JP2019504270A - Ｔｅｃ放熱ユニット及び投影装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、ＴＥＣ放熱ユニット及び投影装置を提供する。【解決手段】ＴＥＣ放熱ユニットは、ＴＥＣ冷却チップと、前記ＴＥＣ冷却チップを固定するための取付け板と、ＴＥＣ冷却チップの発熱面側に位置し、前記ＴＥＣ冷却チップを冷却するための冷水板とを備えるＴＥＣ冷却モジュールと、前記ＴＥＣ冷却モジュールと熱源基板をカバーリングするためのカバープレートと、を備え、取付け板の表面には、前記ＴＥＣ冷却チップの形状に適合し、前記ＴＥＣ冷却チップの発熱面が前記取付け板を介して前記冷水板に接触するための中空窓が設けられ、前記ＴＥＣ冷却チップの冷却面が前記中空窓の他方側において冷却する熱源基板に近づく。本発明によれば、ＴＥＣ冷却チップと水冷板との間の熱伝導距離が短縮され、熱抵抗が低減されるとともに、ＴＥＣ冷却チップの冷却面の冷熱のムラによる放熱効果の悪化を避け、デバイスの使用寿命が効果的に延長させることができる。【選択図】図２

Description

本願は、放熱装置に関し、特にＴＥＣを中心とする放熱ユニット及び投影装置に関する。
科学技術の発展に伴い、高集積且つ高精密な電子部品が益々多く開発されて使用されてきた、例えば、レーザーのような部品が動作する際に、放熱条件に対する要求が非常に高く、その基板温度が２０℃程度（一般的に、環境温度よりも低い）に維持されるように要求される場合がある。このようなサイズが小さく、環境温度が精確に制御される必要のある電子製品は、その放熱装置の中核部材にＴＥＣ冷却チップが使用されることが多い。なお、ＴＥＣの発熱面の放熱状況によってその冷却性能が決められ、発熱面の温度が低いほどその冷却量が多くなるので、ＴＥＣの発熱面の放熱設計を工夫することが特に重要である。
従来のＴＥＣ冷却方法において、図１に示すように、ＴＥＣチップ３０２の発熱面と水冷板３０４との間に、２層の熱伝導性ペーストと１つの中継取付板３０３とを備えることに加え、熱抵抗が取り付けられるため、その総熱抵抗が大きくなる。そして、中継取付板３０３と水冷板３０４との接触面積が大きいため、それぞれの平面度の制御が難しく、実装時に熱伝導性ペーストが厚く充填されることによって、境界面の熱抵抗が大きくなってしまう。環境温度が３５℃の高温まで上昇する場合に、このような装置は、熱源基板２の放熱ニーズを満たさなくなる。
本発明は、ＴＥＣ放熱ユニット及び投影装置を提供し、従来のＴＥＣ放熱ユニットの境界面の熱抵抗が大きく、放熱効果が悪いという課題を解決することを目的とする。
ＴＥＣ冷却チップと、前記ＴＥＣ冷却チップを固定するための取付け板と、ＴＥＣ冷却チップの発熱面側に位置し、前記ＴＥＣ冷却チップを冷却するための冷水板とを備えるＴＥＣ冷却モジュールと、
前記ＴＥＣ冷却モジュールと熱源基板をカバーリングするためのカバープレートと、
を備えるＴＥＣ放熱ユニットであって、
前記取付け板の表面には、前記ＴＥＣ冷却チップの形状に適合し、前記ＴＥＣ冷却チップの発熱面が前記取付け板を介して前記冷水板に接触するための中空窓が設けられ、前記ＴＥＣ冷却チップの冷却面が前記中空窓の他方側において冷却する熱源基板に近づくＴＥＣ放熱ユニットである。
前記ＴＥＣ放熱ユニットにおいて、前記熱源基板の表面には、熱源基板の熱量を均一に導出する温度均一プレートがさらに設けられ、前記温度均一プレートは、一方の面が前記熱源基板における発熱領域に接触し、他方の面が前記ＴＥＣ冷却チップの冷却面に接触し、且つ、前記温度均一プレートの前記他方の面の表面は、前記ＴＥＣ冷却チップの冷却面に合致する平面である。
前記ＴＥＣ放熱ユニットにおいて、前記ＴＥＣ冷却チップの発熱面と前記冷水板の表面とは、熱伝導材料コート層により接触する。
前記ＴＥＣ放熱ユニットにおいて、前記ＴＥＣ冷却チップの冷却面側の表面は、熱伝導材料コート層により前記温度均一プレートの表面に接触する。
前記ＴＥＣ放熱ユニットにおいて、前記温度均一プレートの表面と前記熱源基板の表面との間に、熱伝導材料コート層が塗布されている。
前記ＴＥＣ放熱ユニットにおいて、前記熱源基板には、スプリングボルトが設けられ、前記温度均一プレートの表面には、前記スプリングボルトに適合するねじ穴が設けられている。
前記ＴＥＣ放熱ユニットにおいて、前記ＴＥＣ冷却チップが、前記取付け板の表面に複数設けられている。
前記ＴＥＣ放熱ユニットにおいて、前記取付け板の表面には、前記ＴＥＣ冷却チップに対応して複数の中空窓が設けられている。
前記ＴＥＣ放熱ユニットにおいて、前記熱源基板上の温度均一プレートが、前記ＴＥＣ冷却チップに対応して複数設けられている。
前記ＴＥＣ放熱ユニットにおいて、前記取付け板と前記冷水板との間には、シールリングがさらに設けられ、前記取付け板における前記冷水板側に向かう表面には、シールリングを取り付けるための封止溝がさらに設けられている。
投影装置であって、上述したＴＥＣ放熱ユニットを備える投影装置である。
前記投影装置において、前記熱源基板は、レーザ光源を備える。
本発明が提供するＴＥＣ放熱ユニット及び投影装置では、ＴＥＣ冷却チップと水冷板とが直接接触する構成設計が用いられることにより、ＴＥＣ冷却チップと水冷板との間の熱伝導距離が短縮され、熱抵抗が低減されるとともに、ＴＥＣ冷却チップと熱源基板との間に温度均一プレートが増設されることにより、ＴＥＣ冷却チップの冷却面の冷熱のムラによる放熱効果の悪化を避け、デバイスの使用寿命を効果的に延長させることができる。
従来のＴＥＣ放熱ユニットの構成を示す模式図である。 本発明の実施例にかかるＴＥＣ放熱ユニットの構成を示す模式図である。
以下、具体的な実施形態で図面を参照しながら本願についてさらに詳細に説明する。
本実施例が提供するＴＥＣ放熱ユニットは、図２に示すように、ＴＥＣ冷却チップ６３と、前記ＴＥＣ冷却チップ６３を固定するための取付け板６２と、ＴＥＣ冷却チップ６３の発熱面側に位置し、前記ＴＥＣ冷却チップ６３を冷却するための冷水板６４とを備えるＴＥＣ冷却モジュールと、熱源基板５１を収納するためのチャンバーが設けられ、前記冷水板６４に対してボルトにより固定接続可能なカバープレート４と、を備え、取付け板６２の表面には、ＴＥＣ冷却チップ６３の形状に適合する、ＴＥＣ冷却チップ６３の発熱面が取付け板６２を介して冷水板６４に接触するための中空窓６２０が設けられ、ＴＥＣ冷却チップ６３の冷却面が中空窓６２０の他方側において冷却する熱源基板５１に近づく。このような構成設計によれば、ＴＥＣ冷却チップ６３が中空窓６２０に嵌め込み、その発熱面を冷水板６４の表面に直接接触させることが可能である。冷水板６４の表面とＴＥＣ冷却チップ６３の発熱面の表面との平坦度を保証すればよいため、取付け板６２全域の表面が冷水板６４に接触することに比べ、冷水板６４の表面とＴＥＣ冷却チップ６３の発熱面の表面との平坦度を保証することが更に容易に実現できる。そして、ＴＥＣ冷却チップ６３が冷水板６４に直接接触することにより、必ず熱伝導の経路が短縮され、ＴＥＣ冷却チップの発熱面を速やかに冷却させ、冷却効率を向上させることができる。前記ＴＥＣ冷却チップ６３の発熱面と前記冷水板６４の表面とは、熱伝導材料コート層、例えば、熱伝導性シリコーングリースなどにより接触する。
さらに、従来のＴＥＣ放熱ユニットの欠点の一つは、ＴＥＣ冷却チップ６３の冷却面が熱源基板５１に直接接触し、熱源基板５１の表面に溝が形成されている場合に、このように直接接触することによって、ＴＥＣ冷却チップ６３の冷却面と熱源基板５１との接触箇所の温度が低くなる一方、非接触箇所の温度が高くなるため、ＴＥＣ冷却チップ６３の冷却性能が低減し、部品の放熱状況が悪くなり、その使用寿命が短縮されてしまうことにある。このような問題の発生を回避するために、本実施例では、前記熱源基板５１の表面に温度均一プレート５１０がさらに設けられ、前記温度均一プレート５１０の一方の面が熱源基板５１の発熱領域に接触して、熱源基板５１の熱が均一に温度均一プレート５１０に伝導される一方、温度均一プレート５１０の他方の面がＴＥＣ冷却チップ６３の冷却面に接触して、ＴＥＣ冷却チップ６３の冷却面と温度均一プレート５１０との間の熱交換により、熱源基板の温度を低下させる作用を果たす。前記温度均一プレート５１０の表面がＴＥＣ冷却チップ６３の表面に合致する平面とされる。このように、ＴＥＣ冷却チップ６３の冷却面と温度均一プレート５１０の表面の完全接触が保証され、接触ムラによる冷熱のムラが避けられる。具体的に、前記熱源基板５１の４つのコーナー箇所に何れもスプリングボルト５１１が設けられ、前記温度均一プレート５１０の表面に前記スプリングボルト５１１に適合するねじ穴５１２が設けられている。温度均一プレート５１０と熱源基板５１との間に熱伝導材料コート層が充填されており、これにより、熱源基板５１の表面の熱が均一に温度均一プレート５１０の表面に伝導される。
好ましくは、熱源基板５１に複数の発熱領域が設けられている場合、前記ＴＥＣ冷却チップ６３が前記取付け板６２の表面において対応的に複数設けられてもよい。同様に、取付け板６２の表面に、ＴＥＣ冷却チップ６３のそれぞれに対応して複数の中空窓６２０が設けられている。そして、熱源のそれぞれに対応して熱源基板５１の表面に複数の温度均一プレート５１０が設けられている。このように、温度均一プレート５１０と、中空窓６２０と、ＴＥＣ冷却チップ６３との位置が一対一で対応するようにする。前記取付け板６２と前記冷水板との間にさらにシールリング６２１が設けられ、前記取付け板６２における前記冷水板６４側に向かう表面にシールリング６２１を取り付けるための封止溝６２２がさらに設けられている。このような構成設計によれば、ＴＥＣ冷却チップ６３の両側の熱伝導性シリコーングリース及びシールリング６２１により、ＴＥＣ冷却チップ６３が中空窓６２０内で完全に密封される。
さらに、冷水板６４、取付け板６２及びカバープレート４のそれぞれの縁部に取付け穴が設けられている。ＴＥＣ冷却モジュールを組み立てる際、シールリング６２１を封止溝６２２内にセットし、ＴＥＣ冷却チップ６３の発熱面に熱伝導性シリコーングリースを塗布して、ＴＥＣ冷却チップ６３を取付け板６２の中空窓６２０内に嵌め込み、取付け板を冷水板６４の表面に設置することにより、ＴＥＣ冷却チップ６３の発熱面と冷水板６４の表面とが熱伝導性シリコーングリースにより良好に接触する。そして、ＴＥＣ冷却チップ６３の冷却面にさらに熱伝導性シリコーングリースを塗布し、温度均一プレート５１０が取り付けられた熱源基板５１を取付け板６２の他方側に設置することにより、ＴＥＣ冷却チップ６３の冷却面が熱伝導性シリコーングリースにより温度均一プレート５１０に良好に接触する。最後に、カバープレート４でカバーリングし、ボルトをねじ込んで、カバープレート４と、取付け板６２と冷水板６４との三方を固定接続することにより、密閉の空間を構成する。これにより、内部の部品が外気と直接接触しないため、凝縮水の形成が避けられる。
上記実施例の記載に基づいて、本発明は、上記実施例が提供するＴＥＣ放熱ユニットを備える投影装置をさらに提供する。当該放熱ユニットの放熱する熱源は、本実施例における投影装置のレーザ光源であってもよく、他の部品であってもよい。
本発明が提供するＴＥＣ放熱ユニット及び投影装置では、ＴＥＣ冷却チップと水冷板とが直接接触する構成設計が用いられることにより、ＴＥＣ冷却チップと水冷板との間の熱伝導距離が短縮され、熱抵抗が低減されるとともに、ＴＥＣ冷却チップと熱源基板との間に温度均一プレートが増設されることにより、ＴＥＣ冷却チップの冷却面の冷熱のムラによる放熱効果の悪化を避け、デバイスの使用寿命を効果的に延長させることができる。
以上の内容は、具体の実施態様を参照して本願をさらに詳細に説明するためのものであり、本願の具体の実施がこれらの説明に限られると解釈すべきではない。本願が属する技術領域の一般の技術者にとって、本願の主旨を逸脱しない前提で、多少の簡単な変更や置換が可能である。
４ カバープレート
５１ 熱源基板
５１０ 温度均一プレート
５１１ スプリングボルト
５１２ ねじ穴
６２ 取付け板
６３ ＴＥＣ冷却チップ
６４ 冷水板
６２０ 中空窓
６２１ シールリング
６２２ 封止溝

Claims (9)

  1. ＴＥＣ冷却チップと、前記ＴＥＣ冷却チップを固定するための取付け板と、ＴＥＣ冷却チップの発熱面側に位置し、前記ＴＥＣ冷却チップを冷却するための冷水板とを備えるＴＥＣ冷却モジュールと、
    前記ＴＥＣ冷却モジュールと熱源基板をカバーリングするためのカバープレートと、
    を備えるＴＥＣ放熱ユニットであって、
    前記取付け板の表面には、前記ＴＥＣ冷却チップの形状に適合し、前記ＴＥＣ冷却チップの発熱面が前記取付け板を介して前記冷水板に接触するための中空窓が設けられ、前記ＴＥＣ冷却チップの冷却面が前記中空窓の他方側において冷却する熱源基板に近づくことを特徴とするＴＥＣ放熱ユニット。
  2. 前記熱源基板の表面には、熱源基板の熱量を均一に導出する温度均一プレートがさらに設けられ、前記温度均一プレートは、一方の面が前記熱源基板における発熱領域に接触し、他方の面が前記ＴＥＣ冷却チップの冷却面に接触して、且つ、前記温度均一プレートの前記他方の面の表面は、前記ＴＥＣ冷却チップの冷却面に合致する平面であることを特徴とする請求項１に記載のＴＥＣ放熱ユニット。
  3. 前記ＴＥＣ冷却チップの発熱面と前記冷水板の表面とは、熱伝導材料コート層により接触することを特徴とする請求項１または２に記載のＴＥＣ放熱ユニット。
  4. 前記ＴＥＣ冷却チップの冷却面側の表面と前記温度均一プレートの表面との間、及び／または前記温度均一プレートの表面と前記熱源基板の表面との間に、熱伝導材料コート層が塗布されていることを特徴とする請求項２に記載のＴＥＣ放熱ユニット。
  5. 前記熱源基板には、スプリングボルトが設けられ、前記温度均一プレートの表面には、前記スプリングボルトに適合するねじ穴が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のＴＥＣ放熱ユニット。
  6. 前記ＴＥＣ冷却チップと、前記取付け板の表面における複数の中空窓と、前記温度均一プレートとは、一対一で対応して複数設けられていることを特徴とする請求項２に記載のＴＥＣ放熱ユニット。
  7. 前記取付け板と前記冷水板との間には、シールリングがさらに設けられ、前記取付け板における前記冷水板側に向かう表面には、シールリングを取り付けるための封止溝がさらに設けられていることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載のＴＥＣ放熱ユニット。
  8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のＴＥＣ放熱ユニットを備えることを特徴とする投影装置。
  9. 前記熱源基板は、レーザ光源を備えることを特徴とする請求項８に記載の投影装置。
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