JP6833012B2 - 電子デバイスに埋め込まれた多相熱放散デバイス - Google Patents
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Description
本出願は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる、2016年8月12日に米国特許商標庁に出願された、非仮出願第15/236,070号の優先権および利益を主張する。
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であって、デバイスの壁内に配置された凝縮器と、蒸発器および凝縮器に結合された蒸発部と、凝縮器および蒸発器に結合された収集部とを含む。蒸発部は、蒸発後流体を蒸発器から凝縮器に流すように構成される。収集部は、凝縮後流体を凝縮器から蒸発器に流すように構成される。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。いくつかの実装形態では、この領域は、デバイス(たとえば、モバイルデバイス)が動作可能であるときに熱を発生させるように構成された発熱領域である。
図4は、蒸発器410と、凝縮器420と、蒸発部450と、蒸発部452と、収集部460と、収集部462と、流体470とを含む熱放散デバイス400を示す。蒸発器410は蒸発器手段(たとえば、蒸発のための手段)であってもよい。凝縮器420は凝縮器手段(たとえば、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。
図6は、熱放散デバイス内の流体の流体流を示す図である。より詳細には、図6は、熱放散デバイス400内部の流体流がどのように集積デバイスを備える領域の効率的な熱放散を可能にするかを示す。熱放散デバイス400は、ポンプまたは圧縮器の必要なしに流体を再循環させるのを可能にする冷却デバイスを構成する。いくつかの実装形態では、熱放散デバイス400内部の流体の再循環は重力によって助けられる。重力は、熱放散デバイス400の熱放散機能を向上させるのを助け、熱放散デバイス400が適切に機能するのを可能にする。熱放散デバイス400は、いくつかの向き(たとえば、デバイスの水平方向、デバイスの垂直方向)においてより良好に動作するように設計されてもよい。いくつかの実装形態では、熱放散デバイス400の最適な向きは、蒸発器410が凝縮器420よりも低い位置に配置され、重力が、凝縮器420からの流体が収集部460を通って蒸発器410の方へ流れるのを助ける向きである。
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および凝縮器420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。
熱放散デバイス400は、様々な構成を有してもよい。図9は、2つの凝縮器を含む熱放散デバイス900を示す。熱放散デバイス900は、図4の熱放散デバイス400に類似している。
図11は、熱放散デバイス内の流体の流体流を示す図である。より詳細には、図11は、熱放散デバイス900内部の流体流がどのように集積デバイスの効率的な熱放散を可能にするかを示す。熱放散デバイス900は、ポンプまたは圧縮器の必要なしに流体を再循環させるのを可能にする冷却デバイスを構成する。いくつかの実装形態では、熱放散デバイス900内部の流体の再循環は重力によって助けられる。重力は、熱放散デバイス900の熱放散機能を向上させるのを助け、熱放散デバイス900が適切に機能するのを可能にする。熱放散デバイス900は、いくつかの向き(たとえば、デバイスの水平方向、デバイスの垂直方向)においてより良好に動作するように設計されてもよい。いくつかの実装形態では、熱放散デバイス900の最適な向きは、蒸発器410が凝縮器420および凝縮器920よりも低い位置に配置され、重力が、凝縮器420および凝縮器920からの流体が収集部460を通って蒸発器410の方へ流れるのを助ける向きである。
図12は、2つの凝縮器と収集部における2つの角度付き部分とを含む熱放散デバイス1200を示す。熱放散デバイス1200は、図9の熱放散デバイス900に類似している。
図14は、熱放散デバイス内の流体の流体流を示す図である。より詳細には、図14は、熱放散デバイス1200内部の流体流がどのように集積デバイスの効率的な熱放散を可能にするかを示す。熱放散デバイス1200は、ポンプまたは圧縮器の必要なしに流体を再循環させるのを可能にする冷却デバイスを構成する。いくつかの実装形態では、熱放散デバイス1200内部の流体の再循環は重力によって助けられる。上述のように、重力は、熱放散デバイス1200の熱放散機能を向上させるのを助ける。
図15〜図18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15〜図18に示す熱放散デバイス(たとえば、1500〜1800)は、本開示において説明する熱放散デバイス(たとえば、400、900、1200)のより詳細な例であってもよい。いくつかの事例では、熱放散デバイスの構成要素において、他の構成要素を不明瞭にしないように示されていない構成要素もある。
図19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1900を示す。図20は、熱放散デバイス内の凝縮器(たとえば、凝縮器420、凝縮器920)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2000を示す。
図21(図21A〜図21B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、凝縮器920)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21のシーケンスを使用して熱伝導性要素1900または熱伝導性要素2000を製作することができる。説明を簡略化するために、図21のシーケンスを使用して熱伝導性要素2000の製作について説明する。
図22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2200のフローチャートを示す。図22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、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、16PSI)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25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2502、ラップトップコンピュータデバイス2504、固定ロケーション端末デバイス2506、装着型デバイス2508が、本明細書で説明するような集積デバイス2500を含んでよい。集積デバイス2500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25に示すデバイス2502、2504、2506、2508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2500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
450 蒸発部
452 蒸発部
460 収集部
462 収集部
465 角度付き部分
470 流体
480 熱界面材料(TIM)
490 集積デバイス
500 デバイス
510 壁
520 壁
610 蒸発中流体
620 蒸発後流体
630 凝縮中流体
702 ディスプレイ
900 熱放散デバイス
920 凝縮器
960 収集部
1130 凝縮中流体
1200 熱放散デバイス
1260 収集部
1265 第2の角度付き部分
1300 デバイス
1500 熱放散デバイス
1510、1520 チャネル
1600 熱放散デバイス
1700 熱放散デバイス
1800 熱放散デバイス
1900、2000 熱伝導性要素
1910、2010、2010a、2010b チャネル
2100 カバー
2300 熱放散デバイス
2310 収集部壁
2320 蒸発部壁
2400 熱放散デバイス
2410、2420 収集部壁
2500 集積デバイス
2502 モバイル電話デバイス
2504 ラップトップコンピュータデバイス
2506 固定ロケーション端末デバイス
2508 装着型デバイス
Claims (13)
- 装置であって、
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、前記装置の少なくとも第1の壁内に実装され、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、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器手段と、
前記流体を凝縮させるように構成された第1の凝縮器手段であって、前記装置の前記第1の壁内に位置する第1の凝縮器手段と、
前記蒸発器手段および前記第1の凝縮器手段に結合された蒸発部であって、蒸発後流体を前記蒸発器手段から前記第1の凝縮器手段に流すように構成された蒸発部と、
前記第1の凝縮器手段および前記蒸発器手段に結合された収集部であって、凝縮後流体を前記第1の凝縮器手段から前記蒸発器手段に流すように構成された収集部と、を備え、
前記収集部は前記装置の少なくとも別の壁内に位置することを特徴とする、装置。 - 前記熱放散手段は、前記流体を凝縮させるように構成された第2の凝縮器手段をさらに備える、請求項1に記載の装置。
- 前記第2の凝縮器手段は、前記デバイスの前記少なくとも別の壁内に位置する、請求項2に記載の装置。
- 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器手段の方へ向けるように構成される、請求項1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1に記載の装置。
- 前記熱放散手段は、前記蒸発部および前記収集部内に複数の壁をさらに備え、前記熱放散手段は、約110kPaの内圧に耐えるように構成される、請求項1に記載の装置。
- 前記蒸発器手段は、前記蒸発器手段における前記流体の圧力降下が約490Pa以下になるように前記流体に前記蒸発器手段を通過させように構成された複数のチャネルを備える、請求項1に記載の装置。
- 前記第1の凝縮器手段は、前記第1の凝縮器手段における前記流体の圧力降下が約20Pa以下になるように前記流体に前記第1の凝縮器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1に記載の装置。
- 前記蒸発器手段は、最大熱伝達係数が約32.8kW/m2Kであり、前記第1の凝縮器手段は、最大熱伝達係数が約9.27kW/m2Kである、請求項1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1に記載の装置。
- 前記熱放散手段は、約135mm(L)×65mm(W)×0.6mm(H)以下の寸法を有する、請求項1に記載の装置。
- 前記熱放散手段は、最大18ワットの熱を放散させるように構成される、請求項11に記載の装置。
- 前記熱放散手段は、ポンプまたは圧縮器の必要なしに動作する、請求項1に記載の装置。
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