(57)【要約】ガス供給部、ダクト及びヒートシンクを有した放熱システムが提供される。ガス供給部はファン、ブロワーあるいは圧縮ガス源であり、ヒートシンクとは離れて設置される。ダクトはガス供給部から第１ヒートシンクへ高速ガスを送る通路を提供する。ダクトは複数の翼板を含んでおり、ダクト内の乱流や空気流拡散を防止する。ヒートシンクはマイクロプロセッサ等の発熱性装置と熱的にカップリングされている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱システムであって、発熱性装置と熱的にカップリングできるヒートシンクと、第１端部と第２端部とを有したダクトであって、該第１端部は前記ヒートシンクから離れて位置するガス供給部にカップリングでき、該第２端部は該ヒートシンクに隣接しており、複数の翼板が前記ダクト内に提供されており、該複数の翼板は前記ダクト内の乱流と空気流拡散を減少させるようにアレンジされて構成されているダクトと、
を含んでいることを特徴とする放熱システム。
【請求項２】
ヒートシンクは軸方向ヒートシンクであることを特徴とする請求項１記載の放熱システム。
【請求項３】
ヒートシンクは折畳みフィン型ヒートシンクであることを特徴とする請求項１記載の放熱システム。
【請求項４】
ダクトはその第２端部に少なくとも１体の中間翼板をさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載の放熱システム。
【請求項５】
ダクトの第１端部にカップリングされたガス源をさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載の放熱システム。
【請求項６】
ガス源はファン、ブロワーあるいは圧縮ガス供給源であることを特徴とする請求項５記載の放熱システム。
【請求項７】
ダクトは導電材料または少なくとも部分的に導電材料でコーティングされた非導電材料を含んで成ることを特徴とする請求項１記載の放熱システム。
【請求項８】
翼板は連続的であることを特徴とする請求項１記載の放熱システム。
【請求項９】
翼板は滑らかに仕上げられていることを特徴とする請求項１記載の放熱システム。
【請求項１０】
ダクトはＥＭＩシールドを含んでいることを特徴とする請求項１記載の放熱システム。
【請求項１１】
ダクトはアースされていることを特徴とする請求項１０記載の放熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放熱システムに関し、特には集積回路とプリント回路ボードで使用する放熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置、集積回路及びマイクロ回路モジュールのサイズをそれらの性能を高めつつ減少させることが求められている。このサイズ減少と機能アップとの両方の目的を達成するには所定の領域にトランジスタ等の回路をさらに多く搭載する必要がある。この高密度化によってそれら装置、回路及びモジュール（以降まとめて“回路”）は消費電力密度が高くなる。典型的にはそのような電力は回路によって熱として消費される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
回路の小型化と相俟ってこの発熱量の増加は発熱密度増加をもたらす。この問題をさらに大きくしている要因は回路がプリント回路ボードに高密度で搭載されることである。
【０００４】
限定領域内での発熱量の増加は回路の熱によるダメージの可能性を高め、回路から効率よく放熱させる必要性が高まっている。回路の耐熱性能を高める、回路で発生する熱を放出する内蔵放熱通路を回路に含ませることができる。
【０００５】
この内蔵放熱通路技術は回路の耐熱性を高めるが、１つの問題は回路自体が発生させる熱量が回路の放熱能力をしばしば超えることである。さらに、対象回路の近辺でプリント回路ボードに搭載される他の回路コンポーネントが放熱を妨害することである。よって、放熱効率を高めるためにヒートシンクが利用される。
【０００６】
ヒートシンクは典型的にはフィンやピンが延び出るベース部を含んでいる。それらフィンあるいはピンは典型的には金属押出し成型、スタンピング加工または他の加工技術で提供される。ヒートシンクは発熱性回路から熱を奪って放散させる。この放熱を促すため、典型的にはヒートシンクに隣接してファンが設置され、熱を空気流で強制排出させる。
【０００７】
１つの問題はフィンやピン自体によって熱を伴う空気流がブロックされることである。さらに、高密度プリント回路ボード（ＰＣＢ）または多回路モジュール（ＭＣＭ）では他の回路コンポーネントや構造物が冷却ガス流をさらに妨害し、放熱の効率を低下させる。別の方法はファンをヒートシンクの上部に直接的にカップリングさせる。しかし、そのような構造はその構造物全体を許容範囲以上の高さにする。
【０００８】
そのような従来型のヒートシンクの性能は限定されており、放熱効率は不充分である。よって、従来のヒートシンクよりも効率的に放熱させ、大きなスペースを必要としない放熱装置が望まれている。さらには、電磁波妨害（ＥＭＩ）保護を提供することも望まれている。またさらに放熱装置を小型化することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の放熱システムはダクトの第１端部にカップリングされたファン、ブロワーあるいは圧縮ガス源のごときガス供給部を含んでいる。ダクトの第２端部は軸方向フィン型ヒートシンク周囲に提供される。ダクトは複数の翼板を内蔵する。それら翼板はエネルギー損失を回復させ、空気量を増加させ、装置の放熱性能を高める。翼板は空気の乱流を減少させ、空気流境界層分散現象を防止し、ヒートシンクに最大量のガス流を供給する。このアレンジで高性能ＣＰＵチップやカスタムＡＳＩＣＳ等の回路やモジュールからの放熱効率が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の放熱システム１はガス供給部１０、ダクト２０、及びヒートシンク３０を含んでいる。ヒートシンク３０はモジュール５０に搭載された装置４０にカップリングされ、熱連通している。放熱システム１はＤＩＰ、リードレスチップキャリア、リード付きチップキャリア、フラットパック、ピングリッドアレイ、その他の表面搭載パッケージや小型集積回路パッケージを含んだ集積回路パッケージにカップリングできる。
【００１１】
図１に示すガス供給部１０はダクト２０でヒートシンク３０と発熱性装置４０とにカップリングされている。従来システムとは異なり、ガス供給部１０は冷却対象装置から離れて設置される。ガス供給部１０はファン、ブロワー、圧縮ガス源等で提供される。ガス供給部１０を冷却対象装置４０から離すことで大型ガス供給部が利用でき、大量のガスを装置４０に送ることができる。１好適実施例においてはガス供給部１０は“リス檻”タイプのブロワーである。
【００１２】
ガス供給部１０をヒートシンク３０から離して設置することで構造体全体の高さを低く保つことができる。
【００１３】
本発明は従来の解決手段とは異なり、限定スペースにフィットしなければならない装置のための放熱システムを提供する。ラックにフィットするボックスの典型的なサイズは“Ｕ”として知られる（１.７５インチの高さに相当）。現在、１Ｕ、２Ｕ、３Ｕ、４Ｕボックスにフィットする冷却システムが求められている。本発明は１Ｕボックスに収容でき、２Ｕボックスあるいはそれ以上のボックスにてモジュールの上部や下部に使用できる。
【００１４】
この特定実施例ではヒートシンク３０は円形で提供されている。他の形状でも構わない。１好適実施例ではヒートシンクは複数の間隔が開けられたフィンを提供する複数の稜部と峪部を有した折畳みフィン型装置として提供される。フィンの側壁は少なくとも１つの開口部を含んでいる。開口部は望む冷却に応じた所定の様式、形状及びサイズで提供される。フィンの上側は閉じており、峪部の下側も閉じている。よって、フィン/峪部の組み合わせはプレナムとして機能する。
【００１５】
開口部はどのようなサイズや形状でも構わない。さらに、開口部が存在する場所の側壁の当初の材料を完全に取り除く必要はない。折り曲げて側壁から取り除けばよい。このアレンジで追加の冷却用材料が提供される。さらに、折り曲げられた部分は乱流を増大させ、空気流の境界層を破壊して冷却効率を高める。
【００１６】
ヒートシンク３０は熱伝導性部材をさらに含むことができる。部材の第１面は発熱性装置４０（集積回路等）と接触状態となる。よって、折り曲げられたフィンストックは部材周囲に巻き付けられ、部材と熱連通状態となる。典型的には、折り曲げられたフィンストックと部材は薄い銅またはアルミ製である。
【００１７】
理想的には、発熱性装置４０と接触する部材は発熱性装置の発熱部を可能な限りカバーする形状を有している。１実施例では部材は平坦に加工され、発熱性装置と接触状態となる熱インターフェース材料が部材の表面に提供される。従って、発熱性装置がヒートシンクを内蔵したＩＣである場合には部材はその内蔵ヒートシンクをカバーすべきである。
【００１８】
さらに、ヒートシンク３０の折畳みフイン型部材を１体型または複数体で提供することが望ましい。あるいは必要となる場合がある。ヒートシンク３０を構成する部材の特定の数は様々な要因で決定される。
【００１９】
１実施例では熱伝導性部材は円形で提供されるが、方形、三角形等の他の形状でも構わない。部材の特定形状は様々な要因で決定される。
【００２０】
図２で示すダクト２０は断面で示されている。ダクト２０は少なくとも１つの翼板６０を内蔵する。翼板６０はダクト２０内の乱流を減少させ、空気流境界層の拡散を防止し、空気流の先端速度を維持する。翼板６０はダクトを通過する空気流の非連続性を最小とする。その結果、高圧の均質なガス流がダクト６０でヒートシンク３０に提供される。翼板６０は好適には滑らかな仕上がりを有している。中間翼板７０をダクトの端部に採用することもできる。
【００２１】
図１で示すようにダクト２０はガス供給部１０にカップリングされている。ガス供給部１０から排出されるガス流はガス供給部の排出部では非均質である。従って、ダクト２０はファンとマッチさせて、大きな圧力降下を防止しなければならない。ダクト内での翼板６０の採用はガス流を安定させ、乱流を最小に抑えて速度の降下を防止するためである。ダクト２０と翼板６０はガス流を均質に提供し、利用性を最大にする。
【００２２】
ダクト２０はガス流をヒートシンクに搬送する限りどのような形状でも構わない。翼板６０はダクト内でガス流の分散を低減させるどのような形状でも構わない。ダクトの特定形状と翼板は様々な条件を考慮して決定される。
【００２３】
図示の放熱システムはプリント回路ボードに搭載された集積回路の第１面にヒートシンクが提供されている。回路の第１面とヒートシンクの第１面間にはシート状の熱伝導マトリックス材料が提供される。マトリックス材料は回路からヒートシンクへの熱の移動を助長する。
【００２４】
適用形態によってはヒートシンク/熱伝導マトリックス材料構造体を回路上に搭載させる前にプリント回路ボードに回路を搭載させることが望ましい。適用形態によっては回路の表面に熱伝導マトリックス材料をまず適用し、ヒートシンクを回路/熱伝導マトリックス構造体に搭載させ、その構造体をＰＣＢに搭載させる。
【００２５】
以上、実施例を基にして本発明を解説したが、本発明の教示内の変更は本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は本発明のヒートシンク構造の側面図である。
【図２】図２はダクトの断面図であり、翼板を示している。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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