JP2003329379A - ヒートパイプ回路基板 - Google Patents

ヒートパイプ回路基板

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JP2003329379A
JP2003329379A JP2002135936A JP2002135936A JP2003329379A JP 2003329379 A JP2003329379 A JP 2003329379A JP 2002135936 A JP2002135936 A JP 2002135936A JP 2002135936 A JP2002135936 A JP 2002135936A JP 2003329379 A JP2003329379 A JP 2003329379A
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heat
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plate
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Yukihiro Saida
幸弘 斉田
Keiji Mashita
啓治 真下
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】電子部品から発せられる熱の放熱を高めるため
に、回路基板自身が冷却機能を有するヒートパイプ回路
基板を提供する。 【解決手段】ヒートパイプと、少なくとも一層の絶縁層
と、前記絶縁層の表面又は内部に設けられた回路パター
ンと、前記絶縁層を介して前記ヒートパイプに搭載され
た電子部品を備えるヒートパイプ回路基板。前記ヒート
パイプが、少なくとも一方の板材に作動液の流路となる
凹部を設けた二枚の板材を、摩擦攪拌接合法によって接
合したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品から発せ
られる熱の放熱性能を高めるため、回路基板自身が冷却
機能を有するヒートパイプ回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】近年、パーソナルコンピュータの発達に代
表されるように、CPU、電子素子、その他の電子部品
（以下、電子部品と称する。）は小型化され、またその
性能は著しい進化をとげている。この電子部品の高性能
化に伴って、電子部品から発せられる発熱量も増大の一
途をたどっている。従って、電子部品から発せられる熱
をいかに効率よく放熱させて、いかに電子部品の温度上
昇を抑え、電子部品の性能を保つことができるかという
ことは、現在、最も重要な技術的な課題のひとつとなっ
ている。
【０００４】電子部品は、多くの場合、プリント基板に
搭載されて、他の電子部品と所定の電子回路を構成す
る。プリント基板は絶縁材料からなる薄板であり、プリ
ント基板の表面には、銅等の電気伝導率の高い金属が、
所定の回路を構成するようにプリントされている。また
プリント基板には、電子部品が取り付けられる位置に穴
等も明けられ、電子部品は、はんだ付やその他の接合方
法によって、プリント基板に接合され、所定の電子回路
を構成する。しかし、プリント基板自体は、熱伝導率も
低く、特別の冷却機能等は有していない。
【０００５】電子部品の発熱量があまり大きくない場合
には、特別な冷却装置を備えずに、自然対流による冷却
でも放熱可能であるが、発熱量がある程度以上になる場
合には、積極的な放熱手段を加える必要がある。従来、
最も一般的な放熱手段としては、熱伝導度の高い金属で
できたヒートシンクを接続させる方法がある。また、更
に、冷却ファンによる冷却を組み合わせることも多く用
いられる。
【０００６】しかし、現在、電子部品の小型化、高性能
化によって、より省スペースで、放熱効率の高い放熱方
法が求められるようになり、代表的な冷却方法または熱
伝達の方法として、ヒートパイプの利用が挙げられる。
電子部品がある程度の大きさがある場合には、ヒートパ
イプを直接、電子部品へ接触させることが考えられる
が、電子部品が小型の場合には、電子部品が搭載された
プリント基板にヒートパイプを接触させることが多く採
られている。
【０００７】以下に、従来技術の代表的な例として、プ
リント基板に電子部品が搭載された回路基板に、ヒート
パイプを接続させて冷却する方法を説明する。ヒートパ
イプは、銅やアルミニウムのような比較的熱伝導率の高
い金属で作られるのが一般的である。プリント基板とヒ
ートパイプの間には、電気的に絶縁を保ちながら、良好
な熱伝導を得るために、極力熱伝導率の高い絶縁物質が
装入される。また、プリント基板とヒートパイプの接合
は、機械的な接合方法、接着剤等による接合方法があ
る。接着剤による接合方法の場合には、接着剤も上記の
熱伝導性を有する絶縁物質の役割も果たすこととなる。
【０００８】電子部品で発生した熱は、プリント基板、
及び、プリント基板とヒートパイプの間に挿入された絶
縁物質を通過し、接続されたヒートパイプの受熱部外壁
へ伝わる。熱は更に、ヒートパイプの受熱部の外壁から
内壁へ熱伝導されて、ヒートパイプ作動液流路中の受熱
部に溜まった作動液に熱伝達される。作動液は、伝達さ
れた熱によって気化し、気化した作動液は移動し、放熱
部へ到達する。ヒートパイプの放熱部の外壁には放熱フ
ィン等が設けられ、外部へ放熱がされる。
【０００９】気化した作動液は、放熱部のヒートパイプ
内壁と接触して抜熱され、奪った熱は、ヒートパイプの
内壁から外壁へ熱伝導し、外部の冷却フィン等から、大
気中へ放熱される。放熱の効率を高めるために、冷却フ
ァンが設置されることもある。放熱部で抜熱された作動
液は、気体から液体に戻る。液体に戻った作動液は、重
力または毛管力によって作動流路を流れ受熱部へ戻る。
ここで、ふたたび上記のサイクルを繰り返すこととな
る。
【００１０】ヒートパイプの利用は、作動液の蒸発熱を
利用するため、非常に効率よく熱伝達を行なうことがで
きる方法である。しかし、電子部品から発生した熱は、
プリント基板を通してヒートパイプに伝達される。プリ
ント基板自体は、金属等と異なり、熱伝導率は高くない
ので、電子部品とヒートパイプの間には、かなりの熱抵
抗が存在し、いくら高性能のヒートパイプを設置して
も、この熱抵抗のために、電子部品で発生した熱が、効
率よく抜熱できない可能性がある。
【００１１】ヒートパイプの製造方法としては、平板的
な形状のヒートパイプの場合には、少なくとも一方に、
機械加工、曲げ加工等によって設けられた作動液流路と
なる凹部を有する２枚の金属平板を接合し、前記の凹部
に作動液を封入する方法が一般的である。
【００１２】金属平板の接合方法としては、溶接、ろう
付け、圧着等が考えられる。溶接の場合には、母材を溶
融させて接合するために、金属板へ与える熱量は大き
く、その結果、熱による歪が金属板に生ずる。また、溶
接部分には、盛り上がりが生じて平滑とはならない。
【００１３】従って、プリント基板との接触面を平滑に
保つことが難しく、プリント基板からヒートパイプへの
熱伝達が妨げられる。また、溶接時には高熱にさらされ
るので、事前に上記の金属板に絶縁物を装着したり、プ
リント基板を装着したりした後に、金属板どうしを接合
するようなことは不可能である。
【００１４】更に、スパッタや溶接ガスの発生があり、
投入エネルギも大きいため、現在の電子部品を扱うクリ
ーンな環境に反し、適切な環境作りに、よけいなコスト
や手間がかかる恐れがある。また、溶接には、溶接棒、
シールディングガス等の副資材が必要となる。
【００１５】ろう付けの接合の場合には、母材を溶融さ
せないが、摂氏６００度以上の高温プロセスであり、溶
接ほどではないが、金属板に歪は生じる。また、ろう付
け部分は、盛り上がりを生じて平滑とはならない。従っ
て、基本的には、上記の溶接の場合と同様な問題が発生
する。
【００１６】圧着の接合の場合には、上記のような、高
熱にさらされることによる歪や、溶接等による盛り上が
りの問題は生じない。しかし、接合の強度は上記に比べ
て弱く、内部の作動液の液漏れ等の恐れがある。従っ
て、振動や衝撃等にさらされる状況で使用する場合には
適しない。
【発明が解決しようとする課題】上記で説明したよう
に、従来技術であるヒートパイプを回路基板に接触させ
て冷却する方法には、以下の問題点がある。
【００１７】電子部品から発生した熱は、絶縁物質から
なるプリント基板の熱抵抗が大きいため、接続されたヒ
ートパイプへの熱伝達が妨げられる。従って、今後増大
する電子部品からの発熱の冷却に十分対応できなくなっ
ていく恐れがある。
【００１８】更に、溶接やろう付けで作成されたヒート
パイプは、歪や盛り上がり等が生じ、回路基板とヒート
パイプの密着性を高めることができず、電子部品で発生
した熱を効率よくヒートパイプへ伝えることができな
い。
【００１９】更に、上記の溶接やろう付けによる製作方
法では、高温にさらされるため、あらかじめヒートパイ
プを構成する部材に回路基板等を装着してから接合する
ことは不可能である。
【００２０】更に、上記の溶接やろう付けによる製作方
法は、スパッタや溶接ガスの発生があり、投入エネルギ
も大きいため、現在の電子部品を扱う環境には適しない
ため、環境設定のために、よけいな手間やコストがかか
る可能性がある。
【００２１】更に、圧着によって製作されたヒートパイ
プは、上記の溶接やろう付けによるもののような、歪、
盛り上がり、接合時の熱による問題、及び、環境問題は
発生しないが、接合強度は他の方法に比べて弱く、衝撃
や振動のかかる環境での使用には適さない。
【００２２】従って、この発明の目的は、従来の問題点
を解決して、電子部品から発生する熱を効率よく冷却で
き、衝撃や振動にも強い冷却装置を備えた回路基板を提
供することにある。
【００２３】
【問題を解決するための手段】本発明者は、上述した従
来の問題点を解決すべく、鋭意研究を重ねた。その結
果、以下に示すヒートパイプ回路基板によって、従来に
比べて、電子部品から発生する熱を効率よく冷却装置に
伝え、冷却性能を高めることが可能であることを知見し
た。また、接合時に高熱の発生しない摩擦攪拌接合法に
よる接合方法の採用によって、予め電子部品等を登載し
た後に接合を行なうヒートパイプ回路基板の製作方法も
知見した。
【００２４】この発明のヒートパイプ回路基板の第一の
態様は、ヒートパイプと、少なくとも一層の絶縁層と、
前記絶縁層の表面又は内部に設けられた回路パターン
と、前記絶縁層を介して前記ヒートパイプに搭載された
電子部品を備えるヒートパイプ回路基板である。
【００２５】この発明のヒートパイプ回路基板の第二の
態様は、前記ヒートパイプが、少なくとも一方の板材に
作動液の流路となる凹部を設けた二枚の板材を、摩擦攪
拌接合法によって接合したものであるヒートパイプ回路
基板である。
【００２６】この発明のヒートパイプ回路基板の第三の
態様は、少なくとも一層の前記絶縁層が、シート状又は
板状であるヒートパイプ回路基板である。
【００２７】この発明のヒートパイプ回路基板の第四の
態様は、少なくても一層の前記絶縁層が、コーティング
によるものであるヒートパイプ回路基板である。
【００２８】この発明のヒートパイプ回路基板の第五の
態様は、少なくとも一層の前記絶縁層が、単独で前記電
子部品を支える強度を有するヒートパイプ回路基板であ
る。
【００２９】この発明のヒートパイプ回路基板の第六の
態様は、前記ヒートパイプが冷却面を備え、該冷却面
が、前記ヒートパイプと他の部材を接合する接合ブラケ
ットの役割を果たすヒートパイプ回路基板である。
【００３０】この発明のヒートパイプ回路基板の製作方
法の第一の態様は、少なくとも一方の板材に作動液の流
路となる凹部を設けた二枚の板材のうち、少なくとも一
枚に絶縁層を介して電子部品を搭載した後に、前記板材
どうしを摩擦攪拌接合法によって接合するヒートパイプ
回路基板の製作方法である。
【００３１】この発明のヒートパイプ回路基板のその他
の態様は、前記板材の二枚ともに、前記絶縁層を介して
前記電子部品が搭載されたヒートパイプ回路基板であ
る。
【００３２】この発明のヒートパイプ回路基板のその他
の態様は、前記板材の一枚のみに、前記絶縁層を介して
前記電子部品が搭載されたヒートパイプ回路基板であ
る。
【００３３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面を参
照しながら詳細に説明する。図１及び図２に、本発明の
実装例を示す。図１は、ヒートパイプ１の上に、回路パ
ターンを備えた絶縁層２を介して、比較的小型の電子部
品３が、搭載されている実施例である。図２の場合は、
ヒートパイプ４の上に、回路パターンを備える絶縁層５
を介して、比較的大形の電子部品６と比較的小型な電子
部品７を搭載する実施例である。
【００３４】ヒートパイプ回路基板の構造を、図３と図
４の断面図に示す。両方の実施例共に、二枚の金属板の
うち少なくとも一枚の金属板に作動液の流路を設けられ
た金属板を、摩擦攪拌接合法で接合したヒートパイプを
有する。図３の実施例は、二枚の板材からなるヒートパ
イプのうち、片方にのみ電子部品等が登載された実施例
である。電子部品１１は、絶縁層１２と絶縁層１３を介
して、ヒートパイプ１７に搭載されている。
【００３５】ヒートパイプ１７は、板材１４と板材１５
が接合されて一体になったものである。板材１４と板材
１５の材料としては、銅、アルミ等の熱伝導率の高い金
属が通常用いられるが、プラスチック等の樹脂類も考え
られる。板材１４には、作動液の流路となる凹部が形成
されている。凹部は、機械加工や曲げ加工、鍛造等によ
って形成される。本実施例では、板材１４にのみに凹部
が形成されているが、板材１４と板材１５の両方に凹部
を設けてもよい。
【００３６】板材１４と板材１５は、摩擦攪拌接合法に
よって接合される。摩擦攪拌接合法による板材の詳細な
接合方法は、後述する。板材１４または板材１５のうち
少なくとも一方には、作動液を作動液の流路へ注入する
注入口が設けられている。注入口から所定量の作動液が
注入され、注入口は上記の摩擦攪拌接合法にて封印さ
れ、真空状態にて作動流路は密封される。
【００３７】絶縁層１２の表面又は内部には、各々の回
路設計に応じて、所定の電子部品間を電気的に接続して
電子回路を構成するための、回路パターンが設けられて
いる。回路パターンは、銅等の電気伝導率の高い導電物
質からなる。絶縁層１２は、シート状のものや、板状の
もの、更に、絶縁物質のコーティングによるものが考え
られる。特に、この回路基板が自動車等に搭載される場
合には、熱的条件が厳しく、衝撃加重も大きく、振動も
多く発生するため絶縁層１２自体で、電子部品を支える
強度を有することが必要である。電子部品１１は、はん
だ付け、機械的接合等によって、上記の回路パターンと
電気的に接合される。
【００３８】絶縁層１３は、絶縁層１２の板材１４に接
する側の表面に、電子部品や回路パターンの導電性部分
が露出している場合に、該導電部分と板材１４を絶縁す
る働きを有する。また、導電性部分が露出していなくて
も、絶縁層１２と板材１４を接着する接着剤としての機
能や、密着性を増して熱伝達率を高める機能等を有す
る。
【００３９】電子部品１１で発生した熱は、絶縁層１２
及び絶縁層１３を介して、板材１４へ熱伝達される。従
来のプリント基板にヒートパイプを接触させる方法に比
べて、熱抵抗が少なく、発生した熱を効率よく冷却する
ことが可能である。
【００４０】熱は板材１４を熱伝導で伝わり、作動流路
中に溜まった作動液１６に熱伝達される。作動液１６
は、伝達された熱により気化して移動し、板材１５内面
へ接触する。板材１５の外面は、冷却板１８となってい
る。必要に応じて冷却板１８に放熱フィンを設けたり、
ヒートシンクを接続させたり、その他、冷却板１８を放
熱するための他の部材と接触させることも可能である。
従って、板材１５の内面は、気化した作動液１６の温度
よりも低く、気化した作動液１６は、板材１５の内面に
接した時に熱を奪われる。奪われた熱は、板材１５を熱
伝導して外面へ伝わり、放熱板１８の表面から放熱され
る。
【００４１】気化した作動液１６は、板材１５に熱を奪
われて再び液化する。液化した作動液は、重力または毛
管力により作動液流路をつたって作動液の溜まった元の
位置へ戻る。そして、再び板材１４の内面からの熱伝達
で加熱されて気化し、同様のヒートサイクルを繰り返
す。
【００４２】図４は、２枚の板材からなる冷却装置付基
板の両方に電子部品等が搭載された実施例である。この
金属板は、電子部品等を搭載する部分だけでなく、当該
部分に引き続いて、冷却面の働きをする部分を有する。
また、実施例では、冷却面の部分が、当該冷却装置付基
板自体を、他の部材に取り付ける取り付けブラケットも
兼ねるようになっている。
【００４３】図３の例と同様に、電子部品２１は、絶縁
層２２と絶縁層２３を介して、ヒートパイプ２６に搭載
されている。ヒートパイプ２６は、板材２４と板材２５
が接合されて一体になったものである。本実施例では、
板材２４と板材２５は、それぞれＬ字型の形状をしてお
り、電子部品等を搭載する部分と冷却面としての部分に
分かれる。本実施例では、板材２４と板材２５の両方
に、冷却面の部分を有するが、どちらか一方のみに設け
ることも可能である。
【００４４】板材２４と板材２５の材料としては、銅、
アルミ等の熱伝導率の高い金属が用いられるが、プラス
チック等の樹脂類等も考えられる。板材２４には、作動
液の流路となる凹部が形成されている。作動液の流路
は、電子部品が搭載される部分のみならず、冷却面の部
分にも設けられている。凹部は、機械加工や曲げ加工、
鍛造等によって形成される。本実施例では、板材２４に
のみに凹部が形成されているが、板材２４と板材２５の
両方に凹部を設けてもよい。
【００４５】板材２４と板材２５は、摩擦攪拌接合法に
よって接合される。摩擦攪拌接合法による板材の接合方
法の詳細は、後述する。板材２４または板材２５の少な
くとも一方には、作動液を作動液流路へ注入する注入口
が設けられている。注入口から所定の作動液が注入され
た後、注入口は上記の摩擦攪拌接合法にて封印されて、
真空状態にて作動液の流路は密封される。
【００４６】絶縁層２２の表面又は内部には、各々の回
路設計に応じて、所定の電子部品間を電気的に接続して
電子回路を構成するための、回路パターンが設けられて
いる。回路パターンは、銅等の電気伝導率の高い導電物
質からなる。絶縁層２２は、シート状のものや、板状の
もの、更に、絶縁物質のコーティングによるものが考え
られる。特に、自動車等に搭載される場合には、熱的条
件が厳しく、衝撃加重も大きく、振動も多く発生するた
め絶縁層２２自体で、電子部品を支える強度を有するこ
とが必要とされる。電子部品２１は、はんだ付け、機械
的接合等によって、上記の回路パターンと電気的に接合
される。
【００４７】絶縁層２３は、絶縁層２２の板材２４に接
する側の表面に、電子部品や回路パターンの導電性部分
が露出している場合に、該導電部分と板材２４を絶縁す
る働きを有する。また、導電性部分が露出していなくて
も、絶縁層２２と板材２４を接着する接着剤としての機
能や、密着性を増して熱伝達率を高める機能等を有する
場合がある。
【００４８】本実施例では、板材２４だけでなく、板材
２５にも、電子部品２７が絶縁層２８、及び絶縁層２９
を介して搭載される。搭載の仕方は、上記の板材２４の
場合と同様である。絶縁層２８には、絶縁層２２と同様
に回路パターンが備えられる。絶縁層２９は、絶縁層２
３と同様の働きをする。
【００４９】電子部品２１又は電子部品２７で発生した
熱は、それぞれ、絶縁層２２及び絶縁層２３を介して、
又は絶縁層２８及び絶縁層２９を介して、板材２４又は
板材２５へ熱伝達される。図３の実施例と同様に、従来
のプリント基板にヒートパイプを接触させる方法に比べ
て、熱抵抗が少なく、発生した熱を効率よく冷却するこ
とが可能である。
【００５０】熱は板材２４又は板材２５を熱伝導で伝わ
り、作動流路中に溜まった作動液３０に熱伝達される。
作動液３０は、伝達された熱により気化して作動液流路
を上昇し、冷却面部分３１へ移動する。そして冷却面部
分３１の金属板内面と接触する。冷却面部分３１の外面
は、大気中への放熱、及び、冷却面部分３１に接続され
た本体側の部材３２への放熱によって、冷却されるよう
になっている。必要に応じて冷却面部分３１へ、更に細
かいフィン等を設けることも可能である。従って、冷却
面部分３１の内面は、気化した作動液３０の温度よりも
低く、気化した作動液３０は、冷却面部分３１の内面に
接した時に熱を奪われる。奪われた熱は、冷却面部分３
１を熱伝導して外面へ伝わり放熱される。
【００５１】気化した作動液３０は、冷却面部分３１の
内面によって熱を奪われて再び液化する。液化した作動
液は、重力または毛管力により作動液の流路をつたって
作動液の溜まった元の位置に戻る。そして、再び板材２
４または板材２５の内面からの熱伝達で加熱され気化さ
れ、同様のヒートサイクルを繰り返す。この冷却面部分
３１は、ヒートパイプ２６を本体に取り付ける取り付け
ブラケットの役割を果たし、絶縁の施されたボルトナッ
ト３３によって、本体側の部材３２に接続される。
【００５２】次に摩擦攪拌接合法による板材の接合方法
を、図５と図６を参照しながら説明する。接合する材料
としては、金属だけではなく、プラスチック等の樹脂類
も可能である。以下では、金属を例にとって説明する。
図５に示す例は、二枚の金属板のうち一方の金属板に機
械加工で、作動液の流路となる凹部を設け、二枚の金属
板を重ね合わせて接合した場合の接合の例である。図６
に示す例は、一方の金属板に作動液の流路となる凹部を
機械加工、曲げ加工等で作成し、二枚の板を突き合わせ
接合した例である。
【００５３】まず、図５を用いて、摩擦攪拌接合法の基
本的な接合方法を説明する。摩擦攪拌接合を行なう接合
装置は、プローブ４２とショルダー４３を有するツール
４１を、回転させながら(図５で示す矢印Aの方向)、溶
接線の方向（図５で示す矢印Bの方向）へ動かす稼動装
置と、金属板４４と４５が重ね合わされたところへ、プ
ローブ４２を差し込んだ時に、金属板どうしが動いた
り、離されたりしないように、両金属板をクランプする
クランプ装置（図示していない。）を備える。
【００５４】プローブ４２とショルダー４３からなるツ
ール４１は回転しながら、プローブ４２の先端が、重ね
合わされた金属板４４と４５において、上方の金属板４
５の上面から差し込まれる。プローブ４２が金属板４４
と４５中に差し込まれる過程で、プローブ４２、ショル
ダー４３と金属板４４，４５の間の摺接により発生する
摩擦熱が発生する。この摩擦熱によって、プローブ４２
が差し込まれた近傍の金属板４４、４５は、温度が融点
温度の約８０％前後に達し、軟化される。
【００５５】更に、プローブ４２の回転によって軟化さ
れた金属は攪拌される。プローブ４２は回転しながら、
ツール４１と共に溶接線に沿って（図５で示す矢印Bの
方向）移動する。この移動による流体圧力効果によっ
て、攪拌された金属は、プローブ４２の通過した溝を埋
めるように、プローブ４２の進行方向の後方へ流動す
る。流動した金属は、摩擦熱を失って、再び固化する。
ここで金属板の表面に接しながら回転、移動するショル
ダー４３は、軟化した金属材料が飛び出すことを防ぐ役
割と、摩擦熱の発生、維持をする役割を果たす。
【００５６】図５に示す例では、金属板４５には、あら
かじめ機械加工で作動液の流路となる凹部が設けられて
いる。金属板４４と４５は、二枚の金属板が重ね合わせ
る形で接合される。図６に示す例では、金属板５５は、
あらかじめ機械加工、曲げ加工等によって、作動液の流
路が設けられている。金属板５４と金属板５５は、重ね
合わせはせず、接合部は突き合わせの形となる。
【００５７】摩擦攪拌接合を行なう接合装置は、プロー
ブ５２とショルダー５３を有するツール５１を、回転さ
せながら(図６で示す矢印Cの方向)、溶接線の方向（図
６で示す矢印Dの方向）へ動かす稼動装置と、金属板５
４と金属板５５がつき合わされたところへ、プローブ５
２が差し込まれた時に、金属板どうしが動いたり、離さ
れたりしないように、両金属板をクランプするクランプ
装置（図示していない。）を備える。
【００５８】プローブ５２とショルダー５３からなるツ
ール５１は回転しながら、プローブ５２の先端が、突き
合わされた金属板５４と５５の接合面に差し込まれる。
プローブ５２が金属板５４と５５中に差し込まれる過程
で、プローブ５２、ショルダー５３と金属板５４，５５
の間の摺接により発生する摩擦熱が発生する。この摩擦
熱によって、プローブ５２が差し込まれた近傍の金属板
５４、５５は、温度が融点温度の約８０％前後に達し、
軟化される。
【００５９】更に、プローブ５２の回転によって軟化さ
れた金属は攪拌される。プローブ５２は回転しながら、
ツール５１と共に溶接線に沿って（図６で示す矢印Dの
方向）移動する。この移動による流体圧力効果によっ
て、攪拌された金属は、プローブ５２の通過した溝を埋
めるように、プローブ５２の進行方向の後方へ流動す
る。流動した金属は、摩擦熱を失って、再び固化する。
ここで金属板の表面に接しながら回転、移動するショル
ダー５３は、軟化した金属材料が飛び出すことを防ぐ役
割と、摩擦熱の発生、維持をする役割を果たす。
【００６０】上述したように、摩擦攪拌接合法ではプロ
ーブの差し込まれた近傍の金属は、融点の約８０％前後
の温度に上昇するが、温度上昇する部分は、非常に限定
された領域のみであり、その他の領域の温度上昇は非常
に少ない。従って、溶接やろう付けのような接合方法に
比べて、接合する金属板全体の温度上昇は、非常に小さ
いので、あらかじめ金属板の上に電子部品や絶縁層を搭
載し、その後に、摩擦攪拌接合法によって金属板どうし
を接合することも可能である。従って、従来にない柔軟
性のある回路基板の製作方法が可能となる。
【００６１】次に本発明であるヒートパイプ回路基板の
温度分布と、従来型の電子機器の搭載されたプリント基
板にヒートパイプを接続した場合の温度分布をシミュレ
ーションした結果を、図７及び図８に示す。
【００６２】図７は、本発明であるヒートパイプ回路基
板の温度分布を示す。図８は、図７の電子部品の発熱状
態と同じ状態における、従来型の回路基板にヒートパイ
プを接触させた場合の温度分布をシミュレーションした
結果である。
【００６３】以上のシミュレーション結果から明らかな
ように、本発明であるヒートパイプ回路基板の場合に
は、従来技術に比べて、温度分布を均一化させる効果が
大きいため、特に温度の高い部分がなくなっていること
がわかる。従って、今後、電子部品の小型化、高性能化
によって、電子部品の冷却能力を高める必要があるが、
本発明によれば、十分対応が可能である。
【００６４】
【発明の効果】上述したように、本発明によって、以下
の効果を得ることができる。従来技術であるヒートパイ
プを回路基板に接触させて冷却する方法に較べて、本発
明であるヒートパイプ回路基板によれば、電子機器が発
する熱の冷却能力を大幅に高めることが可能である。従
って、今後、電子機器の小型化、高性能化によって、電
子機器から発せられる熱量の増加が予想されるが、本発
明によれば、十分対応が可能になると思われる。
【００６５】更に、回路基板へ接触させて冷却する従来
型のヒートパイプは、通常、溶接やろう付けによって製
作されていた。従って、歪や盛り上がり等が生じ、回路
基板とヒートパイプの密着性を高めることができず、電
子部品で発生した熱を効率よくヒートパイプへ伝えるこ
とができない。一方、本発明では、摩擦攪拌接合法によ
って回路基板を構成するヒートパイプを作製するため、
従来技術に較べて、歪や盛り上がりの少ない表面を有す
るヒートパイプを得ることができる。従って、搭載され
る電子機器や絶縁層との密着性も高く、高い冷却性能を
備えることが可能となる。
【００６６】更に、本発明である摩擦攪拌接合法による
ヒートパイプの製作方法では、溶接やろう付けと異な
り、接合時に高熱にさらされることはない。従って、あ
らかじめ電子機器や絶縁層をヒートパイプに搭載した後
に、接合することも可能となり、従来にない柔軟性のあ
る製作を行なうことが可能である。
【００６７】更に、本発明である摩擦攪拌接合法による
ヒートパイプの製作方法では、溶接やろう付けのような
スパッタや溶接ガスの発生はなく、投入エネルギも少な
い。従って、電子部品を扱う環境に適した製作方法であ
り、環境設定のためのよけいな手間やコストをかける必
要はない。
【００６８】更に、本発明である摩擦攪拌接合法による
ヒートパイプの製作方法では、圧着等による製作方法に
比べて接合強度が高く、衝撃や振動のかかる環境での使
用にも適した製作方法である。
【００６９】従って、この発明の目的は、従来の問題点
を解決して、電子部品から発生する熱を効率よく冷却す
るヒートパイプ回路基板を提供することにある
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ヒートパイプに回路パターンを備えた
絶縁層を介して、比較的小型の電子部品が搭載された実
施例を示すスケッチである。
【図２】図２は、ヒートパイプに回路パターンを備えた
絶縁層を介して、比較的大形の電子部品と比較的小型の
電子部品を搭載された実施例を示すスケッチである。
【図３】図３は、ヒートパイプ回路基板の構造の一例を
示す断面図である。
【図４】図４は、図３とは異なるヒートパイプ回路基板
の構造の一例を示す断面図である。
【図５】図５は、摩擦攪拌接合法による接合方法の一例
を示す図面である。
【図６】図６は、図５とは異なる、摩擦攪拌接合法によ
る接合方法の一例を示す図面である。
【図７】図７は、本発明であるヒートパイプ回路基板の
温度分布をシミュレーションした結果を示す温度分布図
である。
【図８】図８は、従来技術である回路基板にヒートパイ
プを接触させて冷却した場合の温度分布をシミュレーシ
ョンした結果を示す温度分布図である。
【符号の説明】
１ ヒートパイプ ２ 回路パターンを備えた絶縁層 ３ 電子部品（小型） ４ ヒートパイプ ５ 回路パターンを備えた絶縁層 ６ 電子部品（大型） ７ 電子部品（小型） １１ 電子部品 １２ 絶縁層 １３ 絶縁層 １４ 板材 １５ 板材 １６ 作動液 １７ ヒートパイプ １８ 冷却板 ２１ 電子部品 ２２ 絶縁層 ２３ 絶縁層 ２４ 板材 ２５ 板材 ２６ ヒートパイプ ２７ 電子部品 ２８ 絶縁層 ２９ 絶縁層 ３０ 作動液 ３１ 冷却面部 ３２ 本体側の部材 ３３ ボルトナット ４１ ツール ４２ プローブ ４３ ショルダー ４４ 金属板 ４５ 金属板 ５１ ツール ５２ プローブ ５３ ショルダー ５４ 金属板 ５５ 金属板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 1/02 Ｈ０５Ｋ 1/02 Ｆ 7/20 7/20 Ｃ Ｒ // Ｂ２３Ｋ 101:14 Ｂ２３Ｋ 101:14 101:42 101:42 Ｆターム(参考） 4E067 AA05 AA07 AA19 BG00 DA17 EA04 EB01 5E322 AA07 AB11 DB10 5E338 AA01 AA02 AA16 BB71 BB75 CC01 EE02

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ヒートパイプと、少なくとも一層の絶縁
    層と、前記絶縁層の表面又は内部に設けられた回路パタ
    ーンと、前記絶縁層を介して前記ヒートパイプに搭載さ
    れた電子部品を備えるヒートパイプ回路基板。
  2. 【請求項２】 前記ヒートパイプが、少なくとも一方の
    板材に作動液の流路となる凹部を設けた二枚の板材を、
    摩擦攪拌接合法によって接合したものである請求項１に
    記載のヒートパイプ回路基板。
  3. 【請求項３】 少なくとも一層の前記絶縁層が、シート
    状又は板状である請求項１または２に記載のヒートパイ
    プ回路基板。
  4. 【請求項４】 少なくても一層の前記絶縁層が、コーテ
    ィングによるものである請求項１または２に記載のヒー
    トパイプ回路基板。
  5. 【請求項５】 少なくとも一層の前記絶縁層が、単独で
    前記電子部品を支える強度を有する請求項１から４の何
    れか１項に記載のヒートパイプ回路基板。
  6. 【請求項６】 前記ヒートパイプが冷却面を備え、該冷
    却面が、前記ヒートパイプと他の部材を接合する接合ブ
    ラケットの役割を果たす請求項２から５の何れか１項に
    記載のヒートパイプ回路基板。
  7. 【請求項７】 少なくとも一方の板材に作動液の流路と
    なる凹部を設けた二枚の板材のうち、少なくとも一枚に
    絶縁層を介して電子部品を搭載した後に、前記板材どう
    しを摩擦攪拌接合法によって接合するヒートパイプ回路
    基板の製作方法。
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