放熱構造を有する装置
【課題】 プリント基板に搭載された発熱体からばかりでなく、プリント基板自体からの発熱をも効率よく放熱し、また、プリント基板の発熱体が搭載されている側のスペースに制約があっても、平面型ヒートパイプを装着できる放熱構造を有する装置を提供する。
【解決手段】 開孔部１ａ、１ｂを有するプリント基板１と、前記プリント基板１の一方の側の前記開孔部１ａ、１ｂ上に搭載された発熱体３、４と、前記プリント基板１の他方の側に装着された平面型ヒートパイプ２とを有し、前記平面型ヒートパイプ２は吸熱部２ｃに凸部２ａ、２ｂを有し、該凸部２ａ、２ｂが前記開孔部１ａ、１ｂに挿入されて前記発熱体３、４に熱的に接触するように装着されている。
【解決手段】 開孔部１ａ、１ｂを有するプリント基板１と、前記プリント基板１の一方の側の前記開孔部１ａ、１ｂ上に搭載された発熱体３、４と、前記プリント基板１の他方の側に装着された平面型ヒートパイプ２とを有し、前記平面型ヒートパイプ２は吸熱部２ｃに凸部２ａ、２ｂを有し、該凸部２ａ、２ｂが前記開孔部１ａ、１ｂに挿入されて前記発熱体３、４に熱的に接触するように装着されている。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、平面型ヒートパイプを用いた放熱構造を有する装置に関し、発熱体を備えた装置の発熱体から放出される熱を効率よく除去する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】パソコン等の各種機器や電力設備等の電気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電子部品は、その使用によってある程度の発熱が避けがたく、近年はその放熱が重要な技術課題となりつつある。放熱を要する電気・電子素子（以下被冷却素子と称する）を冷却する方法としては、例えば機器にファンを取り付け、機器筐体内の空気の温度を下げる方法や、被冷却素子に冷却体を取り付けることで、その被冷却素子を特に冷却する方法等が代表的に知られている。
【０００３】近年は、被冷却素子に取り付ける冷却体として、ヒートパイプ構造の冷却体、或いは例えば銅材やアルミニウム材などの伝熱性に優れる板材にヒートパイプを取り付けた形態のものが提案、実用化されている。
【０００４】ヒートパイプは密封された空洞部を備えており、その空洞部に収容された作動流体の相変態と移動により熱の輸送が行われるものである。もちろん、ヒートパイプを構成する容器（コンテナ）を熱伝導することで運ばれる熱もあるが、ヒートパイプは主に作動流体による熱移動作用を意図した熱移動装置である。
【０００５】ヒートパイプの形状は、代表的な丸パイプ形状のものの他、近年は平面型のヒートパイプのものも注目されている。平面型のヒートパイプはその形状から半導体素子等の被冷却素子と広い面積で接触させやすい等の利点がある。
【０００６】ヒートパイプを用いて、例えばプリント基板に実装された半導体素子等（被冷却素子）を冷却する構造として、図４に示すものが提案されている。即ち、平面型ヒートパイプ１０の図面における下側には半導体素子等の冷却すべき被冷却素子２０、２１、２２がプリント基板３０に実装されている。被冷却素子２０、２１、２２から平面型ヒートパイプ１０に伝わった熱は、概ねフィン３１から放熱される。尚、図中の符号２３は被冷却素子２０、２１、２２のリードである。
【０００７】これら被冷却素子２０、２１、２２のプリント基板３０からの高さは各々異なっている。平面型ヒートパイプ１０は、被冷却素子２０、２１、２２が実装されたプリント基板３０に相対して設けられている。そして平面型ヒートパイプ１０には、相対する被冷却素子２０、２１、２２との距離に従って、所定の高さの凸部１３が設けられている。従って、被冷却素子２０、２１、２２の高さが各々異なっていても、これらの被冷却素子２０、２１、２２を一つの平面型ヒートパイプ１０の凸部１３に熱的に接触させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述のプリント基板３０に実装された被冷却素子２０、２１、２２を冷却する構造には、以下のような問題があった。即ち、１）被冷却素子２０、２１、２２を冷却することはできるが、プリント基板３０からの発熱を放熱することは困難である。
２）プリント基板３０の被冷却素子２０、２１、２２が実装されている側のスペースに制約がある場合には、被冷却素子２０、２１、２２上に平面型ヒートパイプを装着することが困難である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解決すべくなされたもので、開孔部を有するプリント基板と、前記プリント基板の一方の側の前記開孔部上に搭載された発熱体と、前記プリント基板の他方の側に装着された平面型ヒートパイプとを有し、前記平面型ヒートパイプは吸熱部に凸部を有し、該凸部が前記開孔部に挿入されて前記発熱体に熱的に接触するように装着されていることを特徴とする放熱構造を有する装置である。
【００１０】本発明によれば、平面型ヒートパイプが吸熱部に凸部を有し、プリント基板の発熱体が搭載された面の反対側の面に、前記凸部がプリント基板の開孔部に挿入されて前記発熱体に熱的に接触するように装着されている。従って、平面型ヒートパイプは発熱体に接触するばかりでなく、プリント基板の発熱体が搭載された面の反対側の面にも接触し、プリント基板からの発熱を放熱することができる。
【００１１】また、平面型ヒートパイプはプリント基板の発熱体が搭載された面の反対側の面に装着されるので、プリント基板の発熱体が搭載されている側のスペースに制約があっても、平面型ヒートパイプの装着に影響することはない。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかる放熱構造を有する装置の一実施形態の分解斜視図である。図１を用いて、本実施形態の組立構造を説明する。
【００１３】図１において、１はプリント基板、２は平面型ヒートパイプ、３、４はそれぞれ、記憶素子および中央処理装置からなる発熱体である。プリント基板１には、搭載される発熱体３、４の冷却領域に合わせた方形の開孔部１ａ、１ｂが設けられている。１ｃは配線パターンである。また、発熱体３、４はボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）パッケージ構造をなしている。さらに、平面型ヒートパイプ２の容器には吸熱部２ｃ側に、開孔部１ａ、１ｂに嵌まる平板状で方形の凸部２ａ、２ｂが、発熱体３、４に接触する高さになるように絞り加工で形成されている。
【００１４】発熱体３、４は開孔部１ａ、１ｂを塞ぐようにはんだバンプを介してプリント基板１上にはんだ付けされて搭載される。また、平面型ヒートパイプ２は、凸部２ａ、２ｂが開孔部１ａ、１ｂに嵌め込まれ、四隅のネジ孔２ｄとプリント基板１のネジ孔１ｄがネジ５でネジ止めされて、プリント基板１に取り付けられる。
【００１５】この状態で、平面型ヒートパイプ２の凸部２ａ、２ｂが発熱体３、４の裏面に押圧されて、発熱体３、４に熱的に接触するとともに、平面型ヒートパイプ２の吸熱部２ｃの平坦部分がプリント基板１の裏面に押圧されて熱的に接触する。なお、本実施形態では、発熱体３、４と凸部２ａ、２ｂは直接接触するように設計されているが、伝熱シート、半田などをそれらの間に介在させて接触させてもよい。
【００１６】本実施形態では、吸熱部２ｃの凸部２ａ、２ｂで発熱体３、４を冷却することができるとともに、吸熱部２ｃの平坦部分でプリント回路基板１をも冷却することができる。また、平面型ヒートパイプ２はプリント基板１の発熱体３、４が搭載される面の反対側の面に装着されるので、プリント基板１の発熱体３、４が搭載される側のスペースに制約があっても、平面型ヒートパイプ２の装着に影響することはない。
【００１７】図２は他の実施形態の部分断面図である。本実施形態では、発熱体３、４はリード３ａ、４ａでプリント基板１に接続している。また、平面型ヒートパイプ２は、吸熱部２ｃの凸部２ａ、２ｂ上に伝熱シート６を設け、伝熱シート６を介して発熱体３、４に熱的に接続している。図２を用いて、平面型ヒートパイプ２の構造を説明する。平面型ヒートパイプ２は、銅材やアルミニウム材からなる容器から構成されている。そうして、凸部２ａ、２ｂの内側に、高熱伝導体からなるブロック７が容器の上板と下板に接合するように設けられている。また、メッシュ８が凸部２ａ、２ｂの内面からブロック７の側面に沿って下板の内面に接触するように設けられている。ブロック７は熱伝達により発熱体３、４の発熱を吸熱するとともに、作動流体との接触面積を増加させ、さらに、発熱体３、４の支柱の機能をも有している。また、メッシュ８は毛細管作用により作動流体の引き込み効果を発現し、液相の作動流体を吸熱部に戻す。
【００１８】なお、本発明は上記実施形態に限らず、例えば図３に示すように、発熱体３に平板状の熱拡散体３ｃ（例えば放熱性のよいＣｕ−Ｗ合金からなる）を接合し、平面型ヒートパイプ２の凸部２ａを熱拡散体３ｃの外形に合わせた平皿状にしてもよい。そうして、熱拡散体３ｃを凸部２ａに接触させると、発熱体３から凸部２ａへの放熱性が向上し、また凸部２ａの位置決めを作業性よく行うことができる。また、プリント基板１と平面型ヒートパイプ２とを接着剤などで一体化してもよい。上記実施形態において、プリント基板１はエポキシ樹脂、ポリイミドなどからなる。また、発熱体３、４を構成する被冷却素子のパッケージ構造は、ＱＦＰ（四辺からリードが出ている）、ＴＡＢ（テープキャリア方式）、ＰＧＡ（ピン・グリッド・アレイ）などでもよい。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、プリント基板に搭載された発熱体からばかりでなく、プリント基板自体からの発熱をも効率よく放熱し、また、プリント基板の発熱体が搭載されている側のスペースに制約があっても、平面型ヒートパイプを装着できるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放熱構造を有する装置の一実施形態の分解斜視図である。
【図２】他の実施形態の部分断面図である。
【図３】さらなる他の実施形態の部分断面図である。
【図４】従来の放熱構造を有する装置の断面図である。
【符号の説明】
１ プリント基板
１ａ、１ｂ 開孔部１ａ、１ｂ
１ｃ 配線パターン
１ｄ ネジ孔
２ 平面型ヒートパイプ
２ａ、２ｂ 凸部
２ｃ 吸熱部
２ｄ ネジ孔
３、４ 発熱体
３ａ、４ａ リード
３ｃ 熱拡散体
５ ネジ
６ 伝熱シート
７ ブロック
８ メッシュ
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、平面型ヒートパイプを用いた放熱構造を有する装置に関し、発熱体を備えた装置の発熱体から放出される熱を効率よく除去する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】パソコン等の各種機器や電力設備等の電気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電子部品は、その使用によってある程度の発熱が避けがたく、近年はその放熱が重要な技術課題となりつつある。放熱を要する電気・電子素子（以下被冷却素子と称する）を冷却する方法としては、例えば機器にファンを取り付け、機器筐体内の空気の温度を下げる方法や、被冷却素子に冷却体を取り付けることで、その被冷却素子を特に冷却する方法等が代表的に知られている。
【０００３】近年は、被冷却素子に取り付ける冷却体として、ヒートパイプ構造の冷却体、或いは例えば銅材やアルミニウム材などの伝熱性に優れる板材にヒートパイプを取り付けた形態のものが提案、実用化されている。
【０００４】ヒートパイプは密封された空洞部を備えており、その空洞部に収容された作動流体の相変態と移動により熱の輸送が行われるものである。もちろん、ヒートパイプを構成する容器（コンテナ）を熱伝導することで運ばれる熱もあるが、ヒートパイプは主に作動流体による熱移動作用を意図した熱移動装置である。
【０００５】ヒートパイプの形状は、代表的な丸パイプ形状のものの他、近年は平面型のヒートパイプのものも注目されている。平面型のヒートパイプはその形状から半導体素子等の被冷却素子と広い面積で接触させやすい等の利点がある。
【０００６】ヒートパイプを用いて、例えばプリント基板に実装された半導体素子等（被冷却素子）を冷却する構造として、図４に示すものが提案されている。即ち、平面型ヒートパイプ１０の図面における下側には半導体素子等の冷却すべき被冷却素子２０、２１、２２がプリント基板３０に実装されている。被冷却素子２０、２１、２２から平面型ヒートパイプ１０に伝わった熱は、概ねフィン３１から放熱される。尚、図中の符号２３は被冷却素子２０、２１、２２のリードである。
【０００７】これら被冷却素子２０、２１、２２のプリント基板３０からの高さは各々異なっている。平面型ヒートパイプ１０は、被冷却素子２０、２１、２２が実装されたプリント基板３０に相対して設けられている。そして平面型ヒートパイプ１０には、相対する被冷却素子２０、２１、２２との距離に従って、所定の高さの凸部１３が設けられている。従って、被冷却素子２０、２１、２２の高さが各々異なっていても、これらの被冷却素子２０、２１、２２を一つの平面型ヒートパイプ１０の凸部１３に熱的に接触させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述のプリント基板３０に実装された被冷却素子２０、２１、２２を冷却する構造には、以下のような問題があった。即ち、１）被冷却素子２０、２１、２２を冷却することはできるが、プリント基板３０からの発熱を放熱することは困難である。
２）プリント基板３０の被冷却素子２０、２１、２２が実装されている側のスペースに制約がある場合には、被冷却素子２０、２１、２２上に平面型ヒートパイプを装着することが困難である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解決すべくなされたもので、開孔部を有するプリント基板と、前記プリント基板の一方の側の前記開孔部上に搭載された発熱体と、前記プリント基板の他方の側に装着された平面型ヒートパイプとを有し、前記平面型ヒートパイプは吸熱部に凸部を有し、該凸部が前記開孔部に挿入されて前記発熱体に熱的に接触するように装着されていることを特徴とする放熱構造を有する装置である。
【００１０】本発明によれば、平面型ヒートパイプが吸熱部に凸部を有し、プリント基板の発熱体が搭載された面の反対側の面に、前記凸部がプリント基板の開孔部に挿入されて前記発熱体に熱的に接触するように装着されている。従って、平面型ヒートパイプは発熱体に接触するばかりでなく、プリント基板の発熱体が搭載された面の反対側の面にも接触し、プリント基板からの発熱を放熱することができる。
【００１１】また、平面型ヒートパイプはプリント基板の発熱体が搭載された面の反対側の面に装着されるので、プリント基板の発熱体が搭載されている側のスペースに制約があっても、平面型ヒートパイプの装着に影響することはない。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかる放熱構造を有する装置の一実施形態の分解斜視図である。図１を用いて、本実施形態の組立構造を説明する。
【００１３】図１において、１はプリント基板、２は平面型ヒートパイプ、３、４はそれぞれ、記憶素子および中央処理装置からなる発熱体である。プリント基板１には、搭載される発熱体３、４の冷却領域に合わせた方形の開孔部１ａ、１ｂが設けられている。１ｃは配線パターンである。また、発熱体３、４はボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）パッケージ構造をなしている。さらに、平面型ヒートパイプ２の容器には吸熱部２ｃ側に、開孔部１ａ、１ｂに嵌まる平板状で方形の凸部２ａ、２ｂが、発熱体３、４に接触する高さになるように絞り加工で形成されている。
【００１４】発熱体３、４は開孔部１ａ、１ｂを塞ぐようにはんだバンプを介してプリント基板１上にはんだ付けされて搭載される。また、平面型ヒートパイプ２は、凸部２ａ、２ｂが開孔部１ａ、１ｂに嵌め込まれ、四隅のネジ孔２ｄとプリント基板１のネジ孔１ｄがネジ５でネジ止めされて、プリント基板１に取り付けられる。
【００１５】この状態で、平面型ヒートパイプ２の凸部２ａ、２ｂが発熱体３、４の裏面に押圧されて、発熱体３、４に熱的に接触するとともに、平面型ヒートパイプ２の吸熱部２ｃの平坦部分がプリント基板１の裏面に押圧されて熱的に接触する。なお、本実施形態では、発熱体３、４と凸部２ａ、２ｂは直接接触するように設計されているが、伝熱シート、半田などをそれらの間に介在させて接触させてもよい。
【００１６】本実施形態では、吸熱部２ｃの凸部２ａ、２ｂで発熱体３、４を冷却することができるとともに、吸熱部２ｃの平坦部分でプリント回路基板１をも冷却することができる。また、平面型ヒートパイプ２はプリント基板１の発熱体３、４が搭載される面の反対側の面に装着されるので、プリント基板１の発熱体３、４が搭載される側のスペースに制約があっても、平面型ヒートパイプ２の装着に影響することはない。
【００１７】図２は他の実施形態の部分断面図である。本実施形態では、発熱体３、４はリード３ａ、４ａでプリント基板１に接続している。また、平面型ヒートパイプ２は、吸熱部２ｃの凸部２ａ、２ｂ上に伝熱シート６を設け、伝熱シート６を介して発熱体３、４に熱的に接続している。図２を用いて、平面型ヒートパイプ２の構造を説明する。平面型ヒートパイプ２は、銅材やアルミニウム材からなる容器から構成されている。そうして、凸部２ａ、２ｂの内側に、高熱伝導体からなるブロック７が容器の上板と下板に接合するように設けられている。また、メッシュ８が凸部２ａ、２ｂの内面からブロック７の側面に沿って下板の内面に接触するように設けられている。ブロック７は熱伝達により発熱体３、４の発熱を吸熱するとともに、作動流体との接触面積を増加させ、さらに、発熱体３、４の支柱の機能をも有している。また、メッシュ８は毛細管作用により作動流体の引き込み効果を発現し、液相の作動流体を吸熱部に戻す。
【００１８】なお、本発明は上記実施形態に限らず、例えば図３に示すように、発熱体３に平板状の熱拡散体３ｃ（例えば放熱性のよいＣｕ−Ｗ合金からなる）を接合し、平面型ヒートパイプ２の凸部２ａを熱拡散体３ｃの外形に合わせた平皿状にしてもよい。そうして、熱拡散体３ｃを凸部２ａに接触させると、発熱体３から凸部２ａへの放熱性が向上し、また凸部２ａの位置決めを作業性よく行うことができる。また、プリント基板１と平面型ヒートパイプ２とを接着剤などで一体化してもよい。上記実施形態において、プリント基板１はエポキシ樹脂、ポリイミドなどからなる。また、発熱体３、４を構成する被冷却素子のパッケージ構造は、ＱＦＰ（四辺からリードが出ている）、ＴＡＢ（テープキャリア方式）、ＰＧＡ（ピン・グリッド・アレイ）などでもよい。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、プリント基板に搭載された発熱体からばかりでなく、プリント基板自体からの発熱をも効率よく放熱し、また、プリント基板の発熱体が搭載されている側のスペースに制約があっても、平面型ヒートパイプを装着できるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放熱構造を有する装置の一実施形態の分解斜視図である。
【図２】他の実施形態の部分断面図である。
【図３】さらなる他の実施形態の部分断面図である。
【図４】従来の放熱構造を有する装置の断面図である。
【符号の説明】
１ プリント基板
１ａ、１ｂ 開孔部１ａ、１ｂ
１ｃ 配線パターン
１ｄ ネジ孔
２ 平面型ヒートパイプ
２ａ、２ｂ 凸部
２ｃ 吸熱部
２ｄ ネジ孔
３、４ 発熱体
３ａ、４ａ リード
３ｃ 熱拡散体
５ ネジ
６ 伝熱シート
７ ブロック
８ メッシュ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 開孔部を有するプリント基板と、前記プリント基板の一方の側の前記開孔部上に搭載された発熱体と、前記プリント基板の他方の側に装着された平面型ヒートパイプとを有し、前記平面型ヒートパイプは吸熱部に凸部を有し、該凸部が前記開孔部に挿入されて前記発熱体に熱的に接触するように装着されていることを特徴とする放熱構造を有する装置。
【請求項１】 開孔部を有するプリント基板と、前記プリント基板の一方の側の前記開孔部上に搭載された発熱体と、前記プリント基板の他方の側に装着された平面型ヒートパイプとを有し、前記平面型ヒートパイプは吸熱部に凸部を有し、該凸部が前記開孔部に挿入されて前記発熱体に熱的に接触するように装着されていることを特徴とする放熱構造を有する装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０００−１５６５８４（Ｐ２０００−１５６５８４Ａ）
【公開日】平成１２年６月６日（２０００．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１０−３３００１２
【出願日】平成１０年１１月１９日（１９９８．１１．１９）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１２年６月６日（２０００．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１０年１１月１９日（１９９８．１１．１９）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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