することができる。
【００４１】
また、請求項２の発明によれば、請求項１の効果に加えて、強制冷却のときに、ヒートパイプのフィンが装着されていない部分が、遮蔽壁によって空気流から遮蔽されている。そのため、前記空気流がフィンを迂回することが防止され、その結果、送風された空気がフィンを通過するので、フィンから効率良く放熱することができる。その結果、タワー型ヒートシンクの熱的特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のタワー型ヒートシンクの一例を示す図である。
【図２】図１における発明の要部の拡大図である。
【図３】この発明のヒートパイプの一例を示す図である。
【符号の説明】
１…電子部品、２…ベース部、３…ヒートパイプ、６…基板、７…固定部材、８…プラスチックシート、１０…フィン、１１…遮蔽壁、１２…タワー型ヒートシンク。

Claims

管状の複数本のヒートパイプがベース部に立設され、そのヒートパイプにおけるベース部とは反対側の端部側に複数のフィンが装着されたタワー型ヒートシンクにおいて、
前記ベース部に発熱部材が熱伝達可能に取り付けられ、その発熱部材が所定の基板に対して非接触状態となるように前記ベース部が前記基板に搭載され、前記ベース部の周縁部をその基板に対して固定する固定部材が設けられるとともに、その固定部材とベース部との間に断熱層が介在されていることを特徴とするタワー型ヒートシンク。
前記ヒートパイプが前記ベース部に沿わせた蒸発部とその蒸発部に対して湾曲させられた前記ベース部に対して立設されている凝縮部とを備え、前記フィンが前記湾曲している部分よりも先端部側に装着されており、かつフィンが装着されていない部分で、前記ベース部の表面から所定高さの部分を前記フィンと平行な方向の送風に対して遮断する遮蔽壁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のタワー型ヒートシンク。