JP5605355B2 - 発熱体の冷却構造 - Google Patents
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Description
このことから、特に、伝熱グリースの場合には、ボンドラインの厚い側を基準にして冷却しなければならず、騒音や消費電力が増大してしまう。
したがって、発熱体の発熱面と冷却器の吸熱面の間の熱抵抗をできるだけ均等にすることができ、別部材を介在させることなく、簡易な構造で、適した冷却ファンの駆動で冷却することができ、騒音や消費電力の増大を抑えることができる。この結果、低騒音化・小型化・高機能化・高速度化・低電力消費化などに寄与することができる。
kg:冷却器の吸熱面と発熱体の発熱面との間に均一な厚さで介在させる場合に選択するグリース材の熱伝導率
σ:発熱体の発熱面の規定接地圧力
E:伝熱シート部材の弾性係数
h:発熱体の発熱面間の高度差
L:発熱体の並列方向の長さ
p:発熱体の並列ピッチ
tg:グリース材のボンドライン厚さ
伝熱シート部材の一面側が、冷却器の吸熱面に密接すると共に伝熱シート部材の他面側が発熱体の発熱面に沿うように密接している。
以下、図面を参照して、この発明の一実施形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る冷却装置を備える電子機器の要部構成を示す正面図である。図2は、本発明の実施例1に係る冷却装置の構造の一例を示す正面図である。図3は、図2に示す冷却装置の伝熱シート部材のパラメータに対するその弾性係数の相関を示すグラフである。
言い換えると、冷却器15の吸熱面15aが、半導体素子11、12の発熱面11a、12aに跨るように半導体素子11、12上に載置される仮想平面に対して、略平行であり、冷却器15は、仮想平面に対して伝熱シート部材13の厚さ分だけ離隔している。
kg:冷却器15の吸熱面15aを平面状の半導体素子の発熱面に熱交換可能に均一な厚さで塗布する場合に選択するグリース材の熱伝導率
σ:半導体素子11、12の発熱面11a、12aの許容圧接圧力
E:伝熱シート部材13の弾性係数
h:半導体素子11、12の発熱面11a、12a間の高度差
L:半導体素子11、12の並列方向の長さ
p:半導体素子11、12の並列ピッチ
tg:前記グリース材のボンドライン厚さ
tTIM:伝熱シート部材13の当初厚さ
このFsは、式(1)内の応力の比率となる。このことから、許容圧接圧力σ及び弾性係数Eと構造の寸法から伝熱シート部材13の当初厚さtTIMを計算で求めることができる。
このことから、伝熱シート部材13としては、許容圧接圧力σと弾性係数Eとの関係から分子部分が小さくなるので、できるだけ高い熱伝導率ksを持つ材料が求められる。その一方、伝熱シート部材13は、弾性係数Eを必要最低限の熱伝導率kgと定量的な相関関係で管理する。半導体素子11、12の発熱面11a、12aの高度差hを十分吸収しつつそのボンドラインの厚さが当初の厚さを超えないように、その圧縮弾性係数Eは上限値として与えられ、硬度が低い材料が求められる。また、伝熱シート部材13は、熱伝導率ksが高い方が好ましいが、その弾性係数Eとは相反することになる。つまり、柔軟で弾性係数Eの高い材料としては樹脂系の材料が考えられる。しかしながら、樹脂系の材料だけでは熱伝導率ksは非常に低いことから熱伝導性の高いフィラーを混ぜて熱伝導率ksを向上させようとすると、一般的にその充填量が多ければ硬度も増す傾向になる。そのために、伝熱シート部材13としては、その弾性係数Eと熱伝導率ksのトレードオフ関係を関係式(1)で定量的に示すことにより、半導体素子単体を冷却する際に用いる熱伝導率kgのグリース材の冷却効果と同等の熱抵抗で冷却する冷却装置10を容易に設計・製造することができる。
11a、12a 発熱面
13 伝熱シート部材(伝熱材)
13a 一面
13b 他面
15 冷却器
15a 吸熱面
Claims (6)
- 平面方向に配設されている高さの異なる第一の発熱体の発熱面及び第二の発熱体の発熱面の二つの発熱体の発熱面と、前記二つの発熱面に対面するように設置されている冷却器の吸熱面との間に伝熱材が介在しており、
前記冷却器は、平面形状を有する前記吸熱面が、前記第一の発熱体の発熱面及び前記第二の発熱体の発熱面に直接載置した場合の姿勢に対して平行に、前記伝熱材の厚さ分だけ離隔した姿勢に取り付けられ、
前記伝熱材の一面側が、前記冷却器の前記吸熱面に密接すると共に前記伝熱材の他面側が前記第一の発熱体の発熱面及び前記第二の発熱体の発熱面に沿うように密接する発熱体の冷却構造。 - 前記伝熱材は、固体状の伝熱シート部材である請求項1記載の発熱体の冷却構造。
- 前記伝熱シート部材は、当初の厚さが前記発熱体の前記発熱面間の高度差よりも厚く作製されて、前記発熱面と前記冷却器の前記吸熱面との間に介在されている請求項2に記載の発熱体の冷却構造。
- 前記伝熱シート部材は、柔軟で弾性率の高い樹脂系材料と、熱伝導率の高いフィラーとを含む請求項2乃至4の何れか1項記載の発熱体の冷却構造。
- 前記樹脂系材料は、シリコーン系又はアクリル系のエラストマーである請求項5記載の発熱体の冷却構造。
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