JPH04167453A - グリース伝熱機構を有する電子機器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、集積回路及びデバイスを実装した電子機器、
装置に係り、作動時に発熱するデバイス、　　を封止し
た構造体、構造体の冷却部、構造体と冷却部を熱伝達さ
せるグリースで構成された装置全般に関する発明である
。

〔従来の技術〕

近年の大型計算機の高速化は急速に進められている。高
速には高集積化が必要であり、高集積化にともないデバ
イスの熱流束も増大する。したがって、発熱量の増大に
ともなう計算機に適合した高性能、そして汎用機に対応
した低コストの冷却システムが必要である。優れた性能
と低コストを達成するためには、デバイスとデバイスの
冷却部を熱伝達させるグリースの使用を避けられないの
が現状である。

これに対し、チップを高効率に冷却するために、チップ
と冷却部を良好に熱伝達して冷却する提案がなされてい
る。

特公昭５６−２２３８０号においては、集積回路または
チップと冷却部分を熱伝達する冷却素子は、半球状の曲
面を有する円筒状のブロックと、相似形状の穴を有する
ハウジング、及び両者を拘束する弾性体により構成され
た冷却素子であった。

更に、冷却素子の接触界面の熱伝達を良好にするため、
電子機器、集積回路へのグリース適用が提案されている
。

文献ＦＵＪＩ丁ＳＬ１．４１．’１．ｐｐ、１２−１９
（０１，１９９０）では、その接触部を高効率熱伝達を
行うため、チップと冷却装置の間にグリースが使用され
ていた。

グリース適用における課題は、熱伝導性に優れることは
もちろんであるが、更に、長期信頼性の面で、グリース
の酸化劣化の低減、油にじみだしを抑制する方式も重要
である。この点に関して以下の特許が提案されている。

ニッケルめっきを施した電気接点に用い、酸化劣化を低
減するグリースとして、ジエステル油。

リチウム石鹸、塩化トリフェニル、塩化ジフェニル、ポ
リ３弗化塩化エチレンよりなる電気接点用グリースとし
て特開昭４６−６４５５１号、特開昭５０−３６９５９
号がある。

また、グリースのにじみを防止する方式としては、光学
用レンズの油浸入防止方式として、特告昭４６−６４５
５１号でフッ素系界面活性剤を主成分とするオイルにじ
みだし規制剤の塗布を行っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

グリースは固体部分と液体部分を合わせて作られている
が、液体部分には一般に有機の油が用いられている。こ
の有機の油が銅などの金属表面と接触した場合、グリー
スの液体部分が酸化により劣化して固化し、グリースの
流動特性を妨げ、最悪の場合チップの異常高温につなが
る可能性があった。また、液体部分の酸化により金属表
面にも腐食が生じ、信頼性の面で問題があった。電気接
点を考慮した上記従来技術では、グリースの液体部１分
の改良に着目しているが、接触面の劣化に対する寄与に
ついては記載されておらず、また固体分を大量に含有す
るグリースとして、最も一般的用いられるシリコン系グ
リースに関しては配慮がなされていなかった。

グリースの液体部分は、固体部分との界面張力により保
持されている。熱サイクルなどによりグリースの液体部
分が低分子化して固体部分と分離する。この分離で滲み
だした油分が、周辺にある集積回路に付着した場合、絶
縁不良、腐食などの悪影響が懸念される。光学系のレン
ズに使用する油を考慮した上記従来技術では単なるフッ
素系界面活性剤を塗布するだけであり、界面活性剤の長
期安定性に関して問題があった。

本発明は、作動時に発熱するデバイスを搭載した構造体
、構造体の冷却部、構造体と冷却部を熱伝達させるグリ
ースで構成された装置において、グリースを酸化劣化が
少ない安定な状態で保持し、グリースの液体部分が周辺
部にしみだすのを抑制する装置の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

グリースは、グリースが接触する金属面の酸化触媒作用
により酸化が促進され、劣化する。特にシリコン油ある
いはそれに類する有機溶媒は、酸化によってゲル化、固
化する特性がある。そこで、酸化と逆の作用である還元
作用をもつＮｉなとの金属で、グリースとの接触面を表
面処理すれば、グリースを酸イし劣化が少ない安定な状
態で保持できる。冷却部の材質としては熱伝導性の優れ
た銅。

アルミが適当であり、この表面を熱伝導性が必ずしも良
くないＮｉにより被覆するのが伝熱性能を低下させるこ
となく信頼性を維持できて適当である。Ｎｉめつきとし
ては、無電解めっきが均一な膜を形成させるのに適当で
あり、強固なめっきを行うには電解めっきが適当である
。また、酸化触媒作用が少ないＳｎめっきも、グリース
を酸化劣化が少ない安定な状態で保持できる。

グリースは固体部分と液体部分を合わせて作られている
が、液体部分は固体部分との界面張力により保持されて
いる。この液体分が熱などにより低分子化し周辺部にし
みだす。従って、グリースを塗布した周辺部をグリース
がしみだしにくい物質で表面処理すれば良い。

界面活性剤は液体成分、或いは固体分の表面張力や界面
張力を下げ、油の分離や滲み出し、拡散を更に大きくす
るが、本発明のフッ素系化合物による表面処理では、逆
に油の分離や滲み出し拡散を防止する機能を有する。フ
ッ素系化合物の中でも本発明のフッ素系化合物が、特に
油の分離や滲み出し、あるいは拡散防止の機能が大きい
。

本発明の新規なフッ素系化合物は、パーフルオロポリオ
キシアルキル基またはパーフルオロポリオキシアルキレ
ン基と有機基を結合した下記の化合物である。

Ｒｆ−Ｒ１−Ｒ２−３ｉ　（−０−Ｒ３）。

Ｒｆ：パーフルオロポリオキシアルキル基、パーフルオ
ロポリオキシアルキレン基 Ｒ１ニアミド結合、エステル結合、メチルエーテル結合 Ｒ２：アルキレン基、アミノ置換アルキレン基。

芳香族置換アルキレン基 Ｓｉ：シラノール基 Ｒ３：　Ｈ，ＣＨ３，Ｃ２Ｈ。

上記一般式で表わされるフッ素系化合物を少なくともＯ
，Ｑ５ｖｏＱ％以上（好ましくは０．１〜１ＱｖｏＱ％
の範囲）含有しているものである。

フッ素系化合物が０．０５ｖｏｌ１％未満では、グリー
ス中の油の分離や滲み出しを大幅に防止する機能を期待
することができない。また、１０ｖｏＱ％以上になると
それ以上の効果は期待できないし、経済的にも不経済で
ある。

以上の化合物を、フロンなどの溶剤に溶がし、構造体表
面及び冷却部表面のグリースとの接触部周辺に塗布して
、１００℃以上で加熱し、表面とＲ３を結合させる。塗
布方式しては、筆などで塗るか、所定の液で満たした容
器に、非塗布物質を浸す方式等が可能である。表面とＲ
３は化学的に結合する。単純に塗布した場合には、表面
張力などで付着しているにすぎないので、洗浄、熱サイ
クルなどで容易に剥がれる可能性がある。したがって１
本発明での化学的結合では、単純に塗布した場合と比較
して、フッ素化合物は強固に表面に固着し、良好な安定
性を確保できる。

〔作用〕

本発明により、グリースの安定化と同時に、接触面表面
の安定化を図れる。以上によりグリースの長寿命化が図
れ、グリースのちょう度および熱伝導度の変化が抑制さ
れ、劣化、ゲル化を抑え接触面表面の劣化も抑制できる
。

また、本発明により固体部分との界面張力により保持さ
れたグリースの液体部分が周辺部にしみだすのを抑制で
き、周辺電子機器のグリースより出た液体部分による汚
染を防止できる。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１図及び第２図により説明する。

第１図は実施例１の斜視図を示す。全体は、水冷ジャケ
ット１．およびモジュール３より構成される。水冷ジャ
ケットｌには冷却水を循環させる入水管６および出水管
７が接続され、冷却水は水冷ジャケット１の内部に加工
、製作された水路を流れる。水冷ジャケット１は優れた
熱伝導性と、循環水に対する耐腐食安定性から銅等で製
作することが適当である。また、装置全体の軽量化を考
えた場合には、Ａｎでも可能である。水冷ジャケットｌ
の表面には無電解めっきにより形成されたＮｉめつき８
が施される。無電解めっきは電解めっきと比較して表面
の皮膜が均一な厚さで安定して形成される。水冷ジャケ
ット１はモジュール３との間にグリース２を介して接し
、固定ねじ９により固定される。水冷ジャケット１表面
及びモジュール３でグリース２と接した周辺部は、フッ
素表面処理１０を施す。モジュール３は、ピン４により
プリント基板５に接続される。

第２図は、実施例１の断面図を示す。水冷ジャケット１
の表面はＮｉめっきされ、更にグリース２に接していな
い部分にはフッ素表面処理１ｏが施される。モジュール
３の表面はグリース２に接していない部分にはフッ素表
面処理１０が施される。フッ素系化合物の中でも本発明
のフッ素系化合物が、特に油の分離や滲み出し、あるい
は拡散防止の機能が大きい。本発明の新規なフッ素系化
合物は、パーフルオロポリオキシアル基またはパーフル
オロポリオキシアルキレン基と有機基を結合した下記の
化合物である。

Ｒｆ−Ｒ１−Ｒ２−５ｉ　（−〇−Ｒ３）３Ｒｆ：パー
フルオロポリオキシアルキル基、パーフルオロポリオキ
シアルキレン基 Ｒ１ニアミド結合、エステル結合、メチルエーテル結合 Ｒ２：アルキレン基、アミノ置換アルキレン基。

芳香族置換アルキレン基 Ｓｉ：シラノール基 Ｒ３：　Ｈ，ＣＨ，、Ｃ，Ｈ。

上記一般式で表わされるフッ素系化合物を少なくとも０
．０５ｖｏＱ％以上（好ましくは０．１〜１０ｖＯＱ％
の範囲）含有しているものである。

フッ素系化合物が０．０５　ｖ　ｏρ％未満では、グリ
ース中の油の分離や滲み出しを大幅に防止する機能を期
待することができない。また、１０ｖｏＱ％以上になる
とそれ以上の効果は期待できないし、経済的にも不経済
である。こｉを、フロンなどの溶剤に溶方化、構造体表
面及び冷却部表面のグリースとの接触部周辺に塗布して
、１００”Ｃ以上で加熱し、表面とＲ３を結合させる。

塗布方式としては、筆などで塗るが、所定の液で満たし
た容器に、非塗布物質を浸す方式等が可能である。表面
とＲ３は化学的に結合する。本発明での化学的結合では
、単純に塗布した場合と比較して、フッ素化合物は強固
に表面に固着し、艮好な安定性を確保できる。

次に動作について説明する。モジュール３より発生した
熱はグリース２を通して低い熱抵抗で伝えられ、水冷ジ
ャケット１に施されたＮｉめっき８を介して水冷ジャケ
ットに伝えられ、温度０〜９０℃の冷却水に伝えられ、
除熱される。モジュール３の温度上昇により、モジュー
ル３および水冷ジャケット１全体が微小な熱変形を起こ
す。この変形がモジュール３および水冷ジャケット１の
接触部に介在させたグリース２に加えら九る６グリース
２の柔軟性によりこの変位に追従し、水冷ジャケット１
とモジュール３の熱伝達を保つ。ここで、水冷ジャケッ
トｌの表面に還元性の触媒作用を有するＮｉめっき８が
施されているため、グリース２の酸化が抑制され、グリ
ース中の油分の硬化が起こらないので柔軟性が維持でき
、また表面の変質も防げるので、熱的に変化なく冷却で
きる。

また、グリース２には変位、荷重が加わり、これととも
に熱が加わり液体分の低分子化が進み。

油が分離しやすい状況となる。水冷ジャケットｌ及びモ
ジュール３のグリース２と接触した周辺部がフッ素表面
処理１ｏが施されているために分離した油が周囲に拡散
しない。

本発明に基づきＮｉめつき８あるいはＳｎめっきを施し
た水冷ジャケット１と、本発明を用いない未処理の銅水
冷ジャケット１とＮｉめっきした水冷ジャケット１と比
較試験を行った結果を第３図に示す。信頼性が１年ある
いは１０年であった場合を想定し、温度を実機使用温度
の３〜４倍で実施した。評価項目としてはグリース２で
は一般的なちょう度を用いた。ちょう度とは、固さを表
わす指標であり、大きくなるほど軟化したことを示す。

１年相当の時間では、本発明実施例と未実施例では顕著
な差はみられない。しかし、１０年相当では未実施例で
使用したグリース２．は殆ど硬−化し、柔軟性が全く失
われていた。これに対し本発明実施例では、殆ど劣化が
みられず十分な信頼性が保たれる。また、同様にＳｎめ
っきした水冷ジャケット１、樹脂コーティングした水冷
ジャケット１の比較試験結果を合わせて第３図に示す。

Ｓｎめつきでは、未処理のものと比較すると顕著な効果
が表わされている。Ｎｉは還元作用があるために酸化劣
化を完全に止めることができるのに対し、Ｓｎには酸化
触媒作用が多少あるために劣化が進んだものである。樹
脂の場合にはＳｎより更に劣化が進んでいる。樹脂には
反応触媒作用はないが、熱伝導率が悪い。よって、樹脂
コーティングでは、表面処理の厚さをＮｉなどの金属と
比較して非常に薄くする必要がある。表面処理の厚さが
薄い場合、銅表面を完全に覆うことができず微小な穴が
生じる。このため、穴からグリース２中の油が侵入し、
劣化が促進される。よって、わずかではあるが酸化触媒
作用があるＳｎよりも劣化が促進された。

また同時に計測したグリース２の熱伝導率の測定結果を
第４図に示す。グリース中の油が硬化すると、グリース
中の固体同志の密着を悪くし、熱伝達をできなくするた
めに熱伝導率を悪化させる。

Ｎｉ表面処理を施すとグリース２中の油の硬化が進まな
いので、本発明を用いた場合の効果は顕著である。

また、グリース２よりしみだした油拡散距離の比較を第
５図に示す、油拡散距離とは、初期に塗布したグリース
の位置から油分がしみだした垂直方向の距離を表わす。

本発明のフッ素系化合物による表面処理では、油の分離
や滲み比し拡散を防止する機能を有する。未処理の場合
には１０年相当では油が既にモジュール３全般に広がっ
ている。

しかし、フッ素表面処理１０を施したモジュール３では
油拡散がまったくみられない。

本実施例特有の効果は、Ｎｉめつき８を無電解で行った
ために、均一な厚さの膜が形成でき、熱抵抗を小さくで
きる点である。

次に実施例２について第６図により説明する。

実施例３は大型計算機の冷却部を示す。冷却水ヘッド１
５にベロー１３が取り付けられ、ベロー１３の表面には
電解めっきによるＮｉめつき１４が施され、グリース２
と接触した周辺部がフッ素表面処理１０が施される。チ
ップ１１のグリース２と接触した周辺部がフッ素表面処
理１０が施される。ベロー１３の圧力によりピン４で基
板３０に接続されたチップ１１の表面に密着する。この
接触面にはグリース２が塗布される。

本発明により、強い荷電で抑えられた接触面でのグリー
ス２の酸化劣化による硬化が起こらないために柔軟性が
維持できる。よって、ベロー１３とチップ１１の熱伝達
を良好に行えるので、長期に渡って安定して低い熱抵抗
が得られる。本実施例特有の効果としては、電解めっき
により強固Ｎｉが付けられるので、ベロー１３の厳しい
摺動に対しても、電解めっきが剥離せず、安定した表面
が得られる点である。

次に実施例３について第７図により説明する。

冷却ハウジング１９に冷却構造体１８が設置され、チッ
プ１１の上部に接触する。ピストン１８の表面には電解
Ｎｉめつき１４が施され、グリース２と接触した周辺部
はフッ素表面処理１０が施される。チップ１１のグリー
ス２と接触した周辺部がフッ素表面処理１０が施される
。ばね２１の圧力によりピン４で基板３０に接続された
チップ１１の表面に密着する。この接触面にはグリース
２が塗布される。

本発明により、グリース２の柔軟性は維持でき、集中的
に強い荷重で抑えられた接触面でも熱抵抗を低くできる
。本実施例特有の効果としては、グリース２の長寿命化
が空気雰囲気でも保てるので、グリース２の保護のため
にＨｅなどの不活性ガスにより周囲を封止する必要がな
い点である。

次に、実施例４について第８図により説明する。

チップ１１を設置する面が極めて平坦である基板２２に
、複数のチップ１１を設置する。基板２２の表面が平坦
であるために、複数のチップ１１の上面３１と水冷ジャ
ケット１の下面３２との間隙はほぼ一定である。その間
隙にはグリース２が適量充填される。グリース２には、
シリコン油あるいはそれに類する酸化によってゲル化、
固化する特性のある液体部分を含む。水冷ジャケット１
の下面３２及び側面にはＮｉめつき８が施される。

水冷ジャケット１のグリース２と接する部分の周辺には
フッ素系化合物によるフッ素表面処理１０が施される。

また、チップ１１のグリース２と接する部分の周辺には
フッ素系化合物によるフッ素表面処理１０が施される。

これにより、グリース２には酸化を促進する金属が接触
しないので、グリース２の液体分が硬化しないとともに
、複数のチップ１１の側面にフッ素表面処理１０を施し
であるために分離した油が、特に複数の接続配線が混合
する基板２２の表面への拡散するのを抑制できる。

〔発明の効果〕

本発明により、グリースの安定化と同時に、接触面表面
の安定化を図れる。以上によりグリースの長寿命化が図
れ、グリースのちょう度および熱伝導度の変化が抑制さ
れ、劣化、ゲル化を抑え接触面表面の劣化も抑制できる
。

また、本発明により、固体部分との界面張力により保持
されたグリースの液体部分が周辺部にしみだすのを抑制
でき１周辺電子機器のグリースより出た液体部分による
汚染を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１の斜視図、第２図は実施例１の断面図
、第３図は実施例１のちょう度比較検討結果を示すグラ
フ、第４図は実施例１の熱伝導率比較検討結果を示すグ
ラフ、第５図は実施例の油拡散距離の比較を示すグラフ
、第６図は実施例２縦断面図、第７図は実施例３の縦断
面図、第８図は実施例４の縦断面図である。 ｌ・・・水冷ジャケット、２・；・グリース、３・・・
モジュール、４・・・ピン、５・・・プリント基板、６
・・・冷却水入口、７・・・冷却水出口、８・・・Ｎｉ
めつき、９・・・固定ねじ、１０・Ｊ・フッ素表面処理
、１１・・・チップ、１３・・・ベロー、１４・・電解
Ｎｉめっき、１５・・・冷却水ヘッド、１６・・・冷却
水、１８・・・冷却構造体。 宅１図 ５−一−ブ１１’／）門仮　　　　１０−−−７・ノ嘗
１シ艶爬虻１范２図 第３図 邪ＩＡＦＦＩ用 高５図 和」Ｕけ間

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、作動時に発熱するデバイスを搭載した構造体、構造
   体の冷却部、構造体と冷却部を熱伝達させるグリース、
   により構成された電子機器において、構造体表面及び冷
   却部表面のグリースとの接触部周辺を撥油性の化合物で
   表面処理し、冷却部表面のグリースとの接触部を還元性
   の金属で表面処理したことを特徴とする電子機器。 ２、作動時に発熱するデバイスを複数搭載したモジュー
   ル、モジュールの冷却部、モジュールと冷却部を熱伝達
   させるグリース、により構成された電子機器において、
   モジュール表面及び冷却部表面のグリースとの接触部周
   辺を撥油性の化合物で表面処理し、冷却部表面のグリー
   スとの接触部を還元性の金属で表面処理したことを特徴
   とする電子機器。 ３、請求項１記載の電子機器において、冷却部表面のグ
   リースとの接触部に無電解Ｎｉめつきを施したことを特
   徴とする電子機器。 ４、請求項１記載の電子機器において、冷却部表面のグ
   リースとの接触部に電解Ｎｉめつきを施したことを特徴
   とする電子機器。 ５、請求項１記載の電子機器において、冷却部表面のグ
   リースとの接触部にＳｎめつきを施したことを特徴とす
   る電子機器。 ６、請求項１記載の電子機器において、構造体表面及び
   冷却部表面のグリースとの接触部周辺を、フッ素系化合
   物で表面処理したことを特徴とする電子機器。 ７、請求項１記載の電子機器において、構造体表面及び
   冷却部表面のグリースとの接触部周辺を、パーフルオロ
   ポリオキシアルキル基またはパーフルオロポリオキシア
   ルキレン基と有機基を結合した化合物で表面処理したこ
   とを特徴とする電子機器。 ８、請求項１記載の電子機器において、シリコン油ある
   いはそれに類する酸化によつてゲル化、固化する特性の
   ある液体部分を含む材料を構造体と冷却部を熱伝達する
   グリースとして使用した電子機器。 ９、作動時に発熱するデバイスを搭載した構造体、構造
   体の冷却部、構造体と冷却部を熱伝達させるグリース、
   により構成された装置の製造方法において、冷却部表面
   のグリースとの接触部を還元性の金属で表面処理し、グ
   リースを構造体と冷却部の間に塗布し、構造体表面及び
   冷却部表面のグリースとの接触部周辺を撥油性の化合物
   で表面処理することを特徴とする装置の製造方法。 １０、大型計算機において、作動時に発熱するデバイス
   を封止した構造体、構造体の冷却部、構造体と冷却部を
   熱伝達させるグリース、により構成され、構造体表面及
   びグリースとの接触部周辺を撥油性の化合物で表面処理
   し、冷却部表面のグリースとの接触部を還元性の金属で
   表面処理したことを特徴とする大型計算機。