(57)【要約】  ジンバル継手を含むジンバルプレートを用いて集熱装置を熱源に取り付ける。ジンバル継手は、集熱装置に対して、単点負荷（single-point load）として、保持力（retaining force）を加えることができる。保持力は、好ましくは、熱源の熱接触面の面中心の法線ベクトルの共線であるベクトルに沿って加えられる。これにより、熱接触面領域に対して、中心を合わせて、均等に、保持力を加えることができる。ジンバルプレートは、スプリング手段を用いて回路板に直接取り付けられる。スプリング手段は、ジンバル継手を介して集熱器に加えられる接合力を調整する。ジンバル継手は、回転コンプライアンス性を有するため、熱接触面を構成する２つの接合面には、平行に接合力が加わる。このようにして、高性能なＴＩＭ接触面が実現される。
2008502138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．回路板に取り付けられた集積回路と、
ｂ．上記集積回路に連結された熱交換器と、
ｃ．ジンバル継手及び複数のスプリング手段を含むジンバルプレートとを備え、
上記ジンバル継手は、上記ジンバルプレートを上記熱交換器に連結し、上記複数のスプリング手段は、上記ジンバルプレートを上記回路板に連結することによって、上記熱交換器を上記集積回路に接続する連結装置。
【請求項２】
上記熱交換器に接続されたフレキシブルな流体ラインを更に備える請求項１記載の連結装置。
【請求項３】
上記ジンバルプレートを所定の位置に保持する取付板を更に備える請求項２記載の連結装置。
【請求項４】
上記取付板及びフレキシブルな流体ラインにそれぞれ連結された除熱器及びポンプを更に備え、上記熱交換器、上記除熱器及び上記ポンプを統合された冷却装置として連結することを特徴とする請求項３記載の連結装置。
【請求項５】
上記ジンバルプレートは、上記熱交換器から、上記除熱器及び上記ポンプの重量による衝撃を実質的に吸収することを特徴とする請求項４記載の連結装置。
【請求項６】
上記フレキシブルな流体ラインを介して、熱交換器に遠隔に連結された除熱器及びポンプを更に備える請求項２記載の連結装置。
【請求項７】
上記ジンバル継手は、上記ジンバルプレートから外側に突出する単点コンタクト要素を備えることを特徴とする請求項１記載の連結装置。
【請求項８】
上記単点コンタクト要素は、上記ジンバルプレートに固着されたボールを備え、上記熱交換器は、上記ボールを受け入れる受入窪みを備えることを特徴とする請求項７記載の連結装置。
【請求項９】
上記単点コンタクト要素は、上記ジンバルプレート上に成形されたボールを備え、上記熱交換器は、上記ボールを受け入れる受入窪みを備えることを特徴とする請求項７記載の連結装置。
【請求項１０】
上記熱交換器は、該熱交換器の上面に固着されたボールを備え、上記ジンバル継手は、上記ボールを受け入れる受入窪みを備えることを特徴とする請求項１記載の連結装置。
【請求項１１】
上記熱交換器は、該熱交換器の上面に成形されたボールを備え、上記ジンバル継手は、上記ボールを受け入れる受入窪みを備えることを特徴とする請求項１記載の連結装置。
【請求項１２】
上記熱交換器は、上記ジンバルプレートから独立して動くことを特徴とする請求項１記載の連結装置。
【請求項１３】
上記熱交換器は、熱接触面を介して上記集積回路に連結されることを特徴とする請求項１記載の連結装置。
【請求項１４】
上記スプリング手段は、上記ジンバル継手を介して、上記熱交換器に保持力を加え、該熱交換器を上記集積回路に押し付け、上記熱接触面を形成することを特徴とする請求項１３記載の連結装置。
【請求項１５】
上記ジンバル継手の回転中心は、上記集積回路の面中心の法線ベクトルの共線上にあることを特徴とする請求項１４記載の連結装置。
【請求項１６】
上記ジンバル継手は、回転コンプライアンス性を有し、保持力を加えることにより、上記熱交換器の第１の接合面が上記集積回路の第２の接合面と実質的に平行になることを特徴とする請求項１５記載の連結装置。
【請求項１７】
上記スプリング手段は、上記熱交換器によって上記集積回路に加えられる保持力を調整することを特徴とする請求項１４記載の連結装置。
【請求項１８】
上記スプリング手段は、３組以上の螺子及びスプリングの組を含むことを特徴とする請求項１記載の連結装置。
【請求項１９】
上記スプリング手段は、３個以上の板バネを含むことを特徴とする請求項１記載の連結装置。
【請求項２０】
ａ．取付装置に取り付けられた発熱デバイスと、
ｂ．上記発熱デバイスに連結された集熱器と、
ｃ．ジンバル継手及び複数のスプリング手段を含むジンバルプレートとを備え、
上記ジンバル継手は、上記ジンバルプレートを上記集熱器に連結し、上記複数のスプリング手段は、上記ジンバルプレートを上記取付装置に連結することによって、上記集熱器を上記発熱デバイスに連結する連結装置。
【請求項２１】
上記集熱器に接続されたフレキシブルな流体ラインを更に備える請求項２０記載の連結装置。
【請求項２２】
上記ジンバルプレートに連結された取付板を更に備える請求項２１記載の連結装置。
【請求項２３】
上記取付板及びフレキシブルな流体ラインにそれぞれ連結された除熱器及びポンプを更に備え、上記熱交換器、上記除熱器及び上記ポンプを統合された冷却装置として連結することを特徴とする請求項２２記載の連結装置。
【請求項２４】
上記フレキシブルな流体ラインを介して、熱交換器に遠隔に連結された除熱器及びポンプを更に備える請求項２１記載の連結装置。
【請求項２５】
上記スプリング手段は、上記ジンバル継手を介して、上記集熱器に保持力を加え、該集熱器を上記集積回路に押し付け、熱接触面を形成することを特徴とする請求項２０記載の連結装置。
【請求項２６】
上記ジンバル継手は、回転コンプライアンス性を有し、保持力を加えることにより、上記集熱器の第１の接合面が上記集積回路の第２の接合面と実質的に平行になることを特徴とする請求項２５記載の連結装置。
【請求項２７】
ａ．複数のスプリング手段と、
ｂ．単点コンタクト要素を提供するジンバル継手を含み、上記複数のスプリング手段に連結されるジンバルプレートとを備え、
上記ジンバル継手は、第１のデバイスに連結され、上記複数のスプリング手段は、第２のデバイスに連結され、該第１のデバイスと第２のデバイスの間に接触面を維持する連結装置。
【請求項２８】
上記ジンバルプレートは、窪んだ領域を含む表面を備えることを特徴とする請求項２７記載の連結装置。
【請求項２９】
上記ジンバル継手は、上記窪んだ領域内に形成されることを特徴とする請求項２８記載の連結装置。
【請求項３０】
上記窪んだ領域の形状は、上記第１のデバイスの第２の表面が該窪んだ領域内に嵌合し、該第１のデバイスが上記ジンバルプレートに対して横方向に動くことを規制するように形成されていることを特徴とする請求項２９記載の連結装置。
【請求項３１】
上記スプリング手段は、ジンバル継手によって加えられた保持力を調整することを特徴とする請求項２７記載の連結装置。
【請求項３２】
上記スプリング手段は、３組以上の螺子及びスプリングの組を含むことを特徴とする請求項２７記載の連結装置。
【請求項３３】
上記スプリング手段は、複数のスプリングプレートを含むことを特徴とする請求項２７記載の連結装置。
【請求項３４】
冷却装置を集積回路に取り付ける取付方法において、
ａ．上記集積回路を回路板に取り付ける工程と、
ｂ．ジンバル継手を用いて熱交換器にジンバルプレートを連結する工程と、
ｃ．スプリング手段を用いて上記回路板に上記ジンバルプレートを連結する工程と、
ｄ．上記スプリング手段を収縮させることによって、上記ジンバル継手を介して、上記熱交換器に保持力を加える工程と、
ｅ．上記熱交換器に保持力を加えることによって、上記熱交換器と集積回路との間に熱接触面を形成する工程とを有する取付方法。
【請求項３５】
上記熱交換器にフレキシブルな流体ラインを連結する工程を更に有する請求項３４記載の取付方法。
【請求項３６】
上記ジンバルプレートに取付板を連結する工程を更に有する請求項３５記載の取付方法。
【請求項３７】
除熱器、ポンプ及び上記熱交換器によって統合された冷却装置が構成されるように、上記取付板及びフレキシブルな流体ラインに除熱器及びポンプを連結する工程を更に有する請求項３６記載の取付方法。
【請求項３８】
上記フレキシブルな流体ラインをリモートの除熱器及びリモートのポンプに連結する工程を更に有する請求項３５記載の取付方法。
【請求項３９】
上記ジンバル継手を介して熱交換器に保持力を加える工程は、上記熱交換器上のコンタクトの単点を介して保持力を加えることを特徴とする請求項３４記載の取付方法。
【請求項４０】
上記ジンバル継手の回転中心を上記集積回路の面中心の法線ベクトルに揃え、該集積回路の面中心の法線ベクトルの共線であるベクトルに沿って保持力を加える工程を更に有する請求項３９記載の取付方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
この特許出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づき、２００４年６月４日に出願された係属中の米国仮特許出願第６０／５７７，２６２号、発明の名称「マルチプル冷却技術（MULTIPLE COOLING TECHNIQUES）」の優先権を主張する。２００４年６月４日に出願された係属中の米国仮特許出願第６０／５７７，２６２号、発明の名称「マルチプル冷却技術」は、引用により本願に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、２つの接触面を連結するための取付方法及び連結装置に関する。特に本発明は、半導体冷却用途において、集熱装置及び熱発生源を連結するために用いられるセミコンプライアンス型の連結機構（semi-compliant joining mechanism）に関する。
【背景技術】
【０００３】
集積回路が大きくなり、複雑性が高まるにつれて、集積回路から生じる熱の量が多くなり、このような熱を発散させることが重要になる。熱対策の性能をより高めるためには、このような熱対策を提供する冷却装置のサイズは大きくなる。冷却装置が大きくなるほど、冷却装置は重くなる。熱接触面が必要な場合、このような冷却装置を取り付けることは困難であり、冷却装置、又は冷却される集積回路を含む周辺部品を傷つけてしまうことも多い。
【０００４】
更に、取付の構成によっては、冷却装置の重さが、システムに対してレバーのアームのように作用し、熱接触面において、集熱器の一部又は全体が集積回路から浮いてしまうこともある。このような熱接触面における不均衡によって、冷却装置の性能が劣化する。
【０００５】
幾つかの用途では、冷却装置を配設できる空間は、非常に限定されている。このように空間に制約がある用途では、複数のコンポーネントを含む冷却装置を１つに統合して占有空間が最小化される。このような統合された冷却装置は、やはり重量が重く、上述と同様、熱源に取り付けることが困難であり、熱源に取り付けた場合にも上述したような問題が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、冷却装置と熱源との間に熱接触面を提供する、より効率的な連結装置及び取付方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面として、本発明に係る連結装置は、回路板に取り付けられた集積回路と、集積回路に連結された熱交換器と、ジンバル継手及び複数のスプリング手段を含むジンバルプレートとを備え、ジンバル継手は、ジンバルプレートを熱交換器に連結し、複数のスプリング手段は、ジンバルプレートを回路板に連結することによって、熱交換器を集積回路に接続する。連結装置は、熱交換器に接続されたフレキシブルな流体ラインを更に備えていてもよい。連結装置は、ジンバルプレートを所定の位置に保持する取付板を更に備えていてもよい。連結装置は、取付板及びフレキシブルな流体ラインにそれぞれ連結された除熱器及びポンプを更に備え、熱交換器、除熱器及びポンプを統合された冷却装置として連結してもよい。ジンバルプレートは、熱交換器から、除熱器及びポンプの重量による衝撃を実質的に吸収することができる。連結装置は、フレキシブルな流体ラインを介して、熱交換器に遠隔に連結された除熱器及びポンプを更に備えていてもよい。ジンバル継手は、ジンバルプレートから外側に突出する単点コンタクト要素を備えていてもよい。単点コンタクト要素は、ジンバルプレートに固着されたボールを備え、熱交換器は、ボールを受け入れる受入窪みを備えていてもよい。単点コンタクト要素は、ジンバルプレート上に成形されたボールを備え、熱交換器は、ボールを受け入れる受入窪みを備えていてもよい。熱交換器は、熱交換器の上面に固着されたボールを備え、ジンバル継手は、ボールを受け入れる受入窪みを備えていてもよい。熱交換器は、熱交換器の上面に成形されたボールを備え、ジンバル継手は、ボールを受け入れる受入窪みを備えていてもよい。熱交換器は、ジンバルプレートから独立して動いてもよい。熱交換器は、熱接触面を介して集積回路に連結してもよい。スプリング手段は、ジンバル継手を介して、熱交換器に保持力を加え、熱交換器を集積回路に押し付け、熱接触面を形成してもよい。ジンバル継手の回転中心は、集積回路の面中心の法線ベクトルの共線上にあってもよい。ジンバル継手は、回転コンプライアンス性（rotation-compliant）を有し、保持力を加えることにより、熱交換器の第１の接合面が集積回路の第２の接合面と実質的に平行になるようにしてもよい。スプリング手段は、熱交換器によって集積回路に加えられる保持力を調整してもよい。スプリング手段は、３組以上の螺子及びスプリングの組を含んでいてもよい。スプリング手段は、３個以上の板バネを含んでいてもよい。
【０００８】
本発明の他の側面として、本発明に係る連結装置は、取付装置に取り付けられた発熱デバイスと、発熱デバイスに連結された集熱器と、ジンバル継手及び複数のスプリング手段を含むジンバルプレートとを備え、ジンバル継手は、ジンバルプレートを集熱器に連結し、複数のスプリング手段は、ジンバルプレートを取付装置に連結することによって、集熱器を発熱デバイスに連結する。集熱器に接続されたフレキシブルな流体ラインを更に備えていてもよい。連結装置は、ジンバルプレートに連結された取付板を更に備えていてもよい。連結装置は、取付板及びフレキシブルな流体ラインにそれぞれ連結された除熱器及びポンプを更に備え、熱交換器、除熱器及びポンプを統合された冷却装置として連結してもよい。連結装置は、フレキシブルな流体ラインを介して、熱交換器に遠隔に連結された除熱器及びポンプを更に備えていてもよい。スプリング手段は、ジンバル継手を介して、集熱器に保持力を加え、集熱器を集積回路に押し付け、熱接触面を形成してもよい。ジンバル継手は、回転コンプライアンス性を有し、保持力を加えることにより、集熱器の第１の接合面が集積回路の第２の接合面と実質的に平行になるようにしてもよい。
【０００９】
更に他の側面として、本発明に係る連結装置は、複数のスプリング手段と、単点コンタクト要素を提供するジンバル継手を含み、複数のスプリング手段に連結されるジンバルプレートとを備え、ジンバル継手は、第１のデバイスに連結され、複数のスプリング手段は、第２のデバイスに連結され、第１のデバイスと第２のデバイスの間に接触面を維持する。ジンバルプレートは、窪んだ領域を含む表面を備えていてもよい。ジンバル継手は、窪んだ領域内に形成してもよい。窪んだ領域の形状は、第１のデバイスの第２の表面が窪んだ領域内に嵌合し、第１のデバイスがジンバルプレートに対して横方向に動くことを規制するように形成してもよい。上記スプリング手段は、ジンバル継手によって加えられた保持力を調整するように構成してもよい。スプリング手段は、３組以上の螺子及びスプリングの組を含んでいてもよい。スプリング手段は、複数のスプリングプレートを含んでいてもよい。
【００１０】
本発明の他の側面として、本発明は、冷却装置を集積回路に取り付ける取付方法を提供する。本発明に係る取付方法は、集積回路を回路板に取り付ける工程と、ジンバル継手を用いて熱交換器にジンバルプレートを連結する工程と、スプリング手段を用いて回路板にジンバルプレートを連結する工程と、スプリング手段を収縮させることによって、ジンバル継手を介して、熱交換器に保持力を加える工程と、熱交換器に保持力を加えることによって、熱交換器と集積回路との間に熱接触面を形成する工程とを有する。取付方法は、熱交換器にフレキシブルな流体ラインを連結する工程を更に有していてもよい。取付方法は、ジンバルプレートに取付板を連結する工程を更に有していてもよい。取付方法は、除熱器、ポンプ及び熱交換器によって統合された冷却装置が構成されるように、取付板及びフレキシブルな流体ラインに除熱器及びポンプを連結する工程を更に有していてもよい。取付方法は、フレキシブルな流体ラインをリモートの除熱器及びリモートのポンプに連結する工程を更に有していてもよい。ジンバル継手を介して熱交換器に保持力を加える工程では、熱交換器上のコンタクトの単点を介して保持力を加えてもよい。取付方法は、ジンバル継手の回転中心を集積回路の面中心の法線ベクトルに揃え、集積回路の面中心の法線ベクトルの共線であるベクトルに沿って保持力を加える工程を更に有していてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態は、集熱装置と熱発生源との間で、修復可能な低熱抵抗接触面を形成するセミコンプライアンス型の連結機構を提供する。この接触面は、好ましくは、半導体冷却用途に用いられる。集熱装置は、好ましくは、マイクロ熱交換器である。本明細書では、集熱装置、集熱器、マイクロ熱交換器、熱交換器等の用語を交換可能に使用し、これらの用語は、外部熱源と熱を交換することができるあらゆる装置を包含するものとする。また、本明細書では、熱源、熱発生源、発熱デバイス等、及び例えば集積回路集積されたマイクロプロセッサ回路、半導体熱源等の例示的な発熱デバイス等の用語を交換可能に使用し、これらの用語は、熱を発生するあらゆる装置又は熱源を包含するものとする。本発明の連結機構は、セミコンプライアンス型のジンバル継手（semi-compliant gimbal joint）を介して、冷却装置の他の部品からの集熱装置への衝撃を吸収するために使用される。連結機構は、集熱装置と、集積されたマイクロプロセッサ回路等の半導体熱源との間に、強固で、信頼が高く、再現可能な熱輸送接触面を実現する。
【００１２】
冷却装置のリモート部品に集熱装置を接続する流体ライン及び／又はワイヤは、コンプライアンス性を有する材料（compliant materials）から形成され、これにより、集熱装置は、リモート部品から独立して動くことができる。このような独立した動きにより、冷却装置の組立、出荷、通常の使用の間に、重量が重い何らかの部品から熱接触面に加えられるストレスが最小に抑えられる。熱接触面へのストレスは、多くの場合、熱接触面を傷つけ、集熱装置の熱性能を低下させる要因となる。
【００１３】
集熱装置は、好ましくは、ジンバルプレートを用いて熱源に取り付けられる。ジンバルプレートは、好ましくは、例えば、ボール、半球の表面又はポイント等の単点コンタクト要素（single-point contact feature）を有する。単点コンタクト要素は、集熱装置上の接合要素（mating feature）と連結される。変形例として、集熱装置が単点コンタクト要素を備え、ジンバルプレートが接合要素を備えていてもよい。単点コンタクト要素及び接合要素は、包括的に、ジンバル継手（gimbal joint）とも呼ぶ。ジンバル継手は、集熱装置に対して、単点負荷（single-point load）として、保持力（retaining force）を加えることができる。保持力は、好ましくは、熱源の熱接触面の面中心の法線ベクトルの共線であるベクトルに沿って加えられる。これにより、熱接触面領域に対して、中心を合わせて、均等に、保持力を加えることができる。
【００１４】
好ましい実施の形態では、熱源は、回路板に取り付けられた集積回路である。ジンバルプレートは、好ましくは、スプリング要素を用いて、回路板に直接取り付けられる。これに代えて、ジンバルプレートは、回路板に取り付けられた中間的ブラケットを介して回路板に取り付けてもよい。スプリング要素は、熱接触面において、集熱装置によって熱源に加えられる接合力（mating force）の大きさを規制する一連のファスナ（螺子）、スプリング及び／又はスプリングプレートを備える。換言すれば、スプリング要素は、ジンバル継手を介して集熱装置に加わる保持力の大きさを規制する。ジンバルプレート上のファスナが締められると、ジンバル継手を介して集熱装置に保持力が加えられ、集熱装置と熱源の接合面に力が加わる。ジンバル継手は、回転コンプライアンス性を有する（rotation-compliant）ため、熱接触面を構成する２つの接合面には、平行に接合力が加わる。２つの接合面は、例えば、ジンバルプレートの取付部材に作用する、冷却装置の他の何らかの接続部品の重力等の力の如何なる非対称性にも影響を受けない。このように、熱性能及び寸法安定性が良好な、集熱装置と熱源の間のサーマルインタフェースマテリアル（Thermal Interface Material：ＴＩＭ）接触面を実現することができる。なお、本発明のジンバル継手には、市販されている如何なるＴＩＭを用いてもよい。
【００１５】
熱源に冷却装置を取り付けるための、本発明の好ましい実施の形態に基づく連結機構を図１に示す。冷却装置１００は、マイクロ熱交換器（以下、単に熱交換器という）１１０、除熱器１６０及びポンプ１７０を備える。熱交換器１１０は、流体ライン１２０を介して除熱器１６０及びポンプ１７０に連結されている。流体ライン１２０は、好ましくは、柔軟性を有する。好ましい実施の形態では、冷却装置１００は、統合型のシステムである。
【００１６】
冷却装置１００は、熱源を冷却するために用いられる。好ましい実施の形態では、熱源は、集積回路２０である。集積回路２０は、回路板１０に取り付けられる。回路板１０は、シャーシ（図示せず）に直接取り付けてもよく、シャーシに取り付けられるマザーボード等の他の１つ以上の回路板に取り付けてもよい。回路板１０は、図１に示すように、好ましくは、垂直に取り付けられる。これに代えて、回路板１０を水平に取り付けてもよく、この場合、集積回路２０及び冷却装置１００は、水平に取り付けられた回路板１０の上面に垂直に取り付けられる。
【００１７】
除熱器１６０及びポンプ１７０は、取付機構１３０を用いて熱交換器１１０に固定される。取付機構１３０は、取付板１４０及びジンバルプレート１５０を備える。除熱器１６０及びポンプ１７０は、取付板１４０に取り付けられる。取付板１４０及びジンバルプレート１５０は、互いに個別に回路板１０に取り付けられる。取付板１４０とジンバルプレート１５０との間は、固定されていない。ジンバルプレート１５０は、熱交換器１１０に対して位置決めされる。
【００１８】
図２は、冷却装置２００が除熱器２６０及びポンプ２７０を備え、これらの両方が熱交換器１１０から離れて配設されている変形例を示す。この変形例では、冷却装置２００は、図１の冷却装置１００のような統合されたシステムではない。この変形例では、ジンバルプレート１５０は、熱交換器１１０に対して位置決めされ、ジンバルプレート１５０は、回路板１０に取り付けられる。熱交換器１１０は、フレキシブルな流体ライン２２０を介して除熱器２６０及びポンプ２７０に接続される。
【００１９】
図３は、本発明の好ましい実施の形態に基づくジンバルプレート１５０及び熱交換器１１０の分解図である。ジンバルプレート１５０は、複数の取付スタンド３３０を備える。好ましい実施の形態では、４つの取付スタンド３００を設ける。取付スタンド３３０は、ジンバルプレート１５０の底面から突出している。これに代えて、ジンバルプレートが備える取付スタンドの数は、３つであっても、５つ以上であってもよい。
【００２０】
また、ジンバルプレート１５０は、ジンバルプレート１５０の底面に切り込まれた窪んだ領域３１０を備える。窪んだ領域３１０は、好ましくは、熱交換器１１０の上面の形状に応じて形成される。窪んだ領域３１０の形状は、熱交換器１１０の上面の形状より僅かに大きく、これにより、熱交換器１１０の上面を窪んだ領域３１０に挿入でき、窪んだ領域３１０の周縁によって、熱交換器１１０は、ジンバルプレート１５０に対して回転又は平行移動できなくなる。図４Ａは、熱交換器１１０が窪んだ領域３１０内に挿入されたジンバルプレート１５０の底面図を示している。
【００２１】
変形例では、保持クリップを用いて、ジンバル継手に対して、熱交換器を所定の位置に保持する。図７は、変形例における、ジンバルプレート５５０及び熱交換器１１０を所定の位置に保持するための保持クリップ５１０の分解図である。ジンバルプレート５５０は、窪んだ領域３１０（図３）が保持スロット５２０に置換されている点を除いて、ジンバルプレート１５０（図３）と同じである。保持クリップ５１０は、ジンバルプレート５５０上に保持スロット５２０に嵌合するクリップタブ５１２を備える。保持クリップ５１０は、ジンバル継手５６０の機能を妨げないように、熱交換器５３０の周りに十分なクリアランスを提供する。また、保持クリップ５１０は、流体ライン５３２を熱交換器５３０に接続するためのアパーチャ５１４を備える。アパーチャ５１４内に流体ライン５３２を位置決めすることも、熱交換器５３０を所定の位置に保持する役割を果たす。
【００２２】
図３に示すように、ジンバルプレート１５０は、ジンバル継手３０１を備える。ジンバル継手３０１は、好ましくは、窪んだ領域３１０内に配設される。ジンバル継手３０１は、より好ましくは、取付スタンド３３０の幾何学中心となる位置に配設される。ジンバル継手３０１は、単点コンタクト（single-point contact）と、コンタクト受入部（receicer）の２つの接合部品から構成されている。接合部品の具体例としては、以下に限定されるわけではないが、ボールソケット（ball-in-socket）、半球状の要素と凹状の接合面、２つの窪んだ半球状の要素間の自在のボールベアリング、又は窪んだ半球状の要素に嵌合するバネ式のボールベアリング等が含まれる。好ましい実施の形態では、単点コンタクトは、ボールであり、ジンバル継手３０１は、ジンバルプレート１５０の底面に成形されたボールを含み、熱交換器１１０の上面１１２には、凹状の受入窪み３０１（図５Ａ）が形成される。これに代えて、ジンバル継手３０１のボールは、はんだ、エポキシ又は他の接着剤を用いて、ジンバルプレート１５０の底面に接着してもよい。更にこれに代えて、熱交換器の設計が、ポイントを介して加えられる力に耐えるだけの十分な強固さを有する場合、単点コンタクトは、ポイントであってもよい。また、２つの接合部品の位置を逆にしてもよい。すなわち、例えば、図５Ｂに示すように、熱交換器２１０の上面２１２に固定されたボール４０１等の単点コンタクトを熱交換器の上面に配設し、ジンバルプレートの底面に受入窪みを形成してもよい。
【００２３】
図３に示すように、ジンバルプレート１５０は、ジンバルプレート１５０を回路板１０（図１）に取り付け、ジンバル継手３０１を介して熱交換器１１０に加えられる保持力を生成するスプリング要素を備える。スプリング要素は、好ましくは、スプリング３５０、バネ式プランジャ（trapped plunger）３４０及び保持リング３６０を含む。１つのスプリング３５０、１つのバネ式プランジャ３４０及び１つの保持リング３６０からなる一組は、各取付スタンド３３０に対応している。スプリング３５０は、取付スタンド３３０内に配設される。バネ式プランジャ３４０は、スプリング３５０内に挿入され、バネ式プランジャ３４０の底端は、取付スタンド３３０の底部の孔に嵌合する。バネ式プランジャ３４０の底端は、保持リング３６０によって所定の位置に保持される。バネ式プランジャ３４０の上端には、好ましくは、スプリング３５０の上端に当接するフランジを設ける。
【００２４】
図４Ｂは、図４Ａに示す線Ａ−Ａに沿ったジンバルプレート１５０の横断面図である。図４Ｂに示すように、スプリング３５０は、取付スタンド３３０内に配置され、バネ式プランジャ３４０は、スプリング３５０内に配置される。バネ式プランジャ３４０の底端は、取付スタンド３３０の底部の孔から突出し、保持リング３６０によって適所に保持される。また、図４Ｂは、スプリング３５０を押し付けるバネ式プランジャ３４０のフランジも示している。
【００２５】
図４Ｃは、各取付スタンド３３０を回路板１０に連結する好ましい構成の断面図を示している。バネ式プランジャ３４０の内面には、好ましくは、螺子３４４を受け入れるための螺子山が切られている。螺子３４４は、好ましくは、回路板１０の貫通孔１２を貫通し、バネ式プランジャ３４０に螺入する。螺子３４４が締められると、バネ式プランジャ３４０は、スプリング３５０を収縮させ、これにより、ジンバル継手３０１（図３）を介して加えられる保持力を生成する。各バネ式プランジャ３４０は、好ましくは、回転を防止する回転防止ピンキー３４２を備え、これにより、背面側から単一の工具で取付を行うことができる。
【００２６】
図４Ｄは、各取付スタンド３３０を回路板１０に連結する構成の変形例の断面図を示している。バネ式プランジャ６４０は、貫通孔６４２を備え、貫通孔６４２には、螺子６４４が挿入される。貫通孔６４２には、螺子山を切っていない。螺子６４４は、回路板１０の、螺子山が切られた背面側プレート６４６に螺入する。また、螺子山が切られた背面側プレート６４６は、螺子山が切られたナット又は螺子山が切られたインサートであってもよい。螺子６４４の頂部は、バネ式プランジャ６４０を押し付ける。螺子６４４を締めることにより、バネ式プランジャ６４０には下方への圧力が加わり、スプリング３５０が収縮する。スプリング３５０が収縮することによって、保持力が生じる。この変形例により、ジンバルプレート１５０（図３）を回路板１０の表面側から取り付けることができる。
【００２７】
バネ式プランジャ３４０及びスプリング３５０の各対は、ジンバル継手３０１に加えられる総合的な保持力に等しく寄与することが好ましい。保持力は、螺子が完全に螺合した場合、バネ式プランジャ３４０の螺子の量と、スプリング３５０の付勢力とによって調整される。スプリング３５０は、ポリマ、コイル又は板バネ等、如何なる種類のバネであってもよい。このように、熱交換器１１０と集積回路２０との間に、制御可能な保持力を加えることができる。なお、回路板１０がリミッタとして機能するため、螺子を締めすぎても、熱交換器１１０に過剰な保持力が加わらない。このようなフェイルセーフによって、熱交換器１１０又は集積回路２０が傷つくことを防止できる。
【００２８】
また、ジンバルプレート１５０は、フレキシブルな流体ライン１２０（図１）の熱交換器１１０へのアクセスを向上させるためのギャップ３２０を有する。ジンバルプレート１５０の反対側には、タブ３７０が配設されている。タブ３７０は、取付板１４０（図１）にジンバルプレート１５０を接続するために使用される。
【００２９】
以下、図３を参照して、集積回路２０にジンバルプレート１５０を取り付ける方法について説明する。まず、ジンバルプレート１５０の底面に配設されたジンバル継手３０１の単点コンタクトを、熱交換器１１０の上面側のジンバル継手３０１の受入窪みに対向するように配置する。熱交換器１１０の底面は、集積回路２０の上面に対向するように配置する。ジンバル継手３０１の回転のコンプライアンス性のため、熱交換器１１０が集積回路２０に接触すると、ジンバル継手３０１によって、熱交換器１１０の底面は、集積回路２０の上面に対して実質的に平行な方向に移動することができる。更に、集積回路２０及び熱交換器１１０は、それぞれ固有の表面積を有する。熱交換器１１０と集積回路２０との接合面を効果的に実現するために、熱交換器１１０上の受入窪みの回転中心を集積回路２０の面中心の法線の共線上に位置させる。また、熱交換器１１０上の受入窪みは、熱交換器１１０の面中心の法線の共線上にも位置するように配設される。
【００３０】
各バネ式プランジャ３４０を回路板１０（図１）に螺入させ、これにより、バネ式プランジャ３４０のフランジを取付スタンド３３０内のスプリング３５０に対して押し付ける。回路板１０に螺入された各バネ式プランジャ３４０による力の組合せによって、ジンバル継手３０１を介して熱交換器１１０に保持力が生じる。ジンバル継手３０１の回転中心は、熱交換器１１０及び集積回路２０の両方の面中心の法線の共線上にあるので、保持力は、集積回路２０の面に対して垂直に加えられる。この保持力は、熱接触面を形成するように、集積回路２０の上面に対して熱交換器１１０の底面を移動させる。ジンバルの回転中心は、集積回路２０の面中心の法線の共線上にあるので、熱接触面では、対称的で均等な力が保証され、熱交換器１１０の底面は、集積回路２０の上面に適切に当接する。
【００３１】
図６Ａは、本発明のジンバルプレートの第１の変形例を示している。第１の変形例では、ジンバルプレート２５０は、部分的に螺子山が切られた螺子を受け入れる螺子山が切られたインサート又は貫通孔を有するスタンプ加工された金属又は他の材料の部品を用いて構成される。ジンバルプレート２５０は、４叉の星状に形成され、材料は、セミコンプライアンス性を有し、スプリング要素として機能する。図６Ｂは、本発明のジンバルプレートの第２の変形例を示している。第２の変形例でも、ジンバルプレート３５０は、部分的に螺子山が切られた螺子を受け入れる螺子山が切られたインサート又は貫通孔を有するスタンプ加工された金属又は他の材料の部品を用いて構成される。ジンバルプレート３５０は、両端に柔軟性を有する部分を備えるプレートとして構成される。ジンバルプレート３５０は、柔軟性を有する端部において、回路板に固定される。
【００３２】
本発明の連結機構は、多数の利点を提供する。第１に、連結機構は、熱源と集熱装置との間で、保証された平行度で均一で均等な負荷を実現する。第２に、連結機構は、高い再現性で、均一で均等なＴＩＭラインを提供する。第３に、連結機構により、集熱装置は、熱接触面領域の表面を再加工する必要性なしで、何度も繰り返し再取り付けすることができる。第４に、連結機構により、堅く、コンプライアンス性を有さない機構に比べて、組立の間に熱源又は集熱装置が損傷する危険性が低下する。第５に、連結機構によって、組立、出荷及び通常の使用の間に、ＴＩＭ関連の冷却装置が故障する可能性が低減される。なお、本発明の連結機構は、この他の利点も提供することは明らかである。
【００３３】
以上では、単一のジンバルプレートに連結される取付板について説明したが単一の取付板に複数のジンバルプレートを取り付けてもよいことは明らかである。また、単一の回路板に、複数の集積回路、したがって、複数の集熱装置及び複数のジンバルプレートを含ませてもよい。
【００３４】
本発明の構成及び動作原理を明瞭に説明するために、様々な詳細を含む特定の実施例を用いて本発明を説明した。このような特定の実施例の説明及びその詳細は、特許請求の範囲を制限するものではない。本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく、例示的に選択された実施例を変更できることは、当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の好ましい実施の形態に基づく、熱源に統合型の冷却装置を取り付ける連結機構を示す図である。
【図２】本発明の変形例に基づく、熱源に熱交換器を取り付ける連結機構を示す図である。
【図３】本発明の好ましい実施の形態に基づくジンバルプレート及び熱交換器の分解図である。
【図４Ａ】熱交換器が窪んだ領域内に配設されたジンバルプレートの底面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示すジンバルプレートの線Ａ−Ａに沿った横断面図である。
【図４Ｃ】各取付スタンドを回路板に連結する好ましい構成の断面図である。
【図４Ｄ】各取付スタンドを回路板に接続する構成の変形例の断面図である。
【図５Ａ】熱交換器の上面に配設される好適なジンバル継手要素を示す図である。
【図５Ｂ】熱交換器の上面に配設されるジンバル継手要素の変形例を示す図である。
【図６Ａ】本発明に基づくジンバルプレートの第１の変形例を示す図である。
【図６Ｂ】本発明に基づくジンバルプレートの第２の変形例を示す図である。
【図７】ジンバルプレート、熱交換器及び保持クリップの変形例の分解図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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