JP2005123317A - 電子部品の冷却，放熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 放熱の効率化。
【解決手段】 装置は、集熱部１２と、放熱部１４と、連結部１６とを備えている。集熱部１２と放熱部１４および連結部１６は、２枚の可撓性部材から形成されている。集熱部１２と放熱部１４とには、蛇腹状に屈曲した集熱冷媒通路２８と、放熱冷媒通路３０が形成されている。連結部１６に形成された冷媒流路１８は、集熱冷媒通路２８と放熱冷媒通路３０とを連通接続している。放熱部１４において、上側の可撓性部材の合成樹脂シートを除去し、除去により露出した金属箔の面に放熱塗膜３８を形成している。放熱塗膜３８には、珪酸ナトリウム及び／又は珪酸カリウムが含有されている。放熱塗膜３８は、珪酸ナトリウム及び／又は珪酸カリウムを含有する水溶液の形態にして、金属箔２４の表面に所定厚みになるようにコーティングする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電子部品の冷却，放熱装置に関し、特に、この種の装置の放熱効率を改善する技術に関するものである。

配線板に搭載されている電子部品のうち、例えば、発熱量が大きい電源用パワートランジスタや、ＣＰＵ，ＭＰＵなどの大規模集積回路では、金属製の放熱板を装着して、発生する熱を外部に放熱するようにしている。

ところが、このような放熱手段では、放熱板が大型になり、放熱効率も予期した程上がらないという問題があって、このような問題を解決する手段として、特許文献１には、実装基板搭載されたＣＰＵに被せる構造の熱シートが提案されている。

この特許文献１に提案されている熱シートは、重ね合わせて一体的に固着される２枚のシート状導体箔から構成され、導体箔の対向する面に線状の溝を形成し、この溝により細長い中空の流体路を設けることが基本構成となっている。

中空流体路には、例えば、マイクロポンプを介装して、冷却媒体を流通させて、熱シートが被着されているＣＰＵなどの発熱体から熱を吸収して、外部に放出する。

このような熱シートによれば、重ね合わせて一体的に固着される２枚のシート状導体箔から構成されているので、大型化が回避され、発熱体からの熱吸収も効率的に行えるが、特に、吸収した熱の放熱に、以下に説明する技術的な課題があった。
特許第３４０３１３８号公報

すなわち、特許文献１に開示されている熱シートでは、放熱に関しては、蛇腹状に蛇行させた流体路の上部に、ペルチェ素子を設置して放熱させることが開示されているが、このような放熱手段では、効率的な放熱が行えず、放熱部が大型化するという問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、効率的な放熱が可能で、しかも、放熱部の小型化を達成することができる電子部品の冷却，放熱装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、冷却ないしは放熱対象となる電子部品に接触するように設置され、集熱冷媒通路を有する集熱部と、放熱冷媒通路を有し、前記集熱部で吸収した熱を外部に放出する放熱部と、前記集熱冷媒通路と前記放熱冷媒通路とを冷媒流路を介して連通接続する連結部とを備え、冷却媒体を前記集熱冷媒通路，冷媒流路，放熱冷媒通路に循環させる冷却，放熱装置であって、前記放熱部は、柔軟な合成樹脂シートに金属箔を固着した可撓性部材から構成され、前記金属箔の露出面に、直接、または、筐体などの金属部材を介在させて、珪酸ナトリウムおよびまたは珪酸カリウムを含有する放熱塗膜を形成した。

このように構成した電子部品の冷却，放熱装置によれば、放熱部は、柔軟な合成樹脂シートに金属箔を接着した可撓性部材から構成され、金属箔の露出表面に、珪酸ナトリウムおよびまたは珪酸カリウムを含有する放熱塗膜を形成しており、この放熱塗膜は、優れた放熱性を示し、遠赤外線の放射量を増加させて、放熱部の熱を効率よく放射させる。

このような放熱塗膜は、例えば、１０ないし２００μｍ程度なので、これを可撓性部材に金属箔の露出面に形成したとしても、放熱部の全体の厚みが大きくなることはない。

前記放熱塗膜は、前記珪酸ナトリウムおよびまたは珪酸カリウムと、酸化珪素および酸化アルミニウムからなる金属酸化物とを含有することを特徴とする請求項１記載の電子部品の冷却，放熱装置。

前記放熱塗膜は、前記珪酸ナトリウムおよびまたは珪酸カリウムと、前記金属酸化物と、金属錫とを含有することができる。

前記放熱塗膜は、前記珪酸ナトリウムおよびまたは珪酸カリウムと、前記金属酸化物と、前記金属錫と、金属窒化物とを含有することができる。

前記集熱部と放熱部および連結部は、２枚の前記可撓性部材の前記金属箔面を対向するように固着した１枚の貼り合せシート上に形成することができる。

少なくとも前記放熱冷媒通路部は、蛇腹状に屈曲する形状に形成され、前記冷媒流路と前記集熱，放熱冷媒通路とは、前記貼り合せシートの前記金属箔の一部を切欠した凹状溝で構成することができる。

前記電子部品は、ＣＰＵに好適に適用することができる。
前記集熱部は、前記貼り合せシートの一方の前記合成樹脂シートを除去して前記金属箔を露出させ、露出した前記金属箔が前記ＣＰＵの上，下面のいずれか一方、または、双方に接触ないしは密着するように配置することができる。

前記集熱部には、前記貼り合せシートを上下貫通するスルホール孔を設け、前記スルホール孔の上端を前記ＣＰＵの下面に臨ませるとともに、前記ＣＰＵが搭載された配線基板に形成され、前記ＣＰＵの下面が当接する銅箔パターンと、前記貼り合せシート内の金属箔とを前記スルホール孔で接続することができる。

前記集熱部は、前記貼り合せシートを複数枚積層配置し、各貼り合せシート内に設けられた前記集熱冷媒通路をスルホール孔で相互に連通接続することができる。

前記集熱部は、前記集熱冷媒通路を前記ＣＰＵのピン端子間に設けることができる。

前記放熱部には、前記放熱冷媒通路を介して放出される熱を吸収して電力に変換する熱電変換素子を設けることができる。

本発明にかかる電子部品の冷却，放熱装置によれば、放熱部の金属箔の露出表面に、珪酸ナトリウムおよびまたは珪酸カリウムを含有する放熱塗膜を形成することで、放熱部の大型化を回避しつつ、効率的に放熱を行うことができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１から図４は、本発明にかかる電子部品の冷却，放熱装置の第１実施例を示している。これらの図に示した実施例は、電子部品として、ＣＰＵ１０の冷却，放熱用に本発明を適用した場合を例示しており、本実施例の冷却，放熱装置は、集熱部１２と、放熱部１４と、連結部１６とを備えている。

集熱部１２は、冷却ないしは放熱対象であるＣＰＵ１０の下面側に、接触ないしは密着するように配置され、ＣＰＵ１０から発せられる熱を吸収する機能を有している。放熱部１４は、集熱部１２から連結部１６が設けられた長さだけ離間した位置にあって、集熱部１２で吸収した熱を外部に放出する機能を有している。また、連結部１６は、集熱部１２と放熱部１４とを冷媒通路１８を介して、連通接続する機能を有している。

本実施例の場合、集熱部１２と放熱部１４および連結部１６は、２枚の可撓性部材２０から形成されており、可撓性部材２０は、合成樹脂製の柔軟なシート２２上に金属箔２４を接着したものであって、例えば、ポリイミド樹脂製のシートに、所定厚みの銅箔を固着したフレキシブルプリント配線板を好適に用いることができる。なお、金属箔２４は、銅箔に限る必要はなく、例えば、アルミ箔なでであってもよく、シート２２もポリイミド樹脂製のものに限る必要はない。

２枚の可撓性部材２０は、金属箔２４同士が対向するようにして固着されて、図１に平面形状を示すような所定形状の貼り合せシート２６とされる。図１に示した例では、左端の小径正方形部分が集熱部１２であって、右端の大径正方形部分が放熱部１４であり、これらの間を連結する細長い長方形部分が連結部１６となっている。

集熱部１２と放熱部１４とには、蛇腹状に屈曲した集熱冷媒通路２８と、放熱冷媒通路３０が形成されている。なお、本実施例では、集熱冷媒通路２８と放熱冷媒通路３０とをそれぞれ蛇腹状に屈曲した形状に形成したが、特に、集熱冷媒通路２８は、この形状に限る必要はなく、例えば、正方形状に周回するような形状であっても良い。

連結部１６に形成された冷媒流路１８は、本実施例の場合、所定の間隔を隔てて平行に設けられた流入路１８ａと、流出路１８ｂとを備え、これらの流入および流出路１８ａ，１８ｂを介して、集熱冷媒通路２８と放熱冷媒通路３０とが連通されている。

貼り合せシート２６の金属箔２４には、対向する部分に凹状溝３２が形成され、この凹状溝３２が、図２〜図４に示すように、冷媒流路１８，集熱冷媒通路２８，放熱冷媒通路３０となっている。

本実施例の場合、凹状溝３２は、貼り合せシート２６を構成する各可撓性部材２０の金属箔２４に設けられていて、一対を固着すると、上下で凹状溝３２同士が連通するようになり、これにより外周の全域が金属箔２４で囲まれた冷媒流路１８，集熱冷媒通路２８，放熱冷媒通路３０が形成されている。

冷媒流路１８，集熱冷媒通路２８，放熱冷媒通路３０には、冷却媒体Ａが循環させられ、この循環のために、冷媒流路１８の流入路１８ａに、外部からの電力供給により駆動されるマイクロポンプ３３が介装されている。

マイクロポンプ３３は、例えば、静電型，圧電素子型，電磁型のものから選択れ、直径が数ｍｍで、長さが数十ｍｍ程度のものが好適に使用され、冷媒流路１８と直接接続して、貼り合せシート２６上に直接組み付けるか、あるいは、外付けしてチューブで冷媒流路１８と接続することもできる。

冷却媒体Ａは、例えば、水，フロン，アルコール，不凍液などから選択される。また、本実施例の場合、連結部１６に形成された冷媒流路１８と、集熱冷媒通路２８の断面積Ｓ１は、冷却流路１８の流入路１８ａの断面積Ｓ２よりも、例えば、１０倍程度大きくなるように形成されている。

このような関係に集熱冷媒通路２８と冷媒流路１８とを設定すると、冷却媒体Ａが、集熱冷媒通路２８内に流入する際に、断熱膨張を起して、圧力が低下するので、冷却媒体Ａの気化温度が低くなり、潜熱を有効に利用することができる。なお、集熱冷媒通路２８の断面積Ｓ１と流入路１８ａの断面積Ｓ２との関係は、同じ断面積であっても勿論良い。

また、凹状溝３２の断面形状は、図２〜４に示した矩形断面に限る必要はなく、例えば、円形断面や、菱形断面であってもよく、このような凹状溝３２は、例えば、エッチングによる化学的な食刻、レーザ光線の照射や、機械的な切削加工により形成することができる。

一方、本実施例の場合、ＣＰＵ１０は、いわゆるフラットパッケージ形式のものであって、ＣＰＵ１０の側面には、図２に示すように、接続用のピン端子３５が列状に突設され、所定の電子回路パターンが形成された配線基板３４に搭載されている。

配線基板３４には、ＣＰＵ１０を収容する凹部３６が形成され、凹部３６に収容されたＣＰＵ１０のピン端子３５は、ハンダ接合などにより配線基板３４の所定位置に電気的に接続されている。

このような構成のＣＰＵ１０に接触ないしは密着される集熱部１２は、図２に詳細構造を示すように、上側の可撓性部材２０の合成樹脂シート（ポリイミドシート）２２をＣＰＵ１０の設置面積よりも若干大きく除去し、除去により露出した金属箔２４が直接ＣＰＵ１０の外表面に接触ないしは密着するようになっている。この場合、金属箔２４は、熱伝導性の良好な接着剤を介装して、両者間の熱伝導を良好にすることも可能である。

連結部１６の詳細を図３に示しており、本実施例の場合には、貼り合せシート２６の金属箔２４に、冷媒流路１８の流入路１８ａと流出路１８ｂとが所定の間隔を隔てて設けられている。

図４は、放熱部１４の詳細構造を示しており、本実施例の場合には、上側の可撓性部材２０の合成樹脂シート（ポリイミドシート）２２を、例えば、エッチングにより全面的に除去し、除去により露出した金属箔２４の面に放熱塗膜３８を形成している。

放熱塗膜３８には、珪酸ナトリウム及び／又は珪酸カリウムが含有されている。珪酸ナトリウム及び珪酸カリウムは、それぞれ水溶液の形態で入手できる。珪酸ナトリウムの水溶液は水ガラスとして知られる。

珪酸ナトリウム、珪酸カリウムの水溶液を更に、水で希釈して使用することができる。この珪酸ナトリウム及び／又は珪酸カリウムを含有する水溶液の形態にして、金属箔２４の表面にコーティングし、大気中で風乾する。

風乾後には、金属箔２４の表面に所定厚みの放熱塗膜３８が形成される。この場合、放熱塗膜３８の膜厚は、１０〜２００μｍ程度であり、２０〜１００μｍが好ましい。

本実施例の場合、可撓性部材２０にポリイミドをベースとしたフレキシブルプリント配線板を採用すると、ポリイミド樹脂を除去すると、これに接着されていた銅箔が露出するが、この銅箔には、樹脂との密着性を改善するために、凹凸状の粗面化加工が施されているので、この粗面化加工により放熱塗膜３８が銅箔に良好に密着するのでより好ましい。

珪酸ナトリウム及び／又は珪酸カリウムを含有する水溶液に、更に、酸化珪素や酸化アルミニウムの微粒子を添加することができる。この場合は、コーティング液は懸濁液となる。この懸濁液を同様にして金属箔２４にコーティングした放熱塗膜３８は、顕著な放熱効果を示す。

更に、放熱塗膜３８には、酸化錫の微粉末を添加することができる。酸化錫を添加したコーティング材は、更に優れた放熱性を示す。コーティングは、吹き付け、刷毛等による塗布又はスクリーン印刷等の方法で行うことができる。

放熱塗膜３８は、珪酸ナトリウム、珪酸カリウムを含有するものであり、珪酸ナトリウム単独、珪酸カリウム単独でも使用しうるが、珪酸ナトリウム、珪酸カリウムの両者を混合使用するのが好ましい。

混合使用する際には、珪酸ナトリウムと珪酸カリウムの割合は重量比で、珪酸カリウム１に対して珪酸ナトリウム０．５〜７（固形分ベース）が好ましい。珪酸アルカリの放熱塗膜３８中の含有量は、３〜３０重量％が好ましい。

また、金属酸化物の量的割合は、放熱塗膜３８の固形分中１２〜９２重量％が好ましい。酸化錫の放熱塗膜３８中の固形分に対する割合は、６〜４５重量％が好ましい。

本発明者らは、以下に説明する実験により、放熱塗膜３８の放熱効果の有効性を確認した。

実験例１
まず、放熱塗膜３８の形成材料として、珪酸ナトリウムの５４．５重量％水溶液１４重量部、珪酸カリウムの３０．０重量％水溶液１４重量部を混合し、水２０重量部を更に添加して希釈した。

この液を半導体装置に取り付けるべき板状の放熱板にコーティングし、大気中で風乾した。放熱塗膜厚は４０μｍであった。この放熱板を半導体装置に取り付け、半導体装置の稼働時における温度を測定した。温度は、放熱板上の６点で測定し、その平均値をとったところ５８．５℃であった。

同様の条件で、放熱塗膜３８を形成しない場合の、放熱板の温度を比較のため同様に測定したところ、６２．４℃であった。この際、半導体装置の構成、使用状況は同じに設定した。この結果から、明らかなように、放熱塗膜３８を形成した放熱板は、放熱塗膜３８を形成しない場合に比較して、放熱効果が認められた。この実験例では、珪酸ナトリウム及び珪酸カリウムの両者を使用したが、珪酸ナトリウム単独又は珪酸カリウム単独でも、ほぼ同様の効果を得た。

実験例２
次に、放熱塗膜３８の形成材料として、珪酸ナトリウムの５４．５重量％水溶液１４重量部、珪酸カリウムの３０．０重量％水溶液１４重量部を混合し、水２０重量部を更に添加して希釈した水溶液に、二酸化珪素の微粉末２４．０重量部、酸化アルミニウムの微粉末１６．０重量部を添加、混合した懸濁液を準備した。

この液をモーターの放熱用ケーシングに塗布した。大気中で風乾した後の放熱塗膜厚は４３μｍであった。このモーターを１時間稼働させた時点でのモーター放熱用ケーシングの温度を測定した。

温度は、ケーシングの５点で測定し、その平均値をとったところ７０．６℃であった。同様にして、放熱塗膜３８を形成しない場合の、モータのケーシングの温度を比較のため測定したところ、９８．７℃であった。

実験結果から明らかなように、放熱塗膜３８を形成したものは、これを形成しないものに比較して、十分な放熱効果が認められた。この実験例では、更に、酸化チタンの微粉末７．０重量部を添加したものを塗布した。

放熱効果は、ほぼ同様であったが、放熱塗膜の密着性が向上したことが認められた。また、珪酸ナトリウム単独又は珪酸カリウム単独の水溶液に酸化珪素の微粉末、酸化アルミニウムの微粉末を添加、混合した場合でも、ほぼ同様の効果を得た。

実験例３
実験例２において、更に、酸化錫の微粒子を添加したものを、実験例１と同様の半導体装置の放熱体にコーティングしたところ、放熱体の放熱効果は一段と向上した。即ち、珪酸ナトリウムの５４．５重量％水溶液１４重量部、珪酸カリウムの３０．０重量％水溶液１４重量部を混合し、水２０重量部を更に添加して希釈した水溶液に、二酸化珪素の微粉末２４．０重量部、酸化アルミニウムの微粉末１６．０重量部及び二酸化錫の微粒子１４．０重量部を添加、混合し懸濁液を得た。

この液を半導体装置に取り付けるべき板状の放熱板にコーティングし、大気中で風乾した。放熱塗膜厚は、４５μｍであった。この放熱板を半導体装置に取り付け、半導体装置の稼働時における温度を測定した。

温度は、放熱板上の６点で測定し、その平均値をとったところ５７．０℃であった。同様に、放熱塗膜３８を形成しない場合の、放熱板の温度は６２．４℃であった。このように酸化錫の添加効果が認められた。

実験例４
珪酸ナトリウムの５４．５重量％水溶液１４重量部、珪酸カリウムの３０．０重量％水溶液１４重量部を混合し、水２０重量部を更に添加して希釈した水溶液に、二酸化珪素の微粉末２０．０重量部、酸化アルミニウムの微粉末１２．０重量部及びカオリン７重量部を添加、混合し懸濁液を得た。実験例２と同様に、この液をモーターの放熱用ケーシングに塗布した。

大気中で風乾した後の放熱塗膜厚は４８μｍであった。このモーターを１時間稼働させた時点でのモーター放熱用ケーシングの温度を測定した。温度は、ケーシングの５点で測定し、その平均値をとったところ６９．６℃であった。

同様にして、放熱塗膜３８を形成しない場合の、モータのケーシングの温度を比較のため測定したところ、９８．７℃であった。明らかに、放熱塗膜３８を形成したものは、これを形成しないものに比較して、放熱効果が認められた。

さて、以上のように構成した冷却，放熱装置においては、ＣＰＵ１０を作動させる際には、マイクロポンプ３３を駆動して、冷却媒体Ａを集熱部１２の集熱冷媒通路２８と、放熱部１４の放熱冷媒通路３０との間を循環させ、集熱冷媒通路２８を介して、ＣＰＵ１０から吸収した熱を、放熱冷媒通路３０側で放出させて、ＣＰＵ１０を冷却することになる。

この際に、本実施例の場合には、放熱部１４は、柔軟な合成樹脂シート２２に金属箔２４を接着した可撓性部材２０から構成され、金属箔２４の露出表面に、珪酸ナトリウムおよびまたは珪酸カリウムを含有する放熱塗膜３８を形成しており、この放熱塗膜３８は、上述した実験例から明らかなように、優れた放熱性を示し、遠赤外線の放射量を増加させて、放熱部の熱を効率よく放射させる。

また、このような放熱特性を備えた放熱塗膜３８は、例えば、１０ないし２００μｍ程度なので、これを可撓性部材２０に金属箔２４の露出面に形成したとしても、放熱部１４の全体の厚みが大きくなることがない。

さらに、本実施例の場合には、集熱部１２と放熱部１４および連結部１６は、２枚の可撓性部材２０の金属箔２４面を対向するように固着した１枚の貼り合せシート２６上に形成しているので、製造が容易に行えるとともに、連結部１６の長さを任意に設定することで、放熱部１４を集熱部１２から大きく離間した位置に設けることが可能になり、放熱部１４から放出される熱が再び集熱部１２側に及ぼす影響を排除することができる。

また、この場合連結部１６は、可撓性を備えているので、任意に屈曲することができ、しかも全体の厚みが薄いので、狭い空間内を通過させて、場所を取らずに設置することができる。なお、本実施例の場合、放熱部１４に放出された熱を拡散させるファンを設けることもできる。

図５は、本発明にかかる電子部品の冷却，放熱装置の第２実施例を示しており、上記実施例と同一もしくは相当する部分には、同一番号を用いてその説明を簡略化するとともに、その特徴点についてのみ以下に詳述する。

図５は、集熱部１２ａの断面図であり、本実施例の場合にも、上記実施例と同様に、集熱部１２ａは、２枚の可撓性部材２０ａを固着した貼り合せシート２６ａに形成されている。

集熱部１２ａには、集熱媒体通路２８ａが凹状溝３２ａにより設けられている。本実施例の場合、凹状溝３２ａは、下側の可撓性部材２０ａの金属箔２４ａだけに設けられている。

なお、凹状溝３２ａは、上側の可撓性部材２０ａに設けることができる。また、凹状溝３２ａの断面形状は、図示した矩形に限る必要はなく、例えば、Ｕ字ないしはＶ字形状、半円形状などてあっても良い。このように構成した第２実施例では、放熱部１４および連結部１６は、上記実施例と実質的に同じ構成を有しており、冷却媒体Ａを循環させると、上記実施例と同等の作用効果が得られる。

図６は、本発明にかかる電子部品の冷却，放熱装置の第３実施例を示しており、上記実施例と同一もしくは相当する部分には、同一番号を用いてその説明を簡略化するとともに、その特徴点についてのみ以下に詳述する。

図６は、集熱部１２ｂの断面図であり、本実施例の場合にも、上記実施例と同様に、集熱部１２ｂは、２枚の可撓性部材２０ｂを固着した貼り合せシート２６ｂに形成されている。集熱部１２ｂには、実施例２と実質的に同一構成の集熱媒体通路２８ｂが凹状溝３２ｂにより設けられている。

ＣＰＵ１０ｂは、上記実施例と同様に、配線基板３４ｂに搭載されているが、配線基板３４には、これを収容する凹部に替えて、銅箔パターン４０が設けられていて、この銅箔パターン４０に当接するようにしてＣＰＵ１０ｂが設置されている。

集熱部１２ｂは、配線基板３４ｂの下方に積層配置され、これらには、上下に貫通する多数のスルホール孔４２が設けられている。各スルホール孔４２の上端開口は、ＣＰＵ１０ｂの下面側に臨み、各スルホール孔４２の内面に形成されたメッキ層は、銅箔パターン４０と、貼り合せシート２６ｂの金属箔２４ｂと接続されている。

このように構成した第３実施例では、放熱部１４および連結部１６は、上記実施例と実質的に同じ構成を有しており、冷却媒体Ａを循環させると、上記実施例と同等の作用効果が得られるとともに、本実施例の場合には、以下の付加効果が得られる。

すなわち、集熱部１２ｂおよび配線基板３４ｂを貫通するようにして形成されたスルホール孔４２は、上端がＣＰＵ１０ｂの下面に開口し、上端がＣＰＵ１０ｂが当接設置された銅箔パターン４０に接続され、かつ、集熱部１２ｂの金属箔２４ｂに接続されているので、ＣＰＵ１０ｂに発生する熱は、銅箔パターン４０とスルホール孔４２および金属箔２４ｂとを介して、集熱媒体通路２８ｂ内を流通する冷却媒体Ａに伝達されるので、効果的な集熱が行われる。

また、ＣＰＵ１０ｂの近傍で暖められた空気もスルホール孔４２を介して、下方に流れるので、この熱も金属箔２４ｂで吸収することが可能になり、上記実施例に比べて、集熱効果をより一層高めることができる。

図７は、本発明にかかる電子部品の冷却，放熱装置の第４実施例を示しており、上記実施例と同一もしくは相当する部分には、同一番号を用いてその説明を簡略化するとともに、その特徴点についてのみ以下に詳述する。

図７は、集熱部１２ｃの断面図であり、本実施例の場合にも、上記実施例と同様に、集熱部１２ｃは、２枚の可撓性部材２０ｃを固着した貼り合せシート２６ｃに形成されている。集熱部１２ｃには、実施例１と実質的に同一構成の集熱媒体通路２８ｃが凹状溝３２ｃにより設けられている。

ＣＰＵ１０ｃは、第１実施例と同様に配線基板３４ｃの凹部３５ｃ内に収容され、その下面側には、シート２２ｃを除去して露出させた金属箔２４ｃが、接触ないしは密着している。

以上の構成に加えて、本実施例の場合には、貼り合せシート２６ｃの下方に、別の貼り合せシート２６０が一体的に固着されている。このシート２６０は、貼り合せシート２６ｃの一方の合成樹脂シート２２ｃを除去した構成を備え、シート２２ｃを除去することで露出した金属箔２４ｃを、その上方側に固着している。

貼り合せシート２６ｃと同シート２６０との間には、それぞれに設けられた集熱冷媒通路２８ｃ間を連通するインナーバイアホール孔４３が形成されている。インナーバイアホール孔４３は、上下に設けられた集熱媒体通路２８ｃ同士を連通するものであって、上下端は、閉塞されている。

このようなインナーバイアホール孔４３は、貼り合せシート２６ｃと同２６０とを固着する前に、それぞれに形成しておき、両者を固着する際に一致させることで形成されるし、両者を固着した後に、上下方向に貫通する状態に形成した後に、上下端を閉塞することで形成することができる。

このように構したした第４実施例では、放熱部１４および連結部１６は、上記実施例と実質的に同じ構成を有しており、冷却媒体Ａを循環させると、上記実施例と同等の作用効果が得られるとともに、本実施例の場合には、以下の付加効果が得られる。

すなわち、本実施例の場合には、冷却媒体Ａが流通する集熱冷却媒体通路２８ｃは、上下方向に複数設けられていて、これらがインナーバイアホール孔４３により相互に連通されているので、集熱部１２ｃが吸収可能な熱容量を大きくすることができるとともに、冷却媒体Ａを任意の層に流すことができる。なお、本実施例の場合には、２層構造を例示したが、層数は、任意に設定することができる。

図８は、本発明にかかる電子部品の冷却，放熱装置の第５実施例を示しており、上記実施例と同一もしくは相当する部分には、同一番号を用いてその説明を簡略化するとともに、その特徴点についてのみ以下に詳述する。

図８は、集熱部１２ｄの断面図であり、本実施例の場合にも、上記実施例と同様に、集熱部１２ｄは、２枚の可撓性部材２０ｄを固着した貼り合せシート２６ｄに形成されている。集熱部１２ｄには、実施例１と実質的に同一構成の集熱媒体通路２８ｄが凹状溝３２ｄにより設けられている。

本実施例の場合、ＣＰＵ１０ｄは、下面側に多数の接続ピン４６が突設されたピンタイプのものであって、上配線基板３４０に設けられた凹部３５ｄ内に収容されている。

ＣＰＵ１０ｄの下方には、集熱部１２ｄが配置され、シート２２ｄの一部を除去して露出した金属箔２４ｄがこれに接触ないしは密着するように配置されている。集熱部１２ｄが形成された貼り合せシート２６ｄの下方には、所定のパターンが形成された下配線基板３４１が配置されている。

貼り合せシート２６ｄと下配線基板３４１には、これらを貫通する複数のスルホール孔４８が設けられている。このスルホール孔４８は、ＣＰＵ１０ｄに設けられている接続ピン４６と同じピッチで形成され、スルホール孔４８は、金属箔２４ｄと下配基板３４１に形成されたパターンと接続されている。

なお、このスルホール孔４８の一部は、図８の左端に示すように、上配線基板３４０にも延設されていて、上配線基板３４０に形成されたパターンとも接続されている。

スルホール孔４８内には、ＣＰＵ１０ｄの接続ピン４６が上部側から挿入され、下配線基板３４１との間は、ハンダ接続により電気的に接続されるととともに、金属箔２４ｄとの間には、絶縁材５０を介装することにより、電気的に遮断される。

この場合、絶縁材５０には、例えば、ポリイミド，エポキシ樹脂などの液状固化体が用いられ、予めこれら絶縁材５０をピン４６の所定位置に塗布するか、あるいは、接続ピン４６を挿入する前にスルホール孔４８に充填することにより、図示した形態に介装される。

集熱部１２ｄに設けられた集熱冷媒通路２８ｄは、接続ピン４６が挿入されるスルホール孔４８間にそれぞれ介装されており、このような集熱冷媒通路２８ｄは、例えば、数十μｍ程度の幅で形成すればよい。

さて、以上のように構成した実施例５では、放熱部１４および連結部１６は、上記実施例と実質的に同じ構成を有しており、冷却媒体Ａを循環させると、上記実施例と同等の作用効果が得られるとともに、本実施例の場合には、以下の付加効果が得られる。

すなわち、本実施例の場合には、ＣＰＵ１０ｄに突設されている接続ピン４６が挿通されるスルホール孔４８間に、冷却媒体Ａが流通する集熱冷媒通路２８ｄを形成しているので、接続ピン４６を介して、放出されるＣＰＵ１０ｄの熱を効率よく吸収することができる。

図９は、本発明にかかる電子部品の冷却，放熱装置の第６実施例を示しており、上記実施例と同一もしくは相当する部分には、同一番号を用いてその説明を簡略化するとともに、その特徴点についてのみ以下に詳述する。

図９は、集熱部１２ｆの断面図であり、本実施例の場合にも、上記実施例と同様に、集熱部１２ｆは、２枚の可撓性部材２０ｆを固着した貼り合せシート２６ｆに形成されている。集熱部１２ｆには、実施例１と実質的に同一構成の集熱媒体通路２８ｆが凹状溝３２ｆにより設けられている。

冷却対象であるＣＰＵ１０ｆは、配線基板３４ｆの凹部３６ｆに収納され、ピン端子３５ｆは、配線基板３４ｆのパターンに接続されており、このような構成は、上述した実施例１と実質的に同一になっているが、本実施例の場合、以下の点に特徴がある。

すなわち、本実施例の場合、貼り合せシート２６ｆの下方側可撓性部材２０ｆの合成樹脂シート２２ｆが部分的に除去され、露出した金属箔２４ｆが、ＣＰＵ１０ｆの上面側に、密着ないしは接触されている。

以上のように構成した実施例６では、放熱部１４および連結部１６は、上記実施例と実質的に同じ構成を有しており、冷却媒体Ａを循環させると、上記実施例と同等の作用効果が得られる。なお、本実施例は、実施例１と併用することができ、この場合には、ＣＰＵ１０の上面側と下面側とに集熱部１２が配置される。

図１０は、本発明にかかる電子部品の冷却，放熱装置の第７実施例を示しており、上記実施例と同一もしくは相当する部分には、同一番号を用いてその説明を簡略化するとともに、その特徴点についてのみ以下に詳述する。

図１０は、放熱部１４ｇの断面図であり、本実施例の場合には、上記実施例と同様に、放熱部１４ｇは、２枚の可撓性部材２０ｇを固着した貼り合せシート２６ｇに形成されている。集熱部１２ｇには、実施例１と実質的に同一構成の放熱媒体通路３０ｇが凹状溝３２ｇにより設けられている。

貼り合せシート２６ｇの上側の合成樹脂シート２２ｇは、除去されていて、金属箔２４ｇが露出している。露出した金属箔２４ｇの上面側には、金属製の筐体５２が、接触ないしは密着していて、筐体５２の表面に、実施例１で示したものと実質的に同じ構成の放熱塗膜３８ｇが設けられている。

以上のように構成した実施例７では、集熱部１２および連結部１６は、上記実施例と実質的に同じ構成を有しており、冷却媒体Ａを循環させると、上記実施例と同等の作用効果が得られるとともに、本実施例の場合には、筐体５２の表面を放熱用に用いるので、広い放熱面積を確保することができる。

図１１および図１２は、本発明にかかる電子部品の冷却，放熱装置の第８実施例を示しており、上記実施例と同一もしくは相当する部分には、同一番号を用いてその説明を簡略化するとともに、その特徴点についてのみ以下に詳述する。

図１２は、放熱部１４ｈの断面図であり、本実施例の場合には、上記実施例と同様に、放熱部１４ｈは、２枚の可撓性部材２０ｈを固着した貼り合せシート２６ｈに形成されている。集熱部１２ｈには、実施例１と実質的に同一構成の放熱媒体通路３０ｈが凹状溝３２ｈにより設けられている。

貼り合せシート２６ｈの上側の合成樹脂シート２２ｈは、除去されていて、金属箔２４ｈが露出している。露出した金属箔２４ｈの上面側には、熱電変換素子６０が設置されている。

この熱電変換素子６０は、ビスマス−アンチモン−テルル系合金を主体としたシート状本体６０ａと、本体６０ａの両側に設けられた一対の高熱伝導性絶縁体６０ｂとから構成され、本体６０ａの側面に出力リード線６０ｃが延設されている。

この出力リード線６０ｃには、図１１に示すように、ＤＣ−ＤＣまたはＤＣ−ＡＣコンバータ６２が接続され、熱電変換素子６０で変換された電力は、整流器６４を介して、マイクロポンプ３３ｈの駆動用に用いられるようになっている。なお、本実施例で示した高熱伝導性絶縁体６０ｂは、例えば、シリコン樹脂板，マイカ板を用いることができる。

このように構成された熱電変換素子６０の上側の高熱伝導性絶縁体６０ｂの上面側には、金属製の筐体５２ｈが、接触ないしは密着していて、筐体５２ｈの表面に、実施例１で示したものと実質的に同じ構成の放熱塗膜３８ｈが設けられている。

以上のように構成した実施例８では、集熱部１２および連結部１６は、上記実施例と実質的に同じ構成を有しており、冷却媒体Ａを循環させると、上記実施例と同等の作用効果が得られるとともに、本実施例の場合には、放熱部１４で放出される熱を熱電変換素子６０で電力に変換して、この電力をマイクロポンプ３３ｈの駆動用に用いているので、省エネルギー化を図ることができる。

なお、上記各実施例では、冷却，放熱対象電子部品として、ＣＰＵ１０を例示したが、本発明の実施は、これに限定されることはなく、例えば、ＤＳＰなどの大規模集積回路や、パワートランジスタなどに適用することができるし、また、凹状溝３２で形成する集熱媒体通路２８を、ＣＰＵ１０などが搭載された多層配線基板の内層部の電源ないしはアースパターン上に設けると、多層配線基板全体の冷却，放熱に用いることもできる。

本発明を多層配線基板の冷却，放熱に用いる場合には、可撓性部材で放熱部１４と連結部１６とを構成し、連結部１６を配線基板側に形成した通路２８に連通接続すればよい。なお、本発明では、このような配線基板の冷却，放熱と、上述したＣＰＵ１０などの電子部品を個別に冷却，放熱する場合との併設を妨げるものではない。

本発明にかかる電子部品の冷却，放熱装置によれば、熱が発生する電子部品を効率よく冷却ないしは放熱することができるので、例えば、パソコンのＣＰＵなどの冷却に適用して、広く活用することができる。

本発明にかかる電子部品の冷却，放熱装置の第１実施例を示す全体構成の平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１のＢ−Ｂ線断面図である。 図１のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明にかかる電子部品の冷却，放熱装置の第２実施例を示す要部断面図である。 本発明にかかる電子部品の冷却，放熱装置の第３実施例を示す要部断面図である。 本発明にかかる電子部品の冷却，放熱装置の第４実施例を示す要部断面図である。 本発明にかかる電子部品の冷却，放熱装置の第５実施例を示す要部断面図である。 本発明にかかる電子部品の冷却，放熱装置の第６実施例を示す要部断面図である。 本発明にかかる電子部品の冷却，放熱装置の第７実施例を示す要部断面図である。 本発明にかかる電子部品の冷却，放熱装置の第８実施例を示す要部平面図である。 本発明にかかる電子部品の冷却，放熱装置の第８実施例を示す要部断面図である。

符号の説明

１０ ＣＰＵ
１２ 集熱部
１４ 連結部
１６ 放熱部
１８ 冷媒流路
２０ 可撓性部材
２２ 合成樹脂シート
２４ 金属箔
２６ 貼り合せシート
２８ 集熱冷媒通路
３０ 放熱冷媒通路

Claims (12)

1. 冷却ないしは放熱対象となる電子部品に接触するように設置され、集熱冷媒通路を有する集熱部と、
   放熱冷媒通路を有し、前記集熱部で吸収した熱を外部に放出する放熱部と、
   前記集熱冷媒通路と前記放熱冷媒通路とを冷媒流路を介して連通接続する連結部とを備え、
   冷却媒体を前記集熱冷媒通路，冷媒流路，放熱冷媒通路に循環させる冷却，放熱装置であって、
   前記放熱部は、柔軟な合成樹脂シートに金属箔を固着した可撓性部材から構成され、
   前記金属箔の露出面に、直接、または、筐体などの金属部材を介在させて、珪酸ナトリウムおよびまたは珪酸カリウムを含有する放熱塗膜を形成したことを特徴とする電子部品の冷却，放熱装置。
2. 前記放熱塗膜は、前記珪酸ナトリウムおよびまたは珪酸カリウムと、酸化珪素および酸化アルミニウムからなる金属酸化物とを含有することを特徴とする請求項１記載の電子部品の冷却，放熱装置。
3. 前記放熱塗膜は、前記珪酸ナトリウムおよびまたは珪酸カリウムと、前記金属酸化物と、金属錫とを含有することを特徴とする請求項２記載の電子部品の冷却，放熱装置。
4. 前記放熱塗膜は、前記珪酸ナトリウムおよびまたは珪酸カリウムと、前記金属酸化物と、前記金属錫と、金属窒化物とを含有することを特徴とする請求項３記載の電子部品の冷却，放熱装置。
5. 前記集熱部と放熱部および連結部は、２枚の前記可撓性部材の前記金属箔面を対向するように固着した１枚の貼り合せシート上に形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の電子部品の冷却，放熱装置。
6. 少なくとも前記放熱冷媒通路部は、蛇腹状に屈曲する形状に形成され、
   前記冷媒流路と前記集熱，放熱冷媒通路とは、前記貼り合せシートの前記金属箔の一部を切欠した凹状溝から構成することを特徴とする請求項５記載の電子部品の冷却，放熱装置。
7. 前記電子部品は、ＣＰＵであることを特徴とする請求項５または６記載の電子部品の冷却，放熱装置。
8. 前記集熱部は、前記貼り合せシートの一方の前記合成樹脂シートを除去して前記金属箔を露出させ、露出した前記金属箔が前記ＣＰＵの上，下面のいずれか一方、または、双方に接触ないしは密着するように配置することを特徴とする請求項７記載の電子部品の冷却，放熱装置。
9. 前記集熱部には、前記貼り合せシートを上下貫通するスルホール孔を設け、前記スルホール孔の上端を前記ＣＰＵの下面に臨ませるとともに、前記ＣＰＵが搭載された配線基板に形成され、前記ＣＰＵの下面が当接する銅箔パターンと、前記貼り合せシート内の金属箔とを前記スルホール孔で接続することを特徴とする請求項７記載の電子部品の冷却，放熱装置。
10. 前記集熱部は、前記貼り合せシートを複数枚積層配置し、各貼り合せシート内に設けられた前記集熱冷媒通路をスルホール孔で相互に連通接続することを特徴とする請求項７記載の電子部品の冷却，放熱装置。
11. 前記集熱部は、前記集熱冷媒通路を前記ＣＰＵのピン端子間に設けることを特徴とする請求項７記載の電子部品の冷却，放熱装置。
12. 前記放熱部に、前記放熱冷媒通路を介して放出される熱を吸収して電力に変換する熱電変換素子を設けることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載の電子部品の冷却，放熱装置。

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