JP2004297024A

JP2004297024A - Heat radiation device for electronic circuit substrate provided with high heat generating element

Info

Publication number: JP2004297024A
Application number: JP2003122876A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Hagiwara; 克之萩原; Kazuhiro Kitagawa; 和宏北川
Original assignee: ARD KK; TS Heatronics Co Ltd
Current assignee: ARD KK; TS Heatronics Co Ltd
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-21

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain sufficient heat radiation performance without using a fan for silence, in a heat radiation device for a heater fitted on an electronic circuit substrate. <P>SOLUTION: To cool the electronic circuit substrate and the heater such as a semiconductor element, etc. mounted on a surface of the electronic circuit substrate, a long heat pipe is brought into contact with the semiconductor element acting as the heater of the electronic circuit substrate. The long heat pipe is folded and extended to an opposite surface of a surface, on which the semiconductor element is fitted, of the electronic circuit substrate, and a heat radiating means is fitted on the long heat pipe on the opposite surface. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路基板に取り付けられた半導体素子などの発熱体から発生する熱をファン無しで効率的に除去する構造を有する電子回路基板の放熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の仕様の多様化に伴いベース基板に様々な機能の付加された複数の電子回路基板を組合わせて一つの電子回路装置を構成する場合が増えている。例えば、コンピュータ等の電子回路装置においては、用途に応じて様々な仕様があるため、ベース基板の上に更に拡張用の電子回路基板を搭載するようになっている。拡張用の電子回路基板としては、ＡＧＰ（ＡｃｃｅｌｅｒａｔｅｄＧｒａｐｈｉｃｓＰｏｒｔ）カードがある。ＡＧＰカードの放熱装置に関する従来技術としては、放熱フィンを直接取り付けるか、放熱ファンを直接取り付けるか、あるいは，放熱用フィンとファンを組み合わせて直接取り付ける技術が知られている（特許文献１参照特開平７−３００２５号公報）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−３００２５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年は電子回路の高性能化とともに、演算処理速度の高速化が強く望まれるようになり、電子回路基板上に搭載される半導体素子も必然的に動作速度が上がり、それに伴って発熱量が益々増加している。そのため、従来のように発熱素子に冷却フィンを直接取り付けて放熱を行う方法では、大型のフィンを取り付けなければ十分な放熱を行えないという問題が発生してきた。さらに、電子機器装置が小型化されているためフィンを配置するための十分な空間を取れないという問題も発生した。
【０００５】
そのため、高性能の電子回路を長期間信頼性良く稼動させるために、電子回路基板に搭載された半導体素子に、ファンもしくは、フィンとファンを組合わせた放熱器を直接取り付けて温度上昇を抑えることが行われた。
【０００６】
しかし、静かな環境で使用する必要のある電子機器装置にファンを使用する場合は、ファンによる騒音が発生し問題となった。
【０００７】
本発明の上記問題を鑑みて、電子回路基板に取り付けられた発熱体の放熱装置において、静音のためにファンを用いずに、十分な放熱性能を維持することのできる電子回路基板用の放熱装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、電子回路基板と、前記電子回路基板に搭載された半導体素子等の発熱体を冷却するために、前記電子回路基板の発熱体である半導体素子に長尺のヒートパイプを接触させ、該長尺のヒートパイプを前記電子回路基板の半導体素子が取り付けられている面の反対面まで略Ｕの字形状に折り曲げて伸ばし、該反対面で前記長尺のヒートパイプに放熱手段を取り付けたことを特徴とする。このような構成にすることにより、放熱装置を配置するのに十分な空間が無い場合においても電子回路基板の発熱体が配置された面の反対面に熱を移送して放熱することによりファンが無くても十分な放熱性能を維持することができるようになる。
【０００９】
請求項２の発明によれば、前記ヒートパイプとして細径ヒートパイプを用いたことを特徴とする。このような構成にすることにより、姿勢に関係なく電子回路基板が水平に配置され基板の高い面から低い面に熱を移送する場合においても、良好な熱移送がなされ、放熱することができる。
【００１０】
請求項３の発明によれば、前記細径ヒートパイプとして複数の平行なトンネルが可曉性金属の押出し成型により形成され、該トンネル間の隔壁を端部において所定の手段で切除することにより複数のターン部を有する細径経路を形成し、内部に所定の作動液を密閉封入した可暁性金属の押出し管を用いたことを特徴とする。このような構成にすることにより、細径ヒートパイプと発熱体及び放熱手段との接触面を平坦にすることができ、容易に前記発熱体及び放熱手段を前記細径ヒートパイプに熱移送が効率よく行えるように固定することができる。
【００１１】
請求項４の発明によれば、前記放熱手段としてコルゲートフィンを用いたことを特徴とする。このように接触面を持つ簡単な構造のフィンを用いることにより、容易な固定方法で長尺のヒートパイプに前記コルゲートフィンを固定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電子回路基板用冷却装置の実施の形態を図面を参照して更に詳細に説明する。
【００１３】
図１及び図２は、本発明による電子回路基板用冷却装置の実施形態を示す。それぞれ正面図及び断面図である。
【００１４】
本実施例は本件発明をコンピュータ用のグラフィックボードとして用いられるＡＧＰボードに適応したものである。図１及び図２において、電子回路基板１０１に高発熱となる画像処理素子１０３が取り付けられており、コンピュータケースへの取り付け及び外部接続機器（モニター等）への接続用コネクタ固定金具１０５が取り付けられている。ＡＧＰボード１００はコネクタ部１０７をコンピュータのマザーボード（図示せず）の所定の場所へ取り付けることによりコンピュータに接続される。
高発熱となる画像処理素子１０３には長尺のヒートパイプ１０９が熱伝導シートを挟んだり、シリコングリースを塗布する方法等の所定の接続手段で熱的に接触している。また長尺のヒートパイプ１０９は所定の固定手段により電子回路基板１０１に絶縁されて動かないように固定されている。該長尺のヒートパイプ１０９はほぼ中央部１２１でＵ字形状に折り曲げられており電子回路基板１０１を挟むように配置されている。また、ヒートパイプ１０９には電子回路基板１０１の画像処理素子１０３が配置されていない反対面でコルゲートフィン１１１が半田付けにより取り付けられている。
このように配置することにより放熱画像処理素子１０３から発生した熱を電子回路基板１０１の画像処理素子１０３が配置されている放熱フィンを装着できないくらいに非常に狭い空間から、放熱フィンを配置するには十分な比較的広い空間のある反対面まで移送し、放熱することができる。
また、ヒートパイプ１０９として、プレート形の細径ヒートパイプを用いているのでＡＧＰボードの姿勢に関係なく熱を移送し放熱することができる。
ここで、図３，４を用いて本件発明に使用しているプレート形の細径ヒートパイプの例として、細孔が比較的薄い平板の中に作り込まれていたプレート型細孔ヒートパイプを示す。
本実施例におけるプレート形の細径ヒートパイプは、例えば図３の様な蛇行細孔トンネルプレート型ヒートパイプもしくは図４の様な平行細孔トンネルプレート型ヒートパイプがある。該細孔トンネルプレートはアルミやマグシウム等の可暁性金属を押出し成型することにより安価に製作することができる。
次に、上記細孔トンネルプレート型ヒートパイプについて図３の蛇行細孔トンネルプレート型ヒートパイプを例にとって説明する。
【００１５】
プレート型の蛇行細孔トンネルプレート型ヒートパイプは、アルミニウムやマグネシウム等の軽金属の多孔扁平管を用いる。この多孔扁平管５１（６１）は、全体として平板状の外形を有し、内部に平行に配置された多数の貫通細孔５７ａ及び５７ｂ（６８ａ及び６８ｂ）が押し出し成形により形成されている。貫通細孔の端面の隔壁を所定の深さだけ切除し、反対側の端面でも切除する。各細孔は端部で連通して一連の蛇行トンネル（熱媒体通路）となり、ここに作動流体が封入される。
上記細孔ヒートパイプとは、以下の特性を有するヒートパイプのことである。（特開平４−１９００９０号、特許第２７１４８８３号、特公平２−３５２３９号参照）。
（１）細管（熱媒体通路）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）熱部と放熱部が交互に配置されており、両部の間を細孔が往復している。
（３）孔内には２相凝縮性流体が封入されている。
（４）細孔の内壁は、上記作動流体が細孔内を閉塞して循環または移動することができる最大直径以下の径をもつ。
以上説明した様に細径ヒートパイプを用いることにより、発熱体への細管ヒートパイプの取り付け姿勢に関係なく熱輸送させることができる。
以上の構成により、構造が簡単で静音のためにファンを用いずに、十分な放熱性能を維持することのできるＡＧＰボード（電子回路基板）用放熱装置を提供することができる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、電子回路基板と、前記電子回路基板の面に搭載された半導体素子等の発熱体を冷却するために、前記電子回路基板の発熱体である半導体素子に長尺のヒートパイプを接触させ、該長尺のヒートパイプを前記電子回路基板の半導体素子が取り付けられている面の反対面まで略Ｕの字形状に折り曲げて伸ばし、該反対面で前記長尺のヒートパイプに放熱手段を取り付けたことにより、放熱装置を配置するのに十分な空間が無い場合においても電子回路基板の発熱体が配置された面の反対面に熱を移送して放熱することによりファンが無くても十分な放熱性能を維持することができるようになる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、前記ヒートパイプとして細径ヒートパイプを用いたことにより、姿勢に関係なく電子回路基板が水平に配置され基板の高い面から低い面に熱を移送する場合においても、良好な熱移送がなされ、放熱することができる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、前記細径ヒートパイプとして複数の平行なトンネルが可曉性金属の押出し成型により形成され、該トンネル間の隔壁を端部において所定の手段で切除することにより複数のターン部を有する細径経路を形成し、内部に所定の作動液を密閉封入した可曉性金属の押出し管を用いたことにより、細径ヒートパイプと発熱体及び放熱手段との接触面を平坦にすることができ、容易に前記発熱体及び放熱手段を前記細径ヒートパイプに熱移送が効率よく行えるように固定することができる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、前記放熱手段としてコルゲートフィンを用いたことにより、容易な固定方法で長尺のヒートパイプに前記コルゲートフィンを固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子回路基板用放熱装置の正面図。
【図２】本発明に係る電子回路基板用放熱装置の側面図。
【図３】本発明に用いられる蛇行細孔トンネルプレート型ヒートパイプの平面構造図。
【図４】本発明に用いられる平行細孔トンネルプレート型ヒートパイプの平面構造図。
【符号の説明】
５１、６１多孔扁平管
５７ａ、５７ｂ、６８ａ、６８ｂ貫通細孔
１００ＡＧＰボード
１０１電子回路基板
１０３画像処理素子
１０７コネクタ部
１０９長尺のヒートパイプ
１１１コルゲートフィン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat radiating device for an electronic circuit board having a structure for efficiently removing heat generated from a heating element such as a semiconductor element attached to the electronic circuit board without a fan.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the diversification of specifications of electronic devices, the number of cases in which one electronic circuit device is configured by combining a plurality of electronic circuit boards with various functions added to a base substrate is increasing. For example, in an electronic circuit device such as a computer, there are various specifications depending on the application, so that an electronic circuit board for expansion is further mounted on a base substrate. As an electronic circuit board for expansion, there is an AGP (Accelerated Graphics Port) card. As the prior art relating to the heat radiating device of the AGP card, there is known a technology of directly attaching a heat radiating fin, directly attaching a heat radiating fan, or directly attaching a heat radiating fin and a fan in combination (see Patent Document 1). No. 7-30025).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-7-30025
[Problems to be solved by the invention]
However, in recent years, there has been a strong demand for higher processing speeds along with higher performance of electronic circuits, and the operating speed of semiconductor elements mounted on electronic circuit boards has inevitably increased. Are increasing. For this reason, in the conventional method of dissipating heat by directly attaching the cooling fins to the heating element, there has been a problem that sufficient heat dissipation cannot be performed unless a large fin is attached. In addition, there has been a problem that a sufficient space for arranging the fins cannot be obtained because the electronic apparatus is downsized.
[0005]
Therefore, in order to operate high-performance electronic circuits with high reliability for a long period of time, the temperature rise must be suppressed by directly attaching a fan or a radiator combining a fin and a fan to the semiconductor element mounted on the electronic circuit board. Was made.
[0006]
However, when a fan is used for an electronic apparatus that needs to be used in a quiet environment, noise is generated by the fan, which is a problem.
[0007]
In view of the above problems of the present invention, in a heat radiating device for a heating element attached to an electronic circuit board, a heat radiating device for an electronic circuit board capable of maintaining a sufficient heat radiating performance without using a fan for quietness. Is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the invention of claim 1, in order to cool an electronic circuit board and a heating element such as a semiconductor element mounted on the electronic circuit board, a long heat is applied to the semiconductor element which is a heating element of the electronic circuit board. The pipe is brought into contact, the long heat pipe is bent and extended in a substantially U-shape to a surface opposite to the surface on which the semiconductor element of the electronic circuit board is mounted, and the long heat pipe is formed on the opposite surface. The heat radiation means is attached. With such a configuration, even when there is not enough space for disposing the heat radiating device, the fan is transferred by transferring heat to the surface opposite to the surface on which the heating element of the electronic circuit board is disposed, thereby radiating the fan. Even without it, sufficient heat radiation performance can be maintained.
[0009]
According to the invention of claim 2, a small-diameter heat pipe is used as the heat pipe. With such a configuration, good heat transfer can be achieved and heat can be radiated even when the electronic circuit board is horizontally arranged and heat is transferred from a high surface to a low surface of the substrate regardless of the posture.
[0010]
According to the invention of claim 3, a plurality of parallel tunnels are formed as the small-diameter heat pipe by extrusion molding of a viable metal, and a partition between the tunnels is cut off at an end by a predetermined means. And an extrudable tube made of a fusible metal in which a predetermined working fluid is hermetically sealed and formed therein. With such a configuration, the contact surface between the small-diameter heat pipe and the heating element and the heat radiating means can be flattened, and the heat transfer from the heating element and the heat radiating means to the small-diameter heat pipe can be performed easily. It can be fixed for better performance.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, a corrugated fin is used as the heat radiation means. By using a fin having a simple structure having a contact surface, the corrugated fin can be fixed to a long heat pipe by an easy fixing method.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of an electronic circuit board cooling device according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
[0013]
1 and 2 show an embodiment of a cooling device for an electronic circuit board according to the present invention. It is a front view and a sectional view, respectively.
[0014]
In this embodiment, the present invention is applied to an AGP board used as a graphic board for a computer. 1 and 2, an image processing element 103 that generates high heat is attached to an electronic circuit board 101, and a connector fixing bracket 105 for attachment to a computer case and connection to an external device (such as a monitor) is attached. ing. The AGP board 100 is connected to the computer by attaching the connector section 107 to a predetermined location on a motherboard (not shown) of the computer.
A long heat pipe 109 is in thermal contact with the image processing element 103 that generates high heat by a predetermined connection means such as a method of sandwiching a heat conductive sheet or applying silicon grease. The long heat pipe 109 is insulated from the electronic circuit board 101 by a predetermined fixing means and fixed so as not to move. The long heat pipe 109 is bent into a U-shape at a substantially central portion 121 and is arranged so as to sandwich the electronic circuit board 101. A corrugated fin 111 is attached to the heat pipe 109 by soldering on the opposite surface of the electronic circuit board 101 where the image processing element 103 is not arranged.
By arranging the fins in this manner, heat generated from the radiating image processing elements 103 can be dissipated from a very narrow space of the electronic circuit board 101 where the radiating fins on which the image processing elements 103 are arranged cannot be mounted. Can be transported to the opposite side with sufficient relatively large space to dissipate heat.
Further, since a plate-shaped small-diameter heat pipe is used as the heat pipe 109, heat can be transferred and radiated regardless of the posture of the AGP board.
Here, as an example of the plate-shaped small-diameter heat pipe used in the present invention with reference to FIGS. 3 and 4, a plate-type pore heat pipe formed in a relatively thin flat plate is used. Show.
The plate-shaped small-diameter heat pipe in this embodiment includes, for example, a meandering pore tunnel plate heat pipe as shown in FIG. 3 or a parallel pore tunnel plate heat pipe as shown in FIG. The pore tunnel plate can be manufactured at low cost by extruding a fusible metal such as aluminum or magnesium.
Next, the above-mentioned pore tunnel plate type heat pipe will be described by taking the meandering pore tunnel plate type heat pipe of FIG. 3 as an example.
[0015]
The plate-shaped meandering pore tunnel plate-type heat pipe uses a porous flat tube made of a light metal such as aluminum or magnesium. The porous flat tube 51 (61) has a flat outer shape as a whole, and has a large number of through-holes 57a and 57b (68a and 68b) arranged in parallel inside by extrusion molding. The partition wall on the end face of the through-hole is cut off by a predetermined depth, and the cut face is cut off on the opposite end face. Each pore communicates at the end to form a series of meandering tunnels (heat medium passages) in which the working fluid is sealed.
The pore heat pipe is a heat pipe having the following characteristics. (See Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-190090, Japanese Patent No. 2714883, and Japanese Patent Publication No. 2-35239).
(1) Both ends of the thin tube (heat medium passage) are connected to each other in a freely circulating manner and are sealed.
(2) Heating portions and heat radiating portions are alternately arranged, and pores reciprocate between both portions.
(3) A two-phase condensable fluid is sealed in the hole.
(4) The inner wall of the pore has a diameter equal to or less than the maximum diameter at which the working fluid can circulate or move while closing the pore.
By using the small-diameter heat pipe as described above, heat can be transported regardless of the mounting posture of the thin-tube heat pipe to the heating element.
With the above configuration, it is possible to provide a heat radiating device for an AGP board (electronic circuit board) which has a simple structure and can maintain a sufficient heat radiating performance without using a fan for noise reduction.
[0016]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, in order to cool the electronic circuit board and the heating element such as the semiconductor element mounted on the surface of the electronic circuit board, the semiconductor element which is the heating element of the electronic circuit board is long. The heat pipe is contacted, and the long heat pipe is bent and extended in a substantially U-shape to a surface opposite to the surface on which the semiconductor element of the electronic circuit board is mounted, and the long heat pipe is formed on the opposite surface. By attaching heat radiating means to the pipe, even if there is not enough space to dispose the heat radiating device, the fan transfers heat to the surface opposite to the surface on which the heating element of the electronic circuit board is disposed and dissipates heat. Even if there is no, it is possible to maintain sufficient heat radiation performance.
[0017]
According to the invention of claim 2, by using a small-diameter heat pipe as the heat pipe, even in a case where the electronic circuit board is horizontally arranged and heat is transferred from a high surface to a low surface of the substrate regardless of the posture. Good heat transfer is achieved and heat can be dissipated.
[0018]
According to the invention of claim 3, a plurality of parallel tunnels are formed as the small-diameter heat pipe by extrusion molding of a viable metal, and a partition between the tunnels is cut off at an end by a predetermined means. By forming a small-diameter path having a turn portion, and using an extrudable tube made of a viable metal in which a predetermined working fluid is hermetically sealed, the contact surface between the small-diameter heat pipe, the heating element, and the radiating means is formed. The heat generating element and the heat radiating means can be easily fixed to the small-diameter heat pipe so that heat can be efficiently transferred.
[0019]
According to the fourth aspect of the present invention, since the corrugated fins are used as the heat radiating means, the corrugated fins can be fixed to the long heat pipe by an easy fixing method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a heat dissipation device for an electronic circuit board according to the present invention.
FIG. 2 is a side view of the heat dissipation device for an electronic circuit board according to the present invention.
FIG. 3 is a plan view of a meandering pore tunnel plate type heat pipe used in the present invention.
FIG. 4 is a plan view of a parallel pore tunnel plate type heat pipe used in the present invention.
[Explanation of symbols]
51, 61 perforated flat tube 57a, 57b, 68a, 68b through hole 100 AGP board 101 electronic circuit board 103 image processing element 107 connector 109 long heat pipe 111 corrugated fin

Claims

In order to cool a heating element such as a semiconductor element mounted on the electronic circuit board and the electronic circuit board, a long heat pipe is brought into contact with a semiconductor element which is a heating element of the electronic circuit board, and The heat pipe is bent and extended in a substantially U-shape to a surface opposite to the surface on which the semiconductor element of the electronic circuit board is mounted, and a heat radiating means is attached to the long heat pipe on the opposite surface. Heat dissipation device for electronic circuit boards.

The heat dissipation device for an electronic circuit board according to claim 1, wherein a small-diameter heat pipe is used as the heat pipe.

A plurality of parallel tunnels are formed by extrusion of a fusible metal as the small diameter heat pipe, and a partition between the tunnels is cut off at an end by a predetermined means to form a small diameter path having a plurality of turns. 3. The heat radiating device for an electronic circuit board according to claim 2, wherein an extruded tube of a viscous metal formed and hermetically sealed with a predetermined working fluid is used.

4. The heat radiating device for an electronic circuit board according to claim 1, wherein a corrugated fin is used as said heat radiating means.