カーボングラファイトを使用するヒートシンク
【課題】薄型化による性能低下を軽減し、多数の発熱部品を効率的に冷却することができる、軽量薄型電気機器用ヒートシンクを提供する。
【解決手段】複数の発熱体の一部９と熱的に接続される均熱性に優れたカーボングラファイト材２と、前記カーボングラファイト材２に熱的に接続される少なくとも１つのヒートパイプ３と、前記複数の発熱体の他の一部に熱的に接続される少なくとも１つの別のカーボングラファイト材とを備えた、カーボングラファイトを使用するヒートシンク。
【解決手段】複数の発熱体の一部９と熱的に接続される均熱性に優れたカーボングラファイト材２と、前記カーボングラファイト材２に熱的に接続される少なくとも１つのヒートパイプ３と、前記複数の発熱体の他の一部に熱的に接続される少なくとも１つの別のカーボングラファイト材とを備えた、カーボングラファイトを使用するヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップ等の種類の異なる複数の発熱体を冷却することができる、軽量薄型電気機器用ヒートシンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
パソコンのＣＰＵ、レーザ発光ダイオード、パワートランジスター等の電気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電子部品は、その使用によって発熱が避け難く、近年、発熱量が高くなり、その冷却が重要な技術課題となりつつある。他方、これら電気・電子機器の薄型、小型化が強く要請される。
冷却を要する電気・電子素子を冷却する方法としては、例えば機器にファンを取り付けて、機器筐体内の空気の温度を下げる方法や、被冷却素子に冷却体を取り付けることによって、その被冷却素子を直接的に冷却する方法等が代表的に知られている。
【０００３】
被冷却素子に取り付ける冷却体として、例えば銅材やアルミニウム材などの伝熱性に優れた材料の板材や、或いは平面型ヒートパイプ等が適用されることが多い。平面型ヒートパイプとして、板状ヒートパイプを使用したノートブック型電子機器用の冷却機構が特開平１０−３９９５５号公報に開示されている。
【０００４】
ヒートパイプについて簡単に説明する。ヒートパイプは空洞部を有するコンテナであり、その空洞部に作動流体（作動流体）が封入されている。その空洞部は真空引きされており、作動流体の蒸発が起きやすくなっている。作動流体としては、コンテナの材質との適合性を考慮して、水、アルコール、代替フロン等が用いられる。
【０００５】
ヒートパイプの作動について簡単に説明する。即ち、ヒートパイプの吸熱側において、ヒートパイプを構成する容器（コンテナ）の材質中を熱伝導して伝わってきた熱により、作動流体が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱側では、作動流体の蒸気は冷却されて、再び液相状態に戻る。そして液相に戻った作動流体は、再び吸熱側に移動（還流）する。このような作動流体の相変態や移動により、熱の移動がなされる。
【０００６】
作動流体の還流は、重力や毛細管現象によってなされる。重力式のヒートパイプの場合は、吸熱部を放熱部より下方に配置することによって、作動流体は還流する。毛細管現象によって作動流体を還流させるヒートパイプの場合は、空洞部の内壁に溝を設けたり、空洞内部に金属メッシュ、多孔質体等のウイックを挿入し、溝またはウイックによる毛細管現象によって、作動流体が還流する。
このように、ヒートパイプにおいては、ヒートパイプの密閉された空洞部内に封入された作動流体の相変態と移動により大量の熱の輸送が行われる。もちろん、ヒートパイプを構成する容器（コンテナ）を熱伝導することによって、運ばれる熱もあるが、その量は相対的に少ない。
【０００７】
上述したように、平面型ヒートパイプの空洞部内には、作動流体が封入され、作動流体の相変態が行われる。平面型ヒートパイプとして十分に機能するためには、空気の流入による作動液の劣化を防止し、更に、作動流体の漏れを防止することができるように空洞部の気密性を確保し、そして、内圧・外圧に十分耐える強度が必要とされる。平面型ヒートパイプの密閉された容器の気密性を高めるために、容器を形成する上板材および下板材を、ロウ付け（銀ロウ、低温ロウ等）方法、ロールボンド方法、圧接方法等によって接合することが広く知られている。
【０００８】
一方、パソコン等の電気機器の小型化、高性能化が著しくすすみ、それに搭載されるＣＰＵ、ＭＰＵ等の発熱部品を冷却するための冷却機構の小型化、省スペース化が強く望まれている。上述したヒートパイプを用いた冷却機構の場合には、ヒートパイプの薄型化も要求されるようになってきている。図７に従来の薄型ヒートシンクの一例を示す。受熱板または均熱板としての銅薄板材２に形成された溝部にヒートパイプを埋め込み、その上に銅またはアルミニウム製のカバー材１０４を載置し、カバー材の上に発熱部品を熱的に接続する。
【特許文献１】特開平１０−３９９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したようにヒートパイプを薄型化するために、例えば、外形３から４ｍｍ程度の細いヒートパイプが実用化され、パソコン等の冷却機構に適用されている。パソコン等の筐体内のスペースの都合によって上述した細い径のヒートパイプを更に潰して断面を扁平形状にしたヒートパイプ（扁平ヒートパイプ）が用いられている。しかしながら、上述したようにヒートパイプを薄型化すると、性能が著しく低下するという問題点がある。その結果、薄型、軽量且つ高発熱対応という要求に答えることができなくなるという問題点がある。
【００１０】
従って、この発明の目的は、薄型化による性能低下を軽減し、多数の発熱部品を効率的に冷却することができる、軽量薄型電気機器用ヒートシンクを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者は、上述した従来の問題点を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、従来使用しているアルミニウムまたは銅の薄板の代わりにカーボングラファイト材を使用し、扁平状ヒートパイプと組み合わせることによって、薄型化、軽量化、高発熱対応が可能な性能の高いヒートシンクを提供することができることが判明した。
【００１２】
この発明は、上述した研究結果に基づいてなされたものであって、この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクの第１の態様は、複数の発熱体の一部と熱的に接続される均熱性に優れたカーボングラファイト材と、前記カーボングラファイト材に熱的に接続される少なくとも１つの扁平状ヒートパイプと、前記複数の発熱体の他の一部に熱的に接続される少なくとも１つの別のカーボングラファイト材とを備えた、カーボングラファイトを使用するヒートシンクである。
【００１３】
この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクの第２の態様は、前記カーボングラファイト材に溝部が形成され、前記扁平状ヒートパイプが前記溝部に埋め込まれている、カーボングラファイトを使用するヒートシンクである。
【００１４】
この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクの第３の態様は、前記カーボングラファイト材に凹部が形成され、前記扁平状ヒートパイプが前記凹部に収納されている、カーボングラファイトを使用するヒートシンクである。
【００１５】
この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクの第４の態様は、前記少なくとも１つの別のカーボングラファイト材が少なくとも前記ヒートパイプに熱的に接続している、カーボングラファイトを使用するヒートシンクである。
【００１６】
この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクの第５の態様は、前記複数の発熱体が異なる種類、異なる発熱量の発熱体からなっており、発熱量の高い発熱体が前記別のカーボングラファイト材に熱的に接続され、その他の発熱体が前記カーボングラファイト材に熱的に接続されている、カーボングラファイトを使用するヒートシンクである。
【００１７】
この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクの第６の態様は、前記少なくとも１つの扁平状のヒートパイプが複数のヒートパイプからなっており、前記別のカーボングラファイト材が複数のカーボングラファイト材からなっており、対応する各ヒートパイプに熱的に接続されている、カーボングラファイトを使用するヒートシンクである。
【００１８】
この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクの第７の態様は、前記発熱体が所定間隔で高密度に配置されている、カーボングラファイトを使用するヒートシンクである。
【００１９】
この発明の薄型電気機器の第１の態様は、上述したカーボングラファイトを使用するヒートシンクによって、全ての発熱体を一括処理する薄型電気機器である。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によると、金属部品を複合させることによる重量の増加、高価な金型代の発生を抑制することによってコストを低下し、薄型化による冷却性能の低下を軽減し、多数の発熱部品を効率的に冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクを図面を参照しながら詳細に説明する。
この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクの第１の態様は、複数の発熱体の一部と熱的に接続される均熱性に優れたカーボングラファイト材と、前記カーボングラファイト材に熱的に接続される少なくとも１つの扁平状ヒートパイプと、前記複数の発熱体の他の一部に熱的に接続される少なくとも１つの別のカーボングラファイト材とを備えた、カーボングラファイトを使用するヒートシンクである。
【００２２】
図１は、この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクの１つの態様を説明する図である。
【００２３】
図１に示すように、この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンク１は、カーボングラファイト材２と、扁平状ヒートパイプ３と、別のカーボングラファイト材４−１、４−２とを備えている。カーボングラファイト材２は、均熱性に優れており、複数の発熱体のうちの一部の発熱体（例えば、３から４個のチップ）と、その平面な部分において熱的に直接接続される。扁平状ヒートパイプは、発熱体の数、発熱量により少なくとも１つの扁平状ヒートパイプからなっており、カーボングラファイト材に熱的に接続されている。別のカーボングラファイト材４は、例えば、扁平状ヒートパイプの上に配置されて、発熱体（例えば、ＣＰＵ等）と熱的に直接接続される。
【００２４】
この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクにおいては、カーボングラファイト材に溝部が形成され、扁平状ヒートパイプが溝部に埋め込まれている。更に、カーボングラファイト材に凹部が形成され、扁平状ヒートパイプが凹部に収納されていてもよい。
【００２５】
図２は、カーボングラファイト材に扁平状ヒートパイプを取り付ける方法を示す図である。図２（ａ）は、カーボングラファイト材に溝部が形成される例を示す。図２（ｂ）は、カーボングラファイト材に凹部が形成される例を示す。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、この態様のカーボングラファイトを使用するヒートシンク１においては、カーボングラファイト材２の例えば長手方向に沿って、扁平状ヒートパイプ３の形状に対応する溝部５が形成される。溝部５は、その中に収められた扁平状ヒートパイプの上面がカーボングラファイト材の上面と同一になるように形成してもよく、または、扁平状ヒートパイプの一部がカーボングラファイト材の上面よりも上方に露出するように形成してもよい。
【００２７】
溝部５に装着された扁平状ヒートパイプ３の上面には、別のカーボングラファイト材４が接合される。別のカーボングラファイトは、板状でもよく、ブロック状でもよい。発熱量の高い発熱部品を上述した別のカーボングラファイトに搭載すると、別のカーボングラファイトは、均熱部材として機能し、発熱部品の熱を効率的に別のカーボングラファイトに移動し、扁平状ヒートパイプによって所定の位置に熱を移動する。
【００２８】
図２（ｂ）に示すように、この態様のカーボングラファイトを使用するヒートシンク１においては、カーボングラファイト材２の例えば長手方向に沿って、扁平状ヒートパイプ３の形状に対応して、凹部６が形成される。凹部６は、その中に装着された扁平状ヒートパイプの上面がカーボングラファイト材の上面と同一になるように形成してもよく、または、扁平状ヒートパイプの一部がカーボングラファイト材の上面よりも上方に露出するように形成してもよい。
【００２９】
凹部６に装着された扁平状ヒートパイプ３の上面には、図２（ａ）を参照して説明した態様と同様に、別のカーボングラファイト材４が接合される。別のカーボングラファイトは、板状でもよく、ブロック状でもよい。発熱量の高い発熱部品を上述したブロック状の別のカーボングラファイトに搭載すると、別のカーボングラファイトは、均熱部材として機能し、発熱部品の熱を効率的に別のカーボングラファイトに移動し、扁平状ヒートパイプによって所定の位置に熱を移動する。
【００３０】
更に、この発明のカーボングラファイト材を使用するヒートシンクにおいて、扁平状のヒートパイプが複数の扁平状ヒートパイプからなっていてもよい。更に、別のカーボングラファイト材が複数のカーボングラファイト材からなっており、対応する各ヒートパイプに熱的に接続されていてもよい。
【００３１】
図３は、複数の扁平状ヒートパイプを備えた、カーボングラファイトを使用するヒートシンクの１つの態様を説明する図である。図３に示す態様では、３つの扁平状ヒートパイプおよび２個の別のカーボングラファイト材が用いられている。図３に示すように、カーボングラファイト材２には、３つの扁平状ヒートパイプの形状に対応する溝部、または、凹部が設けられて、それぞれ扁平状ヒートパイプが装着される。３つの扁平状ヒートパイプと熱的に接続するように、別のカーボングラファイト材４−１が設けられ、更に、１つの扁平状ヒートパイプに更に別のカーボングラファイト材が熱的に接続するように設けられている。
【００３２】
例えば、別のカーボングラファイト材４−１にＣＰＵが熱的に接続され、別のカーボングラファイト材４−２にＶＧＡが熱的に接続される。別のカーボングラファイト材４−１に熱的に接続されたＣＰＵの熱が、別のカーボングラファイト材４−１に移動し、そこで均熱化されて、扁平状ヒートパイプ３−１、３−２、３−３に移動し、それによってカーボングラファイト材全体の温度が低い部分に熱が移動する。更に、扁平状ヒートパイプ３−３に熱的に接続されている別のカーボングラファイト材４−２に搭載されたＶＧＡの熱は、別のカーボングラファイト材４−２に移動し、そこで均熱化されて、扁平状ヒートパイプ３−３に移動し、それによってカーボングラファイト材の温度の低い部分に熱が移動する。
【００３３】
このように、カーボングラファイト材は、熱伝導性に優れているので、均熱板として機能し、扁平状ヒートパイプによって、カーボングラファイト材の温度の低い部分に熱が移動する。従って、フィン、送風用のファン等の他の部品を用いることなく、所謂、フィンレス・ファンレスのヒートシンクが得られる。その結果、薄型化に対応が可能である。
【００３４】
更に、この発明のカーボングラファイト材を使用するヒートシンクにおいては、複数の発熱体が異なる種類、異なる発熱量の発熱体からなっており、発熱量の高い発熱体が別のカーボングラファイト材に熱的に接続され、その他の発熱体がカーボングラファイト材に熱的に接続されていてもよい。
【００３５】
図４は、この発明のカーボングラファイト材を使用するヒートシンクにおける、発熱部品の実装状況を説明する図である。この態様においては、１本の扁平状ヒートパイプを用いて、複数の異なる種類、異なる発熱量の発熱部品を冷却する。
図４に示すように、カーボングラファイト材２には、１つの扁平状ヒートパイプの形状に対応する溝部、または、凹部が設けられて、それぞれ扁平状ヒートパイプが装着される。扁平状ヒートパイプと熱的に接続するように、別のカーボングラファイト材４が設けられている。
【００３６】
更に、扁平状ヒートパイプの近傍のカーボングラファイト材の上に、発熱部品８が直接搭載され、熱的に接続されている。更に、発熱部品９−１、９−２、９−３がカーボングラファイト材の他の部分の上に直接搭載され、熱的に接続している。このように、異なる種類、異なる発熱量の発熱部品がカーボングラファイト材上に、直接または別のカーボングラファイト材、扁平状ヒートパイプを介して熱的に接続されている。例えば、別のカーボングラファイト材４にＣＰＵが熱的に接続され、扁平状ヒートパイプ近傍のカーボングラファイト材上にＶＧＡが熱的に接続され、更に、チップ（図４では、３個のチップセット）がカーボングラファイト材に熱的に接続されている。
【００３７】
別のカーボングラファイト材４に搭載されたＣＰＵの熱が、別のカーボングラファイト４に移動し、そこで均熱化されて、扁平状ヒートパイプ３に移動し、それによってカーボングラファイト材の所定の位置に向かって熱が移動される。更に、扁平状ヒートパイプ３の近傍のカーボングラファイト材の上に直接搭載されたＶＧＡの熱は、カーボングラファイト材そのもの、および／または、扁平状ヒートパイプ３によって、カーボングラファイト材２の温度の低い部分に熱が移動する。更に、扁平状ヒートパイプ３から離れた位置において、カーボングラファイト材２に直接搭載されたチップセット９−１、９−２、９−３の熱は、カーボングラファイト材２の温度の低い部分に熱が移動する。
【００３８】
図５は、ヒートパイプを備えた、カーボングラファイトを使用するヒートシンクの他の１つの態様を説明する図である。図５（ａ）はその斜視図であり、図５（ｂ）はその断面図である。図５（ａ）図５（ｂ）に示すように、回路基板１０の上に所定の高さのＣＰＵ等の発熱部品９が搭載されている。カーボングラファイト材の上にはヒートパイプがその表面に沿って配置されている。発熱部品９の上をカーボングラファイト材の一部が発熱部品の形状に沿って曲げられて覆っている。それに伴って、カーボングラファイト材の上に配置されたヒートパイプも同様に曲げられる。即ち、ヒートパイプとカーボングラファイト材とは相互に密着しつつ任意に曲げ部を形成することができる。従って、高い放熱性能を有し、且つ、パソコン内部の配置設計の自由度を高めることができる。この態様においては、発熱部品を覆う部分以外のカーボングラファイト材は回路基板に接している。
【００３９】
図６は、ヒートパイプを備えた、カーボングラファイトを使用するヒートシンクの他の１つの態様を説明する図である。図６（ａ）はその斜視図であり、図６（ｂ）はその断面図である。図６（ａ）図６（ｂ）に示すように、回路基板１０の上に所定高さのＣＰＵ等の発熱部品９が搭載されている。カーボングラファイト材２の表面に沿ってヒートパイプ３が配置されている。カーボングラファイト材の発熱部品９に対応する部分には、所定の曲げが施された凹部１１が形成されており、ヒートパイプ３も対応する部分には同様に曲げが施されれている。即ちこの態様においても、ヒートパイプとカーボングラファイト材とは相互に密着しつつ任意に曲げ部を形成することができる。従って、高い放熱性能を有し、且つ、パソコン内部の配置設計の自由度を高めることができる。この態様においては、カーボングラファイト材は回路基板と直接接触することはなく、発熱部品以外の部分においては回路基板から所定の間隔を隔てて位置している。
【００４０】
なお、ここでは図示しないが、カーボングラファイト材に厚さが薄い溝状の凹み部を設け、前記凹み部に沿うようにヒートパイプを配置しても良い。この場合、凹み部にヒートパイプが嵌るような形態になるため薄型設計に好適となる。
【００４１】
このように、カーボングラファイト材は、熱伝導性に優れているので、均熱板として機能し、カーボングラファイト材自身の熱伝導、および、扁平状ヒートパイプによって、カーボングラファイト材の温度の低い部分に熱が移動する。従って、フィン、送風用のファン等の他の部品を用いることなく、所謂、フィンレス・ファンレスのヒートシンクが得られる。その結果、薄型化に対応が可能である。
【００４２】
扁平状ヒートパイプのコンテナの材料として、銅（Ｃ１０２０、Ｃ１１００、Ｃ１２００）、アルミニウム（Ａ１０１０ Ａ１１００ Ａ５０００系、Ａ６０００系、Ａ７０００系）などの熱伝導の良好な金属を利用する。クラッド材を用いるときには、異種金属、例えば、アルミニウム／銅、銅／セラミックス（アルミナ、ベリリア、窒化アルミニウム、銅タングステン）を用いることができる。
【００４３】
毛細管構造体のウイックとして、金網、焼結金属、メタルウール、グラス繊維、炭素繊維、セラミックス繊維等がある。内壁に形成されるグルーブとして、軸方向、周方向に沿ったグルーブ、長方形、台形、三角形等のグルーブがある。
密閉された空洞部内に封入される作動液としては、容器材質との適合性に応じて、水、代替フロン、フロリーナ、シクロペンタン等を用いる。
【００４４】
カーボングラファイト材は、市販されているものを使用することができる。一般に、天然のグラファイトを圧延してグラファイト板材が得られる。またアクリロニトリルを用いたアクリル系樹脂フィルム等の有機合成フィルムを無酸素下で焼成すると、シート状のグラファイトが得られる。シート状のグラファイトは柔軟性および圧縮弾性があり、合わせて使用する材料との適合性に優れている。カーボングラファイトは一般に酸素と反応し易く、これによって劣化し、形状が変化したり安定性が悪化するので、高分子フィルムによってカーボングラファイト材を覆われて使用される。更に、高分子フィルムとして液晶ポリマ等の耐熱フィルムを使用して、更に劣化の防止が図られている。
ヒートパイプとカーボングラファイトとの接合方法として、例えば、カシメ接合、接着剤接合、半田接合、カバー固定、ラミネートフィルムにて一体接合等がある。
【実施例】
【００４５】
この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクを実施例によって差更に詳細に説明する。
実施例１
【００４６】
図５に示すように、厚さ１ｍｍのカーボングラファイト材２に、ヒートパイプの大きさに対応する凹部を形成して、その中に扁平状ヒートパイプ３を装着した。扁平状ヒートパイプは、Φ６ｍｍの丸型ヒートパイプを２．５ｍｍに扁平した。扁平状ヒートパイプの一方の端部はＬ字状に湾曲されて、その上に別のカーボングラファイト材４が載置された。別のカーボン板材の上には発熱量１５ＷのＣＰＵ７が熱的に接続された。
【００４７】
扁平状ヒートパイプから離れた位置のカーボングラファイト材上に発熱量７ＷのＶＧＡ８が熱的に接続された。更に、扁平状ヒートパイプから離れた別の位置のカーボングラファイト材上に発熱量約１０Ｗのチップセット９−１、９−２、９−３が熱的に接続された。
このようにカーボングラファイト材の上に扁平状ヒートパイプを装着し、発熱量の異なる３種類の発熱部品ＣＰＵ、ＶＧＡ、チップセットをヒートパイプおよびカーボングラファイト材に熱的に接続して、ヒートシンクの放熱状態を調べた。
【００４８】
比較のために、カーボングラファイトの代わりに銅薄板材を使用した以外は、同一条件で作成された従来のヒートシンクについて、ヒートシンクの放熱状態を調べた。それらの結果を、図５に合わせて示す。
図５に示すように、従来の銅板またはアルミニウム板材を使用すると、熱伝導性が低いので、ヒートパイプの周りにＡ−１、ＶＧＡの周りにＡ−２、チップセットの周りにＡ−３と相互に分離して、熱が移動していることがわかる。即ち、上述した３つの発熱部品の熱が充分に移動せず、狭い領域に制限され、放熱性能が抑制されている状態が明らかである。
【００４９】
これに対して、本発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクにおいては、図５に示すＢの領域に熱が移動していることがわかる。即ち、上述した従来のヒートシンクのように、発熱部品の周りに相互に分離して熱の移動が制限されること無く、カーボングラファイト材の概ね全域にわたって熱が充分に移動し、放熱性能が充分に発揮されている状態が明らかである。
実施例２
【００５０】
図６に示すように、厚さ１ｍｍのカーボングラファイト材２に、３本のヒートパイプの大きさに対応する凹部を形成して、その中に扁平状ヒートパイプ３−１、３−２、３−３をそれぞれ装着した。扁平状ヒートパイプは、Φ６ｍｍの丸型ヒートパイプを２．５ｍｍに扁平した。３本の扁平状ヒートパイプの一方の端部がカーボングラファイト材の一方の端部に集められるように配置されて、その上に別のカーボングラファイト材４−１が載置された。別のカーボン板材の上には発熱量５０ＷのＣＰＵ７−１が熱的に接続された。
【００５１】
扁平状ヒートパイプ３−３の中央部付近に別のカーボングラファイト材４−２が載置された。別のカーボングラファイト材４−２の上には発熱量２５ＷのＶＧＡが熱的に接続された。扁平状ヒートパイプ３−１の隣のカーボングラファイト材上に発熱量約１５Ｗのチップセット９−１、９−２、９−３が熱的に接続された。
【００５２】
このようにカーボングラファイト材の上に扁平状ヒートパイプを装着し、発熱量の異なる３種類の発熱部品ＣＰＵ、ＶＧＡ、チップセットをヒートパイプおよびカーボングラファイト材に熱的に接続して、本発明のヒートシンクの放熱状態を調べた。
比較のために、カーボングラファイトの代わりに銅薄板材を使用した以外は、同一条件で作成された従来のヒートシンクについて、ヒートシンクの放熱状態を調べた。それらの結果を、図６に合わせて示す。
【００５３】
図６に示すように、従来の銅板またはアルミニウム板材を使用すると、熱伝導性が低いので、３本の扁平状ヒートパイプのそれぞれの周り、および、チップセットの周りのカーボングラファイト材上のＡに示す領域に熱の移動が制限されていることがわかる。即ち、上述した３つの発熱部品の熱が充分に移動せず、Ａに示す狭い領域に制限され、放熱性能が抑制されている状態が明らかである。
これに対して、本発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクにおいては、図６に示すＢの領域に熱が移動していることがわかる。即ち、上述した従来のヒートシンクのように、発熱部品の周りに熱の移動が制限されること無く、カーボングラファイト材の概ね全域にわたって熱が充分に移動し、放熱性能が充分に発揮されている状態が明らかである。
【００５４】
上述したように、この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクによると、異なる種類の発熱部品の冷却が一括して処理することができる。更に、放熱性能に優れているので、発熱部品の高密度配置が可能になる。更に、上述したように、カーボングラファイト材に形成された溝部または凹部にヒートパイプを埋め込んで使用するので、軽量化、薄型化が可能になり、ノート型パソコン等、薄型電気機器の冷却に使用することができる。
なお、ヒートパイプの形状は扁平状のものに限らず、例えば板状、丸状のものであっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
この発明によると、カーボングラファイト材に形成された溝部または凹部に扁平状ヒートパイプを埋め込んで使用するので、軽量化、薄型化が可能になり、ノート型パソコン等、薄型電気機器の冷却に使用することができる。従って、薄型化による性能低下を軽減し、多数の発熱部品を効率的に冷却することができる、軽量薄型電気機器用ヒートシンクを提供することができ、産業上の利用可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクの１つの態様を説明する図である。
【図２】図２は、カーボングラファイト材に扁平状ヒートパイプを取り付ける方法を示す図である。図２（ａ）は、カーボングラファイト材に溝部が形成される例を示す。図２（ｂ）は、カーボングラファイト材に凹部が形成される例を示す。
【図３】図３は、複数の扁平状ヒートパイプを備えた、カーボングラファイトを使用するヒートシンクの１つの態様を説明する図である。
【図４】図４は、この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクにおける、発熱部品の実装状況を説明する図である。
【図５】図５は、ヒートパイプを備えた、カーボングラファイトを使用するヒートシンクの他の１つの態様を説明する図である。
【図６】図６は、ヒートパイプを備えた、カーボングラファイトを使用するヒートシンクの他の１つの態様を説明する図である。
【図７】図７は、実施例１におけるこの発明のカーボングラファイトを使用したヒートシンクにおける、熱の移動状態を示す模式図である。
【図８】図８は、実施例２におけるこの発明のカーボングラファイトを使用したヒートシンクにおける、熱の移動状態を示す模式図である。
【図９】図９は、従来のヒートシンクを説明する図である。
【符号の説明】
【００５７】
１．カーボングラファイトを使用したヒートシンク
２．カーボングラファイト材
３．扁平状ヒートパイプ
４．別のカーボングラファイト材
５．溝部
６．凹部
７、８、９．発熱部品
１０．回路基板
１１．凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップ等の種類の異なる複数の発熱体を冷却することができる、軽量薄型電気機器用ヒートシンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
パソコンのＣＰＵ、レーザ発光ダイオード、パワートランジスター等の電気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電子部品は、その使用によって発熱が避け難く、近年、発熱量が高くなり、その冷却が重要な技術課題となりつつある。他方、これら電気・電子機器の薄型、小型化が強く要請される。
冷却を要する電気・電子素子を冷却する方法としては、例えば機器にファンを取り付けて、機器筐体内の空気の温度を下げる方法や、被冷却素子に冷却体を取り付けることによって、その被冷却素子を直接的に冷却する方法等が代表的に知られている。
【０００３】
被冷却素子に取り付ける冷却体として、例えば銅材やアルミニウム材などの伝熱性に優れた材料の板材や、或いは平面型ヒートパイプ等が適用されることが多い。平面型ヒートパイプとして、板状ヒートパイプを使用したノートブック型電子機器用の冷却機構が特開平１０−３９９５５号公報に開示されている。
【０００４】
ヒートパイプについて簡単に説明する。ヒートパイプは空洞部を有するコンテナであり、その空洞部に作動流体（作動流体）が封入されている。その空洞部は真空引きされており、作動流体の蒸発が起きやすくなっている。作動流体としては、コンテナの材質との適合性を考慮して、水、アルコール、代替フロン等が用いられる。
【０００５】
ヒートパイプの作動について簡単に説明する。即ち、ヒートパイプの吸熱側において、ヒートパイプを構成する容器（コンテナ）の材質中を熱伝導して伝わってきた熱により、作動流体が蒸発し、その蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱側では、作動流体の蒸気は冷却されて、再び液相状態に戻る。そして液相に戻った作動流体は、再び吸熱側に移動（還流）する。このような作動流体の相変態や移動により、熱の移動がなされる。
【０００６】
作動流体の還流は、重力や毛細管現象によってなされる。重力式のヒートパイプの場合は、吸熱部を放熱部より下方に配置することによって、作動流体は還流する。毛細管現象によって作動流体を還流させるヒートパイプの場合は、空洞部の内壁に溝を設けたり、空洞内部に金属メッシュ、多孔質体等のウイックを挿入し、溝またはウイックによる毛細管現象によって、作動流体が還流する。
このように、ヒートパイプにおいては、ヒートパイプの密閉された空洞部内に封入された作動流体の相変態と移動により大量の熱の輸送が行われる。もちろん、ヒートパイプを構成する容器（コンテナ）を熱伝導することによって、運ばれる熱もあるが、その量は相対的に少ない。
【０００７】
上述したように、平面型ヒートパイプの空洞部内には、作動流体が封入され、作動流体の相変態が行われる。平面型ヒートパイプとして十分に機能するためには、空気の流入による作動液の劣化を防止し、更に、作動流体の漏れを防止することができるように空洞部の気密性を確保し、そして、内圧・外圧に十分耐える強度が必要とされる。平面型ヒートパイプの密閉された容器の気密性を高めるために、容器を形成する上板材および下板材を、ロウ付け（銀ロウ、低温ロウ等）方法、ロールボンド方法、圧接方法等によって接合することが広く知られている。
【０００８】
一方、パソコン等の電気機器の小型化、高性能化が著しくすすみ、それに搭載されるＣＰＵ、ＭＰＵ等の発熱部品を冷却するための冷却機構の小型化、省スペース化が強く望まれている。上述したヒートパイプを用いた冷却機構の場合には、ヒートパイプの薄型化も要求されるようになってきている。図７に従来の薄型ヒートシンクの一例を示す。受熱板または均熱板としての銅薄板材２に形成された溝部にヒートパイプを埋め込み、その上に銅またはアルミニウム製のカバー材１０４を載置し、カバー材の上に発熱部品を熱的に接続する。
【特許文献１】特開平１０−３９９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したようにヒートパイプを薄型化するために、例えば、外形３から４ｍｍ程度の細いヒートパイプが実用化され、パソコン等の冷却機構に適用されている。パソコン等の筐体内のスペースの都合によって上述した細い径のヒートパイプを更に潰して断面を扁平形状にしたヒートパイプ（扁平ヒートパイプ）が用いられている。しかしながら、上述したようにヒートパイプを薄型化すると、性能が著しく低下するという問題点がある。その結果、薄型、軽量且つ高発熱対応という要求に答えることができなくなるという問題点がある。
【００１０】
従って、この発明の目的は、薄型化による性能低下を軽減し、多数の発熱部品を効率的に冷却することができる、軽量薄型電気機器用ヒートシンクを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者は、上述した従来の問題点を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、従来使用しているアルミニウムまたは銅の薄板の代わりにカーボングラファイト材を使用し、扁平状ヒートパイプと組み合わせることによって、薄型化、軽量化、高発熱対応が可能な性能の高いヒートシンクを提供することができることが判明した。
【００１２】
この発明は、上述した研究結果に基づいてなされたものであって、この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクの第１の態様は、複数の発熱体の一部と熱的に接続される均熱性に優れたカーボングラファイト材と、前記カーボングラファイト材に熱的に接続される少なくとも１つの扁平状ヒートパイプと、前記複数の発熱体の他の一部に熱的に接続される少なくとも１つの別のカーボングラファイト材とを備えた、カーボングラファイトを使用するヒートシンクである。
【００１３】
この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクの第２の態様は、前記カーボングラファイト材に溝部が形成され、前記扁平状ヒートパイプが前記溝部に埋め込まれている、カーボングラファイトを使用するヒートシンクである。
【００１４】
この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクの第３の態様は、前記カーボングラファイト材に凹部が形成され、前記扁平状ヒートパイプが前記凹部に収納されている、カーボングラファイトを使用するヒートシンクである。
【００１５】
この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクの第４の態様は、前記少なくとも１つの別のカーボングラファイト材が少なくとも前記ヒートパイプに熱的に接続している、カーボングラファイトを使用するヒートシンクである。
【００１６】
この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクの第５の態様は、前記複数の発熱体が異なる種類、異なる発熱量の発熱体からなっており、発熱量の高い発熱体が前記別のカーボングラファイト材に熱的に接続され、その他の発熱体が前記カーボングラファイト材に熱的に接続されている、カーボングラファイトを使用するヒートシンクである。
【００１７】
この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクの第６の態様は、前記少なくとも１つの扁平状のヒートパイプが複数のヒートパイプからなっており、前記別のカーボングラファイト材が複数のカーボングラファイト材からなっており、対応する各ヒートパイプに熱的に接続されている、カーボングラファイトを使用するヒートシンクである。
【００１８】
この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクの第７の態様は、前記発熱体が所定間隔で高密度に配置されている、カーボングラファイトを使用するヒートシンクである。
【００１９】
この発明の薄型電気機器の第１の態様は、上述したカーボングラファイトを使用するヒートシンクによって、全ての発熱体を一括処理する薄型電気機器である。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によると、金属部品を複合させることによる重量の増加、高価な金型代の発生を抑制することによってコストを低下し、薄型化による冷却性能の低下を軽減し、多数の発熱部品を効率的に冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクを図面を参照しながら詳細に説明する。
この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクの第１の態様は、複数の発熱体の一部と熱的に接続される均熱性に優れたカーボングラファイト材と、前記カーボングラファイト材に熱的に接続される少なくとも１つの扁平状ヒートパイプと、前記複数の発熱体の他の一部に熱的に接続される少なくとも１つの別のカーボングラファイト材とを備えた、カーボングラファイトを使用するヒートシンクである。
【００２２】
図１は、この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクの１つの態様を説明する図である。
【００２３】
図１に示すように、この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンク１は、カーボングラファイト材２と、扁平状ヒートパイプ３と、別のカーボングラファイト材４−１、４−２とを備えている。カーボングラファイト材２は、均熱性に優れており、複数の発熱体のうちの一部の発熱体（例えば、３から４個のチップ）と、その平面な部分において熱的に直接接続される。扁平状ヒートパイプは、発熱体の数、発熱量により少なくとも１つの扁平状ヒートパイプからなっており、カーボングラファイト材に熱的に接続されている。別のカーボングラファイト材４は、例えば、扁平状ヒートパイプの上に配置されて、発熱体（例えば、ＣＰＵ等）と熱的に直接接続される。
【００２４】
この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクにおいては、カーボングラファイト材に溝部が形成され、扁平状ヒートパイプが溝部に埋め込まれている。更に、カーボングラファイト材に凹部が形成され、扁平状ヒートパイプが凹部に収納されていてもよい。
【００２５】
図２は、カーボングラファイト材に扁平状ヒートパイプを取り付ける方法を示す図である。図２（ａ）は、カーボングラファイト材に溝部が形成される例を示す。図２（ｂ）は、カーボングラファイト材に凹部が形成される例を示す。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、この態様のカーボングラファイトを使用するヒートシンク１においては、カーボングラファイト材２の例えば長手方向に沿って、扁平状ヒートパイプ３の形状に対応する溝部５が形成される。溝部５は、その中に収められた扁平状ヒートパイプの上面がカーボングラファイト材の上面と同一になるように形成してもよく、または、扁平状ヒートパイプの一部がカーボングラファイト材の上面よりも上方に露出するように形成してもよい。
【００２７】
溝部５に装着された扁平状ヒートパイプ３の上面には、別のカーボングラファイト材４が接合される。別のカーボングラファイトは、板状でもよく、ブロック状でもよい。発熱量の高い発熱部品を上述した別のカーボングラファイトに搭載すると、別のカーボングラファイトは、均熱部材として機能し、発熱部品の熱を効率的に別のカーボングラファイトに移動し、扁平状ヒートパイプによって所定の位置に熱を移動する。
【００２８】
図２（ｂ）に示すように、この態様のカーボングラファイトを使用するヒートシンク１においては、カーボングラファイト材２の例えば長手方向に沿って、扁平状ヒートパイプ３の形状に対応して、凹部６が形成される。凹部６は、その中に装着された扁平状ヒートパイプの上面がカーボングラファイト材の上面と同一になるように形成してもよく、または、扁平状ヒートパイプの一部がカーボングラファイト材の上面よりも上方に露出するように形成してもよい。
【００２９】
凹部６に装着された扁平状ヒートパイプ３の上面には、図２（ａ）を参照して説明した態様と同様に、別のカーボングラファイト材４が接合される。別のカーボングラファイトは、板状でもよく、ブロック状でもよい。発熱量の高い発熱部品を上述したブロック状の別のカーボングラファイトに搭載すると、別のカーボングラファイトは、均熱部材として機能し、発熱部品の熱を効率的に別のカーボングラファイトに移動し、扁平状ヒートパイプによって所定の位置に熱を移動する。
【００３０】
更に、この発明のカーボングラファイト材を使用するヒートシンクにおいて、扁平状のヒートパイプが複数の扁平状ヒートパイプからなっていてもよい。更に、別のカーボングラファイト材が複数のカーボングラファイト材からなっており、対応する各ヒートパイプに熱的に接続されていてもよい。
【００３１】
図３は、複数の扁平状ヒートパイプを備えた、カーボングラファイトを使用するヒートシンクの１つの態様を説明する図である。図３に示す態様では、３つの扁平状ヒートパイプおよび２個の別のカーボングラファイト材が用いられている。図３に示すように、カーボングラファイト材２には、３つの扁平状ヒートパイプの形状に対応する溝部、または、凹部が設けられて、それぞれ扁平状ヒートパイプが装着される。３つの扁平状ヒートパイプと熱的に接続するように、別のカーボングラファイト材４−１が設けられ、更に、１つの扁平状ヒートパイプに更に別のカーボングラファイト材が熱的に接続するように設けられている。
【００３２】
例えば、別のカーボングラファイト材４−１にＣＰＵが熱的に接続され、別のカーボングラファイト材４−２にＶＧＡが熱的に接続される。別のカーボングラファイト材４−１に熱的に接続されたＣＰＵの熱が、別のカーボングラファイト材４−１に移動し、そこで均熱化されて、扁平状ヒートパイプ３−１、３−２、３−３に移動し、それによってカーボングラファイト材全体の温度が低い部分に熱が移動する。更に、扁平状ヒートパイプ３−３に熱的に接続されている別のカーボングラファイト材４−２に搭載されたＶＧＡの熱は、別のカーボングラファイト材４−２に移動し、そこで均熱化されて、扁平状ヒートパイプ３−３に移動し、それによってカーボングラファイト材の温度の低い部分に熱が移動する。
【００３３】
このように、カーボングラファイト材は、熱伝導性に優れているので、均熱板として機能し、扁平状ヒートパイプによって、カーボングラファイト材の温度の低い部分に熱が移動する。従って、フィン、送風用のファン等の他の部品を用いることなく、所謂、フィンレス・ファンレスのヒートシンクが得られる。その結果、薄型化に対応が可能である。
【００３４】
更に、この発明のカーボングラファイト材を使用するヒートシンクにおいては、複数の発熱体が異なる種類、異なる発熱量の発熱体からなっており、発熱量の高い発熱体が別のカーボングラファイト材に熱的に接続され、その他の発熱体がカーボングラファイト材に熱的に接続されていてもよい。
【００３５】
図４は、この発明のカーボングラファイト材を使用するヒートシンクにおける、発熱部品の実装状況を説明する図である。この態様においては、１本の扁平状ヒートパイプを用いて、複数の異なる種類、異なる発熱量の発熱部品を冷却する。
図４に示すように、カーボングラファイト材２には、１つの扁平状ヒートパイプの形状に対応する溝部、または、凹部が設けられて、それぞれ扁平状ヒートパイプが装着される。扁平状ヒートパイプと熱的に接続するように、別のカーボングラファイト材４が設けられている。
【００３６】
更に、扁平状ヒートパイプの近傍のカーボングラファイト材の上に、発熱部品８が直接搭載され、熱的に接続されている。更に、発熱部品９−１、９−２、９−３がカーボングラファイト材の他の部分の上に直接搭載され、熱的に接続している。このように、異なる種類、異なる発熱量の発熱部品がカーボングラファイト材上に、直接または別のカーボングラファイト材、扁平状ヒートパイプを介して熱的に接続されている。例えば、別のカーボングラファイト材４にＣＰＵが熱的に接続され、扁平状ヒートパイプ近傍のカーボングラファイト材上にＶＧＡが熱的に接続され、更に、チップ（図４では、３個のチップセット）がカーボングラファイト材に熱的に接続されている。
【００３７】
別のカーボングラファイト材４に搭載されたＣＰＵの熱が、別のカーボングラファイト４に移動し、そこで均熱化されて、扁平状ヒートパイプ３に移動し、それによってカーボングラファイト材の所定の位置に向かって熱が移動される。更に、扁平状ヒートパイプ３の近傍のカーボングラファイト材の上に直接搭載されたＶＧＡの熱は、カーボングラファイト材そのもの、および／または、扁平状ヒートパイプ３によって、カーボングラファイト材２の温度の低い部分に熱が移動する。更に、扁平状ヒートパイプ３から離れた位置において、カーボングラファイト材２に直接搭載されたチップセット９−１、９−２、９−３の熱は、カーボングラファイト材２の温度の低い部分に熱が移動する。
【００３８】
図５は、ヒートパイプを備えた、カーボングラファイトを使用するヒートシンクの他の１つの態様を説明する図である。図５（ａ）はその斜視図であり、図５（ｂ）はその断面図である。図５（ａ）図５（ｂ）に示すように、回路基板１０の上に所定の高さのＣＰＵ等の発熱部品９が搭載されている。カーボングラファイト材の上にはヒートパイプがその表面に沿って配置されている。発熱部品９の上をカーボングラファイト材の一部が発熱部品の形状に沿って曲げられて覆っている。それに伴って、カーボングラファイト材の上に配置されたヒートパイプも同様に曲げられる。即ち、ヒートパイプとカーボングラファイト材とは相互に密着しつつ任意に曲げ部を形成することができる。従って、高い放熱性能を有し、且つ、パソコン内部の配置設計の自由度を高めることができる。この態様においては、発熱部品を覆う部分以外のカーボングラファイト材は回路基板に接している。
【００３９】
図６は、ヒートパイプを備えた、カーボングラファイトを使用するヒートシンクの他の１つの態様を説明する図である。図６（ａ）はその斜視図であり、図６（ｂ）はその断面図である。図６（ａ）図６（ｂ）に示すように、回路基板１０の上に所定高さのＣＰＵ等の発熱部品９が搭載されている。カーボングラファイト材２の表面に沿ってヒートパイプ３が配置されている。カーボングラファイト材の発熱部品９に対応する部分には、所定の曲げが施された凹部１１が形成されており、ヒートパイプ３も対応する部分には同様に曲げが施されれている。即ちこの態様においても、ヒートパイプとカーボングラファイト材とは相互に密着しつつ任意に曲げ部を形成することができる。従って、高い放熱性能を有し、且つ、パソコン内部の配置設計の自由度を高めることができる。この態様においては、カーボングラファイト材は回路基板と直接接触することはなく、発熱部品以外の部分においては回路基板から所定の間隔を隔てて位置している。
【００４０】
なお、ここでは図示しないが、カーボングラファイト材に厚さが薄い溝状の凹み部を設け、前記凹み部に沿うようにヒートパイプを配置しても良い。この場合、凹み部にヒートパイプが嵌るような形態になるため薄型設計に好適となる。
【００４１】
このように、カーボングラファイト材は、熱伝導性に優れているので、均熱板として機能し、カーボングラファイト材自身の熱伝導、および、扁平状ヒートパイプによって、カーボングラファイト材の温度の低い部分に熱が移動する。従って、フィン、送風用のファン等の他の部品を用いることなく、所謂、フィンレス・ファンレスのヒートシンクが得られる。その結果、薄型化に対応が可能である。
【００４２】
扁平状ヒートパイプのコンテナの材料として、銅（Ｃ１０２０、Ｃ１１００、Ｃ１２００）、アルミニウム（Ａ１０１０ Ａ１１００ Ａ５０００系、Ａ６０００系、Ａ７０００系）などの熱伝導の良好な金属を利用する。クラッド材を用いるときには、異種金属、例えば、アルミニウム／銅、銅／セラミックス（アルミナ、ベリリア、窒化アルミニウム、銅タングステン）を用いることができる。
【００４３】
毛細管構造体のウイックとして、金網、焼結金属、メタルウール、グラス繊維、炭素繊維、セラミックス繊維等がある。内壁に形成されるグルーブとして、軸方向、周方向に沿ったグルーブ、長方形、台形、三角形等のグルーブがある。
密閉された空洞部内に封入される作動液としては、容器材質との適合性に応じて、水、代替フロン、フロリーナ、シクロペンタン等を用いる。
【００４４】
カーボングラファイト材は、市販されているものを使用することができる。一般に、天然のグラファイトを圧延してグラファイト板材が得られる。またアクリロニトリルを用いたアクリル系樹脂フィルム等の有機合成フィルムを無酸素下で焼成すると、シート状のグラファイトが得られる。シート状のグラファイトは柔軟性および圧縮弾性があり、合わせて使用する材料との適合性に優れている。カーボングラファイトは一般に酸素と反応し易く、これによって劣化し、形状が変化したり安定性が悪化するので、高分子フィルムによってカーボングラファイト材を覆われて使用される。更に、高分子フィルムとして液晶ポリマ等の耐熱フィルムを使用して、更に劣化の防止が図られている。
ヒートパイプとカーボングラファイトとの接合方法として、例えば、カシメ接合、接着剤接合、半田接合、カバー固定、ラミネートフィルムにて一体接合等がある。
【実施例】
【００４５】
この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクを実施例によって差更に詳細に説明する。
実施例１
【００４６】
図５に示すように、厚さ１ｍｍのカーボングラファイト材２に、ヒートパイプの大きさに対応する凹部を形成して、その中に扁平状ヒートパイプ３を装着した。扁平状ヒートパイプは、Φ６ｍｍの丸型ヒートパイプを２．５ｍｍに扁平した。扁平状ヒートパイプの一方の端部はＬ字状に湾曲されて、その上に別のカーボングラファイト材４が載置された。別のカーボン板材の上には発熱量１５ＷのＣＰＵ７が熱的に接続された。
【００４７】
扁平状ヒートパイプから離れた位置のカーボングラファイト材上に発熱量７ＷのＶＧＡ８が熱的に接続された。更に、扁平状ヒートパイプから離れた別の位置のカーボングラファイト材上に発熱量約１０Ｗのチップセット９−１、９−２、９−３が熱的に接続された。
このようにカーボングラファイト材の上に扁平状ヒートパイプを装着し、発熱量の異なる３種類の発熱部品ＣＰＵ、ＶＧＡ、チップセットをヒートパイプおよびカーボングラファイト材に熱的に接続して、ヒートシンクの放熱状態を調べた。
【００４８】
比較のために、カーボングラファイトの代わりに銅薄板材を使用した以外は、同一条件で作成された従来のヒートシンクについて、ヒートシンクの放熱状態を調べた。それらの結果を、図５に合わせて示す。
図５に示すように、従来の銅板またはアルミニウム板材を使用すると、熱伝導性が低いので、ヒートパイプの周りにＡ−１、ＶＧＡの周りにＡ−２、チップセットの周りにＡ−３と相互に分離して、熱が移動していることがわかる。即ち、上述した３つの発熱部品の熱が充分に移動せず、狭い領域に制限され、放熱性能が抑制されている状態が明らかである。
【００４９】
これに対して、本発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクにおいては、図５に示すＢの領域に熱が移動していることがわかる。即ち、上述した従来のヒートシンクのように、発熱部品の周りに相互に分離して熱の移動が制限されること無く、カーボングラファイト材の概ね全域にわたって熱が充分に移動し、放熱性能が充分に発揮されている状態が明らかである。
実施例２
【００５０】
図６に示すように、厚さ１ｍｍのカーボングラファイト材２に、３本のヒートパイプの大きさに対応する凹部を形成して、その中に扁平状ヒートパイプ３−１、３−２、３−３をそれぞれ装着した。扁平状ヒートパイプは、Φ６ｍｍの丸型ヒートパイプを２．５ｍｍに扁平した。３本の扁平状ヒートパイプの一方の端部がカーボングラファイト材の一方の端部に集められるように配置されて、その上に別のカーボングラファイト材４−１が載置された。別のカーボン板材の上には発熱量５０ＷのＣＰＵ７−１が熱的に接続された。
【００５１】
扁平状ヒートパイプ３−３の中央部付近に別のカーボングラファイト材４−２が載置された。別のカーボングラファイト材４−２の上には発熱量２５ＷのＶＧＡが熱的に接続された。扁平状ヒートパイプ３−１の隣のカーボングラファイト材上に発熱量約１５Ｗのチップセット９−１、９−２、９−３が熱的に接続された。
【００５２】
このようにカーボングラファイト材の上に扁平状ヒートパイプを装着し、発熱量の異なる３種類の発熱部品ＣＰＵ、ＶＧＡ、チップセットをヒートパイプおよびカーボングラファイト材に熱的に接続して、本発明のヒートシンクの放熱状態を調べた。
比較のために、カーボングラファイトの代わりに銅薄板材を使用した以外は、同一条件で作成された従来のヒートシンクについて、ヒートシンクの放熱状態を調べた。それらの結果を、図６に合わせて示す。
【００５３】
図６に示すように、従来の銅板またはアルミニウム板材を使用すると、熱伝導性が低いので、３本の扁平状ヒートパイプのそれぞれの周り、および、チップセットの周りのカーボングラファイト材上のＡに示す領域に熱の移動が制限されていることがわかる。即ち、上述した３つの発熱部品の熱が充分に移動せず、Ａに示す狭い領域に制限され、放熱性能が抑制されている状態が明らかである。
これに対して、本発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクにおいては、図６に示すＢの領域に熱が移動していることがわかる。即ち、上述した従来のヒートシンクのように、発熱部品の周りに熱の移動が制限されること無く、カーボングラファイト材の概ね全域にわたって熱が充分に移動し、放熱性能が充分に発揮されている状態が明らかである。
【００５４】
上述したように、この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクによると、異なる種類の発熱部品の冷却が一括して処理することができる。更に、放熱性能に優れているので、発熱部品の高密度配置が可能になる。更に、上述したように、カーボングラファイト材に形成された溝部または凹部にヒートパイプを埋め込んで使用するので、軽量化、薄型化が可能になり、ノート型パソコン等、薄型電気機器の冷却に使用することができる。
なお、ヒートパイプの形状は扁平状のものに限らず、例えば板状、丸状のものであっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
この発明によると、カーボングラファイト材に形成された溝部または凹部に扁平状ヒートパイプを埋め込んで使用するので、軽量化、薄型化が可能になり、ノート型パソコン等、薄型電気機器の冷却に使用することができる。従って、薄型化による性能低下を軽減し、多数の発熱部品を効率的に冷却することができる、軽量薄型電気機器用ヒートシンクを提供することができ、産業上の利用可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】図１は、この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクの１つの態様を説明する図である。
【図２】図２は、カーボングラファイト材に扁平状ヒートパイプを取り付ける方法を示す図である。図２（ａ）は、カーボングラファイト材に溝部が形成される例を示す。図２（ｂ）は、カーボングラファイト材に凹部が形成される例を示す。
【図３】図３は、複数の扁平状ヒートパイプを備えた、カーボングラファイトを使用するヒートシンクの１つの態様を説明する図である。
【図４】図４は、この発明のカーボングラファイトを使用するヒートシンクにおける、発熱部品の実装状況を説明する図である。
【図５】図５は、ヒートパイプを備えた、カーボングラファイトを使用するヒートシンクの他の１つの態様を説明する図である。
【図６】図６は、ヒートパイプを備えた、カーボングラファイトを使用するヒートシンクの他の１つの態様を説明する図である。
【図７】図７は、実施例１におけるこの発明のカーボングラファイトを使用したヒートシンクにおける、熱の移動状態を示す模式図である。
【図８】図８は、実施例２におけるこの発明のカーボングラファイトを使用したヒートシンクにおける、熱の移動状態を示す模式図である。
【図９】図９は、従来のヒートシンクを説明する図である。
【符号の説明】
【００５７】
１．カーボングラファイトを使用したヒートシンク
２．カーボングラファイト材
３．扁平状ヒートパイプ
４．別のカーボングラファイト材
５．溝部
６．凹部
７、８、９．発熱部品
１０．回路基板
１１．凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発熱体の一部と熱的に接続される均熱性に優れたカーボングラファイト材と、前記カーボングラファイト材に熱的に接続される少なくとも１つのヒートパイプと、前記複数の発熱体の他の一部に熱的に接続される少なくとも１つの別のカーボングラファイト材とを備えた、カーボングラファイトを使用するヒートシンク。
【請求項２】
前記カーボングラファイト材に溝部が形成され、前記ヒートパイプが前記溝部に埋め込まれている、請求項１に記載のカーボングラファイトを使用するヒートシンク。
【請求項３】
前記カーボングラファイト材に凹部が形成され、前記ヒートパイプが前記凹部に収納されている、請求項１に記載のカーボングラファイトを使用するヒートシンク。
【請求項４】
前記少なくとも１つの別のカーボングラファイト材が少なくとも前記ヒートパイプに熱的に接続している、請求項１または２に記載のカーボングラファイトを使用するヒートシンク。
【請求項５】
前記複数の発熱体が異なる種類、異なる発熱量の発熱体からなっており、発熱量の高い発熱体が前記別のカーボングラファイト材に熱的に接続され、その他の発熱体が前記カーボングラファイト材に熱的に接続されている、請求項１または２に記載のカーボングラファイトを使用するヒートシンク。
【請求項６】
前記少なくとも１つのヒートパイプが複数のヒートパイプからなっており、前記別のカーボングラファイト材が複数のカーボングラファイト材からなっており、対応する各ヒートパイプに熱的に接続されている、請求項１または５に記載のカーボングラファイトを使用するヒートシンク。
【請求項７】
請求項１から６の何れか１項に記載のカーボングラファイトを使用するヒートシンクによって、全ての発熱体を一括処理する薄型電気機器。
【請求項１】
複数の発熱体の一部と熱的に接続される均熱性に優れたカーボングラファイト材と、前記カーボングラファイト材に熱的に接続される少なくとも１つのヒートパイプと、前記複数の発熱体の他の一部に熱的に接続される少なくとも１つの別のカーボングラファイト材とを備えた、カーボングラファイトを使用するヒートシンク。
【請求項２】
前記カーボングラファイト材に溝部が形成され、前記ヒートパイプが前記溝部に埋め込まれている、請求項１に記載のカーボングラファイトを使用するヒートシンク。
【請求項３】
前記カーボングラファイト材に凹部が形成され、前記ヒートパイプが前記凹部に収納されている、請求項１に記載のカーボングラファイトを使用するヒートシンク。
【請求項４】
前記少なくとも１つの別のカーボングラファイト材が少なくとも前記ヒートパイプに熱的に接続している、請求項１または２に記載のカーボングラファイトを使用するヒートシンク。
【請求項５】
前記複数の発熱体が異なる種類、異なる発熱量の発熱体からなっており、発熱量の高い発熱体が前記別のカーボングラファイト材に熱的に接続され、その他の発熱体が前記カーボングラファイト材に熱的に接続されている、請求項１または２に記載のカーボングラファイトを使用するヒートシンク。
【請求項６】
前記少なくとも１つのヒートパイプが複数のヒートパイプからなっており、前記別のカーボングラファイト材が複数のカーボングラファイト材からなっており、対応する各ヒートパイプに熱的に接続されている、請求項１または５に記載のカーボングラファイトを使用するヒートシンク。
【請求項７】
請求項１から６の何れか１項に記載のカーボングラファイトを使用するヒートシンクによって、全ての発熱体を一括処理する薄型電気機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−１３２１７（Ｐ２００６−１３２１７Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８９７１７（Ｐ２００４−１８９７１７）
【出願日】平成１６年６月２８日（２００４．６．２８）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【復代理人】
【識別番号】１０００９２９８９
【弁理士】
【氏名又は名称】片伯部 敏
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２８日（２００４．６．２８）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【復代理人】
【識別番号】１０００９２９８９
【弁理士】
【氏名又は名称】片伯部 敏
【Ｆターム（参考）】
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