JP4309215B2

JP4309215B2 - 回路装置冷却装置

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Description

本発明は、回路等の冷却装置及び冷却方法に関する。

電子回路と電子回路装置は、本質的に、使用されているとき（すなわち、回路または装置に電力が印加されているとき）に熱を発生する。この熱は、回路または装置の効率を低下させることがあり、場合によっては、回路または装置（「回路」）によって生成された熱が回路を破損させるのに十分なことがあり、回路を故障させる可能性がある。したがって、回路からこの熱を除去する方法を見つけることが望ましい。熱除去には、主に、受動的と能動的の２つの方式が使用され、受動的な熱除去は、一般に、回路から熱を対流伝達で放散する面積を大きくするヒートシンクを使用する。ほとんどの受動的システムにおいて、熱伝達は自然対流によるものである。能動的な熱除去は、一般に、回路に相対的に低い温度の空気や液体などの流体を送る強制空気システムを使用する。パーソナルコンピュータなどの多くの電気装置では、これらの２種類の熱除去方式が組み合わされて、冷却空気が強制的にヒートシンクに流され、それによりヒートシンクから強制的に対流熱除去が行われる。後者の冷却方法は、電気装置から多量の熱を除去することができる。

回路装置が取り付けられたプリント回路基板（「ＰＣＢ」）を含むプリント基板アセンブリ（「ＰＣＡ」）を冷却するときは、一般に、強制対流冷却システム内の冷却空気が、ＰＣＢの平面とほぼ平行にＰＣＢを横切って流れることが望ましい。しかしながら、（１）境界層効果（すなわち、ＰＣＢ表面での速度がゼロになり、したがって表面のきわめて近くの速度が遅くなる）と、（２）ＰＣＢ基板に取り付けられた構造物がＰＣＢを横切る空気の流れを妨げることがあるため、ＰＣＢを横切る空気の良好な流れを得ることが困難なことがある。

ＰＣＡを冷却するための従来技術の解決策のもう１つの欠点は、ＰＣＡが、ＰＣＢに取り付けられたいくつかの回路装置を含む場合に生じる。例えば、単一のＰＣＢに複数のマイクロプロセッサが取り付けられたコンピュータでは、一般に、各プロセッサが自分自身のヒートシンクを備える。これは、複数のＩＣ装置を冷却するために１つのヒートシンクを使用するコストよりもユニット全体のコストを高める。ＩＣ装置が互いに比較的近くになければならないＰＣＡ設計のような他のいくつかの例では、個別のヒートシンクの手法が実施できないことが判明することもある。しかしながら、複数のＩＣ装置を単一のヒートシンクと接続することにより、装置間の高さおよび共平面性の差、それに加えてＩＣ装置とヒートシンクを積み重ねた累積と見なしたときに装置を構成する材料および構造の熱膨張の差の正味の影響のために、装置に深刻な応力が生じることがある。さらに、従来の温度界面（例えば、グリース、相変化、および／または重合体）は、充填物のわずかな表面欠陥と結合面の小さい共平面公差に有効に対処することができるが、このタイプの用途から期待される大きい隙間または様々な隙間に対応することはできない。

発明を解決するための手段

１つの実施形態は、第１のヒートパイプ凝縮器を含む第１のヒートパイプと、第２のヒートパイプ凝縮器を含む第２のヒートパイプとを含む回路装置冷却装置を提供する。第１のヒートパイプ凝縮器と第２のヒートパイプ凝縮器に、放熱装置（例えば、ヒートシンク）が取り付けられる。

別の実施形態は、第１の回路装置と第２の回路装置を有する回路アセンブリを提供する。回路アセンブリは、さらに、第１のヒートパイプ蒸発器、第１のヒートパイプ容器、および第１のヒートパイプ凝縮器を含む第１のヒートパイプを含む。回路アセンブリには、ヒートシンクだけでなく、第２のヒートパイプ蒸発器、第２のヒートパイプ容器、および第２のヒートパイプ凝縮器を含む第２のヒートパイプも含まれる。この実施形態において、第１のヒートパイプ蒸発器は第１の回路装置と接触しており、第２のヒートパイプ蒸発器は第２の回路装置と接触しており、第１のヒートパイプ凝縮器と第２のヒートパイプ凝縮器はヒートシンクと接触している。さらに、第１のヒートパイプ容器は可撓性部材である。

さらに別の実施形態は、第１の回路装置と第２の回路装置から熱を除去する方法を提供する。この方法は、放熱部材を提供し、第１の回路装置を放熱部材に第１のヒートパイプによって接続する段階を含む。この方法は、さらに、第２のヒートパイプによって第２の回路装置を放熱部材に接続し、第１のヒートパイプと第２のヒートパイプの間に弾力性を与える段階を含む。

以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。

代表的な実施形態において、この教示は、構成要素間の共平面性公差、ｚ軸方向の公差および熱膨張率（ＣＴＥ：ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎ）応力を減少させるように意図された可撓性ヒートパイプ構造によって、共通ヒートシンクを備えた回路アセンブリ内の複数の回路装置を冷却する方法および装置を提供する。本明細書に示した方法および装置によって冷却することができる回路装置の例には、マイクロプロセッサや他の集積回路がある。本明細書で説明する方法および装置は、従来のヒートパイプの原理を使用して、回路装置から熱エネルギー（「熱」）を除去し、除去した熱を、放散させることができる共通の遠隔場所まで運ぶ。より詳細には、本明細書に示した方法および装置は、撓みやすいあるいは弾力性のあるヒートパイプ本体を有する１つまたは複数のヒートパイプを使用することを前提としている。本明細書に使用されている「可撓性」または「弾力性」という用語は、ヒートパイプ本体が、ヒートパイプの凝縮器と蒸発器の間の距離を大きくまたは小さくするために、それぞれ線形に膨張または収縮できることを意味する。「可撓性」または「弾力性」は、すべて図１から図４に関して後でより詳しく説明するように、凝縮器と蒸発器の向きを互いに対して変更できるようにヒートパイプ本体を変形できることを意味する。可撓性部材のヒートパイプを使用するこの構成により、複数のヒートパイプ（複数の回路装置と個別に関連付けることができる）を単一のヒートシンクに接続することができる。したがって、ＩＣ装置は、必ずしも同じフォーム・ファクタ、高さまたは熱膨張率特性を有していなくてもよい。

ヒートパイプは、蒸発／凝縮サイクルを使用して物体から熱を除去する受動的な熱伝達装置である。物体からの熱は、作動流体を蒸発させるために使用されるエンタルピーの熱の形で伝達される。ヒートパイプ内の自然対流によって、蒸発した流体が蒸発位置（熱源の近く）から熱源から除去される位置に送られ、そこで作動流体が凝縮し、それにより流体からエンタルピーの熱が除去される。その後で、流体が蒸発位置に戻り、サイクルが繰り返される。ヒートパイプは、一般に、銅などの中実金属導体の何倍ものきわめて高い熱伝導率を実現する。

より具体的には、ヒートパイプは、一般に（必ずではないが）、作動流体を染み込ませた毛管構造または吸収材で内張された内壁を有する、閉じられ排気された円筒形のベッセルまたは容器である。製造中に、容器が排気され、作動流体が供給され、封止される。作動流体の蒸気圧によりヒートパイプ容器内の初期内圧が決まる。さらに、ヒートパイプは、ヒートパイプ容器の一端に接続された伝導性金属要素である蒸発器を含む。ヒートパイプは、さらに、伝導性金属要素でもよくかつ一般にヒートパイプの蒸発器が接続された端と反対の端に接続された凝縮器を含む。

蒸発器は、集積回路チップの上側面などの熱発生源と接触するように配置される。熱発生源からの熱が蒸発器に入ると、容器内の初期内圧が上昇するので、容器内（および蒸発器の近く）の作動流体（液状）が蒸発する。この作動流体の気化によって、ヒートパイプ容器内の圧力に勾配ができ、それにより、蒸気がパイプに沿ってより低い温度の部分に流れ、そこで蒸気が凝縮する。凝縮する際、作動流体は、熱発生源から除去した熱である気化潜熱を解放する。次に、作動流体は、吸収材によって凝縮器から蒸発器に戻る。

ヒートパイプ容器は、一般に、銅やアルミニウムのような金属材料などの熱伝導性耐熱材料から作成されることが好ましい中空部分を含むが、他の材料（ＴＦＥのような耐熱性高分子など）を使用することもできる。容器は、中空部分を規定しかつ容器の内側面を規定する連続壁面を含む。容器の内側面は、一般に毛管力の原理に従って凝縮作動流体を蒸発器から凝縮器に戻す吸収材（ウィック）を備える。また、凝縮液を蒸発器に送るのには重力も役立つ。一般に吸収材に使用される材料は、銅、アルミニウム、鋼などの金属が充填された多孔質金属発砲材またはフェルトを含む。ヒートパイプを使用する用途によって異なるタイプの吸収材が使用される。また、液体が重力によって流れるのを容易にするために、吸収材に溝を形成してもよい。

ほとんどのヒートパイプにおいて、容器は、一般に、剛構造であり、横断面が円筒状のことが多い。しかしながら、いくつかの特殊な「可撓性」ヒートパイプが知られている。前述のように、「可撓性ヒートパイプ」は、ヒートパイプに力が加わったことにより蒸発器と凝縮器の互いの向きが変化することができるヒートパイプを意味する。この構成を示すもう１つの表現は、蒸発器と凝縮器の間に弾力性、すなわち「屈従性」がある（その結果、ヒートパイプに外部または内部からかかることがある力の影響によって一方が他方に対して動くことができる）ことを意味する「弾力性ヒートパイプ」である。可撓性ヒートパイプの１つの例は、ＲｏｂｅｒｔＷ．Ｇａｒｒｅｔｔに譲渡された米国特許第４、２７４、４７６号に記載されている。この例において、ヒートパイプは、蒸発器と凝縮器の間に挟まれた伸張式ベローズの容器を含む。このタイプの可撓性ヒートパイプの例については、後でさらに詳しく説明する。

ヒートパイプは一般に、細長い円筒の形であるが、ほぼ平面のヒートパイプも知られている。ＲａｌｐｈＬａｒｓｏｎらに譲渡された米国特許第５、５６０、４２３号には、可撓性のあるほぼ平面のヒートパイプの１つの例が示されている。このヒートパイプは、最下層として比較的薄くて高伝導率の板、最上層としてプラスチック・シート、およびオプションの中間層として吸収材からなる。最下層の板は、比較的高い弾性率を有し、また堅く、延性がある。アルミニウムなどの金属またはプラスチック・シートまたは板から作成されることが好ましい。このヒートパイプは、凝縮器としてはたらくパイプの端部（側面）に熱放散フィンを含むことができる。

次に図１に移ると、側面断面図は、本明細書に示す方法および装置に使用することができる可撓性ベローズ式ヒートパイプ１０を示す。ヒートパイプ１０は、ベローズ式ヒートパイプであり、蒸発器１２、凝縮器１４、および蒸発器１２と凝縮器１４の間に位置決めされた容器１６を含む。蒸発器１２と凝縮器１４は、例えば平坦な伝導性金属板でよい。容器１６は、伸張式ベローズであり、蒸発器１２と凝縮器１４は、互いに「Ｚ」軸方向に動くことができる。また、伸張式ベローズ１６は、蒸発器１２と凝縮器１４を、Ｘ軸および／またはＹ軸のまわりに（すなわち、「Ｐ」と「Ｐ’」およびそれと垂直な方向、ならびにその組み合わせの方向に）、互いに対してある一定量だけ回転可能にする。ベローズ式容器１６は、可撓性、耐熱性があり、好ましくは気密の金属または合成材料から製造される。蒸発器１２の底面２２は、集積回路や他の回路装置の上側面のような熱発生源と接して配置されるように設計されている。熱「Ｑ１」が、蒸発器１２においてヒートパイプ１０に入り、作動流体を、ヒートパイプの内部１７を凝縮器１４に向かって上昇する蒸気「Ｖ」に気化させる。凝縮器で熱が「Ｑ２」として除去され、流体が凝縮される。熱「Ｑ２」は、自然対流または強制対流によって除去することができ、ヒートシンクなどの放熱装置によって支援することができる。一般に、耐熱グリースなどの温度界面充填剤が、蒸発器１２の底面２２と熱発生源との間に入れられ、蒸発器へ熱を伝達するのを支援する。同様に、ヒートシンクが、凝縮器１４の上側面２４と接して配置されているとき、ヒートシンク１０に空気を除去しかつ熱伝達を促進するために、一般に、ヒートシンク１０と凝縮器１４の間に温度界面充填材が入れられる。フェルト吸収材などの可撓性吸収材１８が、ベローズ式容器１６の内側壁と接している。吸収材１８は、凝縮作動流体を凝縮器１４からＸＹ平面内で移動させ、蒸発器１２に向けてＺ方向に送る。

図２は、本明細書で説明した方法および装置に使用することができるもう１つの可撓性ベローズ式ヒートパイプ１０Ａを示す側面断面図である。図２のヒートパイプ１０Ａも、図１のヒートパイプ１０と類似の可撓性ベローズ式ヒートパイプである。すなわち、図２のヒートパイプ１０は容器１６として伸張式ベローズ１６を含み、さらに、ヒートパイプ１０の蒸発器１２と凝縮器１４を含む。しかしながら、ヒートパイプ１０Ａのベローズ１６の吸収材は、蒸発器１２の内側面に取り付けられた第１の吸収材部分１８Ａ、凝縮器１４の内側面に取り付けられた第２の吸収材部分１８Ｂ、および２分割側面吸収材部分３１とを含む。側面吸収材部分３１は、Ｚ方向に動くように摺動可能に係合された上側吸収材部材２８と下側吸収材部材３０を含み、それにより、ベローズ１６が伸縮するときに蒸発器１２と凝縮器２４がＺ方向に動くことができる。

図３は、本明細書で説明する方法および装置に使用することができるもう１つの可撓性ヒートパイプ５０を示す側面図である。ヒートパイプ５０は、蒸発器５２、凝縮器５６、および蒸発器５２と凝縮器５６の間に配置された容器５４を含む。容器５４は、蒸発器５２と凝縮器５６をＸ軸から角度θ１とθ２に少し回転できるようにする可撓性部材を含み、その結果、蒸発器５２と凝縮器５６は、点線５２ａおよび５６ａでそれぞれ示した位置を占めることができる。凝縮器５６と蒸発器５２のそのような回転は、点線５４ａで示した位置に屈曲する容器５４の弾力性によって吸収される。可撓性容器５４は、ナイロンや炭素繊維などの耐熱性合成材料でよく、円筒形に形成されることが好ましい。容器５４は、さらに、容器の壁に強度を持たせるために、耐熱性合成容器５４の内側面および／または外側面と接触した状態で配置することができる編んだ金属ワイヤ・メッシュ（図示せず）を含むことができる。また、適切に選択した編んだワイヤによって、容器５４の「Ｚ」軸方向のたわみ（収縮と伸張）が可能になる。また、容器にステンレス鋼や他の金属の管などの代替材料を使用することができる。ヒートパイプ５０は、前述の内部吸収材を含むが、図３には示していない。

図４は、本明細書で説明した方法および装置に使用することができるほぼ平面の可撓性熱伝導要素４０を示す等角図である。熱伝導要素４０は、銅などの熱伝導金属からなる金属箔でよく、また上側と下側の金属箔シートの間に挟まれた波状の金属箔を含むこともできる。さらに、可撓性熱伝導要素４０は、前述の米国特許第５、５６０、４２３号に記載されたような、ほぼ平坦なヒートパイプを含むことができる。すなわち、可撓性熱伝導要素４０は、蒸発器として働く下部シート４２と、凝縮器として働く上部シート４４を含むことができる。上部シート４４と下部シート４２の間に吸収材（図示せず）を配置することができる。熱伝導要素４０は、凸状または凹状の形状にたわむ能力を有する他に、それぞれの位置４６ａおよび４８ａに変形されるように示された面４６および４８で示されるように、階段状に変形させることができる。

図５は、第１の実施形態による回路冷却装置１００を有する回路アセンブリを示す側面図である。図５のプリント基板アセンブリ（「ＰＣＡ」）は、第１の回路装置６２と第２の回路装置６４を支持する回路基板６０を含む。回路装置６２および６４は、金属の足またはピン・コネクタ６３によって回路基板６０に取り付けることができ、この金属の足またはピン・コネクタ６３は、一般に回路基板に半田付けされるスルーホール・ピン・グリッド・アレイ型コネクタまたは表面実装型（ＳＭＴ）ボール・グリッド・アレイ・コネクタであることが好ましい。回路装置冷却装置１００は、第１のヒートパイプ蒸発器１１２、第１のヒートパイプ凝縮器１１６、および第１のヒートパイプ容器１１４を含む第１のヒートパイプ１１０を含む。冷却装置１００は、さらに、第２のヒートパイプ蒸発器１２２、第２のヒートパイプ凝縮器１２６、および第２のヒートパイプ容器１２４を含む第２のヒートパイプ１２０を含む。第１のヒートパイプ蒸発器１１２は、第１の回路装置６２と接触した状態で配置され、第２のヒートパイプ蒸発器１２２は、第２の回路装置６４と接触した状態で配置されている。このように、図１に関して前述した方法で、回路装置６２および６４からそれぞれのヒートパイプ凝縮器１１６および１２６に熱を取り出すことができる。冷却装置は、さらに、第１のヒートパイプ凝縮器１１６と第２のヒートパイプ凝縮器１２６に取り付けられた放熱装置１３０を含む。図示したように、放熱装置１３０は、ヒートパイプ凝縮器１１６および１２６と接触した状態で本体または基部１３４によって支持された放熱フィン１３２を有するヒートシンクを含む。ヒートシンク１３０は、銅やアルミニウムなどの伝導性金属から作成することができる。

ヒートパイプ１１０、１２０の一方または両方が可撓性ヒートパイプでもよい。図５に示したように、第１のヒートパイプ容器１１４と第２のヒートパイプ容器１２４は両方とも、図１と図２に示し前述した構成と類似の伸張式ベローズを含む。図５に示したような伸張式ベローズを使用する他に、ヒートパイプ容器１１４、１２４の一方または両方は、図３に示し前述したシリンダ５４のような可撓性シリンダを含むことができる。図３に関して説明したように、可撓性を有する円筒形のヒートパイプ容器５４は、ステンレス鋼を編んだメッシュ・シリンダのような編み込み金属シリンダでよい。

図５に戻り、可撓性ヒートパイプ１１０、１２０を使用することにより、回路基板６０平面に対するヒートシンク１３０平面のわずかな傾きまたは回転が安全に補償される。ヒートシンクの傾きは、一般に、ヒートシンク取付けハードウェアの公差の蓄積、組み立てプロセスのばらつき、あるいは冷却装置の構成要素間の熱膨張率（ＣＴＥ）の差のために起こる。ＣＴＥの差に関して、例えば、回路装置６２が、回路装置６４よりも多く熱を発生し、ヒートパイプ１１０および１２０が、すべての重要な態様（構造材料、作動流体、外部寸法など）において本質的に同一であると仮定すると、ベローズ１１４は、ベローズ１２４が経路「Ｚ２」の方向に延在する長さよりも、経路「Ｚ１」の方向に延在する長さの方が長くなる。

もう１つの実施形態は、第１の回路装置（図５の装置６２のような）と第２の回路装置（図５の装置６４のような）を含む回路アセンブリを提供する。回路アセンブリは、さらに、第１のヒートパイプ蒸発器（例えば、蒸発器１１２）、第１のヒートパイプ容器（図５の容器１１４など）、および第１のヒートパイプ凝縮器（図５の凝縮器１１６など）を含む第１のヒートパイプ（図５のヒートパイプ１１０など）を含む。回路アセンブリは、また、第２のヒートパイプ蒸発器（例えば、蒸発器１２２）、第２のヒートパイプ容器（図５の容器１２４など）、および第１のヒートパイプ凝縮器（図５の凝縮器１２６など）を有する第２のヒートパイプ（図５のヒートパイプ１２０など）を含む。回路アセンブリは、また、放熱装置を含み、放熱装置は図５のヒートシンク１３０のようなヒートシンクでよい。この構成において、第１のヒートパイプ蒸発器（例えば、図５の１１２）は、第１の回路装置（例えば、図５の６２）と接触しており、第２のヒートパイプ蒸発器（例えば、図５の１２２）は、第２の回路装置（例えば、図５の６４）と接触している。さらに、第１のヒートパイプ凝縮器（１１６）と第２のヒートパイプ凝縮器（１２６）は、ヒートシンク（１３０）と接触している。好ましくは第１のヒートパイプ容器（図５の１１４）は、図５に示した伸張式ベローズ容器１１４などの可撓性部材である。より好ましくは、第２のヒートパイプ容器（図５の１２４）もまた図５に示した伸張式ベローズ容器１２４のような可撓性部材である。ヒートパイプ容器のどちらかまたは両方に弾力性（または、可撓性）を持たせるために、伸張式ベローズの他に、図３に関して説明したような可撓性部材のヒートパイプを使用することができる。

図６は、動作中の図５の回路冷却装置を示す。図６は、ヒートシンク１３０が方向「Ｒ」に角度θ３だけ回転した様子を示す。その結果、ヒートシンク１３０が、両方のヒートパイプ１１０、１２０のそれぞれの凝縮器１１６、１２６と平面で接触したままである。ヒートパイプ１１０、１２０の１つまたは両方に弾力性または可撓性がない場合、ヒートパイプ１１０、１２０の熱膨脹の差によってヒートシンク１３０にかかる力により、ヒートシンク１３０が、少なくとも一方のヒートパイプの凝縮器から離れる可能性がある。一方、ヒートシンク１３０が、図５の設計によってＰＣＢ６０と平行に固定されていると仮定すると、可撓性ヒートパイプ１１０、１２０は、ＩＣ装置６２と６４の間の熱膨張率（ＣＴＥ）、高さまたは共平面性の差を補償する。したがって、冷却装置１００を使用することによって、単一の放熱装置（ヒートシンク１３０など）を使って複数の熱発生回路装置（集積回路６２および６４など）を冷却することができ、それにより、そのようなＩＣ装置上および／またはＩＣ装置と冷却溶液の間の温度界面（すなわち、蒸発器１１２および１２２ならびに凝縮器１１６および１２６）上の応力の可能性が減少する。

図７は、もう１つの実施形態による回路冷却装置２００を有する回路アセンブリを示す平面図である。プリント基板アセンブリ（ＰＣＡ）は、第１の回路装置６２、第２の回路装置６４、第３の回路装置６６、および第４の回路装置６８に取り付けられた回路基板６０を含む。回路装置６２、６４、６６および６８は、コネクタ６３などの金属の足またはピン・コネクタによって回路基板６０に取り付けることができる。回路装置冷却装置２００は、第１の回路装置６２と接触している第１のヒートパイプ蒸発器（図７に示していない）を有する第１のヒートパイプ２１０を含む。同様に、冷却装置２００は、それぞれの回路装置６４、６６および６８と接触しているそれぞれの第２、第３および第４のヒートパイプ蒸発器（図７に示していない）を有する第２のヒートパイプ２２０、第３のヒートパイプ２４０および第４のヒートパイプ２５０を含む。第１、第２、第３および第４のヒートパイプ２１０、２２０、２４０および２５０は、また、それぞれの第１、第２、第３および第４のヒートパイプ容器によって各蒸発器から分離された第１、第２、第３および第４のヒートパイプ凝縮器（図７に示していない）を含む（すなわち、ヒートパイプ凝縮器とヒートパイプ蒸発器の間に各ヒートパイプの容器が配置された）。ヒートパイプ容器は、図７に示したヒートパイプ２１０、２２０、２４０および２５０の点線の外形線によって表されている。

冷却装置２００は、さらに、ほぼ平面の可撓性熱伝導要素２７０を含む。熱伝導要素２７０は、図４に関して前に説明したほぼ平面の可撓性熱伝導要素のいずれの形でもよい。すなわち、可撓性熱伝導要素２７０は、前に説明した米国特許第５、５６０、４２３号に記載されているような、金属箔、積層金属箔アセンブリ、または平坦で多層の可撓性ヒートパイプでよい。ほぼ平面の可撓性熱伝導要素２７０は、第１、第２、第３および第４のヒートパイプ２１０、２２０、２４０および２５０の凝縮器の上にそれらと接触した状態で配置される。冷却装置２００は、また、ヒートシンク２３０のような第１の放熱装置と、ヒートシンク２６０のような第２の放熱装置とを含む。第１のヒートシンク２３０は、第１と第３のヒートパイプ２１０、２４０にある熱伝導要素２７０の上に接触した状態で配置されている。第２のヒートシンク２６０は、第２と第４のヒートパイプ２２０、２５０にある熱伝導要素２７０の上に接触した状態で配置される。すなわち、可撓性熱伝導要素２７０は、第１（および第３）のヒートパイプ凝縮器（図７に示していない）と第１のヒートシンク２３０の間と、第２（および第４）のヒートパイプ凝縮器（図７に示していない）と第２のヒートシンク２６０の間に配置される。共通ヒートシンク２３０を共用するヒートパイプ２１０、２４０の少なくとも１つが、可撓性ヒートパイプであることが好ましい。同様に、共通ヒートシンク２６０を共用するヒートパイプ２２０、２５０の少なくとも１つが、可撓性ヒートパイプである。ヒートパイプ２１０、２２０、２４０および２５０がそれぞれ、可撓性ヒートパイプであることがより好ましい。

図８は、図７に示した回路アセンブリを示す側面図である。図８は、図７のプリント基板アセンブリと冷却装置２００の右側面を示す。図８は、回路基板６０に接続された第１と第２の回路装置６２と６４を示す。第１の回路装置６２は、第１のヒートパイプ蒸発器２１２、第１のヒートパイプ凝縮器２１６、および蒸発器２１２と凝縮器２１６の間に配置された第１のヒートパイプ容器２１４を含む第１のヒートパイプ２１０を備える。同様に、第２の回路装置６４は、第２のヒートパイプ蒸発器２２２、第２のヒートパイプ凝縮器２２６、および蒸発器２２２と凝縮器２２６の間に配置された第２のヒートパイプ容器２２４を含む第２のヒートパイプ２２０を備える。図示したように、ヒートパイプ容器２１４および２２４は、図５のヒートパイプ１１０および１２０が伸張式ベローズ容器１１４および１２４を含むのとまったく同じ形で伸張式ベローズ容器を含む。図８に示していないヒートパイプ２４０および２５０は、それぞれのヒートパイプ２１０および２２０の後ろにあるので、ヒートパイプ２４０および２５０もまた可撓性ヒートパイプであって、伸張式ベローズにより撓むことができることが好ましい。伸張式ベローズの他に、ヒートパイプ２１０、２２０、２４０および２５０（図７）は、前述の図３の可撓性ヒートパイプ５０のように、本明細書で説明した弾力性のある可撓性ヒートパイプの他の形式を個別に（あるいは全てについて）用いても良い。

図８で分かるように、ほぼ平面の可撓性熱伝導要素２７０は、第１と第２のヒートパイプ凝縮器２１６と２２６の上に配置される。さらに、第１のヒートシンク２３０は、第１の回路装置６２にある熱伝導要素２７０の上に配置され、第２のヒートシンク２６０は、第２の回路装置６４にある熱伝導要素２７０の上に配置される。図７に戻り、第１と第３のヒートパイプ２１０、２４０の熱膨脹差が、図５に示したものとまったく同じように、ヒートパイプ２１０、２４０が撓むことによって吸収されることを理解されよう。これにより、ヒートシンク２３０が、ヒートパイプ２１０、２４０の凝縮器（図７に示していない）と十分に接触した状態を維持できる。同様に、第２と第４のヒートパイプ２２０、２５０の熱膨脹差は、ヒートパイプ２２０、２５０が撓むことによって吸収され、ヒートシンク２６０が、ヒートパイプ２２０、２５０の凝縮器（図示せず）と十分に接触した状態を維持できる。一方、可撓性熱伝導要素２７０は、連結された第１と第３のヒートパイプ２１０、２４０と、連結された第２と第４のヒートパイプ２２０、２５０の間の熱膨脹差を吸収する。すなわち、図８に戻り、可撓性熱伝導要素２７０は、ヒートシンク２６０の方向「Ｚ３」の動きに対するヒートシンク２３０の方向「Ｚ４」の動きの差を許容し、その結果、熱伝導要素２７０は、図４の縁４８および４８ａで示したように変形する。

図６と図７に示した実施形態の一変形例として、ほぼ平面の可撓性熱伝導要素２７０を、回路装置６２、６４、６６および６８の上側面に直接配置することができ、ヒートパイプ２１０、２２０、２４０および２５０をなくすことができる。しかしながら、この変形においては、ヒートパイプ２１０、２２０、２４０および２５０を使用して可撓性熱伝導要素２７０を回路装置６２、６４、６６および６８から離間させる場合よりも、可撓性熱伝導要素２７０は、回路基板６０の近くに配置される。したがって、この変形は、回路基板６０の近くの冷却空気の循環を妨げる可能性がある。

図９は、さらにもう１つの実施形態による回路装置冷却装置３００を有する回路アセンブリを示す側面図である。図９は、ピン６３によって第１の回路装置６２と第２の回路装置６４を支持する回路基板６０を有するＰＣＡを示す。冷却装置３００は、第１の回路装置６２と接触している第１のヒートパイプ蒸発器３１２と、第１のヒートパイプ凝縮器３１６とを有する第１のヒートパイプ３１０を含む。第１のヒートパイプ３１０は、また、蒸発器３１２と凝縮器３１６の間に配置された第１のヒートパイプ容器３１４を含む。冷却装置３００は、さらに、第２の回路装置６４と接触している第２のヒートパイプ蒸発器３２２と、第２のヒートパイプ凝縮器３２６とを有する第２のヒートパイプ３２０を含む。第２のヒートパイプ３２０は、また、蒸発器３２２と凝縮器３２６の間に配置された第２のヒートパイプ容器３２４を含む。回路装置冷却装置３００は、また、図６と図７に関して前に説明したほぼ平面の可撓性熱伝導要素２７０と類似するほぼ平面の可撓性熱伝導要素３７０を含む。すなわち、熱伝導要素３７０は、金属箔、金属箔合成物、または多層平面のヒートパイプ（図４に関して説明したような）でよい。熱伝導要素３７０が、可撓性ヒートパイプであるとき、冷却装置３００は、実質的に、直列に積み重ねられた２つのヒートパイプになる（すなわち、ヒートパイプ３１０または３２０が第１のヒートパイプとして直列に働き、熱伝導要素３７０が、第２のヒートパイプとして直列に働く）。図示したように、可撓性熱伝導要素３７０は、第１のヒートパイプ凝縮器３１６および第２のヒートパイプ凝縮器３２６と接触している。ほぼ平面の可撓性熱伝導要素３７０を使用することによって、ヒートパイプ容器３１４、３２４の熱膨脹差を許容することができる。例えば、ヒートパイプ容器３１４の垂直方向の熱膨張が、ヒートパイプ容器３２４の垂直方向の熱膨張よりも大きい場合、熱伝導要素３７０は、３７０ａとして点線で示された形に変形する。このように、放熱要素（熱伝導要素３７０）は、両方のヒートパイプ凝縮器３１６、３２６と十分に接触したままであり、それにより、両方のヒートパイプ凝縮器３１６、３２６から放熱要素３７０への熱伝達が高いレベルで実現される。

図９に示した回路装置冷却装置３００は、図８に示した回路冷却装置２００と主に２つの点で異なる。第１に、図９の冷却装置３００は、独立した放熱装置を含まないが、図８の冷却装置２００は、放熱装置（ヒートシンク）２３０および２６０を含む。しかしながら、図９に示したように、冷却装置３００の可撓性熱伝導要素３７０に放熱フィン３７２を直接取り付けて、熱伝導要素３７０からの熱除去をさらに強化してもよい。第２に、図９の冷却装置３００は、ヒートパイプ３１０、３２０のどちらも可撓性ヒートパイプとして示していない。しかしながら、ヒートパイプ３１０および／またはヒートパイプ３２０は、図１と図２に関して説明した伸張式ベローズ・ヒートパイプや、図３に関して説明した円筒状可撓性ヒートパイプのような可撓性ヒートパイプとしてもよい。

図６と図７に示した実施形態と同じように、図９に示した実施形態の一変形例として、ほぼ平面の可撓性熱伝導要素３７０を、回路装置６２および６４の上側面に直接配置することができ、ヒートパイプ３１０および３２０をなくすことができる。しかしながら、図６と図７に示した実施形態の類似の変形に関して前に説明したように、この変形は、回路基板６０の表面近くの冷却空気の流れに悪影響を及ぼすことがある。

本明細書に示した方法および装置は、回路装置を冷却するために使用されるように示したが、そのような方法および装置を、他の装置を冷却するためにも使用できることを理解されよう。したがって、本明細書において概略的に説明した装置を使用して、互いに近接しておりかつ放散を必要とする異なる量の熱を生成する２つの装置を冷却することができる。さらに、本明細書に概略的に説明した装置を使用して、互いに近接しておりかつ互いに異なる熱膨張率を特徴とする２つの装置を冷却することができる。また、このような装置を使用して、互いに近接しておりかつ熱膨張の結果異なる長さに膨張する可能性がある２つの装置を冷却することができる。以上のタイプの装置の例には、モータ（電動モータなど）およびモータ構成要素（軸受など）、アクチュエータ（ソレノイドなど）、処理および実験機器（流体を含む容器や瓶など）、および導体がある。

さらに他の実施形態は、複数の回路装置から熱を除去する方法を提供する。この方法は、第１の回路装置（図５の装置６２など）上に第１の弾力性ヒートパイプ（例えば、図１のヒートパイプ１０、図２のヒートパイプ１０Ａ、図３のヒートパイプ５０、または図５のヒートパイプ１１０）を配置する段階を含む。この方法は、さらに、第２の回路装置（図５の装置６４など）上に、第２の弾力性ヒートパイプ（例えば、図１のヒートパイプ１０、図２のヒートパイプ１０Ａ、図３のヒートパイプ５０、または図５のヒートパイプ１２０）を配置する段階を含む。次に、第１の弾力性ヒートパイプと第２の弾力性ヒートパイプが、図５のヒートシンク１３０などの放熱部材と接続される。

さらにもう１つの方法は、第１の回路装置（図５、図６および図９の装置６２など）と第２の回路装置（図５、図６および図９の装置６４など）から熱の除去する段階を提供する。この方法は、放熱部材（図５のヒートシンク１３０、図７のヒートシンク２３０と２６０、図９のヒートシンク２７０など）を提供する段階を含む。第１の回路装置は、第１のヒートパイプ（図５のヒートパイプ１１０、図６のヒートパイプ２１０、または図９のヒートパイプ３１０など）によって放熱部材に接続され、第２の回路装置は、第２のヒートパイプ（図５のヒートパイプ１２０、図６と図７のヒートパイプ２２０、または図９のヒートパイプ３２０）によって放熱部材に接続されている。この方法は、また、第１のヒートパイプと第２のヒートパイプの間に弾力性を持たせる段階を含む。１つの例において、第１のヒートパイプと第２のヒートパイプの間の弾力性は、第１のヒートパイプとして可撓性ヒートパイプを設けることによって与えられる。例えば、図１のヒートパイプ１０または図２のヒートパイプ１０Ａとして、伸張式ベローズを有するヒートパイプを使用することができる。さらに、図３のヒートパイプ５０のような可撓性ヒートパイプを使用することができる。さらに、第２のヒートパイプとして可撓性ヒートパイプを設けることによって、第１のヒートパイプと第２のヒートパイプの間に弾力性を持たせることができる。もう１つの例において、放熱部材としてほぼ平面の可撓性熱伝導要素を備えることによって、第１のヒートパイプと第２のヒートパイプの間に弾力性を持たせることができる。例えば、図４のほぼ平面の可撓性熱伝導要素４０を使用することができる。

以上の方法および装置を、構造的および方法論的な特徴に関してある程度固有の言語で説明したが、本明細書に開示した手段が、本発明を実施する好ましい形態を含むため、示し説明した特定の特徴に限定されないことを理解されたい。したがって、方法および装置は、同等物の原理によって適切に解釈された併記の特許請求の範囲の適切な範囲内にある任意の形態または修正において請求される。

可撓性ベローズ式ヒートパイプの側面断面図である。別の可撓性ベローズ式ヒートパイプの側面断面図である。別の可撓性ヒートパイプの側面図である。ほぼ平面の可撓性熱伝導要素の等角図である。ある実施形態による回路冷却装置を備えた回路アセンブリの側面図である。図５の回路冷却装置の動作を示す図である。別の実施形態による回路冷却装置を有する回路アセンブリの平面図である。図７に示した回路アセンブリの側面図である。さらに別の実施形態による回路装置冷却装置を有する回路アセンブリの側面図である。

符号の説明

１０、１０Ａ、４０、５０、１１０、２１０、２２０、３１０、３２０ヒートパイプ
１２、５２、１１２、２１２蒸発器
１４、４４、５６、１１６、２１６、３１６凝縮器
１６、１１４、２１４容器
１００、２００、３００回路装置冷却装置
１３０、２３０、２６０、３７２放熱装置
３７０可撓性熱伝導要素
３７２放熱フィン

Claims

第１のヒートパイプ凝縮器と第１のヒートパイプ蒸発器と伸張式ベローズとを含む第１のヒートパイプと、
第２のヒートパイプ凝縮器と第２のヒートパイプ蒸発器と伸張式ベローズとを含む第２のヒートパイプと、
前記第１のヒートパイプ凝縮器と前記第２のヒートパイプ凝縮器に取り付けられた放熱装置と、
前記第１のヒートパイプ凝縮器および前記第２のヒートパイプ凝縮器の内側面に取り付けられた第１吸収材部材と、前記第１のヒートパイプ蒸発器および前記第２のヒートパイプ蒸発器の内側面に取り付けられた第２吸収材部材とを含む吸収材部分と、を備え、
前記第１ヒートパイプおよび前記第２ヒートパイプの少なくともいずれか１つが伸縮するときに前記凝縮器と前記蒸発器とが伸縮方向に動くように、前記第１吸収材部材と前記第２吸収材部材とが摺動可能に係合することを特徴とする回路装置冷却装置。
前記第１のヒートパイプが可撓性ヒートパイプであることを特徴とする請求項１に記載の回路装置冷却装置。
前記第１のヒートパイプと前記第２のヒートパイプが可撓性ヒートパイプであることを特徴とする請求項１に記載の回路装置冷却装置。
前記第１のヒートパイプが、第１のヒートパイプ蒸発器と、前記第１のヒートパイプ凝縮器と前記第１のヒートパイプ蒸発器の間に配置された第１のヒートパイプ容器とをさらに備え、
前記第１のヒートパイプ容器が伸張式ベローズを具備することを特徴とする請求項３に記載の回路装置冷却装置。
前記第１のヒートパイプが、第１のヒートパイプ蒸発器と、前記第１のヒートパイプ凝縮器と前記第１のヒートパイプ蒸発器の間に配置された第１のヒートパイプ容器とをさらに備え、
前記第１のヒートパイプ容器が可撓性シリンダを具備することを特徴とする請求項３に記載の回路装置冷却装置。
第１のヒートパイプ凝縮器と第１のヒートパイプ蒸発器と伸張式ベローズとを含む第１のヒートパイプと、
第２のヒートパイプ凝縮器と第２のヒートパイプ蒸発器と伸張式ベローズとを含む第２のヒートパイプと、
平面状の可撓性熱伝導要素と、
前記第１のヒートパイプ凝縮器および前記第２のヒートパイプ凝縮器の内側面に取り付けられた第１吸収材部材と、前記第１のヒートパイプ蒸発器および前記第２のヒートパイプ蒸発器の内側面に取り付けられた第２吸収材部材とを含む吸収材部分と、を備え、
前記可撓性熱伝導要素が前記第１のヒートパイプ凝縮器および前記第２のヒートパイプ凝縮器と接触し、
前記第１ヒートパイプおよび前記第２ヒートパイプの少なくともいずれか１つが伸縮するときに前記凝縮器と前記蒸発器とが伸縮方向に動くように、前記第１吸収材部材と前記第２吸収材部材とが摺動可能に係合することを特徴とする回路装置冷却装置。
前記可撓性熱伝導要素が金属箔を含むことを特徴とする請求項６に記載の回路装置冷却装置。
前記可撓性熱伝導要素が多層平面ヒートパイプを有することを特徴とする請求項６に記載の回路装置冷却装置。
前記可撓性熱伝導要素に取り付けられた放熱フィンをさらに備える請求項６に記載の回路装置冷却装置。
前記第１のヒートパイプと前記第２のヒートパイプが可撓性円筒状ヒートパイプであることを特徴とする請求項６に記載の回路装置冷却装置。