JP4707840B2

JP4707840B2 - 放熱器及びこの製造方法

Info

Publication number: JP4707840B2
Application number: JP2001004744A
Authority: JP
Inventors: 達也山岡; 浩二久保
Original assignee: ティーエスヒートロニクス株式会社
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2021-01-12
Also published as: JP2002206881A

Description

【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放熱器に関する。特には、薄型で高い放熱機能を有する放熱器に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
電子機器の回路基板上に搭載される半導体素子等の発熱体の冷却には、従来より放熱器が使用されている。放熱器の中で、ヒートパイプ式のものは熱輸送性能が高いことで知られている。一般的なヒートパイプ式の放熱器は、発熱体が取り付けられるベース板と、このベース板に一部が取り付けられているヒートパイプとから主に構成されている。ヒートパイプとは、中空体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。発熱体からベース板に伝えられた熱は、ベース板に接するヒートパイプに伝えられ、この部分のヒートパイプ内の作動流体を蒸発させる。発生した蒸気は、ヒートパイプのベース板が取り付けられていない部分（放熱部）に移り、同部において、蒸気は放熱して液体に戻る。この密閉空間内の作動流体の相の変化や移動により、発熱体の熱を放熱する。放熱部にはフィンが設けられて、熱を有効に拡散させる。
【０００３】
近年では、電子機器の小型化にともなって、電子機器に搭載される部品の集積度や搭載密度はますます上がっており、そのため放熱器の薄型化や放熱能力の一層の向上が求められている。
【０００４】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、薄型で高い放熱能力を有する放熱器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の放熱器は、高伝熱性材料からなる受熱板と、該受熱板に一部（受熱部）が埋め込まれ、他の一部（放熱部）が前記受熱板の外部に延出したプレート型ヒートパイプと、を具備する放熱器であって、前記受熱板が、複数列の前記プレート型ヒートパイプと、該プレート型ヒートパイプの列の間にそれぞれ１枚ずつ挟まれた複数のバー状スペーサとからなり、前記プレート型ヒートパイプが、前記スペーサに形成された切り欠きにあてがわれるとともに、前記スペーサが、前記切り欠きのない側において、隣り合う前記スペーサ間に若干の空間が開いて、前記プレート型ヒートパイプの列の間に挟まれた状態で、前記プレート型ヒートパイプと前記複数のバー状スペーサが接合されて前記受熱板が形成されていることを特徴とする。
受熱板にプレート型ヒートパイプを埋め込んだことにより、発熱体から受熱板に伝わった熱を迅速に放熱部へ移動させることができる。また、プレート型ヒートパイプが受熱板の平面方向に延出した構造を有するため、放熱器を薄くできる。
本発明の放熱器の製造方法は、前記プレート型ヒートパイプと前記スペーサが重なった部分を、重なり方向に両側から治具等で挟んで締めた状態で両者を接合することを特徴とする
【０００６】
本発明においては、前記受熱板が、複数列のプレート型ヒートパイプと、その間に挟まれたスペーサとからなる。プレート型ヒートパイプの受熱板への埋め込み作業を簡易化できる。さらに、受熱板を薄くできる。
【０００７】
本発明においては、前記受熱板が、前記プレート型ヒートパイプと前記スペーサとが接合された状態で面加工が施されていることとが好ましい。ヒートパイプとスペーサの接合後に機械加工を行うので、面加工された部分がフラットネスを確保でき、発熱体を密着させて取り付けることができるため、発熱体から受熱板への熱伝達が効率よく行われる。
【０００８】
本発明の他の形態の放熱器は、蛇腹状に成形されたプレート型ヒートパイプと、該プレート型ヒートパイプの一部（受熱部）において、隣り合うプレート型ヒートパイプ間を埋める高伝熱性材料からなるスペーサと、を具備し、前記プレート型ヒートパイプの他の一部（放熱部）が冷却に適した形態を有することを特徴とする。
蛇腹状のプレート型ヒートパイプの一部に、高伝熱性スペーサを介在させて受熱部を形成し、他の一部に放熱部を形成することにより、プレート型ヒートパイプの熱輸送能力を有効に利用することができるため、高い放熱能力を有する放熱器を提供できる。
【０００９】
本発明においては、前記放熱部の隣り合うプレート型ヒートパイプ間に伝熱フィンを設けることとすれば、放熱能力をさらに高めることができる。
【００１０】
【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、本発明の実施の形態に係る放熱器の構造を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
図２は、図１の放熱器を模式的に示す一部斜視図である。
図３は、図１の放熱器を模式的に示す一部断面図である。
この放熱器１は、ベース板３と、同ベース板３に一部（受熱部）が埋め込まれているプレート型ヒートパイプ５と、同プレート型ヒートパイプ５の他の部分（放熱部）に接続されている複数のフィン列７と、ファン９とから構成される。
【００１１】
ベース板３は、アルミ等の高熱伝導性を有する材料で作製されたスペーサであって、図２及び図３に示すように、断面がＬ字型のスペーサ１１を、プレート型ヒートパイプ５を挟んで、複数並べたものである。各スペーサ１１はほぼ平たいバー状で、一つの側面に、プレート型ヒートパイプ５の断面とほぼ同じ大きさの切り欠き１３が長手方向に形成されている。なお、切り欠き１３の大きさは、図３に示すように、長手方向の幅ａがプレート型ヒートパイプ５の幅とほぼ等しく、短手方向の幅ｂはプレート型ヒートパイプ５の厚さよりもやや薄い。
【００１２】
プレート型ヒートパイプ５は、蛇行細孔が比較的薄い平板の中に作り込まれた蛇行細孔ヒートパイプ等が使用される。蛇行細孔プレート型ヒートパイプとは、以下の特性を有するヒートパイプである（特開平４−１９００９０号参照）。
（１）細孔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）細孔のある部分は受熱部、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、両部の間を細孔が蛇行している。
（４）細孔内には２相凝縮性作動流体が封入されている。
（５）細孔の内壁は、蒸気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径以下の径をもつ。
【００１３】
プレート型ヒートパイプ５は、細孔の長さ方向に蛇腹状に折り曲げられている。したがって、プレート型ヒートパイプ５は、両側の湾曲部５ａ、５ｂ間で、一定の間隔の空間を挟んでほぼ平行に蛇行して並んでいる。一方の湾曲部５ｂ側のプレート型ヒートパイプ５の間の各空間には、スペーサ１１がはめ込まれている。ここで、スペーサ１１の長さは、折り曲げられたプレート型ヒートパイプ５の両湾曲部５ａ、５ｂ間の長さのほぼ半分の長さである。このとき、スペーサ１１の切り欠き１３にプレート型ヒートパイプ５をあてがうと、隣り合うスペーサ１１同士は、側面の一部（切り欠き部１３）がプレート型ヒートパイプ５を介した状態で配列される。一方、残りの一部（切り欠きのない側面の部分）は、隣りのスペーサ１１の側面に、若干の空間１５が開いた状態で配置される。
【００１４】
上述の状態で、プレート型ヒートパイプ５とスペーサ１１間をロウ付けや熱伝導性の良い接着剤等で接合する。これにより、複数のスペーサ１１間にプレート型ヒートパイプ５が埋め込まれたベース板３（受熱部）が形成される。このとき、プレート型ヒートパイプ５とスペーサ１１が重なった部分を、重なり方向に両側から治具等で挟んで締めれば、プレート型ヒートパイプ５とスペーサ１１との密着性が増す。隣り合うスペーサ１１の一部側面間には若干の空間１５が形成されているため、プレート型ヒートパイプ５とスペーサ１１とが密着しやすくなる。
【００１５】
プレート型ヒートパイプ５の他方の湾曲部５ａ側の、プレート型ヒートパイプ５の間の各空間には、フィン列７がはめ込まれて、ロウ付けや高熱伝導性の接着剤等で固定されている。この部分が放熱部となる。フィン列７は、アルミ等の高熱伝導性材料で作製された、コルゲート型フィンである。
このように、放熱部は、ベース板３から同ベース板３と同じ面上に延びて、同ベース板３とほぼ同じ厚さとなるため、放熱器１の厚さを、プレート型ヒートパイプ５の幅程度に薄くすることができる。
【００１６】
一例として、プレート型ヒートパイプ５の幅は約１８．８ｍｍで、縦約２７５ｍｍ、横約２８６ｍｍとなるように蛇腹状に折り曲げられている。スペーサ１１は、長さが約１４０ｍｍ、断面の長辺の長さは約２５ｍｍである。短辺は上述のプレート型ヒートパイプ５の折り曲げ間隔より若干短い長さである。
【００１７】
上述の放熱器１のベース板３の一面は、スペーサ１１の一側面３ａ（切り欠き１３が形成されていない面）が空間１５を介して平面状に並んだ状態となり、ほぼ平坦な面となる。さらに、この面３ａを切削加工して平面性を確保して、発熱体１７が取り付けられる。発熱体１７から放出される熱は、スペーサ１１の側面３ａからスペーサ１１の中に伝わり、さらにプレート型ヒートパイプ５に伝わる。プレート型ヒートパイプ５に伝わった熱は、同プレート型ヒートパイプ５に沿って放熱部に移動し、フィン列７から放熱される。放熱部には単数又は複数のファン９が設けられており、フィン列７からの放熱を促進させている。
【００１８】
このように、発熱体１７から熱が伝えられるベース板３にプレート型ヒートパイプ５を埋め込んだことにより、ベース板３内での熱の移動がより促進され、放熱部への熱輸送能力が向上する。さらに、ベース板３内に埋め込まれている部分のプレート型ヒートパイプ５の表面積が比較的大きいため、ベース板３内でプレート型ヒートパイプ５に熱をより有効に移動させることができる。
【００１９】
図４は、本発明の他の実施の形態に係る放熱器の構造を示す正面図である。
この例の放熱器３１は、プレート型ヒートパイプ３５の放熱部が、ベース板３３の両側に設けられている。
放熱器３１は、ベース板３３と、同ベース板３３に一部（受熱部）が埋め込まれているプレート型ヒートパイプ３５と、同プレート型ヒートパイプ３５の他の部分（放熱部）に接続されている複数のフィン列３７から構成される。ベース板３３は、図１の実施例と同様に、アルミ等で作製された複数のスペーサ１１から構成されている。
【００２０】
ベース板３３は、折り曲げられたプレート型ヒートパイプ３５の、両側の湾曲部３５ａ、３５ｂ間のほぼ中央の各空間に設けられている。プレート型ヒートパイプ３５の両側の湾曲部３５ａ、３５ｂは、ベース板３３の両側から、ベース板３３と同じ面上を外方向に延びている。この外方向に延びた両側の部分（放熱部）に、フィン列３７がロウ付け等により接続されている。
【００２１】
この例の放熱器３１は、放熱部がベース板３３の両側に位置するため姿勢依存性がなく、いろいろなレイアウトに設置することができる。
【００２２】
図５は、本発明の他の実施の形態に係る放熱器の構造を示す正面図である。
この例の放熱器５１は、プレート型ヒートパイプ５５の放熱部が、２枚のベース板５３の中央に設けられている。
この例の放熱器５１は、２枚のベース板５３、５４と、同ベース板５３、５４に一部（受熱部）が埋め込まれているプレート型ヒートパイプ５５と、同プレート型ヒートパイプ５５の他の部分（放熱部）に接続されている複数のフィン列５７から構成される。ベース板５３、５４は、図１の実施例と同様に、アルミ等で作製された複数のスペーサ１１から構成されている。
【００２３】
ベース板５３、５５は、折り曲げられたプレート型ヒートパイプ５５の、両側の湾曲部５５ａ、５５ｂの付近の各空間に設けられている。ベース板５３、５４の間は、プレート型ヒートパイプ５５が空間を挟んで並んでおり、この部分（放熱部）に、フィン列５７がロウ付け等により接続されている。
【００２４】
この例の放熱器５１は、ベース板５３、５４が２枚であり、２ヶ所に発熱体を設置することができる。
【００２５】
【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、ベース板にプレート型ヒートパイプを埋め込んだことにより、発熱体から受熱板に伝わった熱を迅速に放熱部へ移動させることができるため、高い熱輸送能力を有するプレート型ヒートパイプを提供できる。また、プレート型ヒートパイプが受熱板の平面方向に延出した構造を有するため、放熱器を薄くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る放熱器の構造を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図２】図１の放熱器を模式的に示す一部斜視図である。
【図３】図１の放熱器を模式的に示す一部断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る放熱器の構造を示す正面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る放熱器の構造を示す正面図である。
【符号の説明】
１、３１、５１放熱器
３、３３、５３ベース板
５、５３、５５プレート型ヒートパイプ
７、３７、５７フィン列
９ファン１１スペーサ
１３切り欠き１５空間
１７発熱体

Claims

高伝熱性材料からなる受熱板と、
該受熱板に一部（受熱部）が埋め込まれ、他の一部（放熱部）が前記受熱板の外部に延出したプレート型ヒートパイプと、
を具備する放熱器であって、
前記受熱板が、複数列の前記プレート型ヒートパイプと、該プレート型ヒートパイプの列の間にそれぞれ１枚ずつ挟まれた複数のバー状スペーサとからなり、
前記プレート型ヒートパイプが、前記スペーサに形成された切り欠きにあてがわれるとともに、
前記スペーサが、前記切り欠きのない側において、隣り合う前記スペーサ間に若干の空間が開いて、前記プレート型ヒートパイプの列の間に挟まれた状態で、
前記プレート型ヒートパイプと前記複数のバー状スペーサが接合されて前記受熱板が形成されていることを特徴とする放熱器。
前記受熱板が、前記プレート型ヒートパイプと前記スペーサとが接合された状態で面加工が施されていることを特徴とする請求項１記載の放熱器。
前記放熱部の隣り合うプレート型ヒートパイプ間に伝熱フィンが設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の放熱器。
請求項１〜３記載の放熱器の製造方法であって、
前記プレート型ヒートパイプと前記スペーサが重なった部分を、重なり方向に両側から治具等で挟んで締めた状態で両者を接合することを特徴とする放熱器の製造方法。