JP2016072604A

JP2016072604A - 放熱モジュール

Info

Publication number: JP2016072604A
Application number: JP2015096726A
Authority: JP
Inventors: 慶盛陳; Ching-Sheng Chen
Original assignee: Subtron Technology Co Ltd
Current assignee: Subtron Technology Co Ltd
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2016-05-09
Also published as: US20160095256A1; TWI542277B; TW201613456A; CN105517409A

Abstract

【課題】優れた放熱効率を有する放熱モジュールを提供する。【解決手段】放熱モジュール１００は、中空ハウジング１１０と、複数の放熱フィン１２０と、放熱液１３０とを含む。中空ハウジング１１０は、チャンバ１１２と、側面１１４と、上面１１６と、上面１１６に対向する下面１１８とを含む。側面１１４は上面１１６及び下面１１８に接続する。放熱フィン１２０が側面１１４に配置される。放熱液１３０がチャンバ１１２内に封じ込められ、放熱液１３０の比熱は実質的に１ｃａｌ／ｇ℃以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、放熱モジュールに係り、特に、複数の放熱路を有する放熱モジュールに関する。

電子テクノロジの順調な発達とともに、市場には消費者の要求を満たす新しい電子製品が続々と現れている。現在、中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリモジュール、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）及びチップセットのように熱出力が増大した電子デバイスでは、動作中の電子デバイスの温度がその正常動作の最高温度を超えるのを防止するように、通常は追加の放熱モジュールを設けて、電子デバイスから余分な熱エネルギを除去する。

例えば、高い輝度の光を放出する場合、発光ダイオード（ＬＥＤ）チップは大量の熱エネルギを生成する。熱エネルギを発散できず、ＬＥＤ内に蓄積し続ける場合、ＬＥＤの温度は上昇し続ける。それにより、ＬＥＤは過熱により輝度減衰して使用寿命が短縮されるか、又は深刻な場合は永久的に損傷することさえある。したがって、ＬＥＤを採用している現在の光源装置には通常、ＬＥＤ中の熱を発散させるヒートシンクが設けられている。

しかしながら、ＬＥＤによって提供される輝度が高くなるにつれ、光源装置がＬＥＤ中の熱を発散させるために必要とするヒートシンクが多くなる。したがって、このような光源装置には、多数のヒートシンクを収容するために十分な空間が必要であり、その製作費が上昇する。

本発明は、優れた放熱効率を有する放熱モジュールを指向する。

本発明の放熱モジュールは、中空ハウジングと、複数の放熱フィンと、放熱液とを含む。中空ハウジングは、チャンバと、側面と、上面と、上面に対向する底面とを含む。側面は上面及び底面に接続される。放熱フィンは側面に配置される。放熱液はチャンバ内に封じ込められ、放熱液の比熱は実質的に１ｃａｌ／ｇ℃以上である。

本発明の実施形態によれば、チャンバは封止チャンバである。

本発明の実施形態によれば、放熱フィンはそれぞれ、中空部分を有する中空の放熱フィンである。チャンバは中空部分を接続し、放熱液はチャンバ及び中空部分内に封じ込められる。

本発明の実施形態によれば、中空ハウジングの伝熱性は２３０Ｗ／ｍＫ以上である。

本発明の実施形態によれば、放熱モジュールは、底面を介して発熱デバイスに取り付けられる。

本発明の実施形態によれば、放熱フィンはそれぞれ、さらに屈曲部分を含む。放熱フィンはそれぞれ、底面に平行な方向に延在し、底面に向かって延在するような屈曲部分にて屈曲する。

本発明の実施形態によれば、放熱モジュールは、上面に配置され、中空ハウジングに熱結合する放熱フィンセットをさらに含む。

本発明の実施形態によれば、放熱フィンセットはチャンバを覆う。

本発明の実施形態によれば、放熱モジュールは、放熱フィンセットと中空ハウジングの間に配置され、それと熱結合する蒸気チャンバをさらに含む。蒸気チャンバは、真空チャンバ及び相転移媒体を含む。真空チャンバの内壁は複数の微細構造を有する。相転移媒体は真空チャンバに封じ込められ、真空チャンバ内で液体−気体の相転移を実行するように構成される。

本発明の実施形態によれば、放熱モジュールは、放熱フィンセットと中空ハウジングの間に配置され、それと熱結合する熱パイプをさらに含む。

本発明の放熱モジュールは、高い比熱（この比熱は実質的に１ｃａｌ／ｇ℃以上である）を有する放熱液を封じ込める伝熱性が高い中空ハウジングを有し、複数の放熱フィンが中空ハウジングの側面に配置される。それにより、放熱モジュールを発熱デバイスに取り付けることにより、放熱モジュールは、中空ハウジングの高い伝熱性によって発熱デバイスの熱エネルギを外部環境へと伝導する。また、放熱フィンによって熱交換面積が増加し、したがって高い比熱を有して中空ハウジングに封じ込められた放熱液が、中空ハウジング及び発熱デバイスの温度を低下させることができる。したがって、本発明は実際に優れた放熱効果を有する。

本発明の上記特徴及び利点をさらに理解可能なものとするために、図面を伴う幾つかの実施形態について、以下のように詳細に説明する。

添付図面は、さらなる理解を提供するように含まれ、本明細書に組み込まれて、その一部を構成する。図面は例示的実施形態を図示し、記述とともに本開示の原理を説明する働きをする。

本発明の実施形態による放熱モジュールの概略図。本発明の別の実施形態による放熱モジュールの概略図。本発明の別の実施形態による放熱モジュールの概略図。本発明の別の実施形態による放熱モジュールの概略図。本発明の別の実施形態による放熱モジュールの概略図。本発明の別の実施形態による放熱モジュールの概略図。

好ましい実施形態に関する以下の詳細な説明では、その一部を形成し、本発明を実践することができる特定の実施形態を例示で示す添付図面を参照する。これに関して、「上」、「底」、「前」、「後」などのような方向の用語は、説明されている図の方向に対して使用される。したがって、方向の用語は例示の目的で使用され、限定するものではない。さらに、以下の実施形態では、同じ又は同様の構成要素は同じ又は同様の数字を採用する。

図１は、本発明の実施形態による放熱モジュールの概略図である。図１を参照すると、放熱モジュール１００は、例えば発熱デバイスの接触表面などに取り付けられて、発熱デバイスによって生成された熱を放散させるような構成であり、放熱モジュール１００は、中空ハウジング１１０と、複数の放熱フィン１２０と、放熱液１３０とを含む。中空ハウジング１１０は、チャンバ１１２と、側面１１４と、上面１１６と、上面１１６に対向する下面１１８とを含み、側面１１４は、上面１１６及び下面１１８に接続する。より詳細には、中空ハウジング１１０は、図１に示すように、この中空ハウジング１１０を構成する上部構成要素１１６ａと、下部構成要素１１８ａと、側部構成要素１１４ａとを含む。ここで、上部構成要素１１６ａは上板とすることができ、上面１１６は上部構成要素１１６ａの外面であり、下部構成要素１１８ａは、例えば底板とすることができ、下面１１８は下部構成要素１１８ａの外面である。同様に、側部構成要素１１４ａは側壁とすることができ、側面１１４は側部構成要素１１４ａの外面とすることができる。この実施形態は単に例示であり、本発明の限定に使用されるものではないことは確実である。放熱フィン１２０は、例えば側面１１４の周囲に配置することができ、放熱液１３０はチャンバ１１２内に封じ込められ、放熱液１３０の比熱は実質的に１ｃａｌ／ｇ℃以上である。この実施形態では。中空ハウジング１１０のチャンバ１１２は閉じたチャンバでよく、放熱液１３０は水でよく、この閉じたチャンバ１１２内に封じ込められる。この実施形態は単に例示であり、本発明は放熱液１３０のタイプを限定するものではないことは確実である。

さらに、中空ハウジング１１０は高い伝導性という特徴を有し、その熱伝導性は実質的に２３０Ｗ／ｍＫ以上である。この実施形態では、中空ハウジング１１０の材料は、銅、アルミニウム、又は２３０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導性を有する他の材料とすることができる。それにより、放熱モジュール１００は、例えば中空ハウジング１１０の下面１１８を介して発熱デバイスの接触表面に取り付け、中空ハウジング１１０に特徴的な高い伝導性によって、発熱デバイスが生成した熱エネルギを外部環境へと伝導することができる。また、放熱フィン１２０によって熱交換の面積が増加し、したがって中空ハウジング１１０内に封じ込められた放熱液１３０が中空ハウジング１１０及び発熱デバイスの温度を低下させることができる。本発明は、放熱液１３０のタイプ及び中空ハウジング１１０の材料を限定するものではないことに留意する必要がある。放熱液１３０の比熱が実質的に１ｃａｌ／ｇ℃以上であり、中空ハウジング１１０の熱伝導率が実質的に２３０Ｗ／ｍＫ以上である限り、本発明の範囲であると主張される。また、この実施形態の発熱デバイスは、例えばＬＥＤチップとすることができる。この実施形態は単に例示であり、本発明は発熱デバイスのタイプを限定するものではないことは確実である。

図２は、本発明の別の実施形態による放熱モジュールの概略図である。本明細書では、この実施形態の放熱モジュール１００ａは図１の放熱モジュール１００と類似し、したがってこの実施形態に関する説明は引き続き以前の実施形態の内容の一部に関するものであり、同一又は同様の参照番号は同一又は同様の構成要素を示し、同じ技術的内容を繰り返す説明は省略されることに留意されたい。省略した部分の詳細な説明については、以前の実施形態に言及が見られ、この実施形態では説明を繰り返さない。以下のような説明は、この実施形態の放熱モジュール１００ａと図１の放熱モジュール１００との違いについて提供されるものである。

図２を参照すると、この実施形態では、放熱モジュール１００ａの放熱フィン１２０ａはそれぞれ、さらに屈曲部分１２２を含むことができる。より詳細には、放熱フィン１２０ａはそれぞれ、中空ハウジング１１０の底面１１８に平行な方向に延在し、底面１１８に向かって延在する屈曲部分１２２にて屈曲する。それにより、放熱モジュール１００ａが中空ハウジング１１０の下面１１８を介して発熱デバイス１０の接触表面１２に取り付けられると、発熱デバイス１０によって発生した熱が、図２の点線の矢印で示すように、中空ハウジング１１０及び放熱フィン１２０ａによって形成された伝導路に沿って中空ハウジング１１０の底部から熱伝導し、放熱フィン１２０ａは、放熱モジュール１００ａの放熱効率を改良するように、放熱モジュール１００ａの熱交換面積を増加させる。この実施形態では、発熱デバイス１０はＬＥＤチップとすることができる。この実施形態は単に例示であり、本発明が発熱デバイス１０のタイプを限定するものではないことは確実である。

図３は、本発明の別の実施形態による放熱モジュールの概略図である。本明細書では、この実施形態の放熱モジュール２００は図１の放熱モジュール１００と類似し、したがってこの実施形態に関する説明は引き続き以前の実施形態の内容の一部に関するものであり、同一又は同様の参照番号は同一又は同様の構成要素を示し、同じ技術的内容を繰り返す説明は省略されることに留意されたい。省略した部分の詳細な説明については、以前の実施形態に言及が見られ、この実施形態では説明を繰り返さない。以下のような説明は、この実施形態の放熱モジュール２００と図１の放熱モジュール１００との違いについて提供されるものである。

図３を参照すると、この実施形態では、放熱モジュール２００の放熱フィン２２０はそれぞれ中空放熱フィンである、すなわち、各放熱フィン２２０は中空部分２２４を有する。チャンバ２１２は中空部分２２４に接続し、放熱液２３０は、放熱モジュール２００の放熱効率を改良するように、チャンバ２１２と、相互に接続して放熱液２３０と中空ハウジング及び放熱フィン２２０との接触面積を増加させる中空部分２２４とに封じ込められる。より詳細には、中空ハウジング２１０の側壁は、放熱フィン２２０の中空部分２２４に対応する複数の貫通穴２１４ａを有することができ、したがって、中空ハウジング２１０のチャンバ２１２が放熱フィン２２０の中空部分２２４と連通する。この実施形態では、中空ハウジング２１０は放熱フィン２２０と一体形成することができる。本発明がそれに限定されないことは確実である。

図４は、本発明の別の実施形態による放熱モジュールの概略図である。本明細書では、この実施形態の放熱モジュール３００は図３の放熱モジュール２００と類似し、したがってこの実施形態に関する説明は引き続き以前の実施形態の内容の一部に関するものであり、同一又は同様の参照番号は同一又は同様の構成要素を示し、同じ技術的内容を繰り返す説明は省略されることに留意されたい。省略した部分の詳細な説明については、以前の実施形態に言及が見られ、この実施形態では説明を繰り返さない。以下のような説明は、この実施形態の放熱モジュール３００と図３の放熱モジュール２００との違いについて提供されるものである。

図４を参照すると、この実施形態では、放熱モジュール３００はさらに放熱フィンセット３４０を含むことができる。中空ハウジング３１０の下面３１８を介して放熱モジュール３００を発熱デバイス１０に取り付けた場合、放熱フィンセット３４０は、中空ハウジング３１０の上面３１６に配置して、中空ハウジング３１０と熱結合することができ、したがって放熱モジュール３００はさらに、放熱フィンセット３４０を介して発熱デバイス１０が発生した熱を外部環境に伝導する。また、この実施形態では、放熱フィンセット３４０がチャンバ３１２を覆う、すなわち、放熱フィンセット３４０は、チャンバ３１２を覆う中空ハウジング３１０の上板に取って代わることができる。この実施形態が単に例示であることは確実である。本発明の他の実施形態では、中空ハウジング３１０は、図１から図３に示すように、チャンバ３１２を覆う上板も有することができ、放熱フィンセット３４０はこの上板に配置される。本発明は放熱フィンセット３４０の構成を限定するものではなく、放熱フィンセット３４０は図１から図３の任意の中空ハウジングに配置することができる。

図５は、本発明の別の実施形態による放熱モジュールの概略図である。本明細書では、この実施形態の放熱モジュール４００は図４の放熱モジュール３００と類似し、したがってこの実施形態に関する説明は引き続き以前の実施形態の内容の一部に関するものであり、同一又は同様の参照番号は同一又は同様の構成要素を示し、同じ技術的内容を繰り返す説明は省略されることに留意されたい。省略した部分の詳細な説明については、以前の実施形態に言及が見られ、この実施形態では説明を繰り返さない。以下のような説明は、この実施形態の放熱モジュール４００と図４の放熱モジュール３００との違いについて提供されるものである。

図５を参照すると、この実施形態では、放熱モジュール４００はさらに蒸気チャンバ４５０を含むことができ、蒸気チャンバ４５０は、例えば放熱フィンセット４４０と中空ハウジング４１０の間に配置し、それぞれ放熱フィンセット４４０及び中空ハウジング４１０と熱結合することができる。より詳細には、蒸気チャンバ４５０は真空チャンバ４５２及び相転移媒体４５４を含む。真空チャンバ４５２の内壁は複数の微細構造４５６を有する。相転移媒体４５４は真空チャンバ４５２内に封じ込まれ、真空チャンバ４５２内で液体−気体相転移を実行するように構成される。本発明は蒸気チャンバ４５０の構成及び位置を限定するものではなく、蒸気チャンバ４５０が図１から図４の任意の中空ハウジングに配置できることは確実である。

より詳細には、蒸気チャンバ４５０は、発熱デバイス１０に近い蒸発ゾーン、及び発熱デバイス１０から遠い凝縮ゾーンを含むことができる。初期状態では、相転移媒体４５４は液相である。発熱デバイス１０によって発生した熱が蒸気チャンバ４５０の蒸発ゾーンに伝導されると、真空チャンバ４５２内の相転移媒体４５４が、低い真空度の環境で、液相から蒸気への相転移を経験する。この時点で、液相の相転移媒体４５４は熱エネルギを吸収し、体積が急膨張しながら気相の相転移媒体４５４へと変化し、したがって気相の相転移媒体４５４が間もなくチャンバ４５２全体を満たす。気相の相転移媒体４５４が、発熱デバイス１０から離れて、より低温を有する凝縮ゾーンに接触すると、凝縮の現象が生じ、気相の相転移媒体４５４が液相の相転移媒体４５４へと変化する。凝縮した相転移媒体４５４は、微細構造４５６の毛管現象によって蒸発ゾーンへと戻る。このようなサイクルが真空チャンバ４５２内で起こり続けて、真空チャンバ４５０の温度均一性を維持し、したがって放熱モジュール４００は蒸気チャンバ４５０によってその放熱効率を向上させることができる。

図６は、本発明の別の実施形態による放熱モジュールの概略図である。本明細書では、この実施形態の放熱モジュール５００は図４の放熱モジュール３００と類似し、したがってこの実施形態に関する説明は引き続き以前の実施形態の内容の一部に関するものであり、同一又は同様の参照番号は同一又は同様の構成要素を示し、同じ技術的内容を繰り返す説明は省略されることに留意されたい。省略した部分の詳細な説明については、以前の実施形態に言及が見られ、この実施形態では説明を繰り返さない。以下のような説明は、この実施形態の放熱モジュール５００と図４の放熱モジュール３００との違いについて提供されるものである。

図６を参照すると、この実施形態では、放熱モジュール５００はさらに熱パイプ５６０を含むことができ、熱パイプ５６０は、例えば放熱フィンセット５４０と中空ハウジング５１０の間に配置して、放熱フィンセット５４０及び中空ハウジング５１０と熱結合することができる。より詳細には、熱パイプ５６０は、軽量及び優れた熱伝導効率という特徴を有するように、中空の金属パイプを含むことができる。流体を中空の金属パイプ内に封じ込めることができる。中空の金属パイプ内で液体と気体の間を連続的に循環する流体の相転移により、熱パイプ５６０は熱伝導の目的を満たすために素早く均一な表面温度に到達することができ、したがって放熱モジュール５００の放熱効率は熱パイプ５６０によって向上する。本発明は熱パイプ５６０の構成及び位置を限定するものではなく、熱パイプ５６０が図１から図５の任意の中空ハウジングに配置できることは確実である。

本発明の放熱モジュールは、高い比熱（実質的に１ｃａｌ／ｇ℃以上）を有する放熱液を封じ込めるために熱伝導率が高い（実質的に２３０Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する）中空ハウジングを有し、中空ハウジングの側面に複数の放熱フィンが配置される。それにより、放熱モジュールを発熱デバイスに取り付けることによって、放熱モジュールは発熱デバイスが発生した熱エネルギを、中空ハウジングの高い伝導性によって外部環境へと伝導する。また、放熱フィンによって熱交換の面積が増加し、したがって高い比熱を有して中空ハウジング内に封じ込められた放熱液が、中空ハウジング及び発熱デバイスの温度を低下させることができる。したがって、本発明は実際に、優れた放熱効果を有する。また、放熱モジュールの放熱効率をさらに向上させるように、放熱フィンセット、蒸気チャンバ及び／又は熱パイプなどの放熱要素を、本発明の放熱モジュールに追加的に配置することができる。さらに、当業者は、所望の放熱効果を達成するように、製品の実際の要求に従って以上の要素を自主的に交換し、組み合わせることができる。したがって、本発明の放熱モジュールは様々な要求に適応し、実際に放熱モジュールの設計及び使用時の融通性を改良する。

本開示の範囲又は精神から逸脱することなく、本開示の構造に様々な修正及び変更ができることが当業者には明白である。以上を鑑みて、本開示は、請求の範囲及びその同等物の範囲に入る限り、本開示の修正及び変更を含むものとする。

１０発熱デバイス
１２接触表面
１００，１００ａ，２００，３００，４００，５００放熱モジュール
１１０，２１０，３１０，４１０，５１０中空ハウジング
１１２，２１２，３１２チャンバ
１１４，２１４側面
１１４ａ側部構成要素
１１６，２１６，３１６，４１６，５１６上面
１１６ａ上部構成要素
１１８，２１８，３１８，４１８，５１８下面
１１８ａ下部構成要素
１２０，１２０ａ，２２０，３２０，４２０，５２０放熱フィン
１２２屈曲部分
２２４中空部分
１３０，２３０，３３０放熱液
３４０，４４０放熱フィンセット
４５０蒸気チャンバ
４５２真空チャンバ
４５４相転移媒体
４５６微細構造
５６０熱パイプ

Claims

チャンバと、側面と、上面と、前記上面に対向する底面とを有する中空ハウジングであって、前記側面が前記上面及び前記底面に接続する中空ハウジングと、
前記側面に配置された複数の放熱フィンと、
前記チャンバ内に封じ込められた放熱液であって、前記放熱液の比熱が実質的に１ｃａｌ／ｇ℃以上である放熱液と、
を備える、放熱モジュール。
前記チャンバが封止チャンバである、請求項１に記載の放熱モジュール。
前記放熱フィンがそれぞれ、中空部分を有する中空の放熱フィンであり、前記チャンバが前記中空部分に接続し、前記放熱液が前記チャンバ及び前記中空部分内に封じ込められる、請求項１に記載の放熱モジュール。
前記中空ハウジングの熱伝導性が、２３０Ｗ／ｍＫ以上である、請求項１に記載の放熱モジュール。
前記放熱モジュールが、前記底面を介して発熱デバイスに取り付けられる、請求項１に記載の放熱モジュール。
前記放熱フィンがそれぞれ、屈曲部分をさらに有し、前記放熱フィンがそれぞれ、前記底面に平行な方向に延在し、前記底面に向かって延在する前記屈曲部分にて屈曲する、請求項５に記載の放熱モジュール。
前記上面に配置され、前記中空ハウジングと熱結合する放熱フィンセットをさらに含む、請求項５に記載の放熱モジュール。
前記放熱フィンセットが、前記チャンバを覆う、請求項７に記載の放熱モジュール。
前記放熱フィンセットと前記中空ハウジングの間に配置されて、それと熱結合する蒸気チャンバをさらに有し、前記蒸気チャンバが真空チャンバ及び相転移媒体を含み、前記真空チャンバの内壁が複数の微細構造を有し、前記相転移媒体が前記真空チャンバ内に封じ込められ、前記真空チャンバ内で液体−気体の相転移を実行するように構成される、請求項７に記載の放熱モジュール。
前記放熱フィンセットと前記中空ハウジングの間に配置されて、それと熱結合する熱パイプをさらに含む、請求項７に記載の放熱モジュール。