JP7472224B1 - 放熱構造、電子機器、および伝熱構造体 - Google Patents
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Abstract
【課題】発熱する電気部品と放熱体との間の伝熱性能の低下を防止することができ、さらに多孔質材の位置ずれを一層防止することのできる放熱構造を提供することを目的とする。【解決手段】放熱構造６０はＣＰＵ３０の放熱をするものであり、ダイ４６の表面に当接するメッシュ６４と、ダイ４６の表面との間にメッシュ６４を挟持するベーパーチャンバ３６とを有する。メッシュ６４は、中央部で液体金属７０が含浸されていて、ダイ４６の表面に当接して受熱する発熱体当接範囲部６４ａと、発熱体当接範囲部６４ａの両側から連続して延在し、ダイ４６の表面と当接しない一対の発熱体非当接範囲部６４ｂとを備える。一対の発熱体非当接範囲部６４ｂはそれぞれシート材６６，６８を介してベーパーチャンバ３６に固定されている。一対の発熱体非当接範囲部６４ｂはそれぞれ一対のシート材６６，６８によって挟み込まれている。【選択図】図６
Description
本発明は、発熱する電気部品の放熱構造、該放熱構造を備える電子機器、および該放熱構造に適用される伝熱構造体に関する。
ノート型ＰＣなどの携帯用情報機器にはＣＰＵ、ＧＰＵなどの半導体チップが設けられている。ＣＰＵ、ＧＰＵは基板に実装させる部分であるサブストレートと、該サブストレートの表面に設けられた矩形のダイとを有する形状になっている。また、サブストレートの表面には小さいキャパシタがダイの周囲に設けられている場合がある。
ＣＰＵ、ＧＰＵなどの半導体チップは発熱体であり、その消費電力（特に高負荷時）によっては放熱させる必要がある。ＣＰＵ、ＧＰＵを放熱させる手段としてベーパーチャンバ、ヒートスプレッダまたはヒートシンクなどの放熱体を用い、このような放熱体を介してダイの表面に当接させて熱を拡散させることがある。ダイと放熱体との間には、熱を効率的に伝達させるために液体金属や伝熱性グリスなどの流動体を介在させる場合がある（例えば、特許文献１）。
液体金属は伝熱性グリスよりも伝熱性が高く、ダイから放熱体へ効果的に熱を伝えることができる。一方、液体金属は伝熱性グリスよりも流動性が高いという特徴がある。電子機器は携帯して移動すると振動や衝撃を受けやすい。そうすると、流動性のある液体金属はダイおよび放熱体から受ける繰り返しの力により、ダイと放熱体との隙間から漏れ出る懸念がある。
液体金属は、ガリウムを主成分とする場合があって銅やハンダと化学反応を起こしうる。また、液体金属は導電性があるため漏出して周辺のキャパシタなどの電気素子に触れるとショートするため、何らか対策が必要である。
そこで、本願発明者は半導体チップなどの発熱体とベーパーチャンバなどの放熱体との間に液体金属を含浸させたメッシュなどの多孔質材を設けて挟持させることを検討している。メッシュに含浸された液体金属はほとんど漏出することがなく維持される。一方、多孔質材は発熱体と放熱体とにより適度な押圧力で挟持されていればほとんど位置ずれを起こすことはないが、一層確実に固定されていることが望ましい。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、発熱する電気部品と放熱体との間の伝熱性能の低下を防止することができ、さらに多孔質材の位置ずれを一層防止することのできる放熱構造、電子機器、および伝熱構造体を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の第１態様に係る放熱構造は、発熱する電気部品の放熱構造であって、前記電気部品の表面に当接する多孔質材と、前記電気部品の表面との間に前記多孔質材を挟持する放熱体と、を有し、前記多孔質材は、中央部で伝熱性流体が含浸されていて、前記電気部品の表面に当接して受熱する発熱体当接範囲部と、前記発熱体当接範囲部の両側から連続して延在し、前記電気部品の表面と当接しない一対の発熱体非当接範囲部と、を備え、一対の前記発熱体非当接範囲部はそれぞれシート材を介して前記放熱体に固定されている。
本発明の第２態様に係る電子機器は、放熱構造を備える電子機器であって、発熱する電気部品と、前記電気部品の表面に当接する多孔質材と、前記電気部品の表面との間に前記多孔質材を挟持する放熱体と、を有し、前記多孔質材は、中央部で伝熱性流体が含浸されていて、前記電気部品の表面に当接して受熱する発熱体当接範囲部と、前記発熱体当接範囲部の両側から連続して延在し、前記電気部品の表面と当接しない一対の発熱体非当接範囲部と、を備え、一対の前記発熱体非当接範囲部はそれぞれシート材を介して前記放熱体に固定されている。
本発明の第３態様に係る伝熱構造体は、発熱する電気部品と放熱体との間で伝熱をする伝熱構造体であって、前記電気部品の表面に当接する多孔質材と、前記多孔質材を前記放熱体に固定するシート材と、を有し、前記多孔質材は、中央部で伝熱性流体が含浸されていて、前記電気部品の表面に当接して受熱する発熱体当接範囲部と、前記発熱体当接範囲部の両側から連続して延在し、前記電気部品の表面と当接しない一対の発熱体非当接範囲部と、を備え、一対の前記発熱体非当接範囲部はそれぞれ一対の前記シート材によって挟み込まれており、一対の前記シート材のうち一方が前記放熱体に固定される。
本発明の上記態様によれば、伝熱性流体が多孔質材の発熱体当接範囲部に含浸されていることから周囲に漏れることが防止され、さらに伝熱性流体の作用により電気部品と放熱体との間の伝熱性能の低下を防止することができる。また、両端の発熱体非当接範囲部がそれぞれシート材によって放熱体に固定されていることから多孔質材の位置ずれを一層防止することができる。
以下に、本発明にかかる放熱構造、電子機器、および伝熱構造体の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
図１は、一実施形態に係る電子機器１０を上から見下ろした模式的な平面図である。図１に示すように、電子機器１０は、ディスプレイ筐体１２と筐体１４とをヒンジ１６で相対的に回動可能に連結したクラムシェル型のノート型ＰＣであり、いわゆるモバイルワークステーションと呼ばれるものである。本発明に係る電子機器は、ノート型ＰＣ以外、例えばデスクトップ型ＰＣ、タブレット型ＰＣ、携帯電話、スマートフォン、又はゲーム機等でもよい。
ディスプレイ筐体１２は、薄い扁平な箱体である。ディスプレイ筐体１２には、ディスプレイ１８が搭載されている。ディスプレイ１８は、例えば有機ＥＬ（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や液晶で構成される。
以下、筐体１４及びこれに搭載された各要素について、筐体１２，１４間を図１に示すように開いた状態とし、ディスプレイ１８を視認する姿勢を基準とし、手前側を前、奥側を後、幅方向を左右、高さ方向（筐体１４の厚み方向）を上下、と呼んで説明する。
筐体１４は、薄い扁平な箱体である。筐体１４は、上面及び四周側面を形成するカバー部材１４Ａと、下面を形成するカバー部材１４Ｂとで構成されている。上側のカバー部材１４Ａは、下面が開口した略バスタブ形状を有する。下側のカバー部材１４Ｂは、略平板形状を有し、カバー部材１４Ａの下面開口を閉じる蓋体となる。カバー部材１４Ａ，１４Ｂは、厚み方向に重ね合わされて互いに着脱可能に連結される。筐体１４の上面には、キーボード２０及びタッチパッド２１が設けられている。筐体１４は、後端部がヒンジ１６を用いてディスプレイ筐体１２と連結されている。
図２は、筐体１４の内部構造を模式的に示す底面図である。図２では、下面のカバー部材１４Ｂを省略して内部を露呈させている。図２に示すように、筐体１４の内部には、冷却モジュール２２と、マザーボード（基板）２４と、バッテリ装置２６とが設けられている。筐体１４の内部には、さらに各種の電子部品や機械部品等が設けられる。
マザーボード２４は、電子機器１０のメインボードである。マザーボード２４は、筐体１４の後方寄りに配置され、左右方向に沿って延在している。マザーボード２４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３０、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３１の他、通信モジュール、メモリ、接続端子等の各種電子部品が実装されたプリント基板である。マザーボード２４は、キーボード２０の下に配置され、キーボード２０の裏面やカバー部材１４Ａの内面にねじ止めされている。マザーボード２４は、上面がカバー部材１４Ａに対する取付面となり、下面がＣＰＵ３０等の実装面となる。ＣＰＵ３０は、電子機器１０の主たる制御や処理に関する演算を行う。ＧＰＵ３１は、３Ｄグラフィックス等の画像描写に必要な演算を行う。ＣＰＵ３０とＧＰＵ３１は、マザーボード２４の実装面の略中央で並んで配置されている。
バッテリ装置２６は、電子機器１０の電源となる充電池である。バッテリ装置２６は、マザーボード２４の前方に配置され、筐体１４の前端部に沿って左右に延在している。
ＣＰＵ３０及びＧＰＵ３１は、筐体１４内に搭載された電子部品中で最大級の発熱量の発熱体である。そこで、冷却モジュール２２は、ＣＰＵ３０及びＧＰＵ３１が発生する熱を吸熱及び拡散し、さらに筐体１４外へと排出する。冷却モジュール２２は、マザーボード２４の下面に積層される。
冷却モジュール２２はベーパーチャンバ（放熱体）３６と、２つのヒートパイプ３８，３８と、左右一対の冷却フィン４０，４１と、左右一対の送風ファン４２，４３と、を備える。
ベーパーチャンバ３６は、プレート型の熱輸送デバイスである。ベーパーチャンバ３６は、２枚の薄い金属プレートの間に密閉空間を形成し、この密閉空間に作動流体を封入したものである。金属プレートは、アルミニウム、銅、又はステンレスのような熱伝導率が高い金属で形成されている。密閉空間は、封入された作動流体が相変化を生じながら流通する流路となる。作動流体としては、例えば水、代替フロン、アセトン又はブタン等を例示できる。密閉空間内には、凝縮した作動流体を毛細管現象で送液するウィックが配設される。ウィックは、例えば金属製の細線を綿状に編んだメッシュや微細流路等の多孔質体で形成される。ベーパーチャンバ３６はフレーム４５によって補強されている（図４参照）。
ヒートパイプ３８，３８は、パイプ型の熱輸送デバイスである。本実施形態では、２本のヒートパイプ３８を前後に２本１組で並列して用いているが、ヒートパイプは１本や３本以上で用いてもよい。ヒートパイプ３８は、金属パイプを薄く扁平に潰して断面楕円形状に形成したものであり、金属パイプ内に形成された密閉空間に作動流体が封入されている。金属パイプは、アルミニウム、銅、又はステンレスのような熱伝導率が高い金属で形成されている。密閉空間は、封入された作動流体が相変化を生じながら流通する流路となる。作動流体としては、例えば水、代替フロン、アセトン又はブタン等を例示できる。密閉空間内には、凝縮した作動流体を毛細管現象で送液するウィックが配設される。ウィックは、例えば金属製の細線を綿状に編んだメッシュや微細流路等の多孔質体で形成される。
左側の冷却フィン４０、４１は、複数のプレート状のフィンをプレートの表面で左右方向に等間隔に並べた構造である。各フィンは、上下方向に起立し、前後方向に延在している。隣接するフィンの間には、送風ファン４２，４３から送られた空気が通過する隙間が形成されている。
図３は、マザーボード２４に実装されたＣＰＵ３０、伝熱構造体６２およびスポンジ６５の模式分解斜視図である。
ＣＰＵ３０はサブストレート４４と、ダイ４６とを有する。サブストレート４４はマザーボード２４に実装される薄い板状部であり、平面視で左右方向に長い矩形となっている。ダイ４６は演算回路を含む部分であり、サブストレート４４の表面からやや突出するように設けられている。ダイ４６は、平面視で左右方向にやや長い矩形で、サブストレート４４の表面略中央に設けられている。ＣＰＵ３０は電子機器１０の中で最も発熱する部品の一つであり、その中でもダイ４６が特に発熱する。
サブストレート４４の四周の縁には補強用のリブ４８が立設している。リブ４８はダイ４６よりやや低い。ダイ４６とリブ４８との隙間は左右方向にはやや広いが前後方向には狭くなっている。サブストレート４４の表面には小さいキャパシタなどの素子５０が設けられている。素子５０は絶縁材５２で覆われている。絶縁材５２は、例えば紫外線硬化型のコーティング材であって膜状に形成される。このコーティング材は、素子５０を覆うように塗布された後に紫外線を照射されることによって硬化して絶縁材５２を形成する。紫外線硬化型のコーティング材によれば絶縁材５２の形成が容易である。絶縁材５２は他の絶縁性の接着剤などであってもよい。後述する液体金属７０は基本的に素子５０に触れることがないが、該素子５０は絶縁材５２で覆うと一層信頼性が向上する。
次に、本実施の形態にかかる放熱構造６０について説明する。図４は、放熱構造６０の分解斜視図である。図５は、放熱構造６０の斜視図である。図６は、放熱構造６０の模式断面側面図である。図７は、伝熱構造体６２の分解斜視図である。
放熱構造６０は、発熱するＣＰＵ（電気部品、半導体チップ）３０のうち特にダイ（電気部品）４６の放熱をするためのものであり、伝熱構造体６２と、スポンジ６５とを有する。また、ベーパーチャンバ３６は放熱構造６０の一部を構成する。
伝熱構造体６２は、メッシュ（多孔質材）６４と、該メッシュ６４の左右方向両端を上下でそれぞれ挟み込んでいるシート材６６，６８とを有する。伝熱構造体６２は小型軽量である。メッシュ６４およびシート材６６，６８は廉価である。
メッシュ６４は、中央の矩形の発熱体当接範囲部６４ａと、該発熱体当接範囲部６４ａから連続して左右方向に突出する発熱体非当接範囲部６４ｂとを備える。具体的には、メッシュ６４は短冊形状であり、その中央部分が発熱体当接範囲部６４ａに相当し、その他の部分が発熱体非当接範囲部６４ｂに相当する。発熱体当接範囲部６４ａと発熱体非当接範囲部６４ｂとの境には後述する受熱板７２の厚みに応じた小さい段差６４ｃが形成されている。
発熱体当接範囲部６４ａはダイ４６の表面に当接して受熱する部分である。メッシュ６４は、少なくとも発熱体当接範囲部６４ａのほぼ全面に液体金属（伝熱性流体）７０が含浸されている。発熱体非当接範囲部６４ｂには基本的に液体金属７０が含浸されてなく、該液体金属７０の使用量を抑制してコストダウンが図られるとともに、後述する接着材７４が含浸しやすくなっている。メッシュ６４の厚みは、例えば０．０２５～０．１ｍｍ程度である。
液体金属７０は、例えばガリウムを主成分とするもので基本的には常温で液体となっている金属であるが、少なくともマザーボード２４に通電され、ＣＰＵ３０が稼働した通常の使用状態の温度で液体となるフェーズチェンジマテリアルなどであってもよい。液体金属７０は金属であることから熱伝導性、導電性に優れる。また、液体金属７０は液体であることから流動性がある。
液体金属７０は基本的に発熱体当接範囲部６４ａのほぼ全面にわたって含浸されており、ダイ４６およびベーパーチャンバ３６の表面に接し、両者を良好に熱接続している。液体金属７０は基本的に発熱体当接範囲部６４ａのほぼ全面にわたって含浸されているが、条件によっては余分量の吸収余地として発熱体当接範囲部６４ａの端部などには含浸されていない箇所があってもよい。液体金属７０はメッシュ６４に含浸され保持されていることから、ある程度の振動や衝撃があっても周囲に漏れ出すことがない。
含浸の手段は、例えば液体金属７０の槽内にメッシュ６４を浸漬させ、またはメッシュ６４に液体金属７０を塗布するとよい。液体金属７０はメッシュ６４に対して含浸しにくい場合もあるが、メッシュ６４は放熱構造６０に組み入れる前段階の単体では扱いが容易であり、しかも上下前後左右の６面が開放されており液体金属７０を含浸させやすい。また、この時点ではメッシュ６４は単体であることから、液体金属７０が適正に含浸されているか目視または所定の手段により検査することができる。
発熱体当接範囲部６４ａは、ダイ４６の表面と同じか、またやや大きい矩形となっており、ダイ４６の表面を覆っている。発熱体当接範囲部６４ａにはダイ４６における発熱分布などに応じて多少の小さい孔を設けて、該孔を液体金属７０の液溜まりとしてもよい。
液体金属７０が含浸された発熱体当接範囲部６４ａは、受熱板７２を介してベーパーチャンバ３６と熱接続されている。受熱板７２は、例えば銅などの金属板であり、実質的に放熱体としてのベーパーチャンバ３６の一部と見做すことができる。受熱板７２は省略してもよい。
発熱体非当接範囲部６４ｂは発熱体当接範囲部６４ａから左右方向に連続して形成されており、発熱体非当接範囲部６４ｂはダイ４６の表面と当接しない。
メッシュ６４としては、ワイヤを編んだもの、または板材に対してエッチングなどによって多数の孔を設けたものなどが適用可能である。メッシュ６４は、ポリエステルやグラスファイバーなど樹脂材などで構成されていると当接する電気部品に対して傷をつけにくい。メッシュ６４は金属材で構成されていると好適な伝熱性能が得られる。メッシュ６４を銅、アルミニウム材などの金属材とする場合、ニッケル材（ニッケルを主成分とする合金を含む）をメッキしたものを用いるとよい。つまり、メッシュ６４は少なくとも表面をニッケル材とすることにより、液体金属７０によって変質することが防止できる。メッシュ６４をニッケル材で構成することにより、メッキ処理を省略することができる。また、銅材やアルミニウム材をニッケルメッキすることにより、好適な熱伝導性が得られる。メッシュ６４厚みは例えば０．０２５～０．１ｍｍ程度である。
メッシュ６４は、液体金属７０を含浸させることのできる他の多孔質材、例えばスポンジなどの発泡体で置き換えてもよい。本願における多孔質材とは、樹脂、金属、紙などを問わず液体金属７０などの伝熱性流体を含浸させることのできる材質を指すものとする。多孔質材としてのスポンジは、樹脂および金属（金属たわしのようなもの）のいずれでもよい。
シート材６６，６８は、例えば薄い樹脂でフィルム状のものである。シート材６６，６８の厚みは、例えばそれぞれ０．０５ｍｍ程度である。一対の発熱体非当接範囲部６４ｂはそれぞれ一対のシート材６６，６８によって挟み込まれている。シート材６６とシート材６８とは同じものであるが、ここではベーパーチャンバ３６に貼り付けられる側をシート材６８とし、その反対側をシート材６６とする。シート材６６，６８は重ね合わされており、その一部で発熱体非当接範囲部６４ｂの端部の三方（上下方向および右側または左側）を囲うように挟み込んでいる。シート材６６，６８は適度な面積があり、後述する粘着テープ７６によってベーパーチャンバ３６に確実に固定可能である。発熱体非当接範囲部６４ｂには基本的に液体金属７０は含浸されていないが、仮に発熱体当接範囲部６４ａから滲み広がって発熱体非当接範囲部６４ｂに浸入しても三方がシート材６６，６８で覆われていることからそれ以上漏れ広がることはない。
シート材６６，６８とメッシュ６４、および、シート材６６，６８同士は接着材７４によって固定されている。シート材６６，６８間の接着材７４の層は十分薄い。接着材７４はメッシュ６４の発熱体非当接範囲部６４ｂに適度に含浸され高い接着力が得られる。発熱体非当接範囲部６４ｂは、設計条件によりほぼ全面がシート材６６，６８で覆われていても良いし、発熱体当接範囲部６４ａに近い部分が多少露呈していてもよい。
シート材６８とベーパーチャンバ３６とは粘着テープ（粘着材）７６で固定されている。粘着テープ７６は適度な粘着力で伝熱構造体６２をベーパーチャンバ３６に固定するが、メンテナンス時など必要に応じて取り外しが可能となっている。粘着テープ７６の厚みは、例えば０．０５ｍｍ程度である。重ね合わされたシート材６６，６８の一部は、設計条件によりフレーム４５（図４参照）の上に貼られていてもよいし、フレーム４５の下に挿入されていてもよい。
スポンジ６５は枠形状であって、ダイ４６の周囲でベーパーチャンバ３６とサブストレート４４との間を塞いでいる。スポンジ６５の一部は、シート材６６，６８におけるメッシュ６４と重ならない箇所を介してベーパーチャンバ３６に当接している。つまり、スポンジ６５は平面視でメッシュ６４の周囲を囲うように設けられている。液体金属７０は基本的にマザーボード２４に実装された電気部品に触れることがないがサブストレート４４の四周をスポンジ６５で仕切ることにより、液体金属７０が周囲に漏れ出ることが一層防止される。また、スポンジ６５は、リブ４８とベーパーチャンバ３６との間に設けられていて粘着材で固定されている。これにより、スポンジ６５の厚みを薄くすることができて安定する。
次に、電子機器１０における放熱構造６０に係る組み立て工程について説明する。
放熱構造６０の組み立て工程では、まず第１の製造者が伝熱構造体６２を組み立てる。ここでは、図７に示すように、メッシュ６４における両端の発熱体非当接範囲部６４ｂをシート材６６，６８で挟み込み、上記のとおり接着材７４で固定する。シート材６８におけるシート材６６と対向する反対側面には粘着テープ７６を貼る。また、粘着テープ７６におけるシート材６８と対向する反対側面には剥離紙７８を貼って粘着面を保護する。
剥離紙７８の厚みは、例えば０．１ｍｍ程度である。剥離紙７８は１枚を２つのシート材６８に亘って設けてもよいし、２枚を２つのシート材６８に対して個別に設けてもよい。
剥離紙７８の厚みは、例えば０．１ｍｍ程度である。剥離紙７８は１枚を２つのシート材６８に亘って設けてもよいし、２枚を２つのシート材６８に対して個別に設けてもよい。
第１の製造者は、メッシュ６４における発熱体当接範囲部６４ａに液体金属７０を含浸させる。液体金属７０を含浸させるタイミングは、例えば発熱体非当接範囲部６４ｂをシート材６６，６８で挟み込んだ後とする。第１の製造者によって組み立てられた伝熱構造体６２は第２の製造者に供給される。このような伝熱構造体６２は１つの部品として取り扱うことができ可搬性がある。１枚の剥離紙７８を２つのシート材６８に亘って設けると、伝熱構造体６２の単体搬送時に該剥離紙７８が液体金属７０の含浸した発熱体当接範囲部６４ａの一方の面を保護することができる。発熱体当接範囲部６４ａの他方の面には搬送時用に別途保護膜を設けてもよい。
第２の製造者は冷却モジュール２２を組み立てる業者であり、供給された伝熱構造体６２から剥離紙７８を剥がし、図４に示すように、粘着テープ７６が貼られたシート材６８をベーパーチャンバ３６の所定位置に取り付け、さらにスポンジ６５を貼り付ける。このようにして、第２の製造者によって組み立てられた放熱構造６０（図５参照）は、図８に示すように保護膜８０で覆っておく。第２の製造者によって組み立てられた放熱構造６０を含む冷却モジュール２２は第３の製造者に供給される。このように、放熱構造６０は冷却モジュール２２に組み込まれることから、該冷却モジュール２２と一体に取り扱うことができる。
第３の製造者は電子機器１０を組み立てるメーカーであり、供給された冷却モジュール２２から保護膜８０を剥がし、図２に示すように筐体１４内の所定位置に取り付ける。これにより、伝熱構造体６２におけるメッシュ６４の発熱体当接範囲部６４ａはダイ４６の表面に当接する。発熱体当接範囲部６４ａには液体金属７０が含浸されていることから、ダイ４６とベーパーチャンバ３６との間の熱抵抗は十分に小さくなる。
また、第３の製造者は放熱構造６０を含む冷却モジュール２２を１つの部品として扱うことができ、ネジ止めなどの簡易作業で筐体１４内に取り付けることができる。さらに、第３の製造者は基本的に液体金属７０を取り扱う必要がないため、該液体金属７０の貯蔵装置や塗布装置が不要であり、量産組み立てに好適である。
さらにまた、電子機器１０のリペア時およびメンテナンス時に伝熱構造体６２を交換する必要が生じた場合には作業員が交換用の伝熱構造体６２を貼り直せば足り、電子機器１０を液体金属７０の貯蔵装置や塗布装置のある施設へ搬送する必要がない。したがって、リペアの作業場所やサービス拠点などが限定されない。
液体金属７０を含んだ伝熱構造体６２は、リペア時に冷却モジュール２２またはベーパーチャンバ３６と一体的に取り外されるため、伝熱構造体６２が単体でＣＰＵ３０上に残ることが無く液体金属７０の飛散がなく、取り扱いが容易である。
上記のような放熱構造６０、伝熱構造体６２、および電子機器１０では液体金属７０がメッシュ６４の発熱体当接範囲部６４ａに含浸されていることから周囲に漏れることが防止され、さらに液体金属７０の作用によりダイ４６とベーパーチャンバ３６との間の伝熱性能の低下を防止することができる。また、発熱体当接範囲部６４ａはダイ４６と受熱板７２とによって挟持されておりある程度安定しているが、両端の発熱体非当接範囲部６４ｂがそれぞれシート材６６，６８を介してベーパーチャンバ３６に固定されていることからメッシュ６４の位置ずれを一層防止することができる。メッシュ６４はやや硬く、しかも表面が粗であってベーパーチャンバ３６に直接固定するのには適さないが、可撓性のあるシート材６６，６８で適度な面積を確保してベーパーチャンバ３６に対して好適に固定することができる。
一対の発熱体非当接範囲部６４ｂはそれぞれ一対のシート材６６，６８によって挟み込まれていることから強度があって外れにくく、特に伝熱構造体６２を単体として搬送しまたは取付作業をする際に外れにくくなる。ただし、設計条件によっては、シート材６８を省略して、シート材６６だけで伝熱構造体６２をベーパーチャンバ３６に固定してもよい。シート材６６，６８は発熱体非当接範囲部６４ｂの端部の三方を囲うように挟み込んでいるが、設計条件によっては左右方向のみ、または前後方向のみを囲うようにしてもよい。
伝熱構造体６２は、発熱体当接範囲部６４ａが適度な面積を有していれば様々なダイ４６に適用可能であり、さらに固定側のベーパーチャンバ３６には特段の制約がないため汎用性が高い。伝熱構造体６２を構成するメッシュ６４は発熱体当接範囲部６４ａとその両側の発熱体非当接範囲部６４ｂからなる短冊形状であることから、特に横長形状のＣＰＵ３０およびダイ４６に対して好適に適用可能である。上記の例のＣＰＵ３０では、ダイ４６の縁とリブ４８との上下方向の間隔は小さいが、左右方向の間隔は比較的大きくなっており、短冊形状のメッシュ６４を左右方向に沿って配置することでシート材６６，６８にリブ４８が干渉しにくく、スペースが有効利用される。放熱構造６０および伝熱構造体６２はＣＰＵ３０以外の発熱する電気部品（例えばＧＰＵ３１）に対しても適用可能である。
メッシュ６４に含浸させるのは、液体金属７０に限らず伝熱性グリスなど他の伝熱性流体であってもよい。本願でいう伝熱性流体とは液体だけにかぎらず、半固体や粘性体など流動性を有するものを指し、グリスやオイルコンパウンドなどを含む。
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。
１０ 電子機器
１４ 筐体
２２ 冷却モジュール
２４ マザーボード（基板）
３０ ＣＰＵ（電気部品）
３６ ベーパーチャンバ（放熱体）
３８ ヒートパイプ
４４ サブストレート
４６ ダイ（電気部品）
４８ リブ
６０ 放熱構造
６２ 伝熱構造体
６４ メッシュ（多孔質材）
６４ａ 発熱体当接範囲部
６４ｂ 発熱体非当接範囲部
６５ スポンジ
６６，６８ シート材
７０ 液体金属
７２ 受熱板（放熱体）
７４ 接着材
７６ 粘着テープ（粘着材）
７８ 剥離紙
８０ 保護膜
１４ 筐体
２２ 冷却モジュール
２４ マザーボード（基板）
３０ ＣＰＵ（電気部品）
３６ ベーパーチャンバ（放熱体）
３８ ヒートパイプ
４４ サブストレート
４６ ダイ（電気部品）
４８ リブ
６０ 放熱構造
６２ 伝熱構造体
６４ メッシュ（多孔質材）
６４ａ 発熱体当接範囲部
６４ｂ 発熱体非当接範囲部
６５ スポンジ
６６，６８ シート材
７０ 液体金属
７２ 受熱板（放熱体）
７４ 接着材
７６ 粘着テープ（粘着材）
７８ 剥離紙
８０ 保護膜
Claims (10)
- 発熱する電気部品の放熱構造であって、
前記電気部品の表面に当接する多孔質材と、
前記電気部品の表面との間に前記多孔質材を挟持する放熱体と、
を有し、
前記多孔質材は、
中央部で伝熱性流体が含浸されていて、前記電気部品の表面に当接して受熱する発熱体当接範囲部と、
前記発熱体当接範囲部の両側から連続して延在し、前記電気部品の表面と当接しない一対の発熱体非当接範囲部と、
を備え、
一対の前記発熱体非当接範囲部はそれぞれシート材を介して前記放熱体に固定されており、
前記シート材は前記発熱体当接範囲部には設けられていない
ことを特徴とする放熱構造。 - 請求項１に記載の放熱構造において、
一対の前記発熱体非当接範囲部はそれぞれ一対のシート材によって挟み込まれている
ことを特徴とする放熱構造。 - 請求項１に記載の放熱構造において、
前記シート材は、前記発熱体非当接範囲部における前記発熱体当接範囲部と連続する側を除く三方を囲うように設けられている
ことを特徴とする放熱構造。 - 請求項１に記載の放熱構造において、
基板、および該基板に実装された半導体チップを備え、
前記半導体チップはサブストレートおよびダイを備え、
前記電気部品は前記ダイである
ことを特徴とする放熱構造。 - 請求項４に記載の放熱構造において、
前記ダイの周囲で前記放熱体と前記サブストレートとの間を塞ぐスポンジを有し、
前記スポンジは、前記シート材における前記多孔質材と重ならない箇所を介して前記放熱体に当接する
ことを特徴とする放熱構造。 - 請求項５に記載の放熱構造において、
前記サブストレートの縁にはリブが立設しており、
前記スポンジは前記リブと前記放熱体との間に設けられている
ことを特徴とする放熱構造。 - 請求項１に記載の放熱構造において、
前記伝熱性流体は液体金属である
ことを特徴とする放熱構造。 - 請求項１に記載の放熱構造において、
前記多孔質材はメッシュである
ことを特徴とする放熱構造。 - 放熱構造を備える電子機器であって、
発熱する電気部品と、
前記電気部品の表面に当接する多孔質材と、
前記電気部品の表面との間に前記多孔質材を挟持する放熱体と、
を有し、
前記多孔質材は、
中央部で伝熱性流体が含浸されていて、前記電気部品の表面に当接して受熱する発熱体当接範囲部と、
前記発熱体当接範囲部の両側から連続して延在し、前記電気部品の表面と当接しない一対の発熱体非当接範囲部と、
を備え、
一対の前記発熱体非当接範囲部はそれぞれシート材を介して前記放熱体に固定されており、
前記シート材は前記発熱体当接範囲部には設けられていない
ことを特徴とする電子機器。 - 発熱する電気部品と放熱体との間で伝熱をする伝熱構造体であって、
前記電気部品の表面に当接する多孔質材と、
前記多孔質材を前記放熱体に固定するシート材と、
を有し、
前記多孔質材は、
中央部で伝熱性流体が含浸されていて、前記電気部品の表面に当接して受熱する発熱体当接範囲部と、
前記発熱体当接範囲部の両側から連続して延在し、前記電気部品の表面と当接しない一対の発熱体非当接範囲部と、
を備え、
一対の前記発熱体非当接範囲部はそれぞれ一対の前記シート材によって挟み込まれており、一対の前記シート材のうち一方が前記放熱体に固定されており、
前記シート材は前記発熱体当接範囲部には設けられていない
ことを特徴とする伝熱構造体。
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|---|---|---|---|
| JP2022161010A JP7472224B1 (ja) | 2022-10-05 | 2022-10-05 | 放熱構造、電子機器、および伝熱構造体 |
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| JP2022161010A JP7472224B1 (ja) | 2022-10-05 | 2022-10-05 | 放熱構造、電子機器、および伝熱構造体 |
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- 2022-10-05 JP JP2022161010A patent/JP7472224B1/ja active Active
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2023
- 2023-09-19 US US18/469,958 patent/US20240121916A1/en active Pending
- 2023-09-26 CN CN202311247566.XA patent/CN117855170A/zh active Pending
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| WO2020162417A1 (ja) | 2019-02-04 | 2020-08-13 | 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント | 電子機器、半導体装置、絶縁シート、及び半導体装置の製造方法 |
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