(57)【要約】【課題】　１つまたは複数の発熱部品からの熱を、より効率的に放散させることができるヒートシンクを提供する。【解決手段】　電子部品のヒートシンクにおいて、少なくとも１つのヒートパイプ（１０）と、電子部品（２０）と接続する実質的に平坦な領域を有し、少なくとも１つのヒートパイプ（１０）に取り付けられた基部（１２）と、前記基部（１２）と少なくとも１つのヒートパイプ（１０）に取り付けられたフィン（１１）と、を備える。【選択図】図１
2004111966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　電子部品のヒートシンクにおいて、
　少なくとも１つのヒートパイプと、
　前記電子部品と接続する実質的に平坦な領域を有し、前記少なくとも１つのヒートパイプに取り付けられた基部と、
　前記基部と前記少なくとも１つのヒートパイプに取り付けられたフィンと、
を備えることを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
　前記少なくとも１つのヒートパイプが、前記基部の前記平坦な領域に対して実質的に平行な第１の領域と、前記基部の前記平坦な領域に対して０°〜１８０°で配置された第２の領域とを長さ方向に備えたことを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
　前記基部に取り付けられた前記フィンは、前記基部から実質的に垂直方向に突出し、少なくとも前記２つの領域の屈曲部と同じ長さを有することを特徴とする請求項２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
　前記少なくとも１つのヒートパイプが、さらに、前記基部の平坦な領域に対して０°〜１８０°で配置された第３の領域を有することを特徴とする請求項２に記載のヒートシンク。
【請求項５】
　前記ヒートシンクに取り付け可能に適合されたフィンを備えることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項６】
　前記基部が、前記少なくとも１つのヒートパイプを発熱部品に直接接触させて取り付けるように適合されたことを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項７】
　ヒートシンクの熱を伝える方法において、
　発熱部品からの熱を、少なくとも１つのヒートパイプを介して第１の熱放散率で放散させるステップと、
　前記発熱部品からの熱を、前記基部を介して第２の熱放散率で放散させるステップと、
　前記発熱部品からの熱を、前記基部と前記少なくとも１つのヒートパイプに取り付けたフィンを介して、第３の熱放散率で放散させるステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項８】
　前記フィンは水平フィンを有し、少なくとも１つの発熱部品からの熱を、前記水平フィンを介して第４の熱放散率で放散させるステップを備えることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本出願は、「Ｈｅａｔｓｉｎｋ　ｗｉｔｈ　ｈｅａｔ　ｐｉｐｅ　ｉｎ　ｄｉｒｅｃｔ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｗｉｔｈ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ」と題する一般特許出願である米国出願第１０／２４６３４３号（代理人整理番号１００２００２４１−１（１９６４−８−３））と、「Ｈｅａｔｓｉｎｋ　ｗｉｔｈ　ａｎｇｌｅｄ　ｈｅａｔ　ｐｉｐｅ」と題する米国出願第１０／２４６．２９９号（代理人整理番号１００２００２４３−１（１９６４−１０−３））に関連する。
【背景技術】
【０００２】
　電子部品は、動作するときに熱を発生することは周知である。発生した熱が臨界温度よりも高くなると、電子部品の動作に障害が起こることがある。したがって、そのような障害を防ぐために、過度の熱を放散させなければならない。
【０００３】
　熱を放散させるために使用されるヒートシンクの１つのタイプには、ヒートパイプがある。ヒートパイプは、水などの伝熱液体が充填され、ヒートパイプの内壁がウィッキング材料で覆われた真空シールされたパイプである。電子部品が熱くなるとき、ヒートパイプの電子部品に最も近い「高温」端も熱くなる。最終的に、ヒートパイプの高温端の近くにある液体が蒸発し、生じた蒸気が、ヒートパイプの「低温」端に集まり、そこで蒸気は凝縮する。凝縮した液体は、ウィッキングによってヒートパイプの高温端に戻る。再び、蒸発した液体が、ヒートパイプの低温端に移動する。この蒸発／凝縮サイクルは、ヒートパイプが効率的に熱を伝達するように繰り返し、その結果、ヒートパイプの高温端は、低温端と同じ温度かまたはそれに近い温度に維持される。さらに、流体の沸点が圧力によって変化するので、ヒートパイプ内の真空は、沸騰が所望の温度で起こるように設定することができる。
【０００４】
　ヒートパイプは、一般に、特定の電子部品用に設計されている。例えば、ヒートパイプの基部は、一般に、冷却する部品の表面領域と同じかまたはほぼ同じ形状および面積である。したがって、一般に、様々な表面積および／または形状を有する部品は、特にそのような特定の面積と形状のために設計されたヒートパイプを必要とする。部品の冷却に使用されるほとんどの従来技術のヒートパイプは、比較的大きい直径（１／４インチより大きい）を有する。さらに、そのようなヒートパイプの基部は長方形で、ヒートパイプ自体は円形のことがあるので、基部とパイプの界面の設計が複雑になることがある。例えば、長方形の基部は、円筒形ヒートパイプの内側と接合する中空の内部を有することがある。代替として、基部は、ヒートパイプが基部に取り付けられた状態で密になっている。しかしながら、これは、基部と、ヒートパイプを基部に取り付けるために使用される材料（例えば、接着材）の熱抵抗が高くなるためあまり効率的でない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
　ヒートパイプの直径は、ヒートシンクアセンブリによる熱伝達の量に影響を及ぼす。ヒートパイプの投影平面表面積は、その直径と共に増大するので、直径が大きくなると空気抵抗が大きくなり、パイプに空気が無理やり流されるので、空気冷却効果が低下する。
【０００６】
　ヒートパイプのさらにもう１つの問題は、おそらくウィッキング材料の腐食や流体の汚染などによって漏れが生じて真空圧力が低下することによりヒートパイプが故障する可能性があることである。その結果、ヒートパイプが故障すると、電子部品から周囲環境に熱を伝達する効果が低下し、したがって、部品を冷却する効果が低下することになる。ヒートパイプの故障が大きくなると、部品が過熱したり故障したりすることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
　本発明の実施形態によれば、ヒートシンクは、発熱部品と接続するための実質的に平坦な領域を有する基部に取り付けられた少なくとも１つのヒートパイプを有する。さらに、ヒートシンクは、基部に取り付けられたいくつかのフィンと少なくとも１つのヒートパイプを有する。
【０００８】
　そのようなヒートシンクは、発熱源からの熱を伝達するためにヒートパイプとフィンが連係して動作するため、１つまたは複数の発熱部品からの熱を、より効率的に放散させることができる。ヒートパイプは、熱が、液体／気体の蒸発／凝縮サイクルによって発熱部品から伝達されるときに発熱部品を冷却する効率的な方法を提供する装置である。さらに、ヒートシンクの基部に取り付けられたフィンは、熱源からの熱を放散させるためのさらに多くの表面積を提供する。ヒートパイプとフィンの組み合わせが、発熱部品からの熱をヒートパイプ単独またはフィン単独よりも高い効率で伝達する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
　以下の説明は、当業者が本発明を作成し使用できるようにするために提示される。開示した実施形態に対する様々な修正は、当業者に容易に明らかになり、本明細書における包括的な原理は、併記の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく他の実施形態および応用例に適用することができる。したがって、本発明は、示した実施形態に限定されるものではなく、本明細書に開示した原理および特徴と一致する最も広い範囲が与えられるべきである。
【００１０】
　図１は、本発明の実施形態によるヒートシンク５の等角図である。ヒートシンク５は、複数のヒートパイプを有するが、代替の実施形態は、１つのヒートパイプだけを有する。この実施形態によれば、２つのヒートパイプ１０が基部１２に取り付けられている。ヒートパイプ１０は、接着材、はめ込み（「スナップ留め」）、ベルト留め、ボルト留めなどを有する従来の任意の方式で基部１２に取り付けられる。
【００１１】
　基部１２は、例えばプリント回路基板（図示せず）に取り付けられた電子部品のような発熱部品に取り付けられるのに適した任意の形状のものである。発熱部品は、望ましくない熱を生成する可能性がある任意の装置であり、最も一般には、例えば中央処理装置などの電子部品である。基部１２は、一体物であり、すなわち、熱を伝える傾向が高い材料の連続体として形成されるが、基部１２は、複数の接合部品、すなわち非一体物で形成されてもよい。
【００１２】
　基部１２は、アルミニウム、銅、その他の合金、プラスチック、エポキシなどの材料、および／または適切な熱伝達材料などから形成することができる。１つの実施形態において、基部１２は、アルミニウム合金の連続片から形成され、その下面は、１つまたは複数の電子部品の輪郭に適合するように形成されている。もう１つの実施形態において、基部１２は、例えば第１の領域のアルミニウムや第２の領域の銅のような２つの異なる材料から形成される。２つの領域は、ボルト締めや熱伝導接着材などによる従来の手段によって接合される。
【００１３】
　ヒートシンク５は、また、従来の対流熱放散のような周囲空気の冷却効果を高めるために、基部１２に取り付けられかつヒートシンクの表面積を大きくするように意図された垂直フィン１１を有する。周囲空気の表面接触を大きくすることによって、熱は、電子部品からヒートシンクを介して周囲空気へと、より効率的に放散される。この実施形態において、垂直フィン１１は、少なくともヒートパイプ１０の屈曲部と同じ長さだけ延在する。また、垂直フィン１１は、基部１２の厚さを減少させ、それによりコストが低下し、冷却効率が向上する。垂直フィン１１は、固体の基部ブロックを機械加工するか（例えば、一体型フィンまたは切削フィン）、従来の方法で基部１２に取り付けることによって形成される（例えば、折りたたみフィン）。
【００１４】
　前に説明したように、垂直フィン１１は、基部１２から、ヒートパイプ１０の屈曲部が終わる位置まで形成される。したがって、第２の組の水平フィン１８を、ヒートパイプ１０のまわりに配置することができ、水平フィン１８は、水平フィンがヒートシンク５に取り付けられたときに垂直フィン１１と接触する。水平フィン１８は、一般に、パイプ１０に押し付けられた加圧フィン（ｐｒｅｓｓ−ｏｎ　ｆｉｎ）である。習慣によって、水平フィンは、１つまたは複数のヒートパイプ１０の周囲にぴったりと合うように機械加工されたフィンであり、その結果、組み立てられたときに、水平フィン１８が摩擦によって適所に保持され、水平フィンの間に空間を維持するためにフランジスペーサが使用される。代替として、水平フィン１８は、接着材やバンド留めなどの別の従来の方式で取り付けられる。水平フィン１８は、ヒートシンク５から取り外すことができる。垂直フィン１１と水平フィン１８をヒートパイプ１０の垂直方向の長さ全体に位置決めすることにより、ヒートシンク５の熱放散率が向上する。
【００１５】
　さらに図１を参照すると、基部１２が各ヒートパイプ１０の低温端１３を基部の下面と実質的に垂直に位置合わせし、ヒートパイプ１０の高温端１４を基部の下面と実質的に平行に位置合わせするように、２つのヒートパイプ１０が基部に取り付けられている。さらに、各ヒートパイプ１０の高温端１４が、基部１２の下部に沿って露出され、その結果、ヒートシンクが取り付けられている任意の発熱部品が、各ヒートパイプ１０の高温端１４と直接接触する。１つの実施形態において、各ヒートパイプ１０の高温端１４は、平坦でかつ基部１２の下面と同じ高さである。ヒートシンク５を、基部１２の下面から露出した各ヒートパイプの高温端１４と接触させることにより、発熱部品との直接接触により熱効率が高まる。基部１２の下面の残りの部分は、やはり発熱部品と接触したままであるが、ヒートパイプ１０は、はるかに効率の高い熱放散手段を適用している。したがって、ヒートパイプ１０のより多くの表面積が、部品アセンブリと直接接触しており、熱が部品からより効率よく放散され、接触面積を大きくすることにより、比較的小さい直径を有する各ヒートパイプ１０が、それよりもより大きい直径を有する従来通りに取り付けられたヒートパイプと同じくらい効率的に熱を放散させることができる。
【００１６】
　図２は、本発明の実施形態による湾曲部によってヒートシンク基部１２に取り付けられたヒートパイプ１０を示す。ヒートパイプは、基部１２の下面に対して０°〜１８０°の任意の角度で曲げることができる。一般に、各ヒートパイプ１０は、ヒートパイプ１０を曲げる曲率半径が、ヒートパイプ１０の内側がつぶれないように十分に大きく設計される。例えば、ヒートパイプ１０を、約１４５°に曲げた状態を実線で、９０°（図１に示したような）と４５°の角度を破線で示す。
【００１７】
　ヒートパイプ１０をＬ字形（図１に示したような１つの９０°の角）またはＵ字形（図示していないような２つの９０°の角）に曲げることによって、ヒートパイプ１０が曲げられていない場合よりも、ヒートパイプ１０のかなり大きい部分が発熱部品と直接接触することができる。
【００１８】
　代替として、ヒートパイプ１０の低温端１３（すなわち、図１に示したような基部１２内に配置されたヒートパイプ１０の端部）は、らせん状に形成されてもよく、あるいは冷却する発熱部品と接触するヒートパイプ１０の表面積を大きくする他の任意の形状でもよい。
【００１９】
　直径の小さいヒートパイプ１０を使用することにより、１つのヒートシンク５内に複数のヒートパイプ１０を使用することができ、これにより、熱効率を高めることができる。さらに、複数のヒートパイプ１０は、ヒートシンク５に冗長性を提供する。すなわち、ヒートパイプ１０の故障、例えば漏れが起きたとき、他のヒートパイプ１０が熱を放散し続け、これにより発熱部品の過熱を防ぐことができる。また、一般に、小さい直径のヒートパイプ１０は、大きい直径のヒートパイプ１０よりも安価でかつ広く入手可能である。例えば、直径１／４インチのヒートパイプ１０は、「既製品」を購入することができ、また所望の形状に曲げることができる。次に、ヒートパイプ１０は、特定の発熱部品のために設計された予め成形された基部１２に取り付けられる。一旦ヒートシンク５を組み立てた後で、図３と関連して後で示すように、発熱部品に取り付けてもよい。
【００２０】
　さらに、１つまたは複数の大きい直径のヒートパイプ１０と比べると、小さい直径のヒートパイプ１０の方が、典型的な電子システムの筐体内の気流の制約を小さくするように配置することができる。例えば、典型的な電子システムは筐体内のヒートシンク上に空気を循環させるファンを有する。この循環空気によって、ヒートシンクが熱をより効率的に放散させることができる。大きい直径のヒートパイプは、気流に対して垂直の大きい断面積を有し、断面積が小さい直径が小さいヒートパイプよりも気流を妨害する。残念ながら、気流の妨害が大きいほど、熱効率が低下する。しかしながら、複数の直径の小さいパイプを気流と平行な方向に並べて位置合わせすることによって、気流の抵抗を小さくしながらより大きい直径の熱流の熱効率を高めることができる。これにより、ファンのサイズを小さくすることによって冷却システムのコストを削減したり、ファンの速度を遅くすることによって冷却システムによる消費エネルギーを減少させたりすることができる可能性がある。
【００２１】
　図３は、本発明の実施形態による図１のヒートシンクを有するヒートシンクアセンブリ３０と発熱部品２０の側面図である。ヒートシンク５は、各Ｌ形ヒートパイプ１０の高温端１４が発熱部品２０と直接接触するように発熱部品２０に取り付けられる。
【００２２】
　図４は、本発明の実施形態によるプリント回路基板３２に取り付けられた図３のヒートシンクアセンブリ３０を有する回路基板アセンブリ３５の側面図である。ヒートシンクアセンブリ３０は、発熱部品２０によって生成された熱が、導電性トレース（基板上に示していない）１つまたは複数の電源電圧（図示せず）やその他の回路に電子的に接続されるようにプリント回路基板３２に取り付けられている。
【００２３】
　図５は、本発明の実施形態による回路基板アセンブリ３５の代替の実施形態を示す。この実施形態において、プリント回路基板３２は、いくつかの発熱部品２０を有する。発熱部品２０に複数のヒートパイプ１０を有するヒートシンク５が取り付けられているように示されている。この実施形態では、共通基部１２の下面から露出されたそれぞれのヒートパイプ１０が、それぞれの発熱部品２０と直接接触するように、それぞれのヒートパイプ１０が、発熱部品２０と位置合わせされている。代替として、それぞれの発熱部品２０に複数のヒートパイプ１０が接触していてもよく、またはそれぞれのヒートパイプ１０が、複数の発熱部品２０と接触してもよい。
【００２４】
　図６は、コンピュータシステムなど、本発明の実施形態による図３と図４の回路基板アセンブリ３０または３５の１つまたは複数を有する電子システム４０のブロック図である。しかしながら、例示のため、システム４０は、回路基板アセンブリ３０の１つまたは複数を有するものとして考察する。システム４０は、一般に筐体４７内に取り付けられた１つまたは複数の回路基板アセンブリ３０を有する電子回路４５を有する。そのようなアセンブリ３０の１つまたは複数は、一般に、プロセッサユニット４１とメモリ４２を有する。回路４５には、ディスクドライブなどの１つまたは複数のデータ記憶装置４３、キーボードなどの１つまたは複数の入出力装置４４、あるいは表示装置が結合されている。また、周辺装置４３，４４は、本発明による回路基板アセンブリ３０を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態による発熱部品と直接接触することができるヒートパイプを有するヒートシンクの等角図である。
【図２】本発明の実施形態による屈曲部を備えたヒートパイプを有するヒートシンクの側面図である。
【図３】本発明の実施形態による図１のヒートシンクを有するヒートシンクアセンブリの側面図である。
【図４】本発明の１つの実施形態による、複数の発熱部品に取り付けられた図３のヒートシンクアセンブリの代替の実施形態を有する回路基板アセンブリの側面図である。
【図５】本発明の実施形態による、発熱部品を有するプリント回路基板に取り付けられた図３のヒートシンクアセンブリを有する回路基板アセンブリの側面図である。
【図６】本発明の実施形態による図３の回路基板アセンブリを有する電子システムのブロック図である。
【符号の説明】
【００２６】
　５　ヒートシンク
　１０　ヒートパイプ
　１１　フィン
　１２　基部
　１３　第１の領域
　１８　フィン
　２０　電子部品
【図１】
2004111966.tif 000003
【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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