JP6901546B2 - チップセットヒートシンクの可撓ベース設計 - Google Patents

Description

本発明は、チップセットとの改善された熱接触を提供するヒートシンクに関する。

ヒートシンクは、チップセットから熱を除去するための一般的な熱ソリューションである。動作中、チップセットとヒートシンクとの間の熱伝達は、伝導により最適に実行される。よって、ヒートシンクベースとチップセットとの間の良好な接触を維持することが重要である。接触状態に影響する要因は、（１）ヒートシンクベースとチップセット表面との十分な表面平坦性、（２）ヒートシンクとチップセットとの間の接触領域での熱インタフェース材料の使用、及び、（３）ヒートシンクとチップセットとの間の接触を維持するための適切な荷重力（loading force）である。

しかし、チップセットは、その表面形状が、ヒートシンクベースとの密接な接触に必要な所望の表面平坦性から逸脱する可能性があるという欠点を有する場合がある。初期製造時に許容可能な平坦性であっても、チップセットが、凹状輪郭を有する上面を形成する場合がある。製造中の温度サイクル（manufacturing temperature cycles）の累積ストレス（accumulative stress）と、システムのプリント回路基板（ＰＣＢ）からの熱によるストレスとによって、チップセットは、使用中に平坦にならなくなる。ヒートシンクの典型的なベースは、熱伝導性の良い金属（例えば、銅等）により形成される。銅製のヒートシンクベースは、その平坦性を維持するが、周辺（又は、チップセットの少なくとも一部のエッジ）は、ヒートシンクの銅製のベースが平坦を維持している間に成長して、凹状輪郭を形成する場合がある。チップセットの周辺に沿ったこの成長により、チップセットの凹面（周辺の中央）とヒートシンクの平坦なベースとの間に空隙が形成される。チップセットとヒートシンクとの間の接触が減少し、これらの要素間の伝導も減少する。よって、チップセットとヒートシンクベースとの間の接触が減少すると、ヒートシンクベースとチップセットとの間の伝導性の熱伝達が減少する。

よって、チップセットの平坦性の変化に対応する改良されたヒートシンクベースが必要とされている。

本発明は、チップセットヒートシンクの可撓ベース設計を提供する。

本発明の一実施形態によれば、伝導性のヒートシンクベースは、関連するチップセットの表面に沿って曲がるように、金属から形成されている。金属は、例えば銅等の熱伝導性の高い金属から選択されてもよい。

本発明の別の実施形態によれば、ヒートシンクベースは、チップセットに対するヒートシンクベースの接触側とは反対側のヒートシンクベースの側に谷又は窪み形状の一連の同心リングを設けることによって、可撓性になる。

本発明のさらに別の実施形態によれば、ヒートシンクベースは、チップセットに対するヒートシンクベースの接触側とは反対側のヒートシンクベースの側に谷又は窪み形状の一連の同心リングを設けることによって、可撓性になる。ヒートシンクベースは、同心リングの中央に熱伝導性の金属のシリンダをさらに設けることによって、可撓性になる。

本発明のさらなる実施形態によれば、ヒートシンクベースが屈曲され、ヒートシンクとフィンとの間の伝導によって熱が伝達される場合、少なくとも中央のシリンダは、少なくとも１つのフィンと接触したままである。

本発明のさらなる実施形態によれば、可撓性のヒートシンクベースには、ヒートシンクベースを変形させるためにシリンダに力を加える付勢デバイス（例えば、バネ等）。バネは、中央部分から延在する４つのアームを有する中央部分を含むＨ字型であってもよい。ネジを使用して、スプリング、フィン、ヒートシンクベースを位置合わせし、チップセットに力を加えることができる。

本発明のさらなる実施形態によれば、ヒートシンクベースは、チップセットに対するヒートシンクベースの接触側とは反対側のヒートシンクベースの側に谷又は窪み形状の一連の同心リングを設けることによって、可撓性になる。ヒートシンクベースは、一連の同心リングに加えて複数の窪みをさらに設けることによって可撓性になり、窪みには、少なくとも１つのヒートパイプが配置されている。

さらなる実施形態では、熱伝導性金属で形成された可撓性ヒートシンクの組み合わせは、熱源（例えば、チップセットの凹面等）に面するように、平坦な第１の形状で所定の位置に配置される。ヒートシンクベースは、チップセットとヒートシンクとの間の伝導によって熱を伝達するために、チップセットの凹面に対してより密接に適合するように、破損することなく凸型の第２の形状に屈曲される。チップセットに接触する表面の反対側のヒートシンクベースの表面には一連の同心溝（concentric grooves）が設けられており、同心溝の中心には金属シリンダが設けられている。第１及び第２の形状では、シリンダは、少なくとも１つのフィンと接触したままである。バネ（例えば、Ｈ字型バネ）は、ヒートシンクを第２の形状に屈曲させるために、シリンダに付勢力を加えることができる。

上述したヒートシンクを用いて、チップセットからヒートシンクに熱を伝導及び伝達する方法も説明する。

上記の概要は、本発明のあらゆる実施形態又はあらゆる態様を表すことを意図していない。むしろ、上記の概要は、本明細書に記載されたいくつかの新規な態様及び特徴の例を提供するに過ぎない。上記の特徴及び利点並びに本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面及び特許請求の範囲と併せて、本発明を実施するための代表的な実施形態及びモードの以下の詳細な説明から容易に明らかになるであろう。

本発明のチップセットヒートシンクの可撓ベース設計によれば、チップセットの平坦性の変化に対応することができる。

本発明並びにその利点及び図面は、添付の図面を参照して、例示的な実施形態の以下の説明からより良く理解されるであろう。これらの図面は、例示的な実施形態のみを示しており、したがって、様々な実施形態又は特許請求の範囲に対する限定とみなされるべきではない。

従来技術による、上面に凹状輪郭が生成されたチップセットと、チップセットとヒートシンクベースとの間に空隙が形成されていることと、を説明する図である。 本発明による、形成されたヒートシンクベースの斜視図である。 図２の平面図である。 図３の断面側面図である。 図４のヒートシンクベースに付勢力を加える金属バネの斜視図である。 本発明のヒートシンクの断面側面図である。 凹状の上面を有するチップセットと接触する図６のヒートシンクの側面図である。

本発明は、多くの異なる形態で具体化することができる。代表的な実施形態を図面に示し、本明細書で詳細に説明する。本開示は、本発明の原理の一例又は例示であり、本発明の広い態様を、図示した実施形態に限定することを意図していない。その範囲において、例えば、要約、概要及び詳細な説明に開示されているが、特許請求の範囲に明示的に記載されていない要素及び限定は、単独で又は集合的に、黙示、推論又は他の方法によって特許請求の範囲に組み込まれてはならない。本発明を詳細に説明する目的のために、特に否定しない限り、単数形は複数形を含み、その逆もまた同様である。「含む」という用語は、「制限なしに含む」ことを意味している。さらに、例えば、「約」、「殆ど」、「実質的に」、「およそ」等の近似語は、本明細書では、例えば、「〜に」、「〜に近い」、「大体」、「〜の３〜５％の範囲内」、「許容される製造公差内」、又は、これらの任意の論理的組み合わせを意味するものとして用いることができる。

図１は、従来技術による、チップセット１２に接触する典型的なヒートシンクアセンブリ１０を示す図である。チップセット１２は、プリント回路基板（ＰＣＢ）１４に接続されている。チップセット１２は、集積回路（例えば、スイッチ、オーディオ又はグラフィックスチップ、マザーボード上のノースブリッジ及びサウスブリッジチップ、並びに、同様のデバイス等）の任意の集合又はグループである。チップセットの特定の構成や使用は、これらの例に限定されない。チップセット１２の上面１３は、ヒートシンクベース１１の平坦な下面１５に接触するように平坦に設計されている。ヒートシンクベース１１は、少なくとも１つのフィン１７に接触して、ヒートシンクベース１１に伝達される熱を放散する。しかし、チップセット１２の製造及び使用によって生じるストレスは、チップセット１２の上面１３を変形させることが多く、ここでは、チップセット１２に凹状の上面１３を形成するように成長した側面１６，１８として示されている。この凹状の上面は、ヒートシンクベース１１の下面１５とチップセット１２の上面１３との間に空隙１９を形成する。この空隙１９は、チップセット１２とヒートシンクベース１１との間の伝導性の熱伝達を低減させ、これにより、ヒートシンクアセンブリ１０の全体的な熱冷却を低減させる。ネジ２０，２１は、矢印２２，２３の方向に荷重力を加える。しかし、この荷重力は、ヒートシンクベース１１とチップセット１２との間に生成された空隙１９を解決することができない。さらに、荷重力を増加させると、チップセット１２が損傷する可能性がある。

図２は、本発明によるヒートシンクベース２４の斜視図である。ヒートシンクベース２４は、過去にヒートシンクとして使用された材料と同様の方法で、熱伝導率が０．５０〜０．９９（ｃａｌ／ｓｅｃ）／（ｃｍ^２Ｃ／ｃｍ）の高熱伝導性金属（例えば、銅やアルミニウム等）から形成されている。しかし、ここでは、金属は、チップセット１２に接触しようとする面と反対側の面２５に一連の同心溝２６を備えている。一連の同心溝２６の中心には、金属シリンダ２７が設けられている。金属シリンダ２７は、高熱伝導性金属（例えば、銅等）から形成されており、一実施形態では、ヒートシンクベース２４と一体である。ヒートシンクベース２４の上面２５には、複数の窪み２８，２９，３０，３１も形成されており、ヒートパイプ３２，３３，３４，３５（図６に示す）を収容する。（以下に説明する）ネジ等の固定具を収容するために、複数の開口部４０，４１，４２，４３がヒートシンクベース２４に設けられている。

図３に示すヒートシンクベース２４の平面図において、一連の同心溝２６と複数の窪み２８，２９，３０，３１との間の関係が明確になる。窪み２８，２９，３０，３１は、熱伝達のためにヒートパイプ３２，３３，３４，３５を収容するように、ヒートシンクベース２４の大部分を占有する。また、中央の金属シリンダ２７が、一連の同心溝２６に関連して示されている。一連の同心溝２６に９つの同心溝が示されているが、同心溝の数の機能及び目的によって、後述するようにヒートシンクベース２４を屈曲させることができるのであれば、かかる同心溝の数は９つ未満であってもよいし、９つより多くてもよい。

図４は、一連の同心溝２６の断面形状を示す側面図である。同心溝２６は、ヒートシンクベース２４の下面３６まで延在しないので、下面３６は、高熱伝導性金属の連続した表面を含む。ヒートシンクベース２４の下面３６は、チップセット１２に接触するように設計されている。一連の同心溝２６が四辺形で示されているが、これは単なる例示に過ぎない。溝の形状及び深さは、一連の同心溝２６の機能及び目的によって、後述するようにヒートシンクベース２４の下面３６を連続させ、途切れさせず、屈曲させることを可能にするのであれば、任意の形状及び深さとすることができる。

図５に示す金属バネ３７は、ヒートシンクベース２４（図４）の下面３６を屈曲させるように付勢力を生成する。金属バネ３７は、中央部分３８と、中央部分３８から延在する４つのアーム４４，４５，４６，４７と、を有するＨ字型の形状で示されている。アーム４４，４５，４６，４７の各々は、ネジでフィン４８に固定されている。バネ３７はＨ字型形状で示されているが、当業者であれば、他のバネ形状（例えば、Ｘ字型バネ、平坦な星形、及び、中央の金属シリンダ２７を押圧する幾何学的中心力（geometric center force）を生成するために用いることの可能な他のマルチアームバネ等）を、中央の金属シリンダ２７を押圧する幾何学的中心力を生成するために使用可能であることが理解できるであろう。

図６は、本発明による、ヒートシンク５０を組み立てた後の側面断面図である。ネジ５１，５２は、バネ３７の中央部分３８が円筒形のシリンダ２７と重なるように、金属バネ３７を適所に保持する。バネ３７は、円筒形のシリンダ２７に付勢力を加えて、ヒートシンクベース２４の下面３６を外側に湾曲させる。一連の同心溝２６は、ヒートシンクベース２４を破壊点まで形成する高熱伝導性金属にストレスを与えることなく、ヒートシンクベース２４の上面２５が下面３６の屈曲を吸収することを可能にする。他のヒートシンクと同様に、対流によってヒートシンクから熱を除去するために、少なくとも１つのフィン４８が設けられている。中央のシリンダ２７は、ヒートシンクベース２４と少なくとも１つのフィン４８との間の伝導性の熱伝達を維持するために、少なくとも１つのフィン４８と接触したままであることが重要である。図７に示すように、下面３６と少なくとも１つのフィン４８との接触が減少しても、中央のシリンダ２７と少なくとも１つのフィン４８とを互いに接触させたままにすることによって、伝導性の熱伝達が維持される。

図７は、ヒートシンク５０と、凹状の上面を有するチップセット１２とを組み合わせて形成された電子デバイスを示す図である。ネジ５１，５２が締められると、荷重力が、矢印６２，６３の方向に、Ｈ字型のバネ３７のアーム４５，４６に加えられる。バネ３７の中央部分３８は、矢印５３の方向に下向きの力が加えられた中央のシリンダ２７を収容する。中央のシリンダ２７のこの下向きの力によって、中央のシリンダ２７が、ヒートシンクベース２４の上面２５及び下面３６を屈曲させて、チップセット１２の上面１３の凹型形状に適合する凸状又はスマイリー（smiley）形状５５を形成する。ヒートシンクベース２４の下面３６の屈曲は、空隙１９を減少又は消去し、ヒートシンクベース２４とチップセット１２との間の接触を回復させて、伝導性の冷却を促進する。オプションで、熱インタフェース材料６５を、チップセット１２の凹状の上面１３とヒートシンクベース２４の屈曲表面の下面３６との間に挿入してもよい。ヒートシンクベース２４の表面２５が少なくとも１つのフィン４８との接触を減少するように屈曲され、ヒートシンクベース２４からの熱を、中央のシリンダ２７を介して少なくとも１つのフィン４８に伝達し続ける場合であっても、中央のシリンダ２７は、少なくとも１つのフィン４８に接触したままである。少なくとも１つのフィン４８は、通常、少なくとも１つのファン（図示省略）の助けによる対流冷却、又は、少なくとも１つのフィン４８を通して冷却空気流を誘引することによって、熱を除去することができる。本発明の範囲外の冷却フィンとして設計された少なくとも１つのフィン４８が、上述した少なくとも１つのフィン４８を置き換えることができる。

以上、本発明の様々な実施形態について説明してきたが、これらの実施形態は例示的なものであり、限定的なものではないことを理解されたい。本発明の実施形態に基づく多くの変更は、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本明細書の開示に従って行うことができる。よって、本発明の幅及び範囲は、上述した実施形態の何れによっても限定されるべきではない。むしろ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲及びこれらの均等物に従って定義されるべきである。

本発明は、１つ以上の実施形態に関して例示及び説明されているが、当業者であれば、本明細書及び添付の図面を読んで理解すれば、同等の変更及び修正を行うことができるであろう。また、本発明の特徴は、複数の実施形態のうち１つのみに関連して述べられているが、このような特徴は、所定の又は特定の用途に必要で有利な１つ以上の他の実施形態の他の特徴と組み合わせることができる。

本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態のみを説明することを目的としており、本発明を限定することを意図していない。本明細書で使用されているように、「一」、「１つの」、「この」という単数形は、文脈が他のことを明確に示さない限り、複数形も含むことが意図されている。さらに、「含む」、「有する」やこれらの変化形が、詳細な説明及び／又は特許請求の範囲に用いられており、このような用語の意味は、「備える」という用語と同様に包括的であることを意図している。

特に定義されない限り、本明細書で使用される用語（技術用語及び科学用語）は、当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、一般的に使用される辞書において定義されるような用語は、関連技術の文脈におけるこれらの意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、本明細書において明示的に定義されない限り、理想化された意味又は過度に形式的な意味で解釈されない。

１０…ヒートシンクアセンブリ
１２…チップセット
１３…上面
１４…プリント回路基板
１５…下面
１６，１８…側面
１７，４８…フィン
１９…空隙
２０，２１，５１，５２…ネジ
２２，２３，５３，６２，６３…矢印
２４…ヒートベース
２５…上面
２６…同心溝
２７…シリンダ
２８，２９，３０，３１…窪み
３２，３３，３４，３５…ヒートパイプ
３６…下面
３７…バネ
３８…中央部分
４０，４１，４２，４３…開口部
４４，４５，４６，４７…アーム
５０…ヒートシンク
５５…凸状又はスマイリー形状
６５…熱インタフェース材料

Claims (8)

1. 可撓性ヒートシンクであって、
   熱源に接触するように設計された第１表面と、前記第１表面の反対側の第２表面と、を含むヒートシンクベースであって、熱伝導性金属を含むヒートシンクベースを備え、
   前記第２表面は、一連の同心溝を有し、前記第１表面を破損することなく屈曲させ、
   前記同心溝の中央に位置する中央のシリンダと、
   前記第２表面上に形成された複数の窪みと、
   前記複数の窪みに配置された少なくとも１つのヒートパイプと、をさらに備えることを特徴とする可撓性ヒートシンク。
2. 前記中央のシリンダに付勢力を加えるためのバネをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の可撓性ヒートシンク。
3. 前記バネ及び前記中央のシリンダに接触する少なくとも１つのフィンをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の可撓性ヒートシンク。
4. 複数のネジをさらに備え、前記複数のネジの各々は、前記バネ及び前記フィンを貫通することを特徴とする請求項３に記載の可撓性ヒートシンク。
5. 電子デバイスであって、熱源と、可撓性ヒートシンクと、を備え、
   前記熱源は、凹状の上面を含み、
   前記可撓性ヒートシンクは、
   前記熱源に接触するように設計された第１表面と、前記第１表面の反対側の第２表面と、を含むヒートシンクベースであって、熱伝導性金属を含むヒートシンクベースを備え、
   前記第２表面は、一連の同心溝を有し、前記第１表面を破損することなく屈曲させることを特徴とする電子デバイス。
6. 中央のシリンダと、少なくとも１つのフィンと、をさらに備え、前記中央のシリンダは、前記同心溝の中央に位置し、前記少なくとも一つのフィンは前記ヒートシンクベースが屈曲するときに、前記中央のシリンダとの接触を維持することを特徴とする請求項５に記載の電子デバイス。
7. 前記中央のシリンダを付勢し、前記第１表面を屈曲させるためのバネをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の電子デバイス。
8. チップセットからヒートシンクに熱を伝導的に伝達する散熱方法であって、
   前記チップセットは、凹状の上面を有し、
   前記方法は、
   第１表面と、第２表面と、一連の同心溝と、中央のシリンダと、を備えるヒートシンクベースを設ける工程であって、前記第１表面は、熱源と接触するように設計されており、前記第２表面は、前記第１表面の反対側であり、前記同心溝は、前記第２表面に形成されており、前記中央のシリンダは、前記同心溝の中央に位置しており、前記同心溝は、前記第１表面を破損することなく屈曲させ、前記ヒートシンクベースは、熱伝導性金属を含む、工程と、
   前記中央のシリンダに付勢力を加え、前記ヒートシンクベースの前記第１表面を凸状に屈曲させて、前記チップセットの凹状の上面に接触させる工程と、
   を含むことを特徴とする散熱方法。

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