JP2006295178A - 電子素子用ヒートシンク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子素子と接触する面の温度が一定であるように吸熱流体の流量を均一に維持できる電子素子用ヒートシンク装置を提供する。
【解決手段】 流入口及び流出口がそれぞれ設けられており、吸熱流体が流動できる複数の流路を備える胴体と、流入口から遠くなるほど断面積が狭くなるように設けられて、吸熱流体が複数の流路にそれぞれ均一な流量で流入されるように案内する流入案内部と、流入案内部と同一形状に設けられて、流入案内部と共に吸熱流体が複数の流路にそれぞれ均一な流量で流れるように案内する流出案内部とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子素子用ヒートシンク装置に係り、より詳細には、電子素子と接触する面の温度が一定であるように吸熱流体の流量を均一に維持できる電子素子用ヒートシンク装置に関する。

一般に、コンピュータの中央処理装置(ＣＰＵ)、グラフィックカード、パワーサプライなどのコンピュータ電子素子や通信中継器などの増幅器、または音響機器などの電子素子は、動作中にそれ自体から熱が発生する。

このような電子素子は、環境に支配的な影響を受けるために適正な条件を満たした環境で動作してこそ、その機能を十分に発揮できる。電子素子は、環境因子のうち、特に熱によって敏感な影響を受けるので、過度に熱を受けると、誤作動を起こすかまたは隣接製品に影響を与えることもある。

したがって、電子素子などの動作時に発生する熱を除去して電子素子を放熱冷却させる必要があり、このような目的として使用するものがヒートシンクである。

従来のヒートシンクの一例が特許文献１及び特許文献２に開示されている。

図１は、従来のヒートシンクの一例を示した断面図である。図１を参照するに、特許文献１に開示された“Ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ Ｈｅａｔ Ｓｉｎｋ ｗｉｔｈ Ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ，Ｄｉｖｅｒｇｉｎｇ Ｃｈａｎｎｅｌ”は、電子チップで発生する熱を流体を用いて吸収できる構造であって、流体が流入口３１を通じて流入されて入口流体室３０に移動した後、複数の流路２２に均一に流体を分配し、出口流体室３４に移動した流体は、流出口３５を通じて排出される構造である。

電子チップのパッケージと接触する面に形成された複数の流路を通過する流体により表面を冷却させ、複数の流路に均一に流体が分配されるように表面を冷却させるための流路の底面に流体室を設置して、流入口及び流出口を通じて流出入される流動が流体室に一定圧力を維持しつつ各流路に均一な流動を維持できるようにする。

特許文献２に開示された“Ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ Ｈｅａｔ Ｓｉｎｋ Ａｓｓｅｍｂｌｙ”は、複数のマイクロチャンネルが電子チップの表面を冷却できるように構成された構造であって、複数のマイクロチャンネルに均一に流動が供給できるように流入部及び流出部に溝を加工して流体室として用い、マイクロチャンネル層の底面に流動の流入及び流出を担当するマニホールド層が構成されている。

複数の流路に均一な流動を分配するためにマニホールド層を複数のマイクロチャンネルの底面に付着して、全ての流路に対して一定の流量を維持させうるようにする。

しかし、特許文献１は、複数の流路に均一な流量を供給するために入口流体室と出口流体室をそれぞれの層として製作した。したがって、冷却のための面以外に均一な流量を分配するための別途の機器、すなわち流体室が追加されるので、ヒートシンクの高さがそれだけ増加して、超小型システム及び薄型化されたシステムに適用できないという問題点がある。

一方、特許文献２は、複数の流路に均一な流量を分配するために溝に加工されたマニホールド層を製作し、チューブが設置されるようにした構造であるが、マイクロチャンネル層とマニホールド層とが互いに直接連結されているので、ヒートシンクの厚さが増加する。したがって、薄型化が要求される電子素子には適用できないという問題点がある。
米国特許第６，２５３，８３５号明細書 米国特許第５，０９９，３１１号明細書 日本特許公開平８−２３３４０９ 日本特許公開昭６３−１９６０２１

本発明は、前記問題点を勘案したものであって、別途の構造を追加せずに複数の流路に吸熱流体が均一な流量で流れるように、複数の流路に出入りする吸熱流体の流量を調節できる電子素子放熱用ヒートシンク装置を提供するところにその目的がある。

前記目的を達成するために本発明の電子素子放熱用ヒートシンク装置は、電子素子放熱用ヒートシンク装置において、流入口及び流出口がそれぞれ設けられており、吸熱流体が流動できる複数の流路を備える胴体と、前記流入口から遠くなるほど断面積が狭くなるように設けられて、吸熱流体が前記複数の流路にそれぞれ均一な流量で流入されるように案内する流入案内部と、前記流入案内部と同一形状に設けられて、前記流入案内部と共に吸熱流体が前記複数の流路にそれぞれ均一な流量で流れるように案内する流出案内部とを備える。

本発明による電子素子用ヒートシンク装置は、複数の流路に吸熱流体を均等に分配することによって、電子素子の接触面全体にわたって熱を均等に発熱させることができるので、それ自体の体積増加なしに小型化に適している。

以下、添付された図面を参照して本発明による望ましい実施形態を詳細に説明する。

図２は、本発明の一実施形態による電子素子放熱用ヒートシンク装置を示した断面図であり、図３は、図２に示されたＩ−Ｉに沿った断面図であり、図４は、図２に示されたＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。

図２を参照するに、電子素子放熱用ヒートシンク装置１００は、胴体１１０、複数の流路１１３、流入案内部１２０、及び流出案内部１３０を備える。

胴体１１０は、吸熱流体が入って電子素子(図示せず)から熱を吸収して出れる構造であって、吸熱流体が出入りできるようにそれぞれ設けられている流入口１１１及び流出口１１２を除いては密閉された構造になっている。

複数の流路１１３は、胴体１１０の内側に複数の流路壁１１４によって所定間隔で区画されて、吸熱流体がそれぞれ流動できるものであって、流入案内部１２０と流出案内部１３０との間に平行に配置されている。複数の流路１１３の断面形状は、円形及び長方形など多様な形状に変容されて適用できる。

流入案内部１２０は、複数の流路１１３の一側、すなわち流入口１１１側に所定空間として設けられて、流入口１１１を通じて入った吸熱流体を複数の流路１１３それぞれに入るように案内するものであって、流入案内板１２１を備えている。

流入案内板１２１は、流入口１１１から遠くなるほど、すなわち、流入口１１１から一番遠く離れた流路１１３へ行くほど複数の流路１１３側に線形的に順次傾くように設けられて、流入案内部１２０の断面積を、図３及び図４に示されたように、流入口１１１から遠くなるほど順次狭くなるようにする。したがって、流入口１１１を通じて入った吸熱流体は、流入口１１１に近い流路から流入口１１１から一番遠く離れた流路に行っても複数の流路１１３に均一な流量が入るようにする。

流出案内部１３０は、複数の流路１１３の他側、すなわち流出口１１２側に設けられて、複数の流路１１３を通過した吸熱流体を流出口１１２に流れ出るように案内するものであって、流出案内板１３１を備えている。

流出案内板１３１は、流入案内板１２１と同一形状に相互補完的になされていて、流入案内部１２０は、流入口１１１側に近い部分の断面積が最も広くなるように、流出案内部１３０は、流出口１１２側から一番遠い部分の断面積が最も狭くなるように配置することによって、複数の流路１１３のそれぞれの両側に位置する流入案内部１２０及び流出案内部１３０の断面積の和は、複数の流路１１３に対して何れも同一にすることで、複数の流路１１３を流れる吸熱流体が均一な流量で流れるようにする。

流出案内板１３１は、流入案内板１２１と共に吸熱流体が複数の流路１１３をそれぞれ同じ流量で流れるようにすることによって、各流路１１３を流れる吸熱流体が電子素子(図示せず)から熱を同量で吸収して放熱させて、電子素子(図示せず）全体にわたって均一な温度を維持できるようにする。

図５は、図２に示された流入案内部の案内板を形成する方法を説明するための図である。

流入案内板１２１の形状を製作する方法を図５を参照して説明する。図５を参照すると、Ｄ_ｐは流動案内部の最大幅を示し、Ｄ_ｅは流動案内部の最小幅を示し、ｎは流路の数を示す。

したがって、これらの間の関係式は下記の式（１）のようである。

一方、Ｄ_ｗは流路壁の厚さを示し、Ｄ_ｃは流路の幅を示す。したがって、流入案内板１２１の傾斜角をθとした時、これらの間の関係式は下記の式（２）のようである。

例えば、Ｄ_ｐ＝３ｍｍ、Ｄ_ｅ＝Ｄｗ＝０．１ｍｍ、ｎ＝３０、及びＤ_ｃ＝０．１ｍｍである時、式（１）及び式（２）を用いて計算すれば、θ＝６３.５゜(ｄｅｇｒｅｅ)となる。

図６は、本発明の第２実施形態によるヒートシンク装置を示した断面図である。図６を参照すると、図２に示された参照符号と同じ参照符号は同じ機能を行う同一部材を示す。本発明の第２実施形態によるヒートシンク装置は、複数の流路１１３に向かう側の流入案内板２２１の形状が流入口１１１から遠くなるほど複数の流路１１３側に凸面の曲線状に傾くように設けられていて、流入案内部２２０の断面積を流入口１１１から遠くなるほど順次狭くする。流出案内板２３１の形状も流入案内板２２１の形状と同一であり、これらの役割は、前述した本発明の第１実施例による流入案内板２２１及び流出案内板２３１と同一なので、これに対する説明は省略する。

図７は、本発明の第３実施形態によるヒートシンク装置を示した断面図である。図７を参照すると、図２に示された参照符号と同じ参照符号は同じ機能をする同一部材を示す。本発明の第３実施形態によるヒートシンク装置は、複数の流路１１３に向かう側の流入案内板３２１の形状が流入口１１１から遠くなるほど複数の流路１１３側から流入案内部３２０側にくぼんだ曲線状に傾くように設けられていて、流入案内部３２０の断面積を流入口１１１から遠くなるほど順次狭くする。流出案内板３３１の形状も流入案内板３２１の形状と同一であり、これらの役割は、前述した本発明の第１実施例による流入案内板２２１及び流出案内板２３１と同一なので、これに対する説明は省略する。

図８は、本発明の第４実施形態によるヒートシンク装置を示した断面図であり、図９は、本発明の第４実施形態によるヒートシンク装置の複数の流路を形成する方法を説明するための図である。

図８及び図９を参照すると、本発明の第４実施形態によるヒートシンク装置は、図２に示された本発明の一実施形態によるヒートシンク装置と比較して、流入案内板１２１及び流出案内板１３１がなく、複数の流路４１３の形状が異なるという点を除いては、その他の構成は同一である。したがって、同じ参照符号は同じ機能をする同一部材を示す。

ヒートシンク装置は、胴体１１０、複数の流路４１３、流入案内部４２０、及び流出案内部４３０を備える。

胴体１１０は、吸熱流体が出入りできる構造であって、吸熱流体が入って電子素子(図示せず)から熱を吸収して出れるようにそれぞれ設けられている流入口１１１及び流出口１１２を除いては密閉された構造になっている。

複数の流路４１３は、胴体１１０の内側に複数の流路壁４１４によって所定間隔で区画されて、吸熱流体がそれぞれ流動できるものであって、流入案内部４２０と流出案内部４３０との間に長手方向に長く配置されている。複数の流路４１３の断面形状は、円形及び長方形など多様な形状に変容されて適用できる。

複数の流路４１３は、その一端がそれぞれ流入口１１１から遠くなるほど流入案内部４２０側に順次長くなるように延びていて、流入案内部４２０の断面積は、流入口１１１から遠くなるほど順次狭くなる。

複数の流路４１３は、その一端が流入案内部４２０側にその長さが順次延長されて線形的に傾くように形成されているが、複数の流路４１３の一端を線形的に傾くようにする方法は、前述した式（１）及び式（２）を適用して誘導できる。

また、複数の流路４１３は、他端がそれぞれ流出口１１２から遠くなるほど流出案内部４３０側に順次長くなるように延びていて、流出案内部４３０の断面積は、流出口１１２から遠くなるほど順次狭くなる。

複数の流路４１３の他端は、その一端と同様に流出案内部４３０側に延長される長さが長くなって、線形的に傾くように形成されている。

したがって、流入案内部４２０及び流出案内部４３０の面積がそれぞれ狭くなることによって、流入口１１１を通じて入った吸熱流体は、複数の流路４１３をそれぞれ均一な流量で流動できる。

結局、図５ないし図７に示された本発明の一実施形態ないし第３実施形態の流入案内板及び流出案内板の機能は、図９に示された本発明の第４実施形態に示された複数の流路４１３の両端が線形的に傾くように設けられたのと同じ機能を行う。

図１０は、本発明の第５実施形態によるヒートシンク装置を示した平面図である。図１０を参照すると、本発明の第５実施形態によるヒートシンク装置は、図９に示されたヒートシンク装置と同じ参照符号は同じ機能をする同一部材を示す。複数の流路５１３は、その一端が流入口１１１から遠くなるほど流入案内部５２０側に順次長くなるように延びていて、流入案内部５２０の断面積が流入口１１１から遠くなるほど順次狭くなる。また、複数の流路５１３の他端も流出口１１２から遠くなるほど流出案内部５３０側に順次長くなるように延びている。

複数の流路５１３の両端は、流入案内部５２０及び流出案内部５３０側に曲線状に凸面をなして傾くように設けられている。複数の流路５１３の両端がなす形状は、図９に示された形状による機能と同一なので、これに対する詳細な説明は省略する。

図１１は、本発明の第６実施形態によるヒートシンク装置を示した平面図である。図１１を参照すると、本発明の第６実施形態によるヒートシンク装置は、図９に示されたヒートシンク装置と同じ参照符号は同じ機能をする同一部材を示す。複数の流路６１３は、その一端が流入口１１１から遠くなるほど流入案内部６２０側に順次長くなるように延びていて、流入案内部６２０の断面積が流入口１１１から遠くなるほど順次狭くなる。また、複数の流路６１３の他端も流出口１１２から遠くなるほど流出案内部６３０側に順次長くなるように延びている。

複数の流路６１３の両端は、流入案内部６２０及び流出案内部６３０から凹状に傾くように延びている。複数の流路６１３の両端がなす形状は、図９に示された形状による機能と同一なので、これに対する詳細な説明は省略する。

本発明によるヒートシンクの材質は、熱伝導性の高い材質を使用し、純粋銅、黄銅、ジュラルミン、及びアルミニウムを使用することが望ましい。吸熱流体は、熱を吸熱しかつ輸送する媒体として空気、液体窒素、水などの冷媒系及び過フッ化炭化水素などの流体を使用できる。

本発明は、図面に示された実施形態を参考として説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。

電子素子と接触する吸熱流体の流量を均一にすることで、電子素子の温度を一定に維持する電子素子用ヒートシンク装置に適用される。

従来のヒートシンクの一例を示した縦断面図である。 本発明の一実施形態による電子素子放熱用ヒートシンク装置を示した平面図である。 図２に示されたＩ−Ｉ’に沿った縦断面図である。 図２に示されたＩＩ−ＩＩ’に沿った縦断面図である。 図２に示された流入案内部の案内板を形成する方法を説明するための図である。 本発明の第２実施形態によるヒートシンク装置を示した平面図である。 本発明の第３実施形態によるヒートシンク装置を示した平面図である。 本発明の第４実施形態によるヒートシンク装置を示した平面図である。 本発明の第４実施形態によるヒートシンク装置の複数の流路を形成する方法を説明するための図である。 本発明の第５実施形態によるヒートシンク装置を示した平面図である。 本発明の第６実施形態によるヒートシンク装置を示した平面図である。

符号の説明

１１０ 胴体
１１１ 流入口
１１２ 流出口
１１３ 流路
１１４ 流路壁
１２０ 流入案内部
１２１ 流入案内板
１３０ 流出案内部
１３１ 流出案内板

Claims (9)

1. 電子素子用ヒートシンク装置において、
   流入口及び流出口がそれぞれ設けられており、吸熱流体が流動できる複数の流路を備える胴体と、
   前記流入口から遠くなるほど断面積が狭くなるように設けられて、吸熱流体が前記複数の流路にそれぞれ均一な流量で流入されるように案内する流入案内部と、
   前記流入案内部と同一形状に設けられて、前記流入案内部と共に吸熱流体が前記複数の流路にそれぞれ均一な流量で流れるように案内する流出案内部とを備えることを特徴とする電子素子用ヒートシンク装置。
2. 前記流入案内部は、
   前記流入口から遠くなるほど前記複数の流路側に向かう側の形状が前記複数の流路側に線形的に傾いている案内板を備え、その断面積が順次狭くなることを特徴とする請求項１に記載の電子素子用ヒートシンク装置。
3. 前記流入案内部は、
   前記流入口から遠くなるほど前記複数の流路側に向かう側が曲線状に傾いている案内板を備え、その断面積が順次狭くなることを特徴とする請求項１に記載の電子素子用ヒートシンク装置。
4. 前記案内板は、
   前記複数の流路側に向かう側が全体的に凸状に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の電子素子用ヒートシンク装置。
5. 前記案内板は、
   前記複数の流路側に向かう側が全体的に凹状に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の電子素子用ヒートシンク装置。
6. 流入口及び流出口がそれぞれ設けられており、吸熱流体が流動できる複数の流路を備える胴体と、吸熱流体を前記複数の流路に案内する流入案内部と、前記複数の流路から流出された吸熱流体を前記流出口に案内する流出案内部とを備える電子素子用ヒートシンク装置において、
   前記複数の流路は、
   それぞれ前記流入口及び流出口から遠くなるほど前記流入案内部及び流出案内部側に順次長くなるように延びて、前記流入口及び流出口から遠くなるほど前記流入案内部及び流出案内部の断面積を順次狭くなるようにして、吸熱流体が前記複数の流路にそれぞれ均一な流量で流れるようにすることを特徴とする電子素子用ヒートシンク装置。
7. 前記複数の流路は、それぞれ前記流入口及び流出口から遠くなるほど線形的に延びることを特徴とする請求項６に記載の電子素子用ヒートシンク装置。
8. 前記複数の流路は、それぞれ前記流入案内部及び流出案内部側に凸状に延びることを特徴とする請求項６に記載の電子素子用ヒートシンク装置。
9. 前記複数の流路は、それぞれ前記流入案内部及び流出案内部から凹状に延びることを特徴とする請求項６に記載の電子素子用ヒートシンク装置。

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