JP2502547Y2 - 熱移動装置 - Google Patents

熱移動装置

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JP2502547Y2
JP2502547Y2 JP1991055438U JP5543891U JP2502547Y2 JP 2502547 Y2 JP2502547 Y2 JP 2502547Y2 JP 1991055438 U JP1991055438 U JP 1991055438U JP 5543891 U JP5543891 U JP 5543891U JP 2502547 Y2 JP2502547 Y2 JP 2502547Y2
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は、集積回路のような電子
部品から熱を放散するのに有用な熱移動バッグ(袋)に
関し、このバッグが電子部品からバッグ内部の熱移動液
体への熱の移動を高める熱通路を含んでいるような、熱
移動バッグに関するものである。
【0002】
【従来の技術】電子装置の温度管理は、送風機、金属製
吸熱器(ヒートシンク)又は浴槽を用いることによって
通常行われてきた。例えば送風機は強制された空気対流
の冷却作用をもたらし、ヒートシンクは伝導により部品
から熱エネルギを放散する。しかし、ぎっしり詰まった
又は密集して配置された電子装置内部の部品に十分な冷
却作用を与えることが困難となることがある。さらに送
風機は受け容れられない高さの騒音を生じることが多
い。
【0003】ぎっしり詰まった電子装置において有効に
熱を移動させることが知られている最近開発されたもの
は熱移動バッグであり、また本考案の譲受人であるミネ
ソタマイニングアンドマニファクチュアリング会社から
入手可能な液体ヒートシンクバッグとして知られてい
る。
【0004】このバッグは可撓性で耐用性があり空気不
透過性の材料のシートで作られ、熱伝導性で化学的不活
性の、フルオロケミカル液体からなる本質的にガス遊離
体の液体で充たされている。このバッグが熱発生部品と
熱放散表面との間に置かれ、そしてこの液体を通しての
伝導と対流によるバッグ内の液体のある種の運動とが、
部品から熱放散表面へと熱を移動させる。
【0005】上記の熱移動バッグは、可撓性材料が電子
機器内部の空洞の形状と幾何学的に一致し、そのため熱
発生部品と熱放散面とに密に接触するようになり、この
部品と熱放散面との間に熱通路を形成するという点で有
利である。ある用途においては、この充填されたバッグ
の本来の衝撃吸収性がパッキング又はクッションとして
の働きをし部品が物理的衝撃で破壊するのを防止する。
このバッグは容易に取りはずされ修理中に現場で取替え
られ、またこのバッグを所定の場所に保持するため任意
に接着剤を設けることができる。
【0006】しかしながら、電気装置の熱発生部品から
熱を移動させる速度を増大させること、特に例えば部品
が比較的大量の熱を発生する場合、又は装置の全体寸法
を減少させる必要がある場合に、熱移動速度を増すこと
が、引続いて望まれている。熱移動の速度を増大させる
ことにより、熱発生部品を他の部品と共により接近した
間隔で配することができしかも所望の温度範囲内で各部
品が正しく作動することができる。
【0007】
【考案が解決しようとする課題と課題を解決するための
手段】本考案は冷却される構成部品の表面と熱放散本体
の表面との間に配置するようになっている熱移動装置に
関する。本装置は、空気を透過しない材料のシートで作
られかつ内部区画室を有している可撓性の密封された袋
(バッグ)からなり、このシートは1つの孔を有してい
る。本装置はまた前記区画室を実質的に充たす一定量の
熱移動液体を含んでいる。熱通路がシートの前記孔を通
って延出し高い熱伝導性を有している。この通路は熱発
生部品の表面と熱的接触するようバッグの外側に延出す
る第1の部分と、熱移動液体と接触するよう区画室の内
側に延出する第2の部分とを有している。この通路の第
2の部分は第1の部分より大きな表面積を有している。
本装置はさらに本体をシートにシール状に連結する手段
を含んでいる。
【0008】本考案は、通常熱通路を有しない同様のバ
ッグを用いるものに見られるよりも非常に大きな熱移動
をもたらすが、それは熱通路の第1の部分が直接熱発生
部品に接触し、この通路を介して伝導によりバッグ内部
の熱移動液体の中に沈められた第2の部分に熱を移動さ
せるからである。このようにして、液体の中への熱の移
動は部品に近接する領域でのバッグの熱抵抗によって妨
げられることがなくなる。さらに、通路の第2の部分が
比較的大きな表面積を有し、熱移動液体内部の熱放散フ
インとしての作用をするようになっている。
【0009】
【実施例】まず図1を参照すると、熱移動装置10は、
熱発生部品14の最も外側の表面42と熱放散本体16
の対面する外側表面24との間にこれらに密接して電気
デバイス12の中に置かれるようになっている。部品1
4は、この部品14より若干少ない熱を発生する2つの
他の部品20の間でデバイス12の回路板18に取付け
られている。
【0010】装置10は本体16と部品14,20との
間の空間に一致する可撓性の密封されたバッグ22を含
み、このバッグ22の一側は本体16の外側表面に当接
し、バッグ22の反対側は各部品20の対面する外側表
面26に当接するようにしている。バッグは空気を透過
しない材料のシート28で作られ、またバッグは円形の
孔31を備えた内部区画室30を有し、この孔31は区
画室30とバッグ22の外側部分との間に開口が得られ
るようにしている。
【0011】シート材料28は単層又は多層のプラスチ
ックフイルムで作られ、また容易に利用でき熱シール可
能であるため任意の熱可塑性フイルムとすることができ
る。このシート28にとって現在好適な材料はバッグ2
2の外側表面を構成する層から始って次のような層で作
られた多層フイルムからなっている。(1) 本考案の譲受
人から入手可能な3MNo. 92ポリアミドテープと、
(2) オハイオ,43050マウントバーノン、ウエスト
マジソンストリートのアメリカンナショナルキャン会社
から入手可能な、アメリカンナショナルキャンパントリ
ーパックNo. 50フイルムである。3Mポリアミドテー
プは0.1ミルデュポンポリアミドフイルム型HNと
1.8ミル3M接着剤No. 41−3200−1568−
2(シリコン、トルエン及びキシレンの混合物である)
とからなっている。上記パントリーパックフイルムは、
0.48ミルPETポリエステル(3Mポリアミドテー
プの接着剤の次に置かれる)、積層接着剤、0.50ミ
ルアルミニウム箔、積層接着剤、及び3.0ミル変形ポ
リプロピレンフイルムからなる多層フイルムである。こ
のポリプロピレンフイルムはしたがって区画室30を区
画形成するバッグ22の内側表面である。
【0012】一定量の熱移動液体32が実質的に区画室
30を充たし、熱伝導性で化学的不活性の、本質的にガ
ス遊離の、熱的安定性のあるフルオロケミカル液体から
なっている。この液体32は本質的に非伝導性であり、
バッグ22が破壊する原因となるような電子部品の短絡
を防止するようになっている。さらに、液体32の不活
性の特性はバッグ22が破壊しても電子デバイス又は装
置ハウジングが実質的に損傷するのを防止することがで
きる。液体32の熱的安定性は、バッグ22が使用中に
通常受けるデバイス12の反復する熱サイクルを介して
物理的及び化学的特性を保持するのを可能にする。
【0013】熱移動バッグに用いられる熱伝導性液体は
弗素と化合させた直線状、分枝状又は環状アルカン、エ
ーテル、第3アミン及びアミノエーテルとこれらの混合
物の代表的な類から選択することができる。好ましくは
過窒化化合物が本考案では用いられるが、亜窒化化合物
もまた用いることができる。過窒化化合物は直線鎖状、
分枝鎖状もしくは環状又はアルキルシクロアリファティ
ックのようなその結合体とすることができ、また飽和さ
れ、すなわちエチレン、アセチレン及び芳香族の不飽和
物と遊離している。骨格鎖は、連鎖状酸素及び/又は弗
化カーボン群の間に安定した化学結合をもたらしかつこ
の化合物の不活性特性を妨げない3価の窒素異性原子を
含むことができる。
【0014】このような液体の例は、CFCl2CFCl2, C8F
18, C8F17Br, C8F17Cl, C5F11OC6F13, (C4F9)3N, 〔(CF
3)2NC2F4 2O, 過弗化デカリン、C6F13C6H13, C3F7O
〔CF(CF3)CF2O 〕n C2F5, c −C8F16O, 1,3−c−C6F
10 (COOCH3)2, CF3SO2N (C2H5)2, 1,3−C6H4(CH3)(OSO
2CF3), C3F7COO −t−C4H9を含んでいる。
【0015】熱通路34はシート28の孔31を通って
延出し、シート28の熱伝導性を超える高い熱伝導性を
有する材料、好ましくはアルミニウムで作られる。この
通路34は図2及び図3にさらに詳細に図示され、その
一側に第1の部分36と、この第1の部分36から離れ
た反対側に第2の部分38とを含んでいる。第1の部分
36は本質的に円筒形でありバッグ22の外側に延出
し、外側表面40を有し熱発生部品14の外側頂部表面
42と直接密接な熱的接触するようになっている。好ま
しくは両表面40,42は平面であり、密接な面対面の
接触と通路34が部品14と係合した時の良好な熱的結
合とを保証するようにしている。
【0016】通路34の第2の部分38は区画室30の
内方に延出し熱移動液体32と直接密接な接触をするよ
うにしている。区画室30は液体32で実質的に充たさ
れ、第2の部分38が液体32の中に完全に沈められる
のを保証し、また区画室30の頂部に実質的なエアポケ
ット又は空隙がなく(図1参照)そのため液体32が熱
放散本体16の下側表面24に接触するシート28の部
分と直接接触するのを保証するようにしている。
【0017】図3に示されるように、第1の部分36
は、環状溝46を有する中間部分44によって第2の部
分38とは分離されている。この中間部分44は第2の
部分38と第1の部分36と同様に実質的に円筒形であ
り、2つの部分36,38の各直径の中間の直径を有し
ている。シート28の孔31はその直径が第1の部分3
6の直径とほぼ同じであり、それにより孔31の周囲が
溝46の半径方向内側に中間部分によってもたらされる
肩部上に位置するようにしている。
【0018】環状ロックリング48が溝46に受け入れ
られたOリング50と共に、通路34を孔31に近接す
る部分のシート28にシール状に連結する手段を構成す
る。このロックリング48は第1の部分36の外径より
わずかに小さい内径を有し、それによりロックリング4
8が第1の部分36の外側に圧着された時自己保持締り
嵌め関係が確立されるようにしている。この組立て中
に、ロックリング48はシート28をOリング50に当
接し通路34を本質的に漏れのないようにバッグ22に
連結させるようにする。
【0019】通路34の第2の部分38は第1の部分3
6の露出した外側表面積より大きな外側表面積を有しそ
のため第2の部分38が熱放射フインとして作用し部品
14から第1の部分36に伝導された熱エネルギを急速
に放散させる。第2の部分38より小さな直径の中間部
分44は絶縁体としての作用をし、第2の部分38をシ
ート28から離間させ液体32が図1及び図3に見られ
る第2の部分38の下側に接触できるようにする。第2
の部分38に加えて中間部分44の円筒状外表面がまた
通路34内部の熱エネルギの一定部分を直接液体32に
伝導する。
【0020】装置10の組立ての間はシート28がバッ
グ22の形状に形成される前に普通のダイ打ち抜き工程
を用いてシート28に孔31を打ち抜くことが好まし
い。しかしこれに代える方法として、第1の部分36の
外側円形縁を、ロックリング48が通路34に圧着され
る時孔31を打ち抜くため用いることができる。
【0021】バッグ22の頂部表面(図1参照)は、通
路34の下側外表面40が熱発生部品14の上側表面4
2と直接平面接触する時、熱放散本体16の表面24と
直接面対面接触する。シート28は可撓性であるため、
通路34は表面40,42が相互に平らな平面接触する
まで装置10の内部圧力及び/又は重量により自己移動
する。バッグ22の可撓性は、これら両表面が相互に同
一平面でなくてもまた第1の部分36の高さが表面42
と表面26の一方との間の垂直方向の寸法と異なってい
ても、シート28が同時に部品20の上側表面26とま
た平らに接触できるようにする。装置10はまた、それ
ぞれが通路34と同様の多数の通路を有するように作
り、比較的大量の熱を発生する多数の電気部品が、バッ
グ22と同様な単一のバッグだけが設けられていても各
通路とそれぞれ同時に接触することができるようにする
こともできる。
【0022】実験例 一連の実験において、装置10と同様の装置が試験装置
の中に置かれ、表面40と同様な外側通路表面が水平位
置に直接ヘッド付きディスクの上にするようにした。こ
のディスクを絶縁リングが取巻き、バッグに入る熱エネ
ルギの実質的に全てがこの通路を通って伝導された。熱
グリースの層がディスクと通路との間に置かれた。バッ
グの上側表面が水平冷却プレートと接触し、この冷却プ
レートとバッグとの間に押し込まれた熱電対がバッグの
上方部分の温度と冷却プレートの下側表面の温度の実質
的に平均値である温度を監視した。データ捕捉装置が一
定電圧でヘッド付きディスクに加えられた電流とディス
クの温度と熱電対によって表示された温度とを記録し
た。このデータ捕捉装置はディスク温度と熱電対で表示
された温度とが1分間に1.5℃以上変化しない時に平
衡状態にあると決定された。これらの結果は、通路なし
の同様なバッグを用いて伝導する試験と比較された。全
熱抵抗は通路を有する装置では3.9℃/ワットであ
り、通路なしの装置では11.6℃/ワットであった。
このように、通路を有する装置は約2.98の率で全体
の熱移動性能が向上することを示した。通路を有する装
置を用いて試験された最高動力レベルでの熱流量は1
4.3ワット/cm2 よりも多かった。この通路を有する
装置は、バッグが実質的に水平に位置し、冷却プレート
がバッグの上方にあり熱発生部品が通路の真下にある時
に最も効率的であった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案により構成された熱移動装置の、熱発生
部品と熱放散要素との間に配置されたところを示す破截
側断面図である。
【図2】図1に示す装置の熱通路の拡大底面図である。
【図3】図2に示す通路の、装置のバッグにこれをシー
ル状に連結するためのロックリングとOリングとを備え
たところを示す側断面図である。
【符号の説明】
10…熱移動装置 14…熱発生部品 16…熱放散本体 20…熱発生部品 22…バッグ 24…外側表面 26…外側表面 28…シート 30…内部区画室 31…孔 32…熱移動液体 34…熱通路 36…第1部分 38…第2部分 46…溝 48…ロックリング 50…Oリング

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 冷却される部品の表面と熱放散本体の表
    面との間に置かれるようになっている熱移動装置であっ
    て、空気不透過性材料の、1つの孔を有するシートで作
    られ、かつ内部区画室を有している可撓性の密封された
    バッグと、前記区画室を実質的に充たす一定量の熱移動
    液体と、前記シートの前記孔を通って延出しかつ高い熱
    伝導性を有する熱通路であって、熱発生部品の表面に熱
    的接触するよう前記バッグの外側に延出する第1の部分
    と、前記熱移動液体に接触するよう前記区画室の中に延
    出する第2の部分とを有し、該第2の部分が前記第1の
    部分より大きな表面積を有している、熱通路と、該熱通
    路を前記シートにシール状に連結する手段、とを具備し
    ている熱移動装置。
JP1991055438U 1990-07-20 1991-07-17 熱移動装置 Expired - Lifetime JP2502547Y2 (ja)

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US07/556,949 US5000256A (en) 1990-07-20 1990-07-20 Heat transfer bag with thermal via
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JPH0496857U JPH0496857U (ja) 1992-08-21
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