(57)【要約】【課題】　デバイスが共面に位置することができない場合に、ヒート・シンクと複数の発熱電子デバイスが接触する構成を可能にする。【解決手段】　ヒート・シンクであって、空洞（１１８）を含むヒート・シンク本体（１０８）と、前記ヒート・シンク本体（１０８）に機械的に取り付けられて、前記空洞（１１８）を覆う、開口部を含む薄いプレート（１１０）と、前記薄いプレート（１１０）の開口部に挿入されるペデスタル（１０４）が含まれている、ヒート・シンク。【選択図】　　　　図1
2004072106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒート・シンクであって、
　空洞を含むヒート・シンク本体と、
　前記ヒート・シンク本体に機械的に取り付けられて、前記空洞を覆い、かつ開口部を含む薄いプレートと、
　前記薄いプレートの開口部に挿入されるペデスタルが含まれている、
　ヒート・シンク。
【請求項２】
前記ペデスタルは、ねじ山を有しており、前記薄いプレートの開口部にねじ込まれるように構成されてい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３】
前記ペデスタルは、歯を有しており、前記薄いプレートの開口部に押し込まれるように構成されてい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４】
前記ペデスタルは、駆動ソケットを有しており、
　前記ヒート・シンク本体は、前記ヒート・シンク本体を介して、前記ペデスタルの駆動ソケットへのアクセスを可能にするように構成された、前記空洞内へつながる駆動アクセス・ホールを含むことを特徴とする、
　請求項１に記載のヒート・シンク。
【請求項５】
ヒート・シンクであって、
　空洞を含むヒート・シンク本体と、
　前記ヒート・シンク本体に機械的に取り付けられたプレートと、
　前記ヒート・シンク本体に機械的に取り付けられて、前記空洞を覆い、かつ開口部を含む薄いプレートと、
　前記薄いプレートの開口部に挿入されるペデスタルが含まれている、
　ヒート・シンク。
【請求項６】
前記ペデスタルは、ねじ山を有しており、前記薄いプレートの開口部にねじ込まれるように構成されていることを特徴とする、請求項５に記載のヒート・シンク。
【請求項７】
前記ペデスタルは、歯を有しており、前記薄いプレートの開口部に押し込まれるように構成されていることを特徴とする、請求項５に記載のヒート・シンク。
【請求項８】
前記ペデスタルは、駆動ソケットを有しており、
　前記プレートは、前記プレートを介して、前記ペデスタルの駆動ソケットへのアクセスを可能にするように構成された、前記空洞内へつながる駆動アクセス・ホールを含むことを特徴とする、
　請求項５に記載のヒート・シンク。
【請求項９】
ヒート・シンクを構成するための方法であって、
　ａ）空洞を含むヒート・シンク本体を設けるステップと、
　ｂ）前記ヒート・シンク本体に前記空洞内へつながるオーバフロー・ベントを形成するステップと、
　ｃ）前記空洞の下方において、前記ヒート・シンク本体に開口部を含む薄いプレートを取り付けるステップと、
　ｄ）前記薄いプレートの開口部にペデスタルを挿入するステップが含まれている、
　方法。
【請求項１０】
さらに、
　ｅ）電気デバイスの高さと一致するように前記ペデスタルを調整するステップと、
　ｆ）前記空洞を溶融ハンダで充填するステップと、
　ｇ）前記ヒート・シンクを基板に機械的に取り付けるステップが含まれていることを特徴とする、
　請求項９に記載のヒート・シンクを構成するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、一般に、ヒート・シンクの分野に関するものであり、とりわけ、ヒート・シンクの底面と共通の面内に位置することができない上面を有する発熱デバイスとの熱伝導を最大にするように構成されたヒート・シンクの分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　最新電子機器は、デバイスの製造サイズをますます縮小できるようになってきたことによる恩恵を受けている。デバイスの縮小能力の向上につれて、その性能も向上した。あいにく、性能の向上には、デバイスにおける電力並びに電力密度の増大を伴うことになる。これらのデバイスの信頼性を維持するため、産業界は、この熱を効率よく除去するための新規の方法を見つけ出す必要がある。
【０００３】
　定義として、ヒート・シンキングは、発熱コンポーネントに冷却デバイスを取り付けることによって、空気または水のような何らかの冷却媒体に熱を移動させることを表わしている。あいにく、２つのデバイスを接合して、共通表面を介して熱を伝達する上での主たる問題の１つは、接合部に熱界面が生じるということである。この熱界面は、熱接触インピーダンスを有する。熱接触インピーダンスは、接触圧、表面仕上げ、及び、ギャップ・サイズの関数である。
【０００４】
　電子デバイスの電力密度が増すにつれて、発熱デバイスから周囲の環境への熱伝達は、デバイスの適正な動作にとってますます重要になる。多くの現行電子デバイスは、ヒート・シンク・フィンを組み込んで、フィンをわたる周囲の空気に対して熱を放散させている。これらのヒート・シンクは、さまざまな技法によって電子デバイスに熱的に接続されている。デバイスには、接触抵抗を弱めようとして、熱伝導性ペーストを利用するものもある。他のデバイスには、機械的強度と熱コンダクタンスの両立のために、２つの構成要素間にハンダを利用することが可能なものもある。しかし、これら２つの解決法は、接触抵抗が存在しなければ必要のない、追加コスト及びプロセス・ステップを必要とする。
【０００５】
　多くの現行電子モジュールには、単一基板上に複数の発熱電子デバイスが含まれている。これらのデバイスには、単一ヒート・シンクと複数のデバイスとの熱的結合を可能にする、単一の共面（共通面）を構成するような上面がない。熱ペースト及び他の熱伝導材料を利用して、発熱電子デバイスと単一ヒート・シンクとの間のギャップを充填することも可能であるが、発熱デバイス間の許容誤差が積み重なる問題によって生じる大きいギャップは、ペーストで充填できない場合が多い。熱ギャップ・パッドは、約２０〜２００ミル（ミリインチ）程度のギャップを充填することはできるが、熱伝導率が比較的低く、大量の熱を発生する高性能デバイスには利用できない可能性がある。こうした場合、複数ヒート・シンクの利用が可能であるが、これによって、コストが増大し、放熱効率が低下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
　デバイスが共面に位置することができない場合に、ヒート・シンクと複数の発熱電子デバイスが接触する構成を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
　少なくとも１つの導電性ペデスタルを含むヒート・シンクが製作される。ペデスタルは、電子デバイスの高さ及び傾斜に合わせるため、必要に応じて上げ／下げしたり、傾斜させることが可能である。ヒート・シンク内の、ペデスタルの上方には、ペデスタルとヒート・シンク・フィンとの間に生じる接触熱抵抗を低減するため、製作中に、ハンダまたは熱伝導性液体のような熱伝導材料を充填することが可能な空洞が、設けられている。また、熱ペーストまたは熱パッドのような熱伝導材料は、発生する接触熱抵抗を低減するため、発熱デバイスとペデスタルの間に利用することも可能である。
【０００８】
　本発明の他の態様及び利点については、例証のため、本発明の原理を図解した添付の図面に関連してなされる、下記の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
　図１は、本発明によるヒート・シンクの実施態様例に関する断面図である。発熱電子デバイス１００は、基板１０２に取り付けられる。熱伝導性ネジ付きペデスタル１０４が、基板１０２の反対側にある電子デバイス１００と熱的に結合されている。ヒート・シンク・ベース１０８、プレート１１２、フィン１２０、及び、薄いプレート１１０を含むヒート・シンクが、ネジ付きペデスタル１０４に取り付けられている。本発明の実施態様の中には、ヒート・シンク・ベース１０８、プレート１１２、及び、フィン１２０を個別に製作して、ヒート・シンクをなすように組立てるのではなく、全て、ヒート・シンクの一体化部品として製作することが可能なものもある点に留意されたい。本発明のいくつかの実施態様において、発熱電子デバイス１００の上面の傾斜に合わせて、ネジ付きペデスタル１０４をわずかに角度をつけてねじ込むことができるように薄いプレート１１０が構成される場合もある。図１に示すネジ山は、例示のため、サイズが誇張されているという点に留意されたい。本発明の多くの実施態様では、この図に示すものに比べて、つり合いのとれた小さいねじ山が利用されている。本発明の実施態様の中には、プレート１１２を、図２に示すヒート・シンク・ベース１０８の連続部分として形成することが可能なものもある。本発明の他の実施態様には、プレート１１２をヒート・シンクベース１０８とは別個に製作し、物理的に互いに接続して、図１に示すヒート・シンク・フィン１２０の取り付け面を形成することが可能なものもある。プレート１１２には、駆動アクセス・ホール１１４（ドライブアクセス・ホール）及びハンダ・オーバフロー・ベント１１６が含まれている。ネジ付きペデスタル１０４には、駆動ソケット１０６（ドライブソケット）が含まれている。例えば、駆動ソケット１０６はドライバーに適合する形状を有し、ネジ付きペデスタル１０４はドライバーによって回転されるように構成されてよい。この場合、駆動アクセス・ホール１１４はドライバーを通すための開口となる。
【００１０】
　図２は、本発明による３つのネジ付きペデスタルを含むヒート・シンクの実施態様例に関する断面図である。本発明の実施態様例の１つでは、単一ヒート・シンクに複数の熱伝導性ネジ付きペデスタルを利用することによって、上面が共面にない複数の発熱電子デバイスからの放熱を可能にすることができる。図２に示す本発明の実施態様例では、高さの異なる３つの発熱電気デバイスが、単一ヒート・シンク本体２２０、及び、単一組をなすヒート・シンク・フィン２４０に対して熱的に結合される。第１の高さを有する第１の発熱電子デバイス２０２は、第２の高さを有する第２の発熱電子デバイス２０８及び第３の高さを有する第３の発熱電子デバイス２１４と共に、基板２００に取り付けられている。第１、第２、及び、第３の高さは、図２の本発明の実施態様例に示すように、全て、異なるものとすることが可能である。
【００１１】
　第１のハンダ空洞２２２、第２のハンダ空洞２２８、及び、第３のハンダ空洞２３４を含む、ヒート・シンク本体２２０が製作される。第１のペデスタル２０４を収容するサイズを付与された開口部２４８を含む、第１の薄いプレート２４２が、第１のハンダ空洞２２２の下においてヒート・シンク本体２２０に取り付けられている。第２のペデスタル２１０を収容するサイズを付与された開口部２５０を含む、第２の薄いプレート２４４が、第２のハンダ空洞２２８の下においてヒート・シンク本体２２０に取り付けられている。第３のペデスタル２１６を収容するサイズを付与された開口部２５２を含む、第３の薄いプレート２４６が、第３のハンダ空洞２３４の下においてヒート・シンク本体２２０に取り付けられている。第１のハンダ・オーバフロー・ベント２２６及び第１の駆動アクセス・ホール２２４が、第１のハンダ空洞２２２の上方において、ヒート・シンク本体２２０の一部に含まれている。第２のハンダ・オーバフロー・ベント２３２及び第２の駆動アクセス・ホール２３０が、第２のハンダ空洞２２８の上方において、ヒート・シンク本体２２０の一部に含まれている。第３のハンダ・オーバフロー・ベント２３８及び第２の駆動アクセス・ホール２３６が、第３のハンダ空洞２３４の上方において、ヒート・シンク本体２２０の一部に含まれている。第１の駆動ソケット２０６を含む第１のネジ付きペデスタル２０４、第２の駆動ソケット２１２を含む第２のネジ付きペデスタル２１０、及び、第３の駆動ソケット２１８を含む第３のネジ付きペデスタル２１６が、設けられている。
【００１２】
　図２に示す本発明の実施態様例を利用する場合、３つの駆動アクセス・ホール２２４、２３０、及び、２３６を通る駆動ツール（ドライバー等のドライブツール）によって、高さの異なる３つの発熱電気デバイス２０２、２０８、及び、２１４に合わせて、３つのネジ付きペデスタル２０４、２１０、及び、２１６の高さ等が調整される。本発明の他の実施態様では、駆動ソケット及び駆動アクセス・ホールの利用を必要としないこともある。組立てられたヒート・シンクが基板上に配置される前に、ヒート・シンクにネジ付きペデスタルを既知の深さまでねじ込むこと（螺合すること）によって、駆動ソケット及び駆動アクセス・ホールの必要がなくなる。３つの発熱電気デバイス２０２、２０８、及び、２１４と３つのネジ付きペデスタル２０４、２１０、及び、２１６との間に、ハンダ・ペースト、熱グリース、または、熱パッドといった熱伝導性材料を用いることが可能である。３つのハンダ空洞２２２、２２８、及び、２３４を溶融ハンダで充填して、３つのネジ付きペデスタル２０４、２１０、及び、２１６とヒート・シンク本体２２０との間で低い抵抗を有する熱接続を構成することが可能である。３つのハンダ空洞２２２、２２８、及び、２３６の充填は、基板２００に対するヒート・シンクの機械的取り付け前または後に実施可能である。ハンダ空洞２２２、２２８、及び、２３６の充填時に、過剰なハンダが、３つのハンダ・オーバフロー・ベント２２６、２３２、及び、２３８を介して漏れ出す可能性がある。３つのハンダ・オーバフロー・ベント２２６、２３２、及び、２３８におけるハンダの存在は、３つのハンダ空洞２２２、２２８、及び、２３６が満杯であることの視覚的表示として利用することが可能である。
【００１３】
　図３は、本発明によるヒート・シンクの代替実施態様例に関する断面図である。本発明の実施態様の中には、ヒート・シンク本体３０８とヒート・シンク・フィン３２０の間にプレート３１２を取り付けることによって、ヒート・シンク本体３０８を単純化するのが望ましいものもあり得る。本発明の実施態様には、ヒート・シンク・ベース３０８、プレート３１２、及び、フィン３２０を個別に製作して、ヒート・シンクをなすように組立てるのではなく、全て、ヒート・シンクの一体化部品として製作することが可能なものもある点に留意されたい。この実施態様の場合、ハンダ・オーバフロー・ベント３１６及び駆動アクセス・ホール３１４は、ヒート・シンク本体３０８内にではなく、プレート３１２に形成することが可能である。薄いプレート３１０が、ハンダ空洞３１８の下においてヒート・シンク本体３０８の底面に取り付けられている。発熱電気デバイス３００が、基板３０２に取り付けられ、駆動ソケット３０６を含む熱伝導性ネジ付きペデスタル３０４が、薄いプレート３１０にねじ込まれている。プレート３１２の追加以外については、本発明のこの実施態様例は、図１に示すものと同様である。
【００１４】
　図４は、本発明によるヒート・シンクの実施態様例に関する平面図である。断面Ａは、図１及び図３に用いられている断面である。図２に示す本発明の実施態様と同様、ヒート・シンク本体４０８に取り付けられたヒート・シンク・フィン４００が示されている。図１及び図３に示す本発明の実施態様例の場合には、図４のヒート・シンク本体４０８は、プレートを示すことになる。ヒート・シンク本体４０８には、ハンダ・オーバフロー・ベント４０６及び駆動アクセス・ホール４０２が示されている。駆動ソケット４０４は、駆動アクセス・ホール４０２から見ることができる。
【００１５】
　図５は、本発明によるヒート・シンクを製作する方法例のフローチャートである。ステップ５００では、ハンダ空洞を含むヒート・シンク本体が設けられる。オプションのステップ５０２では、ヒート・シンク本体にヒート・シンク・フィンが取り付けられる。本発明の他の実施態様例では、ヒート・シンク・フィンは、ヒート・シンク本体の一体化部分として形成することもできるし、あるいは、全く必要としない場合もある。ステップ５０４では、ヒート・シンク本体に、ハンダ空洞内へのオーバフロー・ベントが形成される。オプションのステップ５０６では、ヒート・シンク本体に、ハンダ空洞内への駆動アクセス・ホールが形成される。ステップ５０８では、熱伝導性ペデスタルを収容するサイズが付与された開口部を含む薄いプレートが、ハンダ空洞の下においてヒート・シンク本体に機械的に取り付けられる。ステップ５１０では、熱伝導性ペデスタルが薄いプレートの開口部にねじ込まれる。ステップ５１２では、ペデスタルの底面の位置が、基板上の発熱電気デバイスの高さに一致するように調整される、つまりペデスタルの底面が基板上の発熱電気デバイスに接するように調整される。ステップ５１４では、ハンダ空洞に溶融ハンダが充填される。オプションのステップ５１６では、熱ペデスタルと電気デバイスの間に、熱ペーストのような熱伝導材料が配置される。オプションのステップ５１８では、ヒート・シンク・アセンブリが、基板に機械的に取り付けられる。本発明の実施態様によっては、ヒート・シンク本体を基板に機械的に取り付ける必要のないものもある。そうした実施態様では、本発明の範囲内において、他の技法を利用することにより、ヒート・シンクのシフトを阻止することが可能である。さらに、本発明の他の実施態様には、溶融ハンダでハンダ空洞を充填する前に、ヒート・シンク・アセンブリを基板に取り付けることが可能なものもある。
【００１６】
　図６は、本発明によるヒート・シンクの実施態様例に関する断面図である。発熱電子デバイス６００が基板６０２に取り付けられている。歯付きの熱伝導性ペデスタル６０４が、基板６０２の反対側にある電子デバイス６００と熱的に結合されている。歯付きペデスタル６０４は、螺旋状のネジ山の代わりに、ペデスタルの外周に一連の円形の鋸歯状切り込みを備えている。ヒート・シンク・ベース６０８、プレート６１２、フィン６２０、及び、薄いプレート６１０を含むヒート・シンクが、プッシュ・イン・ペデスタル６０４に取り付けられている。組立て時には、歯付きペデスタル６０４は、薄いプレート６１０の適切なサイズを付与された開口部にただ単に押し込まれるだけであり、歯付きペデスタル６０４表面の鋸歯によって、ヒート・シンクから戻されて、外れるのが阻止される。図６に示す歯は、例示のため、サイズが誇張されているという点に留意されたい。本発明の多くの実施態様では、この図に示すものと比べて、つり合いのとれた小さい歯が利用されている。薄いプレート６１０は、歯付きペデスタル６０４をぴったりとはめることができるように構成されているが、さらに、歯付きペデスタル６０４を角度をつけてプレートにはめることができるようにも構成されているので、薄いプレート６１０に対して平行ではない発熱デバイス６００に対して利用することが可能になる。本発明の実施態様の中には、図２に示すように、プレート６１２をヒート・シンク・ベース６０８の連続部分として形成することが可能なものもある。本発明の他の実施態様には、ヒート・シンク・ベース６０８とは別個にプレート６１２を製作し、互いに物理的に接続することによって、図６に示す、ヒート・シンク・フィン６２０の取り付け面を形成することが可能なものもある。プレート６１２には、駆動アクセス・ホール６１４及びハンダ・オーバフロー・ベント６１６が含まれている。プッシュ・イン・ペデスタル６０４には、駆動ソケット６０６が含まれている。
【００１７】
　本発明の以上の説明は、例証及び解説を目的として提示されたものである。本発明を余すところなく説明しようとか、あるいは、開示の形態にそっくりそのまま制限することを意図したものではなく、上記教示に鑑みて、他の修正及び変更を加えることが可能である。実施態様は、本発明の原理、及び、その実際の応用例を最も分りやすく説明することによって、他の当業者が、企図する特定の用途に合わせた、さまざまな実施態様及びさまざまな修正態様において、本発明を最も有効に利用できるように、選択され、解説されている。先行技術による制限のある場合を除いて、付属の請求項は、本発明の他の代替実施態様を含むものと解釈されるように意図されている。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
　本発明は、基板上で使用される電子部品に対するヒートシンクにおいて利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるヒート・シンクの一実施態様例に関する断面図である。
【図２】本発明による３つのネジ付きペデスタルを含むヒート・シンクの一実施態様例に関する断面図である。
【図３】本発明によるヒート・シンクの一実施態様例に関する断面図である。
【図４】本発明によるヒート・シンクの一実施態様例に関する平面図である。
【図５】本発明によるヒート・シンクを製作する方法例に関するフローチャートである。
【図６】本発明によるヒート・シンクの一実施態様例に関する断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１００　電気デバイス
１０２　基板
１０４　ペデスタル
１０６　駆動ソケット
１０８　ヒート・シンク本体
１１０　薄いプレート
１１２　プレート
１１４　駆動アクセス・ホール
１１６　オーバフロー・ベント
１１８　空洞
６０４　ペデスタル
６１０　薄いプレート
【図１】
2004072106.tif 000003
【図２】
2004072106.tif 000004
【図３】
2004072106.tif 000005
【図４】
2004072106.tif 000006
【図５】
2004072106.tif 000007
【図６】
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