JP2014241410A - 放熱部材およびこれを用いた電子装置ならびに画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 放熱特性に優れた放熱部材およびこれを用いた電子装置ならびに画像表示装置を提供する。【解決手段】 基部１と、基部１の一方側の面１ａに少なくとも４本以上の隣接して配置されたフィン２を備えるセラミック焼結体からなり、最外フィン２ｄ（２ｅ）と最外フィンに隣接するフィン２ｂ（２ｃ）との間隙３における先端部Ａの幅が根元部Ｂの幅より広い放熱部材10である。このような構成を満たすことにより、放熱部材10は、熱交換効率が高く、放熱特性に優れる。また、電子装置40および画像表示装置50は、高い信頼性を有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、放熱部材およびこれを用いた電子装置ならびに画像表示装置に関する。

液晶テレビなどの画像表示装置内においては、ＥＭＩ（Electro Magnetic Interference:電磁波障害）対策と、各種の電子部品の動作時に生じる熱を逃がすべく、セラミック焼結体からなる放熱部材が用いられている。また、放熱特性を高めるため複数のフィンを立接した構造が提案されている。

例えば、特許文献１には、発熱素子の温度を下げるために用いるセラミック放熱モジュールであって、前記セラミック放熱モジュールが、セラミック放熱モジュール本体を含み、そのうち前記セラミック放熱モジュール本体の組成が実質上重量百分率70％以上の酸化アルミニウムを含むセラミック放熱モジュールが記載されている。

特開2012−222339号公報

しかしながら、電子部品の高出力化や高密度実装が進む今日において、放熱部材には更なる放熱特性の向上が求められている。

本発明は、上記要求を満たすべく案出されたものであり、放熱特性に優れた放熱部材およびこれを用いた電子装置ならびに画像表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明の放熱部材は、基部と、該基部の一方側の面に少なくとも４本以上の隣接して配置されたフィンとを備えるセラミック焼結体からなる放熱部材であって、最外フィンと該最外フィンに隣接するフィンとの間隙における先端部の幅が根元部の幅より広いことを特徴とするものである。

また、本発明の電子装置は、上記構成の放熱部材と、電子部品とが組み合わされていることを特徴とするものである。

また、本発明の画像表示装置は、上記構成の電子装置を備えていることを特徴とするものである。

本発明の放熱部材によれば、最外フィンと、最外フィンに隣接するフィンとの間における熱の吸収が行なわれにくくなるとともに、間隙における熱差が大きくなることにより、熱交換が効率よく進むため、放熱特性に優れた放熱部材とすることができる。

また、本発明の電子装置によれば、上記構成の放熱部材と、電子部品とが組み合わされていることから、放熱部材の優れた放熱特性により、電子部品の有する特性を十分に発揮することができるとともに、信頼性の高い電子装置とすることができる。

また、本発明の画像表示装置によれば、上記構成の電子装置を備えていることから、信頼性の高い画像表示装置とすることができる。また、放熱部材自体の放熱特性が高いものであることから、装置のコンパクト化を図ることができる。

本実施形態の放熱部材の一例を示す斜視図である。 本実施形態の放熱部材の他の一例を示す斜視図である。 本実施形態の放熱部材のさらに他の一例を示す斜視図である。 本実施形態の放熱部材のさらに他の一例を示す側面図である。 本実施形態の放熱部材のさらに他の一例を示す、基部の一方側の面の部分拡大図である。 本実施形態の電子装置の一例を示す斜視図である。 本実施形態の画像表示装置の一例であり、画像表示側から見たときの電子装置の搭載部分のみ透過して示す概略図である。

以下、本実施形態の放熱部材およびこれを用いた電子装置ならびに画像表示装置について説明する。図１は、本実施形態の放熱部材の一例を示す斜視図である。

本実施形態の放熱部材10は、セラミック焼結体からなり、基部１と、基部１の一方側の面１ａに少なくとも４本以上の隣接して配置されたフィン２とを備えるものであり、各フィン２間に間隙３を有し、熱源である電子部品は、基部１の他方側の面１ｂに配置されるものである。なお、図１においては、５本のフィン２を備える例を示しており、中央に位置するフィンに２ａ、最も外側に位置する最外フィンに２ｄ，２ｅ、最外フィン２ｄ，２ｅと隣接するフィンにそれぞれ２ｂ，２ｃの符号を付している。

そして、本実施形態の放熱部材10は、最外フィン２ｄ（２ｅ）と、最外フィン２ｄ（２ｅ）に隣接するフィン２ｂ（２ｃ）との間隙３における先端部Ａの幅が根元部Ｂの幅より広い。なお、先端部Ａと根元部Ｂとの間におけるフィン２の表面が、波状や凹凸状であるときには、中心線を基準線とすればよく、本実施形態における先端部Ａおよび根元部Ｂとは、間隙３の高さの上下からそれぞれ15％未満のことを指す。

なお、複数のフィンを有する一般的な放熱部材において、電子部品の動作時に生じる熱は、配置面を介して各フィンに熱が伝達され、各フィンから熱が放射される。また、フィン間においては、熱の放射のみならず、熱の吸収も行なわれる。そのため、熱源が中央に有る場合、図１を用いて説明すれば、温度は、フィン２ａが最も高く、フィン２ｂ，２ｃ、次に、フィン２ｄ，２ｅの順となる。

また、フィン２ａ−２ｂ（２ａ−２ｃ）の間隙３と、フィン２ｂ−２ｄ（２ｃ−２ｅ）の間隙３と、最外フィン２ｄ（２ｅ）の外側とに存在する流体においては、フィン２ａ−２ｂ（２ａ−２ｃ）の間隙３の温度が最も高く、フィン２ｂ−２ｄ（２ｃ−２ｅ）の間隙３、次に、最外フィン２ｄ（２ｅ）の外側の順となり、このような熱差によってフィン２ａからフィン２ｄ側若しくはフィン２ａからフィン２ｅ側に向かって熱交換が行なわれる。

そして、本実施形態の放熱部材10は、最外フィン２ｄ（２ｅ）と、最外フィン２ｄ（２ｅ）に隣接するフィン２ｂ（２ｃ）との間隙３における先端部Ａの幅が根元部Ｂの幅より広いことにより、フィン２同士間における熱の吸収が行なわれにくくなる。また、フィン２ｂ−２ｄ（２ｃ−２ｅ）の間隙３において、流体が流入しやすく、存在する流体量も多
くなるため、流体の温度が上がりにくく、最外フィン２ｄ（２ｅ）と、最外フィン２ｄ（２ｅ）に隣接するフィン２ｂ（２ｃ）との間隙３における先端部Ａの幅が根元部Ｂの幅と同じであるときよりも温度は低いものとなり、内側（フィン２ａ付近）と外側（フィン２ｄもしくはフィン２ｅ付近）との熱差を大きくすることができることから、熱交換が効率よく進み、放熱特性に優れた放熱部材10とすることができる。

また、本実施形態の放熱部材10は、セラミック焼結体からなることから、耐腐食性に優れているため、長期使用が可能であり、高い信頼性を有する。なお、セラミック焼結体としては、熱伝導性や耐熱性などの熱特性の観点から、主成分が、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウムおよびアルミナから選択されるセラミックスであることが好適である。ここで、主成分とは、セラミック焼結体を構成する成分の合計100質量％のうち、70質量％
以上を占める成分のことである。

そして、本実施形態の放熱部材10がアルミナ質焼結体からなるときには、アルミニウム系や銅系の放熱部材のように、他のシールド工法を必要とすることなく、ＥＭＩを抑制することができるうえに、加工が容易であることから製造コストを下げることができる。

なお、流体とは、空気などの気体または水などの液体のことである。また、本実施形態の放熱部材10においては、自然対流によっても優れた放熱特性を発揮することができるものであるが、ファンや圧縮ポンプを用いれば、さらに放熱特性を高められることは言うまでもない。

図２は、本実施形態の放熱部材の他の一例を示す斜視図である。なお、以下の図の説明において、図１と同一の部位に関しては、同じ符号を付して説明する。図２に示す例のように、最外フィン２ｄと、最外フィン２ｄと隣接するフィン２ｂとの間のつなぎ部Ｃが弧状であることが好適である。

このように、つなぎ部Ｃが弧状であるときには、フィン２ｂ−２ｄの間隙３において、先端部の幅が広いことにより、流体が流入しやすくなっていることから、流入した流体によって間隙３に存在する熱を帯びた流体が排出されやすくなる。そのため、熱を帯びた流体の滞留が抑制されることとなり、さらに放熱特性に優れた放熱部材20とすることができる。また、フィン２に掛かる応力による亀裂が生じにくいものとすることができることから、図２の放熱部材20のように、すべてのフィン２間のつなぎ部Ｃが弧状であることが好適であることは言うまでもない。

図３は、本実施形態の放熱部材のさらに他の一例を示す斜視図である。図３に示す例の放熱部材30のように、最外フィン２ｄ（２ｅ）と最外フィン２ｄ（２ｅ）に隣接するフィン２ｂ（２ｃとの間隙３における先端部の幅Ｌ２が、中央に隣接するフィン２ｆ−２ｇの間隙３における先端部の幅Ｌより広い（Ｌ＜Ｌ２）ことが好適である。さらには、フィン２ｆ−２ｇの間隙３の先端部の幅Ｌと、フィン２ｆ−２ｈ（２ｇ−２ｉ）の間隙３の先端部の幅Ｌ１と、フィン２ｈ−２ｊ（２ｉ−２ｋ）との間隙３の先端部の幅Ｌ２において、Ｌ＜Ｌ１＜Ｌ２の関係にあることがより好適である。なお、図１，２に示すように、中央に隣接するフィンとの間隙３が複数あるときには、各間隙３の先端部の幅の平均値を、中央に隣接するフィンの間隙３における先端部の幅とすればよい。

最外フィン２ｄ（２ｅ）と最外フィン２ｄ（２ｅ）に隣接するフィン２ｂ（２ｃとの間隙３における先端部の幅Ｌ２が、中央に隣接するフィン２ｆ−２ｇの間隙３における先端部の幅Ｌより広いときには、間隙３における熱差がさらに大きなって熱交換効率が高まるため、放熱特性を向上させることができる。また、図３に示すように、Ｌ＜Ｌ１＜Ｌ２の関係を満たす構成であるときには、Ｌ＝Ｌ１＜Ｌ２の関係にある構成のときよりも、フィ
ン２同士間における熱の吸収がさらに行なわれにくくなり、それぞれの間隙３における流体量が多くなって流体の温度が上がりにくくなることから、熱交換がさらに効率よく進み、放熱特性を向上させることができる。

次に、図４は、本実施形態の放熱部材のさらに他の一例を示す側面図である。図４に示す例のように、基部１の他方側の面１ｂが、フィン２に沿った方向において凸曲面状であるときには、基部１の他方側の面１ｂの表面積が大きくなることから、放熱特性を向上させることができる。

なお、上述した基部１の他方側の面１ｂにおける表面形状の測定方法は、接触式の表面粗さ計を用いて、カットオフ波長を0.8ｍｍ、測定速度を6.0ｍｍ／ｓ、カットオフ種別を２ＲＣ、傾斜補正を最小二乗直線補正とした測定条件で、フィン２に沿った方向で測定すればよい。

特に、基部１の他方側の面１ｂにおける凸曲面状の頂部と、熱源との領域が重なるものであるときには、他方側の面１ｂにおいて頂部から放射状に、また、一方側の面１ａに速やかに熱を伝えることができるため、放熱特性をさらに向上させることができる。

また、基部１の他方側の面１ｂが、フィン２に沿った方向において凸曲面状であれば、電子部品との接合面積を増やすことができるため好適である。

次に、図５は、本実施形態の放熱部材のさらに他の一例を示す、基部の一方側の面の部分拡大図である。図５においては、フィン２に沿った方向を実線矢印で示しており、フィン２に沿った方向に垂直な方向を中抜き矢印で示している。図５に示すように、基部１の一方側の面１ａ側の表面において、フィン２に沿った方向の算術平均粗さＲａが、フィン２に沿った方向に垂直な方向の算術平均粗さＲａよりも小さいときには、フィン２に沿った方向において流体の流れを損なうことが少なく、フィン２に沿った方向に垂直な方向において流体を分散させることができることから、放熱特性を向上させることができる。

なお、フィン２に沿った方向に垂直な方向において流体を分散させることによって放熱特性を向上させることができるのは、例えば、基部１の一方側の面１ａ側の表面を流体が流れるものであるとき、フィン２に沿った方向に垂直な方向の算術平均粗さＲａが小さいときよりも、フィン２に沿った方向に垂直な方向の算術平均粗さＲａが大きい方が、フィン２側へ流体を分散できるためである。

また、フィン２の頂面におけるフィン２に沿った方向の算術平均粗さＲａが、フィン２の側面におけるフィン２に沿った方向に垂直な方向の算術平均粗さＲａよりも大きいことが好適である。

フィン２の頂面におけるフィン２に沿った方向の算術平均粗さＲａが、フィン２の側面におけるフィン２に沿った方向に垂直な方向の算術平均粗さＲａよりも大きいときには、フィン２の頂部の熱交換が効率よく進み、熱源から基部１の他方側の面１ｂ、他方側の面１ｂから一方側の面１ａ、一方側の面１ａから各フィン２、各フィン２からそれぞれの頂面へという熱の伝達が行われることから、放熱特性を向上させることができる。

なお、上述した算術平均粗さＲａの測定方法は、接触式の表面粗さ計を用いて、カットオフ波長を0.25ｍｍ、測定速度を0.3ｍｍ／ｓ、カットオフ種別を２ＲＣ、傾斜補正を最
小二乗直線補正とした測定条件で測定すればよい。

図６は、本実施形態の電子装置の一例を示す斜視図である。本実施形態の電子装置40は
、本実施形態の放熱部材10と、電子部品４とが組み合わされているものであり、図６においては、電子部品４が放熱部材10の基部１の他方側の面１ｂに配置された例を示している。このように、本実施形態の電子装置40は、放熱部材10の優れた放熱特性により、電子部品４の有する特性を十分に発揮することができるとともに、信頼性の高い電子装置40とすることができる。

ここで、電子部品４とは、半導体素子、発光素子、抵抗、コンデンサ、インダクタンスおよびスイッチング電源を含み、さらに、トランス、リレー、電動機などをも含むものである。

図７は、本実施形態の画像表示装置の一例であり、画像表示側から見たときの電子装置の搭載部分のみ透過して示す概略図である。

本実施形態の画像表示装置50は、本実施形態の放熱部材10，20，30に電子部品４が搭載された電子装置40を備えている。なお、図７において電子装置40は、画像表示装置50の裏面にあるキャビネット５に取り付けられている例を示している。このような構成を満たしていることにより、本実施形態の放熱部材10，20，30が放熱特性に優れ、これに電子部品４が配置された電子装置40は、信頼性の高いものであることから、画像表示装置50としても信頼性の高いものとなる。また、放熱部材10，20，30自体の放熱特性が高いものであることから、画像表示装置50においては、強制冷却機能を付加せずとも、電子部品４の動作時に生じる熱を逃がすことができるため、コンパクト化を図ることができる。なお、ファンやポンプ等の付加を排除するものではなく、付加してもよいことは言うまでもない。

次に、本実施形態の放熱部材の製造方法の一例を説明する。なお、放熱部材であるセラミック焼結体がアルミナ質焼結体である場合について説明する。

まず、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）と、焼結助剤、例えば、マグネシア（ＭｇＯ）、シリカ（ＳｉＯ_２）、カルシア（ＣａＯ）と、バインダと、溶媒とを秤量する。なお、本実施形態の放熱部材においては、アルミナの含有量が高い方が、熱伝導率が高い傾向にあることから、アルミナと焼結助剤との質量の合計を100質量％のうち、アルミナを93〜99.8質量
％となるように秤量すればよい。また、バインダは、アルミナ100質量％に対し、15〜30
質量％程度添加すればよく、溶媒については、アルミナ100質量％に対し、10〜20質量％
程度添加すればよい。

そして、秤量したアルミナ、焼結助剤、バインダ、溶媒を攪拌混合機にて所定時間攪拌・混合し、さらにこれをニーダー混練機により所定時間混練して坏土とする。得られた坏土を押出成形機に投入し、例えば、図１〜図３に示す放熱部材となる成形体を得ることができる金型を通過させて成形体を得る。その後、成形体を連続炉またはバッチ炉を用いて、最高温度が約1400〜1600℃の大気雰囲気で焼成することにより焼結体を得る。なお、成形後に切削加工を施したり、焼成後に研削加工を施したりしてもよい。

また、成形方法に関して粉末プレス法を用いたり、部位ごとに成形や焼成をした後に接合や接着等を施したりするものであってもよい。

また、基部の他方側の面を、フィンに沿った方向において凸曲面状とするには、表面が凹曲面状の棚板を用いて、フィンに沿った方向が凸曲面状となるように成形体を載置して焼成すればよい。

また、基部の一方側の面側の表面において、フィンに沿った方向の算術平均粗さＲａを、フィンに沿った方向に垂直な方向の算術平均粗さＲａよりも小さくするには、坏土の粘
度と押し出し速度を調整したり、成形体を得た後に、表面加工を施したりすればよい。

さらに、フィンの頂面におけるフィンに沿った方向の算術平均粗さＲａを、フィンの側面におけるフィンに沿った方向に垂直な方向の算術平均粗さＲａよりも大きくするには、成形体若しくは焼結体を得た後に、フィンの頂面に表面加工を施せばよい。

そして、このようにして得られた本実施形態の放熱部材は、熱交換効率の高いものであるため、放熱特性に優れた放熱部材とすることができる。

また、本実施形態の放熱部材の他方側の面に、要求特性等によって選択された、両面テープ、接着剤、ろう材などの接合剤を用いて接合して、放熱部材と電子部品とを組み合わせることによって本実施形態の電子装置とすることができる。

１：基部
１ａ：一方側の面
１ｂ：他方側の面
２：フィン
３：間隙
４：電子部品
５：キャビネット
10，20，30：放熱部材
40：電子装置
50：画像表示装置

Claims (8)

1. 基部と、該基部の一方側の面に少なくとも４本以上の隣接して配置されたフィンとを備えるセラミック焼結体からなる放熱部材であって、最外フィンと該最外フィンに隣接するフィンとの間隙における先端部の幅が根元部の幅より広いことを特徴とする放熱部材。
2. 前記最外フィンと該最外フィンに隣接するフィンと間のつなぎ部が弧状であることを特徴とする請求項１に記載の放熱部材。
3. 前記最外フィンと該最外フィンに隣接するフィンとの間隙における先端部の幅が、中央に隣接する前記フィン同士の間隙における前記先端部の幅より広いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放熱部材。
4. 前記基部の他方側の面が、前記フィンに沿った方向において凸曲面状であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の放熱部材。
5. 前記基部の一方側の面側の表面において、前記フィンに沿った方向の算術平均粗さＲａが、前記フィンに沿った方向に垂直な方向の算術平均粗さＲａよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の放熱部材。
6. 前記フィンの頂面における前記フィンに沿った方向の算術平均粗さＲａが、前記フィンの側面における前記フィンに沿った方向に垂直な方向の算術平均粗さＲａよりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の放熱部材。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の放熱部材と、電子部品とが組み合わされていることを特徴とする電子装置。
8. 請求項７に記載の電子装置を備えていることを特徴とする画像表示装置。

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