(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント回路基板上の構成要素を冷却する機構において、
第１の面と前記第１の面と反対側の第２の面とを有するプリント回路基板（ＰＣＢ）と、
前記ＰＣＢの前記第１の面側に配置されたヒートシンクと、
前記ＰＣＢの前記第２の面側に配置された第１の被冷却構成要素と、
前記第２の面側の前記第１の被冷却構成要素を前記第１の面側の前記ヒートシンクに熱的に結合する１つ以上のサーマル・ジャンパと、
を備え、前記第１の被冷却構成要素によって生成された熱の大部分が前記１つ以上のサーマル・ジャンパによって前記第１の被冷却構成要素から持ち去られ、前記１つ以上のサーマル・ジャンパが前記ＰＣＢの側縁の周りに物理的に延在していることを特徴とする機構。
【請求項２】
前記第１の被冷却構成要素を前記１つ以上のサーマル・ジャンパにそれぞれ熱的に結合する１つ以上の伝熱ギャップ・パッドを備えることを特徴とする請求項１に記載の機構。
【請求項３】
前記１つ以上のサーマル・ジャンパの前記ＰＣＢの側縁の周りに物理的に延在する部分は、断面が略半円形か略四角張ったＵ字形であることを特徴とする請求項１に記載の機構。
【請求項４】
前記１つ以上のサーマル・ジャンパを前記ヒートシンクにそれぞれ熱的に結合する１つ以上の伝熱ギャップ・パッドを備えることを特徴とする請求項１に記載の機構。
【請求項５】
前記１つ以上のサーマル・ジャンパが銅または炭素繊維でできていることを特徴とする請求項１に記載の機構。
【請求項６】
前記１つ以上のサーマル・ジャンパは、前記１つ以上のサーマル・ジャンパが前記ＰＣＢの側縁の周りに物理的に延在できるよう断面がＵ字形になっていることを特徴とする請求項１に記載の機構。
【請求項７】
前記１つ以上のサーマル・ジャンパのそれぞれに関し、前記第１の被冷却構成要素と積み重ねられた状態で前記第１の被冷却構成要素と整列される部分は、前記ＰＣＢの側縁の周囲に物理的に延在する部分よりも断面が厚いことを特徴とする請求項１に記載の機構。
【請求項８】
前記第１の被冷却構成要素が集積回路装置であることを特徴とする請求項１に記載の機構。
【請求項９】
前記ＰＣＢの前記第１の面側に結合され、前記ヒートシンクに熱的に結合される第２の被冷却構成要素を備えたことを特徴とする請求項１に記載の機構。
【請求項１０】
前記１つ以上のサーマル・ジャンパの少なくとも一つが、
前記第１の被冷却構成要素を前記少なくとも一つのサーマル・ジャンパに熱的に結合する第１の伝熱ギャップ・パッドと、
前記第２の被冷却構成要素を前記少なくとも一つのサーマル・ジャンパに熱的に結合する第２の伝熱ギャップ・パッドと、
を備えることを特徴とする請求項９に記載の機構。
【請求項１１】
前記第１及び第２の被冷却構成要素が前記ＰＣＢを挟んで対向するように配置されることを特徴とする請求項１０に記載の機構。
【請求項１２】
前記第１及び第２の伝熱ギャップ・パッドは略同一の熱低効率を有する材料でできており、
前記第１の被冷却構成要素と前記ヒートシンクの間の第１の熱抵抗と前記第２の被冷却構成要素と前記ヒートシンクの間の第２の熱抵抗とが釣り合うように前記第１の伝熱ギャップ・パッドの厚さが前記第２の伝熱ギャップ・パッドの厚さよりも大きくなっていることを特徴とする請求項１１に記載の機構。
【請求項１３】
前記１つ以上のサーマル・ジャンパはそれぞれ、有効な熱接触を促進するために、前記ヒートシンクと前記第１の被冷却構成要素の熱接触位置に配置される比較的堅い表面を有し、
前記１つ以上のサーマル・ジャンパは前記機構の組立てを容易にするために、前記ＰＣＢの側縁の周りに物理的に延在する比較的柔軟な部分を有することを特徴とする請求項１に記載の機構。
【請求項１４】
前記１つ以上のサーマル・ジャンパの第１の端が前記ヒートシンクと前記ＰＣＢの間に置かれる、前記ヒートシンクが前記１つ以上のサーマル・ジャンパの前記第１の端と前記ＰＣＢの間に置かれる、あるいは、前記１つ以上のサーマル・ジャンパの前記第１の端が前記１つ以上のサーマル・ジャンパの第２の端に対して略垂直となるように前記ヒートシンクの端に結合されることを特徴とする請求項１に記載の機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、プリント回路基板に取り付けられた構成要素を冷却する機構の分野を対象とし、より詳細には、プリント回路基板の縁に巻き付けるそのような機構を対象とする。
【０００２】
【従来の技術】
ヒートシンクを使用してプリント回路基板（ＰＣＢ）上の構成要素を冷却することは既知である。ヒートシンクは、電子構成要素から周囲環境に熱を移す装置である。ヒートシンクは、例えばフィン付きの金属（一般に、アルミニウム）要素であり、この金属要素に空気流が強制的に通される場合と通されない場合がある。また、ヒートシンクは、液体冷却ジャケットまたは熱電装置のこともある。また、ヒートシンクから熱を移すためにヒート・パイプが使用されることがある。代替として、ヒートシンクは、コンピュータのシャーシでもよい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、ヒートシンクは、ＰＣＢの冷却する構成要素と同じ側に配置される。また、ヒートシンクは、被冷却構成要素の上に配置されるのが一般的であり、これは、積み重ね構造として説明されることがある。
【０００４】
ＰＣＢの表面の上にあまり隙間のない環境では、この積み重ね構造は適切でないことがある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一つには、プリント回路基板上の構成要素を冷却する機構を提供し、この機構は、第１の面と前記第１の面と反対側の第２の面を有するプリント回路基板「ＰＣＢ」と、前記ＰＣＢの前記第１の面上のヒートシンク機構と、前記ＰＣＢの前記第２の面に取り付けられた第１の被冷却構成要素と、前記第２の面上の前記第１の構成要素を前記第１の面上の前記ヒートシンクに熱的に結合し、前記前記ＰＣＢの側縁のまわりに物理的に延在するように構成されたサーマル・ジャンパとを含む。
【０００６】
本発明は、また、一つには、プリント回路基板上の構成要素を冷却する機構を提供し、この機構は、少なくとも第１と第２の被冷却構成要素が取り付けられており、前記第１の構成要素が前記ＰＣＢの第１の面に配置され、前記第２の構成要素が前記ＰＣＢの第２の面に配置され、前記第２の面が前記第１の面と反対側にあるプリント回路基板（「ＰＣＢ」）と、前記ＰＣＢの前記第１の面に配置され、前記第１の構成要素に熱的に結合されたヒートシンクと、前記第２の面上の前記第２の構成要素を前記第１の面上の前記ヒートシンクに熱的に結合し、前記ＰＣＢの側縁のまわりに物理的に延在するように構成されたサーマル・ジャンパとを含む。
【０００７】
本発明のその他の機構および利点は、好ましい実施形態、併記の特許請求の範囲および添付図面の以下の詳しい説明からより明らかになるであろう。
【０００８】
【発明の実施形態】
図１は、本発明によるプリント回路基板の巻き付け冷却機構の第１の実施形態の断面図である。図１において、プリント回路基板（「ＰＣＢ」）１０２は、被冷却構成要素１０４を備える。構成要素１０４は、ＰＣＢ１０２の側縁１０３の内側に配置することができる。
【０００９】
図１の構造１００は、また、ヒートシンク１０６を備える。前の「従来の技術」の節で説明したように、ヒートシンク１０６は、場合によって空気流が強制的に通されるフィン付きの金属（例えば、アルミニウム）要素、液体冷却ジャケットおよび／または熱電装置でよい。また、ヒートシンクから熱を移すためにヒート・パイプを使用することができる。代替として、ヒートシンクは、ＰＣＢ１０２を入れるコンピュータのシャーシでよい（一部又は全部）。
【００１０】
ヒートシンク１０６は、構成要素１０４と隣接するように描かれている。構成要素１０４は、ヒートシンク１０６との間に、熱結合構造または形成材料（例えば、伝熱ギャップ・パッド）を備える場合と備えない場合がある。構成要素１０４の例は、中央処理装置（「ＣＰＵ」）タイプの集積回路装置、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）、ディジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）などである。
【００１１】
また、ＰＣＢ１０２には、被冷却構成要素１０８および１１０、例えば集積回路記憶装置が取り付けられている。構成要素１０８および１１０は、一般に、構成要素１０４よりもＰＣＢ１０２の縁の近くに位置されている。構成要素１０８とヒートシンク１０６の間には、伝熱ギャップ・パッド１１１、サーマル・ジャンパ１１４Ａの平坦部分１１５Ａ、および伝熱ギャップ・パッド１１６が挿入されている。構成要素１１０とヒートシンク１０６の間には、伝熱ギャップ・パッド１１２とサーマル・ジャンパ１１４Ａの平坦部分１１５Ｃが挿入されている。ギャップ・パッド１１２、１１１および１１６はそれぞれ、任意であるが、あることが好ましい。
【００１２】
ギャップ・パッド１１１、１１２および１１６を作成できる伝熱ギャップ・パッド材料の例は、ＴＨＥ  ＢＥＲＧＱＵＩＳＴ  ＣＯＭＰＡＮＹから入手可能な商標ＧＡＰ  ＰＡＤ  １５００の伝熱パッドである。
【００１３】
サーマル・ジャンパ１１４Ａは、平坦部分１１５Ａおよび１１５Ｃの他に、ＰＣＢ１０２の側縁１０３のまわりを巻く部分１１５Ｂを含む。断面において、巻き付け部分１１５Ｂは、実質的に四角張ったＵ字形を有する。図２は、サーマル・ジャンパ１１４Ａのの代替の構成、すなわちサーマル・ジャンパ１１４Ｂを示す。ジャンパ１１４Ｂは、同じ平坦部分１１５Ａおよび１１５Ｃを有する。しかし、ジャンパ１１４Ｂは、巻き付け部分１３０の構造が異なり、この巻き付け部分は、断面が実質的に半円形であ。ジャンパの巻き付け部分の断面の構造が重要でないことに注意されたい。巻き付け部分は、ＰＣＢ１０２の端１０３を越えなければならない。
【００１４】
平坦部分１１５Ｃ、ギャップ・パッド１１２および被冷却装置１１０を含むスタックの表面と、被冷却装置１０８、ギャップ・パッド１１１、平坦部分１１５Ａおよびギャップ・パッド１１６を含むスタックの表面との間の良好な熱接触を保証するために、任意の（しかし、あることが好ましい）圧縮機構１２４が設けられる。機構１２４は、ボルト１２６が、平坦面１１５Ｃ、ギャップ・パッド１１２、被冷却装置１１０、ＰＣＢ１０２、被冷却装置１０８、ギャップ・パッド１１１、平坦部分１１５Ａおよびギャップ・パッド１１６を通るようにヒートシンク１０６に対応するねじ穴を有するねじ付きボルト１２６を含むことができる。必要に応じて、ボルト１２６の頭と平坦部分１１５Ｃの間に座金１２８を設けることができる。代替として、ヒートシンク１０６のねじ穴の代わりに、ボルト１２６が、ヒートシンク１０６を十分に通ることができる長さのものでもよく、その場合、ボルトは、ナット（図示せず）と結合され、必要に応じて止め座金（図示せず）および／または平座金（図示せず）に結合されることができる。
【００１５】
被冷却装置１０８および１１０が同じタイプの装置である環境においては、おそらくこれらの装置は、実質的に同じ温度で稼働することが望ましい。そのような場合、両方の装置の熱抵抗は同等でなければならない。
【００１６】
熱抵抗は、ある程度、被冷却装置とヒートシンクの間の距離、熱コネクタの断面積および熱伝導率を含むいくつかの要素の関数である。図１を調べると、装置１０８からヒートシンク１０６への熱経路が、ギャップ・パッド１１６と平坦部分１１５Ａを含むことが分かる。これと対照的に、ヒートシンク１０６と装置１１０の間の熱経路は、平坦部分１１５Ｃ、巻き付け部分１１５Ｂ、平坦部分１１５Ａおよびギャップ・パッド１１６を含む。区分を少なくすることによって、装置１０８から熱を放散する熱経路を短くすることができ、したがって、装置１１０よりも効率を高めることができる。装置１０８と１１０が同等の熱抵抗を受けるようにする場合は、装置１０８の熱経路に補償要素を追加しなければならない。これは、ギャップ・パッドの厚さと熱伝導率を適切に選択し、例えばギャップ・パッド１１１と１１２を異なる厚さにすることにより達成することができる（熱伝導率が同じであると仮定して）。
【００１７】
図１に示した本発明の第１の実施形態によれば（装置１０８および１１０が同じ装置であると仮定する）、ギャップ・パッド１１１は、ギャップ・パッド１１２よりもかなり厚い。隙間１１１の厚さが大きいと、装置１０８とヒートシンク１０６の間の熱伝導経路の熱効率が低下する。１つの例実施形態において、ギャップ・パッド１１２は、０．０３インチ（約０．８ミリメートル）の厚さを有し、ギャップ・パッド１１１の厚さは０．０８インチ（約２．０ミリメートル）である。
【００１８】
本発明による巻き付けサーマル・ジャンパの利点は、ＰＣＢ１０２の第２の面にある装置をＰＣＢ１０２の第１の面にあるヒートシンクによって効率的に冷却できることである。これは、ＰＣＢ１０２と隣接する構造物との間にほとんど隙間がない状況で重要なことがある。そのような環境の例は、図１に１１８と示したように、ＰＣＢ１０２が、マザー・カードのドータ・カードの場合である。その場合、ＰＣＢ１０２とＰＣＢ１１８の間の隙間１２０は比較的小さい。巻き付けサーマル・ジャンパを使用することにより、装置１１０がヒートシンク１０６によって冷却され、さらにＰＣＢ１０２とＰＣＢ１１８の構成要素の間の隙間１２２を保持することができる。隙間１２２のサイズの例は、１ミリメートルである。
【００１９】
巻き付け部分１１５Ｂおよび１３０は、平坦部分１１５Ａおよび１１５Ｃよりも断面がかなり薄いように示されている。サーマル・ジャンパ１１４Ａの厚さの例は、巻き付け部分１１５Ｂの厚さが０．０１インチ（約０．２ミリメートル）に対して、平坦部分１１５Ａおよび１１５Ｃが０．０４インチ（約１．０ミリメートル）である。
【００２０】
巻き付け部分１１５Ｂと１３０をかなり薄くすると、サーマル・ジャンパ１１４Ａ／１１４Ｂは、平坦部分１１５Ａと１１５Ｃの間の距離１２３を柔軟にすることができる。これは、製造する際に利点を提供する。
【００２１】
ギャップ・パッド１１１および１１２の表面が、大きな摩擦係数を有することが分かった。パッドの摩擦係数によって、平坦部分１１５Ａおよび１１５Ｃがそれぞれギャップ・パッド１１１および１１２の表面を横方向にスライドすることは困難である。サーマル・ジャンパ１１４Ａ／１１４Ｂがきわめて剛性の場合は、これは、平坦部分１１５Ａおよび１１５Ｃをギャップ・パッド１１１および１１２と接触させる唯一の方法になる。
【００２２】
しかしながら、巻き付け部分１１５Ｂ／１３０の断面が薄いほど、平面部分１１５Ａと１１５Ｃの間の距離１２３を融通することができるようになるので、平坦部分１１５Ａおよび１１５Ｃの間隔を広げて（隙間１２３を大きくして）、引張力で平坦部分１１５Ａおよび１１５Ｃを保持することによって、ギャップ・パッド１１１および１１２の上に位置決めすることができる。引張力が除去されたとき、距離１２３はその公称値に復元され（ジャンパ１１４Ａの固有の弾力または圧縮力の印加によって）、平坦部分１１５Ａがギャップ・パッド１１１および１１２の表面と接触する。巻き付け部分１１５Ｂおよび１３０の断面が平坦部分１１５Ａおよび１１５Ｃの断面よりも薄くする必要はないが、平面１１５Ａと１１５Ｃの間の寸法に柔軟性を提供するためには、断面を薄くした方がよいことに注意されたい。
【００２３】
巻き付け部分のさらにもう１つの代替構造は、巻き付け部分にヒートシンクとして機能するようにフィンを付けることである。この代替案は、巻き付け部分にフィンを付けることと関連するコストのためにあまり好ましくない。製造コストが下がれば、これは望ましい選択肢になる。例として図２のジャンパ１１４を使って、任意の冷却フィン１３１を細い点線で示した。フィン１３１は、巻き付け部分１３０の凸側から突出している。しかし、代替または追加として、フィン１３１を、巻き付け部分１３０の凹面から突出するように構成することもできる。フィン１３１は、ジャンパの取り付けの際にジャンパ１１４Ｂのたわみを妨げてならない。フィン１３１の使用は、スペースと空気流を考慮することにより制約を受けることがある。フィン１３１は、ジャンパの他のすべての実施形態に配置することができる。
【００２４】
サーマル・ジャンパ１１４Ａ／１１４Ｂは、銅から作成されることが好ましく、これは、銅が、製造が比較的容易で、良好な熱導体で、かつ比較的安価であるためである。代替の材料として任意の導体を使用することができる。炭素繊維は、比較的高価であることを除き特に良好な代替案である。
【００２５】
図３は、本発明によるプリント回路基板の巻き付け冷却機構の第２の実施形態の断面図である。図３において、巻き付けサーマル・ジャンパは、平坦部分１１５Ａがヒートシンク１０６の上側面に付くように適応されている。ヒートシンク１０６と平坦部分１１５Ａの間に伝熱ギャップ・パッド３１０が挟まれている。圧縮機構１２４と類似の任意の（しかし、あることが好ましい）圧縮機構３１２が設けられる。そのように、ねじ付きボルト３１６と任意の座金３１４が示されている。代替として、部品３１４はナットと考えることもでき、ボルト１２６は、ヒートシンク１０６を貫通してナット３１４と結合すできるような十分な長さものでよい。
【００２６】
図１のジャンパ１１４Ａの巻き付け部分１１５Ｂと比べると、巻き付け部分３０４が長い。また、図３に、構成要素３０６およびそれに対応するギャップ・パッド３０８を示す。構成要素３０６とパッド３０８は、ヒートシンク１０６の片持ち部分（装置１０４よりも長く延在している）とＰＣＢ１０２の間のスペースの任意の使用を表す。
【００２７】
図４は、本発明によるプリント回路基板の巻き付け冷却機構の第３の実施形態の断面図である。図４において、巻き付けサーマル・ジャンパ４０２は、平坦部分４０４がヒートシンク１０６の側縁１０６Ａに付くように適応されている。ヒートシンク１０６と平坦部分４０４の間に、伝熱ギャップ・パッド４１４が挟まれている。圧縮機構１２４と類似の任意の（しかし、あることが好ましい）圧縮機構４０８が設けられる。そのように、ねじ付きボルト４１０と任意の座金４１２が示されている。図１のジャンパ１１４Ａの巻き付け部分１１５Ｂと比較すると、巻き付け部分４０６は、一方の端だけが湾曲されている。
【００２８】
図４において、ヒートシンク１０６の側縁１０６Ａは、ＰＣＢの側縁１０３より外側まで延在するように構成されている。これは、厳密には必要ではないが、巻き付け部分４０６の構成を簡素化し、すなわち、巻き付け部分４０６の他の継ぎ目をなくすことができる。
【００２９】
図５は、本発明によるプリント回路基板の巻き付け冷却機構の第４の実施形態の断面図である。図５において、巻き付けサーマル・ジャンパ５０２は、平坦部分５０６がヒートシンク１０６の下側面に付くように適応されている。ヒートシンク１０６と平坦部分５０６の間に伝熱ギャップ・パッド５１４が挟まれている。圧縮機構１２４と類似の任意の（しかし、あることが好ましい）圧縮機構５０８が設けられる。そのように、ねじ付きボルト５１０と任意の座金５１２が示される。この実施形態において、ねじ付きボルトは、ヒートシンク１０６にねじ込まれるか、またはヒートシンク１０６を貫通するほどの長さのものであり、その場合、ボルトは、ナット（図示せず）と結合され、必要に応じて止め座金（図示せず）および／または平座金（図示せず）と結合されることができる。
【００３０】
平坦部分５０６は、巻き付け部分５０４に対して平坦部分１１５Ｃ（切り込みが内向き）と逆の接続方向（切り込みが外向き）を有することが分かる。これと対照的に、図１の平坦部分１１５Ａは、巻き付け部分１１５Ｂに対して平坦部分１１５Ｃと同じ接続方向（切り込みが内側向き）を有するように示すことができる。
【００３１】
本発明をその趣旨および本質的な特性から逸脱することなく他の形態で実施することができきる。示した実施形態は、本発明の限定のない例としてのみ見なされるべきである。本発明の範囲は、併記の特許請求の範囲によって評価されるべきである。特許請求の範囲の意味および等価の範囲内にあるすべての変更は、その意図の範囲内で受け入れられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプリント回路基板の巻き付け冷却機構の第１の実施形態の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるサーマル・ジャンパの代替構造の断面図である。
【図３】本発明によるプリント回路基板の巻き付け冷却機構の第２の実施形態の断面図である。
【図４】本発明によるプリント回路基板の巻き付け機構の第３の実施形態の断面図である。
【図５】本発明によるプリント回路基板の巻き付け冷却機構の第４の実施形態の断面図である。
【符号の説明】
１０２  プリント回路基板（「ＰＣＢ」）
１０３  側縁
１０６  ヒートシンク
１０８，１１０  被冷却構成要素
１１１，１１２  伝熱ギャップ・パッド
１１４Ａ  サーマル・ジャンパ
１１５Ｂ  四角張ったＵ字型
１１６  伝熱ギャップ・パッド
１３０  半円
１３１  フィン
【図１】
0004361310.tif 000002
【図２】
0004361310.tif 000003
【図３】
0004361310.tif 000004
【図４】
0004361310.tif 000005
【図５】
0004361310.tif 000006