JP2017092401A

JP2017092401A - 熱伝導部品

Info

Publication number: JP2017092401A
Application number: JP2015224397A
Authority: JP
Inventors: 彰森永; Akira Morinaga; 一幸福薗; Kazuyuki Fukuzono; 剛堂浦; Go Doura; 晃澤田; Akira Sawada
Original assignee: Seiwa Electric Mfg Co Ltd
Current assignee: Seiwa Electric Mfg Co Ltd
Priority date: 2015-11-17
Filing date: 2015-11-17
Publication date: 2017-05-25
Also published as: TW201733049A; KR20170057830A; CN107068633A

Abstract

【課題】高温部品からの熱をより効率よく熱伝導させる熱伝導部品とする。【解決手段】高温部品５００と低温部品６００との間に介在される銅鉄合金からなる熱伝導部品であって、高温部品５００に接触する第１の接触面１１０Ａと、低温部品６００に接触する第２の接触面１２０Ａと、前記第１の接触面１１０Ａと第２の接触面１２０Ａとの間を連結する連結部１３０Ａとが一体に形成されており、前記連結部１３０Ａは略横向きＶ字状でバネ性を有し、全体として略Σ形状となっている。【選択図】図１

Description

本発明は、高温部品と低温部品との間に介在されて、高温部品からの熱を効率よく熱伝導させる熱伝導部品に関する。

電子機器の低温部品を内蔵する半導体の放熱板として利用するものは、特開平０７−２０２０８３号公報の『半導体モジュール』がある。
この半導体モジュールは、『動作することによって発熱する半導体と、前記半導体の上面と対向するように配置された金属部材と、熱伝導率が１００ｗ／ｍ℃以上の素材からなり、前記半導体の上面に一方の面が固定され、もう一方の面が前記金属板に接触し、前記金属板の方向へ常に付勢する付勢手段から構成』されたものである（なお、金属部材は金属板の誤記と思われる）。
そして、付勢手段としては『銅製のコの字型バネ』を用いている。

特開平０７−２０２０８３号公報

熱伝導効率の観点からは、前記付勢手段の一方の面ともう一方の面が、それぞれ半導体の上面と金属板に密着しなければならない。
発明者は、前記『銅製のコの字型バネ』なる付勢手段を厚さが０．２ｍｍのタフピッチ銅で作製し、高温部品と低温部品との間に介在させ、その熱伝導効率を測定してみた。その結果、高温部品と周囲温度との差には安定した値が得られなかった。この原因は、熱伝導性能は高いがバネ性に劣るというタフピッチ鋼の特性のため、付勢手段が高温部品や低温部品に密着しないためであると考えられる。
また、リン青銅やベリリウム銅等は、バネ特性には優れているが、熱伝導性能がタフピッチ銅の１／５程度になるので、熱伝導に劣ると考えられる。
なお、高温部品と周囲温度との差が小さいほど熱伝導効率がよいと考えられる。

本発明は、上記事情に鑑みて創案されたもので、高温部品からの熱をより効率よく熱伝導させることができる熱伝導部品を提供することを目的としている。

本発明に係る熱伝導部品は、高温部品と低温部品との間に介在される銅鉄合金からなる熱伝導部品であって、高温部品に接触する第１の接触面と、低温部品に接触する第２の接触面と、前記第１の接触面と第２の接触面との間を連結する連結部とが一体に形成されており、前記連結部はバネ性を有する構造になっている。

本発明に係る熱伝導部品は、従来のタフピッチ鋼や、リン青銅、ベリリウム銅よりもバネ特性及び熱伝導特性に優れている銅鉄合金から構成されているため、高温部品や低温部品に対する密着度合いも高く、また熱伝導特性も優れたものとすることができた。

本発明の第１の実施の形態に係る熱伝導部品の概略的斜視図である。本発明の第１の実施の形態に係る熱伝導部品を高温部品と低温部品との間に挟み込んだ状態を示す概略的側面図である。本発明の第２の実施の形態に係る熱伝導部品の概略的側面図である。本発明の第３の実施の形態に係る熱伝導部品の概略的側面図である。

本発明の第１の実施の形態に係る熱伝導部品１００Ａは、高温部品５００と低温部品６００との間に介在される銅鉄合金からなる熱伝導部品であって、高温部品５００に接触する第１の接触面１１０Ａと、低温部品６００に接触する第２の接触面１２０Ａと、前記第１の接触面１１０Ａと第２の接触面１２０Ａとの間を連結する連結部１３０Ａとが一体に形成されており、前記連結部１３０Ａは略横向きＶ字状でバネ性を有し、全体として略Σ形状となっている。

まず、銅鉄合金とは銅と鉄との共晶合金であり、例えば特開平０６−０１７１６３号公報記載の製法によって製造される。ただし、本発明に係る熱伝導部品１００Ａ等を構成する銅鉄合金が下記の製造方法によって製造されたものに限定されることがないのはいうまでもない。
かかる製造方法は以下の通りである。
下記工程（ア）〜（エ）：
（ア）炭素含有量0.０２％以下の鉄と、電解銅とを高周波誘導炉で溶解して溶湯にする工程：
（イ）前記溶湯表面に0.００８％以下のチタンを含有したフラックスを投入する工程：
（ウ）前記溶湯表面に脱酸剤を投入する工程：および
（オ）超音波振動を与えた状態のインゴットケース内へ該溶湯を注入してインゴットを造る工程：からなることを特徴とする共晶銅鉄合金の製造方法。

高温部品５００としては、例えばハードディスクドライブがある。
ハードディスクドライブのフレームは、内蔵されるディスクに沿って盛り上がり、その中心すなわちデスクの回転中心がさらに一段盛り上がっていることが多い。また、フレームの縁部も強度確保の観点から凹凸に形成されていることが多い。
ハードディスクレコーダーは、コンピューターの記憶装置として使用される以外にハードディスクレコーダーに使用される。
なお、本明細書においては高温部品５００としてハードディスクドライブを例として挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の高温部品、例えばＣＰＵや電源回路等に適用することができることはいうまでもない。
また、本明細書においては、低温部品６００の例としてシャーシを挙げるが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の低温部品、例えばヒートシンク等にも適用することができることはいうまでもない。

この熱伝導部品１００Ａは、０．０５〜０．３ｍｍ厚の１枚の長方形状の銅鉄合金の板材を折曲形成したものである。かかる熱伝導部品１００Ａの第１の接触面１１０Ａは、高温部品５００であるハードディスクドライブの上面に接触する部分であって、例えば４０ｍｍ×６０ｍｍの長方形状に形成されている。
また、熱伝導部品１００Ａの第２の接触面１２０Ａは、低温部品６００としてのシャーシに接触する部分であって、例えば３０ｍｍ×６０ｍｍの長方形状に形成されている。
この第１の接触面１１０Ａと第２の接触面１２０Ａとは、例えば３０ｍｍの間隔をもって平行に形成されている。
しかも第１の接触面１１０Ａの一方の長辺と、第２の接触面１２０Ａの一方の長辺とが揃うように形成されている。このため、第１の接触面１１０Ａと第２の接触面１２０Ａとは幅寸法が異なるため、他方の長辺はズレることになる。
なお、第１の接触面１１０Ａの幅寸法と第２の接触面１２０Ａの幅寸法とが異なるとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、高温部品５００や低温部品６００のサイズ等の各種のスペックに応じて適宜変更することができるのはいうまでもない。

前記第１の接触面１１０Ａと第２の接触面１２０Ａとを連結する連結部１３０Ａは、第１の接触面１１０Ａの長辺から内側に接触されるとともに、第２の接触面１２０Ａの長辺から内側に折曲され、第１の接触面１１０Ａと第２の接触面１２０Ａとの間の空間において略横向きＶ字状に折曲されて構成されている。
このため、この熱伝導部品１００Ａは、側面視略Σ形状になっている。
なお、第１の接触面１１０Ａと連結部１３０Ａとの境目を第１の折曲部１４１Ａ、第２の接触面１２０Ａと連結部１３０との境目を第２の折曲部１４２Ａ、連結部１３０の中間部の折曲点を第３の折曲部１４３Ａとする。

このように構成された熱伝導部品１００Ａは以下のようにして高温部品５００としてのハードディスクレコーダーに組み込まれる。
第１の接触面１１０Ａと高温部品５００の上面との間に例えば０．５ｍｍ厚の熱伝導シート２１０を挟み込む。さらに、第２の接触面１２０Ａと低温部品６００の裏面との間に例えば０．５ｍｍ圧の熱伝導シート２２０を挟み込む。なお、高温部品５００の上面と低温部品６００の裏面との間隔が２５ｍｍであるならば、熱伝導部品１００Ａは５ｍｍ程度圧縮されることになる。このように熱伝導部品１００Ａが圧縮されることによって、熱伝導部品１００Ａは高温部品５００と低温部品６００とに密着することになる。
この熱伝導部品１００Ａは、第１の折曲部１４１Ａ、第２の折曲部１４２Ａ及び第３の折曲部１４３Ａの３箇所において変形されるので、たとえ小さな部品であっても高温部品５００と低温部品６００との間で確実に圧縮され、両者との間に介在される熱伝導シート２１０、２２０に密着することになる。

熱伝導部品１００Ａを上述したような条件で、高温部品５００と低温部品６００との間に挟み込み、高温部品５００を作動させた結果、高温部品５００と周囲との温度差は２２．９℃であることが確認された。
対照実験として、この熱伝導部品１００Ａと同じサイズのものを０．８ｍｍ厚の鋼材、０．２ｍｍ厚のリン青銅で作製し、同様の実験を行った結果、高温部品５００と周囲との温度差は、鋼材製のもので２５．０℃、リン青銅製のもので２４．６℃であることが確認された。
これは、銅鉄合金製の熱伝導部品１００Ａの熱伝導効率は、鋼材製或いはリン青銅製のものより優れていることを示している。

上述した第１の実施の形態に係る熱伝導部品１００Ａは、側面視略Σ形状であったが、他の形状であってもよい。
例えば、第２の実施の形態に係る熱伝導部品１００Ｂは、図３に示すように、側面視略Z 字形状に形成されている。すなわち、この熱伝導部品１００Ｂは、銅鉄合金製の１枚の板材を折曲形成したものであって、高温部品５００に接触する第１の接触面１１０Ｂと、この第１の接触面１１０Ｂに平行で低温部品６００に接触する第２の接触面１２０Ｂと、前記第１の接触面１１０Ｂと第２の接触面１２０Ｂとを連結する側面視略直線状の連結部１３０Ｂとが一体に形成されたものである。

また、図４に示す第３の実施の形態に係る熱伝導部品１００Ｃであってもよい。
この第３の実施の形態に係る熱伝導部品１００Ｃは、銅鉄合金製の１枚の長方形状の板材を切断して折曲形成したものである。
この熱伝導部品１００Ｃは次のようにして形作られる。
まず、長方形状の板材の対向する長辺の略中央部分からそれぞれ内側に向かって短辺の約１／３程度の第１の切込みを形成する。さらに、この第１の切込みの終端部から一方の短辺側に向かって長辺の約１／６程度の第２の切込みを形成する。
第１の切込み及び第２の切込みで形成された部分を連結部１３０Ｃとし、第２の切込みが形成された凹字形状の部分を第２の接触面１２０Ｃとし、この第２の接触面１２０Ｃと前記連結部１３０Ｃで連結された部分を第１の接触面１１０Ｃとする。

そして第１の接触面１１０Ｃと連結部１３０Ｃとの境目を第１の折曲部１４１Ｃとし、第２の接触面１２０Ｃと連結部１３０Ｃとの境目を第２の折曲部１４２Ｃとする。第１の折曲部１４１Ｃと第２の折曲部１４２Ｃを逆方向に折曲する。
このように構成された第３の実施の形態に係る熱伝導部品１００Ｃは、第１の折曲部１４１Ｃ、第２の折曲部１４２Ｃとの２つの折曲部しかないが、両折曲部１４１Ｃ、１４２Ｃの幅が全体に比較して小さく設定されるので、第２の実施の形態に係る熱伝導部品１００Ｂよりも小さな力で圧縮することができる。従って、高温部品５００と低温部品６００との間の間隔がより狭い場合に適している。

上述したような切込みを形成して連結部１３０Ｃとするタイプのものであって長尺物ならば、連結部１３０Ｃを一定間隔毎に複数個設けると、全体の圧縮を均一にすることができる。

上述した第１の実施の形態に係る熱伝導部品１００Ａは、第１の接触面１１０Ａと高温部品５００との間及び第２の接触面１２０Ａと低温部品６００との間に、それぞれ熱伝導シート２１０、２２０を介在させたが、第１の接触面１１０Ａと高温部品５００とが、第２の接触面１２０Ａと低温部品６００とが密着するのであれば、これらの熱伝導シート２１０、２２０は不要である。
ただし、高温部品５００や低温部品６００に凹凸等があるために密着しない又は密着度が低くなるのであれば、熱伝導シート２１０、２２０を介在させることで密着度の低さを補うことができる。
これは、第２及び第３の実施の形態に係る熱伝導部品１００Ｂ、１００Ｃでも同様である。

また、第１の実施の形態に係る熱伝導部品１００Ａの第１の接触面１１０Ａ、第２の接触面１２０Ａ及び連結部１３０Ａの裏面側に放熱塗料を塗布することでより放熱効果を向上させることも可能である。
ここで、裏面側とは第１の接触面１１０Ａであれば反高温部品側であり、第２の接触面１２０Ａであれば反低温部品側であり、連結部１３０Ａであれば第１の接触面１１０Ａの裏面側及び第２の接触面１２０Ａの裏面側と連なった部分である。
ここに放熱塗料を塗布することで、高温部品５００から熱伝導部品１００Ａに伝わった熱は低温部品６００に達するまでに放熱されるので、より放熱効果を向上させることができる。
放熱塗料を塗布することでより放熱効果を向上させることができるのは、第２及び第３の実施の形態に係る熱伝導部品１００Ｂ、１００Ｃでも同様である。
なお、放熱塗料には種々のものがあるが、例えば放熱特性が高い顔料、樹脂を配合し、更に放射特性（放射率）が優れた材料（放射材料）を配合・分散した塗料がある。

１００Ａ熱伝導部品
１１０Ａ第１の接触面
１２０Ａ第２の接触面
１３０Ａ連結部
５００高温部品
６００低温部品

Claims

高温部品と低温部品との間に介在される銅鉄合金からなる熱伝導部品において、高温部品に接触する第１の接触面と、低温部品に接触する第２の接触面と、前記第１の接触面と第２の接触面との間を連結する連結部とが一体に形成されており、前記連結部はバネ性を有する構造になっていることを特徴とする熱伝導部品。
前記連結部が略横向きＶ字状で、全体として略Σ形状であることを特徴とする請求項１記載の熱伝導部品。
前記第１の接触面、第２の接触面及び連結部の裏面側に放熱塗料を塗布したことを特徴とする請求項１又は２記載の熱伝導部品。
前記第１の接触面と高温部品との間及び第２の接触面と低温部品との間の少なくとも一方には、熱伝導シートが介在されることを特徴とする請求項１、２又は３記載の熱伝導部品。