(57)【要約】  ヒートシンクは、冷却対象部品に適合する基板と、前記基板から直立する凝縮器部分と前記基板における平行なチャンネルに収容される一対の蒸発器部分を形成する一対の端とを有するループとして形成されるヒートパイプとを含む。前記チャンネルの間において前記基板から直立する壁には、この壁のほぼ輪郭内で前記凝縮器部分を収容する直立チャンネルが設けられ、複数の冷却フィンを凝縮器部分と熱的に接触して壁に固定することができる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象部品に適合する基板と、
前記基板から直立する凝縮器部分と、前記基板と熱的に接触しかつ前記基板と平行に延びる一対の蒸発器部分を形成する一対の端とを有するループとして形成されたヒートパイプと、
前記凝縮器部分と熱的に接触しかつ前記基板と略平行に延びる複数の冷却フィンと
を備えるヒートシンク。
【請求項２】
前記基板が、前記ヒートパイプの前記蒸発器部分を収容する１つ以上のチャンネルを備える請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記１つ以上のチャンネルが、前記基板を通る１つ以上の開口を備え、これにより前記蒸発器部分が前記部品に直接当接可能である請求項２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記１つ以上のチャンネルが、前記基板内の１つ以上の溝からなる請求項２に記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記１つ以上のチャンネルが一対のチャンネルからなる請求項２に記載のヒートシンク。
【請求項６】
前記蒸発器部分が互いに略平行である請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項７】
前記蒸発器部分同士の間において前記基板から直立する直立壁を更に備え、
前記直立壁が、前記凝縮器部分を収容する直立チャンネルを有する請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項８】
前記フィンが、前記直立壁の１以上の側に固定される請求項７に記載のヒートシンク。
【請求項９】
前記基板および前記直立壁が銅製である請求項７に記載のヒートシンク。
【請求項１０】
アルミニウム製の周壁を更に備え、前記基板が前記周壁に嵌合する請求項９に記載のヒートシンク。
【請求項１１】
前記基板および前記直立壁が一対のＬ字状部材により形成され、各前記Ｌ字状部材が基部および直立部を有し、前記直立部が互いに並設されて前記直立壁を形成し、前記基部が前記基板を形成する請求項７に記載のヒートシンク。
【請求項１２】
前記基部に基部チャンネルが形成され、各前記直立部に直立チャンネル部が形成され、前記直立チャンネル部が前記直立壁における前記直立チャンネルを形成し、前記凝縮器部分が前記直立チャンネル部に収容され、前記蒸発器部分がそれぞれの前記基部チャンネルに収容される請求項１１に記載のヒートシンク。
【請求項１３】
前記直立チャンネル部が前記直立部における溝として形成され、前記凝縮器部分が前記直立チャンネル部同士の間に捕捉される請求項１２に記載のヒートシンク。
【請求項１４】
前記部材が互いに同一の鋳物である請求項１２に記載のヒートシンク。
【請求項１５】
各前記鋳物が支柱および孔を有し、一方の鋳物の支柱が他方の鋳物の孔に収容される請求項１４に記載のヒートシンク。
【請求項１６】
前記ヒートパイプの前記凝縮器部分が変形されて前記直立チャンネル部分に一致する請求項１２に記載のヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートパイプの少なくとも蒸発器部分を内蔵する基板と、ヒートパイプの凝縮器部分に冷媒が凝縮するように熱を放散させる冷却フィンとを有するヒートシンクに関する。
【０００２】
本願は、２００４年４月９日付けの米国仮出願第６０／５６０，８６９号に基づき米国特許法第１１９条（ｅ）の規定による優先権を主張するものであり、同仮出願の開示内容全体を引用合体することとする。
【背景技術】
【０００３】
コンピュータにおける高出力ＣＰＵ等の部品は熱を発生するが、部品がオーバーヒートや故障を来さないようにこの熱を除去しなければならない。このため、その様な部品には銅製の蓋体が設けられ、この蓋体には装着金具を用いてヒートシンクが固定され、ヒートシンクにはＰＣＢ基板その他の基板が係合し、基板に部品が装着される。一般に、蓋体は、８０ワットないし１５０ワット以上を発生する１０ｍｍないし２５ｍｍ平方の温点を有している。そして、ヒートシンクは一般には基板を含み、基板の底面は部品上の銅製蓋体に固定されており、また基板の頂面は、周囲空気に熱を放散する冷却フィンを有している。なお、周囲空気は循環可能である。
【０００４】
高効率ヒートシンクは、少なくとも、同ヒートシンクの基板に埋設された部分を有したヒートパイプを含む。ここで、用語「ヒートパイプ」は、液相および気相で存在する水などの動作流体を含む閉じたパイプを指す。ヒートパイプの一部分は温点上に配置されて蒸発器としての役割を果たす一方、蒸発器から離隔した部分は液体を蒸発器に戻す凝縮器としての役割を果たす。凝縮した流体が蒸発器に戻るよりも速く動作流体が蒸発するほど熱負荷が増大して蒸発器が「ドライアウト状態」になるまでは、蒸発器および凝縮器は部品を効率的に冷却する。一旦、蒸発器がドライアウト状態になると、出力の増大に伴う温度上昇は、ドライアウト点への到達前よりも数桁大きいものになる。熱移動プロセスは、薄壁のチューブによる伝導に匹敵するまで低減する。
【０００５】
フィン高さを低くするには、ヒートパイプを基板内に完全に埋設してなるヒートシンクが最適である。ヒートシンクを基板底部に圧入し、そして、部品上の温点から熱を良好に移送するための平坦面を提供するようヒートシンクを平らに加工することが好ましい。このように形成された導管を備える液体冷却式のヒートシンクが特許文献１に開示されている。多重ヒートパイプは、例えば、相隣る内側アームを温点上に有してなる連結Ｕ状部として形成され、基板材料よりも高速で熱を外側アームの凝縮部に移送するものである。多重蒸発器を備えた単一ヒートパイプも公知であり、例えばハート形状であり、蒸発器としての役割をもつ略平行の両端と、凝縮器としての外側ループと、両端間を延びる中間部により接続された２つのループを備えて形成された「８の字状部」とを有している。
【０００６】
タワー型ヒートシンクは、直立の凝縮器部分を有するＬ字状またはＵ字状のヒートパイプの蒸発器部分を収容するチャンネルを具備した基板を用いており、凝縮器部分は、熱を基板に対して垂直に水平フィン積層体へ運ぶものである。これは、背の高い（３インチを超える）ヒートシンクに特に効率的である。短いヒートシンクに対しては、ヒートパイプの屈曲半径上のフィンがフィン領域の重要部分を提供し、フィンへの熱移送に悪影響を及ぼすことがある。これは、屈曲半径においてヒートパイプの片側とのみ接触するフィンまたはスロットにおける孔間隔を可変にする必要があるからである。この種のヒートシンクは、取付金具の配置とヒートパイプの最適配置とが競合するので設計が困難でもある。
【０００７】
ヒートシンクはＵ字状のヒートパイプを備えるものとして設計されることがあり、Ｕ字状ヒートパイプは、基板に埋設される蒸発器としての役割を果たす一方のアームと、基板から直立した垂直フィン構造内へ輪をなす他方のアームとを有している。主な欠点は、Ｕ字状部の屈曲部分または湾曲部をフィンの外側に配置し或いはフィンに設けた大きい切り欠きに配置する必要があることである。この種のヒートシンクは特許文献２に記載されている。
【特許文献１】米国特許第５，８２９，５１６号明細書
【特許文献２】米国特許第６，１８９，６０１号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、ヒートパイプは、基板から直立する凝縮器部分と、前記基板と熱的に接触しかつ前記基板と平行に延びる一対の蒸発器部分を形成する一対の端とを有するループとして形成される。冷却フィンは、前記凝縮器部分と熱的に接触しかつ前記基板と略平行に延びる。
【０００９】
本発明の一実施の形態によれば、前記基板には、ヒートシンクの頂面と底面との間に延びる一対の平行な基部チャンネルと、両該チャンネルの間の直立壁とが設けられ、この構造は逆Ｔ字状の輪郭を有している。基部チャンネルは、蒸発器が基板の底面と面一をなすように蒸発器を収容し、また、凝縮器部分は直立壁のチャンネル内に収容される。フィンは、直立壁の両側に固定される。フィンが比較的短いので、水平の基部から直立する垂直フィンに比べて、熱伝達効率が高く、アルミニウム製のフィンを使用することができ、重量およびコストを低減する。
【００１０】
直立壁の実施の形態の一つの構成によれば、基板は２つの同一のＬ字状部材として形成され、各部材は基部および直立部を有し、直立部は互いに一体に固定されて直立壁を形成し、基部は基板を形成する。各直立部には直立チャンネル部が設けられ、直立チャンネル部は、ヒートパイプの凝縮器部分を捕捉する溝として形成される。Ｌ字状部材は、亜鉛鋳物やアルミニウム鋳物でよく、重量およびコストを低減する。アルミニウム製のフィンは直立壁にエポキシ樹脂で接着することができる。
【００１１】
本発明に係るヒートシンクにおける単一のヒートパイプは、２つまたは３つのヒートパイプとして作用する。一つの蒸発器と２つの凝縮器とを具備したＵ字状ヒートパイプとは異なり、本発明のヒートパイプは多重蒸発器と１以上のループ式の凝縮器部分とを有する。凝縮物をソースへ戻すための多重経路があるので、高出力状態や重力に関して不所望の向きにおいてヒートパイプがドライアウトしにくい。
【発明の効果】
【００１２】
要約すると、本発明のヒートシンクには従来技術に関して下記の利点がある。
【００１３】
広いというよりは背の高いヒートシンクにつき、低フィン効率による性能不良を改良することができる。
【００１４】
フィンが短くて熱伝達効率が高いので、銅に代えてアルミニウムを使用することにより、ヒートシンクフィン構造の重量を大幅に低減することができる。
【００１５】
アルミニウム鋳物や亜鉛鋳物を用いることによりコストを低減することができる。
【００１６】
ソース上方で多重蒸発器を使用することにより、アルミニウム鋳物の熱特性の不十分さを相殺することができる。
【００１７】
水平フィン構造により、取付金具でのフィン領域の除去を最小にすることができる。
【００１８】
凝縮器からの戻り経路の多重化により、多重方位に対して、ヒートパイプがドライアウトすなわち動作不良を来すワット量が改善される。
【００１９】
本発明のその他の目的および特徴は、添付図面と共に考慮される下記の詳細な説明から明らかとなる。しかしながら、添付図面は図示のみを目的としたものとなっており、本発明の境界を定義するものではなく、本発明の境界については請求項を参照すべきものである。また、添付図面は必ずしも一定の縮尺ではなく、明示しない場合には、ここに開示した構造および手順を概念的に示すことのみを企図したものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１及び図２は本発明のヒートシンクの簡単な実施の形態を示し、このヒートシンクは、ヒートパイプ１０、基板２０およびフィン３０を含んでいる（図２）。ヒートパイプ１０は、直立した凝縮器部１２と、蒸発器としての役割をもつ一対の両端１４、１５とを有するループとして形成されている。基板２０は、頂面２１と、底面２２と、頂面２１と底面２２間に延びる平行なスロットの形式である一対のベースチャンネル２４、２５と、ヒートシンクをＰＣＢ支持体またはその他の支持体へ装着するための装着孔２３とを有している。ヒートパイプ１０の両端１４、１５は、底面２２と面一をなして冷却対象の部品に直接に収容されるようそれぞれのチャンネル２４、２５内に収容され、これにより蒸発器としての役割を果たす。蒸発器と部品との接触面積を増大させるためには、部品に対して平坦面を提供するように両端１４、１５を変形もしくは加工することが好ましい。部品（図示略）が装着されるＰＣＢ等からヒートシンクを離間させるため、基板２０の底面２２に、孔２３の上方にチューブ状のスタンドオフを設けてもよい。
【００２１】
フィン３０は、半田またはエポキシにより凝縮器部分１２に直接取り付けられているが、折り畳みフィンの形式すなわち１８０度屈曲して前後に折り畳まれた銅製またはアルミニウム製のシートでもよい。折り畳みフィンを使用する場合、米国特許第６，６８８，３８０号に記載されているように凝縮器部分に対して変形させてもよい。図２では凝縮器の片側のみフィンを示したが、これは単に明瞭さのためだけである。好ましくは、ヒートシンクの完成品では凝縮器の両側にフィンが設けられる。切り欠き３２は、孔２３に収容された取付金具へアクセスするためのものである。
【００２２】
図３は、直立壁２６を有する基板２０に嵌入されたヒートパイプ１０を示し、直立壁２６には、直立壁の一側に凝縮器１２の半部を収容しかつ凝縮器を直立壁の反対側へ向けるように形成された直立チャンネル２７が備えられている。チャンネル２４、２５の蒸発器部分１４、１５と壁２６のチャンネル２７との間の移行部を除き、ヒートパイプ１０は壁表面と略面一であるが、フィン３０の縁との接触を改良するべく平坦面を提供するように変形または加工することもできる（図４および図５）。
【００２３】
熱伝導および半田付けの観点から、基板２０の材料は銅が好ましい。装着面積を増大させる必要がある場合、基板２０を積層しあるいはアルミニウム製の装着フレーム２８に固定することができる。熱伝達を最適にする必要がなければ、基板はアルミニウム製でよく、また、装着フレーム２８を不要にするよう装着孔を設けることもできる。
【００２４】
図４に示すように、フィン３０は直立壁２６の両側に延び、また、従来のヒートシンクから垂直に延びるフィンに比べて長さが比較的短くなっている。短いフィンでは最適な熱伝達性が不要であることがあるので、フィンをアルミニウムで構成して重量および費用を低減させることができる。各レベルのフィンを単一シートで提供しても良い。各シートは直立壁を収容する矩形スロットを有し、また、下方のフィンはヒートパイプの移行部を収容するための切り欠きを有する。これに代えて、壁が基板の縁まで延びる場合、各レベルのフィンを壁の両側に固定された不連続の一対のフィンとして設けることができる。
【００２５】
図５は、図３のヒートシンクの斜視図である。取付金具は、上方レベルのフィンの下方にある切り欠き３２内に配置可能である。上方レベルのフィンは、放熱用に最大表面積を有し、また、たとえばドライバによる取付金具へのアクセス用の小さいアクセス孔３３を有している。
【００２６】
図６はＬ字状部材４０を示し、Ｌ字状部材は、基部チャンネル４３および一体のスタンドオフ４６が設けられた基部４２と、直立チャンネル部４５を有する直立壁部４４とを有している。一対のこれらの部材は、直立部４４が直立壁を形成すると共に基部４２が基板を形成するように互いに嵌合している。これらの部材は同一であり、一方の部材のペグ４８は他方の部材の孔４９に収容される。両部材４０は、コスト上の理由および予め形成されたヒートパイプに対する組立てを容易にするため、アルミニウム鋳物または亜鉛鋳物として製造することが好ましい。
【００２７】
図７は、図６のＬ字状部材を利用したヒートシンクの完成品を示し、Ｌ字状部材はヒートパイプ１０と一体に嵌合し、凝縮器部分（視認不可）はチャンネル部分４５に収容され、両端１４、１５はそれぞれの基部チャンネル４３に収容される。ツーピース式の壁によれば、図３に示したワンピース式の直立壁２６における外側チャンネルとは対照的に、両該直立チャンネル部分４５を凝縮器を挟む溝として形成することが好ましい。従って、凝縮器は、フィン３０が取り付けられる直立壁の中に殆ど隠されている。
【００２８】
以上、本発明の好適な実施の形態に適用される如きの、本発明の基礎的な新規な特徴を示して説明すると共に指摘したが、図示した装置の形態や詳細については当業者が本発明が意図するところから逸脱することなく様々に除去、置換および変更可能である。略同一の仕方で略同一の作用を奏して同一結果を得るような要素およびまたは方法の組み合わせの全ては本発明の範囲内に入ることを明示しておく。ここに開示した形態や本発明の実施の形態に関して図示およびまたは記載した構造およびまたは要素およびまたは方法工程を、一般的な設計上の選択として、その他の開示または記載または示唆した形態あるいは実施の形態に組み込み可能であると認識すべきである。従って、制約されるべき意図は、本願の請求の範囲により示したもののみに限られる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】基板と、ループに形成されたヒートパイプの分解斜視図である。
【図２】ループの一側に冷却フィンを備えると共に、図１の基板およびヒートパイプで製造されたヒートシンクの底部斜視図である。
【図３】ヒートパイプが組み付けられた直立壁を有するＴ字状基板およびフレームの分解斜視図である。
【図４】直立壁を包囲する冷却フィンを具備した図３のヒートシンクの端面図である。
【図５】図３のヒートシンクの斜視図である。
【図６】基板の一部と直立壁を形成する単一のＬ字状部材の斜視図である。
【図７】一対のＬ字状部材からなるヒートシンクの底部斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年2月14日(2006.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象部品に適合する基板と、
前記基板から直立する凝縮器部分と、前記基板と熱的に接触しかつ前記基板と平行に延びる一対の蒸発器部分を形成する一対の端とを有するループに形成されたヒートパイプと、
前記凝縮器部分の周辺部分を収容する形状の縁を有し、前記縁において前記凝縮器部分と熱的に直接に接触しかつ前記基板と略平行に延びる複数の冷却フィンと
を備えるヒートシンク。
【請求項２】
前記基板が、前記ヒートパイプの前記蒸発器部分を収容する１つ以上のチャンネルを備える請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記１つ以上のチャンネルが、前記基板を通る１つ以上の開口を備え、これにより前記蒸発器部分が前記部品に直接当接可能である請求項２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記１つ以上のチャンネルが、前記基板内の１つ以上の溝を備える請求項２に記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記１つ以上のチャンネルが一対のチャンネルを備える請求項２に記載のヒートシンク。
【請求項６】
前記蒸発器部分が略平行である請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項７】
前記蒸発器部分同士の間において前記基板から直立する直立壁を更に備え、
前記直立壁が、前記凝縮器部分を収容する直立チャンネルを有する請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項８】
前記フィンが、前記直立壁の１以上の側に固定される請求項７に記載のヒートシンク。
【請求項９】
前記基板および前記直立壁が銅製である請求項７に記載のヒートシンク。
【請求項１０】
アルミニウム製の周壁を更に備え、前記基板が前記周壁に嵌合する請求項９に記載のヒートシンク。
【請求項１１】
前記基板および前記直立壁が一対のＬ字状部材により形成され、各前記Ｌ字状部材が基部および直立部を有し、前記直立部が互いに並設されて前記直立壁を形成し、前記基部が前記基板を形成する請求項７に記載のヒートシンク。
【請求項１２】
前記基部に基部チャンネルが形成され、各前記直立部に直立チャンネル部が形成され、前記直立チャンネル部が前記直立壁における前記直立チャンネルを形成し、前記凝縮器部分が前記直立チャンネル部に収容され、前記蒸発器部分がそれぞれの前記基部チャンネルに収容される請求項１１に記載のヒートシンク。
【請求項１３】
前記直立チャンネル部が前記直立部における溝として形成され、前記凝縮器部分が前記直立チャンネル部同士の間に捕捉される請求項１２に記載のヒートシンク。
【請求項１４】
前記部材が互いに同一の鋳物である請求項１２に記載のヒートシンク。
【請求項１５】
各前記鋳物が支柱および孔を有し、一方の鋳物の支柱が他方の鋳物の孔に収容される請求項１４に記載のヒートシンク。
【請求項１６】
前記ヒートパイプの前記凝縮器部分が、前記直立チャンネル部に一致するように変形される請求項１２に記載のヒートシンク。
【請求項１７】
前記複数の冷却フィン上に配された追加フィンを更に備え、前記追加フィンは、前記凝縮器部分の周辺部分を収容する形状の縁を有しない請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項１８】
前記複数の冷却フィンが折り畳みフィンを備える請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項１９】
前記複数の冷却フィンが、前記凝縮器部分の一側に配された第１の複数の冷却フィンを備え、前記凝縮器部分の他側に配された第２の複数の冷却フィンを更に備える請求項１に記載のヒートシンク。
【国際調査報告】
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