回路基板のヒートパイプ式冷却装置

【目的】半導体素子等の発熱部品を実装する回路基板の板厚を薄くすると共に、ヒートパイプの取外しを可能とし、所期の冷却効率を維持できるようにしたこと。
【構成】表面に回路パターン１２を有す基板１８上部の放熱プレート１９に、ヒートパイプ１７の偏平部を端子２０により接続して設けた回路基板のヒートパイプ式冷却装置。

【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回路基板を冷却するヒートパイプを用いた冷却装置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１２に示すように基板１８の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と絶縁基板１６とが積層一体化され、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。しかし上記のヒートパイプ埋込み回路基板は、板厚が厚くなり、例えば厚み３．０ｍｍの場合、部品のリード線が基板を貫通することが困難であり、部品の実装が容易ではなかった。またヒートパイプの取外しが不可能なため、設計、製作上不利となる問題があった。
【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、回路基板の厚さが薄く、部品の実装が容易で、かつヒートパイプの取外しが可能な回路基板の冷却装置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上部の放熱プレートに、ヒートパイプの偏平部を端子により接続して設けたことを特徴とする回路基板のヒートパイプ式冷却装置を請求項１とし、前記の端子は、ヒートパイプ偏平部の外表面を包むように形成したことを特徴とする請求項１記載の回路基板のヒートパイプ式冷却装置を請求項２とし、前記の端子は、ヒートパイプ偏平部との接触面に凹凸部を形成したことを特徴とする請求項１記載の回路基板のヒートパイプ式冷却装置を請求項３とするものである。
【０００６】
【作用】すなわち本発明の回路基板の冷却装置は、回路基板の放熱プレート表面にヒートパイプの偏平部を端子により接続して、発熱素子の熱を放熱プレートを介してヒートパイプにより吸熱し、ヒートパイプの他端の放熱部より放熱させて回路基板を冷却するものである。このヒートパイプは、発熱素子の隣接した放熱プレート表面と端子により接続されているため、取外しが可能であり、設計、製作が容易になる。そしてヒートパイプは、回路基板内に埋込まれていないので、この分だけ回路基板の厚みが薄くなるため、部品の実装が容易になる。またヒートパイプの吸熱部が偏平に成形され、その巾広面が放熱プレートと接触しているので熱伝導性がよく、かつ放熱プレートと、熱伝導性の良い金属からなる端子により接続されているので、この端子が吸熱および放熱作用をするため冷却効率の向上に寄与する。
【０００７】上記のヒートパイプと放熱プレートを接続する端子は、ヒートパイプの偏平な部分の形状に合わせて、ヒートパイプの外表面を包むように形成することにより、密着性を高めることができる。またこの端子は、偏平ヒートパイプとの接触面にプレス加工等により内面に折れ曲るような凹凸部を形成することにより、ヒートパイプと端子が接触する表面積を大きくすることができる。
【０００８】
【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は本発明に係る回路基板のヒートパイプ式冷却装置の一実施例を示す部分断面図である。この回路基板１１は、基板１８の表面に銅箔等の回路パターン１２を有し、絶縁シート１３と、放熱用の無酸素銅からなる放熱プレート１９と、この放熱プレートの下部のガラスエポキシ樹脂等の絶縁基板１６からなっている。上記の回路パターン１２と絶縁シート１３と放熱プレート１９と絶縁基板１６は、図示しない接着材によりそれぞれ接着されている。そして前記の放熱プレート１９の表面に、断面が偏平に成形されたヒートパイプ１７が、黄銅等の熱伝導性の良い金属からなる端子２０により、放熱プレート１９を貫通して取付けられている。
【０００９】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、ヒートパイプに伝わり、ヒートパイプの放熱部より放熱される。
【００１０】この回路基板の放熱プレート１９には、０．５ｍｍ厚さで１５０×１５０ｍｍの無酸素銅またはタフピッチ銅を用いた。ヒートパイプは銅製の３ｍｍφ、長さ１１０ｍｍのものを焼鈍し、厚さ２ｍｍに偏平加工し、表面にニッケルメッキを施したものを用いた。回路パターン１２の銅箔は３５μｍの電解銅を用い、絶縁基板１６はガラスエポキシ樹脂のＦＲ−４を用いた。そしてヒートパイプを取付ける端子は、図２および図３に示すように端子２０の下側に足部２１がプレス加工等により形成されているものを使用する。この取付け方法は、図４に示すように放熱プレート１９と絶縁基板１６に、前記の足部２１を挿入する穴をあけ、これに足部を挿込み、放熱プレートと絶縁基板を貫通して、先端部を突出させ、この突出部に銅箔２２等のワッシャ材を付け、半田２３または接着材等により接着するものである。またヒートパイプ１７と端子２０の接触部には、熱伝導性接着材で接着する。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。
【００１１】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１２ａに、図５に示すように発熱量２Ｗの半導体素子３１を実装し、２０分経過後の温度を測定した結果、従来の図１２に示す埋込み回路基板と略同等の温度を示した。また本実施例の回路基板の厚さは１．５ｍｍであり、従来の３ｍｍの１／２にすることができた。なお図中１７ｂはヒートパイプの放熱部で、フィン２４により放熱性を高める。
【００１２】また上記のヒートパイプの断面形状は、全体が偏平でもよいが、図６に示すようにヒートパイプの吸熱部１７ａの断面形状は偏平とし、放熱部１７ｂの断面形状は円形とすることができる。そして放熱部１７ｂには放熱のためのフィン２４を取付けたり、水冷ジャケット（図示せず）を取付けて放熱を促進する。さらにヒートパイプの形状は、図７に示すように、放熱プレート１９より上方に折曲げて形成してもよい。この場合は、その空間部に回路パターン１２を配置できる設計上の利点がある。
【００１３】次に前記した端子２０の構造としては、図８および図９に示すように端子２０のヒートパイプ接触部に、ヒートパイプを包むように窪み部２５を設けることによりヒートパイプの固定を容易にできる。また図１０および図１１に示すように端子２０のヒートパイプ接触部に、プレス打抜き加工等により、凹凸部２６を設けることにより、接触面積が増大して熱伝導性が向上する。
【００１４】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、回路基板の放熱性を損うことなく、基板厚を薄くでき、発熱素子の実装を容易にすると共に、ヒートパイプの取付け、取外しが可能になるため、設計および製作が容易である等の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回路基板のヒートパイプ式冷却装置の部分断面図
【図２】本発明に使用する端子の斜視図
【図３】図２の端子の側面図
【図４】本発明の一実施例に係るヒートパイプ取付け部の拡大断面図
【図５】本発明の一実施例に係る回路基板のヒートパイプ式冷却装置の概略を示す斜視図
【図６】本発明の一実施例に係るヒートパイプの形状を示す側面図
【図７】本発明の一実施例に係るヒートパイプの形状の他の例を示す側面図
【図８】本発明に使用する端子の他の例の斜視図
【図９】図８の端子の側面図
【図１０】本発明に使用する端子のさらに他の例の斜視図
【図１１】図１０の端子の側面図
【図１２】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回路パターン
１２ａ発熱部品実装部
１３絶縁シート
１４接着材層
１５金属板
１６絶縁基板
１７ヒートパイプ
１７ａヒートパイプ吸熱部
１７ｂヒートパイプ放熱部
１８基板
１９放熱プレート
２０端子
２１足部
２２銅箔
２３半田
２４フィン
２５窪み部
２６凹凸部
３１半導体素子
３２発熱部
３３接着材
３４リード部

【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上部の放熱プレートに、ヒートパイプの偏平部を端子により接続して設けたことを特徴とする回路基板のヒートパイプ式冷却装置。
【請求項２】前記の端子は、ヒートパイプの偏平部の外表面を包むように形成したことを特徴とする請求項１記載の回路基板のヒートパイプ式冷却装置。
【請求項３】前記の端子は、ヒートパイプの偏平部との接触面に凹凸部を形成したことを特徴とする請求項１記載の回路基板のヒートパイプ式冷却装置。

【図１】