JP4190009B2 - 導熱被覆板を具えたヒートシンクモジュール - Google Patents

Description

本発明は高い冷却機能を具えたヒートシンクモジュールの設計に係り、特に導熱被覆板を具えたヒートシンクモジュールに関する。

各種の工業設備、測定機器設備、コンピュータ設備中には各種の集積回路装置が配置され、これらの集積回路装置はいずれも所定の最高操作温度下に制限されて操作されることによりその正常な操作機能を確保できる。このため、これらの集積回路装置は冷却装置と結合させて発生する熱エネルギーを散逸或いは排出させる必要がある。特に、コンピュータシステム中で使用される中央処理装置は、全体のコンピュータシステムの運転の中枢であり、ゆえに冷却処理方面は更に重要である。

中央処理装置或いはその他の集積回路装置の操作速度が速くなるにつれ、冷却装置の機能に対する要求もますます重要となっており、伝統的な冷却板或いはフィン装置では要求に符合しなくなっており、ファン或いはヒートパイプを組み合わせなければ良好な冷却効果を達成することができないことが往々にしてある。ノートブック型コンピュータ或いはタブレットＰＣの冷却要求方面では、特に軽量、薄型、コンパクトな特性が重視されるため、中央処理装置の冷却要求は一般にデスクトップ型コンピュータに対するものよりも厳格である。しかし、空間の制限を受けるため、その冷却装置の設計は大きな制限を受ける。

現在、ノートブック型コンピュータに一般に使用されている典型的なヒートシンクモジュールは、導熱カートリッジ、ファン、フィンモジュール、ヒートシンクを具え、それは、熱源装置（例えば中央処理装置）の上面に接触する。ファンは導熱カートリッジのファン位置決め溝座に位置決めされ、該フィンモジュールは導熱カートリッジのヒートシンク中に取付られ、その内部に複数の気流チャネルが形成されてファンの発生する冷却気流を通過させる。ファン回転時に発生する気流にフィンモジュールの熱交換機能が組み合わされることで、熱源装置の発生する熱エネルギーが冷却される。

更に、現在使用されているヒートシンクモジュールにおいては、通常ヒートパイプが配置され、その一端はヒートシンクモジュールの熱源装置と接触する一端に接続され、もう一端はフィンモジュールに接続され、これにより熱源装置の発生する熱エネルギーをフィンモジュールのフィンに伝導し、更にファンの発生する冷却気流によりフィンに伝導れ熱エネルギーを奪いさる。

現在のノートブック型コンピュータに一般に使用されているヒートシンクモジュールの設計は、空間の制限を受けるものの、実用化できる冷却効果を達成している。しかし、実際の使用時には、ヒートシンクモジュール中に配置されたヒートパイプは熱伝導の機能を果たしてはいるものの、その一端がヒートシンクモジュールの熱源装置に接触する一端に接続され、その接合構造部分の熱エネルギーはヒートパイプを介してフィンモジュールに伝えられるが、一部の熱エネルギーは全体の導熱カートリッジに伝導され累積する。ゆえにヒートパイプに良好な導熱機能を具備させてはいるが、全体の導熱機能は却って非常に大きな制限を受ける。

上述の導熱機能不良の問題を克服するため、一般には全体のヒートシンクモジュールの構造を改変するかヒートパイプと熱源の接合部分の構造を改変することが考えられるが、実際の効果は有限である。且つ空間の制限を受けるため、ヒートシンクモジュールの構造を改変したりヒートパイプと熱源接合部分の構造を改変することは実際には実行不能である。

このため、熱源装置の発生する熱エネルギーを速やかにフィンモジュールに伝導し、高い冷却機能を達成できるようにする方法が、前述の周知の技術の欠点を克服する最も実行可能な方法である。

本発明の主要な目的は、導熱被覆板を具えたヒートシンクモジュールを提供し、もとのヒートシンクモジュールの構造と部品を改変することなく、ヒートシンクモジュールの冷却機能を向上できるようにすることにある。

本発明の別の目的は、導熱被覆板で熱伝導も行なうヒートシンクモジュールを提供し、熱源装置の発生する熱エネルギーをヒートパイプでフィンモジュールに伝導する以外に、導熱被覆板によってもフィンモジュールに伝導できるようにすることにある。

本発明は良好な冷却機能を具えたヒートシンクモジュールを提供し、熱源装置の発生する熱エネルギーに対して本発明の熱伝導の後に、ファンの形成する導入気流で第１次熱交換し、その後、フィンモジュールに導入して第２次熱交換し、こうして良好な冷却機能を達成できるようにすることにある。

上記目的を達成するために、本発明は、ヒートシンクモジュールは、導熱カートリッジ、フィンモジュール、ファン、導熱被覆板を具え、該導熱カートリッジは、ファン位置決め溝座を具え、該ファン位置決め溝座にファン入風セクションが形成され、該ファン位置決め溝座の一側にヒートシンクが設けられ、別側に熱源装置に接触する装置接触セクションが設けられ、該フィンモジュールは、該導熱カートリッジのヒートシンク中に固定され、そのファン位置決め溝座に隣り合う一端がフィン入風口とされ、外端部にフィン出風口が形成され、該フィン入風口と該フィン出風口の間に複数の気流チャネルが形成され、
該ファンは該導熱カートリッジのファン位置決め溝座中に位置決めされ、該導熱被覆板は、該導熱カートリッジの少なくとも一つの側面を被覆し並びにファン入風セクションに近接し、該導熱被覆板は多孔状金属材料で形成され、該熱源装置の発生する熱エネルギーが該装置接触セクションより導熱カートリッジに導入されて冷却が行なわれるほか、熱エネルギーが導熱被覆板に伝導され、ファンの回転によりファン位置決め溝座のファン入風セクションに導入気流が形成され、導入気流が多孔状の導熱被覆板を通過する時に導熱被覆板に伝導される熱エネルギーが第１次熱交換され、導入気流がフィンモジュール中の気流チャネルに導入された時にフィンモジュールにより第２次熱交換され、熱エネルギーが放出される導熱被覆板を具えたヒートシンクモジュールにおいて、
導熱被覆板が少なくとも一つの中空エリアを具えたり、
導熱被覆板がファン入風セクションの一部面積を遮蔽したり、
導熱被覆板にファン入風セクションに相当するサイズの中空エリアが開設され並びにファン入風セクション周辺に近接する導熱カートリッジの上に設置されるように構成したものである。

本発明は周知の技術のヒートシンクモジュールと熱源装置の接合部分に熱エネルギーが集中し急速に散逸させられない問題を克服し、熱源装置の発生する熱エネルギーをヒートパイプでフィンモジュールに伝導するほか、導熱被覆板でフィンモジュールに伝導し、且つ熱源装置の発生する熱エネルギーは本発明による伝導により、二度の熱交換を受け、ゆえに本発明の技術はもとのヒートシンクモジュールの構造及び部品を変更せずに、導熱被覆板を設けることで予期された高い冷却効果を達成できる。

本発明によると、ヒートシンクモジュールのファン位置決め溝座の上面が導熱被覆板で被覆され、該導熱被覆板は多孔状金属材料で形成され、熱源装置の発生する熱エネルギーが該ヒートシンクモジュールの装置接触セクションより導熱カートリッジに伝えられて冷却が行なわれるほか、熱エネルギーが該導熱被覆板に伝えられてファンが回転してファン位置決め溝座のファン入風セクションの形成する導入気流が多孔状導熱被覆板を通過する時、導熱被覆板に伝えられた熱エネルギーの第１次の熱交換が形成され、導入気流がフィンモジュールの気流チャネルに進入する時、フィンモジュールにより第１次の熱交換が形成され、熱エネルギーが冷却される。

図１は本発明の導熱被覆板を具えたヒートシンクモジュールの立体分解図である。図２は本発明の導熱被覆板を具えたヒートシンクモジュールの組立完成後の立体図である。本発明のヒートシンクモジュール１００は、導熱カートリッジ１を具え、該導熱カートリッジ１は上板１１と下板１２が相互に対応するよう結合されて内部にチャネルを具えた構造とされる。該上板１１と下板１２には相互に対応する中空セクションが設けられ、これによりファン位置決め溝座１３が形成され、ファン２が該ファン位置決め溝座１３に固定される。該ファン位置決め溝座１３の上板１１の上面が入風セクション１３１を構成し、該上板１１及び下板１２の間の開放側縁面に側面入風セクション１３２が形成される。

図３に示されるように、該導熱カートリッジ１の一端面は装置接触セクション１４とされ、その底面が熱源装置３（例えばＣＰＵ或いはその他の集積回路装置）の上面に接触させられ、該熱源装置３の発生する熱エネルギーを該装置接触セクション１４より導熱カートリッジ１に伝導する。

図４は図２中のヒートシンクモジュールの各関係部品の組合せ完成時の背面立体図である。該導熱カートリッジ１の別端にはヒートシンク１５が形成され、並びにヒートシンク１５の内部空間にフィンモジュール４が嵌め込まれ、そのファン位置決め溝座１３に隣接する一端がフィン入風口４１とされ、外端部にフィン出風口４２が形成されている。該フィンモジュール４のフィン入風口４１からフィン出風口４２へと連通する気流チャネル４４が形成されている。

ファン２の発生する気流がフィンモジュール４のフィン入風口４１より各気流チャネル４４を通過し更にフィン出風口４２より導出される時、該フィンモジュール４は気流中の熱エネルギーを熱交換して冷却効果を達成する。

該フィンモジュールに良好な冷却効果を達成させるため、該装置接触セクション１４とヒートシンク１５の間にヒートパイプ５が埋め込まれて装置接触セクション１４の熱エネルギーを高い熱伝導機能の方式でヒートシンク１５に伝導する。

本発明は導熱カートリッジ１のファン位置決め溝座１３の上面を被覆する導熱被覆板６を具えている。ゆえに熱源装置３の発生する熱エネルギーが装置接触セクション１４より導熱カートリッジ１に伝導される時、同時に導熱被覆板６に伝導される。

本発明の実施例中、導熱被覆板６は多孔状金属材料で形成され、例えば、現在の金属発泡技術で製造された発泡アルミニウム材料で形成される。図５は本発明の導熱被覆板６の第１実施例断面図である。多孔状金属材料で形成された導熱被覆板６は金属基板中に複数の相互に貫通する発泡孔６１が形成され、ゆえに気流は該導熱被覆板６の一面より各発泡孔６１を通りもう一面に流入する。

該導熱被覆板６の多孔状金属材料はまた図６に示される交叉編成状構造を呈する金属材料層とされ得て、この実施例では導熱被覆板６ａは交叉編成状構造６２の金属材料で構成されている。

該導熱被覆板６はまた図７に示されるように適当な網孔を具えたメッシュ金属材料で形成され得て、その表示する導熱被覆板６ｂは金属基板中に複数の貫通する網孔６３を具え、気流はこれにより導熱被覆板６ｂの一面から各網孔６３を通りもう一面に導入される。

図８は本発明のヒートシンクモジュール１００の冷却動作時の気流表示図である。図９は図２中の９−９断面図であり、且つファン位置決め溝座１３エリアの気流表示図である。図１０は図２中の１０−１０断面図であり、且つファン位置決め溝座１３とヒートシンク１５エリアの気流表示図である。

熱源装置３の発生する熱エネルギーが装置接触セクション１４より導熱カートリッジ１に伝導される時、導熱被覆板６にも伝導され、ファン２の回転により、ファン位置決め溝座１３のファン入風セクション１３１及び側面入風セクション１３２が同時に導入気流Ａを形成する。導入気流Ａはファン２に送られて、冷却気流Ｂを発生し、該冷却気流Ｂはフィンモジュール４のフィン入風口４１よりフィンモジュール４中の気流チャネル４２に進入し、更にフィン出風口４２より送出される。

こうして、装置接触セクション１４より導熱カートリッジ１に伝導される熱エネルギーが放出されるほか、装置接触セクション１４より導熱被覆板６に伝導される熱エネルギーもファン２によりファン入風セクション１３１に形成される導入気流Ａがファン位置決め溝座１３中に導入されることで第１次熱交換され、これにより冷却が行なわれ、導入気流Ａがフィンモジュール４の気流チャネル４２に進入する時、フィンモジュール４により第２次熱交換され、こうして更なる冷却が行なわれる。

導熱被覆板６は多孔状金属材料或いは網状金属材料で形成され、ゆえに良好な通気性を具え、ファン２がファン入風セクション１３１で形成する導入気流Ａを妨害しない。当然、実際の製造時には、導熱被覆板６と導熱カートリッジ１の上面の間に間隙を保持させうる。

このほか、導熱被覆板６の外縁輪郭は完全にファン位置決め溝座１３を被覆するほか、ファン位置決め溝座１３の一部エリアの外縁輪郭を被覆するものとされうる。例えば、図１１は本発明の導熱被覆板を具えたヒートシンクモジュールの導熱被覆板に中空構造を設けた実施例の立体分解図である。この実施例では、全ての部品が図１に示される部品と同じであり、その差異は、導熱被覆板６のファン入風セクション１３１に対応する位置にファン入風セクション１３１に相当するサイズの中空エリア６４が設けられ、並びにファン入風セクション１３１の周辺に近接する導熱カートリッジ１の上に設置され、こうして中空エリア６４にあって導入気流を形成して導熱被覆板６に対する冷却を達成する。

以上の実施例から分かるように、本発明の提供する導熱被覆板を具えたヒートシンクモジュールは、ヒートシンクモジュールに最良の冷却機能を得させ、ゆえに本発明は確実に産業上の利用価値を有している。なお、以上の実施例は本発明の請求範囲を限定するものではなく、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変はいずれも本発明の請求範囲に属するものとする。

本発明の導熱被覆板を具えたヒートシンクモジュールの立体分解図である。 本発明の導熱被覆板を具えたヒートシンクモジュールの組立完成後の立体図である。 本発明の導熱被覆板を具えたヒートシンクモジュールの熱源装置の上面への接触を示す立体分解図である。 図２中のヒートシンクモジュールの各関係部品の組合せ完成時の背面立体図である。 本発明の導熱被覆板の第１実施例断面図である。 本発明の導熱被覆板の第２実施例断面図である。 本発明の導熱被覆板の第３実施例断面図である。 本発明のヒートシンクモジュールの冷却動作時の気流表示図である。 図２中の９−９断面図であり、且つファン位置決め溝座エリアの気流表示図である。 図２中の１０−１０断面図であり、且つファン位置決め溝座１３とヒートシンク１５エリアの気流表示図である。 本発明の導熱被覆板を具えたヒートシンクモジュールの導熱被覆板に中空構造を設けた実施例の立体分解図である。

符号の説明

１００ ヒートシンクモジュール
１ 導熱カートリッジ
１１ 上板
１２ 下板
１３ ファン位置決め溝座
１３１ 入風セクション
１３２ 側面入風セクション
１４ 装置接触セクション
１５ ヒートシンク
２ ファン
３ 熱源装置
４ フィンモジュール
４１ フィン入風口
４２ フィン出風口
４３ フィン
４４ 気流チャネル
５ ヒートパイプ
６、６ａ、６ｂ 導熱被覆板
６１ 発泡孔
６２ 交叉編成状構造
６３ 網孔
６４ 中空エリア

Claims (3)

1. ヒートシンクモジュールは、導熱カートリッジ、フィンモジュール、ファン、導熱被覆板を具え、該導熱カートリッジは、ファン位置決め溝座を具え、該ファン位置決め溝座にファン入風セクションが形成され、該ファン位置決め溝座の一側にヒートシンクが設けられ、別側に熱源装置に接触する装置接触セクションが設けられ、該フィンモジュールは、該導熱カートリッジのヒートシンク中に固定され、そのファン位置決め溝座に隣り合う一端がフィン入風口とされ、外端部にフィン出風口が形成され、該フィン入風口と該フィン出風口の間に複数の気流チャネルが形成され、該ファンは該導熱カートリッジのファン位置決め溝座中に位置決めされ、該導熱被覆板は、該導熱カートリッジの少なくとも一つの側面を被覆し並びにファン入風セクションに近接し、該導熱被覆板は多孔状金属材料で形成され、該熱源装置の発生する熱エネルギーが該装置接触セクションより導熱カートリッジに導入されて冷却が行なわれるほか、熱エネルギーが導熱被覆板に伝導され、ファンの回転によりファン位置決め溝座のファン入風セクションに導入気流が形成され、導入気流が多孔状の導熱被覆板を通過する時に導熱被覆板に伝導される熱エネルギーが第１次熱交換され、導入気流がフィンモジュール中の気流チャネルに導入された時にフィンモジュールにより第２次熱交換され、熱エネルギーが放出される導熱被覆板を具えたヒートシンクモジュールにおいて、
   導熱被覆板が少なくとも一つの中空エリアを具えたことを特徴とする、導熱被覆板を具えたヒートシンクモジュール。
2. ヒートシンクモジュールは、導熱カートリッジ、フィンモジュール、ファン、導熱被覆板を具え、該導熱カートリッジは、ファン位置決め溝座を具え、該ファン位置決め溝座にファン入風セクションが形成され、該ファン位置決め溝座の一側にヒートシンクが設けられ、別側に熱源装置に接触する装置接触セクションが設けられ、該フィンモジュールは、該導熱カートリッジのヒートシンク中に固定され、そのファン位置決め溝座に隣り合う一端がフィン入風口とされ、外端部にフィン出風口が形成され、該フィン入風口と該フィン出風口の間に複数の気流チャネルが形成され、該ファンは該導熱カートリッジのファン位置決め溝座中に位置決めされ、該導熱被覆板は、該導熱カートリッジの少なくとも一つの側面を被覆し並びにファン入風セクションに近接し、該導熱被覆板は多孔状金属材料で形成され、該熱源装置の発生する熱エネルギーが該装置接触セクションより導熱カートリッジに導入されて冷却が行なわれるほか、熱エネルギーが導熱被覆板に伝導され、ファンの回転によりファン位置決め溝座のファン入風セクションに導入気流が形成され、導入気流が多孔状の導熱被覆板を通過する時に導熱被覆板に伝導される熱エネルギーが第１次熱交換され、導入気流がフィンモジュール中の気流チャネルに導入された時にフィンモジュールにより第２次熱交換され、熱エネルギーが放出される導熱被覆板を具えたヒートシンクモジュールにおいて、
   導熱被覆板がファン入風セクションの一部面積を遮蔽したことを特徴とする、導熱被覆板を具えたヒートシンクモジュール。
3. ヒートシンクモジュールは、導熱カートリッジ、フィンモジュール、ファン、導熱被覆板を具え、該導熱カートリッジは、ファン位置決め溝座を具え、該ファン位置決め溝座にファン入風セクションが形成され、該ファン位置決め溝座の一側にヒートシンクが設けられ、別側に熱源装置に接触する装置接触セクションが設けられ、該フィンモジュールは、該導熱カートリッジのヒートシンク中に固定され、そのファン位置決め溝座に隣り合う一端がフィン入風口とされ、外端部にフィン出風口が形成され、該フィン入風口と該フィン出風口の間に複数の気流チャネルが形成され、該ファンは該導熱カートリッジのファン位置決め溝座中に位置決めされ、該導熱被覆板は、該導熱カートリッジの少なくとも一つの側面を被覆し並びにファン入風セクションに近接し、該導熱被覆板は多孔状金属材料で形成され、該熱源装置の発生する熱エネルギーが該装置接触セクションより導熱カートリッジに導入されて冷却が行なわれるほか、熱エネルギーが導熱被覆板に伝導され、ファンの回転によりファン位置決め溝座のファン入風セクションに導入気流が形成され、導入気流が多孔状の導熱被覆板を通過する時に導熱被覆板に伝導される熱エネルギーが第１次熱交換され、導入気流がフィンモジュール中の気流チャネルに導入された時にフィンモジュールにより第２次熱交換され、熱エネルギーが放出される導熱被覆板を具えたヒートシンクモジュールにおいて、
   導熱被覆板にファン入風セクションに相当するサイズの中空エリアが開設され並びにファン入風セクション周辺に近接する導熱カートリッジの上に設置されたことを特徴とする、導熱被覆板を具えたヒートシンクモジュール。

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