JP2003110263A - 放熱構造、パッケージ組立体、及び、放熱用シート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】放熱検査の作業を簡素化し、筐体の熱の高排出
性と熱伝導経路の設計の自由度を高くすること。 【解決手段】筐体１６，１７の中で筐体１６，１７に支
持される基板１２に熱的に接合する放熱体３，３’，１
９と、放熱体３と基板１２に接合されているパッケージ
１３との間を熱的に結合するシート４とから構成されて
いる。シート４は、熱伝導性と可撓性を有している。可
撓性が豊かであるシート４は、筐体内に所狭しで配置さ
れている多様な部品配置空間で、可能な限り最短距離的
に熱伝導経路を形成することができる。放熱テストの場
合に限られず、実製品でシートとしてＧＳは効果的であ
る。シート４は、放熱体３，３’に熱的に接合する放熱
部分５と、パッケージに熱的に接合する吸熱部分６と、
放熱部分５と吸熱部分６との間の部分であり屈曲する屈
曲部分７とから形成され、熱伝導経路の設計の自由度が
向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放熱構造、パッケ
ージ組立体、及び、放熱用シートに関し、特に、発熱す
る電子部品を密封し且つ放熱性が優れている放熱構造、
パッケージ組立体、及び、放熱用シートに関する。

【０００２】

【発明の背景の技術】ＩＣ、ＬＳＩのようなパッケージ
を組み込んだ基板は、実運転と同じ熱環境でその検査が
実行される。その検査では、実運転時と同じ放熱構造が
用いられる。放熱構造としては、フィン、ヒートシンク
が知られている。検査のためには、検査前に検査対象の
パッケージを放熱構造に装着し、検査後にそのパッケー
ジを放熱構造から取り外す作業が必要である。手間がか
かるこのような着脱作業の繰り返しは、組立工程と検査
工程の工数の低減の点で問題になっている。このような
作業の途中で、高熱伝導率素材を用いることは、工数の
削減の一助になる。そのような素材として、グラファイ
ト・シート（以下、ＧＳと略称される）が知られてい
る。帯状の熱伝導体は、実開昭５８−１３５９９４号等
で広く知られているが、密閉筐体内の放熱のための帯状
熱伝導体は、知られていない。

【０００３】検査作業を簡素化して組立と検査のための
コストをより一層に削減することが求められる。高熱伝
導率素材を用いて工数を低減することが望まれる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、検査
作業を簡素化して組立と検査のためのコストをより一層
に削減することができる放熱構造、パッケージ組立体、
及び、放熱用シートを提供することにある。本発明の他
の課題は、筐体の熱の高排出性と熱伝導経路の設計の自
由度を高くすることができる放熱構造、パッケージ組立
体、及び、放熱用シートを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が、下記のように表現される。その表現中に現れ
る技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添
記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複
数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実
施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特
に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現さ
れている技術的事項に付せられている参照番号、参照記
号等に一致している。このような参照番号、参照記号
は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の
技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このよ
うな対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の
形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されるこ
とを意味しない。

【０００６】本発明によるパッケージの放熱構造は、ベ
ースと（２）と、ベース（２）に支持されるフィン群
（３）と、電子部品である発熱体（１３）の熱を伝達さ
せるシート（４）とから構成されている。シート（４）
は、熱伝導性と可撓性を有していて、フィン群（３）に
熱的に接合している。発熱体の熱は、シート（４）を伝
達してフィン群に速やかに伝達する。可撓性があるシー
トにより発熱体（１３）をフィン群（３）に熱的に接合
し、放熱テストを簡素に実行することができる。このよ
うなテストは、フィン群（３）と発熱体との相対的位置
を自由に変更することができ、放熱性のテストの自由度
が高い。シートとして熱伝導率が高いＧＳを用いること
は、自然環境下でシートの表面からの放熱量に比較して
熱伝導でフィン群（３）に伝達される伝達熱量の比率が
高いから、そのテストの信頼性が向上する。

【０００７】シート（４）とフィン群（３）の間の空隙
を熱伝導性素材で埋めることは、シートの高熱伝導性を
より効果的に克つようすることができる。ベース（２）
には、発熱体（１３）が嵌まりこむ凹部が形成されてい
ることは、放熱テストの手順を簡素化することができ
る。

【０００８】本発明によるパッケージ組立体は、筐体
（１６，１７）と、筐体（１６，１７）の中で筐体（１
６，１７）に支持される基板（１２）と、筐体（１６，
１７）に熱的に接合する放熱体（１９と図３の状態の
３、又は、３’）と、放熱体（１９）と基板（１２）に
接合されているパッケージ（１３）との間を熱的に結合
するシート（４）とから構成されている。シート（４）
は、熱伝導性と可撓性を有している。可撓性が豊かであ
るシート（４）は、筐体内に所狭しで配置されている多
様な部品配置空間で、可能な限り最短距離的に熱伝導経
路を形成することができる。放熱テストの場合に限られ
ず、実製品でシートとしてＧＳは効果的である。

【０００９】シート（４）は、放熱体（３，３’）に熱
的に接合する放熱部分（５）と、パッケージに熱的に接
合する吸熱部分（６）と、放熱部分（５）と吸熱部分
（６）との間の部分であり屈曲する屈曲部分（７）とか
ら形成されている。このように、熱伝導経路は、筐体の
中で自由に形成され得る。放熱部分（５）と屈曲部分
（６）とが共通部分を有することは設計的に自由であ
る。

【００１０】シート（４）は筐体に挟まれている水密部
分に接して筐体外に出ることは好ましい。放熱体
（３’）はヒートポンプであり、この場合、シート
（４）はヒートポンプ（３’）に熱的に接合する。ヒー
トポンプ（３’）は、シート（４）を介して筐体（１６
又は１７）に接合する。ヒートポンプ（３’）は、冷媒
容器（２７）と、冷媒容器（２７）に封入されている冷
媒（２８）とから形成される。冷媒（２８）はガスと液
体の混合状態で用いられ得る。フィン構造が与えられた
冷媒容器（２７）は、気化した冷媒ガスがフィンの内面
に素早く到達し放熱効率を高くし、この場合、ヒートポ
ンプはヒートパイプの機能を持つことになる。

【００１１】熱的結合体（２，３）が追加されること
は、実製品に近い状態で放熱テストをすることができる
点で好ましい。筐体（１６）には、筐体（１６）の外側
に突出するフィン群が形成され、そのフィン群のフィン
要素（１９）にはそれぞれに外側に凸である凸状凹面群
が内側面として形成され、熱的結合体（２，３）は、外
側に凸であり凸状凹面群の内側面に熱的に接合する突起
群（３）を有している。シート（４）の一端部は熱結合
体（２，３）に熱的に結合し、且つ、シート（４）の他
端部は基板（１２）に結合しているパッケージ（１３）
に熱的に結合している。この場合、突起群（３）は凸状
凹面群に嵌まり込んでいて、着脱自在であり、テストの
手順が簡素可される。このような熱的結合体（２，３）
は、実製品の放熱テストを高信頼度で実行することがで
きる。

【００１２】本発明による放熱用シートは、下記環境条
件：密閉されている筐体の中を通ること、筐体内の電子
的基板に支持され発熱するパッケージに熱的に接合し、
且つ、筐体の外側で筐体に接合する放熱体に熱的に接合
することのもとで使用され、熱伝導性が高く、且つ、可
撓性が豊かである。ＧＳは、筐体内放熱の手段として有
効にその物性が利用される。

【００１３】

【発明の実施の形態】図に対応して、本発明による放熱
構造の実施の形態は、放熱構造が可撓性シートと共に設
けられている。その放熱構造１は、図１（ｂ）に示され
るように、ベース２とフィン群３とから形成されてい
る。フィン群３は、複数のフィン要素３ａ，３ｂ，３ｃ
により形成されている。フィン要素３ａ，３ｂ，３ｃ
は、ベース２の上面に互いに離隔してそれぞれに接合し
ている。フィン要素３ａ，３ｂ，３ｃは、ベース２によ
り近い基部の側でそれらの幅がより広く、ベース２から
遠い側でそれらの幅がより狭く、フィン要素３ａ，３
ｂ，３ｃのそれぞれが先細り形状になるように、両側面
はテーパ面に形成されている。フィン要素３ａ，３ｂ，
３ｃのそれぞれの幅方向は、フィン要素３ａ，３ｂ，３
ｃが並ぶ方向に一致している。

【００１４】可撓性シート４は、フィン群３を覆う放熱
側部分５と、発熱体に熱的に接合する吸熱側部分６と、
放熱側部分５から吸熱側部分６まで連続して延びる屈曲
部分７とから形成されている。放熱側部分５は、フィン
要素３ａ，３ｂ，３ｃが並ぶ方向に適正長さを有して延
びている。屈曲部分７は、吸熱側部分６に概ね直交する
方向に延びている。

【００１５】放熱側部分５の裏面は、フィン要素３ａ，
３ｂ，３ｃのそれぞれの先細り形状形成面（既述のテー
パ面）に沿い、又は、その先細り形状形成面に密着する
ように波状に深く屈曲する凹凸面を形成されている。放
熱側部分５をフィン要素３ａ，３ｂ，３ｃに密着させる
ために、係合具８が用いられる。係合具８は、図１
（ａ）に示されるように、フィン要素３ａ，３ｂ，３ｃ
のそれぞれに位置対応する係合穴９を有している。係合
具８は、更に、ベース２の周辺４箇所に位置対応してそ
の周辺４箇所に着脱自在に係合するフック１１を一体的
に形成している。

【００１６】係合穴９の穴幅は、フィン要素３ａ，３
ｂ，３ｃのそれぞれの基部近傍の既述の幅に概ね等し
い。係合具８は、放熱構造１に向かって適正な圧力で押
し下げられる。フィン要素３ａ，３ｂ，３ｃが係合具８
の係合穴９に挿入されれば、放熱側部分５の波状凹凸部
は、フィン要素３ａ，３ｂ，３ｃの外側面と係合穴９の
内周面とに挟まれて、フィン要素３ａ，３ｂ，３ｃと係
合具８とにより適正な締め付け力で締め付けられる。こ
のような締め付け力と、フック１１とベース２の底面と
の係合の係合力とにより、放熱側部分５がフィン群３に
安定的に結合して、放熱構造１が可撓性シート４に安定
的に結合する。

【００１７】高熱伝導率のグリスが放熱側部分５の裏面
とフィン群３の表面との間の微小空隙に埋められること
は、フィン群３と放熱側部分５との間で熱を高効率に熱
交換することができる点で特に重要である。可撓性シー
ト４は、高熱伝導率の素材が用いられ、既述のＧＳが特
に好適である。ＧＳの熱伝導率は、アルミニウムの３倍
であり、銅の２倍であり、且つ、可撓性に優れている。
係合具８を用いない場合には、熱硬化性の接着剤でフィ
ン群３と放熱側部分５の間が接合され得る。可撓性シー
ト４は、中心層が既述の熱伝導性に関する物性を持ち、
その中心層の両面が熱絶縁性材料で被覆され、全体に可
撓性を失わない複合シートであることは更に好ましい。

【００１８】ベース２は、図２に示されるように、パッ
ケージ取付基板１２に取り付けられる。パッケージ１３
は、パッケージ取付基板１２に実装されている。ベース
２の下面側に、凹部１４（図１参照）が形成されてい
る。パッケージ１３の両側面と上面とで形成される凸面
に寸法的に概ね一致する凹面が形成されている係合治具
１５が用いられる。係合治具１５をパッケージ１３に嵌
め込む際に、パッケージ１３の凸面と係合治具１５の下
側面との間に、可撓性シート４の放熱側部分６が挟み込
まれる。このような挟み込みにより、可撓性シート４は
パッケージ１３に機械的に、且つ、熱的に結合する。ベ
ース２は、パッケージ１３に着脱自在に結合している。
図１に示される状態で放熱テストを実行することは有意
義であるが、後述されるように、実製品のテストにも有
効に用いられる。

【００１９】図３は、パッケージ取付基板１２が放熱構
造１と可撓性シート４とともに実製品の筐体内に組み付
けられた組付状態を示している。その筐体は、上側筐体
１６と下側筐体１７とから構成されている。上側筐体１
６と下側筐体１７とは、それらの鍔部でボルト１８によ
り互いに結合されている。上側筐体１６の天井部は、フ
ィン群に形成されている。そのフィン群の一部の複数の
フィン要素１９には、図４に示されるように、先細り凹
面２１がそれらの下側面に形成されている。上側筐体１
６の裏面側には、先細り凹面２１に連続してベース２の
上面とベース２の周面とが入り込む嵌め込み面２２が形
成されている。

【００２０】放熱構造１が、図２に示されるように、パ
ッケージ取付基板１２に嵌め込まれる。図２に示される
取り付け状態で、検査が行われる。パッケージ１３が発
熱して生じる熱は、可撓性シート４に伝導し可撓性シー
ト４を介して、パッケージ１３から離隔した位置のフィ
ン群３に伝達される。パッケージ１３の熱の一部は、係
合治具１５とベース２とを介してフィン群３に伝導す
る。パッケージ１３の熱を放熱させる放熱構造の放熱性
は、実運転時の放熱性に近い。

【００２１】フィン要素１９の先鋭状凹面又はフィン群
３の凸面に高熱伝導性素材が塗られ、次に、ベース２に
一体的であるフィン群３がフィン要素１９の先鋭状凹面
に差し込まれる。高熱伝導性素材としては、ゴム系樹脂
に配合されてマグネシウム粉末が好適に使用される。フ
ィン群３は、そのようなゴム系樹脂を介してフィン要素
１９に機械的に弾力的に圧着し、且つ、熱的に結合す
る。ベース２に結合している可撓性シート４がベース２
と共にフィン要素１９に差し込まれ、他の基板２３が、
図３に示されるように、支柱２４を介して上側筐体１６
に組み付けられる。他の基板２３には、既に、他のパッ
ケージ２５が取り付けられている。他のパッケージ２５
は、上側筐体１６の天井面に熱的に接合している。次
に、仮運転を終えたパッケージ取付基板１２にシート４
の自由端部側を取り付けて、パッケージ取付基板１２を
支柱２４に取り付ける。最後に、下側筐体１７を上側筐
体１６にねじ止めして結合する。

【００２２】このような全体的組立の後に、実運転検査
が行われる。パッケージ１３の熱は、可撓性シート４を
伝導して、ベース２とベース２のフィン群３とに伝達さ
れる。フィン群３の熱は、フィン要素１９に伝達し、フ
ィン要素１９の表面で大気との間で熱交換する。筐体１
６の全体に拡散する熱は、上側筐体１６に形成されてい
る他のフィン群２６から放散する。

【００２３】可撓性シート４は、厚さは薄いが幅が広
く、フィン要素１９に広い面積で熱的に接合し、パッケ
ージ１３の熱を多量にフィン要素１９に伝達することが
できる。可撓性シート４は、可撓性に富み、筐体の中で
自由に配置され得るから、組立ての邪魔になり難い。図
２に示されるパッケージ１３とパッケージ取付基板１２
とフィン群３との組立構造は、そのままに、図３に示さ
れるように筐体の中に組み込まれるので、パッケージ１
３とフィン群３とを仮検査の度に着脱する必要がなく、
フィン群３は検査用と最終品とで兼用され、検査と組立
の工数が削減される。検査用フィンは、最終品のフィン
の中に嵌まり込み、最終製品はコンパクトにまとまって
いる。可撓性シート４は可撓性があり、パッケージ取付
基板１２の組立の自由性を阻害せず、パッケージ１３の
熱を自由に設定される部位に伝達させることができる。

【００２４】図５は、本発明によるパッケージ組立体の
実施の他の形態を示している。第１パッケージ１３が実
装されている第１基板１２が筐体（上側筐体１６）に取
り付けられ、第２パッケージ２５が実装されている第２
基板２３が筐体（下側筐体１７）に取り付けられている
点は、実施の既述の形態に同じである。可撓性シート４
の吸熱側部分６がパッケージ１３に熱的に広く結合し、
可撓性シート４の放熱側部分５が放熱体に熱的に広く結
合している点は、実施の既述の形態に同じである。実施
の本形態の放熱体は、フィン群３に代えられて、冷却器
３’が用いられている。

【００２５】冷却器３’は、放熱側部分５を介して冷却
器３’の外側表面に熱的に広く接合している。冷却器
３’は、冷媒容器２７を具備している。冷媒容器２７の
中に、冷媒２８が封入されている。冷媒２８として、ガ
ス・液体混合物質が封入されている。そのガス・液体混
合物質は、放熱側部分５に接合する側の容器壁部分から
気化熱を奪って蒸発し、冷媒容器２７の外側表面を有す
る容器壁部分にその熱を伝達する。冷媒容器２７は、一
種のヒートパイプ又はヒートポンプを形成している。冷
媒容器にフィンが形成され、フィンの内面が波状面に形
成されれば、気化した冷媒ガスがフィン内面で液化し
て、そのヒートパイプ又はヒートポンプの機能が強化さ
れる。

【００２６】可撓性シート４の屈曲部分７は、筐体外に
出ている。筐体内の可撓性シート４の長さは、比較的に
短い。上側筐体１６と下側筐体１７の接合面には、パッ
キンリング２９が介設されている。可撓性シート４の一
部は、図６に示されるように、パッキンリング２９と筐
体に挟まれていて、筐体内は水密性が保持されている。
筐体内は密封されているが、シート４の高熱伝導性によ
り、電子部品であるパッケージの熱が速やかに筐体外に
排出される。

【００２７】図７は、本発明によるパッケージ組立体の
実施の更に他の形態をしている。可撓性シート４の屈曲
部分７は、上側筐体１６に開けられているスリット３１
を通され、可撓性シート４の放熱側部分５は冷却器３’
と上側筐体１６の間に密着的に介設されている。可撓性
シート４は、パッケージ１３から最短コースで上側筐体
１６の外側表面の到達している。スリット３１の穴面と
屈曲部分７との間には、適正な充填密閉材料で充填され
密閉されている。上側筐体１６と下側筐体１７の接合面
には、パッキンリング２９が水密に介設されている。パ
ッケージ１３で生じる熱は、可撓性シート４を介して最
短距離（筐体内の最小放熱面積）で筐体外に伝達し、筐
体内の密閉空間の温度上昇が効果的に低く抑えられてい
る。他のフィン群３２が下側筐体１７に設けられること
は、放熱性をよりよくする点で好ましい。実施の本形態
は、放熱性能が向上し、且つ、筐体内の基板、パッケー
ジのレイアウトの自由度が増大している。

【００２８】図８は、本発明によるパッケージ組立体の
実施の更に他の形態を示している。実施の本形態では、
増設フィン３３が増設されている。増設フィン３３は、
上側筐体１６又は下側筐体１７に接合している。可撓性
シート４は、パッキンリング２９に挟まれて筐体外に延
び、増設フィン３３に熱的に広く接合している。実施の
本形態では、放熱側部分５は屈曲部分７に一致してい
る。

【００２９】

【発明の効果】本発明による放熱構造、パッケージ組立
体、及び、放熱用シートは、筐体内の電子部品であるパ
ッケージの熱が速やかに筐体外に排出され、且つ、熱伝
導経路の設計の自由度が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ），（ｂ）は、本発明による放熱構造
の実施の形態の２態様をそれぞれに示す斜軸投影図であ
る。

【図２】図２は、他の態様を示す斜軸投影図である。

【図３】図３は、本発明による放熱構造の実施の他の形
態を示す断面図である。

【図４】図４は、図３の一部を示す断面図である。

【図５】図５は、本発明によるパッケージ組立体の実施
の更に他の形態を示す断面図である。

【図６】図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。

【図７】図７は、本発明によるパッケージ組立体の実施
の更に他の形態を示す断面図である。

【図８】図８は、本発明によるパッケージ組立体の実施
の更に他の形態を示す断面図である。

【符号の説明】

２…ベース ２，３…熱結合体 ３…フィン群 ３’…ヒートポンプ ３，３’…放熱体 ４…シート ５…放熱部分 ６…吸熱部分 ７…屈曲部分 １２…基板 １３…発熱体（パッケージ） １６，１７…筐体 １９…放熱体 ２７…冷媒容器 ２８…冷媒

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベースと、 前記ベースに支持されるフィン群と、 電子部品である発熱体の熱を伝達させるシートとを含
   み、 前記シートは熱伝導性と可撓性を有し、前記フィン群に
   熱的に接合している放熱構造。
2. 【請求項２】前記シートと前記フィン群の間の空隙は熱
   伝導性素材で埋められている請求項１のパッケージの放
   熱構造。
3. 【請求項３】前記ベースには、前記発熱体が嵌まりこむ
   凹部が形成されている請求項１のパッケージの放熱構
   造。
4. 【請求項４】筐体と、 前記筐体の中で前記筐体に支持される基板と、 前記筐体に熱的に接合する放熱体と、 前記放熱体と前記基板に接合されているパッケージとの
   間を熱的に結合するシートとを含み、 前記シートは、熱伝導性と可撓性を有しているパッケー
   ジ組立体。
5. 【請求項５】前記シートは、 前記放熱体に熱的に接合する放熱部分と、 前記パッケージに熱的に接合する吸熱部分と、 前記放熱部分と前記吸熱部分との間の部分であり屈曲す
   る屈曲部分とを備える請求項４のパッケージ組立体。
6. 【請求項６】前記放熱部分は前記屈曲部分は共通部分を
   有する請求項５のパッケージ組立体。
7. 【請求項７】前記シートは前記筐体に挟まれている水密
   部分に接して筐体外に出ている請求項４〜６から選択さ
   れる１請求項のパッケージ組立体。
8. 【請求項８】前記放熱体はヒートポンプでり、前記シー
   トは前記ヒートポンプに熱的に接合している請求項４〜
   ７から選択される１請求項のパッケージ組立体。
9. 【請求項９】前記ヒートポンプは、前記シートを介して
   前記筐体に接合し、 前記ヒートポンプは、 冷媒容器と、 前記冷媒容器に封入されている冷媒とを含み、 前記冷媒はガスと液体の混合状態である請求項８のパッ
   ケージ組立体。
10. 【請求項１０】熱的結合体を更に含み、 前記筐体には、前記筐体の外側に突出するフィン群が形
    成され、前記フィン群のフィン要素にはそれぞれに外側
    に凸である凸状凹面群が内側面として形成され、 前記熱的結合体は、外側に凸であり前記内側面に熱的に
    接合する突起群を有し、 前記シートの一端部は前記熱結合体に熱的に結合し、且
    つ、前記シートの他端部は前記基板に結合しているパッ
    ケージに熱的に結合し、 前記突起群は、前記凸状凹面群に嵌まり込む請求項４の
    パッケージ組立体。
11. 【請求項１１】下記環境条件：密閉されている筐体の中
    を通ること、 筐体内の電子的基板に支持され発熱するパッケージに熱
    的に接合し、且つ、前記筐体の外側で前記筐体に接合す
    る放熱体に熱的に接合することのもとで使用され、 熱伝導性が高く、且つ、可撓性が豊かである放熱用シー
    ト。