JP2013254953A - 冷却板アセンブリおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 熱拡散体を備えた冷却板アセンブリを提供する。
【解決手段】 一例の冷却板アセンブリが、発熱装置の取付け面を画定するとともに発熱装置から除去した熱の改善された熱伝導を提供する熱拡散アセンブリを含む。一例の熱拡散アセンブリは、冷却板アセンブリの取付け面に亘るより均一な温度勾配を提供し、冷却板アセンブリによって提供される熱伝導率および冷却を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は概して電子部品の冷却用の冷却構造体に関する。特に、本発明は冷却板支持アセンブリを含む冷却構造体に関する。

航空機またはその他の乗物に搭載された極端な温度で作動する電子部品は、一般的に冷却装置により過熱から保護される。一部の環境では、電子部品によって発生した熱負荷に対処するための空気流を利用することができないか、または不適当である。こうした用途では、電子部品から熱を除去するように、冷却液が通流する冷却板が利用される。冷却板が電子部品に隣接するように取付けられて、流体供給システムへと通じる適切な導管を通して流体流の供給を受ける。

従って本発明は、上記の環境においても優れた冷却を行うことが可能な冷却板アセンブリを提供する。

本発明の実施例による例示の冷却板アセンブリが、特に、発熱装置の取付け面を画定するとともに発熱装置から除去した熱の改善された熱伝導を提供する熱拡散アセンブリを含む。一体型の熱拡散装置を備えた一例の冷却板アセンブリが、その取付け面の領域を通して熱を拡散させて、冷却板アセンブリに亘る不均一な温度勾配を低減させる。従って、一例の熱拡散アセンブリは、冷却板アセンブリの取付け面に亘るより均一な温度勾配を提供し、冷却板アセンブリによって提供される熱伝導率および冷却を向上させる。

異なる実施例は、各図に示された特定のコンポーネントを有するが、本発明の実施例はそれらの特定の組合せに限定されるものではない。実施例の一つからのコンポーネントまたは特徴部の一部を、別の実施例の一つからの特徴部またはコンポーネントと組み合わせて用いることが可能である。

明細書の以下の詳細な説明および図面から本発明およびその他の特徴がよりよく理解されるであろう。

一例の冷却板アセンブリの斜視図。 一例の冷却板アセンブリの断面図。 一例の冷却板アセンブリの展開図。 一例の波状フィンアセンブリの斜視図。 一例の熱拡散アセンブリの斜視図。

図１を参照すると、一例の冷却板アセンブリ１０が上取付け面１４と、底面１６と、を含む。上取付け面１４は発熱装置１２を取付けるための領域を画定する。一例の発熱装置１２は、冷却板アセンブリ１０を通して放散される熱を発生する電子部品である。一例の冷却板アセンブリ１０は、符号５６によって示される冷媒入力を受け入れる流体入口継手４２を含み、その冷媒入力が、発熱装置１２によって発生した熱を冷却板アセンブリ１０から除去するとともに、その加熱された冷媒は、符号５８によって示されるように出口継手４４を通して運び去られる。さらに、一例の構造冷却板アセンブリ１０は２つの異なる冷却回路を含むが、任意の数の冷却回路が本発明の意図に含まれる。

理解されるように、発熱装置１２は取付け面１４の特定の位置に取付けられる。したがって、発生する熱は取付け面１４に亘って均一に発生しない。

一例の取付け面１４は熱拡散アセンブリ（heat spreading assembly）２０の上板部２２の一部である。熱拡散アセンブリ２０は局在的な領域内の熱を放散させるだけでなく、局部的に取付けられた発熱装置１２によって生成された熱エネルギーを均一に分散させるように、さらに広範な領域すなわち表面に亘って熱を拡散させる。一例の熱拡散アセンブリ２０は冷却板アセンブリ１０の一体部分であり、種々の発熱装置１２が取付けられる取付け面１４を画定する。

理解されるように、一例の取付け面１４は種々の発熱装置１２の取付け用の平面として示される。しかしながら、取付け面１４は、種々の発熱装置の特定用途向けの取付け要件に対応するように望ましい任意の形状を有してもよい。さらに、一例の発熱装置１２は電子部品として記載されるが、それらはまた、一例の冷却板アセンブリ１０によって提供される受動手段を通して冷却されるのが望ましい、発熱する任意のその他の装置を備えうる。

引き続き図１を参照しながら図２，３を参照すると、一例の冷却板アセンブリ１０は複数の層で構成される。発熱装置１２によって発生した熱は、まず取付け面１４を通して冷却板アセンブリ１０へと吸収される。発熱装置１２によって生成した熱は、取付け面１４を備えた熱拡散アセンブリ２０によって画定される領域に亘って拡散される。次いでその熱は図２に示す種々の層を通して冷却板アセンブリ１０内に吸収される。

一例の冷却板アセンブリ１０は、頂部仕切り板３８に取付けられた熱拡散体（heat spreader）２０を含む。この仕切り板３８は、入口４２を通して液状媒体が供給される導管を密閉するように最上層を提供する。中央仕切り板３６が冷却板アセンブリの中心部に配置されて、閉鎖バー３２を支持する。閉鎖バー３２はフィン層２８を取り囲む。発熱装置１２によって発生した熱を除去するように流体がフィン２８を通流する。ただ一つの熱拡散体２０を示すが、追加の熱拡散体が一例の冷却板アセンブリ１０内に含まれうることが本発明の意図に含まれる。例えば、熱除去を更に強化するように、追加の熱拡散体がフィン層２８，３０の間に設けられてもよい。

一例の冷却板アセンブリがフィンの第１の層２８とフィンの第２の層３０とを含む。フィン２８，３０の層の各々が閉鎖バー３２，３４によって境界される。閉鎖バー３２，３４は、各層２８，３０内部の複数のフィン５０（図４）の間に画定された種々の流路の境界を画定する。底部仕切り板４０が、中央仕切り板３６の反対側の、フィンの第２の層３０の底部に配置される。端壁板１８が底部仕切り板４０と接触するように配置される。

この例では、仕切り板３６，３８，４０の各々は、冷媒を供給する所望の流体管を形成するように所定の位置にろう付けされたアルミニウム板材料を備える。一例の冷却板アセンブリ１０の仕切り板３６，３８，４０の各々は符号４８で示されるろう接継手で互いにろう付けされる。熱拡散アセンブリ２０は、さらにろう接継手４６により頂部仕切り板３８に取付けられる。

一例の熱拡散アセンブリ２０は、上板部２２と、中板部２４と、下板部２６と、を含む。中板部２４は、薄板の厚さを横切る方向への熱放散を可能にする材料の群から選択された材料を備える。換言すれば、熱拡散アセンブリ２０は、材料の厚さを通る方向への低い熱抵抗を提供するだけでなく、取付け面１４の領域の周囲で材料の厚さに対して垂直な方向に熱を拡散させる、材料の層から構成される。外側板２２，２６はろう付け可能な、中板部２４を機械的に封入する材料である。

この例では、熱拡散体２０はグラファイトを含んだ材料を備える。グラファイトにより、種々の発熱コンポーネント１２によって発生した熱エネルギーの、図１の矢印によって示されるような、取付け面１４の領域に亘る拡散が提供される。この例では、熱拡散体の中板部２４が焼鈍熱分解グラファイト（annealed pyrolytic graphite, ＡＰＧ）から製造される。理解されるように、ＡＰＧ材料は開示の例の冷却板アセンブリ１０および熱拡散アセンブリ２０に用いられるが、熱の拡散を提供するその他の材料および構成もまた本発明の意図に含まれる。外側板２２，２６は、その他の冷却板コンポーネントにろう付け可能な材料から構成される。

引き続き図２を参照しながら図４を参照すると、一例のフィン層２８，３０が波状フィン（ruffled fin）構造を備える。層２８，３０の各々は互いに離間された複数のフィン５０を備え、それらの間に冷媒が通流する通路５４を画定する。一例のフィン５０の各々は波（ruffle）と称する波状のすなわち起伏のある表面を含んだ表面５２を備える。波状面は通路５４の壁を画定する。起伏のある表面５２は、一例の冷却板アセンブリ１０の冷却効率を高めるための冷媒用の蛇行通路を画定する。さらに一例のフィン層２８，３０の波状の起伏のある構造により、熱を放散させ、複数のフィン５０と、その間を通流する冷媒との間の熱伝達を可能にする表面積を増大させる。波状の構造を有するフィン層２８，３０を一例として示すが、その他のフィン構造もまた本発明の意図に含まれる。理解されるように、冷媒は、特定用途に必要な、空気、液体、または気体を含みうる。

引き続き図２，３を参照しながら図５を参照すると、一例の熱拡散アセンブリ２０が、間に中板部２４を挟持した上板部２２と、下板部２６と、を含む。上板部２２および下板部２６の各々はろう付け可能な材料で製造される。一例の熱拡散アセンブリの中板部２４はＡＰＧ材料から製造される。ＡＰＧ材料により、熱拡散アセンブリの厚さに対して垂直な方向への熱の放散および拡散が提供される。

熱拡散アセンブリと冷却板アセンブリ１０の残りの部分との間のろう接継手４６により、より制限的でない熱路（thermal conduit）が提供され、その熱路を通して熱が取付け面１４から頂部すなわち第１の仕切り板３８を通してフィンセクション２８，３０へと放散され、そこで熱が図１の符号５８で示される冷媒流によって運び去られる。

図２，３を参照すると、一例の冷却板アセンブリ１０は、フィン２８，３０の層を中央仕切り板３６の第１および第２の側に取り付けることによって組み立てられる。次いでフィン２８，３０の層の各々が閉鎖バー３２，３４によって取り囲まれて、冷媒の境界線を画定する。開示の例では、フィンセクション２８，３０は、起伏のある表面を有する波状フィンを備える。フィン層２８，３０の各側面に仕切り板３８，４０がろう付けされて取付けられ、フィン５０を通る通路５４の片側を閉鎖することにより、フィンセクション２８，３０を通る通路が画定される。この例では、頂部（第１の）仕切り板３８が閉鎖バー３２の上面およびそれに関連するフィン層２８にろう接継手４８を利用することによって取付けられる。対応する底部（第２の）仕切り板４０がろう接継手４８を介して閉鎖バー３４に取付けられるとともにフィン層３０に亘って取付けられる。

一例の熱拡散アセンブリ２０は、上板部２２および下板部２６を中間層２４に取付けることにより分離ユニットとして組み立てられる。その取り付けは、溶接、ろう付け、または任意のその他の周知の取付け手段を利用することによって行われる。ひとたび熱拡散アセンブリ２０が完成すると、このアセンブリが、その部分的に組み立てられた部品にろう接継手４６を用いて取り付けられて、一例の冷却板アセンブリ１０を完成させる。全ての継手がろう付けされて所望の流体密封性および熱伝導性を提供する。

一例の冷却板アセンブリ１０は、取付け面１４を画定するとともに発熱装置１２から除去された熱の改善された熱伝導を提供する熱拡散アセンブリ２０を含む。一例の熱拡散アセンブリ２０を備えた冷却板アセンブリ１０は、発熱装置１２によって生成された熱を取付け面１４の領域を通して拡散させて、冷却板アセンブリ１０に亘る不均一な温度勾配を低減させる。一例の熱拡散アセンブリ２０を利用することにより、冷却板アセンブリ１０の取付け面１４に亘る温度勾配が実質的に均一となり、冷却板アセンブリによって提供される熱伝導率および冷却を向上させる。

実施例について記載したが、特許請求の範囲内である程度の変更が行われうることが当業者にとって理解されるであろう。そのため、本発明の真の範囲および意義を画定するために以下の特許請求の範囲を検討すべきである。

１０…冷却板アセンブリ
１２…発熱装置（電子部品）
１４…上取付け面
１６…底面
１８…端壁板
２０…熱拡散アセンブリ
４２…流体入口継手
４４…流体出口継手

Claims (16)

1. 発熱装置を取付けるための表面を画定する熱拡散体と、
   前記熱拡散体と熱的に連通する波状フィンを備えた複数の放熱部材と、
   前記熱拡散体の反対側の表面を画定する端壁板と、
   を備えた冷却板アセンブリ。
2. 前記熱拡散体が、グラファイト材料を備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却板アセンブリ。
3. 前記熱拡散体が、焼鈍熱分解グラファイトを備えることを特徴とする請求項２に記載の冷却板アセンブリ。
4. 前記熱拡散体が、上板部と、下板部と、該上板部と該下板部との間に配置された焼鈍熱分解グラファイトの層と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却板アセンブリ。
5. 前記放熱部材が、第１の仕切り板によって分離された前記波状フィンの第１および第２の層を備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却板アセンブリ。
6. 前記波状フィンの前記第１の層の周りに配置された第１の閉鎖バーと、前記波状フィンの前記第２の層の周りに配置された第２の閉鎖バーと、を含むことを特徴とする請求項５に記載の冷却板アセンブリ。
7. 前記波状フィンの前記第１および第２の層の各々が、前記第１の仕切り板とは反対側の対応する側面に配置された追加の仕切り板を含むことを特徴とする請求項６に記載の冷却板アセンブリ。
8. 前記波状フィンの前記第１および第２の層を通る冷媒と連通する入口および出口を含むことを特徴とする請求項７に記載の冷却板アセンブリ。
9. 前記熱拡散体を仕切り板に取付けるろう接継手を含むことを特徴とする請求項７に記載の冷却板アセンブリ。
10. 熱拡散体を備えた取付け面を画定し、
    前記熱拡散体を、複数の波状フィンを含んだフィンアセンブリに取り付け、
    前記フィンアセンブリの前記熱拡散体とは反対側の側面に、端壁板を取り付けることを備えた冷却板の製造方法。
11. 前記フィンアセンブリが、その第１の表面を画定する第１の仕切り板と、前記複数の波状フィンを取り囲む閉鎖バーと、前記第１の表面とは反対側に前記熱拡散体が取付けられる第２の表面を画定する第２の仕切り板と、を含むことを特徴とする請求項１０に記載の冷却板の製造方法。
12. 熱拡散材料の中間層に上板部および下板部を取付けることにより、前記熱拡散体を組み立てることを含むことを特徴とする請求項１０に記載の冷却板の製造方法。
13. 前記熱拡散材料が、焼鈍熱分解グラファイトを備えることを特徴とする請求項１２に記載の冷却板の製造方法。
14. 流体入口を画定するように前記第１の仕切り板に入口継手を取り付け、流体出口を画定するように前記第１の仕切り板に出口継手を取付けることを含むことを特徴とする請求項１１に記載の冷却板の製造方法。
15. 前記熱拡散体を前記フィンアセンブリにろう接継手によって取り付けることを含むことを特徴とする請求項１１に記載の冷却板の製造方法。
16. 前記フィンアセンブリの前記波状フィンを通る流路を画定することを含むことを特徴とする請求項１０に記載の冷却板の製造方法。

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