JPH06204368A - セラミック基板の冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 セラミック基板上に実装した電子部品の発生
熱を、ヒートパイプを用いて放熱するセラミック基板の
冷却構造に関し、ヒートパイプと効率よく組み合わせて
冷却性能を向上させ、電子部品の高密度実装を図ること
を目的とする。 【構成】 熱発生部品が実装されているセラミック基板
の上面に、高熱伝導性部材で構成された熱伝導ブロック
を取り付け、この熱伝導ブロックの内部にヒートパイプ
の蒸発部を装着し、このヒートパイプの凝縮部に放熱フ
ィンを取り付け、熱伝導ブロックの上面および下面の少
なくとも一方の面に切欠部を設けた構造を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セラミック基板上に実
装した電子部品の発生熱を、ヒートパイプを用いて放熱
するセラミック基板の冷却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の高速化などに伴い、最近の電
子機器装置では基板内の電子部品の実装密度が増大し、
基板内の局部的な発熱密度が増大している。また、架
（キャビネット）内に小ピッチで多数枚の基板を収納す
るため、電子機器装置内での発熱量が増大し、ファンユ
ニットを用いた従来の強制空冷方式では冷却能力に限界
がきている。

【０００３】そこで、最近では従来の樹脂製の基板に代
え、熱を基板内に拡散できる高熱伝導率を有するセラミ
ック製の基板が実用化され始めている。また、基板上に
実装した電子部品の上にヒートパイプを埋め込んだ冷却
板を接触させ、冷却板を介して伝達されてくる電子部品
からの熱を、ヒートパイプの蒸発部で吸収して凝縮部か
ら放熱する冷却構造も開発され始めている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】セラミック基板は基板
全体に熱を拡散できるため、局部的な温度上昇を低減さ
せることは出来るが、あくまでも熱拡散基板であるた
め、発熱を伴う電子部品の実装密度には限界がある。

【０００５】また、ヒートパイプを埋め込んだ冷却板を
電子部品に接触させる構造は、基板上の電子部品の高密
度実装を可能にしたが、電子部品の上部に取り付ける構
造であるため、基板間のピッチを小さくすることができ
ず、架内の実装密度を高めることが出来ない。また、電
子部品が故障したときは交換が困難であり、さらに、高
さの異なる電子部品が複数個存在するときは、それらに
合わせて冷却板の高さを調節しなければならず、実際に
は使用しにくい。

【０００６】本発明は、セラミック基板とヒートパイプ
とを効率よく組み合わせ、冷却性能を向上させつつ電子
部品の高密度実装を図ることの出来る冷却構造を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によるセラミック
基板の冷却構造は、熱発生部品が実装されているセラミ
ック基板の上面に、高熱伝導性部材で構成された熱伝導
ブロックを取り付け、この熱伝導ブロックの内部にヒー
トパイプの蒸発部を装着し、このヒートパイプの凝縮部
に放熱フィンを取り付け、熱伝導ブロックの上面および
下面の少なくとも一方の面に切欠部を設けた構造を有す
る。

【０００８】また、本発明によるセラミック基板の冷却
構造は、熱発生部品が実装されているセラミック基板の
上面に、高熱伝導性部材で構成された複数個の熱伝導ブ
ロックを所定の間隔で取り付け、この複数の熱伝導ブロ
ックを貫通する形で内部にヒートパイプの蒸発部を装着
し、このヒートパイプの凝縮部に放熱フィンを取り付け
た構造を有する。

【０００９】

【作用】本発明の構成において、熱発生部品の熱は比較
的熱伝導率の高いセラミック基板に万遍なく拡散され、
一部の熱は基板の横手方向から吹く空冷の風によってセ
ラミック基板を介して放散される。この場合、熱伝導ブ
ロックの切欠部または隙間によって風が流れやすくなる
と共に、風の流れに渦が生じ、さらなる放熱性能の向上
を図ることが出来る。

【００１０】残りの熱はセラミック基板を経て熱伝導ブ
ロックに伝わり、内部に装着されているヒートパイプの
蒸発部を加熱して内部に密閉されている作動流体を温
め、蒸発部空間内の蒸気圧を高めて圧力の低い凝縮部へ
と蒸気流を生じさせる。凝縮部へ移動した蒸気の熱は放
熱フィンに伝わり、空気と接触する放熱フィンの全表面
から大気中に放散される。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明による冷却構造の一実施例を
示す概略的斜視図である。本実施例は、ＬＳＩ（大規模
集積回路）などの熱発生部品１を実装したセラミック基
板２の上面に、内部に偏平状のヒートパイプ３の蒸発部
（吸熱部）３ａが装着された熱伝導ブロック４を取り付
け、ヒートパイプ３の凝縮部（放熱部）３ｂにアルミ押
し出し材で一体成形した放熱フィン５を取り付けた構造
となっている。

【００１２】熱伝導ブロック４はアルミニウムなどの高
熱伝導性部材で形成され、図２に示すように、下面およ
び上面の一部にそれぞれ切欠部４ａおよび４ｂを有し、
切欠部４ａ，４ｂが設けられていない箇所には、セラミ
ック基板２と一体になったボルト６が貫通するように構
成されている。このボルト６にナット７をブロック４か
ら突出しないように締め付けることによって、セラミッ
ク基板２、ヒートパイプ３および熱伝導ブロック４が一
体となるように構成されている。なお、熱伝導ブロック
４の切欠部４ａ，４ｂは必ずしもヒートパイプ３が露出
する程度まで切り欠く必要はない。

【００１３】この構成において、セラミック基板２は比
較的熱伝導率の高いセラミックで構成されているので、
高密度の発熱を伴う熱発生部品１の熱はセラミック基板
２の全体に万遍なく拡散される。また、本発明ではセラ
ミック基板２の横手方向から空冷の風が吹くようにファ
ンユニット（図示せず）が設置されているので、一部の
熱は直接この風によってセラミック基板２を介して放散
される。

【００１４】残りの熱はセラミック基板２を経て熱伝導
ブロック４に伝わり、ヒートパイプ３の蒸発部３ａを加
熱して内部に密閉されている作動流体を温めて蒸発させ
る。これによりヒートパイプ３の蒸発部空間内の蒸気圧
が高まり、圧力の低い凝縮部３ｂへと蒸気流が生じる。
凝縮部３ｂへ移動した蒸気の熱は、放熱フィン５に伝わ
り、空気と接触する放熱フィン５の全表面から大気中に
放散される。

【００１５】また、本発明では、熱を効率よく空気に放
散するために熱伝導ブロック４の構造およびその取り付
け方法に工夫を凝らしている。すなわち、一般にヒート
パイプは基板に直接取り付ける方が放熱効果が大きい
が、本発明のように基板上に空冷の風を流す場合には、
セラミック基板２より少し上方にヒートパイプ３を取り
付け、かつセラミック基板２とヒートパイプ３との間に
取り付けた熱伝導ブロック４に切欠部４ａ，４ｂを設
け、風が流れやすくすると共に、風の流れに渦を生じさ
せ、さらなる放熱性能の向上を図るようにした。

【００１６】図３および図４は、熱伝導ブロック４の他
の実施例を示す構成図である。いずれも熱伝導ブロック
４を複数ブロックに分割して間隔を設けて設置し、さら
に図３に示す構成の場合には、熱伝導ブロック４の上面
に切欠部４ｂを設けた構成となっている。本実施例にお
いては、熱伝導ブロック４間の隙間が前述の切欠部の役
割を果たし、この隙間を通じて風が流れやすくなると共
に、風の流れに渦が生じ、放熱性能の向上を図ることが
出来る。

【００１７】図５は、従来の冷却構造と本案による冷却
構造との冷却効果を比較したグラフである。図中、縦軸
は熱発生部品の温度上昇〔℃〕、横軸は後述する各冷却
構造の条件を示している。各条件は次の通りである。

【００１８】 条件１；セラミック基板２のみの構造である。 条件２；セラミック基板２にヒートパイプ３を直接取り
付けた構造である。 条件３；セラミック基板２に切欠部を有しない熱伝導ブ
ロック４を介してヒートパイプ３を取り付けた構造であ
る。 条件４；セラミック基板２に切欠部４ｂのみを備えた熱
伝導ブロック４を介してヒートパイプ３を取り付けた構
造である。 条件５；セラミック基板２に切欠部４ａのみを備えた熱
伝導ブロック４を介してヒートパイプ３を取り付けた構
造である。 条件６；セラミック基板２に切欠部４ａ，４ｂを備えた
熱伝導ブロック４を介してヒートパイプ３を取り付けた
構造である。

【００１９】なお、各セラミック基板２は全く同じ構造
（外形 180×90mm）とし、それぞれセラミック基板２か
ら高さ６mmの位置に発熱量１０ＷのＬＳＩ（外形40×40
mm）を３個取り付け、ヒートパイプ３は断面が偏平形状
（４×1.6mm ）のものを２本使用した。また、セラミッ
ク基板２に当たる空気の風速は一定とし、さらに、各ヒ
ートパイプ３の放熱部３ｂには同一形状の放熱フィン５
を取り付けた構造となっている。

【００２０】このグラフから明らかなように、本案（条
件４〜６）の構造が極めて放熱効果の優れていることが
分かる。これはヒートパイプ３を熱伝導ブロック４の中
央に設置し、ブロック４の下面および上面の一方または
双方に切欠部を設けたことが大きい。切欠部４ａ，４ｂ
によってセラミック基板２の表面で乱流が生じ、その結
果、セラミック基板２との熱伝導率が向上し、熱発生部
品１としてのＬＳＩの温度上昇が少なくなったことによ
る。

【００２１】なお、前述の実施例においては、断面が偏
平形状のヒートパイプを使用するようにしたが、これに
限らず断面が円形のヒートパイプを使用してもよく、あ
るいはスペース等の関係で必要部のみ偏平形状とするよ
うにしてもよい。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、セラミック基板上にヒ
ートパイプの内蔵されている熱伝導ブロックを取り付け
るようにしたので、セラミック基板上に発熱を伴う電子
部品を高密度にかつ近接させて実装することが出来る。
また、熱伝導ブロックをセラミック基板上に直接取り付
けるようにしたので、セラミック基板間のピッチを小さ
くすることができ、架内の高密度実装が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による冷却構造の一実施例を示す概略的
斜視図である。

【図２】図１に示す熱伝導ブロックの概略的側面図であ
る。

【図３】熱伝導ブロックの他の実施例を示す概略的側面
図である。

【図４】熱伝導ブロックの他の実施例を示す概略的側面
図である。

【図５】各冷却構造の冷却効果を比較したグラフであ
る。

【符号の説明】 １ 熱発生部品 ２ セラミック基板 ３ ヒートパイプ ４ 熱伝導ブロック ４ａ，４ｂ 切欠部 ５ 放熱フィン ６ ボルト ７ ナット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三野 吉輝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱発生部品が実装されているセラミック
   基板の上面に、高熱伝導性部材で構成された熱伝導ブロ
   ックを取り付け、前記熱伝導ブロックの内部にヒートパ
   イプの蒸発部を装着し、前記ヒートパイプの凝縮部に放
   熱フィンを取り付け、前記熱伝導ブロックの上面および
   下面の少なくとも一方の面に切欠部を設けたことを特徴
   とするセラミック基板の冷却構造。
2. 【請求項２】 熱発生部品が実装されているセラミック
   基板の上面に、高熱伝導性部材で構成された複数個の熱
   伝導ブロックを所定の間隔で取り付け、前記複数の熱伝
   導ブロックを貫通する形で内部にヒートパイプの蒸発部
   を装着し、前記ヒートパイプの凝縮部に放熱フィンを取
   り付けたことを特徴とするセラミック基板の冷却構造。