JP6503030B2 - 放熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、放熱装置に関し、特に、ベースから延伸していく部分を有する放熱素子に関する。

放熱素子又は放熱装置は、一般的に、電子素子の放熱及び／又は熱除去を改善するために用いられるため、結合される電子素子の性能を向上させる。熱を電子素子から周りの雰囲気に排出するために、放熱素子では、露出される表面積を放熱フィンアレイ及び／又は放熱フィンアレイを通る気流によって増加する。放熱装置は、熱を電子素子から取り出して放熱フィンアレイに転移するために、電子素子に当接されるこのベース内にある熱導管及び／又は空気室を含んでよい。しかしながら、この素子にあるベースでは、通常、熱導管又は空気室を配置する表面積が限定されている。

本発明は、ベースと、ベースに設けられる少なくとも１つの水平部分を有し、且つ放熱器から延伸する少なくとも１つの部分を有する放熱器と、少なくとも一方が放熱器の少なくとも１つの水平部分に結合され、且つ少なくとも一方が放熱器のベースから延伸する少なくとも１つの部分に結合される複数の放熱フィンアレイと、を含む放熱装置を提供する。

放熱器から延伸する少なくとも１つの部分は、２つの垂直に延伸する部分であってよい。垂直に延伸する２つの部分は、実質に一対になる「Ｔ」形状を形成するようにベースに沿って均一に隔てられる。放熱器から延伸する少なくとも１つの部分は、垂直に延伸する３つの部分であってよい。

放熱器は、空気室であってよい。又は、放熱器は、１つ又は複数の熱導管と結合する基板であってよい。基板は、ベースの底面を形成することができる。１つ又は複数の熱導管は、少なくとも１つの熱導管がベースから延伸する少なくとも１つの部分に設けられ、且つ少なくとも１つの熱導管がこの少なくとも１つの水平部分に設けられる複数の熱導管であってよい。いくつかの例示において、基板は、ベースの底面を形成する空気室、及び空気室から延伸していく１つ又は複数の部分を形成する１つ又は複数の熱導管であってよい。

この少なくとも１つの水平部分に結合される少なくとも１つの放熱フィンアレイは、実質にこの水平部分に垂直に延伸でき、且つこのベースから延伸する少なくとも１つの部分に結合される少なくとも１つの放熱フィンアレイは、実質にこの延伸部分に垂直に延伸できる。

この少なくとも１つの水平部分に結合される少なくとも１つの放熱フィンアレイは、この水平部分に対して径方向に延伸でき、且つこの少なくとも１つの延伸部分に結合される少なくとも１つの放熱フィンアレイは、垂直部分に対して径方向に延伸できる。

いくつかの例示において、ベースは、上面を有し且つこのベースに設けられる少なくとも１つの水平部分と、この上面から延伸していく少なくとも１つの部分を含んでもよい。複数の放熱フィンアレイの少なくとも一方は、放熱器のこの少なくとも１つの水平部分に結合され、且つ複数の放熱フィンの少なくとも一方は、この上面から延伸していくこの少なくとも１つの部分に結合される。

本発明の放熱装置の例示的な実施例による等角図である。 本発明の放熱装置の一部の例示的な実施例による等角図である。 本発明の空気室放熱装置の一部の例示的な実施例による等角図である。 本発明の空気室放熱装置の一部の例示的な実施例による分解図である。 本発明の放熱装置の例示的な実施例による側面図である。

以下、例示によって、図面を参照しながら本技術の実施を説明する。
簡単で明らかに説明するために、対応又は類似な素子を指示するように、適当な箇所で、異なる添付図面の間に、添付図面の標記を重ねることは理解すべきである。また、本文に説明される実施例を徹底的に理解させるために、多くの具体的な細部を説明する。しかしながら、当業者であれば、これらの具体的な細部がなくても、本文に説明される実施例を実践できることは理解すべきである。他の実施例において、説明される関連特徴を曖昧にしないように、方法、過程及びデバイスを詳しく説明しないことにする。添付図面は、必ずしも比率に従って作図されるものではない。なお、いくつかの部分の比率は、細部及び特徴をよりよく示すために、拡大される場合もある。本文の説明は、本文に説明される実施例の範囲を制限すると認めされない。

以下、本発明内に適用されるいくつかの定義を示す。

「結合」は、直接接続又は中間部材を介して間接的に接続すると定義され、且つ必ずしも実体接続に限るものではない。接続とは、対象が永久に接続されたり、取り外し可能に接続されたりするという意味である。「実質に」とは、所定の寸法、形状又は文字と基本的に一致すると定義される。これらの所定の尺寸、形状又は文字は、実質に修正されてもよく、素子が必ずしも精確である必要はない。例えば、実質に、円柱形とは、物体が円柱体に類似することを意味するが、真の円柱体に対しては、１つ又は複数の偏差を有してもよい。「含む」とは、「含むがこれに限定する必要はない」を示し、特に、説明される組み合わせ、組又はシリーズ等における開放式の包含又は組成を示す。

本発明は、ベースと、放熱器と、複数の放熱フィンアレイと、を含む放熱装置に関する。放熱器は、ベースに設けられる上面、及び上面から延伸していく少なくとも１つの部分を有する少なくとも１つの水平部分を有する。複数の放熱フィンアレイは、その少なくとも一方が放熱器の少なくとも１つの水平部分と結合し、且つ少なくとも一方が上面から延伸していく少なくとも１つの部分と結合する。

図１は、放熱装置１００を示す。放熱装置１００は、ベース１０２と、放熱器１０４と、複数の放熱フィンアレイ１０６と、を有してよい。放熱装置１００は、少なくとも１つの部分放熱器１０４を収容するように配置されるベース１０２を有してよい。ベース１０２は、熱源（未図示）に当接するように配置される底面１０８を有してよい。熱源は、例えば、コンピュータープロセッサーユニット（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ；ＣＰＵ）、マイクロコントローラ、画像処理ユニット（ｇｒａｐｈｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ；ＧＰＵ）又は他の発熱設備のような、電子設備であってよい。底面１０８は、放熱器１０４の少なくとも１つの部分を熱源に露出するとともに、放熱器１０４の少なくとも１つの部分と熱源とを接触させることができる。ベース１０２は、熱源から放熱器１０４までの熱伝導を増加するように、例えば、銅又はアルミニウムのような熱伝導材料で形成されてよい。

放熱器１０４は、上面１１２、及びそれから延伸する少なくとも１つの垂直部分１１４を有する少なくとも１つの水平部分１１０を有してよい。上面１１２は、複数の放熱フィンアレイ１０６の中の１つ又は複数と結合してよい。少なくとも１つの垂直部分１１４は、複数の放熱フィンアレイの中の一方又は複数の方と結合することのできる外面１１６を有してよい。少なくとも１つの水平部分１１０は、ベース１０２に設けられ、且つベース１０２の底面１０８を介して少なくとも１つの水平部分１１０を熱源に少なくとも部分的に露出する。放熱器１０４は、銅、アルミニウム又はその組み合わせに限定されず、如何なる熱伝導材料で形成されてもよい。

複数の放熱フィンアレイ１０６は、放熱器１０４と結合し、且つ熱源から周りの雰囲気へ排出される熱エネルギーを増加する。複数の放熱フィンアレイ１０６の中の少なくとも一方は、ベース１０２、放熱器１０４の少なくとも１つの水平部分１１０及び／又は少なくとも１つの垂直部分１１４と結合することができる。水平部分１１０及び垂直部分１１４を有する放熱器１０４は、複数の放熱フィンアレイ１０６の効率を向上させると共に、複数の放熱フィンアレイ１０６の表面積を維持するために、放熱フィンアレイ１０６内の各放熱フィンの総長さを減少することができる。

複数の放熱フィンアレイ１０６は、熱源から放熱器１０４に伝達して排出される熱エネルギーを改善させるために、放熱器１０４の露出表面積を増加することができる。

放熱装置１００は、複数の放熱フィンアレイ１０６から周りの雰囲気への熱伝導を増加するために、ファンで複数の放熱フィンアレイ１０６を通過する気流（未図示）を生じることができる。所望のファンパワーは、放熱装置１００の配置、及び放熱装置１００を透過した気流の関連圧力低下（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｒｏｐ；Δｐ）によって確定されることができる。複数の放熱フィンアレイ１０６の放熱フィンの厚さ及び複数の放熱フィンの配置や配列方向は、関連する圧力低下を変化させて、放熱装置に必要なファンパワーを変えることができる。

図２は、放熱装置２００の一部の例示的な実施形態を示す。放熱装置２００は、ベース２０２と、放熱器２０４と、を含む。ベース２０２は、ベース２０２に設けられる放熱器２０４の少なくとも１つの部分を有してよい。放熱器２０４は、１つ又は複数の熱導管２０８である。放熱器２０４は、ベースに設けられる少なくとも１つの水平熱導管２１０とベースから延伸する少なくとも１つの熱導管２１２を含んでよい。図示される実施例は、実質に垂直な配列方式でベース２０２から延伸していく少なくとも１つの熱導管２１２を示すが、本発明の範囲内に少なくとも１つの熱導管２１２のベースから延伸していく角度を変化させてもよい。いくつかの実施例において、少なくとも１つの熱導管２１２は、１５度から７５度の間の角度でベースから延伸してもよい。

熱導管２０８は、対向端を有する実質な円柱体であってよい。熱導管２０８は、その内に動作流体が設けられる真空密封管である。動作流体が熱エネルギーを吸収する場合に、蒸気で沸いて一端から対向端に進行し、該対向端で液体に凝縮するため、熱エネルギーを一端から対向端に伝導する。熱導管２０８は、凝縮される動作流体を熱導管２０８の一端に転移することを許可するように配置されるウィッキング材料を更に含んでもよい。熱導管２０８は、一端が熱源と隣接及び／又は接合し、且つ他方の対向端が熱源から離れるように設置される。熱導管２０８の熱伝導は、熱導管２０８の長手に沿って一端から他端に至るため、単方向である。熱導管２０８は、如何なる高熱伝導材料から作製され、銅、アルミニウム又はそれらの合金を含むがこれらに限定されない。いくつかの実施例において、ベース２０２の少なくとも１つの部分は、類似な高熱伝導材料からなる。

図２に理解できるように、ベース２０２は、ベース２０２に設けられる２つの水平熱導管２１０とベース２０２から延伸する３つの実質に垂直な熱導管２１２と、を有する。ベースから延伸する３つの熱導管２１２は、ベース２０２に間隔を置いて設置される。実質に垂直な３つの熱導管２１２と接続される水平熱導管２１０は、実質に「三Ｔ」のような配置を形成する。ほかの場合に、実質に「二Ｔ」のような配置を形成する２つの垂直熱導管２１２のようなほかの配置を形成するように、実質に垂直な３つ以上又は以下の熱導管２１２を実施することができる。

２つの水平熱導管２１０と３つの垂直熱導管２１２のそれぞれは、熱導管２０８の総長さを最大化にするように、湾曲又は実質にＵ形になる形状を有することができる。２つの水平熱導管は、その中の１つの水平熱導管２１０が、別の水平熱導管２１０による実質なＵ形の内部分２１４内にある一端を有するように、ベース内に設けられることができる。

上記で図１を参照して検討されるように、下記は図３及び図４を参照してより詳しく説明する。放熱器２０４は、１つ又は複数の熱導管２０８に結合される複数の放熱フィンアレイを有することができる。複数の放熱フィンアレイは、１つ又は複数の熱導管２０８が１つ又は複数の熱導管２０８によって吸収される熱エネルギーを周りの雰囲気に効果的に逃がすようにすることができる。

図３と図４は、放熱装置３００の一部の例示的な実施例を示す。放熱装置３００は、ベース３０２に設けられる放熱器３０４の少なくとも１つの部分を有することができるベース３０２と、１つ又は複数の空気室３０８であってよい放熱器３０４と、を含む。いくつかの実施例において、１つ又は複数の空気室３０８は、ベース３０２と一体成形されてよい。放熱器３０４は、ベース３０２に設けられる少なくとも１つの水平空気室３１０と、ベース３０２から延伸する少なくとも１つの空気室３１２とを含んでよい。いくつかの実施例において、少なくとも１つの水平空気室３１０と少なくとも１つの空気室３１２は、単一の空気室３０８内に実質に水平である部分と水平部分から延伸していく部分を有する単一の大きな空気室であってよい。他の実施例において、少なくとも１つの水平空気室３１０と少なくとも１つの空気室３１２は、互いに接続される異なる空気室３０８であってよい。

図示される実施例は、実質に垂直な配置でベース３０２から延伸していく少なくとも１つの空気室３１２を示したが、本発明の範囲内に少なくとも１つの空気室３１２がベースから延伸していく角度を変化させてよい。いくつかの実施例において、少なくとも１つの空気室３１２は、１５度から７５度の間の角度でベースから延伸されてよい。

図３と図４からわかるように、１つ又は複数の空気室３０８は、真空密封でよく、実質に平らなチャンバ３１４内に動作流体とウィッキング材料が設けられる。空気室３０８は、熱源に当接してよく、動作流体を蒸発させ且つガスを内室内に低い温度に移行でき、動作流体をウィッキング材料内に凝縮し且つ熱源に向かって移動し返す。空気室３０８は、熱を一端から対向端への方向ではなく、空気室３０８内に如何なる方向にも伝導するようにすることができる。空気室３０８は、如何なる高熱伝導材料で作製されてもよく、銅、アルミニウム又はその合金を含むがこれらに制限されない。いくつかの実施例において、ベース３０２の少なくとも１つの部分は、類似な高熱伝導材料からなる。

更に分かるように、図３と図４に示されるように、ベース３０２は、ベース３０２に設けられる１つの水平空気室３１０と、ベース３０２から延伸する２つの実質に垂直な空気室３１２と、を有する。ベース３０２に延在する２つの空気室３１２は、ベース２０２に間隔を置いて設置され、実質な二Ｔ形の配置を形成する。他の実施例において、ほかの配置、例えば、実質に三Ｔで配置される３つの垂直空気室３１２を形成するように、実質に垂直な２つより多い空気室３１２を実施することができる。

図４からわかるように、図３の放熱器３０４は、溶接又は拡散接合（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｂｏｎｄｉｎｇ）によって互いに結合される２つの積層板３１６と３１８からなってよい。いくつかの実施例において、２つの積層板３１６と３１８は、銅で形成され、且つ単一な三次元空気室３０８を形成する。

上記で図１、図３、及び図４について検討されたように、下記は図５を参照してより詳しく説明するのは、放熱器３０４が、１つ又は複数の空気室３０８に結合される複数の放熱フィンアレイを有してよい。複数の放熱フィンアレイは、１つ又は複数の空気室３０８がそれらに吸収された熱エネルギーを周りの雰囲気に効果的に放散するようにすることができる。

図５は、放熱装置１００に結合される複数の放熱フィンアレイ１０６を有する放熱装置１００を示す。複数の放熱フィンアレイ１０６は、ベース１０２、放熱器１０４、水平部分１１０、垂直部分１１４又はその如何なる組み合わせと結合されてよい。

図５からわかるように、複数の放熱フィンアレイ１０６は、水平部分１１０と結合する３つの垂直延伸放熱フィンアレイ１１８と、垂直部分１１４と結合する３つの水平延伸放熱フィンアレイ１２０と、を含んでよい。垂直延伸放熱フィンアレイ１１８は、熱を水平部分から転移して周りの雰囲気に転移することができ、且つ、水平延伸放熱フィンアレイ１２０は、熱を垂直部分１１４から転移して周りの雰囲気に転移することができる。複数の放熱フィンアレイ１０６は、銅又はアルミニウムのような放熱器１０４の熱伝導材料と類似する熱伝導材料で作製されてよい。

図示される実施形態は、３つの垂直延伸放熱フィンアレイ１１８と３つの水平延伸放熱フィンアレイ１２０を詳しく説明したが、本発明の範囲から外れない場合に、垂直又は水平の配置で如何なる数の放熱フィンアレイ１０６を実現してよい。例えば、放熱装置１００は、２つ、４つ、５つ、６つ又は如何なる数の水平延伸放熱フィンアレイ１２０を組み合わせるように、２つ、４つ、５つ、６つ又は如何なる数の垂直延伸放熱フィンアレイ１１８を有してよい。

尚、複数の放熱フィンアレイ１０６は、垂直又は水平に配置されるものであるが、対応する放熱器１０４に対して、複数の放熱フィンアレイ１０６は、如何なる角度で配置されてよい。例えば、複数の放熱フィンアレイ１０６は、径方向に放熱器から延伸していくことができる。他の実施例において、放熱器１０４の構造に基づいて水平、垂直及び径方向に延伸する放熱フィンアレイ１０６を共に実現してもよい。

上記の説明に基づいて例示的な実施例及びそのメリットを理解することができ、且つ、本発明の宗旨と範囲から逸脱しなかったりその全てのメリットを犠牲しない限り、本発明の実施形態に対して様々な変化を加えることができ、以上説明した例示は、本発明の例示的な実施形態のみであることが理解されるべきである。

１００ 放熱装置
１０２ ベース
１０４ 放熱器
１０６ 放熱フィンアレイ
１０８ 底面
１１０ 水平部分
１１２ 上面
１１４ 垂直部分
１１６ 外面
１１８ 垂直延伸放熱フィンアレイ
１２０ 水平延伸放熱フィンアレイ
２００ 放熱装置
２０２ ベース
２０４ 放熱器
２０８ 熱導管
２１０ 熱導管
２１２ 熱導管
２１４ 内部分
３００ 放熱装置
３０２ ベース
３０４ 放熱器
３０８ 空気室
３１０ 水平空気室
３１２ 空気室
３１４ チャンバ
３１６ 積層板
３１８ 積層板

Claims (10)

1. ベースと、
   前記ベースに設けられる少なくとも１つの水平部分と、前記ベースから延伸する少なくとも１つの垂直部分と、を有する放熱器と、
   少なくとも１つが前記放熱器の前記少なくとも１つの水平部分に結合され、且つ少なくとも１つが放熱器の前記少なくとも１つの垂直部分に結合される複数の放熱フィンアレイと、
   を含み、
   前記放熱器は、複数の支柱と溶接又は拡散接合によって互いに結合される２つの積層板を有し、前記複数の支柱と前記２つの積層板が一体となって形成した、互いに通じている水平空気室部分と少なくとも１つの垂直空気室部分に区分された単一な三次元空気室を内部に有するものであり、前記水平空気室部分が前記水平部分内で、前記少なくとも１つの垂直空気室部分が前記垂直部分内である放熱装置。
2. 前記放熱器は、１つ又は複数の熱導管に結合され且つ前記ベースの底面を形成する基板を有する請求項１に記載の放熱装置。
3. 前記放熱器の前記少なくとも１つの水平部分に結合される前記少なくとも１つの放熱フィンアレイは、前記水平部分に垂直であり、且つ前記放熱器の前記少なくとも１つの垂直部分に結合される前記少なくとも１つの放熱フィンアレイは、前記垂直部分に垂直である請求項１又は２に記載の放熱装置。
4. 前記放熱器の前記少なくとも１つの水平部分に結合される前記少なくとも１つの放熱フィンアレイは、前記水平部分に対して径方向に延伸し、且つ前記放熱器の前記少なくとも１つの垂直部分に結合される前記少なくとも１つの放熱フィンアレイは、前記垂直部分に対して径方向に延伸する請求項１又は２に記載の放熱装置。
5. ベースと、
   前記ベースに設けられる少なくとも１つの水平部分と、前記ベースから延伸し、一対になる「Ｔ」形状を形成するように前記ベースに沿って均一に隔てられる少なくとも２つの垂直部分と、を有する放熱器と、
   少なくとも１つが前記放熱器の前記少なくとも１つの水平部分に結合され、且つ少なくとも１つが前記放熱器の前記少なくとも１つの垂直部分に結合される複数の放熱フィンアレイと、
   を含み、
   前記放熱器は、複数の支柱と溶接又は拡散接合によって互いに結合される２つの積層板を有し、前記複数の支柱と前記２つの積層板が一体となって形成した、互いに通じている水平空気室部分と少なくとも１つの垂直空気室部分に区分された単一な三次元空気室を内部に有するものであり、前記水平空気室部分が前記水平部分内で、前記少なくとも１つの垂直空気室部分が前記垂直部分内である放熱装置。
6. 前記放熱器は、１つ又は複数の熱導管に結合され且つ前記ベースの底面を形成する基板を有する請求項５に記載の放熱装置。
7. 前記放熱器の前記少なくとも１つの水平部分に結合される前記少なくとも１つの放熱フィンアレイは、前記水平部分に垂直であり、且つ前記放熱器の前記少なくとも１つの垂直部分に結合される前記少なくとも１つの放熱フィンアレイは、前記垂直部分に垂直である請求項５又は６に記載の放熱装置。
8. 前記放熱器の前記少なくとも１つの水平部分に結合される前記少なくとも１つの放熱フィンアレイは、前記水平部分に対して径方向に延伸し、且つ前記放熱器の前記少なくとも１つの垂直部分に結合される前記少なくとも１つの放熱フィンアレイは、前記垂直部分に対して径方向に延伸する請求項５又は６に記載の放熱装置。
9. ベースと、
   上面を有し且つ前記ベースに設けられる少なくとも１つの水平部分と、前記上面から延伸していく少なくとも１つの垂直部分と、を有する放熱器と、
   少なくとも１つが前記放熱器の前記少なくとも１つの水平部分に結合され且つ少なくとも１つが前記上面から延伸していく前記少なくとも１つの垂直部分に結合される複数の放熱フィンアレイと、
   を含み、
   前記放熱器は、複数の支柱と溶接又は拡散接合によって互いに結合される２つの積層板を有し、前記複数の支柱と前記２つの積層板が一体となって形成した、互いに通じている水平空気室部分と少なくとも１つの垂直空気室部分に区分された単一な三次元空気室を内部に有するものであり、前記水平空気室部分が前記水平部分内で、前記少なくとも１つの垂直空気室部分が前記垂直部分内である放熱装置。
10. 前記上面から延伸していく前記少なくとも１つの垂直部分は、前記上面から延伸していく２つの部分である請求項９に記載の放熱装置。

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