JP5025328B2

JP5025328B2 - 熱伝導体

Info

Publication number: JP5025328B2
Application number: JP2007130968A
Authority: JP
Inventors: 剛長谷川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2027-05-16
Also published as: KR20080101716A; TWI474446B; EP1993135A2; US20080286602A1; JP2008288337A; KR100981480B1; EP1993135A3; EP1993135B1; TW200921871A

Description

この発明は、例えば各種の電子部品等の発熱体の熱制御を行うのに用いられる熱伝導体に関する。

一般に、この種の熱伝導体においては、電子部品等の発熱体の大容量化等により、発熱量が増大されていることで、金属に比して熱伝導特性の優れたグラファイトシートと金属シートとを積重状に配した積層構造のものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このような積層熱伝導体にあっては、そのグラファイトシートの持つ材質特性により、質量の軽減が図れると共に、そのシート面内方向への熱伝導率が高められて効率のよい放熱を行うことが可能となる。
特開２００１−１４４２３７号公報

しかしながら、上記熱伝導体では、グラファイトシートの熱伝導特性が、そのシート面内方向に比べてシート面直方向が悪く、例えばその受熱部位における面直方向への熱伝導率が劣るために、最近、強く要請されている電子部品の高密度実装と共に、高出力化の促進に対応するのが困難でのあるという問題を有する。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、軽量化の促進を図ったうえで、熱伝導特性の向上を図り得るようにして、熱伝導性能の向上を図った熱伝導体を提供することを目的とする。

この発明の熱伝導体は、銅製の金属部で形成された第１のシート、及び銅製の金属部とグラファイト部が同一面上に配された第２のシートを複数積重配置し、積重方向に銅製の金属部とグラファイト部が交互に複数積重されて混在される第１の熱伝導領域と、積重方向が銅製の金属部のみで形成される第２の熱伝導領域とが併設されるものであって、少なくとも一方面に銅製の金属部が設けられ、該銅製の金属部における、前記第２の熱伝導領域上に、発熱体が搭載される熱伝導部材を備え、前記第１の熱伝導領域は、第２の熱伝導領域を挟んで複数に分割されて配置され、且つ、前記第１の熱伝導領域は、周囲に前記第２の熱伝導領域が設けられる。
熱伝導体を構成した。

上記構成によれば、熱伝導部材に熱移送された熱は、その面方向の熱拡散が第１の熱伝導領域における金属部に比して熱伝導特性の優れたグラファイト部により高められ、その面直方向の熱拡散が第２の熱伝導領域におけるグラファイト部に比して優れた熱伝導特性を有する金属部及び第１の熱伝導領域の金属部により全体的に均一に熱伝導される。従って、軽量化の促進を図ったうえで、全体を均一的に用いた優れた熱伝導性能を有した熱伝導構造を形成することができて、高効率な熱制御に寄与することが可能となる。

以上述べたように、この発明によれば、軽量化の促進を図ったうえで、熱伝導特性の向上を図り得るようにして、熱伝導性能の向上を図った熱伝導体を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、この発明の一実施の形態に係る熱伝導体を示すもので、熱伝導部材１０は、例えば複数のシート状の金属部１１の各部間にグラファイト部１２が、挟装された状態で積重配置される。この金属部１１は、例えば銅箔で形成され、その最上部の金属部１１上に発熱体（電子部品）１３が熱的に結合されて搭載される。

グラファイト部１２は、例えば複数のグラファイトシートが積層されて形成され、例えば上記金属部１１の発熱体１３の搭載位置に対応する部位には、矩形状の金属シート配置用透孔１２１が形成される（図２参照）。そして、この透孔１２１には、例えば銅箔で形成された金属部である金属シート１４がグラファイト部１２と同一面を構成するように収容される。

また、グラファイト部１２の周囲には、例えば銅箔で形成された金属部である枠状金属シート１５が、同一面を構成するように装着されて、上述したように金属部１１間に挟装されて積重配置される。これにより、複数の金属部１１は、相互間が金属シート１４及び枠状金属シート１５を介して直接的に熱的に結合される。

そして、積重配置された金属部１１、グラファイト部１２、金属シート１４及び枠状金属シート１５は、例えば加圧加温されていわゆる拡散接合されて、熱伝導部材１０が製造される。この熱伝導部材１０は、その金属部１１及びグラファイト部１２が積重されて熱的に結合される第１の熱伝導領域と、そのグラファイト部１２を挟装する金属部１１、金属シート１４及び枠状金属シート１５が積重されて直接的に熱的に結合される第２の熱伝導領域とが混在されている。

上記構成により、熱伝導部材１０は、その金属部１１上に搭載した発熱体１３からの熱が該金属部１１に熱移送されると、その熱が、グラファイト部１２に比して面直方向の熱伝導率が優れたグラファイト部１２の透孔１２１に収容した金属シート１４（及び枠状金属シート１５）を介して面直方向に熱拡散される。なお、熱伝導部材１０は、枠状金属シート１５により、端部にグラファイトが露出しない構造となり、機械的に弱いグラファイト部１２を保護できる。

同時に、金属部１１に移送された熱は、金属部１１、金属シート１４（及び枠状金属シート１５）を経由して面方向の熱伝導率が優れたグラファイト部１２に熱移送されて面方向に熱拡散され、該グラファイト部１２から金属部１１、下層のグラファイト部１２により順に面方向に熱拡散されて熱伝導部材１０の全体に均一的に熱伝導される。これにより、熱伝導部材１０は、熱伝導特性が高められて発熱体１３からの熱の高効率な熱制御を行うことができる。

このように、上記熱伝導体は、熱伝導部材１０を、金属部１１とグラファイト部１２を積重して形成し、そのグラファイト部１２と同一平面上に上記金属部１１と接続される金属シート１４及び枠状金属シート１５を設けて構成した。

これによれば、金属部１１に熱移送された熱は、その面方向の熱拡散が金属部１１に比して熱伝導特性の優れたグラファイト部１２により効率よく行われ、その面直方向の熱拡散がグラファイト部１２に比して優れた熱伝導特性を有する金属部１１、金属シート１４及び枠状金属シート１５により行われて、熱伝導部材１０の全体的に均一、且つ迅速に熱伝導される。この結果、軽量化の促進を図ったうえで、全体を均一的に用いた優れた熱伝導性能を有した熱伝導構造を形成することができて、高効率な熱制御を実現することが可能となる。

なお、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、例えば図３、図４、図５、図６及び図７、図８及び図９に示すように熱伝導部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅを構成してもよく、同様に有効な効果が期待される。但し、この図３乃至図９の実施の形態においては、上記図１及び図２と同一部分について同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。

即ち、図３に示す熱伝導部材１０ａでは、上記図１及び図２において最上部及び最下部に配した金属部１１を無くして、周囲に枠状金属シート１５を装着して、透孔１２１に金属シート１４を収容したグラファイト部１２を、最上部及び最下部に配置するように構成したものである。なお、この熱伝導部材１０ａは、その最上部及び最下部の一方に金属部１１を配し、他方に上記グラファイト部１２のみを露出させて配するように構成してもよい。

また、図４に示す熱伝導部材１０ｂでは、上記図１及び図２におけるグラファイト部１２の周囲部に装着した枠状金属シート１５を配さないで、グラファイト部１２の周縁部を露出するように構成したものである。

また、図５に示す熱伝導部材１０ｃは、上記図４において、その最上部及び最下部に配した二枚の金属部１１を無くしてグラファイト部１２を上下部に直接的に露出させて構成したものである。この実施の形態においても、例えば熱伝導部材１０ｃの上下部の一方に金属部１１を配し、他方に上記グラファイト部１２を露出させて配するように構成してもよい。

また、図６及び図７に示す熱伝導部材１０ｄでは、二つの透孔１６１を分離して設けた枠状金属シート１６の各透孔１６１に、例えばグラファイトシートで構成したグラファイト部１７が収容される。そして、この熱伝導部材１０ｄは、二つのグラファイト部１７が分離配置された枠状金属シート１６を、上記金属部１１で挟装して複数積重配置するように構成したものである。

言い換えると、この熱伝導部材１０ｄは、二枚のグラファイト部１７を、枠状金属シート１６に形成した二つの透孔１６１内に収容して分離して配置するように構成したものである。この実施の形態においても、例えば熱伝導部材１０ｄの上下面の少なくとも一方面に金属部１１を配さないで、上記グラファイト部１２を露出させて配するように構成してもよい。

また、図８及び図９に示す熱伝導部材１０ｅでは、上記グラファイト部１２に形成する透孔１２１を、例えば所定の方向に順に位置をずらせて形成する等して、グラファイト部１２毎に透孔１２１に収容した金属シート１４の位置をずらして配するように構成したものである。これにより、グラファイト部１２内の金属シート１４は、金属部１１を介して隣接するグラファイト部１２の金属シート１４と階段状に接続配置される。

この実施の形態においても、例えば熱伝導部材１０ｅの最上部及び最下部の少なくとも一方に金属部１１を配さないで、上記グラファイト部１２を露出させて配するように構成してもよい。

なお、上述した実施の形態において、グラファイト部と金属シート（と枠状金属シート）を重ねて配する数としては、二以上であれば、その数は限定されない。また、金属シートは、必ずしも設ける必要はない。さらに、グラファイト部、そのものは、例えば複数のグラファイトシートを層状に積重して構成したり、あるいはグラファイト粉を用いて構成するようにしてもよい。

この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。

例えば実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

この発明の一実施の形態に係る熱伝導体の要部を断面して示した断面図である。図１を分解して示した分解斜視図である。この発明の他の実施の形態に係る熱伝導体の要部を分解して示した分解斜視図である。この発明の他の実施の形態に係る熱伝導体の要部を分解して示した分解斜視図である。この発明の他の実施の形態に係る熱伝導体の要部を分解して示した分解斜視図である。この発明の他の実施の形態に係る熱伝導体の要部を断面して示した断面図である。図６を分解して示した分解斜視図である。この発明の他の実施の形態に係る熱伝導体の要部を断面して示した断面図である。図８を分解して示した分解斜視図である。

符号の説明

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ…熱伝導部材、１１…金属部、１２…グラファイト部、１２１…透孔、１３…発熱体、１４…金属シート、１５…枠状金属シート、１６…枠状金属シート、１６１…透孔、１７…グラファイト部。

Claims

銅製の金属部で形成された第１のシート、及び銅製の金属部とグラファイト部が同一面上に配された第２のシートを複数積重配置し、積重方向に銅製の金属部とグラファイト部が交互に複数積重されて混在される第１の熱伝導領域と、積重方向が銅製の金属部のみで形成される第２の熱伝導領域とが併設されるものであって、少なくとも一方面に銅製の金属部が設けられ、該銅製の金属部における、前記第２の熱伝導領域上に、発熱体が搭載される熱伝導部材を具備し、
前記第１の熱伝導領域は、第２の熱伝導領域を挟んで複数に分割されて配置され、且つ、前記第１の熱伝導領域は、周囲に前記第２の熱伝導領域が設けられることを特徴とする熱伝導体。