JP2009238841A - 伝熱部品および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝導性が高く、十分な放熱効果が得られ、また十分な強度を有す伝熱部品、および、それを用いた放熱効果の高い放熱構造を有する電子機器の提供を目的とする。
【解決手段】第１部材と前記第１部材と同じ素材でできた異なる形状の第２部材の少なくとも２個の部材を組み合わせてなる伝熱部品において、熱伝導性が高い方向に沿って引き裂けやすく、熱伝導性が低い方向に沿って引き裂けにくい特性を有する繊維素材をその特性を打ち消しあうように前記部材が組み合わされるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＩＣパッケージのような発熱体を冷却するための放熱構造を有する電子機器、及びこの放熱構造を実現するための熱伝導性の優れた伝熱部品に関する。

特許文献１には、熱伝導率が高いグラファイトフィルムをヒートシンクに利用した事例が掲載されている。図３は特許文献1に記載のヒートシンクを示している。底辺部用部材１０２にはグラファイトフィルムが用いられている。ヒートシンクの底辺部用部材１０２が発熱体に直接もしくは他の伝熱部材を介して取り付けられる。グラファイトフィルムは良好な熱伝導性を有する方向が底辺部の面方向に向いているので、発熱体からの熱は底辺部で瞬時に広がる。しかし、グラファイト素材に厚みを持たせる必要がある場合は、放熱フィン１０１方向である厚さ方向には、面方向に比較し、熱伝導性が劣るという問題が生ずる。

特許文献２には、異方性伝熱シートに短繊維グラファイトを用いた事例が掲載されている。図４は特許文献２に記載の異方性伝熱シートの縦断面図である。図４は、熱伝導性繊維がシートの厚み方向に配向された異方性伝熱シートを示している。

しかしながら、特許文献２のグラファイトを用いた異方性伝熱シートは、繊維特性から厚さ方向に裂けやすく脆いという問題があった。この問題への対処としては、別素材と組み合わせて強度を得るなどの方法が考えられる。しかし、熱伝導性の高いグラファイト含有率が少なくなることで全体として熱伝導率が低下することや、製造コストが上昇するなどの問題があった。

特開２００６―１００３７９公報 特開２００３―１７４１２７公報

そこで、本発明は、熱伝導性が高く、十分な放熱効果が得られ、また十分な強度を有す伝熱部品、および、それを用いた放熱効果の高い放熱構造を有する電子機器の提供を目的とする。

本発明の第１の伝熱部品は、第１部材と前記第１部材と同じ素材でできた異なる形状の第２部材の少なくとも２個の部材を組み合わせてなる伝熱部品において、前記素材は、熱伝導性が高い方向に沿って引き裂けやすく、熱伝導性が低い方向に沿って引き裂けにくい特性を有する繊維素材で、前記第１部材と前記第２部材が前記特性を打ち消しあうように組み合わされていることを特徴とする。

本発明の第２の伝熱部品は、本発明の第１の伝熱部品において、前記第１部材は、前記第２部材の外縁部を囲むように、かつ、前記特性を打ち消しあうように前記第２部材と略直交に組み合わされており、さらに、前記第２部材の熱伝導性の高い方向に、発熱体からの熱を放熱部材に伝導することを特徴とする。

本発明の第１の電子機器は、発熱する電子部品と、前記発熱する電子部品の熱を放熱する放熱部品と、前記電子部品と前記放熱部品の間に配置される第１部材と前記第１部材と同じ素材でできた異なる形状の第２部材の少なくとも２個の部材を組み合わせてなる伝熱部品とを具備した電子機器において、前記伝熱部品は、熱伝導性が高い方向に沿って引き裂けやすく、熱伝導性が低い方向に沿って引き裂けにくい特性を有する繊維素材で、前記第１部材と前記第２部材が前記特性を打ち消しあうように略直交に組み合わされており、さらに、前記部材の内の前記電子部品と接する面積が大きい方の部材の熱伝導性が高い方向に、前記放熱部品が配置されることを特徴とする。

本発明の第２の電子機器は、本発明の第１の電子機器において、前記放熱部品は、前記電子部品の発する熱を前記熱伝導性の高い方向とは異なる方向に方向を変えて伝えるためのヒートパイプであって、さらに、前記伝熱部品は、前記面積が大きい方の部材とは異なる部材の外形部が、前記ヒートパイプの延伸方向に相対的に拡張されている伝熱部品であることを特徴とする。

本発明によれば、熱伝導性が高く、十分な放熱効果が得られ、また十分な強度を有す伝熱部品、および、それを用いた放熱効果の高い放熱構造を有する電子機器の提供ができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は本実施形態の伝熱部品と放熱部品の組合わせ前の状態を示す斜視図である。伝熱部品１０は、２つの部材１０Ａと１０Ｂから構成される。放熱部品２０は放熱フィンを有しアルミ材などの金属材料で形成されている。伝熱部材１０Ａと１０Ｂは共に伝熱性の高い繊維を積層化した材料で形成されている。代表的な例としてはグラファイトシートを重ね合わせて形成した炭素繊維材である。部材１０Ａと１０Ｂ一体化して伝熱部品とするには、熱伝導性を有す接着剤で接着しても良いし、圧着しても良い。

さらに図１を参照し、炭素繊維材が有する方向性による強度と熱伝導性について詳細を説明する。伝熱材１０Ａは、グラファイトシートをＡ-Ｙ方向に積層化し形成されている。炭素繊維材は、繊維方向であるグラファイトシートの面方向のＡ-Ｘ方向に極めて高い熱伝導性を有すことが知られている。しかしながら、伝熱材１０Ａは、Ａ−Ｘ方向に沿う形で積層部が剥がれやすいので、部材としては脆く、取扱に注意する必要があった。特に厚さが薄い伝熱材１０Ａのような場合は、積層部の面積が放熱部品と接触する面積と比較し小さいので、よりＡ-Ｘ方向に沿って剥がれやすいという傾向がある。

伝熱材１０Ｂは、１０Ａの炭素繊維材に対して９０度方向を変えて組み合わせて用いられる。すなわち、Ｂ-Ｙ方向に熱伝導性が高く、Ｂ-Ｙ方向に沿う形で剥がれやすい。しかしながら、伝熱材１０Ｂは、厚さ方向に対して積層化されており、積層部の密着部は伝熱材１０Ａに比較し大きいので、部材の脆さという点において、１０Ａとの比較では優れている。

伝熱部品のＡ−Ｘ方向に、一旦、ＩＣパッケージのような発熱体からの熱を伝導し放熱させるので、伝熱部品としては、この方向に熱伝導性の高い材料を用いることが重要である。そのため、発熱体の主発熱部との接触面積が大きい伝熱材１０Ａの有する伝熱特性の高い方向をＡ-Ｘ方向と一致するように配置することが必要である。その際、伝熱部材１０Ａは厚さ方向で割れやすいので、同素材を、９０度方向を違えて、伝熱部材１０Ａの外縁部を囲むように伝熱部材１０Ｂとして組み合わせることで、厚さ方向の強度を補強し、全体としての伝熱特性を極端に落とさずに、伝熱部品１０を形成しようというものである。

一旦、Ａ−Ｘ方向に、発熱体からの熱を伝導した後に、放熱部品２０からＢ-Ｙ方向に伸びるヒートパイプ（不図示）により熱を離れた箇所に設けた放熱器（不図示）伝える場合は、伝熱部材１０ＢのＢ-Ｙ方向の伝熱特性の高さが有効になる。

なお、放熱部品２０にヒートパイプを設ける場合は、伝熱材１０Ｂをヒートパイプが伸びる側に面積を拡大するように構成すれば、ヒートパイプ部と伝熱材１０の接触部分をより大きく取れ、熱をよりヒートパイプ方向に伝えやすくなる。この場合は、放熱部品２０は、放熱フィン等の放熱板を有さなくても良い。

次に図２を参照して、本実施形態の電子機器の放熱構造を説明する。図２には、プリント基板４０に実装されたＩＣパッケージ３０と伝熱部品１０と放熱部品２０との関係を示している。図１により説明したとおり伝熱部材１０Ａと１０Ｂが組み合わさり伝熱部品１０となり、その伝熱部品１０を介してＩＣパッケージ３０から発せられる熱が放熱部品２０に伝えられる。

図２に示すとおり、伝熱部品１０は、接触するＩＣパッケージ３０と密着度が高まるように、部材１０Ａと１０Ｂが組み合わさった状態では厚みが均一となる。なお、図２では、ＩＣパッケージ３０と伝熱部品１０の各々の接触面の形状、大きさは一致するように示しているが、必ずしも一致する必要は無く、放熱部品２０の形状により伝熱部品１０の前記接触面の形状や大きさを適宜、変えても良い。上述のようにヒートパイプを設けた放熱部品２０の場合は、ＩＣパッケージ３０の外形に対して伝熱部品１０の外形がヒートパイプの伸びる側に突出する構造ように形成することも可能である。

以上説明したように、本実施形態の伝熱部品、および、それを用いた電子機器によれば、熱伝導性が高く、十分な放熱効果が得られ、また十分な強度を有す伝熱部品と放熱効果の高い放熱構造を実現できる。

また、伝熱部品の強度が改善されることで、各工程における破損防止のための取り扱いコストの低減ができるので、部品コスト低減にも効果がある。

本実施形態の伝熱部品と放熱部品の組合わせ前の状態を示す斜視図である。 本実施形態の電子機器の放熱構造を示す斜視図である。 従来のヒートシンクを説明するための図である。 従来の異方性伝熱シートの縦断面図である。

符号の説明

１０伝熱部品
２０放熱部品
３０ＩＣパッケージ
４０プリント基板

Claims (5)

1. 第１部材と前記第１部材と同じ素材でできた異なる形状の第２部材の少なくとも２個の部材を組み合わせてなる伝熱部品において、前記素材は、熱伝導性が高い方向に沿って引き裂けやすく、熱伝導性が低い方向に沿って引き裂けにくい特性を有する繊維素材で、前記第１部材と前記第２部材が前記特性を打ち消しあうように組み合わされていることを特徴とする伝熱部品。
2. 前記第１部材は、前記第２部材の外縁部を囲むように、かつ、前記特性を打ち消しあうように前記第２部材と略直交に組み合わされており、さらに、前記第２部材の熱伝導性の高い方向に、発熱体からの熱を放熱部材に伝導することを特徴とする請求項１に記載の伝熱部品。
3. 発熱する電子部品と、
   前記発熱する電子部品の熱を放熱する放熱部品と、
   前記電子部品と前記放熱部品の間に配置される第１部材と前記第１部材と同じ素材でできた異なる形状の第２部材の少なくとも２個の部材を組み合わせてなる伝熱部品と、
   を具備した電子機器において、
   前記伝熱部品は、熱伝導性が高い方向に沿って引き裂けやすく、熱伝導性が低い方向に沿って引き裂けにくい特性を有する繊維素材で、前記第１部材と前記第２部材が前記特性を打ち消しあうように略直交に組み合わされており、
   さらに、前記部材の内の前記電子部品と接する面積が大きい方の部材の熱伝導性が高い方向に、前記放熱部品が配置されることを特徴とする電子機器。
4. 前記繊維素材は、炭素繊維を積層化した素材であることを特徴とする請求項１ないし３に記載の伝熱部品または電子機器。
5. 前記放熱部品は、前記電子部品の発する熱を前記熱伝導性の高い方向とは異なる方向に方向を変えて伝えるためのヒートパイプであって、
   さらに、前記伝熱部品は、前記面積が大きい方の部材とは異なる部材の外形部が、前記ヒートパイプの延伸方向に相対的に拡張されている伝熱部品であることを特徴とする請求項３または４に記載の電子機器。

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