JP2019520693A - 電子デバイス用の多相熱放散デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2016年4月11日に米国特許商標庁に出願された仮出願第62/321,090号、2016年8月5日に米国特許商標庁に出願された非仮出願第15/230,114号、2016年12月12日に米国特許商標庁に出願された仮出願第62/433,135号、および2017年4月7日に米国特許商標庁に出願された非仮出願第15/481,665号の優先権および利益を主張する。上記のすべての出願の内容全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
いくつかの実装形態は、集積デバイス(たとえば、チップ、ダイ)を備える領域と、集積デバイスを備える領域に結合された熱放散デバイスとを含むデバイス(たとえば、モバイルデバイス)を提供する。熱放散デバイスは、多相熱放散デバイスであってもよい。熱放散デバイスは、領域から熱を放散させるように構成される。熱放散デバイスは、流体と、流体を蒸発させるように構成された蒸発器と、流体を凝縮させるように構成された凝縮器と、蒸発器および凝縮器に結合された内壁と、流体、蒸発器、凝縮器、および内壁を密封する外殻と、蒸発後流体を蒸発器から凝縮器に流すように構成された蒸発部であって、少なくとも部分的に内壁によって画定される蒸発部と、凝縮後流体を凝縮器から蒸発器に流すように構成された収集部であって、少なくとも部分的に内壁によって画定される収集部とを含む。いくつかの実装形態では、領域は、集積デバイスおよび熱放散デバイスに結合された熱界面材料(TIM)を含んでもよい。
図4は、蒸発器410と、凝縮器420と、内壁430と、外殻440と、蒸発部450と、収集部460と、流体470とを含む熱放散デバイス400を示す。蒸発器410は蒸発のための手段であってもよい。凝縮器420は凝縮のための手段であってもよい。収集部460は、少なくとも1つの角度付き部分465(たとえば、非直交角度付き部分)を含む。以下でさらに説明するように、少なくとも1つの角度付き部分465は、流体を(たとえば、重力によって)蒸発器410の方に向けるのを助けるように構成される。
熱放散デバイス400およびその構成要素はそれぞれに異なる材料を含んでもよい。いくつかの実装形態では、蒸発器410、凝縮器420、内壁430、外殻440は、金属、銅、アルミニウム、窒化アルミニウム(セラミック)、および/またはそれらの組合せなどの熱伝導性材料を含んでもよい。
図6は、熱放散デバイスを製作するための例示的なシーケンスを示す。いくつかの実装形態では、このシーケンスは、熱放散デバイス400(たとえば、熱放散手段)または本開示において説明する任意の他の熱放散デバイスを製作するために使用されてもよい。いくつかの実装形態では、このシーケンスの順序が変更または修正されてもよい。いくつかの実装形態では、いくつかのプロセスが単一のプロセスとして組み合わされてもよい。
熱放散デバイス400は、様々な構成を有してもよい。いくつかの実装形態では、熱放散デバイス400の一部が、露出されてもよく(たとえば、外殻440によって覆われなくてもよく)、または外殻440の一部として一体化されてもよい。いくつかの実装形態では、熱放散デバイス400は外殻440の完全に外側に位置してもよい。
図9は、デバイス(たとえば、モバイルデバイス)の発熱領域から熱を放散させるために熱放散デバイス400がどのように利用され得るかを示す。図9に示すように、熱放散デバイス400は、熱界面材料(TIM)910を介して集積デバイス900(たとえば、ダイ、チップ、パッケージ、中央処理ユニット(CPU)、グラフィカル処理ユニット(GPU))に結合されてもよい。熱界面材料(TIM)910は、熱放散デバイス400を集積デバイス900に結合する接着剤であってもよい。熱界面材料(TIM)910は、適切な熱伝導率特性を含んでもよく、それによって、集積デバイス900から発生した熱が熱放散デバイス400に熱伝達してもよい。
図11は、熱放散デバイス400と、集積デバイス900と、熱界面材料(TIM)910とを含むデバイス1100の組立て図を示す。デバイス1100は、モバイルデバイス(たとえば、電話、タブレット)であってもよい。図11に示すように、熱放散デバイス400は、蒸発器410と、凝縮器420と、内壁430と、外殻440と、蒸発部450と、収集部460と、流体470とを含む。
図13〜図16は、それぞれに異なる構成を有する様々な熱放散デバイスの側面図を示す。図13〜図16に示す熱放散デバイス(たとえば、1300〜1600)は、熱放散デバイス400のより詳細な例であってもよい。
図17は、熱放散デバイス内の蒸発器(たとえば、蒸発器410)として動作するように構成することができる熱伝導性要素1700を示す。図18は、熱放散デバイス内の凝縮器(たとえば、凝縮器420)として動作するように構成することができる熱伝導性要素1800を示す。
図19(図19A〜図19Bを含む)は、熱放散デバイス内の蒸発器(たとえば、蒸発器410)または凝縮器(たとえば、凝縮器420)として構成することができる熱伝導性要素を製作するための例示的なシーケンスを示す。図19のシーケンスを使用して熱伝導性要素1700または熱伝導性要素1800を製作することができる。説明を簡略化するために、図19のシーケンスを使用して熱伝導性要素1800の製作について説明する。
いくつかの実装形態では、熱放散デバイスはカバー内に組み込まれてもよく、その場合、カバーがモバイルデバイスに結合される。図20は、デバイス1100(たとえば、モバイルデバイス)およびカバー2000の組立て図を示す。カバー2000は、熱放散デバイス400と、外部カバー壁2010と、内部カバー壁2020とを含む。内部カバー壁2020は省略可能であってもよい。以下でさらに説明するように、カバー2000は、熱放散デバイス400を密封するシェルであってもよい。このシェルは、カバー2000を形成するうえで材料(たとえば、プラスチック)が充填されてもよいし充填されなくてもよい。カバー2000は、中実のカバーであっても中空のカバーであってもよい。
図24は、熱放散デバイスを含むカバーを製作するための例示的なシーケンスを示す。いくつかの実装形態では、このシーケンスを使用して、熱放散デバイス400を含むカバー2000を製作することができる。
いくつかの実装形態では、熱放散デバイス内部の流体は加熱され非常に高い圧力を有する。高圧は、熱放散デバイスに亀裂および/または破断を生じさせることがあるので、問題となり、非常に危険である場合がある。したがって、熱放散デバイスが非常に高い内圧(たとえば、約6バール以上)に耐えることができることが重要である。この高圧値は使用される様々な流体(たとえば、冷媒)に基づいてばらつく。
図30は、熱放散デバイスを製作しデバイス(たとえば、モバイルデバイス)に結合するための例示的な方法3000のフローチャートを示す。図30の方法は、本開示において説明する熱放散デバイスのいずれかを製作するために使用されてもよい。この方法の順序が変更されおよび/または修正されてもよいことに留意されてもよい。いくつかの実装形態では、構成要素のいくつかが同時に形成されてもよい。いくつかの実装形態では、後述の構成要素のすべてが1つの部品および/または材料から形成されてもよい。
図31は、上述の熱放散デバイス、集積デバイス、半導体デバイス、集積回路、ダイ、インターポーザ、パッケージ、またはパッケージオンパッケージ(PoP)のいずれかと統合されることがある様々な電子デバイスを示す。たとえば、モバイル電話デバイス3102、ラップトップコンピュータデバイス3104、固定ロケーション端末デバイス3106、装着型デバイス3108が、本明細書で説明するような集積デバイス3100および/または熱放散デバイスを含んでよい。集積デバイス3100は、たとえば、本明細書で説明する集積回路、ダイ、集積デバイス、集積デバイスパッケージ、集積回路デバイス、デバイスパッケージ、集積回路(IC)パッケージ、パッケージオンパッケージデバイスのいずれかであってよい。図31に示すデバイス3102、3104、3106、3108は、例にすぎない。他の電子デバイスも、限定はしないが、モバイルデバイス、ハンドヘルドパーソナル通信システム(PCS)ユニット、携帯情報端末などのポータブルデータユニット、全地球測位システム(GPS)対応デバイス、ナビゲーションデバイス、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテイメントユニット、メーター読取り機器などの固定ロケーションデータユニット、通信デバイス、スマートフォン、タブレットコンピュータ、コンピュータ、装着型デバイス(たとえば、時計、眼鏡)、モノのインターネット(IoT)デバイス、サーバ、ルータ、自動車車両(たとえば、自律車両)に実装された電子デバイス、またはデータもしくはコンピュータ命令を記憶しもしくは取り出す任意の他のデバイス、またはそれらの任意の組合せを含むデバイス(たとえば、電子デバイス)のグループを含む、集積デバイス3100を特徴として備えてもよい。
200 裏面
204 ヒートスプレッダ
300 前面
302 底面
304 上面
306 プリント回路板(PCB)
400 熱放散デバイス
410 蒸発器
420 凝縮器
430 内壁
440 外殻
450 蒸発部
460 収集部
465 角度付き部分
470 流体
500 第1のシェル
510 第2のシェル
520 キャビティ
900 集積デバイス
910 熱界面材料(TIM)
1010 蒸発中流体
1020 蒸発後流体
1030 凝縮中流体
1300 熱放散デバイス
1310、1320 チャネル
1400 熱放散デバイス
1500 熱放散デバイス
1600 熱放散デバイス
1700、1800 熱伝導性要素
1710、1810、1810a、1810b チャネル
1900、2000 カバー
2010 外部カバー壁
2020 内部カバー壁
2220 キャビティ
2361 キャビティ
2400 カバー
2410 層
2500 熱放散デバイス
2550 蒸発部壁
2560 収集部壁
2570 リブ
2600 熱放散デバイス
2610 障壁
2620 凝縮器
2630 内壁
2631 キャビティ
2650、2650a、2650b 蒸発部壁
2660 支持壁
2720a 第1の凝縮器部分
2720b 第2の凝縮器部分
2800 熱放散デバイス
2810 障壁
2820 凝縮器
2820a 第1の凝縮器部分
2820b 第2の凝縮器部分
2830 内壁
2831 キャビティ
2850、2850a、2850b 蒸発部壁
2870 リブ
2910、2910a、2910b、2910c ポスト
3100 集積デバイス
3102 モバイル電話デバイス
3104 ラップトップコンピュータデバイス
3106 固定ロケーション端末デバイス
3108 装着型デバイス
Claims (30)
- 集積デバイスを備える領域と、
前記集積デバイスを備える前記領域に結合された熱放散デバイスであって、前記領域から熱を放散させるように構成された熱放散デバイスと
を備えるデバイスであって、前記熱放散デバイスは、
流体と、
前記流体を蒸発させるように構成された蒸発器と、
前記流体を凝縮させるように構成された凝縮器と、
前記蒸発器および前記凝縮器に結合された内壁であって、前記蒸発器から出る流体が前記凝縮器から出る流体と混合するのを防止する分離壁である内壁と、
前記流体、前記蒸発器、前記凝縮器、および前記内壁を密封する外殻と、
蒸発後流体を前記蒸発器から前記凝縮器に流すように構成された蒸発部であって、少なくとも部分的に前記内壁によって画定される蒸発部と、
前記蒸発部内の複数の蒸発部壁であって、少なくとも1つの蒸発部壁が非直交部分を備える複数の蒸発部壁と、
凝縮後流体を前記凝縮器から前記蒸発器に流すように構成された収集部であって、少なくとも部分的に前記内壁によって画定される収集部と
を備える、デバイス。 - 前記収集部は、少なくとも1つの非直交角度付き部分を備え、前記少なくとも1つの非直交角度付き部分は、重力の助けによって、前記凝縮後流体を前記蒸発器の方へ向けるように構成される、請求項1に記載のデバイス。
- 前記領域は、前記集積デバイスおよび前記熱放散デバイスに結合された熱界面材料(TIM)をさらに備える、請求項1に記載のデバイス。
- 前記熱界面材料(TIM)は、前記蒸発器の上方に位置する前記外殻の部分に結合される、請求項3に記載のデバイス。
- 前記蒸発器は、前記蒸発器における前記流体の圧力降下が約0.0049バール以下になるように前記流体に前記蒸発器を通過させるように構成された複数のチャネルを備える、請求項1に記載のデバイス。
- 前記凝縮器は、それぞれに異なる幅を有する複数のチャネルを備える、請求項1に記載のデバイス。
- 前記熱放散デバイスは、前記蒸発部および前記収集部内に複数の障壁、複数のリブ、および複数の壁をさらに備える、請求項1に記載のデバイス。
- 前記内壁は二重壁である、請求項1に記載のデバイス。
- 前記内壁は非直交部分を含む、請求項1に記載のデバイス。
- 前記集積デバイスは、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテイメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、モバイルデバイス、モバイルフォン、スマートフォン、携帯情報端末、固定ロケーション端末、タブレットコンピュータ、コンピュータ、装着型デバイス、モノのインターネット(IoT)デバイス、ラップトップコンピュータ、サーバ、および自動車車両の中のデバイスからなるグループの中から選択されたデバイスの中に組み込まれる、請求項1に記載のデバイス。
- 集積デバイスを備える領域と、
前記集積デバイスを備える前記領域に結合された熱放散手段であって、前記領域から熱を放散させるように構成された熱放散手段と
を備える装置であって、前記熱放散手段は、
流体と、
前記流体を蒸発させるように構成された蒸発のための手段と、
前記流体を凝縮させるように構成された凝縮のための手段と、
前記蒸発のための手段および前記凝縮のための手段に結合された内壁であって、前記蒸発のための手段から出る流体が前記凝縮のための手段から出る流体と混合するのを防止する分離壁である内壁と、
前記流体、前記蒸発のための手段、前記凝縮のための手段、および前記内壁を密封する外殻と、
蒸発後流体を前記蒸発のための手段から前記凝縮のための手段に流すように構成された蒸発部であって、少なくとも部分的に前記内壁によって画定される蒸発部と、
前記蒸発部内の複数の蒸発部壁であって、少なくとも1つの蒸発部壁が非直交部分を備える複数の蒸発部壁と、
凝縮後流体を前記凝縮のための手段から前記蒸発のための手段に流すように構成された収集部であって、少なくとも部分的に前記内壁によって画定される収集部と
を備える、装置。 - 前記収集部は、少なくとも1つの非直交角度付き部分を備え、前記少なくとも1つの非直交角度付き部分は、重力の助けによって、前記凝縮後流体を前記蒸発のための手段の方へ向けるように構成される、請求項11に記載の装置。
- 前記領域は、前記集積デバイスおよび前記熱放散手段に結合された熱界面材料(TIM)をさらに備える、請求項11に記載の装置。
- 前記熱界面材料(TIM)は、前記蒸発のための手段の上方に位置する前記外殻の部分に結合される、請求項13に記載の装置。
- 前記蒸発のための手段は、前記蒸発のための手段における前記流体の圧力降下が約0.0049バール以下になるように前記流体に前記蒸発のための手段を通過させるように構成された複数のチャネルを備える、請求項11に記載の装置。
- 前記凝縮のための手段は、それぞれに異なる幅を有するように構成された複数のチャネルを備える、請求項11に記載の装置。
- 前記熱放散デバイスは、前記蒸発部および前記収集部内に複数の障壁、複数のリブ、および複数の壁をさらに備える、請求項11に記載の装置。
- 前記内壁は二重壁である、請求項11に記載の装置。
- 前記内壁は非直交部分を含む、請求項11に記載の装置。
- 音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテイメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、モバイルデバイス、モバイルフォン、スマートフォン、携帯情報端末、固定ロケーション端末、タブレットコンピュータ、コンピュータ、装着型デバイス、モノのインターネット(IoT)デバイス、ラップトップコンピュータ、サーバ、および自動車車両の中のデバイスからなるグループの中から選択されたデバイスの中に組み込まれる、請求項11に記載の装置。
- デバイスを製作するための方法であって、
領域を備えるデバイスを組み立てるステップと、
前記デバイスの前記領域内に集積デバイスを設けるステップと、
熱放散デバイスを形成するステップであって、
流体を蒸発させるように構成された蒸発器を形成するステップと、
前記流体を凝縮させるように構成された凝縮器を形成するステップと、
内壁を形成して前記蒸発器および前記凝縮器に前記内壁を結合するステップであって、前記内壁が、前記蒸発器から出る流体が前記凝縮器から出る流体と混合するのを防止する分離壁である、ステップと、
前記蒸発器、前記凝縮器、および前記内壁を密封する外殻を形成するステップと、
蒸発後流体を前記蒸発器から前記凝縮器に流すように構成された蒸発部を形成するステップであって、前記蒸発部が、少なくとも部分的に前記内壁によって画定される、ステップと、
前記蒸発部内に複数の蒸発部壁を形成するステップであって、少なくとも1つの蒸発部壁が非直交部分を備える、ステップと、
凝縮後流体を前記凝縮器から前記蒸発器に流すように構成された収集部を形成するステップであって、前記収集部が、少なくとも部分的に前記内壁によって画定される、ステップと、
前記熱放散デバイス内部に前記流体を供給するステップと
を含む、熱放散デバイスを形成するステップと、
前記集積デバイスを備える前記領域に前記熱放散デバイスを結合するステップであって、前記熱放散デバイスが前記領域から熱を放散させるように構成される、ステップと
を含む、方法。 - 前記収集部を形成するステップは、前記収集部に対して少なくとも1つの非直交角度付き部分を形成するステップであって、前記少なくとも1つの非直交角度付き部分が、重力の助けによって、前記凝縮後流体を前記蒸発器の方へ向けるように構成される、ステップを含む、請求項21に記載の方法。
- 前記集積デバイスおよび前記熱放散デバイスに熱界面材料(TIM)を結合するステップをさらに備える、請求項21に記載の方法。
- 前記熱界面材料(TIM)を結合するステップは、前記蒸発器の上方に位置する前記外殻の部分に前記熱界面材料(TIM)を結合するステップを含む、請求項23に記載の方法。
- 前記熱放散デバイスを形成するステップは、前記蒸発部および前記収集部内に複数の障壁、複数のリブ、および複数の壁を形成するステップをさらに含む、請求項21に記載の方法。
- 前記熱放散デバイスを結合するステップは、前記デバイスに結合されたカバー内に前記熱放散デバイスを実装するステップを含む、請求項21に記載の方法。
- 熱放散デバイスを動作させるための方法であって、
蒸発器において集積デバイスから熱を受け取るステップと、
受け取られた前記熱に基づいて前記蒸発器において流体を蒸発させるステップと、
蒸発後流体を蒸発部を通して凝縮器に流すステップであって、前記蒸発部が少なくとも部分的に内壁によって画定される、ステップと、
前記蒸発後流体を前記凝縮器において凝縮させるステップと、
熱を前記流体から前記凝縮器を通して除去されるように伝達するステップと、
凝縮後流体を収集部を通して前記蒸発器に流すステップであって、前記収集部が少なくとも部分的に前記内壁によって画定される、ステップと
を含み、
前記内壁は、前記蒸発器および前記凝縮器に結合され、
前記内壁は、前記蒸発器から出る流体が前記凝縮器から出る流体と混合するのを防止する分離壁である、方法。 - 前記凝縮後流体を流すステップは、前記収集部の少なくとも1つの非直交角度付き部分に沿って前記凝縮後流体を流すステップであって、前記少なくとも1つの非直交角度付き部分が、重力の助けによって、前記凝縮後流体を前記蒸発器の方へ向けるように構成される、ステップを含む、請求項27に記載の方法。
- 前記蒸発後流体を流すステップは、前記蒸発後流体を前記蒸発部内において複数のリブを通して流すステップを含む、請求項27に記載の方法。
- 前記蒸発後流体を流すステップは、前記蒸発後流体を前記蒸発部内において複数の壁を通して流すステップを含む、請求項27に記載の方法。
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