(57)【要約】電子デバイスから熱を除去する平面状ヒートパイプである。該ヒートパイプは、ヒートパイプの冷たい端部を規定する平面状部分と、電子デバイスに装着されかつヒートパイプの熱い端部を規定する板部分４０とを含む。ヒートパイプは、また、平面状部分及び板部分に連結された蛇行状部分４４を含み、平面状部分、板部分及び蛇行状部分の各々は、互いに流体的に連通しかつ作用流体を保持する内部チャンバを含む。蛇行状部分は、複数の要素を含み、該要素の各々は、実質的に９０度の角度にて隣接する要素に連結されて、蛇行状部分が３度の自由度にて撓むことを許容する。
2016501446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイスから熱を除去する平面状ヒートパイプにおいて、
平面状部分と、
電子デバイスに装着された板部分と、
平面状部分及び板部分に連結されると共に、３度の自由度にて撓む可撓性の蛇行状部分とを備え、
平面状部分、板部分及び蛇行状部分の各々は、互いに流体的に連通しかつ作用流体を保持する内部チャンバを含む、平面状ヒートパイプ。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートパイプにおいて、
前記蛇行状部分は、複数の要素を含み、該要素の各々は、実質的に９０度の角度にて隣接する要素に連結される、ヒートパイプ。
【請求項３】
請求項１に記載のヒートパイプにおいて、
前記蛇行状部分は、実質的に９０度の角度にて互いに装着された少なくとも５つの要素を含む、ヒートパイプ。
【請求項４】
請求項１に記載のヒートパイプにおいて、
前記蛇行状部分はＳ字形部分である、ヒートパイプ。
【請求項５】
請求項１に記載のヒートパイプにおいて、
前記平面状部分は、全体として、Ｕ字形の形態を有し、前記蛇行状部分及び板部分は、該Ｕ字形の平面状部分内にある、ヒートパイプ。
【請求項６】
請求項１に記載のヒートパイプにおいて、
前記平面状部分は、中央開口を有し、前記蛇行状部分は、該開口内に延伸する、ヒートパイプ。
【請求項７】
請求項１に記載のヒートパイプにおいて、
電子デバイスは、プリント回路板に装着された複数の電子デバイスの１つであり、該ヒートパイプは、板部分と、該板部分及び電子デバイスの各々に対する平面状部分に連結された蛇行状部分とを含む、ヒートパイプ。
【請求項８】
請求項７に記載のヒートパイプにおいて、
前記デバイスは、ボール、カラム又はランドグリッドアレイ（ｌａｎｄ  ｇｒｉｄ  ａｒｒａｙ）によりプリント回路板に連結される、ヒートパイプ。
【請求項９】
請求項７に記載のヒートパイプにおいて、
前記プリント回路板は宇宙向けの用途を有する、ヒートパイプ。
【請求項１０】
請求項７に記載のヒートパイプにおいて、
前記平面状部分と前記プリント回路板との間に配置され、かつその間に間隙を規定するスペーサを更に備える、ヒートパイプ。
【請求項１１】
請求項１に記載のヒートパイプにおいて、
前記電子デバイスは、フィールドプログラマブルゲートアレイである、ヒートパイプ。
【請求項１２】
請求項１に記載のヒートパイプにおいて、
前記チャンバは、全体として四角形の断面形態を含む、ヒートパイプ。
【請求項１３】
プリント回路板（ＰＣＢ）に装着された複数の電子デバイスから熱を除去する平面状ヒートパイプにおいて、
平面状部分と、
別個の板部分が電子デバイスの各々に装着された、複数の板部分と、
別個の蛇行状部分が平面状部分及び板部分に連結された複数の蛇行状部分とを備え、
平面状部分、板部分及び蛇行状部分の全ては、互いに流体的に連通しかつ作用流体を保持する内部チャンバを含み、
前記蛇行状部分の各々は、各要素が実質的に９０度の角度にて隣接する要素に連結された、複数の要素を含み、
前記平面状部分とＰＣＢとの間に配置され、その間にて間隙を規定する少なくとも１つのスペーサを備える、ヒートパイプ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のヒートパイプにおいて、
前記蛇行状部分の各々はＳ字形部分である、ヒートパイプ。
【請求項１５】
請求項１３に記載のヒートパイプにおいて、
前記蛇行状部分の各々は、実質的に９０度の角度にて互いに装着された少なくとも５つの要素を含む、ヒートパイプ。
【請求項１６】
請求項１３に記載のヒートパイプにおいて、
前記デバイスの各々は、ボール、カラム又はランドグリッドアレイによりプリント回路板に連結される、ヒートパイプ。
【請求項１７】
平面状ヒートパイプと、プリント回路板（ＰＣＢ）に装着された複数の電子デバイスを有する該プリント回路板（ＰＣＢ）とを含む電子機器において、前記ヒートパイプは、該電子機器から熱を除去し、該ヒートパイプは、
平面状部分と、
別個の板部分が電子デバイスの各々に装着された複数の板部分と、
別個の蛇行状部分が平面状部分及び板部分に連結された複数の蛇行状部分とを備え、
平面状部分、板部分及び蛇行状部分の全ては、互いに流体的に連通しかつ作用流体を保持する内部チャンバを含み、
前記蛇行状部分の各々は、各要素がある角度にて隣接する要素に連結された複数の要素を含み、
前記平面状部分とＰＣＢとの間に配置され、その間にて間隙を規定する少なくとも１つのスペーサを備える、電子機器。
【請求項１８】
請求項１７に記載の機器において、
前記蛇行状部分の各々はＳ字形部分である、機器。
【請求項１９】
請求項１７に記載の機器において、
前記蛇行状部分の各々は、実質的に９０度の角度にて互いに装着された少なくとも５つの要素を含む、機器。
【請求項２０】
請求項１７に記載の機器において、
前記デバイスの各々は、ボール、カラム又はランドグリッドアレイによりプリント回路板に連結される、機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［０００１］本発明は、全体として、電子デバイスから熱を吸引する熱インターフェース、より具体的には、プリント回路版（ＰＣＢ）に装着された電子デバイスから熱を吸引する平面状ヒートパイプに関し、ここで、該ヒートパイプは、デバイスに装着された板部分と、該板部分に連結されて、ヒートパイプとデバイスとの間の熱膨張率（ＣＴＥ）の不一致を補正する可撓性部分とを含む。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］固体相電子デバイスは、作動するとき、熱を発生させ、この熱は、十分に顕著であるならば、性能の低下又はデバイスに対する実際の損傷の何れかを通じて、デバイスに損害をもたらす影響を与える可能性がある。固体相電子デバイスは、ますます小型化し、かつより高パワーにて作動するため、デバイスによって発生された熱は、より一層の関心事となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
［０００３］固体相電子デバイスは、その作動中、デバイスから熱を吸引する何らかの型式の熱インターフェース又は吸熱装置を採用することが多い。これらの吸熱装置は、吸熱装置及びデバイスの回りの空気の流れを利用して、温度を低下させるのに役立たせることが多い。しかし、空気が存在しない宇宙向け電子デバイスにとって、電子デバイスから熱を除去することは、より困難な課題となる。宇宙向けの用途のための吸熱装置は、典型的に、デバイスをＰＣＢに、次に、宇宙船の構造物自体にボルト止めし又は接着することができる大きい熱伝導性構造物に連結することを必要とする。
【０００４】
［０００４］大型のフリップクリップ、アレイリア部品、高パワー特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等のような各種の型式の電子デバイスは、数１００又は数１０００もの伝導性ボール又は導電性カラムを有するであろう微細ピッチのボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）またはカラムグリッドアレイアリー（ＣＧＡ）を採用することがあり、これらのカラムは、デバイスとＰＣＢ上のリードとの間にて電気的相互接続を実現し、かつデバイスをＰＣＢに装着するための装着構造物を提供する。この型式の回路構造において、ＰＣＢからデバイスの反対側に吸熱装置を提供し、デバイスに対する熱経路がデバイスの頂部を通って熱伝導性構造物に向かうようにする。
【０００５】
［０００５］通常、金属で出来た熱伝導性構造物とセラミック系デバイスとの間には顕著なＣＴＥの不一致があるため、加熱されたとき、伝導性構造物とデバイスの膨張との間の差を生じ、このため、ＢＧＡ又はＣＧＡに横方向応力が生ずる。宇宙向け電子回路は、大きな熱循環を受け、また、大きな振動を受けることが多いため、このＢＧＡ又はＣＧＡに加わる応力は、デバイスの寿命に影響を与え、この場合、ＢＧＡ又はＣＧＢにおけるはんだ継手のような接続部は、最終的に機能しなくなるであろう。非金属のエラストマー性材料は、必要な熱除去性質の幾つかを有しており、吸熱装置として使用することができるが、典型的に、十分な-熱膨張を得るため、顕著に支えたな圧縮性荷重を利用する。かかる大きい静止荷重の効果は、十分に解明されていないが、一般に望ましくないと考えられている。更に、真空環境がかかるエラストマーに与える長期間の効果は関心事である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［０００６］ヒートパイプは、熱を除去する多数の用途を有する周知の熱伝導装置である。ヒートパイプは、典型的に、銅のような高熱伝導性材料で出来た密封したパイプ又はチューブを含む。ヒートパイプ内のチャンパは、焼結した吸い上げ材料及び水のような作用流体にて一部分、満たされており、ここにおいて、チャンバの他の容積から空気が除去される。作用流体は、低温度の流体であり、デバイスによって加熱されたとき、蒸気に変化し、この蒸気は、ヒートパイプ内の熱い端部からヒートパイの冷たい端部までチャンバを通って流れ、このヒートパイプにて凝縮して液体に戻る。次に、液体は、熱い端部にて水が蒸発する結果として生ずる、毛管動作の作用下、吸い上げ材料を通ってヒートパイプの熱い端部に戻される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、複数の電子デバイスと平面状ヒートパイプとを有するプリント回路板を含む電子機器の斜視図である。
【図２】図１のプリント回路板上にあるデバイスの１つを示す側面図である。
【図３】図１の電子機器から分離した平面状ヒートパイプの頂面図である。
【図４】複数の電子機器デバイスと平面状ヒートパイプとを有するプリント回路板を含む電子機器の頂面図である。
【図５】図４に示した電子機器の側面図である。
【図６】図４に示した平面状ヒートパイプの可撓性部分の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［００１３］可撓性部分を含む平面状ヒートパイプに関する本発明の実施の形態の以下の説明は、単に、性質上、例示のためだけであり、本発明又はその用途又は使用を限定することを何ら意図するものではない。例えば、本発明の平面状のヒートパイプは、宇宙向けエレクトロニクスの特定の用途を有する。しかし、当業者に良く理解されるように、本発明の平面状ヒートパイプは、その他の用途を有している。
【０００９】
［００１４］図１は、本明細書にて説明した型式の平面状熱ヒートパイプと接続して採用することのできる任意の電子機器を全体的に表現することを意図する電子機器の斜視図である。この非限定的な実施の形態において、機器１０は、宇宙船又は人工衛星の一部である宇宙向けの用途を有している。機器１０は、任意の適当な構造物とすることのできる支持体すなわち装着構造物１４に装着されたＰＣＢ１２を含み、この場合、支持構造物は、宇宙船１６のような大型のシステムの一部である。ＰＣＢ１２は、任意のデジタルチップ、固体相デバイス、回路等を表現することを目的とする複数の電子デバイス又は構成要素１８を含む。多数の構成要素１８は、適正な作動のため、デバイス２０から熱を除去することを必要とするデバイス２０として表現された大型の特別なＡＳＩＣｓ、ＦＰＧＡｓである。典型的に、デバイス２０の各々は、ＢＧＡ、ＣＧＢまたはその他の関連したランドグリッド接続部を通じてＰＣＢ１２上に装着され、この場合、金属のボール、カラム又はその他の構造物は、デバイス２０及び電子トレースとＰＣＢ上のリードとの間に、当業者がよく理解し得るような仕方にて電気接続状態を提供する。図２は、複数の導電性カラム２４を含むＣＧＡ２２を通じてＰＣＢ１２に連結されたデバイス２０の１つの側面図である。
【００１０】
［００１５］機器１０は、デバイス２０から効果的に熱を吸引し、かつヒートパイプ３０の金属とデバイス２０のセラミックとのＣＴＥの不一致のために生ずるＣＧＡ２２上の応力を解消し又は軽減する可撓性を提供する。ヒートパイプ３０に関して使用する平面状という語句は、矩形の又は四角形の断面を有するヒートパイプ３０を意味する。
【００１１】
［００１６］図３は、電子機器１０から取り外した平面状ヒートパイプ３０の頂面図である。該ヒートパイプ３０は、本明細書にて説明した制限の範囲内にて特定の電子機器１０に適した任意の形態を有することができ、この場合、該形態は、デバイス２０のサイズ、デバイス２０の型式、デバイス２０の数、デバイス２０のパワー、ＰＣＢ１２のサイズ等を考慮に入れる。ヒートパイプ３０は、多数のボルト３４によりＰＣＢ１２に装着された平面状部分３２を含む。装着プレートの一部とすることができるスペーサ要素３６は、ヒートパイプ３０とＰＣＢ１２との間に提供されて、デバイス２０を受け入れるのに必要な空間を確立することを助ける。この実施の形態において、スペーサ要素３６は、冷たい端部と称されることがあるヒートパイプ３０の位置にて提供される。平面状部分３２は、ＰＣＢ１２におけるその位置に依存して、多数のデバイス２０を露出させる切欠き部分３８を含み、このため、平面状部分３２は、これらのデバイス２０を囲繞する。切欠き部分３８のサイズ及び形状は、特定のＰＣＢに対する特定のヒートパイプに特有のものである。更に、構成要素１８の幾つかは、平面状部分３２の外側にあり、したがって、切欠き部分３８内にはない。ヒートパイプ３０は、複数の板部分４０を含み、この場合、板部分４０の分離した１つは、適当な熱伝導性接着剤４２によりデバイス２０の各々に装着される。この非限定的な設計において、板部分４０は、デバイス２０と同一の形状を有するが、わずかに小型である。板部分４０は、デバイス２０から熱を吸引する板部分４０である点にて、ヒートパイプ３０の熱い端部として機能する。
【００１２】
［００１７］板部分４０の各々は、蛇行状の可撓性部分４４により平面状部分３２に連結されている。この可撓性部分４４は、板部分４０の膨張及び収縮、及び機器１０の振動に応答して３度の自由度にて撓みかつ移動して、ＣＧＡ２２上の応力を軽減する。特に、可撓性部分４４は、板部分４０が加熱されて膨張するとき、任意の方向に向けて撓みかつ曲がることができ、このため、板部分４０は、ＣＧＡ上にて顕著な応力を加えることなく、平面状部分３２と独立的に移動する。
【００１３】
［００１８］可撓性部分４４は、特定のデバイス２０に対して異なる長さ及び形態を有することができるが、可撓性部分４４が例えば、互いに全体として９０度の角度にて共に接続された５つの要素のような、複数の要素を含む。例えば、図３にて特定的に識別した蛇行状の可撓性部分４４は、平面状部分３２に連結された第１の要素４８と、９０度の角度にて第１の要素４８に連結された第２の要素５０と、９０度の角度にて第２の要素５０に連結されかつ第１の要素４８と同一の方向に向けて延伸する第３の要素５２と、９０度の角度にて第３の要素５２に連結されかつ第２の要素５０と同一の方向に向けて延伸する第４の要素５４と、９０度の角度にて板部分４０及び第４の部分５４に連結されかつ第１及び第５の要素４８、５２と同一の方向に向けて延伸する第５の要素５６とを含む。この５つの要素４８−５６の方向は、部分４４がいずれの方向にも撓みかつ曲がり、板部分４０と平面状部分３２との間に可撓性を提供することを許容する。蛇行状部分４４は、ヒートパイプ３０の一部分であるため、要素４８−５６は、比較的短く形成することができ、また、要素４８−５０の間の曲がりは、極めて鋭角にすることができ、このことは、可撓性部分４４を小型化し、かつその占有面積を小さくすることを可能にする。
【００１４】
［００１９］平面状部分３２、板部分４０及び蛇行状の可撓性部分４４の全ては、平面状ヒートパイプとして相互に接続され、この場合、銅ハウジングのような熱伝導性の外側ハウジングは、排気されかつ焼結した吸い上げ材料を含む内部チャンバを規定する。水のような作用流体がチャンバ内に供給されて、その流体が板部分４０にてデバイス２０により発生された熱によって加熱されたとき、作用流体が蒸発し、かつ内部チャンバを通ってスペーサ要素３６に近接する平面状部分３２０の冷たい端部まで流れ、ここで、流体は、冷えてかつ液体の形態に戻ることを許容する。流体の蒸発に起因して、材料により提供されるキャピラリ作用は、当業者に周知の仕方にて、液体水を内部チャンバを通って板部分４０に吸引する。
【００１５】
［００２０］上述したように、ヒートパイプ３０は、該パイプが冷却する特定のＰＣＢ及びデバイスに適した任意の仕方にて形態を設定することができる。図３は、複数の電気デバイス６４を有するＰＣＢ６２を含む電子機器６０を示すための側面図である。機器６０は、多数のボルト７０によりＰＣＢ６２に装着された平面状部分４８を含む、上述した型式の平面状ヒートパイプ６６を有するＰＣＢ６２を含む電子機器６０の側面図であり、この場合、間隙８４は、スペーサ８６によりＰＣＢ６２とヒートパイプ６６との間に規定される。平面状部分６８は、ベース部分７２と対向した側部分７４、７６とを含むＵ字形部材である。ヒートパイプ６６は、また、板部分８０を含み、ここにおいて、別個の板部分８０は、上述した仕方にてデバイス６４の各々１つに装着される。板部分８０の各々は、５つの別個の要素を有するＳ字形の可撓性部分８２により側部分７４又は７６の一方に連結されている。
【００１６】
［００２１］図５は、ヒートパイプ６６から分離したＳ字形部分８２の１つの斜視図であり、該Ｓ字形部分は、四角形の断面を有しかつ内部チャンバ９２を規定する外側ハウジング９０を含む。Ｓ字形部分８２は、９０度の曲げ角度にて共に連結され、かつＳ字形を規定する５つの別個の要素９４、９６、９８、１００、１０２を含む。焼結した吸い上げ材料１０４がチャンバ９２内に設けられており、また、作用流体を含む。
【００１７】
［００２２］上記の説明は、本発明の単に一例としての実施の形態を開示しかつ説明するものである。当業者は、かかる説明及び添付図面、請求の範囲から、以下の請求の範囲に記載された本発明の思想及び範囲から逸脱せずに、各種の変更、改変及び変形を為すことができることが容易に理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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