熱伝導経路プレート、電子部品基板及び電子部品筺体
【課題】面内異方性熱伝導率を有する高熱伝導材料を利用し、任意の熱伝導経路において効率的に熱を拡散、輸送、集約して放熱することを可能にする熱伝導経路プレート、電子部品基板及び電子部品筺体を提供すること。
【解決手段】電子部品が配置され、電気的配線等がなされたプリント配線基板に、熱伝導経路シート１０８を貼り付け接着することにより構成することができる。電子部品基板への熱伝導経路シートの取り付けは、貼り付け接着の他に、既存の他の基板作製技術を用いても行うことができる。但し、熱伝導経路シート１０８が導電性の場合、熱伝導経路シート１０８と配線基板との間には絶縁処理を施すものとする。熱伝導経路シート１０８は、電子部品レイアウトに応じて、異方性高熱伝導材料の高熱伝導率方向及び形状、並びに熱伝導等方性の高・低熱伝導材料の形状が組み合わせられ、熱輸送効率の高い熱伝導経路が設けられている。
【解決手段】電子部品が配置され、電気的配線等がなされたプリント配線基板に、熱伝導経路シート１０８を貼り付け接着することにより構成することができる。電子部品基板への熱伝導経路シートの取り付けは、貼り付け接着の他に、既存の他の基板作製技術を用いても行うことができる。但し、熱伝導経路シート１０８が導電性の場合、熱伝導経路シート１０８と配線基板との間には絶縁処理を施すものとする。熱伝導経路シート１０８は、電子部品レイアウトに応じて、異方性高熱伝導材料の高熱伝導率方向及び形状、並びに熱伝導等方性の高・低熱伝導材料の形状が組み合わせられ、熱輸送効率の高い熱伝導経路が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品基板及び電子部品筺体に関し、より詳細には、熱伝導率異方性の高熱伝導材料を組み合わせた熱伝導経路シートを備えた熱伝導経路プレート、電子部品基板及び電子部品筺体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器は高集積化により、発熱が問題となるケースがますます増加し、これらに対応すべく、様々な熱設計、熱対策技術がとられている。
【０００３】
熱設計において、熱源からの放熱経路を考えると伝導・対流・輻射に大別される。最も一般的に行われている熱対策の1つは対流熱伝達を利用した空冷であるが、ファンを用いる場合には、騒音、ファン設置のための空間、軽量化等の面で利用できない場面も少なくない。また、輻射はファンを用いる空冷に対して騒音面で優位であるが、温度差と表面積がある程度以上ないと顕著な効果を生まない。そこで、近年の電子機器の静音化・小型化において非常に有効とされるのは、高い熱伝導率を有する材料による熱の拡散・輸送の効果を利用するものである。
【０００４】
熱拡散や熱輸送を期待した高熱伝導材料では、一般的に等方性の熱伝導率を有する金属材料のアルミニウムや銅が使用されている。それでも熱伝導率が足りない場合は、液体と熱交換する流体による熱輸送、高い熱伝導率を持ったグラファイトシート、相変化を利用したヒートパイプまたはベーパーチャンバ等蒸発型の伝熱モジュールが用いられている。
【０００５】
電子機器において熱対策が求められる代表的な箇所の１つに半導体装置を含む多層配線基板がある。このような配線基板の熱対策には、メタルコア基板（特許文献１参照）やサーマルビア（特許文献２参照）等も用いられている。
【０００６】
この多層配線基板は、樹脂基板あるいはメタル基板をコア基板とし、コア基板の両面にビルドアップ法によって配線層を積層して形成することができる。ビルドアップ法によれば、配線層間を電気的に絶縁する電気的絶縁層を形成し、めっき等により電気的絶縁層の表面及びビア穴の内面に導体層を形成する。その後、導体層を所定のパターンにエッチングして配線パターン及びビアを形成し、層間で配線パターンを電気的に接続して多層配線基板を得ることができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１７３２９０号公報
【特許文献２】特許第３８１７４５３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、小型・高集積化が進む多層配線基板等の半導体装置が実装された基板に対して、従来の放熱部品を用いた冷却装置では以下のような課題ある。
【０００９】
ヒートパイプでは、構造上、基板への固定に工数がかかる上、一般的なヒートパイプの直径は約5mm以上なので、基板に溝を作成してヒートパイプを埋め込んでも基板の厚さが大幅に増加するという課題がある。さらに、配置自由度が低く、小型化が困難であるという課題がある。すなわち、熱媒体である作動液の移動方向が重力方向の制約を受けるため、重力方向の変化が予想される携帯端末等への使用は困難であるという課題がある。そのため、携帯電話等の小型・高密度の実装が求められる機器へヒートパイプを適用するのは難しい。
【００１０】
メタルコア基板では、熱伝導率も十分ではないが、伝熱過程での等方的な熱の放出・拡散等から、熱源周辺の電子部品に影響が及び易いという課題がある。また、低熱伝導材料を用いて特定部位への伝熱を抑えると熱輸送効率が低下し、十分な放熱効果が得られなくなる場合がある。
【００１１】
また、サーマルビアは基板の厚さ方向の熱輸送効果は有するが、基板の面内方向の熱輸送にはほとんど寄与しない。
【００１２】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、面内異方性高熱伝導率を有する高熱伝導材料を用いて、任意の熱伝導経路において効率的に熱を拡散、輸送、集約して放熱することを可能にする熱伝導経路プレート、電子部品基板及び電子部品筺体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、熱伝導経路プレートにおいて、導電部及び絶縁部からなる部材と、面内熱伝導異方性を有する異方性高熱伝導材料がレイアウト的に配置され、前記部材から伝播してくる熱を所定の経路に沿って拡散、輸送、集約するように前記異方性高熱伝導材料が組み合わされた熱伝導経路シートとを備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱伝導経路プレートにおいて、前記熱伝導経路シートは、前記部材の所定の場所に熱を伝播させ難くするように低熱伝導材料が組み合わされていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、電子部品基板において、電子部品を実装可能な基板と、 面内熱伝導異方性を有する異方性高熱伝導材料がレイアウト的に配置され、前記基板から伝播してくる熱を所定の経路に沿って拡散、輸送、集約するように前記異方性高熱伝導材料が組み合わされた熱伝導経路シートとを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電子部品基板において、前記熱伝導経路シートは、前記基板と張り合わせ接合されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の電子部品基板において、前記熱伝導経路シートは、前記基板の内部に埋め込まれていることを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、電子部品筐体において、電子部品を実装可能な基板を設置するための筐体と、面内熱伝導異方性を有する異方性高熱伝導材料がレイアウト的に配置され、前記基板から伝播してくる熱を所定の経路に沿って拡散、輸送、集約するように前記異方性高熱伝導材料が組み合わされた熱伝導経路シートとを備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の電子部品基板において、前記熱伝導経路シートは、前記筺体と張り合わせ接合されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の電子部品基板において、前記熱伝導経路シートは、前記筺体の内部に埋め込まれていることを特徴とする。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、請求項６乃至８のいずれかに記載の電子部品筺体において、前記熱伝導経路シートは、前記基板と接することが可能なように前記筐体から露出していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、異方性高熱伝導率を有する高熱伝導材料をレイアウト的に組み合わせた熱伝導経路シートを部材、基板、筺体を用いることにより、僅かな厚みの変化だけで、任意の熱伝導経路から効率的に熱を拡散、輸送、集約して放熱させることを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２４】
本発明の実施形態に使用可能な異方性高熱伝導材料の一例として炭素繊維複合材料（以下、Ａｌ−ＣＦ複合材料）の熱伝導率を表１、概念図を図1（ａ）、繊維垂直断面の電子顕微鏡写真を図１（ｂ）、外観写真を図１（ｃ）に示す。このＡｌ−ＣＦ複合材料は、炭素繊維が一方向に整列した構造を呈しており、繊維方向にのみ著しく高い熱伝導率を示す。熱伝導率は繊維方向で700W/mKを達成している。
【００２５】
【表１】
【００２６】
ここで説明した異方性高熱伝導材料は一例であり、本発明では上記Ａｌ−ＣＦ複合材料の他に様々な異方性高熱伝導材料を用いることが可能である。
【００２７】
異方性高熱伝導材料及び等方性高熱伝導材料との組み合わせを採用した場合の面内の熱伝導率のシミュレーションを行い、放熱効果の検証を行なった。以下に示すシミュレーション結果は、電子機器熱流体解析ソフトIcepak及び流体回路網法ソフトQfinを使用して導出したものである。
【００２８】
（シミュレーション１）
図２（ａ）に板状のアルミニウム（Aｌ）である等方性高熱伝導材料１０２のみのシートにおける熱の拡散・輸送の様子を示し、図２（ｂ）に、等方性高熱伝導材料１０２及び図１（ａ）〜（ｃ）において示した異方性高熱伝導材料１０３を組み合わせたシートにおける熱の拡散・輸送の様子を示す。それぞれ丸の位置に熱源１０１を配置し、図２（ｂ）のシートは高熱伝導率方向がＸ軸方向である異方性熱伝導材料１０３ａとＹ軸方向である異方性熱伝導材料１０３ｂとを組み合わせてQfinにて解析を行った。その結果、図２（ａ）の等方性高熱伝導材料１０２のみよりも、図２（ｂ）のように異方性高熱伝導材料１０３を組み合わせたシートの方が効率よく熱が拡散し、輸送され、熱源１０１付近の温度が低くなった。このことから、異方性高熱伝導材料１０３を組み合わせた方が効率的な熱の拡散・輸送による放熱効果が大きいことが分かった。
【００２９】
（シミュレーション２）
次に、異方性高熱伝導材料１０３の組み合わせの最適化を図るため、図３（ａ）に示すように異方性高熱伝導材料１０３を組み合わせたシートに熱源１０１とヒートシンク１０４を配置し、風を送って冷却を行なうシステムを想定し、その放熱効果をIcepakにて解析した。熱源１０１が接触する異方性高熱伝導材料１０３ａの高熱伝導率方向は、熱源１０１からヒートシンク１０４に向かう方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）とし、異方性高熱伝導材料１０３ａのＹ軸方向の長さをｄとする。ヒートシンク１０４が設置され、異方性高熱伝導材料１０３ａと接続された異方性高熱伝導材料１０３ｂの高熱伝導率方向は、Ｙ軸方向とする。
【００３０】
図３（ｂ）に、シートを全て等方性高熱伝導材料（Ａｌ）にした場合と異方性高熱伝導材料（Ａｌ−ＣＦ複合材料）を組み合わせて構成した場合の熱源１０１の温度と異方性高熱伝導材料１０３ａのＹ軸方向の長さｄとの関係を示す。このシミュレーション結果から、異方性高熱伝導材料（Ａｌ−ＣＦ複合材料）の組み合わせにおいて長さｄを制御することにより、風速（Ｖ）を５倍にした等方性高熱伝導材料（Ａｌ）よりも効率的な放熱効果を得ることができることが確認できた。
【００３１】
（シミュレーション３）
次に、シート上に熱源１０１とヒートシンク１０４を配置し、ヒートシンク１０４が配置された側の筺体にはファン１０５を設置し、反対側には外部から空気を取り込むためのグリル１０６を設置したモデルについてシミュレーションを行った。図４に示すように、本シミュレーションではシートを１６等分し、等方性高熱伝導材料、異方性高熱伝導材料、低熱伝導材料のブロックを１６個組み合わせた。熱源１０１はブロック１１、ヒートシンク１０４はブロック４４に配置した。
【００３２】
ここで具体的に以下の３つの場合についてシミュレーションを行った。
ケース１：等方性高熱伝導材料のみを用いた場合
図５に、全ブロックに等方性高熱伝導材料を用いた場合の熱伝導の様子を示す。この場合、ヒートシンク１０４付近よりも熱に弱い部品が配置されている中心部の温度の方が高くなっている。
ケース２：等方性高熱伝導材料及び中心部に低熱伝導材料を用いた場合
次に、熱源１０１とヒートシンク１０４との間、すなわちブロック２２、２３、３２、３３のいずれかに、熱に弱い部品が配置される場合を想定してブロックの組み合わせを行った。すなわち、中心部ブロック２２、２３、３２、３３には熱が伝播し難い低熱伝導材料を用い、その他のブロックは等方性高熱伝導材料を用いた場合について計算を行った。その結果を図６に示す。ここで、熱源１０１付近と中心部付近の色が共に濃くなっているが、熱源１０１付近は４５℃程度の高温であることを示し、中心部付近は２８℃程度の低温であることを示している。この場合、中心部の温度上昇は抑えられたが、熱源１０１からの熱の拡散・輸送が阻害され、熱源１０１の温度が上昇した。
ケース３：異方性高熱伝導材料、等方性高熱伝導材料、及び中心部に低熱伝導材料を組み合わせた場合
そこで、熱が基板の周囲を効率よく伝播するように、異方性熱伝導材料を組み合わせた場合についてシミュレーションを行なった。すなわち、ブロック１１、１４，４１、４４に等方性高熱伝導材料を配置し、ブロック２２、２３、３２、３３に低熱伝導材料を配置し、ブロック２１、３１、２４、３４にＹ軸方向の熱伝導率が高くなるように異方性高熱伝導材料を配置し、ブロック１２、１３、４２、４３にＸ軸方向の熱伝導率が高くなるように異方性熱伝導材料を配置した。この結果を図７に示す。このように熱伝導経路が制限された状況においても、効率良く熱の輸送がなされるため、中心部の温度とともに熱源１０１の温度上昇も抑えることができている。
【００３３】
以上３つのケースについてのシミュレーション結果をまとめたものを、下記表２及び図８に示す。異方性高熱伝導材料を用いたケース３の構成は、熱源温度、中心部温度共に最も低く抑えられていることが確認できた。
【００３４】
【表２】
【００３５】
このように、熱伝導率の異方性を積極的に利用し、熱輸送経路を制御することによって効率的に熱を拡散・輸送させ、放熱することができる。
【００３６】
次に、図９（ａ）〜（ｃ）に、熱伝達経路付き熱伝導経路シートの例を示す。
【００３７】
図９（ａ）は、面内異方性高熱伝導率を有する板状の異方性高熱伝導材料１０３を任意の数組み合わせることにより所定の経路に熱を誘導可能なように構成された熱伝達経路付き熱伝導経路シート１０８ａである。
【００３８】
図９（ｂ）は、面内異方性高熱伝導率を有する板状の異方性高熱伝導材料１０３を任意の数組み合わせ、かつ等方性高熱伝導材料１０２（Al , Cu等）と組み合わされることにより構成された熱伝達経路付き熱伝導経路シート１０８ｂである。この熱伝導経路シート１０８ｂは、異方性高熱伝導材料１０３で構成された経路に熱を誘導することができる。中央に配置された等方性高熱伝導材料１０２は、周囲の高熱伝導率方向の異なるどの異方性高熱伝導材料１０３とも同じように熱的に接続するので、異方性高熱伝導材料１０３に囲まれた領域に効率良く熱を拡散・輸送させることができる。
【００３９】
また、高熱伝導率方向が異なる複数の異方性高熱伝導材料１０３を接続するとき、等方性高熱伝導材料を介して接続することによって熱伝導効率の高い接続となる。この他に、熱伝導効率の高い接続方法として、接続した際に異方性高熱伝導材料１０３の高熱伝導率方向が互いに直交しないよう、高熱伝導率方向と接続面との角度を調整して接続する方法がある。図９（ｂ）では、高熱伝導率方向が直交した２つの異方性高熱伝導材料１０３ａ、１０３ｂの間に、これら異方性高熱伝導材料１０３ａ、１０３ｂとの各接続面に対して高熱伝導率方向が４５度になるように成形された異方性高熱伝導材料１０３ｃを配置している。
【００４０】
図９（ｃ）は、面内異方性高熱伝導率を有する板状の異方性高熱伝導材料１０３を任意の数組み合わせ、かつ等方性高熱伝導材料１０２（Al , Cu等）と低熱伝導材料１０７（FR4等）と組み合わされることにより構成された熱伝達経路付き熱伝導経路シート１０８ｃである。この熱伝導経路シート１０８ｃは、異方性高熱伝導材料１０３で構成された経路で効率良く熱を輸送し、放熱するので、熱の上昇を抑えたい場所に対して低熱伝導材料１０７を用いても、一部に熱が停滞するようなことがない。また、熱伝導効率の高い接続とするため、図９（ｃ）の異方性高熱伝導材料１０３ａ、１０３ｂは、接続面が高熱伝導率方向に対して４５度になるように成形されており、高熱伝導率方向が互いに直交しないよう、高熱伝導率方向と接続面との角度を調整して接続されている。
【００４１】
これらの熱伝導経路シートは、効率的な熱の拡散・輸送・集約と任意の領域の温度上昇の抑制を両立することができる。
【００４２】
ここでは異方性高熱伝導材料１０３、等方性高熱伝導材料１０２、低熱伝導材料１０７の組み合わせの一部を示したが、本実施形態はこれらの組み合わせに限定されるものではなく、任意の組み合わせが可能である。
【００４３】
（実施形態１）
図１０（ａ）に、本発明の一実施形態である異方性高熱伝導材料を組み合わせた熱伝導経路シートと電子部品基板を貼り合わせることによって構成される電子部品基板を示す。本実施形態は、電子部品（IC,コンデンサ等）が配置され、電気的配線等がなされたプリント配線基板に、熱伝導経路シート１０８を何らかの方法（接着テープ、シリコンジェル、グリース等）により貼り付け接着することにより構成することができる。電子部品基板への熱伝導経路シートの取り付けは、貼り付け接着の他に、既存の他の基板作製技術を用いても行うことができる。但し、熱伝導経路シート１０８を取り付けられる側が導電性の場合、熱伝導経路シート１０８との間に絶縁層を設ける等の絶縁処理を施すものとする。熱伝導経路シート１０８は、電子部品レイアウトに応じて、図９（ａ）〜（ｃ）に示したように異方性高熱伝導材料の高熱伝導率方向及び形状、並びに熱伝導等方性の高・低熱伝導材料の形状が組み合わせられ、熱輸送効率の高い熱伝導経路が設けられている。
【００４４】
また、本実施形態は、図１０（ｂ）に示すように、電気的配線等がなされる多層プリント配線基板作成工程中に熱伝導経路シート１０８を基板内部に埋め込むことによって作製することができる。このように、熱伝導経路シート１０８の接着を基板作成工程に取り込むことにより、アセンブリ時に熱伝導経路シート１０８とプリント配線基板を貼り合わせる必要をなくすことができる。
【００４５】
このように、本実施形態は厚みが僅かに増加するだけなので、プリント配線基板への実装制約により放熱部品（ヒートシンク・ファン等）が使用できない場合にも、容易に熱伝導経路を設定することができ、熱の効率的な拡散・輸送を可能とする。
【００４６】
（実施形態２）
図１１（ａ）、（ｂ）に、本発明の一実施形態に係る熱伝導経路シート１０８を筺体１１１内部に埋め込むことにより構成される電子部品筺体を示す。図１１（ａ）、（ｂ）には、便宜上、筺体１１１の底面のみを実線で描いたが、筺体１１１は配線基板を格納できる実線と点線で表される形状を有しており、かつ底面以外の面も底面と同様に厚みを有している。このとき、理想的には筺体の基板配置側からシート部材が露出していることが望ましい。但し、熱伝導経路シート１０８上に配置されるものが導電性の場合、熱伝導経路シート１０８との間に絶縁層を設ける等の絶縁処理を施すものとする。筐体１１１への熱伝導経路シート１０８の取り付けは、貼り付け接着、はめ込み、及び筐体１１１の射出成形時における埋め込み等によって行なうことができる。熱伝導経路シート１０８は、電子部品レイアウトに応じて、図９（ａ）〜（ｃ）に示したように異方性高熱伝導材料の高熱伝導方向及び形状、並びに熱伝導等方性の高・低熱伝導材料の形状が組み合わせられ、熱輸送効率の高い熱伝導経路が設けられている。
【００４７】
筺体１１１側での対策となるため、プリント配線基板内部に埋め込んだ場合と同様にアセンブリ時に熱伝導経路シート１０８とプリント配線基板を貼り合わせる手間が不要になる。
【００４８】
また、筺体１１１には、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、電子部品（IC,コンデンサ等）１０９が配置され、電気的配線等がなされるプリント配線基板もしくは熱伝導経路シート１０８が埋め込まれた多層プリント配線基板をアセンブリ時に配置することができる。そのため、図１１（ｂ）のように、本実施形態を実施形態１で示した熱伝導経路シート１０８が埋め込まれた多層プリント配線基板と併用することにより、熱の拡散効率をさらに高めることができる。また、多層プリント配線基板中の熱伝導経路シートと筺体１１１中の熱伝導経路シートとをサーマルビアによって接続することにより、筺体１１１側の熱伝導経路シートをさらに効果的に用いることができる。
【００４９】
（実施形態３）
図１２（ａ）、（ｂ）に、本発明の一実施形態に係る電子部品（IC,コンデンサ等）１０９、ヒートシンク１０４又はファン等の冷却装置が配置され、電気的配線等がなされるプリント配線基板に熱伝導経路シート１０８を何らかの方法（接着テープ、シリコンジェル、グリース等）により貼り付け接着することにより構成された電子部品基板を示す。電子部品基板への熱伝導経路シートの取り付けは、貼り付け接着の他に、既存の他の基板作製技術を用いても行うことができる。但し、熱伝導経路シート１０８を取り付けられる側が導電性の場合、熱伝導経路シート１０８との間に絶縁層を設ける等の絶縁処理を施すものとする。
【００５０】
また、図１２（ｃ）に、本発明の一実施形態に係る電子部品（IC,コンデンサ等）１０９、冷却装置（ヒートシンク、ファン等）１０４等が配置され、電気的配線等がなされる多層プリント配線基板作成工程中において、熱伝導経路シート１０８を基板内部に埋め込むことにより構成された電子部品基板を示す。この場合、熱伝導経路シート１０８の接着を基板作成工程に取り込むことができるので、アセンブリ時に熱伝導経路シート１０８をプリント配線基板に貼り付ける手間が不要になる。
【００５１】
熱伝導経路シート１０８は、電子部品レイアウトに応じて、図９（ａ）〜（ｃ）に示したように異方性高熱伝導材料の高熱伝導方向及び形状、並びに熱伝導等方性の高・低熱伝導材料の形状が組み合わせられ、熱輸送効率の高い熱伝導経路が設けられている。
【００５２】
本発明は冷却装置１０４との併用が可能であるので、基板への実装制約等により熱源１０１から冷却装置１０４まで距離があっても、高い放熱効果を維持することができる。また、熱源１０１から放熱部品１０４までの間に熱に弱い部品（センサー等）１１２がある場合にも、放熱効果を保ったままで熱に弱い部品への熱の影響を緩和させることができる。
【００５３】
また、基板に配置される電子部品１０９、ヒートシンク１０４等の冷却装置の個数、及びそれらのレイアウトに応じて熱伝導経路を容易に作製することができるので、任意の場所への熱の集約が可能である。
【００５４】
（実施形態４）
図１３（ａ）、（ｂ）に、本発明の一実施形態に係る筺体の射出成形工程中において、熱伝導経路シート１０８を筺体内部に埋め込む（理想的には筺体の基板配置側からシート材が露出）ことにより構成される電子部品筺体を示す。図１３（ａ）、（ｂ）には、便宜上、筺体１１１の底面のみを実線で描いたが、筺体１１１は配線基板を格納できる実線と点線で表される形状を有しており、かつ底面以外の面も底面と同様に厚みを有している。実施形態２と同様に、筐体１１１への熱伝導経路シート１０８の取り付けは、貼り付け接着、はめ込み、及び筐体１１１の射出成形時における埋め込み等によって行なうことができる。但し、熱伝導経路シート１０８上に配置されるものが導電性の場合、熱伝導経路シート１０８との間に絶縁層を設ける等の絶縁処理を施すものとする。筺体１１１側での対策となるため、基板内部に埋め込んだ場合と同様にアセンブリ時に熱伝導経路シート１０８とプリント配線基板を貼り合わせる手間が不要である。
【００５５】
熱伝導経路シート１０８は、電子部品レイアウトに応じて、図９（ａ）〜（ｃ）に示したように異方性高熱伝導材料の高熱伝導方向及び形状、並びに熱伝導等方性の高・低熱伝導材料の形状が組み合わせられ、熱輸送効率の高い熱伝導経路が設けられている。
【００５６】
本実施形態はヒートシンク１０４等の冷却装置との併用が可能であるので、プリント配線基板への実装制約等により熱源１０１から冷却装置まで距離があっても、効率良く放熱することができる。また、熱源１０１から冷却装置までの間に熱に弱い部品（センサー等）１１２がある場合にも、放熱効率を下げることなく熱に弱い部品への熱の影響を緩和させることができる。
【００５７】
また、基板に配置される電子部品１０９、冷却装置の個数、及びそれらのレイアウトに応じて熱伝導経路を容易に作製することができるので、任意の場所への熱の集約が可能である。
【００５８】
筺体１１１には、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、電子部品（IC,コンデンサ等）が配置され、電気的配線等がなされるプリント配線基板もしくは熱伝導経路シート１０８が埋め込まれた多層プリント配線基板をアセンブリ時に配置することができる。そのため、図１１（ｂ）のように、本実施形態を実施形態３で示した熱伝導経路シート１０８が埋め込まれた多層プリント配線基板と併用することにより、熱拡散効率をさらに高めることができる。
【００５９】
ここまで実施形態１〜４において、基板や筺体に熱伝導経路シートが取り付けられたものについて説明してきたが、本発明の実施形態は、導電部及び絶縁部からなる放熱対策を必要とする部材に熱伝導経路シートが取り付けられたものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】（ａ）はＡｌ−ＣＦ複合材料の概念図であり、（ｂ）はＡｌ−ＣＦ複合材料の繊維垂直断面の電子顕微鏡写真であり、（ｃ）はＡｌ−ＣＦ複合材料の外観写真である。
【図２】（ａ）は等方性高熱伝導材料である板状のアルミニウム（Aｌ）における放熱、熱の拡散・輸送の様子を示す図であり、（ｂ）は等方性高熱伝導材料及び異方性高熱伝導材料を組み合わせた熱伝導経路シートにおける放熱、熱の拡散・輸送の様子を示す図である。
【図３】（ａ）は異方性高熱伝導材料を組み合わせた熱伝導経路シートに熱源と冷却装置を配置して風を送り冷却を行なうシステムを示す図であり、（ｂ）は等方性高熱伝導材料（Ａｌ）のみのシート、及び異方性高熱伝導材料（Ａｌ−ＣＦ複合材料）を組み合わせた熱伝導経路シートにおける熱源温度と長さｄとの関係を示す図である。
【図４】シミュレーション３で用いる１６分割された熱伝導経路シートを示す図である。
【図５】全ブロックに等方性高熱伝導材料を用いた場合の熱伝導の様子を示す図である。
【図６】中心部に低熱伝導材料を用い、その周囲に等方性高熱伝導材料を用いた場合の熱伝導の様子を示す図である。
【図７】等方性高熱伝導材料及び異方性熱伝導材料を組み合わせた場合の熱伝導の様子を示す図である。
【図８】シミュレーション３の結果を示すグラフである。
【図９】（ａ）は異方性高熱伝導材料のみを組み合わせた熱伝導経路シートを示す図であり、（ｂ）は異方性高熱伝導材料と等方性高熱伝導材料を組み合わせた熱伝導経路シートを示す図であり、（ｃ）は異方性高熱伝導材料と等方性高熱伝導材料と低熱伝導材料を組み合わせた熱伝導経路シートを示す図である。
【図１０】（ａ）は熱伝導経路シートと電子部品基板が貼り合わされる電子部品基板を示す図であり、（ｂ）は熱伝導経路シートが内部に埋め込まれる電子部品基板を示す図である。
【図１１】（ａ）は電子部品基板と熱伝導経路シートを筺体内部に埋め込むことにより構成された電子部品筺体を示す図であり、（ｂ）は熱伝導経路シートが内部に埋め込まれる基板と熱伝導経路シートを筺体内部に埋め込むことにより構成された電子部品筺体を示す図である。
【図１２】（ａ）は熱伝導経路シートと冷却装置を有する基板が貼り合わされる電子部品基板を示す図であり、（ｂ）は熱伝導経路シートと熱に弱い部品及び冷却装置を有する基板が貼り合わされる電子部品基板を示す図であり、（ｃ）は熱に弱い部品及び冷却装置を有する熱伝導経路シートが内部に埋め込まれる電子部品基板を示す図である。
【図１３】（ａ）は熱に弱い部品及び冷却装置を有する基板と熱伝導経路シートを筺体内部に埋め込むことにより構成された電子部品筺体を示す図であり、（ｂ）は熱に弱い部品及び冷却装置を有する熱伝導経路シートが内部に埋め込まれる基板と熱伝導経路シートを筺体内部に埋め込むことにより構成された電子部品筺体を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０１ 熱源
１０２ 等方性高熱伝導材料
１０３、１０３ａ〜１０３ｃ 異方性高熱伝導材料
１０４ ヒートシンク
１０５ ファン
１０６ グリル
１０７ 低熱伝導材料
１０８、１０８ａ〜１０８ｃ 熱伝導経路シート
１０９ 半導体装置
１１０ 回路配線層
１１１ 筐体
１１２ 熱に弱い部品
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品基板及び電子部品筺体に関し、より詳細には、熱伝導率異方性の高熱伝導材料を組み合わせた熱伝導経路シートを備えた熱伝導経路プレート、電子部品基板及び電子部品筺体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器は高集積化により、発熱が問題となるケースがますます増加し、これらに対応すべく、様々な熱設計、熱対策技術がとられている。
【０００３】
熱設計において、熱源からの放熱経路を考えると伝導・対流・輻射に大別される。最も一般的に行われている熱対策の1つは対流熱伝達を利用した空冷であるが、ファンを用いる場合には、騒音、ファン設置のための空間、軽量化等の面で利用できない場面も少なくない。また、輻射はファンを用いる空冷に対して騒音面で優位であるが、温度差と表面積がある程度以上ないと顕著な効果を生まない。そこで、近年の電子機器の静音化・小型化において非常に有効とされるのは、高い熱伝導率を有する材料による熱の拡散・輸送の効果を利用するものである。
【０００４】
熱拡散や熱輸送を期待した高熱伝導材料では、一般的に等方性の熱伝導率を有する金属材料のアルミニウムや銅が使用されている。それでも熱伝導率が足りない場合は、液体と熱交換する流体による熱輸送、高い熱伝導率を持ったグラファイトシート、相変化を利用したヒートパイプまたはベーパーチャンバ等蒸発型の伝熱モジュールが用いられている。
【０００５】
電子機器において熱対策が求められる代表的な箇所の１つに半導体装置を含む多層配線基板がある。このような配線基板の熱対策には、メタルコア基板（特許文献１参照）やサーマルビア（特許文献２参照）等も用いられている。
【０００６】
この多層配線基板は、樹脂基板あるいはメタル基板をコア基板とし、コア基板の両面にビルドアップ法によって配線層を積層して形成することができる。ビルドアップ法によれば、配線層間を電気的に絶縁する電気的絶縁層を形成し、めっき等により電気的絶縁層の表面及びビア穴の内面に導体層を形成する。その後、導体層を所定のパターンにエッチングして配線パターン及びビアを形成し、層間で配線パターンを電気的に接続して多層配線基板を得ることができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１７３２９０号公報
【特許文献２】特許第３８１７４５３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、小型・高集積化が進む多層配線基板等の半導体装置が実装された基板に対して、従来の放熱部品を用いた冷却装置では以下のような課題ある。
【０００９】
ヒートパイプでは、構造上、基板への固定に工数がかかる上、一般的なヒートパイプの直径は約5mm以上なので、基板に溝を作成してヒートパイプを埋め込んでも基板の厚さが大幅に増加するという課題がある。さらに、配置自由度が低く、小型化が困難であるという課題がある。すなわち、熱媒体である作動液の移動方向が重力方向の制約を受けるため、重力方向の変化が予想される携帯端末等への使用は困難であるという課題がある。そのため、携帯電話等の小型・高密度の実装が求められる機器へヒートパイプを適用するのは難しい。
【００１０】
メタルコア基板では、熱伝導率も十分ではないが、伝熱過程での等方的な熱の放出・拡散等から、熱源周辺の電子部品に影響が及び易いという課題がある。また、低熱伝導材料を用いて特定部位への伝熱を抑えると熱輸送効率が低下し、十分な放熱効果が得られなくなる場合がある。
【００１１】
また、サーマルビアは基板の厚さ方向の熱輸送効果は有するが、基板の面内方向の熱輸送にはほとんど寄与しない。
【００１２】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、面内異方性高熱伝導率を有する高熱伝導材料を用いて、任意の熱伝導経路において効率的に熱を拡散、輸送、集約して放熱することを可能にする熱伝導経路プレート、電子部品基板及び電子部品筺体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、熱伝導経路プレートにおいて、導電部及び絶縁部からなる部材と、面内熱伝導異方性を有する異方性高熱伝導材料がレイアウト的に配置され、前記部材から伝播してくる熱を所定の経路に沿って拡散、輸送、集約するように前記異方性高熱伝導材料が組み合わされた熱伝導経路シートとを備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱伝導経路プレートにおいて、前記熱伝導経路シートは、前記部材の所定の場所に熱を伝播させ難くするように低熱伝導材料が組み合わされていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、電子部品基板において、電子部品を実装可能な基板と、 面内熱伝導異方性を有する異方性高熱伝導材料がレイアウト的に配置され、前記基板から伝播してくる熱を所定の経路に沿って拡散、輸送、集約するように前記異方性高熱伝導材料が組み合わされた熱伝導経路シートとを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電子部品基板において、前記熱伝導経路シートは、前記基板と張り合わせ接合されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の電子部品基板において、前記熱伝導経路シートは、前記基板の内部に埋め込まれていることを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、電子部品筐体において、電子部品を実装可能な基板を設置するための筐体と、面内熱伝導異方性を有する異方性高熱伝導材料がレイアウト的に配置され、前記基板から伝播してくる熱を所定の経路に沿って拡散、輸送、集約するように前記異方性高熱伝導材料が組み合わされた熱伝導経路シートとを備えたことを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の電子部品基板において、前記熱伝導経路シートは、前記筺体と張り合わせ接合されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の電子部品基板において、前記熱伝導経路シートは、前記筺体の内部に埋め込まれていることを特徴とする。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、請求項６乃至８のいずれかに記載の電子部品筺体において、前記熱伝導経路シートは、前記基板と接することが可能なように前記筐体から露出していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、異方性高熱伝導率を有する高熱伝導材料をレイアウト的に組み合わせた熱伝導経路シートを部材、基板、筺体を用いることにより、僅かな厚みの変化だけで、任意の熱伝導経路から効率的に熱を拡散、輸送、集約して放熱させることを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２４】
本発明の実施形態に使用可能な異方性高熱伝導材料の一例として炭素繊維複合材料（以下、Ａｌ−ＣＦ複合材料）の熱伝導率を表１、概念図を図1（ａ）、繊維垂直断面の電子顕微鏡写真を図１（ｂ）、外観写真を図１（ｃ）に示す。このＡｌ−ＣＦ複合材料は、炭素繊維が一方向に整列した構造を呈しており、繊維方向にのみ著しく高い熱伝導率を示す。熱伝導率は繊維方向で700W/mKを達成している。
【００２５】
【表１】
【００２６】
ここで説明した異方性高熱伝導材料は一例であり、本発明では上記Ａｌ−ＣＦ複合材料の他に様々な異方性高熱伝導材料を用いることが可能である。
【００２７】
異方性高熱伝導材料及び等方性高熱伝導材料との組み合わせを採用した場合の面内の熱伝導率のシミュレーションを行い、放熱効果の検証を行なった。以下に示すシミュレーション結果は、電子機器熱流体解析ソフトIcepak及び流体回路網法ソフトQfinを使用して導出したものである。
【００２８】
（シミュレーション１）
図２（ａ）に板状のアルミニウム（Aｌ）である等方性高熱伝導材料１０２のみのシートにおける熱の拡散・輸送の様子を示し、図２（ｂ）に、等方性高熱伝導材料１０２及び図１（ａ）〜（ｃ）において示した異方性高熱伝導材料１０３を組み合わせたシートにおける熱の拡散・輸送の様子を示す。それぞれ丸の位置に熱源１０１を配置し、図２（ｂ）のシートは高熱伝導率方向がＸ軸方向である異方性熱伝導材料１０３ａとＹ軸方向である異方性熱伝導材料１０３ｂとを組み合わせてQfinにて解析を行った。その結果、図２（ａ）の等方性高熱伝導材料１０２のみよりも、図２（ｂ）のように異方性高熱伝導材料１０３を組み合わせたシートの方が効率よく熱が拡散し、輸送され、熱源１０１付近の温度が低くなった。このことから、異方性高熱伝導材料１０３を組み合わせた方が効率的な熱の拡散・輸送による放熱効果が大きいことが分かった。
【００２９】
（シミュレーション２）
次に、異方性高熱伝導材料１０３の組み合わせの最適化を図るため、図３（ａ）に示すように異方性高熱伝導材料１０３を組み合わせたシートに熱源１０１とヒートシンク１０４を配置し、風を送って冷却を行なうシステムを想定し、その放熱効果をIcepakにて解析した。熱源１０１が接触する異方性高熱伝導材料１０３ａの高熱伝導率方向は、熱源１０１からヒートシンク１０４に向かう方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）とし、異方性高熱伝導材料１０３ａのＹ軸方向の長さをｄとする。ヒートシンク１０４が設置され、異方性高熱伝導材料１０３ａと接続された異方性高熱伝導材料１０３ｂの高熱伝導率方向は、Ｙ軸方向とする。
【００３０】
図３（ｂ）に、シートを全て等方性高熱伝導材料（Ａｌ）にした場合と異方性高熱伝導材料（Ａｌ−ＣＦ複合材料）を組み合わせて構成した場合の熱源１０１の温度と異方性高熱伝導材料１０３ａのＹ軸方向の長さｄとの関係を示す。このシミュレーション結果から、異方性高熱伝導材料（Ａｌ−ＣＦ複合材料）の組み合わせにおいて長さｄを制御することにより、風速（Ｖ）を５倍にした等方性高熱伝導材料（Ａｌ）よりも効率的な放熱効果を得ることができることが確認できた。
【００３１】
（シミュレーション３）
次に、シート上に熱源１０１とヒートシンク１０４を配置し、ヒートシンク１０４が配置された側の筺体にはファン１０５を設置し、反対側には外部から空気を取り込むためのグリル１０６を設置したモデルについてシミュレーションを行った。図４に示すように、本シミュレーションではシートを１６等分し、等方性高熱伝導材料、異方性高熱伝導材料、低熱伝導材料のブロックを１６個組み合わせた。熱源１０１はブロック１１、ヒートシンク１０４はブロック４４に配置した。
【００３２】
ここで具体的に以下の３つの場合についてシミュレーションを行った。
ケース１：等方性高熱伝導材料のみを用いた場合
図５に、全ブロックに等方性高熱伝導材料を用いた場合の熱伝導の様子を示す。この場合、ヒートシンク１０４付近よりも熱に弱い部品が配置されている中心部の温度の方が高くなっている。
ケース２：等方性高熱伝導材料及び中心部に低熱伝導材料を用いた場合
次に、熱源１０１とヒートシンク１０４との間、すなわちブロック２２、２３、３２、３３のいずれかに、熱に弱い部品が配置される場合を想定してブロックの組み合わせを行った。すなわち、中心部ブロック２２、２３、３２、３３には熱が伝播し難い低熱伝導材料を用い、その他のブロックは等方性高熱伝導材料を用いた場合について計算を行った。その結果を図６に示す。ここで、熱源１０１付近と中心部付近の色が共に濃くなっているが、熱源１０１付近は４５℃程度の高温であることを示し、中心部付近は２８℃程度の低温であることを示している。この場合、中心部の温度上昇は抑えられたが、熱源１０１からの熱の拡散・輸送が阻害され、熱源１０１の温度が上昇した。
ケース３：異方性高熱伝導材料、等方性高熱伝導材料、及び中心部に低熱伝導材料を組み合わせた場合
そこで、熱が基板の周囲を効率よく伝播するように、異方性熱伝導材料を組み合わせた場合についてシミュレーションを行なった。すなわち、ブロック１１、１４，４１、４４に等方性高熱伝導材料を配置し、ブロック２２、２３、３２、３３に低熱伝導材料を配置し、ブロック２１、３１、２４、３４にＹ軸方向の熱伝導率が高くなるように異方性高熱伝導材料を配置し、ブロック１２、１３、４２、４３にＸ軸方向の熱伝導率が高くなるように異方性熱伝導材料を配置した。この結果を図７に示す。このように熱伝導経路が制限された状況においても、効率良く熱の輸送がなされるため、中心部の温度とともに熱源１０１の温度上昇も抑えることができている。
【００３３】
以上３つのケースについてのシミュレーション結果をまとめたものを、下記表２及び図８に示す。異方性高熱伝導材料を用いたケース３の構成は、熱源温度、中心部温度共に最も低く抑えられていることが確認できた。
【００３４】
【表２】
【００３５】
このように、熱伝導率の異方性を積極的に利用し、熱輸送経路を制御することによって効率的に熱を拡散・輸送させ、放熱することができる。
【００３６】
次に、図９（ａ）〜（ｃ）に、熱伝達経路付き熱伝導経路シートの例を示す。
【００３７】
図９（ａ）は、面内異方性高熱伝導率を有する板状の異方性高熱伝導材料１０３を任意の数組み合わせることにより所定の経路に熱を誘導可能なように構成された熱伝達経路付き熱伝導経路シート１０８ａである。
【００３８】
図９（ｂ）は、面内異方性高熱伝導率を有する板状の異方性高熱伝導材料１０３を任意の数組み合わせ、かつ等方性高熱伝導材料１０２（Al , Cu等）と組み合わされることにより構成された熱伝達経路付き熱伝導経路シート１０８ｂである。この熱伝導経路シート１０８ｂは、異方性高熱伝導材料１０３で構成された経路に熱を誘導することができる。中央に配置された等方性高熱伝導材料１０２は、周囲の高熱伝導率方向の異なるどの異方性高熱伝導材料１０３とも同じように熱的に接続するので、異方性高熱伝導材料１０３に囲まれた領域に効率良く熱を拡散・輸送させることができる。
【００３９】
また、高熱伝導率方向が異なる複数の異方性高熱伝導材料１０３を接続するとき、等方性高熱伝導材料を介して接続することによって熱伝導効率の高い接続となる。この他に、熱伝導効率の高い接続方法として、接続した際に異方性高熱伝導材料１０３の高熱伝導率方向が互いに直交しないよう、高熱伝導率方向と接続面との角度を調整して接続する方法がある。図９（ｂ）では、高熱伝導率方向が直交した２つの異方性高熱伝導材料１０３ａ、１０３ｂの間に、これら異方性高熱伝導材料１０３ａ、１０３ｂとの各接続面に対して高熱伝導率方向が４５度になるように成形された異方性高熱伝導材料１０３ｃを配置している。
【００４０】
図９（ｃ）は、面内異方性高熱伝導率を有する板状の異方性高熱伝導材料１０３を任意の数組み合わせ、かつ等方性高熱伝導材料１０２（Al , Cu等）と低熱伝導材料１０７（FR4等）と組み合わされることにより構成された熱伝達経路付き熱伝導経路シート１０８ｃである。この熱伝導経路シート１０８ｃは、異方性高熱伝導材料１０３で構成された経路で効率良く熱を輸送し、放熱するので、熱の上昇を抑えたい場所に対して低熱伝導材料１０７を用いても、一部に熱が停滞するようなことがない。また、熱伝導効率の高い接続とするため、図９（ｃ）の異方性高熱伝導材料１０３ａ、１０３ｂは、接続面が高熱伝導率方向に対して４５度になるように成形されており、高熱伝導率方向が互いに直交しないよう、高熱伝導率方向と接続面との角度を調整して接続されている。
【００４１】
これらの熱伝導経路シートは、効率的な熱の拡散・輸送・集約と任意の領域の温度上昇の抑制を両立することができる。
【００４２】
ここでは異方性高熱伝導材料１０３、等方性高熱伝導材料１０２、低熱伝導材料１０７の組み合わせの一部を示したが、本実施形態はこれらの組み合わせに限定されるものではなく、任意の組み合わせが可能である。
【００４３】
（実施形態１）
図１０（ａ）に、本発明の一実施形態である異方性高熱伝導材料を組み合わせた熱伝導経路シートと電子部品基板を貼り合わせることによって構成される電子部品基板を示す。本実施形態は、電子部品（IC,コンデンサ等）が配置され、電気的配線等がなされたプリント配線基板に、熱伝導経路シート１０８を何らかの方法（接着テープ、シリコンジェル、グリース等）により貼り付け接着することにより構成することができる。電子部品基板への熱伝導経路シートの取り付けは、貼り付け接着の他に、既存の他の基板作製技術を用いても行うことができる。但し、熱伝導経路シート１０８を取り付けられる側が導電性の場合、熱伝導経路シート１０８との間に絶縁層を設ける等の絶縁処理を施すものとする。熱伝導経路シート１０８は、電子部品レイアウトに応じて、図９（ａ）〜（ｃ）に示したように異方性高熱伝導材料の高熱伝導率方向及び形状、並びに熱伝導等方性の高・低熱伝導材料の形状が組み合わせられ、熱輸送効率の高い熱伝導経路が設けられている。
【００４４】
また、本実施形態は、図１０（ｂ）に示すように、電気的配線等がなされる多層プリント配線基板作成工程中に熱伝導経路シート１０８を基板内部に埋め込むことによって作製することができる。このように、熱伝導経路シート１０８の接着を基板作成工程に取り込むことにより、アセンブリ時に熱伝導経路シート１０８とプリント配線基板を貼り合わせる必要をなくすことができる。
【００４５】
このように、本実施形態は厚みが僅かに増加するだけなので、プリント配線基板への実装制約により放熱部品（ヒートシンク・ファン等）が使用できない場合にも、容易に熱伝導経路を設定することができ、熱の効率的な拡散・輸送を可能とする。
【００４６】
（実施形態２）
図１１（ａ）、（ｂ）に、本発明の一実施形態に係る熱伝導経路シート１０８を筺体１１１内部に埋め込むことにより構成される電子部品筺体を示す。図１１（ａ）、（ｂ）には、便宜上、筺体１１１の底面のみを実線で描いたが、筺体１１１は配線基板を格納できる実線と点線で表される形状を有しており、かつ底面以外の面も底面と同様に厚みを有している。このとき、理想的には筺体の基板配置側からシート部材が露出していることが望ましい。但し、熱伝導経路シート１０８上に配置されるものが導電性の場合、熱伝導経路シート１０８との間に絶縁層を設ける等の絶縁処理を施すものとする。筐体１１１への熱伝導経路シート１０８の取り付けは、貼り付け接着、はめ込み、及び筐体１１１の射出成形時における埋め込み等によって行なうことができる。熱伝導経路シート１０８は、電子部品レイアウトに応じて、図９（ａ）〜（ｃ）に示したように異方性高熱伝導材料の高熱伝導方向及び形状、並びに熱伝導等方性の高・低熱伝導材料の形状が組み合わせられ、熱輸送効率の高い熱伝導経路が設けられている。
【００４７】
筺体１１１側での対策となるため、プリント配線基板内部に埋め込んだ場合と同様にアセンブリ時に熱伝導経路シート１０８とプリント配線基板を貼り合わせる手間が不要になる。
【００４８】
また、筺体１１１には、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、電子部品（IC,コンデンサ等）１０９が配置され、電気的配線等がなされるプリント配線基板もしくは熱伝導経路シート１０８が埋め込まれた多層プリント配線基板をアセンブリ時に配置することができる。そのため、図１１（ｂ）のように、本実施形態を実施形態１で示した熱伝導経路シート１０８が埋め込まれた多層プリント配線基板と併用することにより、熱の拡散効率をさらに高めることができる。また、多層プリント配線基板中の熱伝導経路シートと筺体１１１中の熱伝導経路シートとをサーマルビアによって接続することにより、筺体１１１側の熱伝導経路シートをさらに効果的に用いることができる。
【００４９】
（実施形態３）
図１２（ａ）、（ｂ）に、本発明の一実施形態に係る電子部品（IC,コンデンサ等）１０９、ヒートシンク１０４又はファン等の冷却装置が配置され、電気的配線等がなされるプリント配線基板に熱伝導経路シート１０８を何らかの方法（接着テープ、シリコンジェル、グリース等）により貼り付け接着することにより構成された電子部品基板を示す。電子部品基板への熱伝導経路シートの取り付けは、貼り付け接着の他に、既存の他の基板作製技術を用いても行うことができる。但し、熱伝導経路シート１０８を取り付けられる側が導電性の場合、熱伝導経路シート１０８との間に絶縁層を設ける等の絶縁処理を施すものとする。
【００５０】
また、図１２（ｃ）に、本発明の一実施形態に係る電子部品（IC,コンデンサ等）１０９、冷却装置（ヒートシンク、ファン等）１０４等が配置され、電気的配線等がなされる多層プリント配線基板作成工程中において、熱伝導経路シート１０８を基板内部に埋め込むことにより構成された電子部品基板を示す。この場合、熱伝導経路シート１０８の接着を基板作成工程に取り込むことができるので、アセンブリ時に熱伝導経路シート１０８をプリント配線基板に貼り付ける手間が不要になる。
【００５１】
熱伝導経路シート１０８は、電子部品レイアウトに応じて、図９（ａ）〜（ｃ）に示したように異方性高熱伝導材料の高熱伝導方向及び形状、並びに熱伝導等方性の高・低熱伝導材料の形状が組み合わせられ、熱輸送効率の高い熱伝導経路が設けられている。
【００５２】
本発明は冷却装置１０４との併用が可能であるので、基板への実装制約等により熱源１０１から冷却装置１０４まで距離があっても、高い放熱効果を維持することができる。また、熱源１０１から放熱部品１０４までの間に熱に弱い部品（センサー等）１１２がある場合にも、放熱効果を保ったままで熱に弱い部品への熱の影響を緩和させることができる。
【００５３】
また、基板に配置される電子部品１０９、ヒートシンク１０４等の冷却装置の個数、及びそれらのレイアウトに応じて熱伝導経路を容易に作製することができるので、任意の場所への熱の集約が可能である。
【００５４】
（実施形態４）
図１３（ａ）、（ｂ）に、本発明の一実施形態に係る筺体の射出成形工程中において、熱伝導経路シート１０８を筺体内部に埋め込む（理想的には筺体の基板配置側からシート材が露出）ことにより構成される電子部品筺体を示す。図１３（ａ）、（ｂ）には、便宜上、筺体１１１の底面のみを実線で描いたが、筺体１１１は配線基板を格納できる実線と点線で表される形状を有しており、かつ底面以外の面も底面と同様に厚みを有している。実施形態２と同様に、筐体１１１への熱伝導経路シート１０８の取り付けは、貼り付け接着、はめ込み、及び筐体１１１の射出成形時における埋め込み等によって行なうことができる。但し、熱伝導経路シート１０８上に配置されるものが導電性の場合、熱伝導経路シート１０８との間に絶縁層を設ける等の絶縁処理を施すものとする。筺体１１１側での対策となるため、基板内部に埋め込んだ場合と同様にアセンブリ時に熱伝導経路シート１０８とプリント配線基板を貼り合わせる手間が不要である。
【００５５】
熱伝導経路シート１０８は、電子部品レイアウトに応じて、図９（ａ）〜（ｃ）に示したように異方性高熱伝導材料の高熱伝導方向及び形状、並びに熱伝導等方性の高・低熱伝導材料の形状が組み合わせられ、熱輸送効率の高い熱伝導経路が設けられている。
【００５６】
本実施形態はヒートシンク１０４等の冷却装置との併用が可能であるので、プリント配線基板への実装制約等により熱源１０１から冷却装置まで距離があっても、効率良く放熱することができる。また、熱源１０１から冷却装置までの間に熱に弱い部品（センサー等）１１２がある場合にも、放熱効率を下げることなく熱に弱い部品への熱の影響を緩和させることができる。
【００５７】
また、基板に配置される電子部品１０９、冷却装置の個数、及びそれらのレイアウトに応じて熱伝導経路を容易に作製することができるので、任意の場所への熱の集約が可能である。
【００５８】
筺体１１１には、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、電子部品（IC,コンデンサ等）が配置され、電気的配線等がなされるプリント配線基板もしくは熱伝導経路シート１０８が埋め込まれた多層プリント配線基板をアセンブリ時に配置することができる。そのため、図１１（ｂ）のように、本実施形態を実施形態３で示した熱伝導経路シート１０８が埋め込まれた多層プリント配線基板と併用することにより、熱拡散効率をさらに高めることができる。
【００５９】
ここまで実施形態１〜４において、基板や筺体に熱伝導経路シートが取り付けられたものについて説明してきたが、本発明の実施形態は、導電部及び絶縁部からなる放熱対策を必要とする部材に熱伝導経路シートが取り付けられたものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】（ａ）はＡｌ−ＣＦ複合材料の概念図であり、（ｂ）はＡｌ−ＣＦ複合材料の繊維垂直断面の電子顕微鏡写真であり、（ｃ）はＡｌ−ＣＦ複合材料の外観写真である。
【図２】（ａ）は等方性高熱伝導材料である板状のアルミニウム（Aｌ）における放熱、熱の拡散・輸送の様子を示す図であり、（ｂ）は等方性高熱伝導材料及び異方性高熱伝導材料を組み合わせた熱伝導経路シートにおける放熱、熱の拡散・輸送の様子を示す図である。
【図３】（ａ）は異方性高熱伝導材料を組み合わせた熱伝導経路シートに熱源と冷却装置を配置して風を送り冷却を行なうシステムを示す図であり、（ｂ）は等方性高熱伝導材料（Ａｌ）のみのシート、及び異方性高熱伝導材料（Ａｌ−ＣＦ複合材料）を組み合わせた熱伝導経路シートにおける熱源温度と長さｄとの関係を示す図である。
【図４】シミュレーション３で用いる１６分割された熱伝導経路シートを示す図である。
【図５】全ブロックに等方性高熱伝導材料を用いた場合の熱伝導の様子を示す図である。
【図６】中心部に低熱伝導材料を用い、その周囲に等方性高熱伝導材料を用いた場合の熱伝導の様子を示す図である。
【図７】等方性高熱伝導材料及び異方性熱伝導材料を組み合わせた場合の熱伝導の様子を示す図である。
【図８】シミュレーション３の結果を示すグラフである。
【図９】（ａ）は異方性高熱伝導材料のみを組み合わせた熱伝導経路シートを示す図であり、（ｂ）は異方性高熱伝導材料と等方性高熱伝導材料を組み合わせた熱伝導経路シートを示す図であり、（ｃ）は異方性高熱伝導材料と等方性高熱伝導材料と低熱伝導材料を組み合わせた熱伝導経路シートを示す図である。
【図１０】（ａ）は熱伝導経路シートと電子部品基板が貼り合わされる電子部品基板を示す図であり、（ｂ）は熱伝導経路シートが内部に埋め込まれる電子部品基板を示す図である。
【図１１】（ａ）は電子部品基板と熱伝導経路シートを筺体内部に埋め込むことにより構成された電子部品筺体を示す図であり、（ｂ）は熱伝導経路シートが内部に埋め込まれる基板と熱伝導経路シートを筺体内部に埋め込むことにより構成された電子部品筺体を示す図である。
【図１２】（ａ）は熱伝導経路シートと冷却装置を有する基板が貼り合わされる電子部品基板を示す図であり、（ｂ）は熱伝導経路シートと熱に弱い部品及び冷却装置を有する基板が貼り合わされる電子部品基板を示す図であり、（ｃ）は熱に弱い部品及び冷却装置を有する熱伝導経路シートが内部に埋め込まれる電子部品基板を示す図である。
【図１３】（ａ）は熱に弱い部品及び冷却装置を有する基板と熱伝導経路シートを筺体内部に埋め込むことにより構成された電子部品筺体を示す図であり、（ｂ）は熱に弱い部品及び冷却装置を有する熱伝導経路シートが内部に埋め込まれる基板と熱伝導経路シートを筺体内部に埋め込むことにより構成された電子部品筺体を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０１ 熱源
１０２ 等方性高熱伝導材料
１０３、１０３ａ〜１０３ｃ 異方性高熱伝導材料
１０４ ヒートシンク
１０５ ファン
１０６ グリル
１０７ 低熱伝導材料
１０８、１０８ａ〜１０８ｃ 熱伝導経路シート
１０９ 半導体装置
１１０ 回路配線層
１１１ 筐体
１１２ 熱に弱い部品
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電部及び絶縁部からなる部材と、
面内熱伝導異方性を有する異方性高熱伝導材料がレイアウト的に配置され、前記部材から伝播してくる熱を所定の経路に沿って拡散、輸送、集約するように前記異方性高熱伝導材料が組み合わされた熱伝導経路シートと
を備えたことを特徴とする熱伝導経路プレート。
【請求項２】
前記熱伝導経路シートは、前記部材の所定の場所に熱を伝播させ難くするように低熱伝導材料が組み合わされていることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導経路プレート。
【請求項３】
電子部品を実装可能な基板と、
面内熱伝導異方性を有する異方性高熱伝導材料がレイアウト的に配置され、前記基板から伝播してくる熱を所定の経路に沿って拡散、輸送、集約するように前記異方性高熱伝導材料が組み合わされた熱伝導経路シートと
を備えたことを特徴とする電子部品基板。
【請求項４】
前記熱伝導経路シートは、前記基板と張り合わせ接合されていることを特徴とする請求項３に記載の電子部品基板。
【請求項５】
前記熱伝導経路シートは、前記基板の内部に埋め込まれていることを特徴とする請求項３に記載の電子部品基板。
【請求項６】
電子部品を実装可能な基板を設置するための筐体と、
面内熱伝導異方性を有する異方性高熱伝導材料がレイアウト的に配置され、前記基板から伝播してくる熱を所定の経路に沿って拡散、輸送、集約するように前記異方性高熱伝導材料が組み合わされた熱伝導経路シートと
を備えたことを特徴とする電子部品筐体。
【請求項７】
前記熱伝導経路シートは、前記筺体と張り合わせ接合されていることを特徴とする請求項６に記載の電子部品筺体。
【請求項８】
前記熱伝導経路シートは、前記筺体の内部に埋め込まれていることを特徴とする請求項６に記載の電子部品筺体。
【請求項９】
前記熱伝導経路シートは、前記基板と接することが可能なように前記筐体から露出していることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の電子部品筺体。
【請求項１】
導電部及び絶縁部からなる部材と、
面内熱伝導異方性を有する異方性高熱伝導材料がレイアウト的に配置され、前記部材から伝播してくる熱を所定の経路に沿って拡散、輸送、集約するように前記異方性高熱伝導材料が組み合わされた熱伝導経路シートと
を備えたことを特徴とする熱伝導経路プレート。
【請求項２】
前記熱伝導経路シートは、前記部材の所定の場所に熱を伝播させ難くするように低熱伝導材料が組み合わされていることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導経路プレート。
【請求項３】
電子部品を実装可能な基板と、
面内熱伝導異方性を有する異方性高熱伝導材料がレイアウト的に配置され、前記基板から伝播してくる熱を所定の経路に沿って拡散、輸送、集約するように前記異方性高熱伝導材料が組み合わされた熱伝導経路シートと
を備えたことを特徴とする電子部品基板。
【請求項４】
前記熱伝導経路シートは、前記基板と張り合わせ接合されていることを特徴とする請求項３に記載の電子部品基板。
【請求項５】
前記熱伝導経路シートは、前記基板の内部に埋め込まれていることを特徴とする請求項３に記載の電子部品基板。
【請求項６】
電子部品を実装可能な基板を設置するための筐体と、
面内熱伝導異方性を有する異方性高熱伝導材料がレイアウト的に配置され、前記基板から伝播してくる熱を所定の経路に沿って拡散、輸送、集約するように前記異方性高熱伝導材料が組み合わされた熱伝導経路シートと
を備えたことを特徴とする電子部品筐体。
【請求項７】
前記熱伝導経路シートは、前記筺体と張り合わせ接合されていることを特徴とする請求項６に記載の電子部品筺体。
【請求項８】
前記熱伝導経路シートは、前記筺体の内部に埋め込まれていることを特徴とする請求項６に記載の電子部品筺体。
【請求項９】
前記熱伝導経路シートは、前記基板と接することが可能なように前記筐体から露出していることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の電子部品筺体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−１２４３２６（Ｐ２００８−１２４３２６Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０８０６５（Ｐ２００６−３０８０６５）
【出願日】平成１８年１１月１４日（２００６．１１．１４）
【出願人】（５９１２８２２０５）島根県 (122)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１４日（２００６．１１．１４）
【出願人】（５９１２８２２０５）島根県 (122)
【Ｆターム（参考）】
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