ヒートパイプ埋込み回路基板

【目的】半導体素子等の発熱量の多い部品を実装する、ヒートパイプ埋込み回路基板の熱伝導性を良好にし、冷却効率を向上したこと。
【構成】表面に回路パターン１２を有する基板１８内に偏平ヒートパイプ１７の吸熱部を埋込んでなるヒートパイプ埋込み回路基板１１において、該回路基板内に配置した放熱プレート１９のヒートパイプ接触面に窪み３０を形成したヒートパイプ埋込み回路基板。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子等の発熱量の多い部品を実装するヒートパイプ埋込み回路基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ヒートパイプを用いた回路基板は、冷却効率の良いこと、動力を必要としないこと等の利点があり、半導体素子等の発熱量の多い部品の冷却に用いられている。その一例として先に本発明者等は特願平２−２４８６４４号において、「ヒートパイプ埋込み回路基板とその製造方法」を提案した。この回路基板は図６に示すように基板１８の両面に回路パターン１２，２６を有するタイプで、表面に回路パターン１２を有する絶縁シート１３と、接着材層１４と、均熱用の金属板１５と、接着材層２１と、絶縁板２２と、接着材層２３と、均熱用の金属板２４と、接着材層２５と、表面（下面側）に回路パターン２６を有する絶縁シート２７とが積層一体化され、絶縁板２２と接着材層２１，２３で構成される絶縁基板１６内に、基板１８面と平行な平面を有するように偏平に成形されたヒートパイプの吸熱部１７ａが埋込まれているものである。
【０００３】そして回路パターンの表面に取付けられた半導体素子（図示せず）の発熱を偏平に成形されたヒートパイプの吸熱部より吸熱し、その端部の放熱部より放熱して冷却するものである。この回路基板は、偏平ヒートパイプの巾広面を発熱面側に埋込んでいるので、吸熱部への熱伝導性が良く、従来の円形のヒートパイプを用いたものに比較して冷却効果が向上する利点がある。しかし最近の電子回路装置は、ＬＳＩ等の高発熱部品が高密度で実装されるため、回路基板の発熱量が著しく多くなって来ており、これに対応して、冷却効率のより優れた回路基板が求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題について検討の結果なされたもので、冷却効率のさらに向上するヒートパイプ埋込み回路基板を開発したものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は表面に回路パターンを有する基板内に偏平ヒートパイプの吸熱部を埋込んでなるヒートパイプ埋込み回路基板において、該回路基板内に配置した、放熱プレートのヒートパイプ接触面に窪みを形成したことを特徴とするヒートパイプ埋込み回路基板を請求項１とし、前記の窪み面に凹凸もしくは粗面を形成したことを特徴とする請求項１記載のヒートパイプ埋込み回路基板を請求項２とし、前記の放熱プレートとヒートパイプを溶接したことを特徴とする請求項１記載のヒートパイプ埋込み回路基板を請求項３とするものである。
【０００６】
【作用】すなわち本発明は、回路基板内に配置した放熱プレートのヒートパイプ接触面に窪みを形成して、これに偏平ヒートパイプの吸熱部の巾広面がぴったりと密着するようにして、接触面積を増大せしめ、熱抵抗を小さくし、冷却効率を向上させたものである。また本発明においては、上記の窪み面に凹凸もしくは粗面を形成することにより、一層、熱伝導性を向上させることができる。さらに放熱プレートとヒートパイプを溶接することにより、放熱プレートとヒートパイプが一体化するため、熱伝導性をより良好にすることができる。なおヒートパイプの放熱部の断面形状は偏平でも円形でもよい。
【０００７】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係るヒートパイプ埋込み回路基板の一実施例を示す断面図、図２は図１の平面図である。この回路基板１１は、基板１８の片面に銅箔等の回路パターン１２を有するタイプで、表面に回路パターン１２を有する絶縁シート１３と、接着材層１４と、放熱用の無酸素銅等からなる放熱プレート１９とガラスエポキシ樹脂等の絶縁基板１６と偏平に成形されたヒートパイプ１７で構成されている。そして前記の放熱プレート１９のヒートパイプ１７との接触面にハーフエッチング加工により窪み３０を形成して、これに偏平に成形されたヒートパイプの巾広面が密着するようにした。このようにして形成された回路基板１１の上面には、半導体素子３１が載置され、その下面の発熱部３２は、接着材３３により、発熱部品実装部１２ａに接着され、リード部３４は、回路パターン１２に接続され、半導体素子用として使用される。発熱部品実装部の熱は、放熱プレートを介して、図２に示すようにヒートパイプの放熱部１７ｂから放熱される。なお放熱部１７ｂには、図示しないフインや水冷ジャケットが設けられる。
【０００８】この回路基板の放熱プレート１９には、０．５mm厚さで、１５０×１５０mmの無酸素銅板を用い、窪み３０はハーフエッチング加工により深さ０．２５mmに加工した。ヒートパイプは銅製の３mmφ、長さ１１０mmのものを厚さ２mmに偏平加工したもの２本を用いた。またヒートパイプ１７と放熱プレート１９は、絶縁基板１６のエポキシ樹脂との密着性を保つため黒化処理を施したものを使用した。回路パターン１２の銅箔は３５μｍの電解銅を用い、絶縁基板１６にはガラスエポキシ樹脂のＦＲ−４を用い、絶縁シート１３と接着材層１４は張り合わせ体を用い、これらを図１のように積層し、ホットプレスで接着して回路基板１１を作成した。
【０００９】このようにして作成された回路基板１１を用い、発熱部品実装部１２ａに、それぞれ発熱量２ｗの発熱部品を実装し、２０分経過後の温度を測定した結果、本発明の回路基板は発熱部品実装部近傍の温度が約３５℃であった。これに対して従来の回路基板は約４０℃であり、温度が１０％以上低下することが確認された。
【００１０】また前記の放熱プレート１９の窪み３０に、図３に示すように凹凸部３５を形成することにより、放熱プレートとヒートパイプの熱伝導性が良好になり、さらに冷却効率が向上する。またサンドブラスト等により粗面にしても同様の効果がある。
【００１１】さらに前記の放熱プレート１９とヒートパイプ１７の接触部を図４に示すように溶接して溶接部３６を形成することにより、熱伝導性が良好となることが認められた。
【００１２】次に前記の放熱プレート１９を、図５に示すように、ヒートパイプ１７を挟むように上下面に２枚設けて基板１８とし、この上下面に半導体素子３１を取付けて両面タイプとした。この場合も上下面からの発熱を放熱プレートを介してヒートパイプにより吸熱し、他端の放熱部より放熱し、効率良く冷却することができる。なお図５において、それ以外の構成は図１と同じであるので同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００１３】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、ヒートパイプと放熱プレートの熱抵抗が小さくなり、放熱性が向上すると共に回路基板の厚さが薄くなり、部品が実装しやすくなる等、工業上顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るヒートパイプ埋込み回路基板の断面図
【図２】図１のヒートパイプ埋込み回路基板の平面図
【図３】本発明の一実施例に係る放熱プレートとヒートパイプ接触部の断面図
【図４】本発明の一実施例に係る放熱プレートとヒートパイプ接触部の他の例の断面図
【図５】本発明の一実施例に係るヒートパイプ埋込み回路基板の他の例の断面図
【図６】従来のヒートパイプ埋込み回路基板の断面図
【符号の説明】
１１回路基板
１２，２６回路パターン
１２ａ発熱部品実装部
１３，２７絶縁シート
１４，２１，２３，２５接着材層
１５，２４金属板
１６絶縁基板
１７ヒートパイプ
１７ａ吸熱部
１７ｂ放熱部
１８基板
１９放熱プレート
３０窪み
３１半導体素子
３２発熱部
３３接着材
３４リード部
３５凹凸部
３６溶接部

【特許請求の範囲】
【請求項１】表面に回路パターンを有する基板内に偏平ヒートパイプの吸熱部を埋込んでなるヒートパイプ埋込み回路基板において、該回路基板内に配置した放熱プレートのヒートパイプ接触面に窪みを形成したことを特徴とするヒートパイプ埋込み回路基板。
【請求項２】前記の窪み面に凹凸もしくは粗面を形成したことを特徴とする請求項１記載のヒートパイプ埋込み回路基板。
【請求項３】前記の放熱プレートとヒートパイプを溶接したことを特徴とする請求項１記載のヒートパイプ埋込み回路基板。

【図１】