JPH06244576A - ヒートパイプ一体化プリント配線板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】プリント配線板に搭載された発熱体から発生す
る熱を速やかに外部に移動し、基板内で温度均一化の生
じない安価なヒートパイプ一体化プリント配線板を提供
する。 【構成】ヒートパイプ一体化プリント配線板１は、発熱
部品であるＩＣ２０などの実装部品を搭載した第１の片
面銅張積層板１５及び第２の片面銅張積層板１６と、こ
の片面銅張積層板１５，１６に搭載したＩＣ２０から発
生する熱を外部に放出するヒートパイプ５とから構成さ
れている。ヒートパイプ５は、このヒートパイプ５に封
入された作動液を蒸発させる蒸発部３及びこの蒸発した
作動液を液化する凝縮部４とから構成されており、蒸発
部３を片面銅張積層板１５の発熱体の近傍に配設する一
方、凝縮部４を片面銅張積層板１５，１６の外部に突出
させて放熱するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放熱効率を高めたプリ
ント配線板に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリント配線板への高密度実装が進むな
か、プリント配線板に搭載された集積回路（以下ＩＣと
略記）から発生する熱を放熱させるための様々な方法が
考えられている。

【０００３】例えば、図５に示すようにプリント配線板
１０に搭載したＩＣ２０に熱伝導性シリコーンゴムシー
ト３０を介して放熱板４０を配設したものがある。上述
のようにＩＣ２０に放熱板４０を配設することによって
ＩＣ２０から発生する熱は、シリコーンゴムシート３０
を介して放熱板４０から自然対流によって大気中に放熱
されていた。しかし、自然対流によってＩＣ２０から発
生した熱を大気中に放熱する方法では、発熱量が少なく
・温度上昇の少ない場合には有効な方法であるが、近年
の高集積化の結果、ＩＣ一個当たりの発熱量が大きくな
っているため自然対流による放熱方法では十分な放熱効
果を得ることができずにＩＣ２０の温度を上昇させてい
た。

【０００４】そこで、図６に示すようにプリント配線板
を金属で形成した金属基板１１がある。前記金属基板１
１は、例えば、アルミニウム板であり、このアルミニウ
ム板の表面に絶縁層３１を設けると共に銅箔パターン３
２を形成したものである。この金属基板１１にＩＣ２０
を搭載することによってＩＣ２０から発生する熱を金属
基板１１に伝達して大気中に放熱していた。

【０００５】しかし、上述のように金属基板１１にＩＣ
２０から発生した熱を伝達して大気中に放熱する方法で
は、発熱部であるＩＣ２０の温度は下がるが逆に周辺部
の温度の均一化が生じ全体の温度が上昇してしまうとい
う欠点があると共に、金属基板１１に伝達した熱が自然
対流によって大気中に放熱されるようになっているので
結果的に前記放熱板４０を配設したときと同様に十分な
放熱効果を得ることができない。

【０００６】このように、従来の放熱対策ではＩＣ２０
から発生した熱を自然対流によって放熱させることが基
本となっていたため、速やかにＩＣ２０から発生した熱
を外部に移動させることができなかった。

【０００７】そこで、高熱伝導性部品として開発された
ヒートパイプ構造をプリント配線板に組み合わせること
によってＩＣ２０から発生する熱を効率的に放熱するよ
うにしたヒートパイプ構造配線基板１２がある。

【０００８】図７及び図８に示すようにヒートパイプ構
造配線基板１２は、アルミナ配線基板１３の中にヒート
パイプ構造を設けたものである。すなわち、多層配線層
を有するアルミナ配線基板１３の製造工程でヒートパイ
プとしての発動作気体を通す空洞部５１を設ける一方、
この空洞部５１の内側表面に凝縮動作液体を運ぶ毛細管
構造としてＶ字形の溝５２を密に設け動作液５３として
例えば水を適量封入して封止管５４にて封止すると共に
放熱フィン６０を形成してＩＣ２０を複数搭載したもの
である。

【０００９】このようなヒートパイプ構造配線基板１２
を形成することによってＩＣ２０を搭載した領域に発生
した熱により、このＩＣ２０の領域直下の毛細管構造部
に貯えられていた動作液５３が蒸発して圧力の低い放熱
フィン６０の位置する領域に移動し、そこで凝縮して液
体に戻ると同時に運んできた熱を大気中に放出する。な
お、凝縮した液体は、Ｖ字形の溝５２の毛細管構造を通
って再び元の所に戻るようになっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記ヒ
ートパイプ構造配線基板では高熱伝導性を有するヒート
パイプ構造を基板内に形成すると共に、熱交換をするた
めの放熱フィンを基板内に設けなければならないので、
基板が大型化すると共に金属基板と同様に温度均一化が
生じて基板全体の温度が上昇してしまうという問題があ
った。

【００１１】また、蒸発動作気体を封入する空洞部を気
密構造にしなければならないので生産性が悪く高価なも
のとなっていた。

【００１２】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、プリント配線板に搭載された発熱体から発生する熱
を速やかに外部に移動し、基板内で温度均一化の生じな
い安価なヒートパイプ一体化プリント配線板を提供する
ことを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によるヒートパイ
プ一体化プリント配線板は、ＩＣなどの部品を搭載する
一対の片面銅張積層板と、前記ＩＣなどの発熱部品を搭
載したこの片面銅張積層板の基材同士を接合し少なくと
も一方の片面銅張積層板の基材に形成する溝部と、この
溝部に配設しヒートパイプに封入された作動液を蒸発さ
せるヒートパイプの蒸発部と、前記片面銅張積層板から
突出し前記蒸発部で蒸発した作動液を液化するヒートパ
イプの凝縮部と、前記溝部の所定位置にヒートパイプを
配設する位置決め固定手段とを具備した。

【００１４】

【作用】この構成で、ＩＣから発生した熱は、ヒートパ
イプに封入されている作動液を蒸発部で蒸発させる一
方、凝縮部で蒸発した作動液を液化して熱を大気中に放
出する。また、ヒートパイプは基材に形成した溝部の所
定位置に配設されることによって均一化されたヒートパ
イプの熱がプリント配線板に伝達されない。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１及び図２は本発明の一実施例に係り、図１は
ヒートパイプ一体化プリント配線板の製造工程の概略を
示す説明図、図２はヒートパイプ一体化プリント配線板
の概略構成を示す斜視図である。

【００１６】図２に示すようにヒートパイプ一体化プリ
ント配線板１は、ＩＣ２０などの実装部品を搭載する第
１の片面銅張積層板１５及び第２の片面銅張積層板１６
と、これらの片面銅張積層板１５及び１６に搭載したＩ
Ｃ２０の熱を外部に放出するヒートパイプ５とから構成
されている。

【００１７】前記ヒートパイプ５は、このヒートパイプ
５に封入されている作動液を蒸発させる蒸発部３と、こ
の蒸発部３で蒸発した作動液を液化する凝縮部４とから
構成されている。そして、ヒートパイプ５の蒸発部３を
例えば片面銅張積層板１５に搭載された発熱体の近傍に
配設する一方、ヒートパイプ５の凝縮部４を片面銅張積
層板１５及び１６の外部に突出させている。さらに、前
記凝縮部４の先端側に放熱部６を設けている。

【００１８】なお、前記ヒートパイプ５の蒸発部３に封
入されている作動液は、外部からの熱によって蒸発する
水やアルコールなどであり、この蒸発部３がＩＣ２０な
どから発生する熱によって高温になることにより作動液
が蒸発する。そして、蒸発部３で蒸発した作動液の蒸気
は、蒸気圧差によって凝縮部４に速やかに移動し、この
作動液の蒸気を液化して凝縮潜熱を大気中に放出すると
共に、液化された作動液を毛細管力によって蒸発部３に
還流する。このようにヒートパイプ５が上述の動作を繰
り返すことによって、ＩＣ２０から発生した熱が蒸発部
３から凝縮部４に移動して大気中に放熱される。

【００１９】ここで、ヒートパイプ一体化プリント配線
板１の製造工程の概略を図１の（ａ）ないし（ｆ）を参
照して説明する。◎まず、図（ａ）及び（ｂ）に示すよ
うに基板として第１の片面銅張積層板１５及び第２の片
面銅張積層板１６を用意する。そして、例えば、この第
１の片面銅張積層板１５に搭載される発熱体の直下を通
過するように第１の片面銅張積層板１５の基材側にヒー
トパイプ５を配設するための溝部１７を加工する。次
に、図（ｃ）に示すように前記第１の片面銅張積層板１
５の基材側に形成した溝部１７の略所定位置にヒートパ
イプ５を配置する。そして、図（ｄ）に示すように前記
図（ｃ）のヒートパイプ５を配置した第１の片面銅張積
層板１５の基材側にプリプレグ１８及び第２の片面銅張
積層板１６の基材部を対向配置させて積層する。

【００２０】次いで、図（ｅ）に示すように第１の片面
銅張積層板１５、プリプレグ１８及び第２の片面銅張積
層板１６の固定手段として熱プレスにてプリプレグ１８
の樹脂系接着剤でヒートパイプ一体化プリント配線板１
を形成する。このとき、プリプレグ表面よりにじみ出た
樹脂系接着材は、溝部１７に流れ込んでヒートパイプ５
を被覆する。

【００２１】最後に、外装パターンを形成してヒートパ
イプ一体化プリント配線板１が出来上がり、ＩＣ２０を
ベタの銅箔パターン上１９に搭載する。

【００２２】上述のヒートパイプ一体化プリント配線板
１の作用及び効果を説明する。第１の片面銅張積層板１
５に搭載されたＩＣ２０が発熱するとき、ＩＣ２０から
発生した熱は、このＩＣ２０の裏面と接触する銅箔パタ
ーン１９を介してＩＣ２０の直下に配設されているヒー
トパイプ５の蒸発部３に伝達されてこの蒸発部３を加熱
する。ヒートパイプ５の蒸発部３が熱せられることによ
って作動液が蒸発し、蒸発した作動液の蒸気が蒸気圧差
によって圧力の低い放熱領域であるヒートパイプ５の凝
縮部４に移動して凝縮されて液化すると共に、凝縮部４
に設けた放熱部６から凝縮潜熱を大気中に放出してＩＣ
２０の発熱を防止する。

【００２３】また、ヒートパイプ５の熱応答性が良いの
でヒートパイプ全体に亘って温度差の無い均一な温度に
なることによって、ヒートパイプ一体化プリント配線板
全体の温度が均一化してしまうことが考えられるが、ヒ
ートパイプ５を熱伝導性の低い樹脂部材１８によって被
覆して第１の片面銅張積層板１５に固定していることか
らＩＣ周辺の図示しない回路や周辺部に熱が伝達されな
いのでヒートパイプ一体化プリント配線板１の温度均一
化を防止することができる。

【００２４】さらに、図３に示すように第１の片面銅張
積層板１５に配設するヒートパイプ５を偏平なものにす
ることによって発熱体からの熱伝導率が向上すると共
に、ヒートパイプ一体化プリント配線板１の薄型化を図
ることができる。

【００２５】このように、基板に溝部を加工してヒート
パイプを配設することによりヒートパイプを備えたプリ
ント配線板を安価に製造することができる。

【００２６】なお、プリント配線板を製造する工程にお
いて酸・アルカリなどの薬液を使用するので、ヒートパ
イプを保護するために銅管などで形成されるヒートパイ
プにニッケルメッキなどの保護層を設けてもよい。

【００２７】また、前記実施例においては、溝部１７を
第１の片面銅張積層板１５に形成しているがこれに限定
されることはなく、例えば、第２の片面銅張積層板１６
に溝部１７を形成してヒートパイプ５を配設することや
第１の片面銅張積層板１５と第２の片面銅張積層板１７
との両面にヒートパイプ５を配設するための溝部１７を
形成してヒートパイプ５を配設しても良い。

【００２８】さらに、図４に示すように基板に金属基板
１１を使用してヒートパイプ一体化プリント配線板１を
形成しても良い。その他の構成は前記実施例と同様であ
り、前記金属基板１１を使用したヒートパイプ一体化プ
リント配線板１の製造工程は前記実施例と同様であると
共に作用及び効果も前記実施例と同様である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、プ
リント配線板に搭載された発熱体から発生する熱を速や
かに外部に移動し、基板内で温度均一化の生じない安価
なヒートパイプ一体化プリント配線板を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１及び図２は本発明の一実施例に係り、図１
はヒートパイプ一体化プリント配線板の製造工程の概略
を示す説明図

【図２】ヒートパイプ一体化プリント配線板の概略構成
を示す斜視図

【図３】ヒートパイプを偏平に形成したヒートパイプ一
体化プリント配線板を示す説明図

【図４】基板を金属基板で形成したヒートパイプ一体化
プリント配線板を示す説明図

【図５】図５ないし図８は従来例に係り、図５はＩＣに
放熱フィンを配設した状態を示す説明図

【図６】ＩＣを金属基板に配設した状態を示す説明図

【図７】ヒートパイプ構造配線基板の概略構成を説明す
る平面図

【図８】ヒートパイプ構造配線基板の概略構成を説明す
る断面図

【符号の説明】

１…ヒートパイプ一体化プリント配線板 ３…蒸発部 ４…凝縮部 ５…ヒートパイプ １７…溝部 ２０…ＩＣ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＩＣなどの部品を搭載する一対の片面銅
   張積層板と、 前記ＩＣなどの発熱部品を搭載したこの片面銅張積層板
   の基材同士を接合し少なくとも一方の片面銅張積層板の
   基材に形成する溝部と、 この溝部に配設しヒートパイプに封入された作動液を蒸
   発させるヒートパイプの蒸発部と、 前記片面銅張積層板から突出し前記蒸発部で蒸発した作
   動液を液化するヒートパイプの凝縮部と、 前記溝部の所定位置にヒートパイプを配設する位置決め
   固定手段と、 を具備したことを特徴とするヒートパイプ一体化プリン
   ト配線板。