JPS5896992A - ヒ−トパイプ構造回路基板 - Google Patents
ヒ−トパイプ構造回路基板Info
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- JPS5896992A JPS5896992A JP19713481A JP19713481A JPS5896992A JP S5896992 A JPS5896992 A JP S5896992A JP 19713481 A JP19713481 A JP 19713481A JP 19713481 A JP19713481 A JP 19713481A JP S5896992 A JPS5896992 A JP S5896992A
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- Japan
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- heat pipe
- pipe structure
- circuit board
- container
- structure circuit
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0233—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes the conduits having a particular shape, e.g. non-circular cross-section, annular
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/02—Details
- H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
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- Thermal Sciences (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はヒートパイプに係シ、特に半導体素子などの電
子機器等に使用するに好適なヒートパイプに関する。
子機器等に使用するに好適なヒートパイプに関する。
従来のヒートパイプにおいては、中間軸とじて一般に熱
伝導性を有する金属材料の銅、アルミニウム、ステンレ
ス鋼などが用いられている。さらに内部のウィック材と
しては金属あるいはガラスなどから成る繊維状の物質を
使用し、冷媒としては水、フロン、アルコールなどを前
記クイック材に浸みわたるほど封入するようにされてい
る。
伝導性を有する金属材料の銅、アルミニウム、ステンレ
ス鋼などが用いられている。さらに内部のウィック材と
しては金属あるいはガラスなどから成る繊維状の物質を
使用し、冷媒としては水、フロン、アルコールなどを前
記クイック材に浸みわたるほど封入するようにされてい
る。
しかしながら、このような従来のと一ドパイブでは、（
１）半導体素子などの電子機器を冷却する場合には、金
属性のヒートパイプでめるため、電気的に絶縁する必要
があ夛、この絶縁物を介在させることによる熱抵抗が大
きく、従って、冷却性能が悪く、装置が大型となる。（
２）また、中窒軸管の内部では安定した金属といえども
常に高温の冷媒液や蒸気にさらされていることがら、長
期の間に若干の腐食が生じ、Ｈ！などのガスが発生し易
い。
１）半導体素子などの電子機器を冷却する場合には、金
属性のヒートパイプでめるため、電気的に絶縁する必要
があ夛、この絶縁物を介在させることによる熱抵抗が大
きく、従って、冷却性能が悪く、装置が大型となる。（
２）また、中窒軸管の内部では安定した金属といえども
常に高温の冷媒液や蒸気にさらされていることがら、長
期の間に若干の腐食が生じ、Ｈ！などのガスが発生し易
い。
このガスは不凝縮ガスでるることがら中空軸内部の凝縮
性能が著しく悪くなシヒートパイプの冷却性能が低下す
るなどの欠点がある。
性能が著しく悪くなシヒートパイプの冷却性能が低下す
るなどの欠点がある。
本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除去するために
、ヒートパイプの中空管そのものを電気絶縁材料にする
ことによシ、電子機器等の冷却に好適なヒートパイプを
提供するにある。
、ヒートパイプの中空管そのものを電気絶縁材料にする
ことによシ、電子機器等の冷却に好適なヒートパイプを
提供するにある。
本発明は、基板の外周部が緻密質ＳＩＣ層からなるコン
テナと、該コンテナ内壁に焼結によ多接合された毛細管
作用をもつ多孔質ＳｉＣ層のウィックと、該ウィック内
部処設けた空洞と、該空洞内に６つて上、下基板を支え
る多孔質ＳｊＣの支柱とからなシ、かつ空洞を気密封止
し、さらに空洞内を減圧して動作液全封入し九ことを特
徴とすると一ドパイブ構造回路基板にある。
テナと、該コンテナ内壁に焼結によ多接合された毛細管
作用をもつ多孔質ＳｉＣ層のウィックと、該ウィック内
部処設けた空洞と、該空洞内に６つて上、下基板を支え
る多孔質ＳｊＣの支柱とからなシ、かつ空洞を気密封止
し、さらに空洞内を減圧して動作液全封入し九ことを特
徴とすると一ドパイブ構造回路基板にある。
コンテナは、相対密度９０％以上の多結晶焼結体であシ
、かつ抵抗率１０７Ω副以上、熱伝導率０、２ Ｃａ１
７ｃｍ・ｓ−Ｃ以上を有するのが好ましい。
、かつ抵抗率１０７Ω副以上、熱伝導率０、２ Ｃａ１
７ｃｍ・ｓ−Ｃ以上を有するのが好ましい。
コンテナはＢｅＯ及びＢＮの少なくとも一方を０．５〜
５重量％を含み、ＳｉＣを主成分とし、相対密度が９５
％以上でろるのが好ましい。
５重量％を含み、ＳｉＣを主成分とし、相対密度が９５
％以上でろるのが好ましい。
コンテナの一部に金属製の放熱フィンを装着するのが好
ましい。
ましい。
コンテナをなす緻密質ＳＩＣ層の一部を肉厚とし、かつ
その肉厚部に一定間隔の細溝を設けて放熱フィンとする
のが好ましい。
その肉厚部に一定間隔の細溝を設けて放熱フィンとする
のが好ましい。
基板上に半導体素子及び回路導体の１′ｓ以上を載置す
るのが好ましい。
るのが好ましい。
コンテナの少なくとも一部の側面をメタル、ガラス、レ
ジンで封止するのが好ましい。
ジンで封止するのが好ましい。
実施例１
第１図は本実施例になるヒートパイプ構造回路基板の断
面図を示したもので、緻密質８３０層からなるコンテナ
１と、その内壁に焼結によシ接合されしかも層内に微細
な開気孔を極めて多数含有する毛細管構造の多孔質Ｓｉ
Ｃ層からなるウィック２と、このクイック内部に設けた
空洞３と、空洞内に６って上、下基板を支える多孔質Ｓ
ｉＣの支柱７とから構成されている。基板内部の空洞は
、前記多孔質ＳｉＣ層２に凹部を設は九２枚の基板４．
５を貼合せて作製するため、内基板の貼合せ面６又は貼
合せ部側面を気密封止し、さらに空洞内を減圧し友後動
作液の蒸留水を封入して平板状のヒートパイグ構造８１
Ｃ回路基板を作製した。
面図を示したもので、緻密質８３０層からなるコンテナ
１と、その内壁に焼結によシ接合されしかも層内に微細
な開気孔を極めて多数含有する毛細管構造の多孔質Ｓｉ
Ｃ層からなるウィック２と、このクイック内部に設けた
空洞３と、空洞内に６って上、下基板を支える多孔質Ｓ
ｉＣの支柱７とから構成されている。基板内部の空洞は
、前記多孔質ＳｉＣ層２に凹部を設は九２枚の基板４．
５を貼合せて作製するため、内基板の貼合せ面６又は貼
合せ部側面を気密封止し、さらに空洞内を減圧し友後動
作液の蒸留水を封入して平板状のヒートパイグ構造８１
Ｃ回路基板を作製した。
なお、空洞内の支柱は、減圧による基板表面の変形を防
止するため、適当な間隔で設けた。
止するため、適当な間隔で設けた。
この基板に用いたコンテナ材のＳｉＣセラミックは、Ｂ
ｅＯが１．５重量％、残部がＳｉＣ及び不可避的に混入
する不純物からなる相対密度が９９％以上の緻密な多結
晶ＳｉＣ焼結体でメムその特性は比重３．２、熱伝導率
（室温） ０．６ Ｃａ１７ｃｍ・８−０％熱膨張係数
（室温〜１０００Ｃ） ４０ Ｘ１０−’／Ｃ前後、電
気抵抗率（室温）１０１１Ωｍ以上、曲げ強さく室温〜
１５００Ｃ）４５Ｋｆ／箇２前後でるる。コンテナ材に
前記ＳｊＣを用いたのは、軽くしかも機械的に堅固でる
ることの地圧、主たる理由は熱膨張係数が８１のそれに
近く、さらに電気絶縁性がろシ、かつ熱伝導率はＡｔ並
の大きな［Ｅを有するためでめシ、これらの特性は半導
体素子のＢｋチップを実装する回路基板として最適な材
料でらるためでめる− ま九本実施例で用いたウィック材の多孔質ＳｉＣセラミ
ックは、焼結助剤でめるＢｅ０ｔ−０，０５重量％含有
し、残部が実質的にＳｉＣからなる相対密度８５％の多
孔質焼結体でメジ、焼結体中には直径が数μｍ以下の微
細な開気孔を極めて多数含有する毛細管構造となってい
る。この多孔質ＳｉＣ層は動作液として空洞内に封入す
る蒸留水との濡れが良く、強い毛管力を示した。また多
孔質ＳＩＣ層と前記コンテナの緻密質ＳｉＣ層は真空ホ
ットプレス焼結時に同時に一体化されるため、両層の接
合力は強く、かつ両層間の熱接触が良好であ）ヒートパ
イプ動作時の伝熱効果を高めるのに有効でｂる。
ｅＯが１．５重量％、残部がＳｉＣ及び不可避的に混入
する不純物からなる相対密度が９９％以上の緻密な多結
晶ＳｉＣ焼結体でメムその特性は比重３．２、熱伝導率
（室温） ０．６ Ｃａ１７ｃｍ・８−０％熱膨張係数
（室温〜１０００Ｃ） ４０ Ｘ１０−’／Ｃ前後、電
気抵抗率（室温）１０１１Ωｍ以上、曲げ強さく室温〜
１５００Ｃ）４５Ｋｆ／箇２前後でるる。コンテナ材に
前記ＳｊＣを用いたのは、軽くしかも機械的に堅固でる
ることの地圧、主たる理由は熱膨張係数が８１のそれに
近く、さらに電気絶縁性がろシ、かつ熱伝導率はＡｔ並
の大きな［Ｅを有するためでめシ、これらの特性は半導
体素子のＢｋチップを実装する回路基板として最適な材
料でらるためでめる− ま九本実施例で用いたウィック材の多孔質ＳｉＣセラミ
ックは、焼結助剤でめるＢｅ０ｔ−０，０５重量％含有
し、残部が実質的にＳｉＣからなる相対密度８５％の多
孔質焼結体でメジ、焼結体中には直径が数μｍ以下の微
細な開気孔を極めて多数含有する毛細管構造となってい
る。この多孔質ＳｉＣ層は動作液として空洞内に封入す
る蒸留水との濡れが良く、強い毛管力を示した。また多
孔質ＳＩＣ層と前記コンテナの緻密質ＳｉＣ層は真空ホ
ットプレス焼結時に同時に一体化されるため、両層の接
合力は強く、かつ両層間の熱接触が良好であ）ヒートパ
イプ動作時の伝熱効果を高めるのに有効でｂる。
このような構成からなる本実施例のヒートパイプ構造回
路基板（形状１５０ｍｗ長Ｘ１００ｍ＋幅×４Ｍ厚）の
熱伝導性を調べた。この基板の一端を板状ヒータで加熱
し、他端を水冷した時の加熱部及び水冷部間の温度差と
ヒータの消費電力から求めた基板の長さ方向の等価（見
かけ）熱伝導率は約９８００Ｗ／ｌ：’でめった。この
鷹は同一寸法の銅板の熱伝導率（約４００ Ｗ／Ｃ）の
約２５倍である。また一般の回路基板用アルミナ磁器の
熱伝導率（約２５ Ｗ／Ｃ）の約３９０倍でめシ、非常
に高い熱伝導性を示した。また、本実施例基板の一端２
５■を８００の温水に浸漬し、他端を自然空冷状態とし
て基板最上部から３０寵の中央部で熱応答性を測定した
結果、測定点の基板表面温度が一定温度に達するのに要
した時間すなわち時定数は約４５秒であった。この値は
同一手法の銅板の時定数約１８０秒に比べて４倍の速い
応答速度でめった。
路基板（形状１５０ｍｗ長Ｘ１００ｍ＋幅×４Ｍ厚）の
熱伝導性を調べた。この基板の一端を板状ヒータで加熱
し、他端を水冷した時の加熱部及び水冷部間の温度差と
ヒータの消費電力から求めた基板の長さ方向の等価（見
かけ）熱伝導率は約９８００Ｗ／ｌ：’でめった。この
鷹は同一寸法の銅板の熱伝導率（約４００ Ｗ／Ｃ）の
約２５倍である。また一般の回路基板用アルミナ磁器の
熱伝導率（約２５ Ｗ／Ｃ）の約３９０倍でめシ、非常
に高い熱伝導性を示した。また、本実施例基板の一端２
５■を８００の温水に浸漬し、他端を自然空冷状態とし
て基板最上部から３０寵の中央部で熱応答性を測定した
結果、測定点の基板表面温度が一定温度に達するのに要
した時間すなわち時定数は約４５秒であった。この値は
同一手法の銅板の時定数約１８０秒に比べて４倍の速い
応答速度でめった。
このように本実施例になるヒートパイプ構造回路基板の
熱伝導性並びに熱応答性が優れる理由は、ヒートパイプ
の原理に基づく効果以外に、コンテナ材の緻密質ＳｉＣ
が高い熱伝導率をもつこと、コンテナの緻密質ＳＩＣと
ウィックの多孔質ＳｉＣ層が焼結によｐ直接接合されて
いる丸め両者間Ｏ熱接触が良いこと等にも起因している
。
熱伝導性並びに熱応答性が優れる理由は、ヒートパイプ
の原理に基づく効果以外に、コンテナ材の緻密質ＳｉＣ
が高い熱伝導率をもつこと、コンテナの緻密質ＳＩＣと
ウィックの多孔質ＳｉＣ層が焼結によｐ直接接合されて
いる丸め両者間Ｏ熱接触が良いこと等にも起因している
。
以上述べたように、本実施例のヒートパイプ構造回路基
板は極めて効率の良い放熱効果と熱応答性をもつ。
板は極めて効率の良い放熱効果と熱応答性をもつ。
したがって、同基板を電子装置回路基板に使用した場合
には高密度化実装並びにそれに伴う接続線長の短縮によ
シ高速信号処塀などが図れる他、熱設計が容易になるこ
と、Ｓム素子の基板への直接接合が可能であること、熱
応答性が良いので瞬間的な熱変動を迅速に処理できる等
のメリットが確認された。また従来のフィン付アルミナ
基板あるいは金属製ヒートパイプ放熱器を用いた場合に
比べて、電子装置の大巾な小形軽量化が図れ、経済的に
も有利でるることが確認された。
には高密度化実装並びにそれに伴う接続線長の短縮によ
シ高速信号処塀などが図れる他、熱設計が容易になるこ
と、Ｓム素子の基板への直接接合が可能であること、熱
応答性が良いので瞬間的な熱変動を迅速に処理できる等
のメリットが確認された。また従来のフィン付アルミナ
基板あるいは金属製ヒートパイプ放熱器を用いた場合に
比べて、電子装置の大巾な小形軽量化が図れ、経済的に
も有利でるることが確認された。
実施例２
第２図に示したように、本実施例のヒートパイプ構造回
路基板は前記実施例１の同基板の放熱部にＡｔ製の放熱
フィン１４を装着したものである。
路基板は前記実施例１の同基板の放熱部にＡｔ製の放熱
フィン１４を装着したものである。
この基板にマルチチップ実装した時の放熱特性を調べて
みた。基板のチップ搭載部１１ａに消費電力が２Ｗの８
１半導体素子（４ｗａ Ｏ） １ｒ ４列５行に合計２
０個搭載し、全チップの消費電力を４０Ｗとし、放熱フ
ィン１４部分だけを強制空冷（風速２ｍ／Ｓ）した時の
チップ表面温度は５５〜５８ｒでメジ、チップ間の最大
温度差は約３０でめった。一方、アルミナ基板に前記８
１チップ２０個を搭載し、裏面にはＡｔ放熱フィンを装
着して前記と同一方法で測定したＳ」チップの表面温度
は８０〜１０２Ｃ’であシ、最大２２Ｃの温度差がめっ
た。
みた。基板のチップ搭載部１１ａに消費電力が２Ｗの８
１半導体素子（４ｗａ Ｏ） １ｒ ４列５行に合計２
０個搭載し、全チップの消費電力を４０Ｗとし、放熱フ
ィン１４部分だけを強制空冷（風速２ｍ／Ｓ）した時の
チップ表面温度は５５〜５８ｒでメジ、チップ間の最大
温度差は約３０でめった。一方、アルミナ基板に前記８
１チップ２０個を搭載し、裏面にはＡｔ放熱フィンを装
着して前記と同一方法で測定したＳ」チップの表面温度
は８０〜１０２Ｃ’であシ、最大２２Ｃの温度差がめっ
た。
このように本実施例のヒートパイプ構造回路基板は従来
の放熱フィン付アルミナ基板に比べて、素子温度をかな
シ低くすることができるほか基板上の素子温度の均一性
に優れることが確認され九。
の放熱フィン付アルミナ基板に比べて、素子温度をかな
シ低くすることができるほか基板上の素子温度の均一性
に優れることが確認され九。
実施例３
第３図に示したように、本実施例のヒートパイプ構造回
路基板は前記実施例１と同じ基板のコンテナ２１の一部
に肉厚部２４を設け、その部分に一定ピッチの溝２５を
適当数設けて放熱フィン２６を形成した。
路基板は前記実施例１と同じ基板のコンテナ２１の一部
に肉厚部２４を設け、その部分に一定ピッチの溝２５を
適当数設けて放熱フィン２６を形成した。
この基板に前記実施例２と同じ方法でマルチチップ実装
し、Ｓｉチップの表面温度を測定した結果、前記実施例
１と同程度の低い素子温度と素子温度の均一性を得た。
し、Ｓｉチップの表面温度を測定した結果、前記実施例
１と同程度の低い素子温度と素子温度の均一性を得た。
第１図は本発明のヒートパイプ構造回路基板の斜視図、
第２図及び第３図は本発明のヒートパイ回路 プ構造基板の断面図である。 △
第２図及び第３図は本発明のヒートパイ回路 プ構造基板の断面図である。 △
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基板の外周部が緻密質ＳｉＣ層からなるコンテナと
、該コンテナ内壁に焼結によシ接合された毛細管作用を
もつ多孔質ＳＩＣ層のウィックと、該ウィック内部に設
けた空洞と、該空洞内にろって上、下基板を支える多孔
質ＳｉＣの支柱とからなシ、かつ空洞を気密封止し、さ
らに空洞内を減圧して動作液を封入したことｔ％黴とす
ると一ドパイブ構造回路基板。 ２、コンテナ材は、相対密度９０％以上の多結晶焼結体
でメジ、抵抗率１０’ｇｍ以上、熱伝導率０、２ Ｃａ
ｔ／副・８・Ｃ以上を有することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載のヒートパイプ構造回路基板。 ３、コンテナ材はＢｅＯ及びＢＮの少なくとも一方ヲ０
．５〜５重量％を含み、ＢｔＣを主成分とし、相対密度
が９５％以上でおることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載のヒートパイプ構造回路基板。 ４、コンテナの一部に金属製の放熱フィンを装着したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のヒートパイ
プ構造回路基板。 ５、コンテナをなす緻密質８１０層の一部を肉厚とし、
かつその肉厚部に一定間隔の細溝を設けて放熱フィンと
したことｔ−特徴とする特許請求の範囲第１項記載のヒ
ートパイプ構造回路基板。 ６、基板上に半導体素子を搭載又は電気回路を構成した
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のヒートパ
イプ構造回路基板。 ７、コンテナの少なくとも一部の側面全メタル。 ガラス、レジンで封止したことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のヒートパイプ構造回路基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19713481A JPS5896992A (ja) | 1981-12-07 | 1981-12-07 | ヒ−トパイプ構造回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19713481A JPS5896992A (ja) | 1981-12-07 | 1981-12-07 | ヒ−トパイプ構造回路基板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5896992A true JPS5896992A (ja) | 1983-06-09 |
Family
ID=16369311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19713481A Pending JPS5896992A (ja) | 1981-12-07 | 1981-12-07 | ヒ−トパイプ構造回路基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5896992A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN100356129C (zh) * | 2004-10-26 | 2007-12-19 | 台达电子工业股份有限公司 | 平板式热管及其支撑结构 |
| WO2009024124A2 (de) * | 2007-08-17 | 2009-02-26 | Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Wärmeleitrohr und anordnung mit wärmeleitrohr |
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| WO2019039445A1 (ja) * | 2017-08-23 | 2019-02-28 | 古河電気工業株式会社 | ヒートパイプ及びヒートパイプの製造方法 |
-
1981
- 1981-12-07 JP JP19713481A patent/JPS5896992A/ja active Pending
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