JP2012084730A

JP2012084730A - 電子装置の放熱シート

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Publication number: JP2012084730A
Application number: JP2010230643A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Akaha; 良啓赤羽; Hideki Matsubara; 秀樹松原; Hirohisa Saito; 裕久齊藤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2012-04-26
Anticipated expiration: 2030-10-13
Also published as: TW201223432A; JP5531905B2; WO2012049992A1

Abstract

【課題】放熱シートを設けた電子部品の周りにその電子部品より背の高い他の電子部品が位置されていても、放熱シートを屈曲させることなくフラットに設置する。
【解決手段】銅箔等の金属材料からなる熱伝導層１１の表裏面にポリイミド等の絶縁被覆層１２を設けた放熱シートＳ２である。この放熱シートの背の高い他の電子部品１ａに対応する位置に凹部Ｈを形成し、その凹部に背の高い電子部品を嵌めて、放熱シートの設置方向に影響を与えないようにする。このようにすれば、放熱シートを、背の高い他の電子部品に関係なく、回路基板２に沿ってフラットに（平行に）設置することができる。フラットに設置できれば、放熱シートが回路基板に対向する部品に触れずにその両者間に位置させたり、その部品の裏面にぴったり沿った接触状態としたりし得る。凹部は、透孔、切り込み２１、切り起し等の手段を採用して形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、回路基板上に複数の電子部品を搭載し、その少なくとも一つの電子部品に放熱シートを設けた電子装置及びその放熱シートに関するものである。

コンピュータ（ＣＰＵ）、ビデオチップ、メモリー等の半導体からなる電子部品は使用中に発熱するため、その熱のため電子部品の性能が劣化する恐れがある。このため、発熱する電子部品には放熱シートを設けて放熱効果を高めるようにしている。
この放熱シートを電子部品に設ける際、図１６に示すように、その放熱シートＳを設けた電子部品１の周りにはその電子部品１より背の高い他の電子部品１ａが回路基板２に設けられる場合がある。

このような場合、その背の高い電子部品１ａの位置を変更することが考えられるが、その変更は、回路基板２上の電子部品１、１ａの実装設計に制約が生じる。
このため、柔軟性のある介在層を部品と放熱シートＳの間に介在し、その介在層の各部品高さの凹凸への出没対応によってその凹凸を吸収する技術がある（特許文献１請求項１、図３参照）。
また、放熱シートＳは、樹脂フィルムのように腰が弱く剛性が低いと、不必要に他の電子部品に接触する問題がある。このため、近年、放熱シートＳとして、熱伝導層をアルミニウムや銅、又はそれらの合金等の熱伝導性が良好な金属材料からなる薄板又は箔からなり、その熱伝導層の表裏面にポリイミド等の熱放射層（絶縁被覆層）を設けた、前記問題が生じない剛性を有するものがある（特許文献２請求項１、段落００１５〜同００１７、図１参照）。

特開２００２−２６１２０６号公報特開２００６−９３５４６号公報

特許文献１記載の柔軟性のある介在層を設けた技術は、その介在層に酸化アルミニウム等の粒子のコンパウンドを採用して熱伝導性を担保しているが、このコンパンドは高い熱伝導率を期待できず、例えば、せいぜい、数Ｗ／ｍｋ程度であって、この介在層によって放熱効果が劣化したり、厚みが増して採用できなくなったりする場合が生じる。

特許文献２記載の熱伝導層の表裏面に熱放射層を設けた放熱シートＳは、容易に屈曲し得るが、ある程度の剛性（弾性）があるため、例えば、図１６（ａ）に示すように、背の高い他の電子部品１ａの頂面に至るとその剛性でもって上方に屈曲した状態となる。また、同図（ｂ）に示すように、回路基板２に対向してその対向面を被う他の部品３が間隙ｔをもって設けられておれば、放熱シートＳは、その間隙ｔ内において部品３に沿って延びることとなる。このとき、図示のように、放熱シートＳをその間隙ｔ内に導くために屈曲させなければならない場合が多くなる。
これらの場合において、ある程度の剛性を有する放熱シートＳに屈曲部分が生じることは、その屈曲に基づく電子部品１と放熱シートＳとの貼着部に剥がれ応力が作用して、その貼着部が剥がれやすく、剥がれれば、空気が入って放熱シートＳと電子部品１との接触面積が低下して放熱特性が悪化する。

この発明は、上記の実情の下、上記熱伝導層の表裏面に熱放射層を設けた放熱シートＳを設けた電子部品の周りにその電子部品より背の高い他の電子部品が位置されていても、上記屈曲による接触面積の低下が起らないようにすることを課題とする。

上記の課題を達成するために、この発明は、背の高い他の電子部品は放熱シートの凹部に嵌めて、放熱シートの設置方向に影響を与えないようにしたのである。
このようにすれば、放熱シートを、背の高い他の電子部品に関係なく、回路基板に沿って設置することができる。

この発明の具体的な構成としては、回路基板上に複数の電子部品を搭載し、その少なくとも一つの電子部品に放熱シートを設け、その設けた電子部品の周りにはその電子部品より背の高い他の電子部品が位置され、前記放熱シートは、背の高い他の電子部品の頂面に至って接すると上方に屈曲する電子装置の前記放熱シートにおいて、前記背の高い他の電子部品の頂面に対応する部位にその他の電子部品の頂部が入る凹部が設けられて、その凹部に前記他の電子部品の頂部が入ることによって前記上方に屈曲することなくフラットになる構成を採用することができる。

この構成において、上記電子装置が上記回路基板に対向してその対向面を被う他の部品が間隙をもって設けられているものの場合は、上記放熱シートは、前記間隙内まで至っているようにする。このようにすれば、放熱面積を多く得ることができるうえに、前記他の部品にその放熱シートを接しさせるものであれば、放熱シートは、その凹部に他の電子部品の頂部が入ることによってフラットとし得るため、そのフラットレベルと他の部品の接触面のレベルを同じにすれば、放熱シートと他の部品が円滑に接して有効な接触面積を得ることができる。一方、他の部品にその放熱シートを接しさせてはいけないものであれば、同様に、放熱シートはフラット状態で回路基板と他の部品の間隙に入り込むため、その間隙が放熱シートの厚み以上あれば、その放熱シートが他の部品に接触しないようにし得る。

このように、放熱シートを延ばして設置する際、その設置エリアに他の部品があって邪魔の場合、例えば、回路基板とその邪魔となる他の部品との隙間に放熱シートを延ばす場合、凹部の形成によって、その隙間に、曲げ応力を発生することなく放熱シートをフラット状態で延ばすことができ、そのフラット状態を維持できる限りの狭い前記隙間において担保できる。このため、隙間が狭い場合において有利なものと言える。

上記凹部は、電子部品の頂部が入って（嵌って）放熱シートをフラット状態とし得る態様の全てを含み、その形成手段としては、例えば、切り起しによったり、孔によったり等の種々のものが考え得る。この切り起しや孔によれば、容易な加工で放熱性を確保できる。
放熱シートの構成としては、例えば、銅箔の表裏面に絶縁被覆層を設けたものとし得る。この場合、その銅箔の厚みを１８〜７０ミクロンとするとよい。厚みが１８ミクロン未満であると、放熱特性が出にくく、７０ミクロンを超えると、可撓性が低下し、この範囲の厚みであると、所望の放熱特性を担保し得るとともに、可撓性があるので、部品と回路基板の隙間に這わせ易い（装入し易い）。
上記各構成の放熱シートは、回路基板上に複数の電子部品を搭載した電子装置の放熱手段とし得ることは勿論である。

この発明は、以上のように、背の高い他の電子部品はその頂部を放熱シートの凹部に入れて、放熱シートの設置方向に影響を与えないようにしたので、十分な放熱効果を担保しつつ、回路基板上の各電子部品の実装設計の自由度が増すものとし得る。

この発明の一実施形態を示し、（ａ）は回路基板への実装状態の平面図、（ｂ）は同一部切断正面図、（ｃ）は同放熱シートの斜視図この発明の他の実施形態を示し、（ａ）は回路基板への実装状態の平面図、（ｂ）は同一部切断正面図、（ｃ）は同放熱シートの斜視図同他の実施形態を示し、（ａ）は回路基板への実装状態の平面図、（ｂ）は同一部切断正面図、（ｃ）は同放熱シートの斜視図同他の実施形態を示し、（ａ）は回路基板への実装状態の平面図、（ｂ）は同一部切断正面図、（ｃ）は同放熱シートの斜視図同他の実施形態を示し、（ａ）は回路基板への実装状態の平面図、（ｂ）は同一部切断正面図、（ｃ）は同放熱シートの斜視図同他の実施形態を示し、（ａ）は回路基板への実装状態の平面図、（ｂ）は同一部切断正面図、（ｃ）は同放熱シートの斜視図同他の実施形態を示し、（ａ）は回路基板への実装状態の平面図、（ｂ）は同一部切断正面図、（ｃ）は同放熱シートの斜視図同他の実施形態を示し、（ａ）は回路基板への実装状態の平面図、（ｂ）は同一部切断正面図、（ｃ）は同放熱シートの斜視図同他の実施形態を示し、（ａ）は回路基板への実装状態の平面図、（ｂ）は同一部切断正面図、（ｃ）は同放熱シートの斜視図比較例を示し、（ａ）は回路基板への実装状態の平面図、（ｂ）は同正面図他の比較例を示し、（ａ）は回路基板への実装状態の平面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同放熱シートの斜視図（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ放熱シートの積層構造の各例の部分断面図（ａ）は放熱シートの他の実施形態の回路基板への実装状態の一部省略正面図、（ｂ）は同斜視図（ａ）は放熱シートの他の実施形態の回路基板への実装状態の一部省略正面図、（ｂ）は同斜視図（ａ）、（ｂ）は、放熱シートの回路基板への各実装状態の正面図（ａ）、（ｂ）は放熱シートの従来の各実装状態の正面図

この発明に係る放熱シートの構成例を図１２に基づき説明すると、（ａ）に示す放熱シートＳ１は、銅箔１１の表裏面に接着剤１２を介したり、介しなかったりしてポリイミド層１３を設けたものである。接着剤１２は、接着性や熱伝導性を考慮して適宜なものを採用し、例えば、熱硬化性樹脂等を使用し、その厚さは０〜４０μｍとする。銅箔１１の厚みは、例えば１８μｍ、ポリイミド層１３の厚みは、例えば１２．５μｍとする。
（ｂ）に示す放熱シートＳ２は、銅箔１１を約２倍厚み（例えば、３５μｍ）とした以外は前記の放熱シートＳ１と同一構成である。（ｃ）に示す放熱シートＳ３は、放熱シートＳ２の銅箔１１を２層にしたものであり、他のポリイミド層１３、接着層１２の厚みは前記の放熱シートＳ１、Ｓ２と同一構成である。以下、これらの放熱シートＳ１〜Ｓ３を総称して放熱シートＳと言う。
これらの放熱シートＳにおいて、片側のポリイミド層１３と銅箔１１の間の接着層１２は省略できる。また、放熱シートＳ３の場合、中央のポリイミド層１３の両側の接着層１２は省略することができる。

この各放熱シートＳを、回路基板２上に複数の電子部品１を搭載した電子装置に実装した各実施形態を図１〜図９に示す。回路基板２には複数の電子部品１、１ａが実装され、その一つは発熱するものであって、その放熱が必要であり、その発熱する電子部品１の周りにはその電子部品１より背の高い他の電子部品１ａが位置している。放熱シートＳはその発熱する電子部品１の頂面に接着剤によって貼付されて前記他の電子部品１ａを超えて（跨いで）設けられる。また、回路基板２にはその実装面に対向してその対向面を被う他の部品３が間隙ｔをもって設けられている。接着剤には、例えば、熱伝導テープ（厚み：３５μｍ）を使用する。また、前記隙間ｔは、例えば数百μｍ程度である。

図１に示す実施形態１は、他の電子部品１ａの対応する位置に凹部Ｈとなる透孔２１を形成したものであり（同図（ｃ）参照）、その透孔２１に他の電子部品１ａの頂部を嵌める。この嵌め込みによって電子部品１ａの頂部を放熱シートＳから突出させる（同図（ａ）、（ｂ）参照）。この突出によって、発熱電子部品１に貼付された放熱シートＳは回路基板２と他の部品３の間隙ｔ内に、その剛性でもってフラットに延びた状態となる（同図（ｂ）参照）。

図２に示す実施形態２は、他の電子部品１ａの対応する位置に、放熱シートの長さ方向で対向するＴ字状の切り込み２２を形成したものであり（同図（ｃ）参照）、その切り込み２２の形成部に他の電子部品１ａを押し上げることにより、切り込み片２２ａを立ち上げて（切り起こして）、その電子部品１ａの頂部が入る凹部Ｈを形成し、電子部品１ａの頂部を放熱シートＳから突出させる（同図（ａ）、（ｂ）参照）。この突出によって、発熱電子部品１に貼付された放熱シートＳは回路基板２と他の部品３の間隙ｔ内に、その剛性でもってフラットに延びた状態となる（同図（ｂ）参照）。

図３に示す実施形態３は、他の電子部品１ａの対応する位置にコ字状の切り込み２３を形成したものであり（同図（ｃ）参照）、その切り込み２３の形成部に他の電子部品１ａを押し上げることによって、切り込み片２３ａを立ち上げてその電子部品１ａの頂部が入る凹部Ｈを形成し、その電子部品１ａの頂部を放熱シートＳから突出させる（同図（ａ）、（ｂ）参照）。この突出によって、発熱電子部品１に貼付された放熱シートＳは回路基板２と他の部品３の間隙ｔ内に、その剛性でもってフラットに延びた状態となる（同図（ｂ）参照）。

図４に示す実施形態４は、他の電子部品１ａの対応する位置に、上述と逆コ字状の切り込み２４を形成したものであり（同図（ｃ）参照）、その切り込み２４の形成部に他の電子部品１ａを押し上げることによって、切り込み片２４ａを立ち上げてその電子部品１ａの頂部が入る凹部Ｈを形成し、その電子部品１ａの頂部を放熱シートＳから突出させる（同図（ａ）、（ｂ）参照）。この突出によって、発熱電子部品１に貼付された放熱シートＳは回路基板２と他の部品３の間隙ｔ内に、その剛性でもってフラットに延びた状態となる（同図（ｂ）参照）。

図５に示す実施形態５は、発熱する電子部品１と他の電子部品１ａの間に対応する部分に切り込み２５、２５を形成し、その両切り込み２５、２５の間に谷折り線２５ａ、２５ａ及び山折り線２５ｂ、２５ｂを形成するとともに、切り込み２５と放熱シートＳの側縁との間に谷折り線２５ａと山折り線２５ｂを形成したものであり（同図（ｃ）参照）、その切り込み２５の放熱シート縁側に他の電子部品１ａを押し上げることによって、谷折り線２５ａ、山折り線２５ｂを介して放熱シートＳを山折りしてその電子部品１ａの頂部が入る凹部Ｈを形成し、一方、両切り込み２５、２５の間の放熱シートＳを谷折り線２５ａ、山折り線２５ｂを介して谷折りして発熱電子部品１の頂部に貼付する（同図（ａ）、（ｂ）参照）。これによって、発熱電子部品１に貼付された放熱シートＳは回路基板２と他の部品３の間隙ｔ内に、その剛性でもってフラットに延びた状態となる（同図（ｂ）参照）。
この実施形態によれば、凹部Ｈを山折りで形成し、放熱シートＳの発熱電子部品１との接触（貼付）を谷折り部で行うようにしたので、発熱電子部品１と他の電子部品１ａとの高低差が大きい場合に有利である。

図６に示す実施形態６は、他の電子部品１ａの対応する位置にＬ字状の切り込み２６を形成したものであり（同図（ｃ）参照）、その切り込み２６の形成部に他の電子部品１ａを押し上げることによって、切り込み片２６ａを立ち上げてその電子部品１ａの頂部が入る凹部Ｈを形成し、その電子部品１ａの頂部を放熱シートＳから突出させる（同図（ａ）、（ｂ）参照）。この突出によって、発熱電子部品１に貼付された放熱シートＳは回路基板２と他の部品３の間隙ｔ内に、その剛性でもってフラットに延びた状態となる（同図（ｂ）参照）。

図７に示す実施形態７は、他の電子部品１ａの対応する位置に、＞字状の切り込み２７を形成したものであり（同図（ｃ）参照）、その切り込み２７の形成部に他の電子部品１ａを押し上げることによって、切り込み片２７ａを立ち上げてその電子部品１ａの頂部が入る凹部Ｈを形成し、その電子部品１ａの頂部を放熱シートＳから突出させる（同図（ａ）、（ｂ）参照）。この突出によって、発熱電子部品１に貼付された放熱シートＳは回路基板２と他の部品３の間隙ｔ内に、その剛性でもってフラットに延びた状態となる（同図（ｂ）参照）。

図８に示す実施形態８は、図１において、放熱シートＳを他の部品３の端近くに至る長さとしたものである。
図９に示す実施形態９は、図８の放熱シートＳにおいて、２層の銅箔１１、１１を形成したもの（Ｓ３）としたものである。

これらの各実施形態１〜９において、周囲温度：２５℃の下、電子部品１にその発熱量ΔＴ＝３０℃弱となるように通電した場合（この場合、放熱シートＳがないと、電子部品の頂部温度は２９℃となる。比較例１参照）の電子部品１の温度上昇ΔＴを測定した実施例１〜９（例えば、実施形態１が実施例１）を下記表１に示す。なお、実施形態１〜８は放熱シートＳ２を使用し、その放熱シートＳ２、Ｓ３の銅箔厚：３５μｍ、ポリイミド層厚：１２．５μｍとした。また、実施例１０は、図１の実施形態において、銅箔厚：１８μｍ、ポリイミド層厚：１２．５μｍ、実施例１１は、図８の実施形態において、銅箔厚：１８μｍ、ポリイミド層厚：１２．５μｍとした。
また、比較例として、実施形態１において、図１０に示す放熱シートを設けないもの（比較例１）、図１１に示す背の高い電子部品１ａを回避した形状の放熱シートＳを採用したもの（比較例２）を作成して同様の実験をした。この場合の放熱シートＳは、一層の銅箔１１のもの（Ｓ２）とした。
なお、電子部品１への放熱シートＳの接着には熱伝導テープを使用し、電子部品１頂部に対応する放熱シートＳの部位の温度をサーモビュアによって測定して電子部品１の温度上昇ΔＴとした。このとき、その部位が放熱シートＳの最高温度となる。

この実験例から、各実施例１〜１１は、比較例１、２に対して十分な放熱効果を得ていることが理解できる。また、実施例８、９と他の実施例１〜７の対比から、放熱シートＳの面積差によって放熱効果の異なることが理解でき、実施例８と実施例９との対比から、銅箔１１が二層あることにより、熱伝導層が多くなって熱抵抗が下がって熱が放熱シートＳに広がって放熱効果が高まることが理解できる。さらに、実施例１、８と実施例１０、１１との比較から、銅箔１１が厚い方が放熱効果が高いことが理解できる。
また、図１〜図７の各（ｂ）から、放熱シートＳは、他の部品３に触れることなくフラットに延びていることが確認できる。この放熱シートＳのフラット状態は、その状態が維持できる限りの狭い隙間ｔにおいて担保できる。このため、隙間ｔが狭い場合において有利なものと言える。

上記凹部の形成手段は上記以外にも種々のものが考えられ、例えば、図１３、図１４の（ａ）、（ｂ）に示すもの等が考えられる。図１３は、四角状の突条を作ったもの、図１４は三角条の突条を作ったものであり、何れも、その突条の内部を凹部Ｈとする。この場合、発熱する電子部品１に加えて、その凹部Ｈに背の高い発熱する電子部品１ａの頂部を嵌めて貼着するようにし得る。その凹部内側奥面の高さは突条の高さを適宜に設定することによって対応する。

また、上記高い・低い又は同一高さの発熱する電子部品１が２つ以上ある場合は、その各電子部品１に一枚の放熱シートをそれの電子部品に亘って設けたり、又はそれぞれ別の放熱シートを設けたりするが、その各放熱シートにおいて、背の高い電子部品１ａがある部位にそれぞれ凹部Ｈを形成して、同様に、その凹部Ｈに各電子部品１ａの頂部を嵌めることによって、この発明の上記作用効果を得ることができる。
さらに、放熱シートＳを発熱する電子部品１に設ける際、その放熱シートＳを設ける（貼付する）部分のポリイミド層１３又は（及び）接着剤１２を除去して（くり抜いて）熱伝導テープ等によって放熱シートＳを貼付するようにすることもできる。

なお、この発明に係る放熱シートＳは、透孔２１、切り込み２２等によって形成される凹部Ｈの部分が特徴であって、そのシート外縁の形状は、設置場所に応じて、例えば、円状、楕円状等と任意であることは勿論である。また、上記各切り込み２２、２３、２４、２５、２６、２７は、各図示では切り幅を有するスリット状となっているが、単なる切り目（線状）でも良いことは勿論である。

上記各実施形態は、他の部品３に触れないように放熱シートＳを設けたが、図１５（ａ）に示すように、他の部品３がない電子装置においてもこの発明は採用することができ、一方、同図（ｂ）に示すように、他の部品３の裏面に放熱シートＳ（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）が沿ってフラットに（平行に）接する電子装置においても採用できることは勿論である。後者の場合、放熱シートＳがフラットに延びるため、部品３裏面との接触もその全域に亘って円滑になされる。このため、放熱シートＳから部品３への熱伝導又は部品３から放熱シートＳへの熱伝導が円滑に行われ、何れも円滑な放熱効果を得ることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Ｓ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３放熱シート
Ｈ凹部
１発熱する電子部品
１ａ背の高い電子部品
２回路基板
３他の部品
１１銅箔
１２接着層
１３絶縁被覆層（熱放射層）

Claims

回路基板（２）上に複数の電子部品（１、１ａ）を搭載し、その少なくとも一つの電子部品（１）に放熱シート（Ｓ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を設け、その設けた電子部品（１）の周りにはその電子部品（１）より背の高い他の電子部品（１ａ）が位置され、前記放熱シートは、前記背の高い他の電子部品（１ａ）の頂面に至って接すると上方に屈曲する電子装置の前記放熱シートであって、
上記背の高い他の電子部品（１ａ）の頂面に対応する部位にその他の電子部品（１ａ）の頂部が入る凹部（Ｈ）が設けられて、その凹部（Ｈ）に前記他の電子部品（１ａ）の頂部が入ることによって上記上方に屈曲することなくフラットになることを特徴とする放熱シート。
上記電子装置は、上記回路基板（２）に対向してその対向面を被う他の部品（３）が間隙（ｔ）をもって設けられており、上記放熱シート（Ｓ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）は、前記間隙（ｔ）内まで至っていることを特徴とする請求項１に記載の放熱シート。
上記凹部（Ｈ）は、切り起しによって形成したことを特徴とする請求項1又は２に記載の放熱シート。
上記凹部（Ｈ）は、上記他の電子部品（３）の頂部が嵌る孔（２１）によって形成したことを特徴とする請求項1又は２に記載の放熱シート。
銅箔（１１）の表裏面に絶縁被覆層（１３）を設けた放熱シート（Ｓ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）であって、その銅箔（１１）の厚みを１８〜７０ミクロンとしたことを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の放熱シート。
請求項１〜５の何れか一つに記載の放熱シート（Ｓ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を用いた回路基板（２）上に複数の電子部品（１、１ａ）を搭載した電子装置。