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特許7504924オンボードメモリマイクロコントローラ用の切り離された伝導／対流デュアルヒートシンク
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-14
(45)【発行日】2024-06-24
(54)【発明の名称】オンボードメモリマイクロコントローラ用の切り離された伝導／対流デュアルヒートシンク
(51)【国際特許分類】
H05K 7/20 20060101AFI20240617BHJP
H01L 23/36 20060101ALI20240617BHJP
H01L 23/40 20060101ALI20240617BHJP
H01L 23/467 20060101ALI20240617BHJP
G06F 1/20 20060101ALI20240617BHJP
【ＦＩ】
H05K7/20 F
H05K7/20 D
H05K7/20 B
H01L23/36 Z
H01L23/40 E
H01L23/46 C
G06F1/20 B
G06F1/20 C
【請求項の数】
16
(21)【出願番号】P 2021571305
(86)(22)【出願日】2020-04-25
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-08-10
(86)【国際出願番号】 US2020029989
(87)【国際公開番号】W WO2020242687
(87)【国際公開日】2020-12-03
【審査請求日】2023-04-24
(31)【優先権主張番号】62/855,544
(32)【優先日】2019-05-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/510,314
(32)【優先日】2019-07-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】314015767
【氏名又は名称】マイクロソフト テクノロジー ライセンシング，エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100162846
【弁理士】
【氏名又は名称】大牧 綾子
(72)【発明者】
【氏名】ゲイリー，ブランドン
【審査官】板澤 敏明
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－３２１２８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－３５３０２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－０７４２９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－３２０００１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－２８４８６５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０５Ｋ ７／２０
Ｈ０１Ｌ ２３／３４－２３／４６
Ｇ０６Ｆ １／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ヒートシンクであって、回路基板上に配置されたシステムオンチップ（ＳｏＣ）に接触するように構成された第１の平面に第１の表面を有するベースと、
前記ベースに接続され、前記ベースから延びる複数の伝熱部材であって、前記複数の伝熱部材は、前記第１の平面から第１の間隔を有する第２の平面において長手方向の長さに沿って延びるように構成され、前記複数の伝熱部材は、それぞれ、前記複数の伝熱部材間の第２の間隔を画定する対向する内壁を含む、前記複数の伝熱部材と、
前記複数の伝熱部材を少なくとも部分的に取り囲むエンクロージャであって、
前記複数の伝熱部材の第１の側に配置され、前記回路基板に面するように構成された近位パネルと、
前記複数の伝熱部材の第２の側にある遠位パネルであって、前記第２の側は、前記第１の側と反対側である、遠位パネルと
を備え、
前記近位パネルおよび前記遠位パネルは、両方とも、前記ベースに隣接するそれぞれの近端から、前記ベースから離れたそれぞれの遠端まで長手方向に延び、前記それぞれの遠端は、前記伝熱部材の端部に開口部を画定する、
エンクロージャと
を備えたヒートシンク。
【請求項2】
請求項１に記載のヒートシンクであって、各々が前記ベースの反対側から延びる複数のアームをさらに備え、各アームは、前記回路基板に取り付けるように構成されたクリップを画定する形状を有する、ヒートシンク。
【請求項3】
請求項１に記載のヒートシンクであって、前記複数の伝熱部材は、前記ベースに近接したコネクタ部分を含み、前記コネクタ部分は、前記複数の伝熱部材の前記第２の平面と、前記ベースの前記第１の表面の前記第１の平面との間の前記第１の間隔を画定するようにサイズが決定される、ヒートシンク。
【請求項4】
請求項３に記載のヒートシンクであって、前記コネクタ部分は、変曲点において曲がる、ヒートシンク。
【請求項5】
請求項１に記載のヒートシンクであって、前記ベースの前記第１の表面は、前記ＳｏＣの対応する表面の第２の表面積よりも大きい第１の表面積を有する、ヒートシンク。
【請求項6】
請求項１に記載のヒートシンクであって、前記ベースを前記ＳｏＣに取り付けるように構成された熱接着剤をさらに備えた、ヒートシンク。
【請求項7】
請求項１に記載のヒートシンクであって、前記エンクロージャは、前記ベースの前記第１の表面の反対側の第２の表面において前記ベースに接触するベースプレートを含む、ヒートシンク。
【請求項8】
請求項１に記載のヒートシンクであって、前記エンクロージャは、前記近位パネルと前記遠位パネルとの間の１つまたは複数の側面通気孔を画定する１つまたは複数の内部側壁を含む、ヒートシンク。
【請求項9】
請求項１に記載のヒートシンクであって、前記複数の伝熱部材は、前記エンクロージャよりも高い熱伝導率を有する、ヒートシンク。
【請求項10】
コンピュータシステムであって、システムオンチップ（ＳｏＣ）および少なくとも１つの追加のコンポーネントを含むプリントされた回路基板と、
前記ＳｏＣの表面に第１の平面において取り付けられたベースを含むヒートシンクであって、前記ヒートシンクは、前記ベースに接続され、前記ベースから延びる複数の伝熱部材を含み、前記複数の伝熱部材は、前記第１の平面から第１の間隔を有する第２の平面において長手方向の長さに沿って延びるように構成され、前記複数の伝熱部材は、それぞれ、前記複数の伝熱部材間の第２の間隔を画定する対向する内壁を含む、ヒートシンクと、
前記複数の伝熱部材を少なくとも部分的に取り囲むエンクロージャであって、
前記複数の伝熱部材の第１の側に配置され、前記回路基板に面するように構成された近位パネルと、
前記複数の伝熱部材の第２の側にある遠位パネルであって、前記第２の側は、前記第１の側と反対側である、遠位パネルと
を備え、
前記近位パネルおよび前記遠位パネルは、両方とも、前記ベースに隣接するそれぞれの近端から、前記ベースから離れたそれぞれの遠端まで長手方向に延び、前記それぞれの遠端は、前記伝熱部材の端部に開口部を画定する、
エンクロージャと
を備えたコンピュータシステム。
【請求項11】
請求項１０に記載のコンピュータシステムであって、前記複数の伝熱部材の端部から前記ＳｏＣに向かって空気を移動させるように構成された空気源をさらに備えた、請求項１０に記載のコンピュータシステム。
【請求項12】
請求項１０に記載のコンピュータシステムであって、前記プリントされた回路基板は、メモリマイクロコントローラカードである、コンピュータシステム。
【請求項13】
請求項１０に記載のコンピュータシステムであって、前記複数の伝熱部材は、前記ベースに近接したコネクタ部分を含み、前記コネクタ部分は、前記複数の伝熱部材の前記第２の平面と、前記ベースの前記第１の表面の前記第１の平面との間の前記第１の間隔を画定するようにサイズが決定される、コンピュータシステム。
【請求項14】
請求項１０に記載のコンピュータシステムであって、前記ベースの前記第１の表面は、前記ＳｏＣの対応する表面の第２の表面積よりも大きい第１の表面積を有する、コンピュータシステム。
【請求項15】
請求項１０に記載のコンピュータシステムであって、前記エンクロージャは、前記ベースの前記第１の表面の反対側の第２の表面において前記ベースに接触するベースプレートを含む、コンピュータシステム。
【請求項16】
請求項１０に記載のコンピュータシステムであって、前記エンクロージャは、前記近位パネルと前記遠位パネルとの間の１つまたは複数の側面通気孔を画定する１つまたは複数の内部側壁を含む、コンピュータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[0001]本開示は、冷却システム、より詳細には、電子デバイス用の冷却システムに関する。
【背景技術】
【0002】
[0002]コンピュータなどの電子デバイス用の冷却システムは、多くの場合、様々なコンポーネント上で空気を移動させて、コンポーネントによって生成された熱を除去するファンを含む。ファンに暖かい空気を移動させる一環として、あるコンポーネントによって暖められた空気が、別のコンポーネント上を通過する可能性があり、他のコンポーネント上を通過した空気は「予熱」される。「予熱」またはコンポーネントの入口空気温度を上げると、上流のコンポーネントと比較した場合、熱伝達内部流れ方程式で示されるように、下流のコンポーネントの冷却能力が低下する。したがって、これらの問題のいくつかに対処するために、コンピューティングデバイスによって生成される熱を制御するための改善されたメカニズムが必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0003】
[0003]以下は、そのような実施の基本的な理解を提供するために、１つまたは複数の実施の簡略化された要約を提示する。この要約は、想定されるすべての実施の広範な概要ではなく、すべての実施の重要なまたは決定的な要素を特定したり、一部またはすべての実施の範囲を線引きしたりすることを目的としたものではない。その目的は、後に提示されるより詳細な説明の前置きとして、１つまたは複数の実施のいくつかの概念を、簡略化された形式で提示することである。
【0004】
[0004]一態様では、本開示は、ヒートシンクを提供する。ヒートシンクは、回路基板上に配置されたシステムオンチップ（ＳｏＣ）に接触するように構成された第１の平面に第１の表面を有するベースを含んでもよい。ヒートシンクは、ベースに接続され、ベースから延びる複数の伝熱部材を含んでもよく、複数の伝熱部材は、第１の平面から第１の間隔を有する第２の平面において長手方向の長さに沿って延びるように構成され、複数の伝熱部材はそれぞれ、複数の伝熱部材間の第２の間隔を画定する対向する内壁を含む。
【0005】
[0005]一態様では、ヒートシンクは、各々がベースの反対側から延びる複数のアームをさらに含んでもよく、各アームは、回路基板に取り付けるように構成されたクリップを画定する形状を有する。
【0006】
[0006]一態様では、複数の伝熱部材は、ベースに近接したコネクタ部分を含み、コネクタ部分は、複数の伝熱部材の第２の平面と、ベースの第１の表面の第１の平面との間の第１の間隔を画定するようにサイズが決定される。コネクタ部分は、変曲点(inflection point)において曲がる場合がある。
【0007】
[0007]一態様では、ベースの第１の表面は、ＳｏＣの対応する表面の第２の表面積よりも大きい第１の表面積を有する。
[0008]一態様では、ヒートシンクは、ベースをＳｏＣに取り付けるように構成された熱接着剤をさらに含む。
[0008]一態様では、ヒートシンクは、ベースをＳｏＣに取り付けるように構成された熱接着剤をさらに含む。
【0008】
[0009]一態様では、ヒートシンクは、複数の伝熱部材を少なくとも部分的に取り囲むエンクロージャをさらに含む。エンクロージャは、ベースの第１の表面の反対側の第２の表面においてベースに接触するベースプレートを含んでもよい。ベースプレートおよびベースは、ヒートシンクのコールドプレートを形成してもよい。エンクロージャは、複数の伝熱部材の第１の側に配置され、回路基板に面するように構成された近位パネルと、複数の伝熱部材の第２の側にある遠位パネルとを含んでもよく、第２の側は、第１の側と反対側であり、近位パネルおよび遠位パネルは両方とも、ベースに隣接するそれぞれの近端から、ベースから離れたそれぞれの遠端まで長手方向に延び、それぞれの遠端は、伝熱部材の端部に開口部を画定する。エンクロージャは、近位パネルと遠位パネルとの間の１つまたは複数の側面通気孔を画定する１つまたは複数の内部側壁を含んでもよい。伝熱部材は、エンクロージャよりも高い熱伝導率を有してもよい。
【0009】
[0010]一態様では、本開示は、コンピュータシステムを提供する。コンピュータシステムは、ＳｏＣおよび少なくとも１つの追加のコンポーネントを含むプリント回路基板を含んでもよい。コンピュータシステムは、第１の平面においてＳｏＣの表面に取り付けられたベースを含むヒートシンクを含んでもよく、ヒートシンクは、ベースに接続され、ベースから延びる複数の伝熱部材をさらに含み、複数の伝熱部材は、第１の平面から第１の間隔を有する第２の平面の長手方向の長さに沿って延びるように構成され、複数の伝熱部材はそれぞれ、複数の伝熱部材間の第２の間隔を画定する対向する内壁を含む。
【0010】
[0011]一態様では、コンピュータシステムは、複数の伝熱部材の端部からＳｏＣに向かって空気を移動させるように構成された空気源をさらに含んでもよい。
[0012]一態様では、プリント回路基板は、メモリマイクロコントローラカードである。
[0012]一態様では、プリント回路基板は、メモリマイクロコントローラカードである。
【0011】
[0013]本開示の実施に関連する追加の利点および新規の特徴は、部分的には以下の説明に記載され、部分的には、以下を検討するか、または実践によって学習することにより当業者により明らかになるであろう。
【0012】
[0014]本開示の特定の特徴、実施、および利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、および添付の図面に関してよりよく理解されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】[0015]回路基板に取り付けられ、システムオンチップ（ＳｏＣ）などの発熱コンポーネントと接触している例示的なヒートシンクの右上斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
[0036]添付の図面に関連して以下に記載される詳細な説明は、様々な構成の説明として意図され、本明細書に記載の概念が実践され得る唯一の構成を表すことを意図するものではない。詳細な説明は、様々な概念を完全に理解するための具体的な詳細を含む。しかしながら、これらの概念が、これらの具体的な詳細なしで実践され得ることは当業者には明らかであろう。いくつかの事例では、そのような概念を曖昧にすることを避けるために、よく知られているコンポーネントがブロック図の形式で示される。いくつかの実施では、例は、本明細書に記載のアクションまたは動作を実行することができる１つまたは複数のコンポーネントおよび１つまたは複数の方法を参照して示すことができ、破線のコンポーネントおよび／またはアクション／動作はオプションであり得る。
【0015】
[0037]マイクロコントローラは、より大量の熱を生成し、冷却するのがより困難になっている。それに加えて、マイクロコントローラは、ペリフェラルコンポーネントインターコネクトエクスプレス（ＰＣＩ－ｅ）仕様の要件を満たす必要があり得る。これらのコントローラは、ワークロードのデマンドが増加しているＮＡＮＤおよびダブルデータレート（ＤＤＲ）動作を担当する。従来のベースおよびフィンヒートシンクは大きすぎて、これらのタイプのアーキテクチャのソリューションとして適用できない。折り畳まれたヒートシンクは、従来のヒートシンクのフィンからベースまでの高さの効率がなく、予熱された乱気流が、局所的な周囲温度を上昇させ、パッケージから伝達できるエネルギー量を低減させることができる。
【0016】
[0038]本開示は、システムオンチップ（ＳｏＣ）と接触するか、または接触するように構成されてもよい、ベースまたはコールドプレートから延びる、並んで配置された２つなどの複数の伝熱部材を含むヒートシンクを提供する。複数の伝熱部材は、プリント回路基板およびその上のコンポーネントを含んでもよいパッケージの全部または一部にわたって延びてもよい。複数の伝熱部材が、プリント回路基板またはその上のコンポーネントと接触しないように、複数の伝熱部材とパッケージとの間に間隔があり得る。一実施では、ヒートシンクは、複数の伝熱部材を取り囲むエンクロージャをさらに含んでもよい。エンクロージャは、ベースまたはコールドプレート、あるいはその一部を形成してもよい。エンクロージャは、伝熱部材の長さの全部または一部を取り囲んでもよくエンクロージャを通る空気の流れを可能にするための開放端を含んでもよい。
【0017】
[0039]図１～図８を参照して示すように、例示的なヒートシンク１００は、パッケージ１３２に取り付けられ、パッケージ１３２から熱エネルギーまたは熱を除去することができる複数の伝熱部材１１０を含む。たとえば、一実施では、ヒートシンク１００は、ヒートシンク１００をパッケージ１３２に取り付けることを可能にするために、嵌合アーム(mating arm)１２０および／または熱接着剤１２２を含んでもよい。パッケージ１３２は、プリント回路基板（ＰＣＢ）１３４およびその上のコンポーネント１３６を含んでもよい。システムオンチップ（ＳｏＣ）１３０は、熱を発生し、冷却を必要とするパッケージ１３２の特定のコンポーネント１３６であってもよい。たとえば、パッケージ１３２は、メモリカードコントローラＳｏＣを含むメモリカードであってもよい。ＳｏＣ１３０は、ヒートシンク１００が接触する表面１３８を含んでもよい。
【0018】
[0040]ヒートシンク１００は、パッケージ１３２のコンポーネント１３６のうち、熱を発生するコンポーネント（たとえば、ＳｏＣ１３０）に接触するように構成されたベース１１２を含んでもよい。ベース１１２は、ＳｏＣ１３０の対応する接触面１３８の表面積よりも大きい表面積を有するベース表面１１８を有してもよい。ベース表面１１８は、熱がベース１１２を介してヒートシンク１００に伝導され得るように、ＳｏＣ１３０と接触するようにサイズが決定される。ベース１１２は、複数の伝熱部材１１０と同じまたは異なる材料で形成されてもよい。ベース１１２を形成するための適切な材料は、銅合金およびアルミニウム合金を含むが、これらに限定されない。
【0019】
[0041]いくつかの実施では、熱接着剤１２２は、ＳｏＣ１３０とベース１１２との間の熱接触を改善または維持して伝導を可能にするために、ＳｏＣ１３０とベース１１２との間に配置されてもよい。熱接着剤１２２は、エポキシ樹脂、ペースト、または両面テープによって実現される、金属、金属酸化物、シリカ、またはセラミックミクロスフェアなどの熱伝導性材料を含んでもよいが、これらに限定されない。
【0020】
[0042]一態様では、嵌合アーム１２０は、ベース１１２の反対側から延びることができ、ヒートシンク１００をプリント回路基板１３４にクリッピングまたは接続することを可能にする形状を有してもよい。たとえば、１つの実施では、各嵌合アーム１２０は、プリント回路基板１３４のエッジまで延び、プリント回路基板１３４の周りで曲がり、ヒートシンク１００をパッケージ１３２上に保持してもよい。たとえば、各嵌合アーム１２０は、２つのほぼ直角(approximately right angle)を含んでもよく、各嵌合アーム１２０の対向する内面（たとえば、内部上面と、対向する内部下面）間の高さは、少なくともプリント回路基板１３４およびＳｏＣ１３０の高さであり得る。嵌合アーム１２０の形状は、特定のパッケージの寸法に適合され得ることを理解されたい。
【0021】
[0043]伝熱部材１１０は、パッケージ１３２の長さの全部または一部に沿って、ベース１１２から長手方向に延びる平面体を含んでもよい。たとえば、伝熱部材１１０は、（たとえば、ベース１１２の反対側にあるプリント回路基板１３４の端部に最も近い）最後のコンポーネント１３６の端部、またはベース１１２の反対側にあるプリント回路基板１３４の端部まで延びてもよい。
【0022】
[0044]伝熱部材１１０は、ベース１１２に近接するコネクタ部分１２４を含み、コネクタ部分１２４は、伝熱部材１１０をベース１１２に接続する。一実施では、コネクタ部分１２４は、伝熱部材１１０が延びる平面１４２と、ベース１１２の表面１４４の平面との間の間隔１４０を画定するようにサイズが決定される。間隔１４０は、比較的薄型を維持しながら、伝熱部材１１０がコンポーネント１３６と干渉することなく延びることを可能にし、冷却空気の流れを可能にし得るギャップを提供する。たとえば、伝熱部材１１０は、約１ｍｍ、より好ましくは約０．５ｍｍの厚さ（たとえば、図１の垂直方向の厚さ）を有し得、これは、薄型をもたらす。図１に示されるコネクタ部分１２４は、変曲点を有する湾曲部材を形成するが、用途に応じて、他の形状（たとえば、ベース１１２および伝熱部材１１０に垂直な部材、角度のある部材など）を利用することができる。
【0023】
[0045]伝熱部材１１０は、伝熱部材１１０の熱伝達能力を増加させる間隔１１４を画定する対向する内壁１２６を含んでもよい。たとえば、内壁１２６は、熱伝達表面積を増加させ、間隔１１４は、伝熱部材１１０間の空気の流れを可能にし得る。たとえば、１つの実施では、間隔１１４は、０．２ｍｍから２ｍｍの間、好ましくは約０．５ｍｍであってもよい。伝導（固体を介した熱伝達）は、次の方程式で与えられる。
【0024】
【数1】
【0025】
ここで、Ｑ（ワット（Ｗ））は、電力または熱放散を表し、ｋ（Ｗ／ｍ・Ｋ）は、材料（たとえば、銅、ヒートパイプなど）の伝導係数を表し、Ａ（ｍ２）は、面積（厚さ×幅）を表し、ｄＴ（℃）は、伝導性物質の最も冷たい領域と最も温かい領域との間の温度変化を表し、ｄＸ（ｍ）は、移動した熱の長さを表す。したがって、伝導性物質（金属、ヒートパイプなど）の幅を広げることにより、その物質を通る伝導を増やすことができる。しかしながら、表面積を増加させると、パッケージ１３２とヒートシンク１００との間に閉じ込められる空気が増加する。
【0026】
[0046]一方、対流（空気、水、または他の媒体を介した熱伝達）は、次の方程式によって定義されてもよい。
Ｑ＝ｈＡ（ｄＴ）
ここで、Ｑ（ワット（Ｗ））は、電力または熱放散を表し、ｈ（Ｗ／ｍ２・Ｋ）は、（５０～２００と仮定される）空気の対流係数を表し、ｄＴは、長方形として測定されたパッケージの上部への、伝熱部材１１０の上部であり得る、分析中の空気および表面の温度変化を表す。それに加えて、ヌッセルト数は、伝導または対流を介して伝達される熱のバランスをｈＬ／ｋとして定義し得る。したがって、間隔１１４の幅は、特定の設計のための伝導および対流による冷却を最適化するように調整されてもよい。
Ｑ＝ｈＡ（ｄＴ）
ここで、Ｑ（ワット（Ｗ））は、電力または熱放散を表し、ｈ（Ｗ／ｍ２・Ｋ）は、（５０～２００と仮定される）空気の対流係数を表し、ｄＴは、長方形として測定されたパッケージの上部への、伝熱部材１１０の上部であり得る、分析中の空気および表面の温度変化を表す。それに加えて、ヌッセルト数は、伝導または対流を介して伝達される熱のバランスをｈＬ／ｋとして定義し得る。したがって、間隔１１４の幅は、特定の設計のための伝導および対流による冷却を最適化するように調整されてもよい。
【0027】
[0047]伝熱部材１１０は、ベース１１２と同じまたは異なる材料で形成され得る。伝熱部材１１０を形成するための適切な材料は、銅合金、アルミニウム合金、ステンレス鋼、銅、蒸気チャンバ、ヒートパイプデバイス、または任意の熱伝導性材料もしくは機構を含むが、これらに限定されない。伝導性材料の熱伝導率は、金属の分子構造の密度、および／または、金属エンクロージャに含まれる内部流体相によって決定され得る。「分子構造の密度」は、（たとえば、伝熱部材１１０が固体である場合、エネルギーが固体金属棒自体を介して伝達される固体を表し得る。「内部流体相」は、ヒートパイプと蒸気チャンバとの両方で発生する二相蒸気プロセスを表す。たとえば、ヒートパイプデバイスが存在する場合、伝熱部材１１０は、液体を含む密封管であり得る。ベース１１２からの熱は、液体を蒸発させて端部１１６に移動させ、そこで液体は凝縮してベース１１２に戻る。さらに、たとえば、平面金属の形態では、伝熱部材１１０は、ベース１１２から端部１１６に向かって熱を伝導し得る。したがって、任意の形態で、伝熱部材１１０は、ベース１１２から端部１１６への熱の伝導を効果的に増加させ得る。
【0028】
[0048]ヒートシンク１００は、ベース１１２、伝熱部材１１０、および／または嵌合アーム１２０を含む単一構造を有してもよい。たとえば、熱伝導性材料ブランクをスタンプして、ベース１１２、伝熱部材１１０、および嵌合アーム１２０のエッジを形成することができる。特定のヒートパイプデバイスまたは蒸気チャンバが、伝熱部材１１０のために使用される一態様では、伝熱部材１１０は、ベース１１２に溶接されてもよい。１つの実施では、嵌合アーム１２０は、上記のように、パッケージ１３２の周りで湾曲するように曲げ得る。たとえば、この場合、嵌合アーム１２０は、第１の変曲点において、パッケージ１３２に垂直な方向に曲げ、次に、第２の変曲点において、パッケージ１３２に向かい、それに平行な方向に曲げ得る。
【0029】
[0049]伝熱部材１１０は、ベース１１２と連動して機能して、局所的な周囲空気へのエネルギー放散を増加させ、冷却能力を改善する。ヒートシンク１００の薄型がパッケージ１３２の形状と一致するので、ヒートシンク１００は、メモリカードを様々な方位に配置することを可能にし、高さの増加は、ＰＣＩ－ｅ規格の範囲内であり得る。一態様では、ヒートシンク１００は、シミュレーションによれば、空気流インピーダンスへの影響を最小限に抑えながら、冷却ソリューションを最大５０％改善することができる。ヒートシンク１００は、従来のヒートシンクおよび嵌合ソリューションで発生する上流コンポーネントへの潜熱伝達を低減し得る。たとえば、他のコンポーネント１３６上でＳｏＣ１３０に向かう空気流を制限することにより、伝熱部材１１０は、コンポーネント１３６が、ベース１１２に接触する空気を予熱するのを防ぐことができる。
【0030】
[0050]一実施では、マイクロコントローラで使用されるヒートシンク１００は、メモリカードの冷却能力を増加させ得る。ヒートシンク１００は、ボードに追加された嵌合機能を必要とせずにプリント回路基板（ＰＣＢ）１３４に嵌合することができ、様々なヒートパイプおよび蒸気チャンバアーキテクチャで構成することができる。ヒートシンク１００は、システムの空間的に制約された領域内の垂直または水平配置のいずれかに向けられたメモリコンポーネントを冷却することができ得る。空間的な制約により、高電力メモリコンポーネントには、他のコンポーネント（たとえば、ＣＰＵ）と同じ空気流境界層が発達する余裕はない。したがって、メモリコンポーネントは、対流冷却の低下を受ける。この設計は、システムの空気流に影響を与えるであろう高い空気流インピーダンスを作り出すことなく、パッケージ１３２の伝導性冷却を増加させることによって、空気の冷却能力の低下を考慮する。それに加えて、この設計は、メモリカードアーキテクチャおよびＰＣＩ－ｅ要件に普遍的に適用可能な嵌合技法を実施する。
【0031】
[0051]従来のヒートシンクに対するヒートシンク１００のいくつかの利点は、ヒートシンク１００がかさばらず、多くのコンピュータプラットフォーム内の狭いスペースに適合できることである。ヒートシンク１００は、空気流の方向に関係なく、複数のコンポーネント方位を可能にする。他の利点は、コンパクトさ、エネルギーをより冷たい周囲空気に送り込む能力、および普遍的な嵌合アーキテクチャを含む。
【0032】
[0052]最後に、他のヒートシンク設計は、１つの「ブロック」タイプのヒートシンクを取り付けることによって、周囲のコンポーネント１３６からの熱を結合し、これは、周囲のコンポーネントへの潜熱を増加させ、冷却能力を減少させる。対照的に、ヒートシンク１００内の伝熱部材１１０の比較的薄く比較的長いアーキテクチャは、冷却空気流を可能にする間隔１１４および１５０とともに、より高い熱流束成分を、より低い熱流束成分から切り離し、より温度が高いオンボードパッケージに増加した伝導を、より電力が低いオンボードパッケージに最適な空気流を可能にする。
【0033】
[0053]図９～図１９を参照して示すように、図１のヒートシンク１００と同様であってもよい別の例示的なヒートシンク２００は、それに加えて、例示的なヒートシンク１００の伝熱部材１１０と同様である、複数の伝熱部材２１０の周りに、エンクロージャ２２０を含む。たとえば、伝熱部材２１０は、伝熱部材１１０と同じ方式で製造されてもよいし、または同じ材料もしくは機構で形成されてもよい。図９において、ヒートシンク２００の周りの右から左への空気流２２６の例を参照して示すように、エンクロージャ２２０は、伝熱部材１１０を隔離することによって、空気がＳｏＣ１３０に到達する前に、空気の加温を低減する場合がある。図１のヒートシンク１００と同様に、ＰＣＢ１３４と伝熱部材２１０との間の間隔２７０は、断面空気流を可能にし、ヒートシンク２００を、様々な方位において使用することを可能にする。伝熱部材２１０は、ＳｏＣ嵌合点（たとえば、伝熱部材２１０が接続されているベース２１２がエンクロージャ２２０内に配置されているコールドプレート２２２）においてエンクロージャ２２０に接触する場合があるが、伝熱部材２１０は、空気流領域２２４を介して、エンクロージャ２２０から切り離すことができる。言い換えれば、さらに図１０を参照して示すように、伝熱部材２１０は、空気流領域２２４によって画定される長さに沿って、間隔２４２だけエンクロージャ２２０から離間されている。間隔２４２は、エンクロージャ２２０の遠位パネル２３２の内面２３４と、伝熱部材２１０の上面２１８との間、ならびにエンクロージャ２２０の近位パネル２３０の内面２３１と、伝熱部材２１０の底面２１９との間に画定される。伝熱部材２１０の上下の間隔２４２は、同じであっても異なっていてもよい。
【0034】
[0054]図１１を参照して示すように、パッケージ１３２に対する近位方向２５０および遠位方向２５２が示されている。例示的なヒートシンク２００は、様々な方位に配置される場合があるので、方向は、例示的なヒートシンク２００が取り付けられるべきパッケージに対して画定され得る。本明細書で使用される場合、絶対的な方向（たとえば、上、下）は、水平に向けられたパッケージ１３２の上にヒートシンク１００、２００を備えた図１および図９に示される方位を指す。
【0035】
[0055]空気流境界領域２２４のより詳細な図を提供する図１０を参照して示すように、エンクロージャ２２０は、パッケージ１３２に近い近位パネル２３０と、パッケージ１３２の反対側にある遠位パネル２３２とを含んでもよい。エンクロージャ２２０はさらに、近位パネル２３０と遠位パネル２３２との間に、前側および後側の両方で、図２に示される右から左への空気流２２６と比較して、（たとえば、前から後への）空気の交差流が、伝熱部材２１０を通過することを可能にする通気孔２３８を含んでもよい。それに加えて、通気孔２３８は、対流を改善するために、エンクロージャ２２０の表面積を増加させることができる。
【0036】
[0056]図１１および図１２を参照して示すように、エンクロージャ２２０を通る開口部２３６は、コールドプレート２２２内の対向する内面、たとえば左側によって、および近位パネル２３０および遠位パネル２３２の対向する内面によって画定される。開口部２３６は、空気がエンクロージャ２２０を通ってコールドプレート２２２上を流れることを可能にし得る。
【0037】
[0057]図１３を参照して示すように、ベース２１２の接触面２２３が見える。例示されるように、エンクロージャ２２０のコールドプレート２２２は、ベース２１２がＳｏＣ１３０と接触する長方形の開口部２２７を画定する内壁２２５を含む、ベース２１２の周りにボックスを形成してもよい。したがって、コールドプレート２２２とベース２１２との両方が、ＳｏＣ１３０に接触する可能性がある。
【0038】
[0058]図１９を参照して示すように、コールドプレート２２２は、ベース２１２と、ベース２１２から延びる伝熱部材２１０への接続とを含む。一実施では、たとえば、伝熱部材２１０は、伝熱部材２１０の第１の長手方向軸２６２を、ベース２１２の第２の長手方向軸２６４から、したがって、ＳｏＣ１３０の表面の平面から離すように、基部２１２に近接する端部において、コネクタ部分２４０、たとえば、フランジまたはベンドを含んでもよく、これは、熱伝達を改善し得る。特に、１つの例示的な実施では、コネクタ部分２４０は、弧状またはＳ字形（図示のように）構成、角度付き構成、法線方向構成、または、伝熱部材２１０が、回路基板の長さに平行に、そしてそれに沿ってベース２１２から離れて延びながら、回路基板の伝熱部材に垂直な方向にベース２１２（したがって、ＳｏＣ１３０）から離れて配置されることを可能にする他の任意の構成または形状を有してもよい。
【0039】
[0059]伝熱部材２１０をエンクロージャ２２０から切り離すことは、エンクロージャ２２０が、パッケージ１３２上のＳｏＣ１３０のための熱伝達バッフルおよびヒートシンクとして機能するので、伝熱部材２１０の冷却効率を改善し、熱浸漬(heat soak)を低減するために、エンクロージャ２２０の相対的熱抵抗を使用する。たとえば、エンクロージャ２２０は、伝熱部材２１０よりも低い熱伝導率を有する銅で形成されてもよい。エンクロージャ２２０は、伝熱部材２１０の周りに配置され、ともに結合される（たとえば、溶接される）２つ以上のコンポーネント（たとえば、上部および下部）として形成されてもよい。伝熱部材２１０は、ベース２１２においてのみエンクロージャ２２０に接触してもよい。伝熱部材２１０は、伝熱部材２１０をエンクロージャ２２０から熱的に絶縁する（伝熱部材２１０の熱伝導率と比較して）非熱伝導性または比較的低い熱伝導性材料から作られたスタンドオフ２６０（図１１）によってエンクロージャ２２０内で構造的に支持されてもよい。
【0040】
[0060]伝導式
【0041】
【数2】
【0042】
から、有効伝導率（ｋｅｆｆ）と有効面積（Ａｅｆｆ）との両方が、伝熱部材２１０およびエンクロージャ２２０を含むヒートシンク２００で増加する。したがって、エンクロージャ２２０は、ＳｏＣ１３０からいくらかの熱を伝導し得る。したがって、エンクロージャ２２０を伝熱部材２１０から切り離すことは、伝熱部材２１０をより冷たい空気中に入れ、空気流がエンクロージャ２２０を通ることを可能にすることによって、伝導からの予熱の問題を解決する。
【0043】
[0061]この切り離しは、伝熱部材２１０を介した、ヒートパイプの周りの、空気流の流れへの伝導、ならびに、第２のヒートシンク２００のコールドプレート２２２を介した流れを可能にする。伝熱部材２１０は、熱をＳｏＣ１３０から離し、取り囲む周囲空気に移動させるための比較的高い熱伝導率を有する一方、エンクロージャ２２０（ただし、比較的低い熱伝導率を有する）は、伝熱部材２１０によって引き起こされる加熱空気の乱流境界層を、空気流境界領域２２４に混合することを可能にする。
【0044】
[0062]この解決策と従来のヒートシンクとの１つの相違点は、従来のフィン／ベースヒートシンクでは、コンポーネントを冷却している予熱された空気は、コンポーネント自体によって予熱されないということである。つまり、従来のフィン／ベースヒートシンクでは、他のコンポーネントから予熱された空気がフィンを通過し、コンポーネントを冷却する能力が低下する。対照的に、例示的なヒートシンク１００および２００では、空気の任意の予熱は、伝熱部材１１０、２１０を介してコンポーネント自体によって引き起こされ、コンポーネントの冷却に寄与する。
【0045】
[0063]例示的なヒートシンク１００および２００の１つの利点は、ヒートシンクが薄型であり、空気流に対するインピーダンスが低いため、そのようなヒートシンクを、閉じ込められたスペースにおいてマルチ熱源ボードに使用できることである。一態様では、フィンなどの機能を追加して乱流境界層を作成するか、伝熱部材を形成して、伝熱部材を介してすでに高い伝導性の熱伝達率を有している間、ヒートシンクを取り囲む流体空気流への対流熱伝達率を高めることができる。
【0046】
[0064]図２０および図２１を参照して示すように、例示的な熱伝導プロファイル３００および４００は、それぞれ、伝熱部材２１０およびエンクロージャ２２０の各々における熱伝達の方式の例を提供する。特に、図２０を参照して示すように、熱伝導プロファイル３００は、伝熱部材２１０を介した熱伝導を表す。伝熱部材１１０でも同様の伝導が発生する可能性がある。一般に、熱は、ベース２１２から伝熱部材１１０の長さに沿って端部２１６まで伝導される。上記で論じたように、熱は、対流を介して伝熱部材２１０から放散する。同様に、図５を参照して示すように、熱伝導プロファイル４００は、エンクロージャ２２０内の熱伝導を表す。一般に、伝熱部材２１０は、エンクロージャ２２０よりも大きな熱伝導率を有してもよい。したがって、遠位パネル２３２は、コールドプレート２２２（図２１）がより高温である間、比較的低温のままであり得る。したがって、図９に示される方向に流れる冷気、たとえば、右から左への空気流２２６は、エンクロージャ２２０による予熱の減少により、コールドプレート２２２を冷却し得る。
【0047】
[0065]添付の図面に関連して上記に記載された前述の詳細な説明は、例を説明するものであり、実施されてもよい、または特許請求の範囲内にある、唯一の例を表すものではない。この説明で使用される場合、「例」という用語は、「例、事例、または例示として役立つ」ことを意味し、「好適な」または「他の例よりも有利である」ことを意味しない。詳細な説明は、説明された技法の理解を提供することを目的とした特定の詳細を含む。しかしながら、これらの技法は、これらの特定の詳細なしで実践され得る。いくつかの事例では、説明された例の概念を曖昧にすることを避けるために、よく知られた構造および装置がブロック図形式で示される。
【0048】
[0066]他の例および実施は、開示および添付の特許請求の範囲の範囲および精神内にある。たとえば、ソフトウェアの性質上、上記の機能は、特別にプログラムされたプロセッサ、ハードウェア、ファームウェア、ハードワイヤリング、またはこれらのいずれかの組合せによって実行されるソフトウェアを使用して実施することができる。機能を実施する特徴はまた、機能の一部が異なる物理的場所において実施されるように分散されることを含めて、様々な位置に物理的に配置されてもよい。また、特許請求の範囲を含めて本明細書で使用されるとき、「少なくとも１つ」で始まる項目のリストで使用される場合、「または」は、たとえば、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つ」のリストが、ＡまたはＢまたはＣまたはＡＢまたはＡＣまたはＢＣまたはＡＢＣ（すなわち、ＡおよびＢおよびＣ）を意味することができるような選言的リストを示す。
【0049】
[0067]例示的な実施が、構造的特徴および／または方法論的動作に固有の言語で説明されたが、添付の特許請求の範囲で定義された実施は、必ずしも説明された特定の機能または動作に限定されないことを理解されたい。むしろ、特定の機能および動作は、特許請求された特徴を実施する例示的な形態として開示される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】