JP4046100B2 - 放熱装置 - Google Patents

Description

本発明は冷却対象部品とヒートシンクとの間に設けられる熱伝導シートおよびこの熱伝導シートを用いた放熱装置に関する。

ＩＣチップは、ますます高速化される傾向にあり、これに伴ってＩＣチップに流れる電流も増加する傾向にある。また、ＩＣチップは、より小型化（高集積化）される傾向にあり、上記高速化による電流の増加傾向と相俟ってＩＣチップの単位面積当たりの発熱量は増加する傾向にある。このため、ＩＣチップ或はその周辺の電子回路が動作不良を生じ易くなってきている。この問題を解消するため、ＩＣチップにヒートシンクを接合し、ＩＣチップの熱をヒートシンクに放熱させることによってＩＣチップを冷却する方法が一般に採用されている。

ＩＣチップとヒートシンクとを接合する場合、両者を直接接合すると、ＩＣチップが割れたり、両者の表面に存在する凹凸によって良好なる密着性が得られず、伝熱性が低下したりする。ＩＣチップの割れを生じさせることなく、しかも、振動などによって騒音を発したりせずに、両者を良好なる熱伝導状態に接合する方法として、ＩＣチップとヒートシンクとの間に熱伝導シートを介在させる方法がある。この場合に用いられる熱伝導シートとしては、シリコンゴム、シリコンゲルパットなどのシリコン系シート、グラファイトシートなどが採用され、通常は両面が共に接着性を有している（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１５−１１００６９号公報

しかしながら、ＩＣチップとシンクタンクとを熱伝導シートによってしっかりと接着したつもりでも、ＩＣチップと熱伝導シートとの間、或は熱伝導シートとシンクタンクとの間に空気が気泡として残っていることが往々にしてある。
これは、熱伝導シートとＩＣチップ、シンクタンクとの間に空気が入りこむと、熱伝導シートがＩＣチップ、或はシンクタンクにしっかりと接着されているため、間に入り込んだ空気を完全に抜き出すことが困難となり、微少量の空気が気泡として残ってしまうのである。このようにしてＩＣチップと熱伝導シートとの間、或は熱伝導シートとシンクタンクとの間に残った空気は、ＩＣチップからシンクタンクへの熱伝導を妨げるため、結局、シンクタンクによるＩＣチップの冷却性能も低くなるという問題を生ずる。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、冷却対象部品と熱伝導シート、熱伝導シートとシンクタンクとの間に入った空気を容易に抜き出すことができて、気泡として残るおそれがない熱伝導シートおよび放熱装置を提供することにある。

請求項１の放熱装置は、電子部品または電気部品からなる冷却対象部品と、ヒートシンクと、前記冷却対象部品とヒートシンクとの間に介在された熱伝導シートとを備え、前記熱伝導シートは、少なくとも片面が接着性を有すると共に、厚さ方向に気体を通すための、切れ目からなる通気部が形成されていることを特徴とする。
この場合、前記通気部を構成する前記切れ目は、請求項２〜４のように直線状、十字状、Ｖ字状とすることができる。

このように通気部を有した熱伝導シートであれば、熱伝導シートを冷却対象部品に接着する際、或はシンクタンクに接着する際、その間に空気が入り込んだとしても、その空気を通気部から容易に抜き出すことができ、気泡として残ることを極力防止できる。

請求項５の放熱装置は、前記熱伝導シートは、両面が接着性を有し、前記ヒートシンクは、前記熱伝導シートとの接触面から当該接触面とは反対側の面に向って気体を通す通気部を有していることを特徴とする。
この構成によれば、冷却対象部品とヒートシンクとを熱伝導シートによってしっかりと接着できると共に、その接着時に冷却対象部品と熱伝導シート、熱伝導シートとシンクタンクとの間に空気が入ったとしても、これを容易に抜き出すことができる。

請求項６の放熱装置は、前記冷却対象部品は基板上に装着され、前記ヒートシンクは前記基板に直接固定、或は中間部材を介して固定されて前記冷却対象部品に前記熱伝導シートを介して押圧されていることを特徴とする。
この構成によれば、冷却対象部品と熱伝導シートとの間、或はヒートシンクと熱伝導シートとの間に空気が残っていたとしても、熱伝導シートがヒートシンクと冷却対象部品との間で押圧される状態となるので、万一、電子部品または電気部品と熱伝導シートとの間、或はヒートシンクと熱伝導シートとの間に空気が残っていた場合、その空気が熱伝導シートの通気部、或はヒートシンクの通気部から抜け出ることが期待できるようになる。

以下、本発明の実施形態を説明する。なお、以下に述べる実施形態は、自動車などの車両に搭載する装置、例えばカーナビゲーション装置やエンジン制御装置などの制御回路において、例えばＣＰＵを構成するＩＣチップの冷却装置に適用したものである。

（第１の実施形態）
図１ないし図３は本発明の第１の実施形態を示す。
図２は制御回路のプリント配線基板１を示すもので、このプリント配線基板（以下、単に基板と称する。）１には、例えばＣＰＵを構成する冷却対象部品としてのＩＣチップ２が装着されている。なお、図示はしないが、この基板１には、上記ＩＣチップ２の他に制御回路を構成する多数のＩＣチップやトランジスタなどの電子部品、抵抗やコンデンサなどの電気部品が搭載されている。

ＩＣチップ２の上表面には、熱伝導シート３が配設されている。この熱伝導シート３は、弾性を持った材料で形成されたシート、例えばシリコンゴム、シリコンゲルパットといったシリコン系シートなどから構成され、片面は接着剤３ａが塗布されて接着性を有している。そして、この熱伝導シート３は、接着性を持った片面をＩＣチップ２に貼り付けることによって当該ＩＣチップ２に固着されている。なお、この熱伝導シート３には、銀、アルミナなどの熱伝導性の良い材料からなる粒子或は熱伝導フィラーを分散させるようにしても良い。

熱伝導シート３上には、冷却ファン装置４が配設されている。この冷却ファン装置４は、アルミダイキャスト製のファンケーシング５内に小型モータ６に取り付けられたファン７を配設してなる。ファンケーシング７は、矩形状に形成され、その四隅には脚５ａが突設されている。そして、ファンケーシング５の脚５ａは、基板１に締め付け具としてのねじ８によって基板１に締め付け固定されている。このねじ８による締め付け力により、ファンケーシング５の外下面が熱伝導シート３に適度な押圧力でもって押し付けられ、当該熱伝導シート３に密着する。従って、実使用時に、ＩＣチップ２が発した熱は、熱伝導シート３から効率よくファンケーシング５に伝えられるようになる。

一方、上記冷却ファン装置４において、小型モータ６によりファン７が回転駆動されると、図２に矢印Ａで示すように、ファン７が空気をファンケーシング５の上面の吸入口部９から吸引し、ファンケーシング５の側面の吐出口部１０から吐出するようになる。そして、このファン７による空気流の生成によってファンケーシング５が冷却され、ＩＣチップ２からファンケーシング５放熱を許容する。

さて、熱伝導シート２には、厚さ方向に気体を通すための通気部として、図１および図３に示すように、厚さ方向に貫通する小孔９が多数形成されている。この場合、小孔９の相互間の間隔は、５ｍｍ程度が好ましく、小孔９の配列は、図７に示す同心円状配列、図８に示す対角線と平行な縦横配列など種々考えられる。
このような小孔９をもった熱伝導シート３は、ＩＣチップ２を基板１に装着する前、或はＩＣチップ２を基板１上に装着した後、ＩＣチップ２の上面に接着される。この接着時に、熱伝導シート３とＩＣチップ２との間に空気が入り込んだとする。この空気は、熱伝導シート３を上から擦るなどすると、入り込んだところから移動し、やがていずれかの小孔９から外部に抜け出るようになる。このため、ＩＣチップ２と熱伝導シート３との間に、空気が気泡として残ることを極力防止することができ、ＩＣチップ２から熱伝導シート３への熱伝導を良好に行わせることができる。

（第２の実施形態）
図４は本発明の第２の実施形態を示す。この第２の実施形態は、上述の第１の実施形態と同様にＩＣチップ２を冷却ファン装置４によって冷却することを前提としており、相違するところは、次の２点である。
（１）熱伝導シート３の両面に接着剤３ａを塗布して両面に接着性を持たせたこと。
（２）ファンケーシング５の底面壁５ａに上下に貫通する通気孔１１を多数形成したこと。

この第２の実施形態では、熱伝導シート３は、ＩＣチップ２およびファンケーシング５のうち、ＩＣチップ２に先に接着される。そして、基板１に装着されたＩＣチップ２上の熱伝導シート３に対して、ファンケーシング５を接着する。この後、ねじ８により脚５ａを基板１に締め付け固定する。このとき、熱伝導シート３とファンケーシング５との間に空気が入り込んだとしても、その空気は、ねじ８による締め付け力によってファンケーシング５が熱伝導シート３に押し付けられる際、近くの通気孔１１から外部に抜け出る。

また、ファンケーシング５に形成した通気孔１１の一部を熱伝導シート３に形成された小孔９に合致させると、熱伝導シート３をＩＣチップ２に接着したときに気泡として残った空気があった場合、ねじ８による締め付け力によってファンケーシング５が熱伝導シート３に押し付けられることによって、その熱伝導シート３とＩＣチップ２との間に残った空気が押しつぶされて熱伝導シート３の小孔９に至り、その小孔９からファンケーシング５の通気孔１１を通って外部に抜け出るようになる。
以上のことから、本実施形態によれば、ＩＣチップ２と熱伝導シート３との間、および熱伝導シート３とファンケーシング５との間に、空気が残ることを一層確実に防止できる。

（第３の実施形態）
図５および図６は本発明の第３の実施形態を示す。この実施形態が上述の第１および第２の実施形態と異なるところは、ヒートシンクをアルミニウム製の板材としたことにある。
即ち、熱伝導シート３は、その両面に接着剤３ａが塗布されて、両面が接着性を有している。この熱伝導シート３は、基板１上に装着されたＩＣチップ２上に接着されている。熱伝導シート３上の熱伝導シート３には、アルミニウム製の板材をコ字形に折り曲げて形成したヒートシンクとしての放熱板１２が接着されている。この放熱板１２のうち、熱伝導シート３に重ねられる下片部分には、多数の通気孔１３が形成されており、その一部は熱伝導シート３の小孔９に合致している。

基板１には、中間部材としての鉄板製の補助放熱板１４が締め付け具としてのねじ１４によって固定されており、上記放熱板１２の上片部分は、この補助放熱板１４に締結具としてのリベット１６によって固定されている。
この実施形態においては、放熱板１２は予め補助放熱板１４に固定されている。そして、熱伝導シート３は、基板１上に装着されたＩＣチップ２に先に接着し、後で放熱板１２の下片部分をＩＣチップ２上の熱伝導シート３に接着しながら、補助放熱板１４を基板１に固定する。これにより、放熱板１２がＩＣチップ２上の熱伝導シート３に適度な押圧力で押し付けられるようになる。

このように構成しても、上記第２の実施形態と同様に、熱伝導シート３とＩＣチップ２との間、熱伝導シート３と放熱板１２の下片部分との間に入り込んだ空気を容易に外部に逃がすことができ、気泡として残ることを極力防止することができるものである。

なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定されるものではなく、以下のような拡張或は変更が可能である。
第１の実施形態において、接着剤３ａが塗布された片面を、ファンケーシング５に接着するようにしても良い。この場合は、熱伝導シート３を先にファンケーシング５に接着し、その後で、ファンケーシング５を基板１に固定するようにすれば良い。
熱伝導シート３に設ける通気部は、小孔９に限らず、図９〜１１のような直線状、十字状、或はＶ字状の切れ目１７〜１９であっても良い。
冷却対象部品はＣＰＵを構成するＩＣチップ２に限らず、パワートランジスタなどの他の電子部品でも良いし、また、電子部品に限らず、抵抗などの電気部品であっても良い。

本発明の第１の実施形態を示す要部の拡大断面図 要部の断面図 一部破断して示す熱伝導シートの拡大斜視図 本発明の第２の実施形態を示す図１相当図 本発明の第３の実施形態を示す要部の断面図 図１相当図 小孔の配列形態を説明するための熱伝導シートの斜視図その１ 小孔の配列形態を説明するための熱伝導シートの斜視図その２ 熱伝導シートに設ける通気部の変形例を示す斜視図その１ 熱伝導シートに設ける通気部の変形例を示す斜視図その２ 熱伝導シートに設ける通気部の変形例を示す斜視図その３

符号の説明

図面中、１はプリント配線基板、２はＩＣチップ（冷却対象部品）、３は熱伝導シート、４は冷却ファン装置、５はファンケーシング（ヒートシンク）、９は小孔（通気部）、１１は通気孔（通気部）、１２は放熱板（ヒートシンク）、１３は通気孔（通気部）、１４は補助放熱板（中間部材）、１７〜１９は切れ目（通気部）である。

Claims (6)

1. 電子部品または電気部品からなる冷却対象部品と、ヒートシンクと、前記冷却対象部品とヒートシンクとの間に介在された熱伝導シートとを備え、
   前記熱伝導シートは、少なくとも片面が接着性を有し、且つ厚さ方向に気体を通すための、切れ目からなる通気部が形成されていることを特徴とする放熱装置。
2. 前記通気部を構成する前記切れ目は、直線状であることを特徴とする請求項１記載の放熱装置。
3. 前記通気部を構成する前記切れ目は、十字状であることを特徴とする請求項１記載の放熱装置。
4. 前記通気部を構成する前記切れ目は、Ｖ字状であることを特徴とする請求項１記載の放熱装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の放熱装置において、
   前記熱伝導シートは、両面が接着性を有し、
   前記ヒートシンクは、前記熱伝導シートとの接触面から当該接触面とは反対側の面に向って気体を通す通気部を有していることを特徴とする放熱装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の放熱装置において、
   前記冷却対象部品は基板上に装着され、
   前記ヒートシンクは前記基板に直接固定、または中間部材を介して固定されて前記冷却対象部品に前記熱伝導シートを介して押圧されていることを特徴とする放熱装置。

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