(57)【要約】  ヒートパイプ冷却器及び水冷却器に組み込まれる、電子部品に対する熱スプレッダにおいて、熱抵抗及びファンを稼動することで発生する騒音の最適な設定値を提供する。前記熱スプレッダは、T/(√S)≧0.17の比率を有する。ここで、Tは前記熱スプレッダの厚さであり、(√S)は前記熱スプレッダの第１表面の表面積の平方根である。この前記熱スプレッダにより、熱抵抗及びファンを稼動することで発生する騒音の最適な設定値が提供される。さらに本発明は、電子システムに組み込まれた電子部品のより良い温度管理を提供するために、T/(√S)≧0.17の比率を有する前記熱スプレッダからなる前記電子システムに関する。【選択図】図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品に熱的に連結される第１表面と、
ヒートパイプ冷却器及び水冷却器からなる群から選択される熱消散機器と熱的に連結される反対側の第２表面とを備え、
厚さT及び前記第１表面の表面積の平方根(√S)の比率がT/(√S)≧0.17であることを特徴とする熱スプレッダ。
【請求項２】
（１）電子部品と熱的に連結される第１表面、及び反対側の第２表面を有する熱スプレッダと、
（２）前記熱スプレッダの前記第２表面に熱的に連結される少なくとも一つのヒートパイプと、
（３）前記ヒートパイプに固定される複数のフィンと、
（４）熱消散要素に周囲空気を供給するファンとからなり、
前記熱スプレッダの厚さT及び前記第１表面の表面積の平方根(√S)の比率がT/(√S)≧0.17であることを特徴とする電子部品用ヒートパイプ冷却器。
【請求項３】
（１）電子部品と熱的に連結される第１表面、及び反対側の第２表面を有する熱スプレッダと、
（２）前記熱スプレッダから熱を移動するために、前記熱スプレッダの前記第２表面に熱的に連結されるウォーターブロックと、
（３）送水管で前記ウォーターブロックに接続されるラジエータと、
（４）前記ラジエータに周囲空気を供給するファンと、
（５）前記ウォーターブロック及び前記ラジエータに送水管で接続され、前記ウォーターブロック及び前記ラジエータからなる冷却回路に水を循環させるポンプとからなり、
前記熱スプレッダの厚さT及び前記第１表面の表面積の平方根(√S)の比率がT/(√S)≧0.17であることを特徴とする電子部品用水冷却器。
【請求項４】
基板と、
前記基板に実装される電子部品と、
（１）前記電子部品に熱的に連結される第１表面、及び反対側の第２表面を有する熱スプレッダ、
（２）前記熱スプレッダの前記第２表面に熱的に連結される少なくとも一つのヒートパイプ、
（３）前記ヒートパイプに固定される複数のフィン、
及び（４）熱消散要素に周囲空気を供給するファンからなる
電子部品用ヒートパイプ冷却器とからなり、
前記熱スプレッダの厚さT及び前記第１表面の表面積の平方根(√S)の比率がT/(√S)≧0.17であることを特徴とする電子システム。
【請求項５】
前記基板は回路基板であることを特徴とする請求項４に記載の電子システム。
【請求項６】
前記電子部品はマイクロプロセッサ及びグラフィックスプロセッサからなる群から選択されることを特徴とする請求項４に記載の電子システム。
【請求項７】
システムはパーソナルコンピュータ及びメディアセンターからなる群から選択されることを特徴とする請求項４に記載の電子システム。
【請求項８】
基板と、
前記基板に実装される電子部品と、
（１）前記電子部品に熱的に連結される第１表面、及び反対側の第２表面を有する熱スプレッダ、
（２）前記熱スプレッダから熱を移動するために熱スプレッダの前記第２表面に熱的に連結されたウォーターブロック、
（３）送水管でウォーターブロックに接続されたラジエータ、
（４）前記ラジエータに周囲空気を供給するファン、
及び（５）前記ウォーターブロック及び前記ラジエータに送水管で接続され、前記ウォーターブロック及び前記ラジエータからなる冷却回路に水を循環させるポンプからなる
電子部品用水冷却器とからなり、
前記熱スプレッダの厚さT及び前記第１表面の表面積の平方根(√S)の比率がT/(√S)≧0.17であることを特徴とする電子システム。
【請求項９】
前記基板は回路基板であることを特徴とする請求項８に記載の電子システム。
【請求項１０】
前記電子部品はマイクロプロセッサ及びグラフィックスプロセッサからなる群から選択されることを特徴とする請求項８に記載の電子システム。
【請求項１１】
システムはパーソナルコンピュータ及びメディアセンターからなる群から選択されることを特徴とする請求項８に記載の電子システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器内の電子部品から熱を消散するための冷却要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常稼働の間、電子機器は熱を発生する。電子機器内に、電子部品を所定の運転温度の範囲内に保持する冷却システムを備えることは周知である。電子部品を冷却するために、ヒートパイプ冷却器及び水冷却器を含む異なるタイプの冷却システムが使用される。熱源から周囲空気に熱を移動するために、ヒートパイプ及び水冷却器の上端に、アクティブなファンがよく取り付けられる。ヒートパイプ及び水冷却器の全体の熱抵抗は、冷却器のデザイン及びファンによって生み出される空気の流れの両方によって決まる。
【０００３】
ある冷却システムは、マイクロプロセッサから例えばヒートパイプや水冷却器などの熱を消散させる要素に熱を広める熱伝導性の基盤や熱スプレッダからなり、熱を消散させる要素は気流に熱を消散させる。本発明者らは、熱スプレッダを介して最適な熱の移動を提供し、それゆえにヒートパイプ冷却器及び水冷却器の熱抵抗を最小限にする、熱スプレッダの最適なアスペクト比があることを見出した。
【０００４】
この比率はT/(√S)≧0.17であり、ここでTは前記熱スプレッダの厚さ、(√S)は前記熱スプレッダの表面の表面積の平方根である。この最適な比率であるT/(√S)≧0.17の熱スプレッダは、当該技術分野において周知ではなく、これまでヒートパイプ冷却器及び水冷却器の熱抵抗を減少させるために使われたことは一度もない。
【０００５】
T/(√S)≧0.17の比率を有する熱スプレッダの使用により冷却器の熱抵抗を最小限に抑えることで、ファンを稼働させることにより発生される空気の流れを減少させ、それにもかかわらず、電子部品を所定の運転温度の範囲内に保持することができる。したがって、ファンの回転速度を減らすことができ、それゆえにファンの稼働により発生する騒音を減らすことができる。なぜなら、ファンの稼働による騒音はファンの回転速度に比例するからである。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】ある実施形態に係る本発明の熱スプレッダの透視図である。
【図２Ａ】ある実施形態に係る本発明のヒートパイプ冷却器の透視図である。
【図２Ｂ】ある実施形態に係る本発明のヒートパイプ冷却器の断面図である。
【図３Ａ】ある実施形態に係る本発明の水冷却器の透視図である。
【図３Ｂ】ある実施形態に係る本発明の水冷却器の断面図である。
【図３Ｃ】ある実施形態に係る本発明の水冷却器の断面図である。
【図４】図２のヒートパイプ冷却器を組み込んだ、ある実施形態に係る電子システムの側面の概略図である。
【図５】図３の水冷却器を組み込んだ、ある実施形態に係る電子システムの側面の概略図である。
【図６】熱抵抗及び騒音レベルの熱スプレッダの比率T/(√S)への依存の測定で使用したヒートパイプ冷却器の透視図である。
【図７】ある実施形態に係る熱スプレッダの比率T/(√S)に対する、ファンを稼働したときの図６のヒートパイプ冷却器の熱抵抗の変化のグラフである。
【図８】ある実施形態に係る熱スプレッダの比率T/(√S)に対する、図６のヒートパイプ冷却器のファンを稼働することで発生する騒音の変化のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明は、電子部品に熱的に連結される第１表面と、ヒートパイプ冷却器及び水冷却器からなる群から選択される熱消散機器に熱的に連結される反対側の第２表面とを有し、比率がT/(√S)≧0.17である熱スプレッダを提供する。ここで、Tは前記熱スプレッダの厚さ、(√S)は前記熱スプレッダの第１表面の表面積の平方根である。
【０００８】
ある実施形態では、本発明の熱スプレッダは、例えば銅、銀、アルミニウム、それらの合金、及びグラファイトなどの熱伝導性の材料から製造されるが、これらの材料に限定されるものではない。
【０００９】
図１は、ある実施形態に係る本発明の熱スプレッダの透視図である。熱スプレッダ１の実施形態は、熱スプレッダ１ａ、１ｂ及び１ｃを含むが、これらに限定されるものではない。このような熱スプレッダはすべて、第１表面及び反対側の第２表面を有し、比率はT/(√S)≧0.17である。ここで、Tは前記熱スプレッダの厚さであり、(√S)は前記熱スプレッダの第１表面の表面積の平方根である。熱スプレッダ１ａ及び１ｂにおいて、長方形の第１表面の表面積は、S=L・Wの方程式で算出される。ここで、Lはスプレッダの長さであり、Wはスプレッダの幅である。熱スプレッダ１ｃにおいて、円形の第１表面の表面積は、S=πD2/4の方程式で算出される。ここで、Dは熱スプレッダの直径である。
【００１０】
さらに、本発明は、電子部品に、（１)電子部品に熱的に連結される第１表面、及び反対側の第２表面を有する熱スプレッダと、（２）前記熱スプレッダの前記第２表面に熱的に連結される少なくとも一つのヒートパイプと、（３）前記ヒートパイプに固定される複数のフィンと、（４）熱消散要素に周囲空気を供給するファンとからなり、比率はT/(√S)≧0.17であるヒートパイプ冷却器を提供する。ここで、Tは前記熱スプレッダの厚さであり、(√S)は前記熱スプレッダの第１表面の表面積の平方根である。
【００１１】
図２Ａはある実施形態に係る本発明のヒートパイプ冷却器の透視図であり、図２Ｂはその断面図である。冷却器２は、T/(√S)≧0.17の比率を有する熱スプレッダ１からなる。ここで、Tは前記熱スプレッダの厚さであり、(√S)は前記熱スプレッダの第１表面の表面積の平方根である。冷却２はまた、熱スプレッダ１に熱的に連結される複数のヒートパイプ３、前記ヒートパイプに取り付けられる複数のフィン４、及びフィン４に周囲空気を供給するファン５からなる。ヒートパイプ冷却器２は、取り付けフレーム７に取り付けられる電子部品６に熱的に連結される。ねじ８は電子部品６にヒートシンク１を固定する。
【００１２】
さらに、本発明は、電子部品に、（１）電子部品に熱的に連結される第１表面、及び反対側の第２表面を有する熱スプレッダと、（２）前記熱スプレッダから熱を移動するために熱スプレッダの前記第２表面に熱的に連結されるウォーターブロックと、（３）送水管でウォーターブロックに接続されるラジエータと、（４）ラジエータに周囲空気を供給するファンと、（５）ウォーターブロック及びラジエータに送水管で接続され、ウォーターブロック及びラジエータからなる冷却回路に水を循環させるポンプとからなり、比率はT/(√S)≧0.17である水冷却器を提供する。ここで、Tは前記熱スプレッダの厚さであり、(√S)は前記熱スプレッダの第１表面の表面積の平方根である。
【００１３】
図３Ａは、ある実施形態に係る本発明の水冷却器の透視図である。水冷却器13は、取り付けフレーム24に取り付けられる電子部品10に熱的に連結される熱スプレッダ１、熱スプレッダ１から熱を移動するために熱スプレッダに熱的に連結されるウォーターブロック９、水ポンプ11、及びラジエータ12を含む。ウォーターブロック９は排水口14及び注水口15を有する。パイプ16は注水口15と水ポンプ11の排水口17との間に接続される。別のパイプ23は排水口14とラジエータ12の注水口18との間に接続される。ラジエータ12は多数のフィン19からなる。パイプ20は冷却器12の排水口21と水ポンプ11の注水口22との間に接続される。このようにして、水冷却器13の冷却回路は構築される。適用場面において、冷水は水ポンプ11からウォーターブロック９に供給される。熱交換後、水は、熱スプレッダ１を介して電子部品10によって温められ、温水となる。ラジエータ12に流れ込む温水は冷却される。その結果、冷水が水ポンプ11に流れ戻り、水の循環が供給される。図３Ｂ及び３Ｃは、ある実施形態に係るウォーターブロック９の断面図である。電子部品10から発生した熱は、T/(√S)≧0.17の比率を有する熱スプレッダ１を通って、ウォーターブロック９の水に伝導される。ここで、Tは前記熱スプレッダの厚さであり、(√S)は前記熱スプレッダの第１表面の表面積の平方根である。冷水は注水口15に流れ込み、さらに排水口14を通って流れる。このようにして、水は、電子部品10の熱を奪い、電子部品10によって温められる。
【００１４】
さらに、本発明は、基板と、基板に実装される電子部品と、（１）電子部品に熱的に連結される第１表面、及び反対側の第２表面を有する熱スプレッダ、（２）前記熱スプレッダの前記第２表面に熱的に連結される少なくとも一つのヒートパイプ、（３）前記ヒートパイプに固定される複数のフィン、及び（４）熱消散要素に周囲空気を供給するファンからなる電子部品用ヒートパイプ冷却器とからなり、比率はT/(√S)≧0.17である電子システムを提供する。ここで、Tは前記熱スプレッダの厚さであり、(√S)は前記熱スプレッダの第１表面の表面積の平方根である。好ましくは、基板は回路基板である。好ましくは、電子部品はマイクロプロセッサ及びグラフィックスプロセッサからなる群から選択される。好ましくは、システムはパーソナルコンピュータ及びメディアセンターからなる群から選択される。
【００１５】
図４は、図２のヒートパイプ冷却器を組み込んだ、ある実施形態に係る電子システムの側面の概略図である。電子システム25は、基板26、基板に実装される電子部品27、及び電子部品に熱的に連結され、T/(√S)≧0.17の比率を有する熱スプレッダ１からなるヒートパイプ冷却器28を含む。ここで、Tは前記熱スプレッダの厚さであり、(√S)は前記熱スプレッダの第１表面の表面積の平方根である。
【００１６】
さらに、本発明は、基板と、基板に実装される電子部品と、（１）電子部品に熱的に連結される第１表面、及び反対側の第２表面を有する熱スプレッダ、（２）前記熱スプレッダから熱を移動するために熱スプレッダの前記第２表面に熱的に連結されるウォーターブロック、（３）送水管でウォーターブロックに接続されるラジエータ、（４）ラジエータに周囲空気を供給するファン、及び（５）ウォーターブロック及びラジエータに送水管で接続され、ウォーターブロック及びラジエータからなる冷却回路に水を循環させるポンプからなる電子部品用水冷却器とからなり、比率はT/(√S)≧0.17である電子システムを提供する。ここで、Tは前記熱スプレッダの厚さであり、(√S)は前記熱スプレッダの第１表面の表面積の平方根である。
【００１７】
図５は、図３の水冷却器を組み込んだ、ある実施形態に係る電子システムの側面の概略図である。電子システム29は、基板30、基板30に実装される電子部品31、及び電子部品に熱的に連結され、T/(√S)≧0.17の比率を有する熱スプレッダ１からなる水冷却器32を含む。ここで、Tは前記熱スプレッダの厚さであり、(√S)は前記熱スプレッダの第１表面の表面積の平方根である。
【００１８】
ある実施形態では、電子システム25, 29は、パーソナルコンピュータ及びメディアセンターからなる群から選択される。
【００１９】
ある実施形態では、電子部品は従来型のIC（integrated circuit：集積回路）パッケージであることができる。例えば、電子部品は、以下の電子部品に限定されるものではないが、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、CISC（complex instruction set computing：複合命令セットコンピューティング）、RISC（reduced instruction set computing：縮小命令セットコンピューティング）、VLIW（very long instruction word：超長命令語）、DSP（digital signal processor：デジタルシグナルプロセッサ）、または他の任意の種類のプロセッサや処理回路を含む、例えば任意の種類のコンピュータ回路などのプロセッサであることができる。
【００２０】
電子システム25, 29は、図示されていない他の多数の部品もまた含むことができる。これらの部品は、以下の部品に限定されるものではないが、チップセット及び／または電子部品に機能的に連結されることができる通信回路、デジタルスイッチング回路、RF（radio frequency：ラジオ周波数）回路、メモリ回路、カスタム回路、ASIC（application-specific integrated circuit：特定用途向け集積回路）、アンプ、一つ以上のメモリ要素の形式の外部メモリ、RAM（random access memory：ランダムアクセスメモリ）及び／またはROM（read only memory：読み出し専用メモリ）、一つ以上のハードドライブ及び／または例えばフロッピーディスク、CD（compact disk）、DVD(digital video disk)などの取り外し可能なメディアを処理する一つ以上のドライブなどを含み、これらの部品はすべて、電子部品に機能的に連結されることができる。
【００２１】
さらに他の部品（図示されない）は、例えばディスプレイ装置、一つ以上のスピーカー、及びキーボード、及び／またはコントローラなどの電子システム25, 29に含まれることができる。コントローラは、マウスと、トラックボールと、ゲームコントローラと、音声認識装置や使用者が電子システムに情報を入力し、かつ／または電子システムから情報を受け取ることを可能にする任意の他の装置とを含むことができる。これらの各装置も電子部品に機能的に連結されることができる。
【００２２】
システム25, 29は、必ずしもパーソナルコンピュータである必要はなく、代わりにサーバコンピュータやゲーム機器であってもよいと理解されるはずである。
【００２３】
T/(√S)≧0.17の比率を有する熱スプレッダを使用することにより、ヒートパイプ及び水冷却器の熱抵抗を減少させることができる。T/(√S)≧0.17の比率を有する熱スプレッダを使用することにより本発明の冷却器の熱抵抗を最小限に抑えることで、ファンを稼働することにより発生される空気の流れを減少させることができ、それにもかかわらず電子部品を所定の運転温度の範囲内に保持することができる。したがって、ファンの回転速度を減少させることができ、それゆえにファンの稼働により発生する騒音を減少させることができる。なぜなら、ファンの稼働による騒音はファンの回転速度に比例するからである。
【００２４】
図６は、熱抵抗及び騒音レベルの熱スプレッダの比率T/(√S)への依存の測定で使用したヒートパイプ冷却器の透視図である。冷却器33は、熱スプレッダ１、熱スプレッダ１に熱的に連結された２本のヒートパイプ34、及びフィン35に周囲空気を供給するファン36からなる。冷却器33は、取り付けフレーム37に取り付けられた熱源に熱的に連結される。
【００２５】
図７は、ある実施形態に係る熱スプレッダの比率T/(√S)に対する、ファンを稼働したときの図６のヒートパイプ冷却器の熱抵抗の変化のグラフである。ヒートパイプ冷却器の熱抵抗は、高さを可変とし、長さ及び幅を一定とした熱スプレッダ１に対して、その他は同じ条件で測定された。T/(√S)≧0.17の比率のとき、望ましい低い熱抵抗値が達成されることが分かる。したがって、ヒートパイプ冷却器の熱抵抗は、最適な比率T/(√S)の熱スプレッダを用いて最小化される。
【００２６】
図８は、ある実施形態に係る熱スプレッダの比率T/(√S)に対する、図６のヒートパイプ冷却器のファンを稼働することで発生する騒音の変化のグラフである。ファンを稼働することで引き起こされる騒音は、一定の0.6℃/wattの熱抵抗の下で測定された。騒音値は、稼働しているファン36の回転速度で調節された。高さを可変とし、長さ及び幅を一定とした熱スプレッダ１が使用された。T/(√S)≧0.17の比率のとき、望ましい低い騒音値が達成されることが分かる。したがって、稼働しているヒートパイプ冷却器の騒音は、最適な比率T/(√S)の熱スプレッダを用いて最小化され得る。
【００２７】
ここに説明されたいくつかの実施形態は、単に説明する目的のためのものであり、決して発明の範囲を限定するよう意図されたものではない。ここに説明された様々な特徴はすべて同時に使用される必要はなく、それらの特徴のうちの一つもしくはそれ以上が一つの実施形態に組み込まれることができる。したがって、当業者は、この記述から、他の実施形態が様々な変更及び交代で実施されることができると分かるだろう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
2010539701.tif 000009
【図５】
2010539701.tif 000010
【図６】
2010539701.tif 000011
【図７】
2010539701.tif 000012
【図８】
2010539701.tif 000013
【国際調査報告】
2010539701.tif 000014
2010539701.tif 000015
2010539701.tif 000016