JP6371245B2 - 熱伝導性部材、冷却構造及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱伝導性部材、冷却構造及び装置に関する。

近年、パーソナルコンピュータ等の装置においては、高性能化が進んでいる。これに伴い、パーソナルコンピュータに実装されているＣＰＵ、このＣＰＵの周辺の集積回路、及び電源回路等の発熱体の発熱量が増大傾向にある。「ＣＰＵ」とは「Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ」の略である。このため、発熱体から発生する熱を効率的にヒートシンク等の放熱体に逃がす技術が求められている。発熱体から発生する熱を効率的に放熱体に逃がすために、一般的に発熱体と放熱体との間に熱伝導性部材を介在させ、これら発熱体と放熱体とを密接させる技術が知られている。

上述のような熱伝導性部材を用いて、発熱体から発生する熱を効率的に放熱体に逃がす技術として、例えば、特許文献１には、熱伝導性シートに関する技術が開示されている。この特許文献１記載の技術は、この文献の図１乃至図４に示すように、発熱体（半導体素子）４、放熱体（ヒートシンク）６及び熱伝導性シート１１を具備している。そして、特許文献１記載の技術は、放熱体６を用いて熱伝導性シート１１を押して、放熱体６と発熱体４とを密接させ、これにより、放熱体６と発熱体４との空隙をなくし、発熱体４から放熱体６に熱を伝わり易くしている。

また、上記特許文献１記載の技術は、放熱体６を用いて熱伝導性シート１１を押すことで、熱伝導性シート１１の厚みを薄くし、発熱体４から発生する熱を放熱体６に伝わり易くしている。

特開２０１４−０４１９５３号公報

ここで、上述したように、放熱体を用いて熱伝導性部材（熱伝導性シート）を押すと、発熱体及びこの発熱体が敷設されている基板にも、放熱体による押圧により生じる押圧力がかかってしまう。このように、発熱体及び基板に押圧力がかかると、例えば、発熱体に配設されている、ＢＧＡ等を潰してしまう可能性がある。また、例えば、基板を歪ませてしまう可能性がある。「ＢＧＡ」とは、「Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ」の略である。

このため、熱伝導性部材を押す際には、より低荷重で熱伝導性部材を押すことが所望されている。より低荷重で熱伝導性部材を押すためには、例えば、熱伝導性部材と発熱体との接触面積が小さくなると良い。

しかしながら、上記特許文献１記載の技術は、発熱体の全面に熱伝導性部材を配設しているため、熱伝導性部材と放熱体との接触面積を小さくしているとは言い難い。このため、上記特許文献１記載の技術は、発熱体と放熱体との密着性を高めたり、熱伝導性部材を薄くしたりするために、熱伝導性部材に放熱体により押圧力をかけると、発熱体及び基板の耐荷重を超えてしまう可能性がある。これにより、上記特許文献１記載の技術は、上述したように、例えば、発熱体に配設されている、ＢＧＡ等を潰してしまう可能性がある。

そこで、本発明の目的は、上記従来の実状に鑑みて、発熱体及び基板にかかる荷重を低減させることで、発熱体及び基板の破損を予防することが可能な熱伝導性部材、冷却構造及び装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る熱伝導性部材は、発熱体と放熱体との間に介在し、これら発熱体及び放熱体に密接して配置され、上記発熱体から発生する熱を上記放熱体に伝え、上記発熱体の面上の一部に配設される。

上記目的を達成するために、本発明に係る冷却構造は、上記熱伝導性部材と、上記放熱体と、を具備して構成される。

上記目的を達成するために、本発明に係る装置は、上記冷却構造と、上記発熱体と、を具備して構成される。

本発明によれば、発熱体及び基板にかかる荷重を低減させることで、発熱体及び基板の破損を予防することができる。

本発明の一実施形態（第１の実施形態）に係る熱伝導性部材、この熱伝導性部材を具備する冷却構造、及びこの冷却構造を具備する装置の構成を示す断面図である。 本発明の他の実施形態（第２の実施形態）に係る熱伝導性部材、この熱伝導性部材を具備する冷却構造、及びこの冷却構造を具備する電子装置の構成を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態（第２の実施形態）に係る熱伝導性部材、この熱伝導性部材を具備する冷却構造、及びこの冷却構造を具備する電子装置の構成を示す断面図である。 図２におけるＡ部を拡大して示す平面図である。 図４における線Ｉ−Ｉ´を示す断面図である。 本発明の他の実施形態（第３の実施形態）に係る冷却構造の構成を示す平面図である。 本発明の他の実施形態（第４の実施形態）に係る冷却構造の構成を示す平面図である。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１を用いて、本発明の一実施形態（第１の実施形態）について説明する。図１は、本実施形態（第１の実施形態）に係る熱伝導性部材１２０、この熱伝導性部材１２０を具備する冷却構造１１０、及びこの冷却構造１１０を具備する装置１００の構成を示す断面図である。

熱伝導性部材１２０は、発熱体１３０と放熱体１４０との間に配置され、発熱体１３０から発生する熱を放熱体１４０に伝える。本実施形態において、熱伝導性部材１２０は、発熱体１３０の面上の全面ではなく、面上の一部に配設される。なお、熱伝導性部材１２０は、例えば、シート状をなして形成される。ただし、熱伝導性部材１２０は、上述したように、発熱体１３０から発生する熱を放熱体１４０に伝えることが可能な形状であれば、シート状に限定されず、様々な形状を取り得ることが可能である。

このように、本実施形態の熱伝導性部材１２０は、発熱体１３０の面上の全面ではなく、面上の一部に配設されるため、全面に配設されるよりも、放熱体１４０との接触面積を小さくしている。これにより、熱伝導性部材１２０は、放熱体１４０により押圧される際、発熱体１３０の面上の全面に配設されるよりも、低い押圧力で所望する厚みとなる。

このため、本実施形態の熱伝導性部材１２０は、発熱体１３０の面上の全面に配設されるよりも低い押圧力で所望する厚みとなるため、発熱体１３０及び放熱体１４０にかかる荷重を低減させることが可能となる。よって、本実施形態によれば、発熱体１３０及び基板１５０にかかる荷重を低減させることで、発熱体１３０及び基板１５０の破損を予防することができる。

同様に、本実施形態の冷却構造１１０によれば、熱伝導性部材１２０を発熱体の面上の全面に配設されるよりも低い押圧力で所望する厚みにすることが可能となるため、放熱体１４０の押圧力による発熱体１３０及び基板１５０の破損を予防することができる。

同様に、本実施形態の装置１００によれば、熱伝導性部材１２０を発熱体の面上の全面に配設されるよりも低い押圧力で所望する厚みにすることが可能となるため、放熱体１４０の押圧力による発熱体１３０及び基板１５０の破損を予防することができる。

（第２の実施形態）
図２乃至図５を用いて、本発明の他の実施形態（第２の実施形態）について説明する。まず、図２及び図３を用いて、本実施形態の熱伝導性シート２２０、この熱伝導性シートを具備する冷却構造２１０、及びこの冷却構造２１０を具備する電子装置（装置）２００の構成について説明する。図２及び図３は、本実施形態（第２の実施形態）に係る熱伝導性シート２２０、この熱伝導性シート２２０を具備する冷却構造２１０、及びこの冷却構造２１０を具備する電子装置２００の構成を示す斜視図及び断面図である。

電子装置２００は、冷却構造２１０、発熱体２３０、基板２５０及び保持機構２６０を具備している。冷却構造２１０は、熱伝導性シート２２０及び放熱体２４０を具備しており、発熱体２３０から発生する熱を放熱している。なお、冷却構造２１０の熱伝導性シート２２０については、図２及び図３に加え、図４及び図５を用いて後述する。

発熱体２３０は、周知の技術であるため、簡略的な説明に留め、具体的な説明は省略するが、例えば、ＣＰＵ、ＩＣ、ＬＳＩ、ＭＰＵ等の集積回路素子である。なお、発熱体２３０は、上述の集積回路素子に限定されず、例えば、パワートランジスタ、サイリスタ等であって良い。「ＩＣ」は「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ」の略である。「ＬＳＩ」は「Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ」の略である。「ＣＰＵ」は「Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ」の略である。「ＭＰＵ」は「Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ」の略である。

放熱体２４０は、周知の技術であるため、簡略的な説明に留め、具体的な説明を省略するが、熱伝導シート２２０から伝わった熱を放熱するものであり、例えば、ヒートシンクである。このヒートシンクは、熱伝導性の良いアルミニウム、鉄、銅等の金属を用いて形成される。

基板２５０は、周知の技術であるため、簡略的な説明に留め、具体的な説明を省略するが、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を用いて板状をなして形成される。そして、この基板２５０は、発熱体２３０を固定している。なお、本実施形態の基板２５０は、一つの発熱体２３０を固定しているが、これに限定されず、複数の発熱体２３０を固定することも可能である。

保持機構２６０は、周知の技術であるため、簡易的な説明に留め、具体的な説明を省略するが、熱伝導性シート２２０に放熱体２４０による押圧をかけた状態で放熱体２４０を保持している。保持機構２６０は、図示しないネジを具備している。放熱体２４０を載置した後に、基板２５０の裏面側からネジを螺合させることで、放熱体２４０を熱伝導性シート２２０側に移動させる、すなわち、放熱体２４０により熱伝導性シート２２０を押圧する。

（冷却構造２１０）
次に、図２乃至図５を用いて、冷却構造２１０について説明する。図４は、図３は、図２におけるＡ部を拡大して示す平面図である。図５は、図４における線Ｉ−Ｉ´を示す断面図である。

冷却構造２１０は、上述したように、熱伝導性シート２２０及び放熱体２４０を具備している。この熱伝導性シート２２０は、発熱体２３０と放熱体２４０との間に介在している。また、熱伝導性シート２２０は、放熱体２４０による押圧力により、これら発熱体２３０及び放熱体２４０に密接して配置されている。そして、熱伝導性シート２２０は、発熱体２３０から発生する熱を放熱体２４０に伝える。熱伝導性シート２２０は、熱伝導性樹脂等を用いて形成される。この熱伝導性樹脂の一例として、ポリウレタン樹脂が挙げられる。

本実施形態において、熱伝導性シート２２０は、発熱体２３０の面上の全面ではなく、発熱体２３０の面上の一部に配設されている。このように、熱伝導性シート２２０は発熱体２３０の面上の全面ではなく、発熱体２３０の面上の一部に配設されているため、放熱体２４０との接触面積を小さくしている。これにより、熱伝導性シート２２０は、放熱体２４０により押圧される際、発熱体２３０の面上の全面に配設されるよりも、低い押圧力で所望する厚みとなる。

ここで、発熱体２３０の面上の一部とは、発熱体２３０の面上における高温となる箇所である。この高温となる箇所は、例えば、コアが配設される演算形成領域である。このように、熱伝導性シート２２０を発熱体２３０の面上における高温となる箇所に配設しているため、熱伝導性能は、全面に配設されている場合と比べ、同様の熱伝導性能を得ることが可能となる。これにより、熱伝導性シート２２０は、熱伝導性能を低減させず、低い押圧力で所望する厚みとなる。

また、冷却構造２１０は、複数の熱伝導性シート２２０を有している。ここで、放熱体２４０により熱伝導性シート２２０を押した際、複数の熱伝導シート２２０が互いに側面で接触すると、所望する厚みとするためには、これら複数の熱伝導性シート２２０を押すための荷重が増大する。なぜなら、複数の熱伝導性シート２２０を互いに側面で接触させると、これら各熱伝導性シート２２０を引き延ばすための領域がなくなってしまうからである。

これに対し、本実施形態の冷却構造２１０は、これら複数の熱伝導性部材２３０を発熱体２３０の面上で互いに所定の間隔をあけて配設している。これにより、冷却構造２１０は、放熱体２４０により熱伝導性シート２２０を押したとしても、複数の熱伝導性シート２２０を互いに側面で接触させることなく、熱伝導性シート２２０を薄くすることが可能となる。

このため、本実施形態の冷却構造２１０は、低荷重で押圧しても、所望する厚みにすることが可能となる。これにより、冷却構造２１０は、荷重を低減させることが可能となり、発熱体２３０及び基板２５０の破損を予防することができる。

このように、本実施形態によれば、熱伝導性能を低減させることなく、低荷重で熱伝導性シート２２０を押圧することが可能となり、発熱体２３０及び基板２５０の破損を予防することができる。

（実装工程）
次に、本実施形態の熱伝導性シート２２０、及びこの熱伝導性シート２２０を具備する冷却構造２１０を電子装置２００に実装する実装工程について説明する。まず、発熱体２３０の面上に熱伝導性シート２２０を載置する。このとき、発熱体２３０の面上の全面ではなく、面上の一部に載置する。

次に、熱伝導性シート２２０に放熱体２４０を載置する。このとき、押圧機構を用いて放熱体２４０により熱伝導性シート２２０を押圧する。これにより、熱伝導性シート２２０は、薄くなる。このとき、熱伝導性シート２２０は、上述したように、発熱体２３０の面上の全面ではなく、発熱体２３０の面上の一部に載置されている。このため、熱伝導性シート２２０は、放熱体２４０により押圧される際、放熱体２４０との接触面積を小さくしているため、低荷重で所望する厚みとなる。このため、発熱体２３０及び基板２５０に印加される荷重を低減させることが可能となる。よって、発熱体２３０及び基板２５０の破損を予防することができる。

また、発熱体２３０の面上には、複数の熱伝導性シート２２０が載置される。このとき、これら複数の熱伝導性シート２２０は、発熱体２３０の面上で互いに間隔をあけて載置される。これにより、冷却構造２１０は、これら複数の熱伝導性シート２２０を放熱体２３０により押圧する際、互いの側面での接触を抑制している。このため、各熱伝導性シート２２０の引き延ばされる領域を確保している。

以上のように、本実施形態によれば、熱伝導性シート２２０が発熱体２３０の面上の全面ではなく、面上の一部に配設されている。これにより、熱伝導性シート２２０と放熱体２４０との接触面積を小さくしている。このため、放熱体２４０により熱伝導性シート２２０を押圧する際に、低荷重で熱伝導性シート２２０を所望する厚みにすることが可能となる。よって、本実施形態によれば、発熱体２３０及び基板２５０の破損を予防することができる。

なお、本実施形態の電子装置２００の一例として、この電子装置２００は、ＰＣＩＥ規格に基づく、カードである。このＰＣＩＥ規格のカードのサイズには、一般的に、フルサイズ、ショートサイズ、ロープロファイル等がある。このＰＣＩＥ規格に基づく、カードサイズは、フルサイズで高さが１０７ｍｍ、長さが３１２ｍｍと規定されている。また、ショートサイズで高さが１０７ｍｍ、長さが１７３ｍｍと規定されている。「ＰＣＩＥ」とは、「Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｅｘｐｒｅｓｓ」の略である。

（第３の実施形態）
図６を用いて、本発明の他の実施形態（第３の実施形態）について説明する。図６は、本実施形態（第３の実施形態）の冷却構造３１０の構成を示す平面図である。なお、本実施形態の冷却構造３１０は、上述の第２の実施形態の冷却構造２１０に対し、熱伝導性シート２２０を発熱体２３０の面上の高温となる箇所に設けるとともに、熱伝導性シート３２０を発熱体２３０の面上の四隅近傍に設けた点が異なり、他の点は同様である。したがって、上述の第２の実施形態に相当する箇所については、同一又は相当する符号を付してその説明を省略する。

本実施形態の冷却構造３１０は、上述したように、熱伝導性シート３２０を発熱体２３０の面上の四隅近傍に配設している。このように、冷却構造３１０は、発熱体２３０の面上の四隅近傍に熱伝導性シート３２０を配設することで、熱伝導性シート３２０に放熱体２３０を載置する際の傾きを抑制することが可能となる。

（第４の実施形態）
図７を用いて、本発明の他の実施形態（第４の実施形態）について説明する。図７は、本実施形態（第４の実施形態）の冷却構造４１０の構成を示す平面図である。なお、本実施形態の冷却構造４１０は、上述の第２の実施形態の冷却構造２１０に対し、熱伝導性シート２２０を発熱体２３０の面上の高温となる箇所に設けるとともに、熱伝導性シート４２０を発熱体２３０の面上の周縁近傍における少なくとも対向する対向縁近傍に設けた点が異なり、他の点は同様である。したがって、上述の第２の実施形態に相当する箇所については、同一又は相当する符号を付してその説明を省略する。

冷却構造４１０は、上述したように、熱伝導性シート４２０を発熱体２３０の面上の周縁近傍における少なくとも対向縁近傍に沿って配設している。これにより、冷却構造４１０は、熱伝導性シート４２０を発熱体２３０の面上の周縁近傍における少なくとも対向縁近傍に沿って配設することで、熱伝導性シート４２０に放熱体２３０を載置する際の傾きを抑制することが可能となる。

１００ 電子装置
１１０ 冷却構造
１２０ 熱伝導性部材
１３０ 発熱体
１４０ 放熱体
１５０ 基板

Claims (6)

1. 放熱体と、
   発熱体と前記放熱体との間に配置され、前記発熱体から発生する熱を前記放熱体に伝える複数の熱伝導性部材とを備え、
   前記複数の熱伝導性部材は、前記発熱体及び前記放熱体以外と接触することなく、前記発熱体の面上で互いに所定の間隔をあけて前記発熱体の面上の一部に配設され、
   前記熱伝導性部材は、前記発熱体の面上の一部であって高温となる箇所に配設されることを特徴とする冷却構造。
2. 前記熱伝導性部材は、前記発熱体の面上における高温となる箇所に加えて、前記放熱体が前記熱伝導性部材に載置された際の傾きを抑制する箇所に配設されることを特徴とする請求項１に記載の冷却構造。
3. 前記熱伝導性部材は、前記発熱体の面上における高温となる箇所に加えて、前記発熱体の面上の四隅近傍に配設されることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却構造。
4. 前記熱伝導性部材は、前記発熱体の面上における高温となる箇所に加えて、前記発熱体の面上の周縁近傍における少なくとも対向する対向縁近傍に沿って配設されることを特徴とする請求項１乃至３に記載の冷却構造。
5. 前記複数の熱伝導性部材に前記放熱体による押圧をかけた状態で前記放熱体を保持する保持機構を具備する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の冷却構造。
6. 請求項１乃至５の何れか一項に記載の冷却構造と、
   前記発熱体と、を具備する、
   ことを特徴とする装置。