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JP2022137759A - ヒートシンク - Google Patents

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Abstract

【課題】放熱フィンの放熱効率の低下を防止しつつ、放熱フィンのフィン面積を増大させることで、優れた放熱特性を発揮できるヒートシンクを提供する。【解決手段】ヒートシンク１は、内部に空洞部１３が形成された、第１の面２１と第１の面に対向した第２の面２２を有するコンテナ１０と、空洞部に封入された作動流体と、気相の作動流体が流通する、空洞部に設けられた蒸気流路１５と、を備える。第１の面が、平面部位と平面部位から外方向へ突出した凸部位を有することで、コンテナが、平面部と平面部から外方向へ突出した凸部１６を有し、コンテナの凸部の内部空間が、前記平面部の内部空間と連通していることで、空洞部が形成される。第１の面のうち、平面部位の外面に第１の放熱フィン４１が設けられ、第２の面の外面に第２の放熱フィン４３が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、優れた放熱フィン効率を有することで、優れた冷却特性を発揮するヒートシンクに関するものである。
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、高機能化に伴う高密度搭載等により、発熱量が増大し、近年、その冷却がより重要となっている。電子部品等の発熱体の冷却方法として、ベーパーチャンバに放熱フィンが設けられたヒートシンクが使用されることがある。
ベーパーチャンバは、内部に空洞部が形成された平面型コンテナと、平面型コンテナの空洞部に封入された作動流体と、気相の前記作動流体が流通する、空洞部に設けられた蒸気流路と、を備えた熱輸送部材である。ベーパーチャンバの空洞部は、減圧処理された密閉空間となっている。ベーパーチャンバの熱輸送機能によって、ベーパーチャンバに熱的に接続された発熱体からの熱がベーパーチャンバ全体にわたって輸送され、ベーパーチャンバ全体に輸送された熱が、ベーパーチャンバの外面に熱的に接続された放熱フィンへ伝導し、放熱フィンから外部環境へ放熱されることで、発熱体が冷却される。
ヒートシンクの冷却対象である半導体素子等の発熱体は発熱量がますます増大していることから、高発熱量の発熱体を効率よく冷却するために、例えば、発熱体から奪った熱を拡散する熱拡散部と、前記熱拡散部の厚み方向に積層され、前記熱拡散部が拡散する熱を輸送する熱輸送部と、を備え、前記熱拡散部は、上部板と、前記上部板と対向する下部板と、前記上部板と前記下部板との積層によって形成される冷媒を封入可能な内部空間と、を備え、前記熱輸送部は、上部板と、前記上部板と対向する下部板と、前記上部板と前記下部板との積層によって形成される冷媒を封入可能な内部空間と、を備えた冷却装置が提案されている（特許文献１）。特許文献１では、熱拡散機能を有するベーパーチャンバと熱輸送機能を有するベーパーチャンバとの積層構造とすることで、高発熱量の発熱体を効率よく冷却させる装置である。
しかし、特許文献１では、熱拡散機能を有するベーパーチャンバに熱輸送機能を有するベーパーチャンバが熱的に接続された構造となっているので、熱拡散機能を有するベーパーチャンバと熱輸送機能を有するベーパーチャンバとの間に熱抵抗が生じることから、高発熱量の発熱体を効率よく冷却する点で、改善の必要性があった。
一方で、高発熱量の発熱体を冷却するために、ベーパーチャンバの外面に熱的に接続される放熱フィンのフィン面積を増大させて、放熱フィンの放熱特性を向上させることが提案されている。しかし、放熱フィンのフィン面積を増大させると、放熱フィンのうち、放熱に寄与する領域と放熱に十分には寄与できない領域が生じて、放熱フィンの放熱効率が低下してしまう場合があるという問題があった。すなわち、放熱フィンのフィン面積を増大させることでヒートシンク全体としての体積が増大しても、ヒートシンクとしての放熱特性の向上が十分とはいえないという問題があった。
特開２０１０－２１２６２３号公報
上記事情に鑑み、本発明は、放熱フィンの放熱効率の低下を防止しつつ、放熱フィンのフィン面積を増大させることで、優れた放熱特性を発揮できるヒートシンクを提供することを目的とする。
本発明の構成の要旨は、以下の通りである。
［１］空洞部が内部に形成された、第１の面と前記第１の面に対向した第２の面を有するコンテナと、前記空洞部に封入された作動流体と、気相の前記作動流体が流通する、空洞部に設けられた蒸気流路と、を備え、
前記第１の面が、平面部位と前記平面部位から外方向へ突出した凸部位を有することで、前記コンテナが、平面部と前記平面部から外方向へ突出した凸部を有し、
前記コンテナの前記凸部の内部空間が、前記平面部の内部空間と連通していることで、前記空洞部が形成され、
前記第１の面のうち、前記平面部位の外面に第１の放熱フィンが設けられ、前記第２の面の外面に第２の放熱フィンが設けられているヒートシンク。
［２］空洞部が内部に形成された、第１の面と前記第１の面に対向した第２の面を有するコンテナと、前記空洞部に封入された作動流体と、気相の前記作動流体が流通する、空洞部に設けられた蒸気流路と、を備え、
前記第１の面が、平面部位と前記平面部位から外方向へ突出した凸部位を有し、前記第２の面が、平面部位と前記平面部位から外方向へ突出した凸部位を有することで、前記コンテナが、平面部と前記平面部から外方向へ突出した凸部を有し、
前記コンテナの前記凸部の内部空間が、前記平面部の内部空間と連通していることで、前記空洞部が形成され、
前記第１の面のうち、前記平面部位の外面に第１の放熱フィンが設けられ、前記第２の面のうち、前記平面部位の外面に第２の放熱フィンが設けられているヒートシンク。
［３］前記コンテナが、一方の板状体と前記一方の板状体と対向する他方の板状体とにより形成され、前記一方の板状体が、外方向へ突出した凸部を有する［１］に記載のヒートシンク。
［４］前記コンテナが、一方の板状体と前記一方の板状体と対向する他方の板状体とにより形成され、前記一方の板状体と前記他方の板状体が、外方向へ突出した凸部を有する［２］に記載のヒートシンク。
［５］前記凸部が、被冷却体である発熱体が熱的に接続される受熱部を有し、前記凸部の先端に、放熱フィンが設けられていない［１］乃至［４］のいずれか１つに記載のヒートシンク。
［６］前記凸部が、段差部を有し、前記段差部の外面に、さらに第３の放熱フィンが設けられている［１］乃至［５］のいずれか１つに記載のヒートシンク。
［７］前記凸部の側面が、前記凸部の先端に向かうに従って幅狭である傾斜部を有し、前記傾斜部の外面に、さらに第４の放熱フィンが設けられている［１］乃至［６］のいずれか１つに記載のヒートシンク。
［８］前記凸部が、一つ設けられている［１］乃至［７］のいずれか１つに記載のヒートシンク。
［９］前記凸部が、複数設けられている［１］乃至［７］のいずれか１つに記載のヒートシンク。
［１０］前記コンテナの平面部に段差が設けられている［１］乃至［９］のいずれか１つに記載のヒートシンク。
本発明のヒートシンクの態様によれば、コンテナの第１の面が平面部位と前記平面部位から外方向へ突出した凸部位を有することで、前記コンテナが平面部と前記平面部から外方向へ突出した凸部を有し、前記第１の面のうち、前記平面部位の外面に第１の放熱フィンが設けられ、前記第２の面に第２の放熱フィンが設けられていることにより、放熱フィンの放熱効率の低下を防止しつつ、放熱フィンのフィン面積を増大させることができるので、優れた放熱特性を発揮できる。すなわち、本発明のヒートシンクの態様によれば、放熱フィンが、第１の放熱フィンと第２の放熱フィンに分割された態様でコンテナに熱的に接続されているので、放熱フィンのフィン面積を増大させても、放熱に十分寄与できない領域の発生を防止して、放熱フィンの放熱効率の低下を防止できる。
また、本発明のヒートシンクの態様によれば、前記コンテナの前記凸部の内部空間が前記平面部の内部空間と連通していることで前記コンテナの空洞部が形成されていることにより、コンテナの平面部と凸部との間の熱抵抗を防止できることから、高発熱量の発熱体を効率よく冷却することができる。
本発明のヒートシンクの態様によれば、ヒートシンクの設置される環境と発熱体の配置等により、第１の面が平面部位と前記平面部位から外方向へ突出した凸部位を有し、第２の面が平面部位と前記平面部位から外方向へ突出した凸部位を有することで、前記コンテナが、平面部と前記平面部から外方向へ突出した凸部を有し、前記第１の面のうち、前記平面部位の外面に第１の放熱フィンが設けられ、前記第２の面のうち、前記平面部位の外面に第２の放熱フィンが設けられている態様とすることもできることから、発熱体の配置等に応じた設計の自由度に優れている。
すなわち、本発明のヒートシンクの態様によれば、発熱体の配置等に応じた設計の自由度を有しつつ、放熱フィンが、第１の放熱フィンと第２の放熱フィンに分割された態様でコンテナに熱的に接続されているので、放熱フィンのフィン面積を増大させても、放熱に十分寄与できない領域の発生を防止して、放熱フィンの放熱効率の低下を防止できる。
本発明のヒートシンクの態様によれば、凸部が段差部を有し、前記段差部の外面に、さらに第３の放熱フィンが設けられていることにより、凸部を有しつつコンテナに接続される放熱フィンの枚数をさらに増やすことができるので、放熱特性がさらに向上する。
本発明のヒートシンクの態様によれば、凸部の側面が前記凸部の先端に向かうに従って幅狭である傾斜部を有し、前記傾斜部の外面に、さらに第４の放熱フィンが設けられていることにより、凸部を有しつつコンテナに接続される放熱フィンの枚数をさらに増やすことができるので、放熱特性がさらに向上する。
本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。 本発明の第２実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。 本発明の第３実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。 本発明の第４実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。 本発明の第５実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。 本発明の第６実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。 本発明の第７実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する底面図である。 本発明の第８実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。 本発明の第９実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。 本発明の第１０実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。
以下に、本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクについて詳細を説明する。図１は、本発明の第１実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。
図１に示すように、本発明の第１実施形態例に係るヒートシンク１は、対向する２枚の板状体、すなわち、一方の板状体１１と一方の板状体１１と対向する他方の板状体１２とを重ねることにより空洞部１３が内部に形成されたコンテナ１０と、空洞部１３に封入された作動流体（図示せず）と、気相の作動流体が流通する、空洞部１３に設けられた蒸気流路１５と、を備えている。内部に空洞部１３が形成されたコンテナ１０と作動流体と蒸気流路１５とで、ベーパーチャンバ１４が形成されている。
コンテナ１０は、薄型の板状コンテナであり、一方の板状体１１が第１の主表面である第１の面２１を有し、他方の板状体１２が第２の主表面である第２の面２２を有している。従って、コンテナ１０は、第１の主表面である第１の面２１と、第１の面２１に対向した、第２の主表面である第２の面２２と、を有している。
第１の面２１は、平坦な平面部位３２と平面部位３２から外方向へ突出した凸部位３１を有している。ヒートシンク１では、凸部位３１は、第１の面２１の中央部に１つ設けられている。また、凸部位３１の側面は、平面部位３２から鉛直方向へ突出している。一方で、第２の面２２は、凸部位を有しておらず、第２の面２２全体が、平坦な平面部位となっている。第１の面２１が平面部位３２と平面部位３２から外方向へ突出した凸部位３１を有していることで、コンテナ１０が、平面部１７と平面部１７から外方向へ突出した凸部１６を有している。従って、コンテナ１０は、第１の面２１の中央部に凸部１６が一つ設けられており、第２の面２２には凸部は設けられていない。上記から、コンテナ１０の平面部１７と凸部１６は、一体成型されている。また、凸部１６の側面は、平面部１７から鉛直方向へ突出している。
また、一方の板状体１１には、第１の面２１の周縁に沿って側壁２３が立設され、他方の板状体１２には、第２の面２２の周縁に沿って側壁２４が立設されている。一方の板状体１１の側壁２３の先端と他方の板状体１２の側壁２４の先端とを対向配置させて当接させることにより、コンテナ１０の内部空間である空洞部１３が形成される。従って、側壁２３と側壁２４にて、コンテナ１０の側面が形成されている。空洞部１３は、密閉空間であり、脱気処理により減圧されている。コンテナ１０の凸部１６の内部空間は、平面部１７の内部空間と連通しており、凸部１６の内部空間と平面部１７の内部空間とから、コンテナ１０の空洞部１３が形成されている。従って、作動流体は、凸部１６の内部空間と平面部１７の内部空間との間で流通可能となっている。
コンテナ１０の形状は、特に限定されないが、ヒートシンク１では、例えば、平面視（コンテナ１０の平面部１７に対して鉛直方向から視認した状態）にて、四角形状等の多角形状、円形状、楕円形状、直線部と湾曲部を有する形状等が挙げられる。
ヒートシンク１では、第１の面２１のうち、平面部位３２の外面に第１の放熱フィン４１が立設されて、コンテナ１０に第１の放熱フィン４１が熱的に接続されている。第１の放熱フィン４１は、平面部位３２の延在方向に沿って、所定間隔にて、複数、並列配列されている。第１の放熱フィン４１は、複数、並列配列されて、第１の放熱フィン群４２を形成している。ヒートシンク１では、第１の放熱フィン群４２を形成している複数の第１の放熱フィン４１、４１、４１・・・の高さは、いずれも略同じとなっている。また、第１の放熱フィン４１の高さは、凸部１６の高さ以下となっている。ヒートシンク１では、第１の放熱フィン４１の高さは、凸部１６の高さよりも低くなっており、第１の放熱フィン４１の先端は、凸部１６の先端よりもコンテナ１０の平面部１７方向へ後退した態様となっている。
一方で、コンテナ１０の凸部１６には、放熱フィンは設けられていない。ヒートシンク１では、凸部１６の先端にも側面にも、放熱フィンは設けられていない。上記から、複数の第１の放熱フィン４１、４１、４１・・・は、第１の面２１の凸部位３１を除いて、第１の面２１の一端から他端まで配置されている。
図１に示すように、コンテナ１０の凸部１６は、被冷却体である発熱体１００が熱的に接続される部位であり、ベーパーチャンバ１４の受熱部、すなわち、ヒートシンク１の受熱部として機能する。発熱体１００は、凸部１６の先端に熱的に接続されている。上記から、凸部１６は、発熱体１００が熱的に接続される受熱部を有し、発熱体１００が熱的に接続される凸部１６の先端には、放熱フィンは設けられていない。発熱体１００としては、例えば、配線基板（図示せず）に搭載された中央演算処理装置等の電子部品が挙げられる。第１の放熱フィン４１の先端は凸部１６の先端よりもコンテナ１０の平面部１７方向に位置しているので、配線基板に搭載された発熱体１００であっても、第１の放熱フィン４１に邪魔されずに、凸部１６の先端に発熱体１００を熱的に接続することができる。
第２の面２２には、凸部位は設けられておらず、全体が平坦面となっている。第２の面２２の外面には、第２の放熱フィン４３が立設されて、コンテナ１０に第２の放熱フィン４３が熱的に接続されている。第２の放熱フィン４３は、第２の放熱フィン４３の主表面が第１の放熱フィン４１の主表面と略平行となるように、第２の面２２の外面に立設されている。また、第２の放熱フィン４３は、第２の面２２の延在方向に沿って、所定間隔にて、複数、並列配列されている。第２の放熱フィン４３は、複数、並列配列されて、第２の放熱フィン群４４を形成している。ヒートシンク１では、第２の放熱フィン群４４を形成している複数の第２の放熱フィン４３、４３、４３・・・の高さは、いずれも略同じとなっている。複数の第２の放熱フィン４３、４３、４３・・・は、第２の面２２の一端から他端まで配置されている。
上記から、コンテナ１０は、凸部１６に対応する部位では、第２の面２２のみ、すなわち、板状であるコンテナ１０の片面にのみ放熱フィンが熱的に接続されている。また、コンテナ１０は、平面部１７に対応する部位では、第１の面２１と第２の面２２、すなわち、板状であるコンテナ１０の両面に放熱フィンが熱的に接続されている。上記から、コンテナ１０の平面部１７では、放熱フィンは、コンテナ１０の両面（すなわち、第１の面２１と第２の面２２）に分割された態様でコンテナ１０に熱的に接続されている。従って、コンテナ１０の平面部１７では、凸部１６と比較して放熱フィンのフィン面積が増大している。第１の放熱フィン４１、第２の放熱フィン４３が熱的に接続されているコンテナ１０の部位が、ベーパーチャンバ１４の放熱部、すなわち、ヒートシンク１の放熱部として機能する。
第１の放熱フィン４１の高さと第２の放熱フィン４３の高さの関係は、ヒートシンク１の設置環境や発熱体１００の発熱量等により適宜選択可能であるが、ヒートシンク１では、第２の放熱フィン４３の高さが、第１の放熱フィン４１の高さよりも高い態様となっている。従って、ヒートシンク１では、第２の放熱フィン群４４の高さが、第１の放熱フィン群４２の高さよりも高い態様となっている。
コンテナ１０の空洞部１３には、毛細管力を生じるウィック構造体（図示せず）が設けられている。ウィック構造体は、例えば、コンテナ１０全体にわたって設けられている。ウィック構造体の毛細管力によって、ベーパーチャンバ１４の放熱部にて気相から液相へ相変化した作動流体が、ベーパーチャンバ１４の放熱部から受熱部へ還流する。ウィック構造体としては、特に限定されないが、例えば、銅粉等の金属粉の焼結体、金属線からなる金属メッシュ、不織布、コンテナ１０の内面に形成されたグルーブ（複数の細溝）等、またはそれらを組み合わせたものを挙げることができる。また、凸部１６のうち、発熱体１００が接続される受熱部位、すなわち、凸部１６の底部に、ウィック構造体として毛細管力の大きな第１のウィック構造体が設けられることでドライアウトを防止できる。一方で、凸部１６の底部以外の部位、例えば、コンテナ１０の凸部１６の側面及びコンテナ１０の平面部１７やコンテナ１０の側面に、ウィック構造体として第１のウィック構造体よりも毛細管力の小さな第２のウィック構造体が設けられることで、液相の作動流体が還流するときの流路抵抗を低減することができる。ウィック構造体が、例えば、金属粉の焼結体の場合には、第１のウィック構造体の原料となる金属粉の平均一次粒子径は、５０μｍ以上１００μｍ以下が挙げられ、第２のウィック構造体の原料となる金属粉の平均一次粒子径は、２００μｍ以上３００μｍ以下が挙げられる。
蒸気流路１５は、コンテナ１０の内部空間であり、コンテナ１０全体にわたって延在している。従って、気相の作動流体は、蒸気流路１５によって、コンテナ１０全体にわたって流通することができる。また、蒸気流路１５には、コンテナ１０の内部空間を維持するためのピラー（柱状部材）を設けることができる。ピラーとしては、特に限定されないが、液相の作動流体が還流するときの流路抵抗を低減するために、例えば、柱形状の金属部材（例えば、銅部材）の周囲にウィック構造体が被覆された複合材のピラー、柱形状である銅粉等の金属粉の焼結体等を挙げることができる。
コンテナ１０の材質としては、例えば、ステンレス鋼、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、スズ、スズ合金、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金等を挙げることができる。第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３の材質は、特に限定されず、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属材料、黒鉛等の炭素材料、炭素材料を用いた複合部材などを挙げることができる。
空洞部１３に封入される作動流体としては、コンテナ１０の材質との適合性に応じて、適宜選択可能であり、例えば、水、フルオロカーボン類、シクロペンタン、エチレングリコール、これらの混合物等を挙げることができる。
また、ヒートシンク１は、必要に応じて、送風ファン（図示せず）により強制空冷されてもよい。送風ファンからの冷却風が、第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３の主表面に沿って供給されることで、第１の放熱フィン群４２と第２の放熱フィン群４４が冷却される。
次に、ヒートシンク１の冷却機能のメカニズムについて説明する。まず、コンテナ１０の凸部１６の先端に被冷却体である発熱体１００を熱的に接続する。コンテナ１０が凸部１６にて発熱体１００から受熱すると、コンテナ１０の凸部１６において、発熱体１００から空洞部１３の液相の作動流体へ熱が伝達されて、液相の作動流体が気相の作動流体へと相変化する。気相の作動流体は、蒸気流路１５をコンテナ１０の凸部１６から平面部１７へ流通していき、平面部１７全体にわたって拡散していく。気相の作動流体がコンテナ１０の凸部１６から平面部１７全体にわたって拡散していくことで、コンテナ１０が発熱体１００からの熱を凸部１６からコンテナ１０全体に輸送して、発熱体１００からの熱がコンテナ１０全体に拡散する。コンテナ１０全体にわたって流通可能な気相の作動流体は、第１の放熱フィン群４２と第２の放熱フィン群４４の熱交換作用によって潜熱を放出して気相から液相へ相変化する。放出された潜熱は、コンテナ１０に熱的に接続されている第１の放熱フィン群４２と第２の放熱フィン群４４へ伝達される。コンテナ１０から第１の放熱フィン群４２と第２の放熱フィン群４４へ伝達された熱は、第１の放熱フィン群４２と第２の放熱フィン群４４を介してヒートシンク１の外部環境へ放出される。潜熱を放出して気相から液相に相変化した作動流体は、コンテナ１０に設けられたウィック構造体の毛細管力により、コンテナ１０の平面部１７から凸部１６へ還流、すなわち、ベーパーチャンバ１４の放熱部から受熱部へ還流する。
本発明の第１実施形態例に係るヒートシンク１では、コンテナ１０の第１の面２１が平面部位３２と平面部位３２から外方向へ突出した凸部位３１を有することで、コンテナ１０が平面部１７と平面部１７から外方向へ突出した凸部１６を有し、第１の面２１のうち、平面部１７の外面に第１の放熱フィン４１が設けられ、全体が平坦面である第２の面２２に第２の放熱フィン４３が設けられていることにより、第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３の放熱効率の低下を防止しつつ、放熱フィンのフィン面積を増大させることができ、結果、優れた冷却特性を発揮できる。すなわち、ヒートシンク１では、放熱フィンが、コンテナ１０を挟んで第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３に分割された態様でコンテナ１０に熱的に接続されているので、放熱フィンのフィン面積を増大させても、放熱に十分寄与できない領域の発生を防止でき、ひいては、放熱フィンの放熱効率の低下を防止できる。
また、本発明の第１実施形態例に係るヒートシンク１では、コンテナ１０の凸部１６の内部空間が平面部１７の内部空間と連通していることでコンテナ１０の空洞部１３が形成されているので、放熱部として機能するコンテナ１０の平面部１７と受熱部として機能するコンテナ１０の凸部１６との間の熱抵抗を防止できることから、高発熱量の発熱体１００でも効率よく冷却することができる。
また、本発明の第１実施形態例に係るヒートシンク１では、第２の放熱フィン４３の高さが第１の放熱フィン４１の高さよりも高いことにより、第２の放熱フィン４３が設けられている第２の面２２側に空間が形成されている場合に、放熱フィンのフィン面積を増大させることができるので、優れた放熱特性を発揮できる。
次に、本発明の第２実施形態例に係るヒートシンクについて詳細を説明する。図２は、本発明の第２実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。なお、第２実施形態例に係るヒートシンクは、第１実施形態例に係るヒートシンクと主要な構成要素が共通しているので、同じ構成要素については第１実施形態例に係るヒートシンクと同じ符号を用いて説明する。
第１実施形態例に係るヒートシンク１では、コンテナ１０には第１の面２１の中央部に凸部１６が一つ設けられていたが、これに代えて、図２に示すように、第２実施形態例に係るヒートシンク２では、被冷却対象の発熱体１００が複数存在することに対応して、コンテナ１０の第１の面２１に凸部１６が複数設けられている。ヒートシンク２では、被冷却対象として、２つの発熱体１００－１、１００－２が存在することに対応して、発熱体１００－１、１００－２にそれぞれ熱的に接続される２つの凸部１６－１、１６－２が設けられている。
複数設けられている凸部１６の位置は、ヒートシンク２の使用条件と複数の発熱体１００の配置等により、適宜選択可能であり、図２では、説明の便宜上、コンテナ１０の両端部にそれぞれ１つずつの凸部１６が設けられている。また、図示しないが、ヒートシンク２では、２つの凸部１６－１、１６－２は、いずれもコンテナ１０の幅方向の中央部に設けられている。また、ヒートシンク２では、発熱体１００－１、１００－２の高さが同じであることに対応して、凸部１６－１の高さは、凸部１６－２の高さと同じとなっている。
発熱体１００が複数存在することに対応して、コンテナ１０に凸部１６が複数設けられているヒートシンク２でも、放熱フィンはコンテナ１０を挟んで第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３に分割された態様でコンテナ１０に熱的に接続されているので、第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３の放熱効率の低下を防止しつつ、放熱フィンのフィン面積を増大させることができ、結果、優れた放熱特性を発揮できる。
次に、本発明の第３実施形態例に係るヒートシンクについて詳細を説明する。図３は、本発明の第３実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。なお、第３実施形態例に係るヒートシンクは、第１、第２実施形態例に係るヒートシンクと主要な構成要素が共通しているので、同じ構成要素については第１、第２実施形態例に係るヒートシンクと同じ符号を用いて説明する。
第１実施形態例に係るヒートシンク１では、コンテナ１０の第１の面２１の中央部に凸部１６が一つ設けられていたが、これに代えて、図３に示すように、第３実施形態例に係るヒートシンク３では、コンテナ１０の第１の面２１の端部に凸部１６が一つ設けられている。このように、ヒートシンク３の設置される環境と発熱体１００の配置等により、コンテナ１０におけるに凸部１６の位置を適宜選択することができる。
発熱体１００の配置等に対応して、凸部１６がコンテナ１０の端部に設けられているヒートシンク３でも、放熱フィンはコンテナ１０を挟んで第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３に分割された態様でコンテナ１０に熱的に接続されているので、第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３の放熱効率の低下を防止しつつ、放熱フィンのフィン面積を増大させることができ、結果、優れた放熱特性を発揮できる。
次に、本発明の第４実施形態例に係るヒートシンクについて詳細を説明する。図４は、本発明の第４実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。なお、第４実施形態例に係るヒートシンクは、第１～第３実施形態例に係るヒートシンクと主要な構成要素が共通しているので、同じ構成要素については第１～第３実施形態例に係るヒートシンクと同じ符号を用いて説明する。
第１～第３実施形態例に係るヒートシンク１、２、３では、第２の放熱フィン４３の高さが、第１の放熱フィン４１の高さよりも高い態様となっていたが、これに代えて、図４に示すように、第４実施形態例に係るヒートシンク４では、第１の放熱フィン４１の高さが、第２の放熱フィン４３の高さよりも高い態様となっている。従って、ヒートシンク４では、第１の放熱フィン群４２の高さが、第２の放熱フィン群４４の高さよりも高い態様となっている。ヒートシンク４では、凸部１６の高さが第１～第３実施形態例に係るヒートシンク１、２、３の凸部１６の高さよりも高いことから、第１の放熱フィン４１の高さが第２の放熱フィン４３の高さよりも高い態様となっている。
ヒートシンク４では、第１の放熱フィン４１が設けられている第１の面２１側、すなわち、発熱体１００が配置されている側に、相対的に大きな空間が形成されている場合に、第１の面２１側の空間を有効利用して、放熱フィンのフィン面積を増大させることができる。このように、第１の放熱フィン４１の高さと第２の放熱フィン４３の高さは、周囲のレイアウトや冷却風の供給方向等により、適宜選定可能である。
また、第１の放熱フィン４１の高さが第２の放熱フィン４３の高さと同じとしてもよく、従って、第１の放熱フィン４１が第２の放熱フィン４３の高さ以上の高さを有していてもよい。
第１の放熱フィン４１が第２の放熱フィン４３の高さ以上の高さを有しているヒートシンク４でも、放熱フィンはコンテナ１０を挟んで第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３に分割された態様でコンテナ１０に熱的に接続されているので、第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３の放熱効率の低下を防止しつつ、放熱フィンのフィン面積を増大させることができ、結果、優れた放熱特性を発揮できる。
次に、本発明の第５実施形態例に係るヒートシンクについて詳細を説明する。図５は、本発明の第５実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。なお、第５実施形態例に係るヒートシンクは、第１～第４実施形態例に係るヒートシンクと主要な構成要素が共通しているので、同じ構成要素については第１～第４実施形態例に係るヒートシンクと同じ符号を用いて説明する。
図５に示すように、第５実施形態例に係るヒートシンク５では、凸部１６が、段差部５０を有し、段差部５０の外面５３に、さらに第３の放熱フィン５１が立設されている。第３の放熱フィン５１は、第３の放熱フィン５１の主表面が第１の放熱フィン４１の主表面と略平行となるように、段差部５０の発熱体１００に対向する外面５３に立設されている。第３の放熱フィン５１は、段差部５０の外面５３に沿って、複数の第３の放熱フィン５１、５１、５１・・・が並列配置されて、第３の放熱フィン群５２を形成している。複数の第３の放熱フィン５１、５１、５１・・・の高さは、いずれも略同じとなっている。
第３の放熱フィン５１の先端は、凸部１６の先端よりもコンテナ１０の平面部１７方向へ後退した態様となっている。また、第３の放熱フィン５１の先端は、第１の放熱フィン４１の先端と略同一平面上に位置している。
ヒートシンク５では、凸部１６のうち、第３の放熱フィン５１が立設されている段差部５０は放熱部として機能する。従って、凸部１６は、その先端で発熱体１００が熱的に接続される受熱部と、第３の放熱フィン５１が熱的に接続されている放熱部を有している。
ヒートシンク５では、凸部１６が段差部５０を有し、段差部５０の外面５３に、さらに第３の放熱フィン５１が設けられていることにより、凸部１６を有しつつコンテナ１０に接続される放熱フィンの枚数をさらに増やすことができるので、放熱特性がさらに向上する。また、ヒートシンク５では、段差部５０を有する凸部１６にて、発熱体１００からの熱を予めコンテナ１０の面方向に拡散することができるので、ベーパーチャンバ１４の熱負荷を低減することができる。
凸部１６が段差部５０を有し、段差部５０の外面５３に第３の放熱フィン５１が設けられているヒートシンク５でも、放熱フィンはコンテナ１０を挟んで第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３に分割された態様でコンテナ１０に熱的に接続されているので、第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３の放熱効率の低下を防止しつつ、放熱フィンのフィン面積を増大させることができ、結果、優れた放熱特性を発揮できる。
次に、本発明の第６実施形態例に係るヒートシンクについて詳細を説明する。図６は、本発明の第６実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。なお、第６実施形態例に係るヒートシンクは、第１～第５実施形態例に係るヒートシンクと主要な構成要素が共通しているので、同じ構成要素については第１～第５実施形態例に係るヒートシンクと同じ符号を用いて説明する。
第１～第３実施形態例に係るヒートシンク１、２、３では、凸部１６の側面は平面部１７から鉛直方向へ突出していたが、これに代えて、図６に示すように、第６実施形態例に係るヒートシンク６では、凸部１６の側面は平面部１７から斜め方向へ突出しており、凸部１６の側面が、凸部１６の先端に向かうに従って幅狭となる傾斜部６０となっている。また、凸部１６の側面を形成している傾斜部６０の外面６３に、さらに第４の放熱フィン６１が立設されている。第４の放熱フィン６１は、第４の放熱フィン６１の主表面が第１の放熱フィン４１の主表面と略平行となるように、傾斜部６０の外面６３に立設されている。
第４の放熱フィン６１は、傾斜部６０の外面６３に沿って、複数の第４の放熱フィン６１、６１、６１・・・が並列配置されて、第４の放熱フィン群６２を形成している。第４の放熱フィン６１の先端は、凸部１６の先端よりもコンテナ１０の平面部１７方向へ後退した態様となっている。また、第４の放熱フィン６１の先端は、第１の放熱フィン４１の先端と略同一平面上に位置している。従って、第４の放熱フィン６１の高さは、熱的に接続されている傾斜部６０の位置に応じて異なる高さとなっている。
ヒートシンク６では、凸部１６のうち、第４の放熱フィン６１が立設されている傾斜部６０は放熱部として機能する。従って、凸部１６は、その先端で発熱体１００が熱的に接続される受熱部と、第４の放熱フィン６１が熱的に接続されている放熱部を有している。
ヒートシンク６では、凸部１６の側面が凸部１６の先端に向かうに従って幅狭である傾斜部６０を有し、傾斜部６０の外面６３に、さらに第４の放熱フィン６１が設けられていることにより、凸部１６を有しつつコンテナ１０に接続される放熱フィンの枚数をさらに増やすことができるので、放熱特性がさらに向上する。また、ヒートシンク６では、傾斜部６０を有する凸部１６にて、発熱体１００からの熱を予めコンテナ１０の面方向に拡散することができるので、ベーパーチャンバ１４の熱負荷を低減することができる。
凸部１６が傾斜部６０を有し、傾斜部６０の外面６３に第４の放熱フィン６１が設けられているヒートシンク６でも、放熱フィンはコンテナ１０を挟んで第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３に分割された態様でコンテナ１０に熱的に接続されているので、第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３の放熱効率の低下を防止しつつ、放熱フィンのフィン面積を増大させることができ、結果、優れた放熱特性を発揮できる。
次に、本発明の第７実施形態例に係るヒートシンクについて詳細を説明する。図７は、本発明の第７実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する底面図である。なお、第７実施形態例に係るヒートシンクは、第１～第６実施形態例に係るヒートシンクと主要な構成要素が共通しているので、同じ構成要素については第１～第６実施形態例に係るヒートシンクと同じ符号を用いて説明する。
第２実施形態例に係るヒートシンク２では、２つの凸部１６－１、１６－２は、いずれもコンテナ１０の幅方向の中央部に設けられていたが、これに代えて、図７に示すように、第７実施形態例に係るヒートシンク７では、凸部１６－１はコンテナ１０の幅方向Ｗの一端７０、凸部１６－２はコンテナ１０の幅方向Ｗの他端７１に、それぞれ、設けられている。
ヒートシンク７では、２つの凸部１６－１、１６－２が、コンテナ１０の幅方向Ｗについて、異なる位置に設けられていることにより、冷却風が、コンテナ１０の幅方向Ｗに対して直交方向から供給される場合でも、発熱体１００－１に熱的の接続された凸部１６－１と発熱体１００－２に熱的の接続された凸部１６－２に、十分な冷却風を供給することができる。また、ヒートシンク７でも、放熱フィンはコンテナ１０を挟んで第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３に分割された態様でコンテナ１０に熱的に接続されているので、第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３の放熱効率の低下を防止しつつ、放熱フィンのフィン面積を増大させることができ、結果、優れた放熱特性を発揮できる。
次に、本発明の第８実施形態例に係るヒートシンクについて詳細を説明する。図８は、本発明の第８実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。なお、第８実施形態例に係るヒートシンクは、第１～第７実施形態例に係るヒートシンクと主要な構成要素が共通しているので、同じ構成要素については第１～第７実施形態例に係るヒートシンクと同じ符号を用いて説明する。
第２実施形態例に係るヒートシンク２では、複数の凸部１６の高さは同じ、すなわち、凸部１６－１の高さは、凸部１６－２の高さと同じとなっていたが、これに代えて、図８に示すように、第８実施形態例に係るヒートシンク８では、複数の凸部１６の高さが異なる高さとなっている。ヒートシンク８では、発熱体１００－１の高さが発熱体１００－２の高さよりも低いことに対応して、凸部１６－１の高さは凸部１６－２の高さよりも高くなっている。このように、複数設けられている凸部１６の高さは、ヒートシンク８が熱的に接続される複数の発熱体１００の高さ等により、適宜選択可能である。
ヒートシンク８では、複数の発熱体１００の高さが異なっていても、それぞれの発熱体１００に対する熱的接続性に優れている。また、ヒートシンク８でも、放熱フィンはコンテナ１０を挟んで第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３に分割された態様でコンテナ１０に熱的に接続されているので、第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３の放熱効率の低下を防止しつつ、放熱フィンのフィン面積を増大させることができ、結果、優れた放熱特性を発揮できる。
次に、本発明の第９実施形態例に係るヒートシンクについて詳細を説明する。図９は、本発明の第９実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。なお、第９実施形態例に係るヒートシンクは、第１～第８実施形態例に係るヒートシンクと主要な構成要素が共通しているので、同じ構成要素については第１～第８実施形態例に係るヒートシンクと同じ符号を用いて説明する。
第１実施形態例に係るヒートシンク１では、第２の面２２は凸部位を有しておらず、第２の面２２全体が平坦な平面部位となっており、第１の面２１が平面部位３２と平面部位３２から外方向へ突出した凸部位３１を有していることで、コンテナ１０が平面部１７と平面部１７から外方向へ突出した凸部１６を有していた。これに代えて、図９に示すように、第９実施形態例に係るヒートシンク９では、第１の面２１が平面部位３２と平面部位３２から外方向へ突出した凸部位３１を有し、第２の面２２が平面部位８２と平面部位８２から外方向へ突出した凸部位８１を有していることで、コンテナ１０が平面部１７と平面部１７から外方向へ突出した凸部１６、８６を有している。
従って、コンテナ１０は、第１の面２１に凸部１６が設けられており、第２の面２２に凸部８６が設けられている。なお、説明の便宜上、ヒートシンク９では、第１の面２１の一端に凸部１６が１つ設けられており、第２の面２２の他端に凸部８６が１つ設けられている。
ヒートシンク９でも、第１実施形態例に係るヒートシンク１と同じく、第１の面２１に設けられた凸部１６には、放熱フィンは設けられていない。ヒートシンク９でも、凸部１６の先端にも側面にも、放熱フィンは設けられていない。上記から、複数の第１の放熱フィン４１、４１、４１・・・は、第１の面２１の凸部位３１を除いて、第１の面２１の一端から他端まで配置されている。一方で、ヒートシンク９では、第２の面２２に凸部８６が設けられており、凸部８６には、放熱フィンは設けられていない。ヒートシンク９では、凸部８６の先端にも側面にも、放熱フィンは設けられていない。上記から、複数の第２の放熱フィン４３、４３、４３・・・は、第２の面２２の凸部位８１を除いて、第２の面２２の一端から他端まで配置されている。
上記から、コンテナ１０は、凸部１６に対応する部位では、第２の面２２のみ、すなわち、板状であるコンテナ１０の片面にのみ放熱フィンが熱的に接続されている。また、凸部８６に対応する部位では、第１の面２１のみ、すなわち、板状であるコンテナ１０の片面にのみ放熱フィンが熱的に接続されている。また、コンテナ１０は、凸部１６、８６以外の部位である平面部１７に対応する部位では、第１の面２１と第２の面２２、すなわち、板状であるコンテナ１０の両面に放熱フィンが熱的に接続されている。
このように、ヒートシンク９の設置される環境と発熱体１００の配置等により、コンテナ１０の第１の面２１に凸部１６が設けられるだけではなく、さらに第２の面２２にも凸部８６が設けられてもよい。ヒートシンク９でも、放熱フィンはコンテナ１０を挟んで第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３に分割された態様でコンテナ１０に熱的に接続されているので、第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３の放熱効率の低下を防止しつつ、放熱フィンのフィン面積を増大させることができ、結果、優れた放熱特性を発揮できる。
次に、本発明の第１０実施形態例に係るヒートシンクについて詳細を説明する。図１０は、本発明の第１０実施形態例に係るヒートシンクの概要を説明する側面図である。なお、第１０実施形態例に係るヒートシンクは、第１～第９実施形態例に係るヒートシンクと主要な構成要素が共通しているので、同じ構成要素については第１～第９実施形態例に係るヒートシンクと同じ符号を用いて説明する。
図１０に示すように、第１０実施形態例に係るヒートシンク１０では、コンテナ１０の平面部１７に、コンテナ１０の厚さ方向に段差８３が設けられている。従って、ヒートシンク１０では、コンテナ１０の平面部１７は、平面が多段に形成された多段状の平面部となっている。コンテナ１０の平面部１７は、段差８３が設けられていることにより、空洞部１３が相対的に厚い第１部位８４と空洞部１３が相対的に薄い第２部位８５を有している。ヒートシンク１０では、第１の面２１の平面部位３２に段差８３－１が形成され、凸部位は設けられていない第２の面２２に段差８３－２が形成されている。コンテナ１０の平面部１７は、段差８３－１と段差８３－２の間が第１部位８４となっている。
また、第１の放熱フィン４１は、第１部位８４と第２部位８５に設けられ、第２の放熱フィン４３は、第１部位８４と第２部位８５に設けられている。
放熱フィンが熱的に接続されるコンテナ１０の平面部１７に、空洞部１３が相対的に厚い第１部位８４と空洞部１３が相対的に薄い第２部位８５が形成されているヒートシンク１０でも、放熱フィンはコンテナ１０を挟んで第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３に分割された態様でコンテナ１０に熱的に接続されているので、第１の放熱フィン４１と第２の放熱フィン４３の放熱効率の低下を防止しつつ、放熱フィンのフィン面積を増大させることができ、結果、優れた放熱特性を発揮できる。
次に、本発明の他の実施形態例について説明する。上記各実施形態例のヒートシンクでは、第１の放熱フィンは、凸部位を除いて第１の面の一端から他端まで配置され、第２の放熱フィンは、第２の面の一端から他端まで配置されていたが、これに代えて、第１の放熱フィンは凸部位を除いた第１の面の一部領域にのみ設けられていてもよく、第２の放熱フィンは第２の面の一部領域にのみ設けられていてもよい。また、上記各実施形態例のヒートシンクでは、第１の放熱フィンの主表面と第２の放熱フィンの主表面が略平行となるように、第１の放熱フィンと第２の放熱フィンが立設されていたが、ヒートシンクの使用条件等に応じて、第１の放熱フィンの主表面と第２の放熱フィンの主表面が平行ではないように、第１の放熱フィンと第２の放熱フィンが立設されていてもよい。
また、コンテナの空洞部のうち、必要に応じて、凸部に、コンテナ内部の表面積を増大させるためのフィン（コンテナ内面表面積増大フィン）を設けてもよい。凸部にコンテナ内面表面積増大フィンを設けることで、液相の作動流体の気相への相変化が促進されて、ベーパーチャンバの熱輸送特性がさらに向上する。
本発明のヒートシンクは、放熱フィンの放熱効率の低下を防止しつつ、放熱フィンのフィン面積を増大させることで、優れた冷却特性を発揮できるので、サーバーに搭載される電子部品等、狭小空間に設置される高発熱量の電子部品を冷却する分野で利用価値が高い。
１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０ ヒートシンク
１０ コンテナ
１１ 一方の板状体
１２ 他方の板状体
１３ 空洞部
１４ ベーパーチャンバ
１５ 蒸気流路
１６、８６ 凸部
１７ 平面部
２１ 第１の面
２２ 第２の面
４１ 第１の放熱フィン
４３ 第２の放熱フィン

Claims (10)

  1. 空洞部が内部に形成された、第１の面と前記第１の面に対向した第２の面を有するコンテナと、前記空洞部に封入された作動流体と、気相の前記作動流体が流通する、空洞部に設けられた蒸気流路と、を備え、
    前記第１の面が、平面部位と前記平面部位から外方向へ突出した凸部位を有することで、前記コンテナが、平面部と前記平面部から外方向へ突出した凸部を有し、
    前記コンテナの前記凸部の内部空間が、前記平面部の内部空間と連通していることで、前記空洞部が形成され、
    前記第１の面のうち、前記平面部位の外面に第１の放熱フィンが設けられ、前記第２の面の外面に第２の放熱フィンが設けられているヒートシンク。
  2. 空洞部が内部に形成された、第１の面と前記第１の面に対向した第２の面を有するコンテナと、前記空洞部に封入された作動流体と、気相の前記作動流体が流通する、空洞部に設けられた蒸気流路と、を備え、
    前記第１の面が、平面部位と前記平面部位から外方向へ突出した凸部位を有し、前記第２の面が、平面部位と前記平面部位から外方向へ突出した凸部位を有することで、前記コンテナが、平面部と前記平面部から外方向へ突出した凸部を有し、
    前記コンテナの前記凸部の内部空間が、前記平面部の内部空間と連通していることで、前記空洞部が形成され、
    前記第１の面のうち、前記平面部位の外面に第１の放熱フィンが設けられ、前記第２の面のうち、前記平面部位の外面に第２の放熱フィンが設けられているヒートシンク。
  3. 前記コンテナが、一方の板状体と前記一方の板状体と対向する他方の板状体とにより形成され、前記一方の板状体が、外方向へ突出した凸部を有する請求項１に記載のヒートシンク。
  4. 前記コンテナが、一方の板状体と前記一方の板状体と対向する他方の板状体とにより形成され、前記一方の板状体と前記他方の板状体が、外方向へ突出した凸部を有する請求項２に記載のヒートシンク。
  5. 前記凸部が、被冷却体である発熱体が熱的に接続される受熱部を有し、前記凸部の先端に、放熱フィンが設けられていない請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒートシンク。
  6. 前記凸部が、段差部を有し、前記段差部の外面に、さらに第３の放熱フィンが設けられている請求項１乃至５のいずれか１項に記載のヒートシンク。
  7. 前記凸部の側面が、前記凸部の先端に向かうに従って幅狭である傾斜部を有し、前記傾斜部の外面に、さらに第４の放熱フィンが設けられている請求項１乃至６のいずれか１項に記載のヒートシンク。
  8. 前記凸部が、一つ設けられている請求項１乃至７のいずれか１項に記載のヒートシンク。
  9. 前記凸部が、複数設けられている請求項１乃至７のいずれか１項に記載のヒートシンク。
  10. 前記コンテナの平面部に段差が設けられている請求項１乃至９のいずれか１項に記載のヒートシンク。
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