JPH039553A - 実装ケースと放熱パネルの熱接続構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 高発熱量、高発熱密度の回路素子の冷却に関し、熱移動
損失の少い熱移動と熱密度変換を行い低熱密度での等温
化を良好に実現することを目的とし、 高伝熱材料より成り、発熱する回路素子を実装して該回
路素子と伝熱接続する実装面と該回路素子より受取る熱
量の熱密度を分散しつつ次の伝熱手段との間の伝熱接続
を行うための成仏熱面を有する実装ケースと、上記成仏
熱面と可脱的に伝熱接続するための受伝熱面と、該受伝
熱面より大面積の放熱面と、この２面間を熱的に中介す
る伝熱路兼熱密度変換路を有する放熱パネルとの間の熱
接続構造において、上記放熱パネルの側の伝熱路兼熱密
度変換路をヒートパイプを含んで構成し、上記放熱パネ
ルの側の受伝熱面をヒートパイプの外表面を露出させて
構成するとともに、上記実装ケースの成仏熱面を上記ヒ
ートパイプの外表面と係合する土手付の溝状に形成し、
この溝状部周囲の土手上又はその近傍に固定部材装着用
の装着固定構造を形成して、溝状部と固定部材でヒート
パイプを挾持する形で実装ケースを固定装着して構成す
る。

〔産業上の利用分野〕

本発明は電子回路の冷却に係り、特に高発熱量、高発熱
密度の回路素子を含む電子回路において発生熱量を移動
させ低温源に捨てることにより回路素子の冷却・温度制
御を良好に行わしめるための伝熱路の熱接続に関するも
のであり、発生部からの発生熱を放熱部まで移動させる
ことと、放熱部の放熱能力に見合う熱密度までの熱密度
変換を効率良くかつ軽量で実現するためのキーとなる熱
接続構造に関するものである。

電子回路素子が高集積化され、また増幅素子がハイパワ
ー化するにつれ、冷却すなわち発生部の発生熱を移動分
散することによる目的部分の温度制御がむづかしくなっ
て来ている。

発生する熱は伝導又は輻射による伝熱路を介して移動さ
せ、移動の途中で移動方向断面積当りの移動熱！（熱密
度と称す）を低下させ、いわゆる熱分散を行い、伝熱路
の最終端と接続する低熱源との間の熱移動能力（熱密度
が能力の尺度となる）までの熱密度変換を面積内の温度
差を極力少くして行う（等温化と称す）わけであるが、
有限の熱伝導係数又は輻射係数を持つ材料で伝熱路を構
成するわけであるので高熱密度での熱移動には熱移動損
失（移動路に沿って発生する温度差のこと）が伴うし、
低い熱密度への熱密度変換の過程でも熱移動損失が伴う
ので、等温化をむづかしくしており、もちろん熱移動損
失少なくする或いは等温化を行うことは、伝熱路を構成
する材料部材の断面積を大きく又は接触面積を大きく或
いは締結するネジの本数を多くすることで原理的には可
能であるが、資材を増量することは実現重量の増加に連
らなり、軽量化の要望とは相反する結果となる。

なお、熱密度のオーダは発生部ではきわめて高く（数〜
ｌＯＷ／Ｃ１１Ｉ）これに対し低熱源と接続する最終端
部では、低熱源が水、又は強制空冷の場合は比較的高い
が、輻射によるとすればきわめて低く　（０，０３Ｗ／
Ｃｄ以下）２桁オーダの熱密度分散と熱移動を行わねば
ならない。

また、用途として人工衛星搭載を考えるときは、最終的
な低熱源が宇宙空間であり伝熱路の最終端では輻射に依
存せねばならないのみならず、軽量化要求はきわめて強
いものとなること（現状では衛星コストはダラム当り金
の数倍の値段）は周知の通りである。このため冷却系も
軽量化する必要がありヒートパイプや、伝熱部材を兼ね
てアルミハネカム構造材等を伝熱路や、熱密度変換路に
採用することはすでに行われており、面板サンドインチ
の中にアルミハネカムとヒートパイプを組込んだ放熱パ
ネルも提案されている。

〔従来の技術〕

第２図に従来構成の基本を示す。第３図と第４は第２図
の補足図で各断面の詳細構成を示し、以上は一組で、伝
熱、熱密度変換を伴う伝熱路を有する冷却系の構造を示
す。図より明らかな様に実装ケース２の実装面２ａに回
路素子１が装着実装され、電熱接続されており、実装ケ
ースの実装面と伝熱材料を介して対向する裏面が成仏熱
面２ｂとなり、放熱パネル４の受払熱面４ａと対向して
ネジ３により放熱パネル４と可脱的に接合され、接触接
合部の高伝熱化のためシリコーングリス等のフィシが介
在させられる。

発生熱は回路素子ｌの接触面を介して実装面２ａに伝達
され、実装ケース２の伝熱材料を介して熱分散されつつ
成仏熱面２ｂ、受払熱面４ａの接触接合部を介して放熱
パネル４に伝達され、放熱パネル４を構成する伝熱部材
により熱密度変換と移動が行われ、放熱面４ｂにおいて
、輻射能力相当の熱密度で極力温度分布の温度差少く等
温化された状態で伝達される。

放熱面４ｂには、例えばＺｎＯエポキシ系の白ペイント
の様な輻射吸収率制御材料による処理が行われており、
方向としては南又は北方向に露出させられ４にの宇宙空
間に対して輻射放熱している。

断面図側で放熱パネルをヒートパイプ、ハネカム、サン
ドイッチで構成した構造を説明すると、実装ケース２の
成仏熱面２ｂと対向する受払熱面４ａに相当する部分に
はヒートパイプ４１、と同厚の高伝熱材料、例えばＡＩ
のブロックをヒートパイプとともに伝熱接合させてた中
実伝熱接続構造を形成する中実芯部４２（平面度と剛性
を確保するもの）で構成し、他の部分は同厚のアルミハ
ネカムコア材４３とヒートパイプ４１で構成した芯部構
造をアルミ表面板４４と４５でサンドインチ接合して一
体化したものであり、接合は例えば接着又可能な部分は
ロー付けによる。

こうした構成にすると表面板４５（放熱面４ｂ側）と接
続するヒートパイプ表面積が大きく、かつハネカムコア
材４３又は表面板４４からのバイパスもあるので高効率
の熱密度低下が可能となる。すなわち、ヒートパイプの
媒体移動方向の高伝熱能力と表面積による熱分散によっ
て低熱密度化出来てアルミハネカムが使用出来るため軽
量化が可能となった。

〔発明が解決しようとする課゛題〕

ただこの構造にしても接触接合面（２ｂと４ａ）の接触
接合を良好に確保するための中実芯部４２の存在と、接
触接合面部の高伝熱化要求と、取付ネジの配置位置と回
路素子の配置位置に係る要求との競合は残り、伝熱性能
を低下させずにこれ以上軽量化は困難である。

特に実装ケースの実装展開面積が大きな装置ユニットに
なり、ケース内の実装展開密度も軽量化要求のため密に
せねばならない場合、ネジ位置の競合をさけてかつ接触
接合部の平均接触面圧を上げて良好な熱的接触接合を実
現することと、軽量化のための余肉の除去との競合はは
げしく、ネジの本数をふやし展開ピッチを短くすること
による重量増加と、中実ブロック部を肉ぬき出来ること
による軽量化の効果は早々とバランスしてしまう。

又、さりとて特にうすい面板との接触で実装ケースから
の伝熱を良好にかつ可脱で行うことは接触状態の確保と
管理上きわめて困難である。

本発明の目的は上記にかんがみ熱移動損失の少い熱移動
と熱密度変換を行い低熱密度での等温化を良好に実現す
ることであり、上記を満たして、軽量化を可能とする技
術手段を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的の実現のため本発明では、 （イ）高伝熱材料より成る実装ケースであり、回路素子
を実装すると同時にこれら回路素子の伝熱面と伝熱接続
するための実装面と、高伝熱材料を介してこの実装面の
裏側に形成される成仏熱面を有するものと、 （ロ）ヒートパイプを含んで構成される放熱パネルであ
って、実装ケースの放任熱面と可脱的に接触接続して伝
熱接続を行う受払熱面と、この受払熱面より大面積の放
熱面と、これら、両面間の伝熱中介を成すと同時に熱密
度の変換を行うためのヒートパイプを含む伝熱手段を直
列又は並列に伝熱接続して成る伝熱路兼熱密度変換路を
有するものとを基本構成とし、 （ハ）両者を夫々の放、受払熱面を係合させて可脱的な
伝熱接続を低熱移動損失で実現かつ軽量に実現するため
の追加構成として、 （ニ）放熱パネルの受払熱面を露出されたヒートパイプ
の外表面とする、 （ホ）実装ケースの放任熱面、実装ケースの裏側に上記
ヒートパイプの外表面と係合する土手部の溝状に形成し
、土手の上面又はその近くに例えばメネジ穴の様な装着
固定構造を形成し必要あらば他の部分は実装面方向の等
湯止をあまり低下させない限度で裏側から肉ぬきする。

また実装面同志は平行であり溝の長手方向軸も実装面と
平行に構成する、また必要あらば回路素子の実装面上の
展開配置において高発熱量又は高熱密度のものを重点的
に溝に合わせて配置するか溝を素子配置に合わせる。

（へ）上記の上で例えばおさえ板の様な固定部材とネジ
を用いて溝と固定部材でヒートパイプの外表面を挾持す
る形で実装ケースを放熱パネルに固定装着することを特
徴とする。

〔作用〕

こうした構成で伝熱接続することにより可脱條件が満た
されることは当然として、従来構成に比して実装面より
ヒートパイプに到る伝熱路の圧接、接着又はロー付けに
依存せねばならなかった高又は中熱密度の伝熱接合部の
直列段数が２段弱少く出来るとともに中実芯部の必要も
なくなりかつ実装ケースの裏面側の余肉を外しても接触
條件確保要求とは無関係となる分軽量化対応が楽になる
。

〔実施例〕

第１図は本発明の原理図を兼ねる実施例の説明図、図中
上は回路素子、叢は実装ケース、ユはネジ、土は放熱パ
ネル、５は新たに加わった構成であり固定部材の例とし
てのおさえ板を示し、２ａが実装ケースの実装面、２ｂ
が放任熱面、４ａが放熱パネルの受払熱面であること、
及び４１がヒートパイプ、４３がハネカムコア、４４と
４５がアルミの表面板であり、ヒートパイプ４１とハネ
カムコア４３が同厚であり面接触の形で接着接合され、
かつ表面板４４と４５でサンドイッチ面接着されている
構成までは従来例と同じであるので同じ対応番号を付す
が５だけが構成として加わっているだけである。又、実
装ケースの実装面２ａと回路素子の装着実装の関係も従
来例の構成と異ならない。

異なっている所は実装ケースの放任熱面の形状が溝状で
あることと係合相手である放熱パネル側の受払熱面４ａ
の構成物と形状と、おさえ板５の存在とネ４１のとめ方
向、及びネジ３を係止するための実装ケース２の土手（
溝状部の周囲のちり上り部）の存在とこの土手の上又は
近くの高い所にメネジを形成したことであり、実装ケー
ス２について述べるなら、実装ケースの放任熱面２ｂは
実装ケース斐の実装面２ａの裏側にヒートパイプ４１の
外表面で構成される放熱パネル側の受払熱面と係合する
ための溝状部２１を形成するため、溝状部２１の両側周
囲に一体形成された高原状の土手２２．２３及び図示は
省略するが土手上又は土手近傍に土手部と同じ高さに形
成されたメネジ形成部と、そこに形成されたメネジが変
更された構成であり、溝状部２１と土手２２及び２３と
メネジ形成部の高原以外の実装ケース２の裏面は実装面
の面方向への熱移動に伴う熱移動損失増加による回路素
子１と成仏熱面２ｂ間の熱移動損失に大きな影響を与え
ないことを目安に肉ぬきを行うことで軽量化を図る。な
お、肉ぬきを良好に実行するためには実装レイアウトと
して高発熱量の素子を溝状部２１の近くの実装面に配置
することが出来ればより効果的である。

又、実装面２ａと溝状部２１の長手方向軸を平行にする
のは上記レイアウトとの関連だけでなく一般的な伝熱路
長の短縮と軽量化にも有効である。

一方、放熱パネル４について補足説明するなら、受伝熱
面４ａを露出したヒートパイプ４１の外表面で構成する
ため放熱パネル４の該当部分の表面板４４．４５及びハ
ネカムコア４３をあらかじめ除去した形でサンドインチ
パネルを一体化接合して放熱パネルを製作する必要があ
る。

放任熱面２ｂと受伝熱面４ａの伝熱接続はとりもなおさ
ず実装ケース２を放熱パネル４に固定装着することであ
るがそれは溝２１とヒートパイプの露出部外表面とを係
合させ表面板４５の側からおさえ仮５で挟み、ネジ孔を
合わせてネジ３で挟持固定することで実現される。

なお、当然溝幅とヒートパイプ外形寸法の関係および溝
深さとヒートパイプ外形寸法は嵌合寸法に構成する。

なお、補足するとヒートバイブは、小さいながら熱媒体
をつめた圧力容器であり安全管理温度の上限制約がある
ので、接着接合しか使用出来ない（ロー付は不可）の条
件下で使用する場合には、接合部の伝熱能力は常識的に
はアルミ材の２桁下の能力なので接合接続部を少くする
ことは熱移動損失の低下にはきわめて有効と云える。

バリエーシゴンについて補足すると、本発明の趣旨を変
えずに種々の変形が可能であり、例えば第１図の構成で
はヒートパイプをハネカムパネルの内部に埋込んだ構成
をとって居るが、パネルの板厚方向の伝熱性能が確保出
来る条件下では、ヒートバイブをパネルの面板の外に接
合する構成であっても良い事は自明である。

また、実装ケースが二つの部材より形成され、実装面を
有する側の部材の放任熱面と、放熱パネル側の受熱面と
対抗する放熱面を有する側の部材の受伝熱面との間で半
田接合又はネジ締結により熱接続し一体化してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明して来た如く本発明の構造を取れば、可脱条件
を満たしつつ伝熱経路の接触伝熱接合部の段数を少く出
来ること。

伝熱接続を良好に行うため従来必要だった中実芯構造が
省略出来ること。

実装面のネジ配置と実装ケースと放熱パネル間の伝熱接
続条件確保のためのしめ付はネジの配置制約の競合から
のがれられること。

実装ケースの成仏熱面積確保の制約からのがれ軽量化の
ための肉ぬきが可能となること。

等により、伝熱路の低熱移動損失化と良好な熱密度分散
と実現重量の軽量化を同時に得ることが出来、同性能の
伝熱、熱分散をより軽量で実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図を兼ねる実施例の説明図、第２
図は従来例の説明図、第３図と第４図は第２図の補足図
で第２図の構成の夫々ＡＡ’断面とＢＢ’断面から第２
図では見えない部分と省略した細部構成を補足するため
のものである。 図中１は回路素子、２は実装ケース、３はネジ、４は放
熱パネル、５はおさえ板を示す。 また２ａは実装ケースの実装面、２ｂは放任熱面、４ａ
は放熱パネルの受伝熱面を示し、４１はヒートパイプを
示す。 また２１．２２．２３、は実装ケースの放任熱面２ｂを
構成する構成部を示し２１は溝状部、２２と２３は両側
の土手を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）高伝熱材料より成り、発熱する回路素子を実装して
   該回路素子と伝熱接続する実装面と該回路素子より受取
   る熱量の熱密度を分散しつつ次の伝熱手段との間の伝熱
   接続を行うための放伝熱面を有する実装ケースと、上記
   放伝熱面と可脱的に伝熱接続するための受伝熱面と、該
   受伝熱面より大面積の放熱面と、この２面間を熱的に中
   介する伝熱路兼熱密度変換路を有する放熱パネルとの間
   の熱接続構造において、上記放熱パネルの側の伝熱路兼
   熱密度変換路をヒートパイプを含んで構成し、上記放熱
   パネルの側の受伝熱面をヒートパイプの外表面を露出さ
   せて構成するとともに、該受伝熱面と対向する実装ケー
   ス側の放伝熱面を上記ヒートパイプの外表面と係合する
   土手付の溝状に形成し、この溝状部を囲む固定部材装着
   用の装着固定構造を形成して、溝状部と固定部材でヒー
   トパイプを挟持する形で実装ケースを固定装着して成る
   ことを特徴とする実装ケースと放熱パネルの熱接続構造
   。 ２）前記実装ケースが二つの部材より形成され、実装面
   を有する側の部材の放伝熱面と、放熱パネル側の受熱面
   と対向する放熱面を有する側の部材の受伝熱面との間で
   半田接合又はネジ締結により熱接続され一体化されて成
   ることを特徴とする請求項１）記載の実装ケースと放熱
   パネルの熱接続構造。 ３）前記実装面が平面又は互いに平行な平面を有して成
   り、上記実装面の前記高伝熱材料を介した裏側に、放伝
   熱面である係合のための溝が形成され、形成された溝の
   長手方向軸が上記実装面と平行に形成されて成ることを
   特徴とする請求項１）又は２）記載の実装ケースと放熱
   パネルの熱接続構造。 ４）前記実装面の裏側に形成される溝状部と土手部と装
   着固定構造部の部分以外の表裏間肉厚を裏側より肉ぬき
   形成して成ることを特徴とする請求項１）又は３）記載
   の実装ケースと放熱パネルの熱接続構造。 ５）前記実装面上に展開実装する回路素子のうち高発熱
   量、高熱密度の素子の実装展開位置を前記溝状部に合せ
   て配置して成ることを特徴とする請求項１）、又は３）
   又は４）記載の実装ケースと放熱パネルの熱接続構造。