JP2010206122A - 放熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被冷却部品と接するヒートシンクの面に設けた熱伝導シートとヒートシンクとの間に気泡が残留することが少なく、また、気泡が発生したとしても短時間に除去できる冷却装置を提供することにある。
【解決手段】放熱装置は被冷却部品と接触することにより被冷却部品からの熱を放出するヒートシンク１を備えている。このヒートシンク１の被冷却部品と接する側の面には熱伝導シート３が貼り付けられている。ヒートシンク１の熱伝導シート３と接する面には、ヒートシンク１を貫通して外部に通じる貫通孔１ｄや溝１ｃが形成されている。このため、ヒートシンク１に熱伝導シート３が貼り付ける際に、両者の間に気泡が発生することが抑えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は放熱装置に関し、詳細にはヒートシンクと被冷却部品との間に熱伝導シートを介した放熱装置に関する。

放熱装置として、被冷却部材が光トランシーバの場合を例に説明する。
光トランシーバは、発光受光素子を備え、光コネクタを介して光信号を送受信するもので、複数の電子部品、電子回路及び回路基板が収納される本体部と、光コネクタが着脱可能に接続されるレセプタクルとを有している。光トランシーバは、プラガブル光トランシーバとも言われ、通常、ホスト基板に設置された金属製のケージに活線状態で挿抜され、ケージの奥部に配された電気コネクタと接続されるとともに、ケージ内への挿入がラッチされる。

図７は、標準規格として知られているＸＦＰ型の光トランシーバの一例で、ホスト基板上１０に搭載されて使用される様子を示している（例えば、特許文献１参照）。ホスト基板１０上には、金属製のケージ１１が設置されていて、このケージの開口１２はベゼル１３から露出され、このケージ開口１２を通して光トランシーバ２が挿抜される。光トランシーバ２の後端には電気プラグ１４を備えていて、この電気プラグ１４とホスト基板１０上の電気コネクタ１５がケージ２内で接続されることで、光トランシーバ２とホスト装置との間で通信（信号の送受、光トランシーバへの電源の供給）が確立する。

ケージ１１の上部には、光トランシーバ２の発生熱を放熱するためのヒートシンク１が、クリップ１６を用いて配置される。光トランシーバ２とヒートシンク１の熱的接触は、お互いの接触面の面精度を管理することで確保している。

特開２００７−１５６４６１号公報

しかしながら、近年の通信速度は１０Ｇｂｐｓから１００Ｇｂｐｓに及ぶに至って、伝送速度の高速化、伝送距離の長距離化、光トランシーバの高機能化などにより消費電力も増加しており発熱量が増大している。そして、高速通信の品質確保のためには一層の冷却効率の向上が求められるようになっている。ヒートシンクと光トランシーバ筐体間のように、固体同士の接触のみでリーズナブルに高い放熱効果を得るためには、接触界面の接触面積を増加させる必要がある。このためには、非常に高精度の加工で微小な凹凸を除去して、極めてフラットな面同士の接触が必要とされる。しかし、経済的かつ量産的に実現可能な手段で、このような理想に近い高精度の加工を行い、放熱効率を得ることは技術的に不可能に近い。

一方、加工精度を高めることなく、２つの金属間の熱的な接触を確保する方法として、稠度（ちょう度）の高い粘性樹脂ペースト、あるいは、硬度の低い樹脂シートを用いて接触界面のすきまによる熱抵抗を低減し、確実な接触を得る方法がある。この場合、熱伝導ペーストは一旦塗布すると除去に手間がかかるため、メンテナンスや作業の効率の点で熱伝導シートが好まれる。
したがって、光トランシーバとこれに接触するヒートシンクとの間に、弾力性のある熱伝導シートを界面に挟み込むことによって、精度の低い面同士を熱的に低い抵抗で接続すること有効な手段となる。

このように熱伝導シートは、固定された２部材間のギャップフィラーとして使用され、接触界面におけるエアギャップをなくし、樹脂を介した接触面積の実質的な増加と、それによる熱伝導の確保が可能となる。
しかしながら、例えば、図８で示すように、ヒートシンク１に熱伝導シート３を貼付する際に空気が気泡４として残ってしまう場合がある。
熱伝導シート３には粘着性を有するため、貼り付ける面積が広いほど、また熱伝導シートが薄いほど気泡は発生しやすい傾向がある。

ヒートシンク１や被冷却部品である光トランシーバ２がアルミニウムの場合、熱伝導率は１７０Ｗ／ｍＫであり、また、熱伝導シートの熱伝導率は６.５Ｗ／ｍＫ程度であるのに対し、気泡４の熱伝導率は０.００２４Ｗ／ｍＫとなることから、気泡４は光トランシーバ２からヒートシンク１への熱伝導の妨げとなってしまう。また、気泡４の存在によって熱伝導シート３の表面が平らにならず、熱伝導シート３と接触する光トランシーバ２との間にも気泡が残留しやすくなるため、熱伝導シート３と光トランシーバ２との接触面積も減少し、さらに光トランシーバ２からヒートシンク１への熱伝導が悪くなってしまう。

そこで、例えば出荷前に工場内で光トランシーバへヒートシンクを取り付ける工程においては、光トランシーバの筐体とヒートシンクの間に熱伝導シートを挟んで荷重をかけた状態で真空雰囲気において気泡の除去を行う場合がある。
この方法によって、時間をかければある程度の残留空気を除去できるが、シート中央部に取り残された気泡が、端部まで移動して排出されるまでは長時間を要する。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ヒートシンクと熱伝導シートとの間に気泡が残留することが少なく、また、気泡が発生したとしても短時間に除去できる冷却装置を提供することにある。さらに、被冷却部品をこの冷却装置に装着した際に、被冷却部品と熱伝導シートとの間に気泡が発生することが少ない冷却装置を提供することにある。

本発明による冷却装置は、被冷却部品と接触することにより被冷却部品からの熱を放出するヒートシンクを備えた放熱装置であって、ヒートシンクの被冷却部品と接する面に熱伝導シートが貼り付けられているとともに、ヒートシンクに熱伝導シートと接する面と外気と接する面とを貫通する貫通孔が形成されている放熱装置である。また、ヒートシンクの熱伝導シートと接する面に、上記貫通孔に連通する溝が形成されていてもよく、この溝がヒートシンクの被冷却部品と接する面以外の面で直接外部と連通していてもよい。さらに、熱伝導シートと接する被冷却部材の面に溝が形成されていてもよく、被冷却部品が光トランシーバであってよい。

ヒートシンクの熱伝導シートと接する面に、外部と連通する貫通孔あるいは溝を設けたため、ヒートシンクと熱伝導シートとの間に気泡が残留することが少なく、また、気泡が発生したとしても短時間に効率よくかつ確実に気泡を排出できる。

本発明による冷却装置のヒートシンクの一例を示す図である。 本発明による冷却装置の一例を示す図である。 気泡を除去するための脱泡方法を示す図である。 本発明による冷却装置のヒートシンクの他の例を示す図である。 本発明による冷却装置の他の例を示す図である。 本発明による冷却装置に光トランシーバを接触配置した図である。 従来の光トランシーバの一例を示す図である。 本発明の課題を説明するための図である。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
（実施態様１）
図１、図２は本発明による冷却装置のヒートシンクの一例を示す図であり、図１（Ａ）は側面から見た断面図、図１（Ｂ）は上部から見た図、図１（Ｃ）は底面から見た図、図１（Ｄ）は底面から見た斜視図である。
ヒートシンク１は、アルミニウムなどの熱伝導率の高い材料からなり、被冷却部品と接触する面（ヒートシンク底面）と反対側に複数のフィン１ａを有している。そして、ヒートシンク１にはヒートシンク底面とフィン１ａ側とを貫通する複数の貫通孔１ｂを設けている。

また、ヒートシンク１の底面には、図２に示すように熱伝導シート３が貼り付けられている。熱伝導シート３の厚みは、０.５から１ｍｍ程度であり、その材料として、本質的には熱伝導が低い樹脂材料が用いられるが、金属や熱伝導性セラミック等の紛体を混ぜ、かつ極力薄い状態で使用することで、所望の熱抵抗とすることが可能である。
なお、熱伝導シート３は、粘着性のある材料が用いられるため、被冷却部品が接触する面は、表面処理などを施して非粘着性となるように加工しておくことが望ましい。

ヒートシンク１の底面に熱伝導シート３を貼り付ける際に、ヒートシンク１と熱伝導シート３との間に混入した空気は、ヒートシンク１に設けた貫通孔１ｂを通じて外部に抜けるため、気泡として残ることが少ない。また、気泡が残った場合でも短時間で除去することが可能となる。

図３は、熱伝導シート３とヒートシンク１との間に残留した気泡を除去するための脱泡方法を示すものである。真空チャンバー５内に、熱伝導シート３を貼り付けたヒートシンク１を載置し、その上に被冷却部品となる光トランシーバ２と重り６を積み重ねた状態で、真空チャンバー２内を真空に引くことにより、気泡を除去している。ヒートシンク１と熱伝導シート３との間に混入した気泡は、貫通孔１ｂを通じて外部に排出されるため、貫通孔１ｂがない場合に比べて、短時間で除去することができる。

ヒートシンク１に設けた貫通孔１ｂの数や大きさは、ヒートシンク底面の面積や用いる熱伝導シート３の厚みなど、気泡の発生程度によって決めることができるが、貫通孔１ｂの部分では、被冷却部品からの熱がヒートシンク１側へ伝わらないため、全体の放熱性能に影響を与えない程度に設けることが望ましい。

（実施態様２）
図４、図５は本発明による冷却装置のヒートシンクの他の例を示す図であり、図２（Ａ）は側面から見た断面図、図２（Ｂ）は上部から見た図、図２（Ｃ）は底面から見た図、図２（Ｄ）は底面から見た斜視図である。
ヒートシンク１には、ヒートシンク底面とフィン１ａ側とを貫通する複数の貫通孔１ｂを設けるとともに、熱伝導シート３と接するヒートシンク底面に、貫通孔１ｂと連通する溝１ｃを設けている。ここで、溝１ｃはヒートシンク１の側面の開口部１ｄ、すなわち熱伝導シート３と接する面に沿って外部に連通していることが望ましい。

これにより、ヒートシンク１の底面に熱伝導シート３を貼り付ける際に、ヒートシンク１と熱伝導シート３との間に混入した空気は、ヒートシンク１に設けた溝１ｃと貫通孔１ｂを通じて、または溝１ｃから開口部１ｄを通じて外部に抜けるため、気泡として残ることが少ない。また、気泡が残った場合でも短時間で脱泡処理することが可能となる。なお、ヒートシンク１に設けた貫通孔１ｂや溝１ｃの数や大きさは、ヒートシンク全体の放熱性能に影響を与えない程度に設けることが望ましい。

本実施態様においては、ヒートシンク１の底面に設けた溝１ｃは、ヒートシンク１の底面の各辺に対して平行な格子状としているが、溝１ｃはヒートシンク１の底面の各辺に角度をもって形成してもよく、また格子状に限らず３角形状など種々のパターンで形成することができる。

図６は、本発明の冷却装置に被冷却部品を接触させた際の図である。熱伝導シート３を貼付したヒートシンク１に対して、本発明の被冷却部品である光トランシーバ２を接触配置することにより、光トランシーバ２からの熱をヒートシンク１を通じて外部に放出し、光トランシーバ２を冷却している。

ここで、被冷却部品である光トランシーバ２の熱伝導シート３との接触面には、外部に連通する溝２ａが設けられている。先述したように、熱伝導シート３の被冷却部品が接触する面は、表面処理などを施して非粘着性となるように加工しておくことが望ましい。しかし、粘着性を完全になくすことが困難な場合は、光トランシーバ２を熱伝導シート３に接触させた際に、空気層が残り気泡が発生することがある。この気泡は、光トランシーバ２と熱伝導シート３の熱抵抗を高め、光トランシーバ２の冷却効率を悪化させる原因となる。

トランシーバ２に設けた溝２ａは気泡の発生を減少させるためのものであり、光トランシーバ２を熱伝導シート３に接触させた際に、光トランシーバ２を熱伝導シート３の間に残った空気は、溝２ａを通って外部に排出される。このため、光トランシーバ２を熱伝導シート３との良好な熱伝導を可能としている。

以上、本発明の冷却装置について、被冷却部品として光トランシーバを例に説明したが、本発明は光トランシーバの冷却に限らず、他の被冷却部品にも適用できることは言うまでもない。

１…ヒートシンク、２…光トランシーバ、３…熱伝導シート、４…気泡、５…真空チャンバー、６…重り、１０…ホスト基板、１１…ケージ、１２…ケージ開口、１３…ベゼル、１４…電気プラグ、１５…電気コネクタ、１６…クリップ。

Claims (5)

1. 被冷却部品と接触することにより該被冷却部品からの熱を放出するヒートシンクを備えた放熱装置であって、前記ヒートシンクの前記被冷却部品と接する側の面に熱伝導シートが貼り付けられているとともに、前記ヒートシンクに前記熱伝導シートと接する面と外気に接する面とを貫通する貫通孔が形成されていることを特徴とする放熱装置。
2. 前記ヒートシンクの前記熱伝導シートと接する面に、前記貫通孔に連通する溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
3. 前記溝が前記ヒートシンクの前記熱伝導シートと接する面に沿ってさらに外部と連通していることを特徴とする請求項２に記載の放熱装置。
4. 前記被冷却部品の前記熱伝導シートと接する面に、外部と連通する溝を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放熱装置。
5. 前記被冷却部品が光トランシーバであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却装置。

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