(57)【要約】電子モジュール（２０）は、冷却基板（２１ａ）と、冷却基板に設置された電子装置（２２）と、冷却基板（２１ａ）に隣接する熱槽（２３）とを有する。より詳細には、冷却基板（２１ａ）はまた、電子装置（２２）に隣接する蒸発器チャンバー（２５）と、熱槽（２３）に隣接する少なくとも一つのコンデンサチャンバー（２６）と、及び少なくとも一つのコンデンサチャンバー（２６）と流体が通じている蒸発器チャンバー（２５）に結合している少なくとも一つの冷却流体通路（２７）とを含む。さらに、蒸発器の熱移動本体（２８）は、蒸発器チャンバー（２５）と電子装置（２２）との間に熱の移動で接続されてよい。加えて、少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体（３６）は、少なくとも一つのコンデンサチャンバー（２６）と熱槽（２３）との間で熱の移動で接続されてよい。蒸発器の熱移動本体（２８）と、少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体（３６）は、好ましくは、隣接する冷却基板部分よりも高い熱伝導性をそれぞれの本体において有する。
2004523920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却基板及び該冷却基板に設置された電子装置と、
前記冷却基板に隣接する熱槽と、
前記冷却基板は、前記電子装置に隣接する蒸発器チャンバーと、前記熱槽に隣接する少なくとも一つのコンデンサチャンバーと、及び前記少なくとも一つのコンデンサチャンバーと流体が通じている前記蒸発器チャンバーに結合している少なくとも一つの冷却流体通路とを有することを特徴とし、
前記蒸発器チャンバーと前記電子装置との間に熱の移動で接続されている蒸発器の熱移動本体と、並びに
前記少なくとも一つのコンデンサチャンバーと前記熱槽との間で熱の移動で接続されている少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体とを備えてなる電子モジュールであって、
前記蒸発器の熱移動本体と、前記少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、それぞれ、隣接する冷却基板部分よりも高い熱伝導性を有することを特徴とする電子モジュール。
【請求項２】
前記蒸発器の熱移動本体と、前記少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体及び前記少なくとも一つの冷却流体通路は、前記電子モジュールの操作中においてポンプを使用せずに流体の流れを引き起こすことを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
【請求項３】
前記蒸発器の熱移動本体は、毛細管作用により冷却流体の流れを容易にするために、前記蒸発器チャンバー内に露出された燈心部分を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
【請求項４】
前記燈心部分は複数の突出を含むことを特徴とする請求項３に記載の電子モジュール。
【請求項５】
前記複数の突出は一般的に長方形のパターンで配置されることを特徴とする請求項４に記載の電子モジュール。
【請求項６】
前記蒸発器の熱移動本体は、冷却基板部に隣接して密封を容易にするために、前記燈心部分を保持する台板をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の電子モジュール。
【請求項７】
前記少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、毛細管作用によって冷却流体の流れを容易にするために、前記少なくとも一つのコンデンサチャンバー内で露出された少なくとも一つの燈心部分を含むことを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
【請求項８】
前記少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、冷却流体の貯蔵所を確定する前記少なくとも一つの燈心部分に隣接する貯蔵所部分を含むことを特徴とする請求項７に記載の電子モジュール。
【請求項９】
前記少なくとも一つの燈心部分は、少なくとも一つの土台と、前記土台から外側に向かって延在する複数の突出を含むことを特徴とする請求項７に記載の電子モジュール。
【請求項１０】
前記複数の突出は、実質的に直角で配位された、２つの一般的な長方形のグループで配置されることを特徴とする請求項９に記載の電子モジュール。
【請求項１１】
前記突出の各々は、幅が狭まった先端部分を含むことを特徴とする請求項９に記載の電子モジュール。
【請求項１２】
前記少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、冷却基板部分に隣接して密封を容易にするために、前記少なくとも一つの燈心部分を保持する台板をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の電子モジュール。
【請求項１３】
前記冷却基板は、毛細管作用によって冷却流体の流れを容易にするために、前記少なくとも一つの冷却流体通路内に向かって延在する突出をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
【請求項１４】
前記冷却基板は、毛細管作用によって冷却流体の流れを容易にするために、前記蒸発器チャンバーと前記少なくとも一つのコンデンサチャンバー内に向かって延在する突出をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
【請求項１５】
前記蒸発器の熱移動本体及び前記少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体の各々は、金属を含み、前記冷却基板はセラミックを含むことを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
【請求項１６】
前記蒸発器の熱移動本体と前記少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、冷却流体の腐食に耐性であることを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。
【請求項１７】
冷却基板及び該冷却基板に設置された電子装置と、
前記冷却基板に隣接する熱槽と、
前記冷却基板は、前記電子装置に隣接する蒸発器チャンバーと、前記熱槽に隣接する少なくとも一つのコンデンサチャンバーと、及び前記少なくとも一つのコンデンサチャンバーと流体が通じている前記蒸発器チャンバーに結合している少なくとも一つの冷却流体通路とを有することを特徴とし、
前記蒸発器チャンバーと前記電子装置との間に熱の移動で接続されている蒸発器の熱移動本体と、
前記蒸発器の熱移動本体は、隣接する冷却基板部分よりも高い熱伝導性を有することを特徴とする電子モジュール。
【請求項１８】
前記蒸発器の熱移動本体は、毛細管作用により冷却流体の流れを容易にするために、前記蒸発器チャンバー内に露出された燈心部分を含むことを特徴とする請求項１７に記載の電子モジュール。
【請求項１９】
前記燈心部分は複数の突出を含むことを特徴とする請求項１８に記載の電子モジュール。
【請求項２０】
前記複数の突出は一般的に長方形のパターンで配置されることを特徴とする請求項１９に記載の電子モジュール。
【請求項２１】
前記蒸発器の熱移動本体は、冷却基板部に隣接して密封を容易にするために、前記燈心部分を保持する台板をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の電子モジュール。
【請求項２２】
前記蒸発器の熱移動本体は金属を含み、前記冷却基板はセラミックを含むことを特徴とする請求項１７に記載の電子モジュール。
【請求項２３】
冷却基板及び該冷却基板に設置された電子装置と、
前記冷却基板に隣接する熱槽と、
前記冷却基板は、前記電子装置に隣接する蒸発器チャンバーと、前記熱槽に隣接する少なくとも一つのコンデンサチャンバーと、及び前記少なくとも一つのコンデンサチャンバーと流体が通じている前記蒸発器チャンバーに結合している少なくとも一つの冷却流体通路とを有することを特徴とし、
前記少なくとも一つのコンデンサチャンバーと前記熱槽との間で熱の移動で接続されている少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体とを備えてなる電子モジュールであって、
前記少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、隣接する冷却基板部分よりも高い熱伝導性を有することを特徴とする電子モジュール。
【請求項２４】
前記少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、毛細管作用によって冷却流体の流れを容易にするために、前記少なくとも一つのコンデンサチャンバー内で露出された少なくとも一つの燈心部分を含むことを特徴とする請求項２３に記載の電子モジュール。
【請求項２５】
前記少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、冷却流体の貯蔵所を確定する前記少なくとも一つの燈心部分に隣接する貯蔵所部分を含むことを特徴とする請求項２４に記載の電子モジュール。
【請求項２６】
前記少なくとも一つの燈心部分は、少なくとも一つの土台と、前記土台から外側に向かって延在する複数の突出を含むことを特徴とする請求項２４に記載の電子モジュール。
【請求項２７】
前記複数の突出は、実質的に直角で配位された、２つの一般的な長方形のグループで配置されることを特徴とする請求項２６に記載の電子モジュール。
【請求項２８】
前記突出の各々は、幅が狭まった先端部分を含むことを特徴とする請求項２６に記載の電子モジュール。
【請求項２９】
前記少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、冷却基板部分に隣接して密封を容易にするために、前記少なくとも一つの燈心部分を保持する台板をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の電子モジュール。
【請求項３０】
前記少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は金属を含み、前記冷却基板はセラミックを含むことを特徴とする請求項２３に記載の電子モジュール。
【請求項３１】
冷却基板及び該冷却基板に設置された電子装置と、
前記冷却基板に隣接する熱槽と、
前記冷却基板は、前記電子装置に隣接する蒸発器チャンバーと、前記熱槽に隣接する少なくとも一つのコンデンサチャンバーと、及び前記少なくとも一つのコンデンサチャンバーと流体が通じている前記蒸発器チャンバーに結合している少なくとも一つの冷却流体通路とを有することを特徴とし、
前記蒸発器チャンバーと前記電子装置との間に熱の移動で接続されている蒸発器の熱移動本体と、
前記蒸発器の熱移動本体は、約１００Ｗａｔｔｓ／ｍｅｔｅｒ−ｄｅｇｒｅｅ  Ｃｅｌｓｉｕｓよりも高い熱伝導性を有することを特徴とする電子モジュール。
【請求項３２】
前記蒸発器の熱移動本体は、毛細管作用により冷却流体の流れを容易にするために、前記蒸発器チャンバー内に露出された燈心部分を含むことを特徴とする請求項３１に記載の電子モジュール。
【請求項３３】
前記蒸発器の熱移動本体は、冷却基板部に隣接して密封を容易にするために、前記燈心部分を保持する台板をさらに含むことを特徴とする請求項３２に記載の電子モジュール。
【請求項３４】
冷却基板及び該冷却基板に設置された電子装置と、
前記冷却基板に隣接する熱槽と、
前記冷却基板は、前記電子装置に隣接する蒸発器チャンバーと、前記熱槽に隣接する少なくとも一つのコンデンサチャンバーと、及び前記少なくとも一つのコンデンサチャンバーと流体が通じている前記蒸発器チャンバーに結合している少なくとも一つの冷却流体通路とを有することを特徴とし、
前記少なくとも一つのコンデンサチャンバーと前記熱槽との間で熱の移動で接続されている少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体とを備えてなる電子モジュールであって、
前記少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、約１００Ｗａｔｔｓ／ｍｅｔｅｒ−ｄｅｇｒｅｅ  Ｃｅｌｓｉｕｓよりも高い熱伝導性を有することを特徴とする電子モジュール。
【請求項３５】
前記少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、毛細管作用によって冷却流体の流れを容易にするために、前記少なくとも一つのコンデンサチャンバー内で露出された少なくとも一つの燈心部分を含むことを特徴とする請求項３４に記載の電子モジュール。
【請求項３６】
前記少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、冷却基板部分に隣接して密封を容易にするために、前記少なくとも一つの燈心部分を保持する台板をさらに含むことを特徴とする請求項３５に記載の電子モジュール。
【請求項３７】
電子モジュールの製造方法であって、該方法は、
蒸発器チャンバーと、少なくとも一つのコンデンサチャンバー及び前記少なくとも一つのコンデンサチャンバーと流体が通じている前記蒸発器チャンバーに接続する少なくとも一つの冷却流体通路とを有する冷却基板を形成する段階と、
電子装置に隣接する前記冷却基板に前記電子装置を設置する段階と、
前記蒸発器チャンバーと前記電子装置との間に熱の移動で隣接する冷却基板部分よりも高い熱伝導性を有する蒸発器の熱移動本体を接続する段階と、並びに
前記少なくとも一つのコンデンサチャンバーに隣接する前記冷却基板に熱槽を接続する段階とを有することを特徴とする方法。
【請求項３８】
前記蒸発器の熱移動本体は、毛細管作用により冷却流体の流れを容易にするために、前記蒸発器チャンバー内に露出された燈心部分を含むことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記燈心部分は複数の突出を含むことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記複数の突出は一般的に長方形のパターンで配置されることを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記蒸発器の熱移動本体は、冷却基板部に隣接して密封を容易にするために、前記燈心部分を保持する台板をさらに含むことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
前記蒸発器の熱移動本体は金属を含み、前記冷却基板はセラミックを含むことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４３】
電子モジュールの製造方法であって、該方法は、
蒸発器チャンバーと、少なくとも一つのコンデンサチャンバー及び前記少なくとも一つのコンデンサチャンバーと流体が通じている前記蒸発器チャンバーに接続する少なくとも一つの冷却流体通路とを有する冷却基板を形成する段階と、
電子装置に隣接する前記冷却基板に前記電子装置を設置する段階と、
前記少なくとも一つのコンデンサチャンバー間に熱の移動で隣接する冷却基板部分よりも高い熱伝導性を有する少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体を接続する段階と、並びに
前記少なくとも一つのコンデンサチャンバーに隣接する前記冷却基板に熱槽を接続する段階とを有することを特徴とする方法。
【請求項４４】
前記少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、毛細管作用によって冷却流体の流れを容易にするために、前記少なくとも一つのコンデンサチャンバー内で露出された少なくとも一つの燈心部分を含むことを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、冷却流体の貯蔵所を確定する前記少なくとも一つの燈心部分に隣接する貯蔵所部分を含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記少なくとも一つの燈心部分は、少なくとも一つの土台と、前記土台から外側に向かって延在する複数の突出を含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記複数の突出は、実質的に直角で配位された、２つの一般的な長方形のグループで配置されることを特徴とする請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記突出の各々は、幅が狭まった先端部分を含むことを特徴とする請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、冷却基板部分に隣接して密封を容易にするための前記少なくとも一つの燈心部分を保持する台板をさらに含むことを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項５０】
前記少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は金属を含み、前記冷却基板はセラミックを含むことを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子モジュールの分野に関し、より詳細には、一つ以上の電子装置を冷却するための基板を含む電子モジュール及び関連する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子装置は、多くのタイプの電子機器で幅広く使用される。一つの電子装置は、シリコン又は砒化ガリウム基板と、基板の上面で形成されるトランジスタなどの多くの活性装置を含んでよい集積回路である。一般的には、保護を提供し外部の電気的な接続を許容するパッケージ内の一つ以上のかかる集積回路を支持するようにさらに必要とされる。
【０００３】
典型的な集積回路の活性装置の密度が増大するにつれて、生成された熱の消費はますますより重要になった。特に、比較的多量の熱は、例えば、マルチチップモジュール（ＭＣＭｓ）、マイクロ波発信機、及び光子装置で生成される。
【０００４】
電子回路モジュールを含む、長距離にわたって高熱移動を提供するために様々な適用において使用される一つの装置は、「ヒートパイプ」と呼ばれる。ヒートパイプは、蒸発器、コンデンサ、液体及び蒸気移動のために、蒸発器とコンデンサに接続する断熱領域、並びにそこで冷却流体が循環するためのキャピラリ又は燈心を含む、密封したシステムである。ヒートパイプは、ある実施例において空間の節約を提供するかもしれない、機械ポンプ、コンプレッサー又は電子制御を必要とせずに、ヒートパイプが熱を移動することができる際に装置を制御する熱の他の形態に対して利点を有する。
【０００５】
ヒートパイプを使用するＭＣＭの例は、デビッドソン等の名称が「Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｈｅａｔ  Ｐｉｐｅ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍｏｄｕｌｅ  Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ」の米国特許第５，２１６，５８０号明細書に開示されている。かかるＭＣＭは、ＭＣＭの一方の側に設置された電子回路構成部分と、もう一方の側に設置された熱の燈心を含む。ヒートパイプ蒸発器とコンデンサセンブリは、ＭＣＭと燈心アセンブリに取り付けられる。さらに、適切な作動流体は、その後、気密して密封される、ヒートパイプアセンブリに導入される。
【０００６】
当然のこととして、冷却装置は、一般に、冷却するためにそれらが意図する電子装置と同じサイズの規模である必要がある。当然、ヒートパイプに関連した利点は、スケール化の制限に従う。すなわち、従来の回路類の近隣に備えた高出力装置を置くパッケージング密度を常に増加させることは、大量の熱がポンプを有しない従来のヒートパイプアセンブリーを使用して可能であることよりも迅速に移動されることを必要とするかもしれない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、上に記載の問題に鑑み、本発明の目的は、電子モジュールを提供し、比較的小型で一つ以上の電子装置の適切な冷却を提供する関連した方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明と一致する上記及び他の目的、特質並びに利点は、冷却基板と、冷却基板に設置された電子装置と、冷却基板に隣接する熱槽とを有する電子モジュールによって提供される。冷却基板はまた、電子装置に隣接する蒸発器チャンバーと、熱槽に隣接する少なくとも一つのコンデンサチャンバーと、及び少なくとも一つのコンデンサチャンバーと流体が通じている蒸発器チャンバーに結合している少なくとも一つの冷却流体通路とを含む。
【０００９】
より詳細には、電子モジュールは、蒸発器チャンバーと電子装置との間に熱の移動で接続されている蒸発器の熱移動本体を含む。加えて、少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体はまた、少なくとも一つのコンデンサチャンバーと熱槽との間で熱の移動で接続されている。蒸発器の熱移動本体と、少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、好ましくは、隣接する冷却基板部分よりも高い熱伝導性を有する。
【００１０】
例えば、蒸発器の熱移動本体と、少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体における熱伝導性は、約１００Ｗａｔｔｓ／ｍｅｔｅｒ−ｄｅｇｒｅｅ  Ｃｅｌｓｉｕｓよりも大きくてよい。このように、蒸発器の熱移動本体と、少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体と、及び少なくとも一つの冷却流体通路は、電子モジュールの操作中においてポンプを使用せずに流体の流れを引き起こす。
【００１１】
蒸発器の熱移動本体は、毛細管作用により冷却流体の流れを容易にするための蒸発器チャンバー内に露出された燈心部分を含む。さらに、燈心部分は複数の突出を含んでよく、さらに、かかる突出は一般的に長方形のパターンで配置されてよい。加えて、蒸発器の熱移動本体は、冷却基板部に隣接の密封を容易にするために、燈心部分を有する台板を含む。流体の燈心部分は、プール沸騰（ｐｏｏｌ  ｂｏｉｌｉｎｇ）の作用を弱めて、電子装置の上の出力密度限界を拡張するかもしれない。
【００１２】
さらに、少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、毛細管作用によって冷却流体の流れを容易にするために少なくとも一つのコンデンサチャンバー内で露出された少なくとも一つの燈心部分を含んでよい。少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、冷却流体の貯蔵所を確定する少なくとも一つの燈心部分に隣接する貯蔵所部分を含んでよい。さらに、少なくとも一つの燈心部分は、少なくとも一つの土台と、土台から外側に向かって延在する複数の突出を含んでよい。
【００１３】
少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体における複数の突出は、実質的に直角で配位された、２つの一般的な長方形のグループで配置されてよい。加えて、各突出は、幅が狭まった先端部分を含んでよい。少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、さらに、冷却基板部分に隣接して密封を容易にするために、少なくとも一つの燈心部分を有する台板を含んでよい。したがって、少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、実質上妨げられていない凝結を提供するために、本体の凝縮表面からの凝縮物の撤去を促進する。
【００１４】
加えて、冷却基板は、さらに、毛細管作用によって冷却流体の流れを容易にするために、少なくとも一つの冷却流体通路内に向かって延在する突出を含んでよい。同様にして、冷却基板は、毛細管作用によって冷却流体の流れを容易にするために、蒸発器チャンバーと少なくとも一つのコンデンサチャンバー内に向かって延在する突出を含んでよい。より詳細には、各蒸発器と少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、銅と黒鉛の化合物と、ＡｌＳｉＣと、及び金属の少なくとも一つを含んでよく、冷却基板はセラミックを含んでよい。蒸発器と少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、好ましくは、冷却流体の腐食に耐性である。
【００１５】
本発明の方法の態様は、蒸発器チャンバーと、少なくとも一つのコンデンサチャンバーと、及び少なくとも一つのコンデンサチャンバーと流体が通じている蒸発器チャンバーに接続している少なくとも一つの冷却流体通路とを有する冷却基板を形成することを含む電子モジュールを製造するためである。電子装置は、蒸発器チャンバーに隣接する冷却基板に設置される。さらに、蒸発器の熱移動本体は、蒸発器チャンバーと電子装置との間に熱の移動で接続される。好ましくは、蒸発器の熱移動本体は、隣接する冷却基板部分よりも高い熱伝導性を有する。さらに、熱槽は、少なくとも一つのコンデンサチャンバーに隣接する冷却基板に接続されてよい。
【００１６】
本発明における別の方法の態様によると、冷却基板は、蒸発器チャンバーと、少なくとも一つのコンデンサチャンバーと、及び少なくとも一つのコンデンサチャンバーと流体が通じている蒸発器チャンバーに接続する少なくとも一つの冷却流体通路とを有して形成される。電子装置は、蒸発器チャンバーに隣接する冷却基板に設置されて、少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、少なくとも一つのコンデンサチャンバー間で熱の移動で接続されている。好ましくは、少なくとも一つのコンデンサの熱移動本体は、隣接する冷却基板部分よりも高い熱伝導性を有する。さらに、熱槽は、少なくとも一つのコンデンサチャンバーに隣接する冷却基盤に接続されてよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、添付図を参照して下記において、さらに詳細に記載され、本発明の好ましい実施態様が示される。しかしながら、本発明は多数の異なる形態で具体化されるが、ここに記載された実施態様に制限されるように、構成されてはならない。もっと正確に言えば、この開示が完全となって完成し、当業者に完全に発明の範囲を伝えるように、かかる実施態様は提供される。この開示の全体を通して、同一の参照番号は同一要素を示す。層及び領域の大きさは、より明確にするために添付図において誇張されているかもしれない。
【００１８】
図１乃至８を最初に参照するに、本発明と一致する電子モジュール２０が最初に描写される。電子モジュール２０は、電子装置２２を囲むパッケージ２１を含む。パッケージ２１は、土台又は冷却基板２１ａ及びパッケージに接続している蓋２１ｂを含む。蓋２１ｂは、電子回路及びその接触面（示されていない）を保護するための電子回路２２上の穴３３を定義する。蓋２１ｂは、当業者によって認識されるように、例えば、シールリングを使用するろう接によって取り付けされてよいが、他の形態もまた可能である。パッケージ２１はまた、例えば、低温度の共焼成されたセラミック物質（ＬＴＣＣ）を含んでよい。この物質には強固さに関して長所があり、さらにその物質を通過する電気経路の提供と同様に、窪み及び小型で安定した通路をその物質に形成する性能がある。当然のこととして、他の同様の物質は同様に使用されてもよい。
【００１９】
他の実施態様において、２つ以上の電子装置２２は、当業者によって認識されるようにパッケージ２１によって保持されてよい。電子装置２２は、例えば、半導体デバイス又は集積回路、熱コイル、抵抗器などを含んでよい。当然のこととして、他の電子装置はまた、電子モジュール２０に含まれてもよい。図１で良好に見られるように、パッケージ２１は、パッケージ表面の少なくとも一つで電気的な接続３４を保持してよい。例えば、電気的な接続３４は、例示的に示されるように、ピン・グリッドアレイでのピンであってよい。別の実施態様において、例えば、エッジコネクタは、当業者によって認識されるように、リボン型ケーブルに接続するように提供されてよい。
【００２０】
熱槽２３は、例えば、冷却基板２１ａに隣接しており、フィン２４を含んでよい。当然のこととして、当業者にとって周知の他の熱槽もまた、使用されてよい。例えば、熱槽は、電子モジュールが設置された、ラック又は金属のシャシーであるかもしれない。さらに、熱槽と、一つ以上のコンデンサの熱移動本体（下記に記載）は、単一の均質の本体として形成されてよい。冷却基板２１ａはまた、電子装置２２に隣接する蒸発器チャンバー２５と、熱槽２３に隣接する少なくとも一つのコンデンサチャンバー２６と、及び少なくとも一つのコンデンサチャンバーと流体で通じている蒸発チャンバーに接続する少なくとも一つの冷却流体通路２７とを有する。コンデンサチャンバー２６の全エリアは、フィン（又は熱槽）２４に入り込む熱の密度を減少するように、蒸発器チャンバー２５の全エリアよりも広くてよい。これは、かなり熱くなり、熱槽への直接の取り付けが装置を適切に冷却するのが不充分である電子装置２２において特に望ましいかもしれない。
【００２１】
図３に例示された実施態様において、冷却基板２１ａは、Ｘに似ている形状で、４つのコンデンサチャンバー２６と、蒸発器チャンバー２５から外側に向かって放射状に延在する４つの冷却流体通路２７を含む。当然のこととして、任意の数の冷却流体通路とコンデンサチャンバーが本発明の趣旨から逸脱せずに使用されてもよいことを当業者は認識する。
【００２２】
さらに電子モジュール２０は、蒸発器チャンバー２５と電子装置２２との間に熱の移動で接続された蒸発器の熱移動本体２８を含む。さらにまた、コンデンサの熱移動本体３６は、各コンデンサチャンバー２６と熱槽２３との間に熱の移動で接続される。当然のこととして、一つ以上の熱槽２３が本発明と一致して使用されてよいことが認識されるであろう。
【００２３】
蒸発器の熱移動本体２８と、コンデンサの熱移動本体３６の熱伝導性は、好ましくは、１００Ｗａｔｔｓ／ｍｅｔｅｒ−ｄｅｇｒｅｅ  Ｃｅｌｓｉｕｓよりも大きい。熱移動本体２８、３６はまた、冷却基板２１ａの隣接部分よりも高い熱伝導性を有してもよい。図１０で例示されるように、熱移動本体２８、３６は電子装置２２の低い操作温度を維持することを当業者は認識するであろう。
【００２４】
具体例の方法では、蒸発器の熱移動本体２８及びコンデンサの熱移動本体３６は、銅と黒鉛の化合物と、ＡｌＳｉＣと、及び金属の少なくとも一つを含んでよい。当然のこととして、当業者にとって周知の他の適切な物質はまた使用されてもよく、冷却流体の腐食に耐性である物質（例えば、ニッケル又は金のうち少なくとも一つ）が使用されることが好ましい。熱移動本体２８、３６の両者は、冷却流体の流れを最大限にするために、本発明と一致して使用されるであろうことが予期される。熱移動本体の両者がすべての適用において必要ではないかもしれないし、両者のうち何れかが使用されてもよいことが理解される。
【００２５】
結果として、蒸発器の熱移動本体２８と、コンデンサの熱移動本体３６と、及び冷却流体の通路２７は、電子モジュールの操作中にポンプなしで冷却流体の流れを引き起こす。さらに、冷却基板２１ａにおいて使用される上に記載の様々な物質と熱移動本体２８、３６は、互いに及び半導体物質で、熱膨張係数（ＣＴＥ）（物質特性）ですべて合理的に調和される。かかる調和は、冷却基板２１ａに対するシリコン及び他の電子装置２２を直接設置することを可能にする。例えば、冷却基板２１ａはＬＴＣＣであってよく、熱移動本体２８、３６は銅と黒鉛の化合物であってよい。
【００２６】
冷却流体の流れを増大するために、蒸発器の熱移動本体２８は、毛細管作用によって冷却流体の流れを容易にするための蒸発器チャンバー２５内で露出された燈心部分を含む。燈心部分は、台板２９から外側に向かって延在する、複数の突出３０を含む。複数の突出３０は、図４及び５で示されるように一般的には長方形のパターンで配置されてよいが、別の形態もまた使用されてよい。台板２９は、下記でさらに記載されるように、隣接する冷却基板２１ａの部分との密封を容易にする。
【００２７】
同様にして、各コンデンサの熱移動本体３６はまた、毛細管作用によって冷却流体の流れを容易にするために、それぞれのコンデンサチャンバー２６内で露出された少なくとも一つの燈心部分を含む。燈心部分は、土台４５と、燈心部分から外側に向かって延在する、複数の突出３８を含む。突出３８は、図６及び７で示されるように、実質的に直角で配位された、２つの一般的には長方形のグループで配置される。さらに、コンデンサの熱移動本体３６は、下記でさらに記載されるように、隣接する冷却基板２１ａの部分との密封を容易にするための台板３７を含む。各突出３８は、ギャップ距離を突出の間に増大させることによりキャピラリーフラッド（ｃａｐｉｌｌａｒｙ  ｆｌｏｏｄｉｎｇ）を緩和するために、幅が狭まった先端部分３９を含んでよい。これは、熱により妨害する流動性の層の除去を促進し、したがって、凝結を促進する。コンデンサの熱移動本体３６はまた、冷却流体の貯蔵所を確定する燈心部分と隣接する貯蔵部分４０を含む。
【００２８】
さらに、冷却流体の流れを蒸発器チャンバー２５に戻ることを可能にするために、冷却基板２１ａはまた、冷却流体通路と、蒸発器チャンバーと、及び毛細管作用によって冷却流体の流れを容易にするために、それぞれの燈心表面を確定するコンデンサチャンバー２６とに向かって内部に延在する突出４１を含む。すなわち、高い流速のキャピラリーは、内部の十分な吸着率を提供し、迅速な流体移動を可能にする、高い表面エネルギーで形成される。これは、小型のヒートパイプアセンブリーにおいて特に重要かもしれない、非燈心表面で別な方法で発生するかもしれない、キャピラリーの消耗を緩和する。
【００２９】
例えば、突出４１は、冷却流体通路２７とチャンバー２５、２６の対面する平行な表面の隣接する冷却基板２１ａの相互接続する直交する溝を形成することによって創作されてよい。それらの構造を創作するために使用される処理は、当業者にとって周知である標準的な多層のセラミック組立て技術に基づく。当然のこととして、他の燈心構造が本発明と一致して使用されてもよいことを当業者は認識するであろう。
【００３０】
追加的に、複数の流体の解離電極は、冷却流体の圧力を制御するために、冷却基板２１ａで保持されてよい。一つの実施態様において、２つの熱移動本体２８、３６は流体の解離電極として使用されてよく、冷却流体の分離を引き起こすために、例えば、異なるＤＣ電位（図２参照）によって（例えば、正と負）導かれてよい。代替となる実施態様において、流体の解離電極４２は、冷却基板２１ａ内に設置されてよい。冷却流体をその構成ガス気体に分解するように引き起こすことによって、流体分解電極は、したがって、冷却流体の圧力及び流速が制御されることを可能にする。すなわち、分解されたガスの分圧が上昇し、それによって流体の蒸気の分圧が減少し、操作温度が上昇する。流体分離電極が使用される場合、冷却流体は、電流が通過される場合に分離されてもよい、好ましい流体であり、例えば水である。
【００３１】
一つの実施態様において、流体分離電極は、製造工程中に冷却流体の分離を可能にする。別の実施態様において、電子装置２２は、図２の点線４６で例示して示されるように、電子装置の温度を感知し、感知された温度に対応して電極をドライブすることによって、流体分離電極４２（又は熱移動本体）をドライブしてよい。各流体分離電極４２は、好ましくは、冷却流体の腐食に耐性の金属であってよい。したがって、電極４２はまた、金及びニッケルの少なくとも一つを含んでよい。当然のこととして、流体分離電極４２がここに開示された冷却基板よりも様々な構造で使用されてもよいことが当業者によって認識されるだろう。
【００３２】
電子モジュール２０は下記のように多層のセラミック構造として組立てられてよい。テープ形状の未焼成（グリーン）セラミックは、望ましい穴と燈心構造を切断するために処理される。次いで、内部の厚いフィルムのコンダクターは、多重レベル回路類を送るように必要とされて印刷される。個々の層が一旦完成すると、次いで焼成されるグリーン本体を形成するように積み重ねられて積層される。その後、必要であれば、ダイヤモンドソーイング（ｄｉａｍｏｎｄ  ｓａｗｉｎｇ）又は他の適切な方法によって、個々の構造の単一性は実行されるかもしれない。当業者によって認識されるように、ラップ仕上げは、積層及び焼成中に生成される表面の変形を除去することを必要としてよい。
【００３３】
次いで、焼成後の厚いフィルムコンダクターは印刷されて、それぞれの蒸発器及びコンデンサの熱移動本体２８、３６においてろう接可能な密封表面を提供する台板２９、３７を提供するために焼成される。次いで、熱移動本体２８、３６における土台物質（例えば、銅と黒鉛の化合物）は、ＬＴＣＣ冷却基板２１ａに対してろう接するためにニッケル及び金でめっきされる。好ましくは、ろう接処理は燈心表面の汚染を回避するのに束密度がなく、冷却基板２１ａの気密な密封を提供する。
【００３４】
当業者によって認識されるように、微細な漏れの検定はパッケージの保全性を保証するために使用されてもよい。ハンダダイが熱移動本体２８、３６に取り付けることを可能にするために冷却流体で冷却基板２１ａを満たす前に、電子装置２２を取り付けることはさらに必要かもしれない。或いは、満たされた操作上のヒートパイプは逆流を抑制するかもしれないし、又は内部の蒸気圧が高くなる場合、破局的に失敗するかもしれない。銅管などの充満管は、排出及び充満のために冷却基板２１ａに含まれてよい。充満は、注入によって達成されてよい。
【００３５】
本発明にしたがって多大な利点が提供されることを当業者は認識するであろう。例えば、本発明にしたがって達成された、増大されたキャピラリーの流れは、従来技術では以前から不可能であると信じられていた、小型の冷却流体通路の長さを考慮に入れるかもしれない。さらに、流体貯蔵所４０と、燈心部分を組み込んでいる蒸発器の熱移動本体２８は、プール沸騰の作用を弱めて、出力密度の上限を拡張する。
【００３６】
さらに、コンデンサの熱移動本体３６は、実質上連続的に妨げられていない凝結を提供するために、凝縮表面からの凝縮物（液体）の撤去を促進する。さらに、中央又は多数の蒸発器チャンバー２５と、冷却流体の径路選択における一つ以上の冷却流体通路２７によって相互接続された一つ以上のコンデンサチャンバー２６とを有する設計はまた、本発明によって提供される。これは、大型の熱密度装置の密なパッケージを可能にし、同一温度で複数の構成部分の温度を安定させる。加えて、上に記載したように、分離電極４２はガス生成を考慮に入れ、したがって、圧力と運転温度の制御を考慮に入れる。
【００３７】
先に記載の利点は、本発明によって組立てられた電子モジュールの下記の実施例で提供される試験結果に関してより完全に認識されるかもしれない。
【実施例】
【００３８】
本発明による電子モジュール２０の設計は、当業者によって認識されるように、温度の安定な操作と同様に、電子装置２２から発散する熱を収容する。発散は、蒸発器の設計に関してコンデンサエリアが増大することによって、及び蒸発器からコンデンサを分割して分離することによって達成される。例えば、本発明による試験的な電子モジュールは、蒸発器エリアの約２倍である全体のコンデンサエリアを有するように構成されるが、他の規模もまた本発明により使用されてよい。
【００３９】
冷却基板２１ａによって確定されたヒートパイプ構造の各部分は、それらの幾つかが規模的な制限に関して、独特に考慮する。最も顕著な制限は、そのような小型のヒートパイプが、ヒートパイプのより大きな相当物より断熱領域によって蒸気と液体の相互作用に対して、より感受性を有するということである。ある特徴的な規模が維持されない場合、蒸気の流れは著しく規制される。ここに記載の試験的な装置において、当業者によって理解されるように、より小型の規模は、他の設計の本発明によって可能かもしれないが、１．２７ｍｍの小型の蒸気通路における断面部が必要とされたことが決定された。
【００４０】
任意の意図しないガスの低分圧は、所望の冷却流体から形成された蒸気の分圧の減少を回避するように維持されるべきである。小型のヒートパイプは意図しないガスに対して非常に感受性が高く、したがって気密的な密封が好ましい。さらに、燈心表面４１は、冷却流体の供給から凝結の小滴を形成し消耗するのを防ぐために十分に精細な構造を提供する。加えて、冷却流体は、温度を安定して装置の操作を可能にする熱源と近接して接触するべきであり、凝結表面は熱により妨害する流体層がないままであるべきである。さらに、キャピラリーの流れは、十分な容量で妨害されるべきではなく、コンデンサと蒸発器との比率は１よりも十分に高いべきである。冷却流体の選択はまた、特に油溶性ガスである汚染がないようにすべきことが重要である。気化の高い潜熱、十分に理解されている特性及び煮洗による脱気の容易さのために、試験的な装置の冷却流体において水が選択された。当然のこととして、他の冷却流体がまた使用されてよい。
【００４１】
また、他の設計パラメータは考慮されるために必要とされる。例えば、数多の重要な幾何学的なパラメーターは、冷却流体通路２７の断面構造と、燈心表面４１の長さを含む。当業者によって理解されるように、他のパラメータは、経験的な結果及び組立て問題から導かれるかもしれない、蒸発器とコンデンサチャンバー２５、２６のサイズと構造を含む。それらのパラメーターは、与えられた型と数の電子装置２２において与えられた熱消費容量を提供するために必要とされる装置のサイズを導く。さらに、本発明に関する設計パラメーターなどの議論は、ここに参照として組み入れられた、カリフォルニア州サンディエゴで２０００年１１月１日に催されたｔｈｅ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ  Ａｅｒｏｓｐａｃｅ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｍｅｅｔｉｎｇで本願の出願人によって「Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ  Ｅｍｂｅｄｄｅｄ  Ｈｅａｔ  Ｐｉｐｅｓ  ｉｎ  Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  ｃｅｒａｍｉｃ  ｆｏｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｒｅｑｕｉｒｉｎｇ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ」と題された論文で見られるかもしれない。
【００４２】
一般的に、キャピラリー作用のポンプは、熱移動の性能における制限的な要因である。キャピラリーポンプにおける重要なパラメーターの一つは、突出４１と結果となる燈心表面を確定するために使用される溝の幅である。このパラメーターは、蒸発器チャンバー２５に冷却流体を供給するためのキャピラリー限界を導くために、重要である。当業者によって認識されるように、溝の幅は、軟調と層状化の要求を考慮するために、注意深く選択されるべきである。試験的な装置で選択された溝の幅（約４ｍｉｌｓ）は、全体的な基板の厚さの考慮も含み、物質と組立て問題に基づいて選択される。さらに、上に参照された論文でさらに議論されたモデル化からの誘導が使用された。溝の幅の変化から結果となるキャピラリー及び蒸気摩擦による、熱移動の最適化を示す曲線は、図１０に示される。
【００４３】
他の重要なパラメーターは、熱源（つまり、電子装置２２）から蒸発器チャンバー２５までの熱移動の距離である。これは、熱の消費を要求する電子装置２２に適切な低温度を維持するために冷却基板２１ａの有効性において重要である。電子装置２２は、可能な限り低い熱抵抗で蒸発器チャンバー２５とインターフェイスするべきである。このようにして、上に議論されたように、電子装置２２の真下で使用される任意の物質がＬＴＣＣに密封可能な真空であり、またＣＴＥにおいて一致することが好ましい。
簡素化されたモデルは、蒸発器チャンバー２５に伝導するための熱のバイアス３５を備えるＬＴＣＣの冷却基板２１ａの熱耐性を例示するために使用されてよい。かかるモデルは、電子装置２２の基板を通過する熱の通路と、熱のバイアス３５（各々が独自の熱耐性を有する）を備える冷却基板２１ａとを含み、理想とする一定温度の蒸発器チャンバーで停止することを含む。
【００４４】
かかるモデルに基づいて、蒸発器が約４５℃で機能してよい一方で、供給源の装置の温度は、図１０のグラフで見られるように、物質と幾何学的配置に依存して、著しく高い。独立変数は、電子装置２２の直接的に真下の経路における熱のバイアス数を直接表わす。熱の通路で著しい熱抵抗率がある場合、電子装置２２の温度が熱の負荷に対して一定値で維持できないことをグラフが例示している。目的がシステムから熱性の電気的な冷却器を除去することである場合、熱抵抗率は特に重要である。通常の環境下において、一般的に、目的は、可能な限り周辺環境に近づいて電子装置の操作を維持することである。
【００４５】
上に記載の設計を考慮して、試験的な装置は、４つのコンデンサチャンバー２６と、蒸発器チャンバー２５に対するそれぞれのコンデンサチャンバーに接続する４つの冷却流体通路２７を有するように組立てられた。各冷却流体通路は９．５ｍｍの長さで作製されたが、本発明によって可能な限り、長さに長短がある。小さい穴が一つのコンデンサチャンバー２６の直上にある電子モジュール２０の上部に形成されて、冷却流体の排出と充満を可能にするように銅の充満管はかかる小さな穴にろう接された。
【００４６】
熱移動本体２８、３６は、それぞれの燈心表面４１に対する直接接続を可能にするように設置された。熱移動本体２８、３６は、８０／２０の金／錫を使用してＬＴＣＣ冷却基板２１ａに密封してろう接された。本発明の譲渡人によって成された超＿ＦＥＴＴｍ出力の酸化金属の半導体磁場作用のトランジスター（ＭＯＳＦＥＴ）のベアダイ（０．２８ｃｍ）が電子装置２２として使用された。このＭＯＳＦＥＴは、蒸発器チャンバー２５に隣接してハンダづけで設置され、ワイヤーは電気的な相互接続を提供するように土台２９を金属化形成する厚いフィルム表面に接続された。ワイヤーは、電気的な試験の据え付け設備に対して同じ金属化に提供される相互接続にハンダづけされた。
【００４７】
上に記載したように、冷却基板２１ａはＬＴＣＣであってよい。ＬＴＣＣは、多層化回路の組立てにおいて元来から発展してきた、市販されて入手可能な低温度焼成のガラス−セラミック（８５０℃）システムであり、高い伝導性の金属回路（金、銀及び銅など）並びに密封パッケージを収容できる。上に記載のテープの典型的な特徴は、２乃至３ｗ／ｍｋの熱伝導性及び７ｐｐｍ／℃のＣＴＥを含む。ＬＴＣＣの高い熱伝導性に一致するＣＴＥを備える高い熱伝導性の熱移動本体２８、３６は、蒸発器とコンデンサチャンバー２５、２６でヒートパイプを密封するために使用されて、８０／２０の金／錫のハンダは密封性を提供するために使用された。
【００４８】
装置を試験するために、ＤＣ出力と、改造型出力制御回路と、熱電クーラーと、及び温度計を備えた２つの０．００３インチのワイヤーＫ型のサーモカップラーとを含む試験設備の数多の部品が使用された。改造型出力制御回路は、フィードバック回路類を活用するＭＯＳＦＥＴ出力の独立した制御を可能にして、熱電クーラーは安定したコンデンサの温度を維持するために使用された。熱電クーラーは、測定と計算を支援した安定的なコンデンサチャンバー２６の温度を提供するために試験全体を通して２０℃に維持された。２つのサーモカップラーの一つは、コンデンサの温度を測定するために使用されて、もう一つは、連続する接合温度のモニター化を可能にした熱性グリースの支援を備えるＭＯＳＦＥＴ表面と接触して位置された。すべての試験は流れのない空気で水平に行なわれた。
【００４９】
上に記載のように組立てられた試験ユニットは、１０Ｗａｔｔｓの熱消費の範囲にわたって試験された。その結果は、図５に示されたグラフで見られる。かかるグラフは、活発な操作の基板（グラフ４７）に対して基板が消極的な（つまり、満たされていない）（グラフ４６）場合に結果となる、接合温度逃避を例示する。さらに、仮定の参照線４８が提供される。熱のヒートパイプのサイクルは、約３Ｗａｔｔｓで活性化されて、約６Ｗａｔｔｓで安定化される。パラメーターのかかる範囲は、多数の電子装置又は出力消費の削減と回路の複雑さの削減を必要とする他のシステムにおいて理想であるかもしれない。より詳細には、例えば、本発明はレーザーダイオード配列を備えた使用と、コンピュータの中央処理ユニット（ＣＰＵ）チップと、無線周波数（ＲＦ）出力モジュールと、高密度マルチチップモジュールと、光モジュール及び位相配列アンテナに適している、
本発明の多くの変形及び別の実施態様は、添付図と下記の記載で表される教示の利点から当業者に理解されるだろう。したがって、本発明が開示された特定の実施態様に限定されず、他の変形及び実施態様が請求項の範囲内に含まれるように意図されることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明による電子モジュールの斜視図である。
【図２】図１の線２−２に沿って得られた断面図である。
【図３】本発明と一致する冷却基板の拡大した斜視図である。
【図４】図２の電子モジュールにおける蒸発器の熱移動本体の上面図である。
【図５】図２の電子モジュールにおける蒸発器の熱移動本体の側面図である。
【図６】図２の電子モジュールにおけるコンデンサの熱移動本体の斜視図である。
【図７】図２の電子モジュールにおけるコンデンサの熱移動本体の上面図である。
【図８】図２の電子モジュールにおけるコンデンサの熱移動本体の側面図である。
【図９】モデル化された熱移動容量に対して、図１の電子モジュールにおける溝又はキャピラリー燈心の幅のグラフである。
【図１０】モデル化された装置の温度に対して、図１の電子モジュールで使用される多数の熱のバイアスにおけるグラフである。
【図１１】結合温度に対して、図１の電子モジュールで消耗された出力のグラフである。
【図９】
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【図１１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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