JP2003110076A - 熱拡散器および放熱器 - Google Patents
熱拡散器および放熱器Info
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Abstract
子部品と所望の熱伝導体との間に一様に密な熱結合路を
実現する熱拡散器と、この電子部品で発生した熱をその
熱拡散器を放熱する放熱器とに関し、コストが大幅に増
加することなく、温度制御の対象となる多様なデバイス
に柔軟に適応し、その温度制御が高い効率で達成される
ことを目的とする。 【解決手段】 周縁部に壁体16Aが設けられ、かつ電
子部品11の筐体11Cにその壁体16Aを介して溶接
または接着される板状体16と、壁体16A、筐体11
Cおよび板状体16によって囲繞された領域に設けら
れ、その領域内に封入される熱媒体13が還流するメッ
シュ状のチャネル14を形成する複数の突起15-1〜1
5-Nとを備えて構成される。
Description
て、搭載された電子部品と所望の熱伝導体の表面との間
に一様に密な熱結合路を形成する熱拡散器と、この電子
部品で発生した熱をその熱拡散器を介して放熱する放熱
器とに関する。
積極的に適用されることによって所望の波長の光信号を
安定に精度よく出力する「チューナブルOS(Optical S
ender)」が実用されたために、波長分割多重(WDM:wa
velength division multiplexing)伝送方式は、海底光
伝送等の中継伝送系だけではなく、多様な伝送系に積極
的に適用されつつある。図9は、チューナブルOSが搭
載されたノードの構成例を示す図である。
ェルフ(ラックであってもよい。)91の所定のスロッ
トに対して着脱可能なパッケージを構成する回路基板9
2の上に配置される。図10は、チューナブルOSの放
熱系の構成を示す図である。図において、上述した回路
基板92の上に配置されたチューナブルOS90の内部
には光ファイバ93の一端に接続され、このチューナブ
ルOSの筐体90Cに密に熱結合したチューナブルレー
ザダイオードモジュール(以下、「TLDモジュール」
という。)94が備えられる。
向する外壁と反対の外壁は板状に形成された平面型ヒー
トパイプ95の一方の面に貼着され、その平面型ヒート
パイプ95の他方の面にはヒートシンク96の底面(こ
こでは、簡単のため、放熱フィンが何ら形成されない特
定の面であると仮定する。)に貼着される。
構成される。 ・ 上述した筐体90Cに熱結合(ここでは、簡単のた
め、密に接触していると仮定する。)した筐体94C ・ 筐体94Cの内壁に密に熱結合したペルチェ97 ・ そのペルチェ97の表面の内、所定の箇所に密に熱
結合したレーザダイオード98 ・ このレーザダイオード98の出射口と上述した光フ
ァイバ93の一端とに光学的に結合した光学系99 このような構成の従来例では、レーザダイオード98に
よって出射されたレーザ光は、光学系99および光ファ
イバ93を介して図示されない波長多重化部に導かれ
る。なお、このようなレーザ光の波長および波長多重化
部によって行われる波長多重化(波長毎に行われるべき
変調が含まれてもよい。)の処理については、本願発明
に関係がないので、ここでは説明を省略する。
でレーザダイオード98で発生した熱は、ペルチェ97
によって一旦吸収され、かつ筐体94C、90Cを介し
て平面型ヒートパイプ95に伝達される。さらに、平面
型ヒートパイプ95は、図10の上部に点線で示すよう
にその平面型ヒートパイプ95の内部に並行に形成さ
れ、かつ所定の気圧に減圧された直線状のチャネルに注
入された熱媒体(冷媒)を介してヒートシンク96の底
面の各部に、このようにして伝達された熱を導く。
6の所定の外壁に形成された放熱フィンを介して外部
に、このようにして導かれた熱を放射する。すなわち、
レーザダイオード98によって発生した熱は、ペルチェ
97に供給される電力に応じて吸収され、かつ筐体94
C、90C、平面型ヒートパイプ95およびヒートシン
ク96を介して外部に放射される。
御が適正に行われる限り、レーザダイオード98および
光学系99の特性は安定に維持され、かつ上述したレー
ザ光の波長は所望の値に保たれる。
来例では、レーザダイオード98で発生し、かつペルチ
ェ97および筐体94C、90Cを介して平面型ヒート
パイプ95に伝達された熱は、その平面ヒートパイプ9
5の内部に既述の通りに並行に形成された複数の直線状
のチャネルに個別に注入された熱媒体を介してヒートシ
ンク96の底面に伝達される。すなわち、このような熱
の大半は、平面ヒートパイプ95の内部に形成されたチ
ャネルの内、筐体90C、94Cを介してペルチェ97
に密に熱結合する特定のチャネルのみに注入された熱媒
体を介してヒートシンク96に伝達される。
ェ97(レーザダイオード98)とヒートシンク96の
底面の各部との間における熱伝導度は一様ではなく、か
つレーザダイオード98で発生した熱の大半は、例え
ば、そのヒートシンク96の底面の内、ペルチェ97に
密に熱結合する領域を介してこのヒートシンク98に伝
達されていた。
イオード98)とヒートシンク96の底面の各部との間
における熱伝導度は、例えば、冷媒が注入され、かつ気
圧が所定の値に設定された単一の室が平面型ヒートパイ
プ95の内部の全域に形成された場合には、一様となり
得る。しかし、このような室が形成された平面型ヒート
パイプ95の機械的な強度はその平面型ヒートパイプ9
5が強固な素材によって構成され、もしくは厚みが大き
く設定されない限り著しく低下する。さらに、平面型ヒ
ートパイプ95によって達成される熱交換の効率は、室
の内部において熱媒体の還流を促進する毛細引力(毛細
管力)が生じないために、必ずしも所望の値になるとは
限らなかった。
5は、筐体90Cの対応する外壁面およびヒートシンク
96の底面に接着剤を介して接合されるために、組み立
てに多くの工数を要し、かつ適用可能な接着剤の熱伝導
度の低減だけではなく、総合的な厚みの縮小にも制約が
生じるために、必ずしも所望の冷却能力が達成されると
は限らなかった。
び小型化は、上述した波長多重化伝送方式が適用された
ノードだけではなく、チューナブルOS90のように高
い精度の温度制御が行われるべき多様な機器にも共通の
課題であるために、多様なデバイスの高密度実装に柔軟
に適応可能な技術が強く要望されていた。なお、所望の
冷却能力は、熱伝導度が高い銅合金等の金属材料で筐体
94C、90Cが形成されることによって達成され得
る。
比重が大きく、かつアルミニューム等に比べて高価であ
るために、実際には適用され難かった。また、上述した
接着材による熱伝導度の低下については、例えば、ペル
チェ97および筐体94C、90Cと平面型ヒートパイ
プ95とが金属性のネジ等を介して密に熱結合すること
によって回避され得る。
螺合)すべき孔が平面型ヒートパイプ95に形成された
場合には、既述のチャネルはその孔を通過することなく
形成されなければならない。したがって、チャネルが直
線状に形成されることが妨げられて構成が複雑化し、か
つそのネジ孔が形成されるべき箇所は本来的にチャネル
(熱媒体)に密に熱結合すべき領域であるために、適用
されるべきネジの径や本数が大きいほど冷却能力が低下
する可能性が高かった。
く、温度制御の対象となる多様なデバイスに柔軟に適応
し、その温度制御が高い効率で達成される熱拡散器およ
び放熱器を提供することを目的とする。
原理ブロック図である。請求項1に記載の発明では、板
状体16は、外部との熱交換が行われるべき電子部品1
1の筐体11Cに壁体16Aを介して溶接または接着さ
れる。これらの壁体16A、筐体11Cおよび板状体1
6によって囲繞された領域には、複数の突起15-1〜1
5-Nによって、上述した熱交換に供される熱媒体13が
還流するチャネル14がメッシュ状に形成され、その熱
媒体13が封入される。
複数の突起15-115-Nが凸接され、かつ壁体16Aを
介して筐体11Cに溶接または接着されることによっ
て、その領域と外部との気圧の差と、この外部から物理
的に与えられ得る力とに対する強度が高められる。さら
に、熱媒体13は、既述の通りにメッシュ状に形成され
たチャネル14を介して還流する。
したチャネル14に対して密に熱結合する全域と電子部
品11との間には、機械的な強度が低下することなく、
そのチャネル14に注入された熱媒体13と筐体11C
とを介して可逆的な熱交換路が形成され、その熱交換路
によって効率的な熱の拡散または集中が図られる。図2
は、本発明の第二の原理ブロック図である。
壁17は、その箱体18の外部との熱交換が行われるべ
き電子部品11の筐体11Cに熱的に結合する。箱体1
8の内壁には、その内壁に凸設された複数の突起15-1
〜15-Nによって、上述した熱交換に供される熱媒体1
3が還流するチャネル14がメッシュ状に形成される。
さらに、箱体18は、このようなチャネル14と外部と
の間に上述した熱交換が達成される値の熱抵抗を有す
る。
た複数の突起15-115-Nが凸接されることによって、
その箱体18の内部と外部との気圧の差と、この外部か
ら物理的に与えられ得る力とに対する強度が高められ
る。さらに、熱媒体13は、既述の通りにメッシュ状に
形成されたチャネル14を介して還流する。
たチャネル14に対して密に熱結合する全域と電子部品
11との間には、機械的な強度が低下することなく、そ
のチャネル14に注入された熱媒体13と筐体11Cと
を介して可逆的な熱交換路が形成され、その熱交換路に
よって効率的な熱の拡散または集中が図られる。図3
は、本発明の第三の原理ブロック図である。
は、その構造体19の外部との熱交換が行われるべき電
子部品11の筐体11Cに一体に形成される。構造体1
9の内壁には、その内壁に凸設された複数の突起15-1
〜15-Nによって、上述した熱交換に供される熱媒体1
3が還流するチャネル14がメッシュ状に形成される。
さらに、構造体19は、このようなチャネル14と外部
との間に上述した熱交換が達成される値の熱抵抗を有す
る。
した複数の突起15-115-Nが凸接されることによっ
て、その構造体19の内部と外部との気圧の差と、この
外部から物理的に与えられ得る力とに対する強度が高め
られる。さらに、熱媒体13は、既述の通りにメッシュ
状に形成されたチャネル14を介して還流する。
したチャネル14に対して密に熱結合する全域と電子部
品11との間には、機械的な強度が低下することなく、
そのチャネル14に注入された熱媒体13と筐体11C
とを介して可逆的な熱交換路が形成され、その熱交換路
によって効率的な熱の拡散または集中が図られる。請求
項4に記載の発明では、放熱部材24は、既述の電子部
品11で発生し、かつ熱拡散器23を介して伝達された
熱をその放熱部材24の外部に放射する。
メッシュ状に形成されたチャネル14に注入された熱媒
体13とを介して熱拡散器23の外側壁の内、特定の領
域に著しく偏ることなく拡散され、その放熱部材24に
伝達される。したがって、放熱部材24は、放熱の対象
となる熱が熱拡散器23との接合面の内、特定の領域に
偏って伝達される場合に比べて、効率的にその放熱が行
われる。
Aは、既述の電子部品11で発生し、かつ熱拡散器23
を介して伝達された熱をその放熱部材24Aの外部に放
射する 。このような熱は、上述した筐体11Cと、メ
ッシュ状に形成されたチャネル14に注入された熱媒体
13とを介して熱拡散器23の外側壁の内、特定の領域
に著しく偏ることなく拡散され、その放熱部材24Aに
伝体される。
象となる熱が熱拡散器23との境界面の内、特定の領域
に偏って伝達される場合に比べて、効率的にその放熱が
行われる。請求項1ないし請求項3に記載の発明の第一
の下位概念の発明では、内壁に形成され、チャネル14
に外部から熱媒体13が注入されるために供される熱媒
体注入路20が備えられる。
である限り、チャネル14に対する熱媒体13の注入や
追加に併せて、その熱媒体13の交換の自在な実施が可
能となる。したがって、温度や気圧に応じて生じ得る熱
媒体13の気化、膨張、凝固等のように組み立てや実装
の工程の妨げとなる要因の保留に併せて、多様な保守や
運用の形態に対する柔軟な適応が可能となる。
二の下位概念の発明では、チャネル14は、電子部品1
1に備えられ、かつ熱交換の対象となるべき素子もしく
は回路に近い領域に密に形成される。すなわち、チャネ
ル14に注入された熱媒体13と電子部品11とは、上
述した領域に形成されるチャネル14の密度が高いほど
密に熱結合する。
比べて、熱拡散の効率が高められる。請求項1ないし請
求項3に記載の発明の第三の下位概念の発明では、チャ
ネル14は、電子部品11に備えられ、かつ熱交換の対
象となるべき素子もしくは回路から遠い領域に共通の密
度で形成される。
1に密に熱結合すべき区間以外の区間の配置が標準化さ
れるので、構成の簡略化に併せて、低廉化が図られる。
請求項1ないし請求項3に記載の発明の第四の下位概念
の発明では、複数の突起15-1〜15-Nの全てまたは一
部は、頂部にもチャネルが形成される形状および寸法を
有する。
15-1〜15-Nの全てまたは一部の頂部を介してバイパ
スが形成され、このチャネル14に注入された熱媒体1
3の拡散および還流は、これらのチャネル14およびバ
イパスからなるメッシュ状のチャネルを介して柔軟に、
かつ速やかに行われる。したがって、熱拡散の効率に併
せて、応答性が高められる。
五の下位概念の発明では、複数の突起15-1〜15-Nの
全てもしくは一部は、一部が括れた柱状または楔型に形
成される。すなわち、チャネル14は、これらの突起1
5-1〜15-Nの成形が可能である限り、既述の内壁が小
さい場合であっても高い密度で形成され、あるいはメッ
シュ状に形成される。
対する柔軟な適応が可能となり、その電子部品11を含
んで構成される機器の熱設計および実装にかかわる制約
が大幅に緩和される。請求項1ないし請求項3に記載の
発明の第六の下位概念の発明では、複数の突起15-1〜
15-Nと内壁との双方もしくは何れか一方の材質、形状
および寸法は、チャネル14で熱媒体13に作用する毛
細引力によってその熱媒体13の還流に促進される材
質、形状および寸法に設定される。
な毛細引力が何ら作用しない場合に比べて、熱拡散の効
率および応答性が高められる。請求項1ないし請求項3
に記載の発明の第七の下位概念の発明では、媒体14M
は、チャネル14の全てまたは一部の区間に挿入され、
そのチャネル14で熱媒体13に作用する毛細引力を増
強する。
3の還流は、このように増強された毛細引力によってさ
らに促進される。したがって、熱拡散の効率および応答
性がさらに高められる。請求項1ないし請求項3に記載
の発明の第八の下位概念の発明では、複数の突起15-1
〜15-Nの全てまたは一部に形成された孔15H-1〜1
5-nは、筐体11Cとの熱結合の維持に必要な締結に供
される部材21、もしくはその筐体11Cに接合され、
または結合される。
15-1〜15-Nの内、上述した部材21または筐体11
Cとの接合または結合が行われるべき所望の突起に形成
される。したがって、筐体11Cを含んでなる電子部品
11の多様な形状および配置に対する柔軟な適応に併せ
て、その電子部品11とチャネル14と間の密な熱結合
が担保される。
九の下位概念の発明では、部材15P-1〜15P-nは、
筐体11Cとの熱結合の維持に必要な締結に供される部
材21a、もしくはその筐体11Cに接合または結合さ
れ、かつ複数の突起15-1〜15-Nの全てまたは一部に
個別に一体に形成される。このような部材15P-1〜1
5P-nは、突起15-1〜15-Nの内、上述した部材21
aまたは筐体11Cとの接合または結合が行われるべき
所望の突起と共に形成される。
部品11の多様な形状および配置に対する柔軟な適応に
併せて、その電子部品11とチャネル14と間の密な熱
結合が担保される。請求項1ないし請求項3に記載の発
明の第十の下位概念の発明では、熱媒体13の総量は、
チャネル14の内、電子部品11に最も密に熱結合する
部位でその熱媒体13が定常的に還流する量に設定され
る。
熱交換は、安定に継続して行われる。したがって、総合
的な信頼性が高く維持される。請求項1ないし請求項3
に記載の発明の第十一の下位概念の発明では、外壁の形
状および材質は、外部または特定の部材22との熱的な
結合度が所望の値となる形状および材質に設定される。
因する無用な熱抵抗の増加が回避されるので、熱拡散の
効率および安定性が高く維持される。
施形態について詳細に説明する。図4は、本発明の第一
の実施形態を示す図である。本発明の第一の実施形態の
特徴は、下記の点にある。 ・ 既述の平面型ヒートパイプ95に代えて後述する放
熱部材30が備えられる。 ・ TLDモジュール94の筐体94Cの外側面にその
筐体94Cの固定に供される複数のネジ94S-1〜94
S-pがそれぞれ貫通する孔94h-1〜93h-p、または
これらの孔94h-1〜93h-pが形成されたフランジ9
4F-1〜94F-pが形成される。
-1〜94S-pがそれぞれ貫通する孔90h-1〜90h-p
が形成される。また、放熱部材30は、下記の熱結合面
31、チャネル32および熱媒体注入口33を有する。 ・ 図10に示すヒートシンク96に一体に形成され、
かつチューナブルOS90の筐体90Cの所定の外壁面
に密接に接触可能な形状を有すると共に、上述したネジ
94S-1〜94S-pに螺合するネジ孔31S-1〜31S
-pが形成された面(以下、「熱結合面31」という。)
31 ・ 熱結合面31に一様にこれらのネジ孔31S-1〜3
1S-pを通過することなく格子状(あるいはメッシュ
状)に形成され、かつ後述する熱媒体が還流する経路と
なるチャネル32 ・ このチャネル32の所定の箇所と外部との間に形成
され、かつ開口部がバルブその他の部材を介して密閉が
可能な熱媒体注入口33 なお、以下では、熱結合面31の内、チャネル32とそ
の熱結合面31の縁部との何れにも該当しない箇所につ
いては、単に「凸部」と称する。
0は、下記の手順に基づいてチューナブルOS90の筐
体90Cに取り付けられる。 ・ 既述の孔94h-1〜94h-pおよび孔90h-1〜9
0h-pにそれぞれ挿入されたネジ94S-1〜94S-p
は、ネジ孔31S-1〜31S-pにねじ込まれる。 ・ 熱結合面31の縁部は、全周に亘って筐体90Cに
ろう付けされる。
ュール94Aは、ヒートシンク96と一体に形成され、
かつ強固な凸部に形成されたネジ孔31S-1〜31S-p
に螺合するネジ94S-1〜94S-pによって、筐体90
Cおよびその凸部(放熱部材30)に密に接触する状態
に維持される。さらに、チャネル32は、熱媒体注入口
33を介して外部から所定の熱媒体が注入され、かつ所
定の気圧に減圧された状態でこの熱媒体注入口33が閉
塞されることによって、外部との遮断が図られる。
いて、従来例と同様にレーザダイオード98で発生し、
かつペルチェ97および筐体94Cを介して筐体90C
に伝達された熱は、上述したようにその筐体90Cに密
に接触している凸部と、これらの凸部によって形成され
たチャネル32とに伝達される。さらに、既述の熱媒体
は、そのチャネル32に伝達された熱に応じて速やかに
気化する。
ル32が既述の通りに格子状に形成されているので、そ
のチャネル32の全域に速やかに、かつほぼ均等に拡散
する。チャネル32の各部では、これらの拡散した熱媒
体とヒートシンク96との間における熱交換が並行して
行われる。
熱部材30に対しては、ネジ94S-1〜94S-pを介し
て機械的に強固に締結されると共に、筐体90Cを介し
て密に熱結合し、さらに、図5に示すように、ヒートシ
ンク96が有する放熱フィンの全域に対しても、チャネ
ル32に注入された熱媒体を介して一様に密に熱結合す
る。
(a) に示すように、TLDモジュール94Aの表面温度
は、従来例に比べて、低く安定に保たれる。さらに、チ
ューナブルOS90の内部におけるTLDモジュール9
4Aの配置と、そのTLDモジュール94Aの機械的な
構造に対する柔軟な適応が可能となるために、実装や熱
設計にかかわる制約が大幅に緩和され、かつ機械的強度
が低下することなく、従来例より高い効率で放熱が行わ
れる。
態を示す図である。本実施形態の特徴は、図7に示すよ
うに、放熱面に下記の通りに形成されたチャネルの形状
および配置にある。本実施形態では、熱結合面31の
内、TLDモジュール94Aで発生した熱の大半がその
TLDモジュール94Aから筐体90Cを介して伝達さ
れる領域Aには、チャネル32は、このようにして伝達
される熱に応じて気化した熱媒体がこの領域A以外の各
部に形成されたチャネルを介して定常的に順次還流可能
な程度に大きな断面積Sおよび高い密度Dで形成され
る。
またはその領域Aに近接する領域aに形成され、かつ既
述のネジ孔31S-1〜31S-pが形成されるべき凸部に
ついては、他の凸部に比べて、チャネル32の軸に垂直
な方向と水平な方向との双方もしくは何れか一方の断面
積が大きく設定される。さらに、熱結合面31の内、既
述の領域A、a以外の領域Bには、チャネル32は、上
述した断面積Sより小さな断面積sと、ヒートシンク9
6(放熱フィン)の周囲との間の温度抵抗が所望の上限
値以下となる程度に大きな密度dとで形成される。
れぞれヒートシンク96の対応する部分における熱抵抗
の分布とそのヒートシンク96の外部の温度分布との双
方に整合した断面積および密度でチャネル32が形成さ
れる。したがって、TLDモジュール94Aの表面温度
は、チャネル32に過剰な量の熱媒体が注入されなくて
も、図6(b) に示すように、上述した第一の実施形態よ
り低い値となる。
共通の断面積および密度でチャネルが形成されている。
しかし、このような断面積および密度については、例え
ば、上述した領域A、a、B毎に共通の値でないことに
起因するコストの増加その他の制約が許容され、あるい
は別途解消される場合には、どのような値に設定されて
もよい。
しくは何れか一方については、例えば、ヒートシンク9
6の各部の熱抵抗と、そのヒートシンク96の外部(周
囲)の温度との双方もしくは何れか一方の不均一な分布
との適応が図られる値に適宜設定されてもよい。図8
は、本発明の第三の実施形態を示す図である。
され、かつ既述のネジ孔31S-1〜31S-pが形成され
る凸部以外の凸部の全て、あるいは一部(以下、このよ
うな凸部については、単に「特異凸部」という。)の長
さLが『筐体90Cとの間にもチャネル(以下、「付加
チャネル」という。)が形成される程度に小さな値』に
設定された点にある。
間には、上述した特異凸部を介して隣接するチャネルの
区間との間に付加チャネルがバイパスとして形成され
る。すなわち、チャネル32に注入され、かつTLDモ
ジュール94Aから伝達された熱に応じて熱交換を行う
熱媒体は、そのチャネル32と付加チャネルとを介して
還流する。
な付加チャネルが形成された領域では、温度の分布の偏
差がさらに軽減され、かつヒートシンク96を介して行
われる放熱の効率が高められる。なお、本実施形態で
は、付加チャネルは、特異凸部が有する平坦な頂部と筐
体90Cとの間に成形されている。
ば、くさび状や突起状に成形された特異凸部の頂部、ま
たはその頂部に形成された溝もしくはスリットと筐体9
0Cとの間に形成されてもよい。以下、図7を参照して
本発明の第四の実施形態について説明する。本実施形態
の特徴は、チャネル32に注入される熱媒質の量にあ
る。
は、図9に示すように回路基板92と共にシェルフ91
の所定のスロットに実装された状態では、例えば、その
シェルフ91の底部の方向に熱媒体注入口33が位置す
る。したがって、チャネル32に注入された熱媒体は、
TLDモジュール94Aが何ら熱を発していない状態
(以下、「基準状態」という。)では、チャネル32の
区間の内、密閉された熱媒体注入口33に連なる区間に
滞留する。
ら注入される熱媒体の体積は、図7に破線で示すよう
に、『領域Aの内、放熱されるべき熱を発生するレーザ
ダイオード98に最も密に熱結合する箇所(以下、「冷
却基準部位」という。)』より上方(図7の紙面上にお
ける上方に相当する。)に、基準状態でその熱媒体の液
面が一致する値に設定される。
成されたチャネルには、定常的に何らかの熱媒質が位置
し、この冷却基準部位を介してレーザダイオード98か
ら伝達された熱は、その熱媒質を介して安定にかつ確度
高くヒートシンク96の底部の全域に分散される。した
がって、本実施形態によれば、チャネル32に注入され
るべき熱媒質の体積が冷却基準部位との関連性に基づい
て決定されない場合に比べて、チューナブルOS90の
性能が安定に保たれ、かつ信頼性が高められる。
形態に本願発明が適用されている。しかし、本発明は、
このような第二の実施形態に限定されず、例えば、既述
の第一の実施形態や第三の実施形態にも同様に適用可能
である。また、本実施形態では、上述した熱媒体の体積
は、チャネル32(付加チャネルが含まれてもよい。)
の断面積、配置(密度)等が何ら考慮されることなく決
定されている。
や理論(シミュレーションを含む。)に基づいて下記の
全てあるいは一部に適合した値として求められてもよ
い。 ・ チャネル32の各区間における熱媒体の循環の速
度、 ・ 熱媒体の気化熱その他の特性 ・ レーザダイオード94に消費され、かつ熱に変換さ
れる電力 ・ ヒートシンク96に形成された放熱フィンの特性の
物理的な分布 ・ このヒートシンク96に放熱フィンを介して接する
周囲の温度とその温度の分布 さらに、上述した各実施形態では、熱結合面31の縁部
の全周が筐体90Cにろう付けされ、かつ熱媒質注入口
33が閉塞されることによって、チャネル32と外部と
の遮断が図られている。
れず、TLDモジュール94Aとチャネル32との間に
おける熱伝導度の低下が許容される場合には、例えば、
下記の何れかの構成が適用されることによって、熱媒質
注入口33以外を介するチャネル32と外部との間の遮
断が上述したろう付けが行われることなく図られてもよ
い。
結合が損なわれない材質および形状を有し、この筐体9
0Cに代わってその熱結合面31の縁部にろう付けされ
る板状体が備えられる。 ・ このような板状体と放熱部材30との組み合わせに
等価な機構および熱伝導特性を有し、かつ溶接等によっ
て一体化される複数の構造体としてその放熱部算30が
構成される。
ンク96が放熱部材30の一部として一体に形成されて
いる。しかし、本発明はこのような構成に限定されず、
例えば、下記の何れかの場合には、放熱部材30は、ヒ
ートシンク96を含むことなく、単にTLDモジュール
94Aによって発生した熱をヒートシンクの底部に偏る
ことなく一様に伝達する熱拡散器として構成されてもよ
い。
多様なシートシンクに適合可能な熱設計の標準化が要求
される場合 ・ ヒートシンク96が併用されなくても、TLDモジ
ュール94Aの動作温度が所望の範囲に維持される程度
の放熱が達成される場合(TLDモジュール94Aが備
えられた装置の筐体(シャーシ)がヒートシンク96に
代えて適用される場合を含む。) さらに、上述した各実施形態では、放熱部材30は、ネ
ジ94S-1〜94S-pによってTLDモジュール94A
(チューナブルOS90)に締結されている。
が、TLDモジュール94AやチューナブルOS90の
組み立ての工程に先行することが許容される場合には、
これらのTLDモジュール94Aのパッケージと筐体9
0Cとの双方もしくは何れか一方が放熱部材30と一体
に形成されてもよい。また、上述した各実施形態では、
既述のろう付けが完了した後にチャネル32(付加チャ
ネルを含む。)に対する熱媒体の注入に供される熱媒体
注入口33が備えられている。
れず、下記の条件が成立する場合には、熱媒体注入口3
3は備えられなくてもよい。 ・ チャネル32および付加チャネルと外部との間の遮
断が図られる工程に先行して、これらのチャネル32お
よび付加チャネルに対する熱媒体の注入が確実に行われ
る。
0C(ヒートシンク96が放熱部材30と別体に構成さ
れる場合には、そのヒートシンク96を含む。)の接合
や組み合わせの過程で熱媒体に与えられ得る熱(チャネ
ル32および付加チャネルの内部と外部とにおける気圧
の差)が許容される程度に小さく、あるいはこのような
熱の内、チャネル32および付加チャネルの内部に位置
する熱媒体に伝達され得る熱の大半が別途施される熱シ
ャント等に応じて外部に放射される。
ル32および付加チャネルの断面の形状はこれらのチャ
ネル32および付加チャネルの全域に亘って矩形であ
り、その断面の具体的な寸法は示されていない。しか
し、このような断面の形状については、TLDモジュー
ル94Aで発生し、チャネル32に伝達された熱が熱結
合面31の全域に所望の偏差で一様に拡散される限り、
如何なる形状であってもよい。
ついては、既述の凸部の成型や配置が技術的に可能であ
る限り、例えば、チャネル32や付加チャネルの壁面を
構成する素材と、そのチャネル32および付加チャネル
に注入された熱媒体の構成とに応じてこの熱媒体に作用
する毛細引力がその熱媒体に作用する引力を上回り、こ
の毛細引力によって熱媒体の還流(循環)が促進される
程度に小さな断面を有してもよい。
ル32の軸に垂直な方向における全ての凸部の断面の形
状が矩形であり、その断面の具体的な寸法が示されてい
ない。しかし、このような断面については、熱結合面3
1の全域に亘って所望の偏差の範囲における一様な熱拡
散に併せて、その熱拡散を達成する所望の形状および寸
法の断面を有するチャネル32および付加チャネルの形
成が可能である限り、如何なる形状を有してもよく、か
つ機械的な強度の劣化が許容される範囲でTLDモジュ
ール94Aとヒートシンク96との間における熱的な密
結合が達成される限り、形状と寸法との双方もしくは何
れか一方が一様でなくてもよい。
32および付加チャネルには、熱媒体以外には何ら注入
されていない。しかし、本発明はこのような構成に限定
されず、例えば、密度が適正に設定された綿糸のよう
に、チャネル32や付加チャネルにおける熱媒体の物理
的な還流が抑制されることがあっても、既述の毛細引力
が増加することによってその熱媒体の還流が総合的に促
進される素材がこの熱媒体と共にチャネル32と付加チ
ャネルとの双方もしくは何れか一方に挿入されてもよ
い。
ル32の気圧は、熱媒体が注入された後に外部より低い
値に設定されている。しかし、本発明はこのような構成
に限定されず、チャネル32の内部の減圧は、外部と同
じ気圧において所望の放熱が達成される気化熱および拡
散速度を有する熱媒体がチャネル32に注入される場合
には、何ら行われなくてもよい。
象となるチューナブルOS90(レーザダイオード9
4)が搭載されたノードに本願発明が適用されている。
しかし、本発明は、このような装置に限定されず、例え
ば、所望の電子部品や回路の動作温度を所定の値に保つ
高温槽やクライオスタットと、何らかの冷却が行われる
べき電子部品や回路が備えられた機器との何れにも、同
様に適用可能である。
材30および筐体90Cを構成する材料が具体的に開示
されていない。しかし、これらの材料は、放熱部材30
と筐体90Cとが既述のようにろう付けその他の溶接に
よって一体化される場合には、その溶接に適合し、かつ
熱媒体に適合する限り、アルミニューム、銅、ステンレ
ス等の金属材料に限定されず、セラミック、プラスチッ
ク、合成樹脂等の非金属材料であってもよく、かつ両者
の材料は異なってもよい。
代えて適用可能な溶接法としては、実際に適用されるエ
ネルギーの如何にかかわらず、融接、圧接、拡散接合の
何れであってもよい。さらに、上述した各実施形態で
は、実際に適用されるべき熱媒体が具体的に開示されて
いない。
述のチャネル32を形成する材料に適合し、かつ所望の
精度による熱拡散が達成される程度に大きな気化熱を有
すると共に、気化した状態における拡散速度が十分に大
きい限り、フロン、アンモニアその他の如何なるもので
あってもよい。また、本発明は、上述した実施形態に限
定されるものではなく、本発明の範囲において多様な形
態による実施形態が可能であり、かつ構成要素の一部も
しくは全てに如何なる改良が施されてもよい。
明の構成を階層的・多面的に整理し、かつ付記項として
順次列記する。 (付記1) 周縁部に壁体16Aが設けられ、かつ電子
部品11の筐体11Cにその壁体16Aを介して溶接ま
たは接着される板状体16と、前記壁体16A、前記筐
体11Cおよび前記板状体16によって囲繞された領域
に設けられ、その領域内に封入される熱媒体13が還流
するメッシュ状のチャネル14を形成する複数の突起1
5-1〜15-Nとを備えたことを特徴とする熱拡散器。
き電子部品11の筐体11Cに熱的に結合可能な外壁1
7を有する箱体18と、前記箱体18の内壁に凸設さ
れ、その箱体18の内部に封入される熱媒体13が還流
するメッシュ状のチャネル14を形成する複数の突起1
5-1〜15-Nとを備え、前記箱体18は、前記外部と前
記チャネル14との間に前記熱交換が達成される値の熱
抵抗を有することを特徴とする熱拡散器。
き電子部品11の筐体11Cに一体に形成された構造体
19と、前記構造体19の内壁に凸設され、その構造体
19の内部に封入される熱媒体13が還流するメッシュ
状のチャネル14を形成する複数の突起15-1〜15-N
とを備え、前記構造体19は、前記外部と前記チャネル
14との間に前記熱交換が達成される値の熱抵抗を有す
ることを特徴とする熱拡散器。
1項に記載の熱拡散器において、前記内壁に形成され、
前記外部から前記チャネル14に対する前記熱媒体13
の注入に供される熱媒体注入路20を備えたことを特徴
とする熱拡散器。 (付記5) 付記1ないし付記4の何れか1項に記載の
熱拡散器において、前記チャネル14は、前記電子部品
11に備えられ、かつ前記熱交換の対象となるべき素子
もしくは回路に近い領域に密に形成されたことを特徴と
する熱拡散器。
1項に記載の熱拡散器において、前記チャネル14は、
前記電子部品11に備えられ、かつ前記熱交換の対象と
なるべき素子もしくは回路から遠い領域に共通の密度で
形成されたことを特徴とする熱拡散器。
1項に記載の熱拡散器において、前記複数の突起15-1
〜15-Nの全てまたは一部は、頂部にチャネルが形成さ
れる形状および寸法を有することを特徴とする熱拡散
器。 (付記8) 付記1ないし付記7の何れか1項に記載の
熱拡散器において、前記複数の突起15-1〜15-Nの全
てもしくは一部は、一部が括れた柱状または楔型に形成
されたことを特徴とする熱拡散器。
1項に記載の熱拡散器において、前記複数の突起15-1
〜15-Nと前記内壁との双方もしくは何れか一方の材
質、形状および寸法は、前記チャネル14で前記熱媒体
13に作用する毛細引力によってその熱媒体13の還流
が促進される材質、形状および寸法に設定されたことを
特徴とする熱拡散器。
か1項に記載の熱拡散器において、前記チャネル14の
全てまたは一部の区間に挿入され、そのチャネル14で
前記熱媒体13に作用する毛細引力を増強する媒体14
Mを備えたことを特徴とする熱拡散器。 (付記11) 付記1ないし付記10の何れか1項に記
載の熱拡散器において、前記複数の突起15-1〜15-N
の全てまたは一部には、前記筐体11Cとの熱結合の維
持に必要な締結に供される部材21、もしくはその筐体
11Cとの接合と結合との双方もしくは何れか一方に供
される孔15H-1〜15H-nが形成されたことを特徴と
する熱拡散器。
れか1項に記載の熱拡散器において、前記筐体11Cと
の熱結合の維持に必要な締結に供される部材21a、も
しくはその筐体11Cとの接合と結合との双方もしくは
何れか一方に供され、かつ前記複数の突起15-1〜15
-Nの全てまたは一部に個別に一体に形成された部材15
P-1〜15P-nを有することを特徴とする熱拡散器。
れか1項に記載の熱拡散器において、前記熱媒体13の
総量は、前記チャネル14の内、前記電子部品11に最
も密に熱結合する部位でその熱媒体13が定常的に還流
する量に設定されたことを特徴とする熱拡散器。
れか1項に記載の熱拡散器において、外壁の形状および
材質は、外部または特定の部材22との熱的な結合度が
所望の値となる形状および材質に設定されたことを特徴
とする熱拡散器。
れか1項に記載の熱拡散器23と、前記熱拡散器23の
外壁に熱結合し、この熱拡散器23を介して伝達された
熱を外部に放射する放熱部材24とを備えたことを特徴
とする放熱器。 (付記16) 付記1ないし付記14の何れか1項に記
載の熱拡散器23と、前記熱拡散器23の外壁にその熱
拡散器23と共に一体に形成され、この熱拡散器23を
介して伝達された熱を外部に放射する放熱部材24Aと
を備えたことを特徴とする放熱器。
に記載の発明では、機械的な強度が低下することなく、
効率的に、かつ安定な熱の拡散または集中が図られる。
また、請求項4および請求項5に記載の発明では、放熱
の対象となる熱が熱拡散器との接合面の内、特定の領域
に偏って伝達される場合に比べて、効率的にその放熱が
行われる。さらに、請求項1ないし請求項3に記載の発
明の第一の下位概念の発明では、温度や気圧に応じて生
じ得る熱媒体の気化、膨張、凝固等のように組み立てや
実装の工程の妨げとなる要因の保留に併せて、多様な保
守や運用の形態に対する柔軟な適応が可能となる。
明の第二の下位概念の発明では、熱交換の対象となるべ
き素子もしくは回路に近い領域に形成されるチャネルの
密度が低い場合に比べて、熱拡散の効率が高められる。
さらに、請求項1ないし請求項3に記載の発明の第三お
よび第七の下位概念の発明では、低廉化に併せて、構成
の簡略化が図られる。
明の第四の下位概念の発明では、熱拡散の効率に併せ
て、応答性が高められる。さらに、請求項1ないし請求
項3に記載の発明の第五の下位概念の発明では、電子部
品の形状、寸法に対する柔軟な適応が可能となり、その
電子部品を含んで構成される機器の熱設計および実装に
かかわる制約が大幅に緩和される。
明の第六の下位概念の発明では、熱媒体に対して毛細引
力が何ら作用しない場合に比べて、熱拡散の効率および
応答性が高められる。さらに、請求項1ないし請求項3
に記載の発明の第八および第九の下位概念の発明では、
電子部品の多様な形状および配置に対する柔軟な適応に
併せて、その電子部品とチャネルと間の密な熱結合が担
保される。
明の第十の下位概念の発明では、総合的な信頼性が高く
維持される。さらに、請求項1ないし請求項3に記載の
発明の第十一の下位概念の発明では、熱拡散の効率およ
び安定性が高く維持される。したがって、これらの発明
が適用された機器やシステムでは、設計、製造、保守、
運用にかかわる制約が緩和され、かつ性能および信頼性
が高められると共に、安定に維持される。
温度分布を示す図である。
す図である。
ある。
を示す図である。
ある。
度分布を示す図である。
ル 94F フランジ 94S ネジ 95 平面型ヒートパイプ 96 ヒートシンク 97 ペルチェ 98 レーザダイオード 99 光学系
Claims (5)
- 【請求項1】 周縁部に壁体が設けられ、かつ電子部品
の筐体にその壁体を介して溶接または接着される板状体
と、 前記壁体、前記筐体および前記板状体によって囲繞され
た領域に設けられ、その領域内に封入される熱媒体が還
流するメッシュ状のチャネルを形成する複数の突起とを
備えたことを特徴とする熱拡散器。 - 【請求項2】 外部との熱交換が行われるべき電子部品
の筐体に熱的に結合可能な外壁を有する箱体と、 前記箱体の内壁に凸設され、その箱体の内部に封入され
る熱媒体が還流するメッシュ状のチャネルを形成する複
数の突起とを備え、 前記箱体は、 前記外部と前記チャネルとの間に前記熱交換が達成され
る値の熱抵抗を有することを特徴とする熱拡散器。 - 【請求項3】 外部との熱交換が行われるべき電子部品
の筐体に一体に形成された構造体と、 前記構造体の内壁に凸設され、その構造体の内部に封入
される熱媒体が還流するメッシュ状のチャネルを形成す
る複数の突起とを備え、 前記構造体は、 前記外部と前記チャネルとの間に前記熱交換が達成され
る値の熱抵抗を有することを特徴とする熱拡散器。 - 【請求項4】 請求項1ないし請求項3の何れか1項に
記載の熱拡散器と、前記熱拡散器の外壁に熱結合し、こ
の熱拡散器を介して伝達された熱を外部に放射する放熱
部材とを備えたことを特徴とする放熱器。 - 【請求項5】 請求項1ないし請求項3の何れか1項に
記載の熱拡散器と、 前記熱拡散器の外壁にその熱拡散器と共に一体に形成さ
れ、この熱拡散器を介して伝達された熱を外部に放射す
る放熱部材とを備えたことを特徴とする放熱器。
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
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