CN101785102A - 具有发热部的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有发热部的装置,其中,薄膜(18)具有平坦的第一面(22)和第二面(24),该第二面(24)具有凸部、或凹部、或凸部和凹部的反复图案(26、28),在具有发热部的装置(10)的外表面(16),以使第一面(22)朝向装置(10)的外表面(16)的方式经由粘接材料(20)粘接有薄膜(18)。薄膜(18)是在液晶显示装置中将从光源射出的光向与显示画面垂直的方向聚光的棱镜片。
Description
技术领域
本发明涉及具有发热部的装置。
背景技术
通常,电气设备由于在内部具有电阻元件即发热部件,故而在驱动时产生热量。发热对电气设备的动作特性不造成影响的情况另当别论,在由于发热而使电气设备的动作特性较大变化的情况下,在电气设备上增设散热器。例如,在专利文献1中提出具有包含热传导性粒子的聚合物基座和由从基座突出的多个细长突起构成的聚合物突出部的可挠性吸热器。
专利文献1:(日本)特开2006-513390号公报
但是,在上述可挠性吸热器中,与基座一体形成的细长矩形突出部从基座较大地突出,故而具有难以成形的问题。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种装置,通过简单的结构即可将电气设备等装置的热量有效地向周边环境中释放。
为了实现上述目的,本发明第一方面的具有发热部的装置,其特征在于,在所述装置(10)的外表面(16)粘接有薄膜(18),该薄膜(18)具有平坦的第一面(22)、和第二面(24),所述第二面(24)具有凸部、或凹部、或凸部和凹部的反复图案(26、28),所述薄膜(18)以使所述第一面(22)朝向所述装置(10)的外表面(16)的方式经由粘接材料(20)粘接在所述外表面(16)上。
另外,本发明第二方面的具有发热部的装置,其具有框体(52)和收纳在所述框体(52)中的至少一个发热部(56),其特征在于,所述发热部(56)的至少一部分(60)隔着内部空间(68)与所述框体内面部分(64)相对,在与所述框体内面部分(64)相对的所述发热部(56)的至少一部分(60)、与所述发热部(56)的至少一部分(60)相对的框体内面部分(64)以及位于所述框体内面部分(64)的相反侧且与外部空间(70)相接的框体外面部分(66),经由粘接材料(20)粘接具有第一面(22)和第二面(24)的薄膜(18),所述薄膜(18)在与所述空间(68、70)相接的第一面(22)或第二面(24)上具有凸部、或凹部、或凸部和凹部的反复图案(26、28)。
在本发明的上述方面中,理想的是,所述薄膜(18)是在液晶显示装置中将从光源射出的光在与显示画面垂直的方向上聚光的棱镜片。
另外,在本发明的上述方面中,理想的是,所述薄膜(18)和粘接材料(20)满足式1的关系,
〔式1〕
1/(h·Ab)>dg/(λg·Ab)+dp/(λp·Ab)+1/(h·Ap)…(1)
其中,h:热传导率[W/(m2·K)]
Ab:散热面积[m2]
Ap:薄膜与周边环境相接的面积[m2]
dg:粘接材料的厚度[m]
λg:粘接材料的热传导率[W/(m·K)]
dp:薄膜的厚度[m]
λp:薄膜的热传导率[W/(m·K)]。
根据具有上述结构的本发明的装置,通过在装置上粘接薄膜的简单结构即可将装置产生的热量有效地向外部释放。
附图说明
图1(a)、(b)分别是实施例1的电气设备的立体图和局部放大图;
图2(a)、(b)分别是表示比较例1和实施例1的散热模型的图;
图3(a)、(b)是表示凹凸图案的其他方式的立体图,图3(c)是其剖面图;
图4是实施例2的半导体单元的剖面图;
图5是实施例3的背光灯装置的剖面图。
附图标记说明
10:电气设备
12:封装
14:印刷配线基板
16:上表面
18:散热膜
20:粘接材料
22:底面(第一表面)
24:上表面(第二表面)
26:凸条
28:凹条
30:散热模型
32:散热模型
34:周边环境
具体实施方式
以下,参照附图说明本发明的实施方式。
(电子设备的构成)
图1是表示作为本发明的装置之一例的电气设备10。在本实施方式中,电气设备10表示为半导体装置即SOP(Small Outline Package),但是本发明也可适用于其他电气设备。如图所示,电气设备10具有封装12并且安装在印刷配线基板14上。封装12内设有未图示的半导体元件等发热元件,为了将由该发热元件产生的热量有效地向周边环境15释放而在上表面16设有散热部件。
(散热膜)
散热部件具有薄的散热膜18。如将散热膜18的一部分放大表示的图1(b)所示,散热膜18通过粘接材料20粘接在电气设备10的上表面(散热面)16上。散热膜18例如具有20~300μm、理想的是50~150μm的厚度,并且具有与电气设备10相对的底面(第一表面)22和位于电气设备10相反侧的上表面(第二表面)24,在上表面24形成有隔开规定间隔将三角形凸条26和三角形凹条28交替形成的反复图案。
(散热模型)
图2表示没有散热膜的电气设备(从图1的电气设备中除去散热膜后的结构)(比较例1)的散热模型30(图2(a))、和具有散热膜的电气设备(图1的电气设备)(实施例1)的散热模型32(图2(b))。
(比较例1)
比较例1的散热模型中的符号具有以下的意思。
〔表1〕
表1:比较例1(图2(a))的散热模型中的符号说明
记号 | 符号说明 |
Q: | 从电气设备的散热面释放出的热量〔W〕 |
Ta: | 周围环境温度〔W〕 |
Tb: | 电气设备的上表面温度〔W〕 |
Ab: | 散热面的面积〔m2〕 |
Rn: | 热阻〔K/W〕 |
在比较例1的散热模型中,热量Q、热阻Rn由下式2、3表示。另外,下式中,“h”为热传导率(W/(m2·K)),是根据环境条件(例如对流条件)而变化的值。
〔式2〕
Q=h·Ab(Tb-Ta) 〔W〕……(2)
〔式3〕
Rn=(Tb-Ta)/Q
=1/(h·Ab) 〔K/W〕……(3)
实施例1
实施例1的散热模型中的符号具有以下的意思。
〔表2〕
表2:实施例1(图2(b))的散热模型中的符号说明
记号 | 符号说明 |
Q: | 从电气设备的散热面释放出的热量〔W〕 |
Ta: | 周围环境温度〔K〕 |
Tb: | 电气设备的上表面温度〔K〕 |
Tpa: | 散热膜的凹凸面与周围环境的界面温度〔K〕 |
Tpg: | 粘接材料与散热膜的界面温度〔K〕 |
Ab: | 散热面的面积〔m2〕 |
Rpa: | 自散热膜的凹凸面向周围环境的热阻〔K/W〕 |
Rpc: | 散热膜厚度方向的热阻〔K/W〕 |
Rg: | 粘接材料厚度方向的热阻〔K/W〕 |
在实施例1的散热模型中,通过粘接材料而释放出的热量Q、粘接材料的热阻Rg由下式4、5表示。另外,下式中,“λg”为粘接材料的热传导率〔W/(m·K)〕,“dg”是粘接材料的厚度〔m〕。
〔式4〕
Q=(λg·Ab/dg)·(Tb-Tpg) 〔W〕……(4)
〔式5〕
Rg=(Tb-Tpg)/Q=dg/(λg·Ab) 〔K/W〕……(5)
通过散热膜而释放出的热量Q、散热膜的热阻Rpc由下式6、7表示。另外,在下式中,“λp”为散热膜的热传导率〔W/(m·K)〕,“dp”是散热膜的厚度〔m〕。
〔式6〕
Q=(λg·Ab/dp)·(Tpg-Tpa) 〔W〕……(6)
〔式7〕
Rpc=(Tpg-Tpa)/Q=dp/(λg·Ab) 〔K/W〕……(7)
从散热膜的凹凸面通过周边环境36(未图示)而释放出的热量Q、自散热膜的凹凸面向周边环境的热阻Rpa由下式8、9表示。在下式中,“h”为热传导率〔W/(m2·K)〕。
〔式8〕
Q=(h·Ap)·(Tpa-Ta) 〔W〕……(8)
〔式9〕
Rpa=(Tpa-Ta)/Q=1/(h·Ap) 〔K/W〕……(9)
实施例1的散热模型的全热阻Rs〔K/W〕由下式10得出。
〔式10〕
Rs=Rg+Rpc+Rpa 〔K/W〕
=dg/(λg·Ab)+dp/(λp·Ab)+1/(h·Ap) 〔K/W〕……(10)
关于比较例1和实施例1的散热模型,使用式3、10计算热阻。另外,各数值如下。散热膜如图1所示地,假定是交替地设有顶角90度的三角形凸条和三角形凹凸的薄膜。
〔表3〕
表3:各数值
计算的结果表示在以下的表4中。
〔表4〕
表4:热阻的计算值
热阻 | 备注 |
Rn=0.17×(1/Ab)〔K/W〕 | |
Rs=0.12×(1/Ab)〔K/W〕 | Rg=100×10-6(1/Ab)〔K/W〕Rpc=560×10-6(1/Ab)〔K/W〕Rpa=118×10-3(1/Ab)〔K/W〕 |
由计算结果可知,在设有散热膜(以及粘接材料)的电气设备的情况下,由于散热面积的增大,能够将热阻降低到无散热膜的电气设备的约0.7倍。
通过以上说明,由于设有散热膜的电气设备满足以下条件(式11),与无散热膜的电气设备相比,散热率提高。
〔式11〕
1/(h·Ab)>dg/(λg·Ab)+dp/(λp·Ab)+1/(h·Ap)…(11)
其中,h:热传导率〔W/(m2·K)〕
Ab:散热面积〔m2〕
Ap:薄膜与周边环境相接的面积〔m2〕
dg:粘接材料的厚度〔m〕
λg:粘接材料的热传导率〔W/(m·K)〕
dp:薄膜的厚度〔m〕
λp:薄膜的热传导率〔W/(m·K)〕
(散热膜的具体例)
散热膜的材料使用热传导性优良的材料为好,可以是合成树脂或金属。散热膜可以是将塑料片和金属片粘合的复合片、在基材片上外插成形有其他片的膜。作为优选的复合膜,可利用由三菱树脂株式会社提供的商品名“アルセツト”的塑料膜-金属板复合材料。
在散热膜形成的凸部、或凹部、或凸部和凹部的反复图案的形状不限于将三角形的凸条和凹条交替配置的情况,可以是曲面形,也可以将三角形和曲面形组合。凸部和凹部无需连续,可以不连续地存在。此时,各凸部或凹部可以是长方体形状40、42(参照图3(a)、(b))、圆柱形状、棱锥形状、针形状、倒U横截面形状中的任一种。另外,散热膜也可以如图3(c)所示地,在片基材44的表面配置微小球形颗粒46并且由粘合剂48将各颗类46固定在基材44上。
更加理想的散热膜,是在液晶装置的背光灯装置中将从光源射出的光向与显示画面垂直的方向射出的棱镜片。例如,可利用住友3M株式会社(住友スリ一エム株式会社)提供的商品名“亮度上升膜”(ThinBEF系列、BEFII系列、DEF III系列、RBEF系列、波形膜系列(ウエ一ブフイルムシリ一ズ))。BEF II系列、DEF III系列、RBEF系列、波形膜系列在厚度125μm的聚酯膜层之上使用丙烯酸类树脂精密地成形棱形图案(三角形凸条和三角形凹条交替地形成的图案),三角形凸条和凹条的顶点为90度,凸条和凹条的棱形间距为50μm,厚度(从聚酯层的底面到丙烯酸类树脂层的凸状顶上部的距离)为155μm。ThinBEF系列的棱镜片也形成同样的结构,但厚度为62μm,棱形间距为24μm。在BEF II系列、DEF III系列中,凸条峰部和凹条谷部都是尖的,但RBER系列的凸条峰部具有曲面,波形膜系列的凸条峰部和凹条谷部都具有曲面。
由三菱レイヨン株式会社提供的商品名“ダイヤア一ト”的液晶背光灯用棱镜片、由株式会社クラレ提供的商品名“ミニブライト”的液晶背光灯部件也可同样地利用。
(粘接材料)
为了将热阻抑制得较低,粘接材料20尽可能地薄为好。粘接材料例如可利用由日东电工株式会社销售的“极薄双面粘接带No.5601”。而且,该双面粘接带层积有丙烯酸类粘接剂、聚酯膜基材、丙烯酸类粘接剂,故而具有0.01mm的厚度。粘接材料不限于双面粘接带,例如也可以是硅酮膏。
(其他材料)
在电气设备的散热面与散热片之间也可以在平面方向(与厚度方向正交的方向)设有热传导性高的导热片。此时,即使电气设备的发热具有位置上的不均(根据位置的不同而不均匀),但是电气设备的局部高的热量通过导热片而向周围分散,被有效地散热。
实施例2
图4表示作为本发明其他实施例的装置之一例的电气设备或半导体单元50。图示的实施例的半导体单元50具有框体52。框体52可由金属或合成树脂或金属和合成树脂的复合体构成。在框体52的内部设有电气配线基板54,在基板54上连接有一个或多个半导体部件(发热部)56。
在本实施例中,散热膜58不仅粘贴在半导体部件56的外表面60,而且也经由粘接材料(未图示)而分别粘接在与半导体部件56相对的框体壁62的内表面64和外表面66,设于半导体部件56的散热膜58a和设于框体壁62的散热膜58b隔着框体内部的空间68而相对。散热膜58c隔着框体壁62与散热膜58b相对。
根据该半导体单元50,在半导体部件56的内部产生的热量经由散热膜58a向框体内部的空间68释放。向空间68释放的热量经由框体壁62的内侧散热膜58b、框体壁62、外侧散热膜58c而向周边环境70释放。同时,从半导体部件56吸收了热量后的散热膜58a释放电磁波,该电磁波被框体壁62的内侧散热膜58b吸收,由此从散热膜58a向散热膜58b传递热量。被内侧散热膜58b吸收后的热量经由框体壁62、外侧散热膜58c而向周边环境(外部空间70)释放。
这样,根据实施例2的半导体单元50,通过热传导和热辐射两个途径将发热部件的热量有效地向周边环境释放。特别是在本实施例中,不仅在框体外表面66,在半导体单元50的内侧、即框体壁62的内表面64和收纳在框体52中的半导体部件56的外表面60也设有散热膜58,故而框体内部的热量能够更加顺畅地移动,结果,能够将内部的发热部件产生的热量有效地向周边环境释放。
实施例3
图5是作为实施例3的装置之一例的背光灯装置82。背光灯装置82具有框体84和带大开口部(出射面)86的框架88,在这些框体84与框架88之间形成的空间中收纳有导光部90(未图示)和照明用的LED光源(发热部)92,从LED光源92射出的光经由导光部90并经由出射面86而向图中上方放射。框体84和框架88例如由铝等热传导性优良的材料形成为好。
本实施例3的特征结构为,为了将由发热部件即LED光源92产生的热量有效地向周边环境94释放,在框体84的外表面96粘接有散热膜98。具体地,在实施例中,利用散热膜98将安装有LED光源92的壳体侧壁98的外表面100和与其相连的壳体底壁102的外表面104大致整体或其一部分覆盖。
根据这样构成的背光灯装置82,由LED光源92产生的热量从壳体侧壁98向壳体底壁102传递,经由设于各自的外表面100、104的散热膜98而向周边环境94释放。结果,能够使LED光源92的接合温度(ジヤンクシヨン温度:是指半导体零件的芯片接合面的温度,通常表示半导体芯片的温度)有效地降低,并且由此能够向LED光源92供给更多的电流而增加其发光量。
Claims (4)
1.一种具有发热部的装置,其特征在于,在所述装置(10)的外表面(16)粘接有薄膜(18),该薄膜(18)具有平坦的第一面(22)、和第二面(24),所述第二面(24)具有凸部、或凹部、或凸部和凹部的反复图案(26、28),所述薄膜(18)以使所述第一面(22)朝向所述装置(10)的外表面(16)的方式经由粘接材料(20)粘接在所述装置(10)的所述外表面(16)上。
2.一种具有发热部的装置,其具有框体(52)和收纳在所述框体(52)中的至少一个发热部(56),其特征在于,
所述发热部(56)的至少一部分(60)隔着内部空间(68)与框体内面部分(64)相对,
在与所述框体内面部分(64)相对的所述发热部(56)的至少一部分(60)、与所述发热部(56)的至少一部分(60)相对的所述框体内面部分(64)以及位于所述框体内面部分(64)的相反侧且与外部空间(70)相接的框体外面部分(66),经由粘接材料(20)粘接具有第一面(22)和第二面(24)的薄膜(18),
所述薄膜(18)在与所述空间(68、70)相接的第一面(22)或第二面(24)上具有凸部、或凹部、或凸部和凹部的反复图案(26、28)。
3.如权利要求1或2所述的具有发热部的装置,其特征在于,所述薄膜(18)是在液晶显示装置中将从光源射出的光在与显示画面垂直的方向上聚光的棱镜片。
4.如权利要求1或2所述的具有发热部的装置,其特征在于,
所述薄膜(18)和粘接材料(20)满足式1的关系,
〔式1〕
1/(h·Ab)>dg/(λg·Ab)+dp/(λp·Ab)+1/(h·Ap) ...(1)
其中,h:热传导率,单位:W/(m2·K);
Ab:散热面积,单位:m2;
Ap:薄膜与周边环境相接的面积,单位:m2;
dg:粘接材料的厚度,单位:m;
λg:粘接材料的热传导率,单位:W/(m·K);
dp:薄膜的厚度,单位:m;
λp:薄膜的热传导率,单位:W/(m·K)。
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