TW201343061A - 散熱構造 - Google Patents

Abstract

本發明之散熱構造(1、21、31)，係將來自基板(2)上之電子元件(3)的熱予以散熱，且具備：冷卻元件(5)，其吸熱面(6)接合於電子元件(3)的表面；以及台座(11)，其係連接於冷卻元件(5)之散熱面(7)之側而可供來自電子元件(3)之熱進行散熱。台座(11)，係包含：金屬製板材(13)，其係具有比冷卻元件(5)之散熱面(7)的面積還大且為基板(2)之表面積以下的面；以及熱傳導薄片(15)，其係具有比冷卻元件(5)之散熱面(7)的面積還大且為基板(2)之表面積以下的面。熱傳導薄片(15)，係將一方的面接合於板材(13)而將另一方的面接合於冷卻元件(5)之散熱面(7)。

Description

散熱構造

本發明係關於一種將安裝於印刷基板等基板上的CPU等電子元件之熱有效率地散熱的散熱構造。

在電腦、行動電話等電子機器中，CPU、電容器、有機EL、LED等電子元件對基板的安裝密度已成為高密度，且隨之提高了需將來自電子元件之熱予以散熱的必要性。在專利文獻1中，已有記載一種使用帕耳帖(Peltier)元件作為冷卻元件的冷卻構造。帕耳帖元件，係具有藉由流動電流而使熱從一方的面移動至另一方的面的特性，且為一方的面發揮作為吸熱面之功能、另一方的面發揮作為散熱面之功能的半導體零件。

專利文獻1中所記載的冷卻構造，係以使帕耳帖元件之吸熱面接觸電子元件、使散熱面接觸高散熱體的方式進行裝配，並在此狀態下控制往帕耳帖元件之電流以對應用來吸收從電子元件產生之熱量的帕耳帖元件之消耗電力量。

(專利文獻1)日本特開平4-72746號公報

可是，在關聯的冷卻構造中，位在帕耳帖元件之散熱 面側的面積與吸熱面側的面積相同，且在吸熱面側所吸熱的熱量雖然增加但是散熱效率差，而有無法順利從散熱面側進行散熱的問題。

本發明之目的係在於提供一種能夠提高散熱面側的散熱性並改善散熱效率的散熱構造。

本發明之態樣，其要旨為提供一種散熱構造，係將來自基板上之電子元件的熱予以散熱的散熱構造，其特徵為具備：冷卻元件，其吸熱面接合於前述電子元件的表面；以及台座，其係連接於前述冷卻元件之散熱面之側而可供來自前述電子元件之熱進行散熱，前述台座，係包含：金屬製板材，其係具有比前述冷卻元件之散熱面的面積還大且為前述基板之表面積以下的面；以及熱傳導薄片，其係具有比前述冷卻元件之散熱面的面積還大且為前述基板之表面積以下的面，其中一方的面接合於前述板材而另一方的面接合於前述冷卻元件之散熱面。

又，前述台座之板材，亦可包含：支撐台座，其係支撐前述基板；以及散熱台座，其係覆蓋由前述支撐台座所支撐的前述基板並且於內面側接合有前述熱傳導薄片。

又，前述散熱構造，亦可具備：支撐構件，其係隔著空間而連結前述台座與前述基板；以及微型風扇，其係將前述台座與前述基板之間的空間內之熱朝向外部釋放。

又，前述熱傳導薄片，亦可包含：石墨薄片；以及一對傳熱性金屬板，其係接合於前述石墨薄片之雙面並夾入前述石墨薄片。

又，前述冷卻元件亦可為帕耳帖元件。

又，亦可對前述台座或前述熱傳導薄片，吹送微小液滴。

在本發明之實施形態中，來自基板上之電子元件的熱係從冷卻元件之吸熱面側吸收且從散熱面傳遞至台座之熱傳導薄片。在此情況下，由於熱傳導薄片係形成比冷卻元件之散熱面側的面積還大且為基板之表面積以下的大小，所以從冷卻元件之散熱面側被散熱的熱係擴散至熱傳導薄片之全體並傳遞至金屬製板材，且散熱至大氣中。依據如此的構成，則藉由冷卻元件與熱傳導薄片之組合，可提高散熱性並將基板上之電子元件的熱有效率地予以散熱。

又，依據本發明之實施形態，則藉由將熱傳導薄片形成比冷卻元件之散熱面側的面積還大且為基板之表面積以下的面積，可將熱傳導薄片設定為與基板大致相同的大小，且由於可將從基板產生的熱透過熱傳導薄片而從金屬製板材進行散熱，所以不僅是來自基板上之電子元件的局部熱也可將從基板全體發出的熱有效率地散熱。

更且，由於是僅有具備冷卻元件及熱傳導薄片的台座之構成零件，所以可以簡單之構造效率佳地將從基板發出的熱予以散熱。

更且，在設置微型風扇的情況，可將基板與台座之間的熱急速地散熱。

又，藉由對台座或熱傳導薄片吹送微小液滴，可將基板、台座、熱傳導薄片之熱急速地散熱。

以下，藉由圖示的實施形態具體地說明本發明。另外，在各實施形態中，於同一構件附記同一符號而使之對應。

(第1實施形態)

第1圖係顯示本發明之第1實施形態的散熱構造1之剖視圖，第2圖係熱傳導薄片15之構造的剖視圖。

在本實施形態之散熱構造1中，係具備：可供電子元件3安裝於安裝面2a的基板2；及接合於電子元件3的冷卻元件5；以及可供冷卻元件5接合的台座11。

作為電子元件3，係可採用CPU、發光二極體、雷射二極體、電容器、有機EL、LED等發熱性的電子零件。電子元件3，係以與形成於基板2之安裝面2a的電極(省略圖示)電性連接之狀態進行安裝。電子元件3與基板2之電極的電性連接，係藉由金屬線(wire)配線或導電性接著劑等而進行。電子元件3雖然是安裝1個於基板2之安裝面2a，但是通常為複數個，其數目並未被特別限定。

作為基板2，係可採用將配線圖案藉由印刷等形成於玻璃環氧樹脂板、陶瓷板的印刷配線基板。

冷卻元件5，係一方的面成為吸熱面6，另一方的面成為散熱面7，且吸熱面6接合於電子元件3的表面3a，而散熱面7接合於台座11。亦即，冷卻元件5係成為被包 夾於電子元件3與台座11之間的狀態並與上述二者接合。作為接合手段，係可使用藉由接著劑而進行的接著、錫焊等。

在本實施形態中，冷卻元件5，係可採用具有與電子元件3之表面積大致相同大小的面積者。藉此，可將電子元件3之表面3a的表面積全體之熱以冷卻元件5之吸熱面6的全體進行吸熱，並且容易將冷卻元件5與電子元件3進行位置對準，且可將冷卻元件5精確地接合於電子元件3。

作為冷卻元件5，係可採用帕耳帖元件。帕耳帖元件，係由具有藉由流動電流而使熱從吸熱面6移動至散熱面7之特性的PN半導體所構成的半導體零件。藉由將如此的帕耳帖元件之吸熱面6接合於電子元件3的表面，可吸收電子零件3之熱並且使所吸收之熱從吸熱面6移動至散熱面7，且傳熱至接合於散熱面7的台座11。對帕耳帖元件之電力供給，例如可藉由以下方式來進行：藉由金屬線配線來連接形成於基板2的電源電極(省略圖示)和帕耳帖元件的電極(省略圖示)。

在台座11，係接合有冷卻元件5之散熱面7側。藉由在台座11接合有冷卻元件5之散熱面7，從吸熱面6移動至散熱面7的熱就可從冷卻元件5傳熱至台座11。作為台座11，係可採用將金屬製板材13、和熱傳導薄片15予以接合者。

台座11中的金屬製板材13，係形成具有比冷卻元件 5之散熱面7的面積還大且為基板2之表面積以下的面之尺寸的平板狀。藉由使用這樣的板材13，可提高散熱效率。作為用於板材的金屬，係可選擇鋁、銅等的熱傳導性金屬。

台座11中的熱傳導薄片15，係與板材13同樣，形成具有比冷卻元件5之散熱面7的面積還大且為基板2之表面積以下的面之尺寸的薄片狀。第2圖係顯示本實施形態中所用的熱傳導薄片15之一例。第2圖所示的熱傳導薄片15，係藉由接合有石墨薄片(graphite sheet)16、和從兩側夾入石墨薄片16的一對傳熱性金屬板17所形成。

石墨薄片16，係將使無定形碳(amorphous carbon)黑鉛化的石墨形成薄片狀者，且具有石墨獨特之優異的熱傳導性。作為石墨薄片16，雖然可使用0.1mm至10mm左右之厚度者，但是並非被限定於此。傳熱性金屬板17，係可使用銅、鋁等之具有優異傳熱性的金屬。傳熱性金屬板17，雖然可使用0.5mm至20mm左右之厚度者，但是並非被限定於此。藉由將傳熱性金屬板17接合於石墨薄片16，可形成具有優異傳熱性的熱傳導薄片15。又，藉由傳熱性金屬板17從兩側夾入石墨薄片16，不在侷限於熱傳導薄片15的表面或背面，使得熱傳導薄片15的使用變得簡單。

在以上的熱傳導薄片15中，藉由將石墨薄片16由傳熱性金屬板17所包夾，則使熱擴散的熱擴散效果就會變大。藉由將如此的熱傳導薄片15接合於冷卻元件5之散 熱面7側，冷卻元件5之散熱面7的熱就會擴散至熱傳導薄片15，且從熱傳導薄片15傳熱至傳熱性金屬板17，進而從傳熱性金屬板17散熱至外部。

在本實施形態中，由金屬製板材13及熱傳導薄片15所構成的台座11，由於是成為比冷卻元件5之散熱面7的面積還大且為基板2之表面積以下的大小者，所以會成為比冷卻元件5之散熱面7還大的散熱面積。從冷卻元件5之散熱面7散熱的熱，雖然會擴散至構成台座11的熱傳導薄片15之全體，但是由於熱傳導薄片15係成為較大的散熱面積，所以散熱面7之熱可既迅速又優異地傳熱至熱傳導薄片15，之後，從金屬製板材13散熱至外部。

如第1圖所示，在本實施形態之散熱構造1中，基板2之安裝面2a與台座11係相對向，且上述二者是透過支撐構件9而連結。支撐構件9係以排除基板2中的電子元件3之安裝部位的方式來連結基板2及台座11之外周部分。藉由支撐構件9而連結，藉此可在基板2與台座11之間設置有間隔，且空氣能夠流通於基板2與台座11之間。

更進一步在散熱構造1，設置有微型風扇(micro fan)19。本實施形態之微型風扇19，係以安裝於支撐構件9之狀態來與基板2電性連接，且藉由電力供給而動作。空氣流可藉由此動作而流通於基板2與台座11之間。因而，可將基板2與台座11之間的熱急速地散熱。微型風扇19，也可設置於基板2，也可設置於基板2及支撐構件 9之雙方，在沒有必要的情況下也可省略。

依據以上的第1實施形態，來自電子元件3的熱可被冷卻元件5之吸熱面6側吸收且從冷卻元件5之散熱面7側傳遞至台座11的熱傳導薄片15。熱傳導薄片15係成為比冷卻元件5之散熱面7側的面積還大的散熱面積。因而，由於從冷卻元件5之散熱面7散熱的熱會擴散至散熱面積較大的熱傳導薄片15之全體，所以散熱面7之熱可既迅速又優異地傳熱至熱傳導薄片15。之後，從金屬製板材13散熱至外部。在如此的構造中，藉由冷卻元件5與熱傳導薄片15之組合，可提高散熱性並可將電子元件3之熱有效率地散熱。

熱傳導薄片15，係成為比冷卻元件5之散熱面7側的面積還大且為基板2之表面積以下的面積。藉此，可將熱傳導薄片15設定為與基板2大致相同的大小，且可將從基板2產生的熱透過熱傳導薄片15而由金屬製板材13進行散熱。因此，不僅是來自基板2上之電子元件3的局部熱，也可將從基板2全體發出的熱有效率地散熱。

由於僅是具備冷卻元件5及熱傳導薄片15的台座11之構成零件，所以能以簡單的構造有效率地將從基板發出的熱予以散熱。

由於設置有微型風扇19，所以可將基板2與台座11之間的熱急速地散熱。

(第2實施形態)

第3圖係顯示本發明之第2實施形態的散熱構造21。

即便在第2實施形態之散熱構造21中，也是在基板2之安裝面2a安裝有電子元件3，且吸熱面6接合於該電子元件3的表面地安裝有冷卻元件5。冷卻元件5之散熱面7係接合於形成台座11的熱傳導薄片15。作為電子元件3，係可採用CPU、發光二極體、雷射二極體、電容器、有機EL、LED等發熱性的電子零件，而作為冷卻元件5，係可採用帕耳帖元件。

本實施形態中的台座11之板材13，係藉由支撐台座31與散熱台座33所形成。

支撐台座31，係藉由銅、鋁等之熱傳導性金屬而形成平板狀。支撐台座31，係形成與安裝有電子元件3的基板2大致相同大小的尺寸、或比基板2稍微大的尺寸。基板2，係透過支撐構件9而支撐於支撐台座31。藉由透過支撐構件9之支撐，在基板2與支撐台座31之間，係形成有能夠流通空氣的間隔。

散熱台座33，係設置於基板2中的電子元件3及冷卻元件5之配置側。散熱台座33，係形成包圍基板2之周圍的蓋形狀，且藉由披覆於基板2上來覆蓋基板2。在本實施形態中，散熱台座33係由：與基板2相對向的平板狀之本體部33a、和從本體部33a之外周部分彎曲的彎曲壁部33b所構成。彎曲壁部33b抵接於支撐台座31之周面部分，藉由該抵接而形成散熱台座33覆蓋基板2的構造。如此藉由彎曲壁部33b抵接於支撐台座31，可在本體部 33a與基板2之間，形成有能夠流通空氣的間隔。該散熱台座33也是藉由鋁、銅等之熱傳導性金屬所形成。

在本實施形態中，藉由以上之散熱台座33及支撐台座31而形成箱形狀，基板2則被容納於該箱形狀之內部。

在散熱台座33之內面(本體部33a之內面)，係接合有熱傳導薄片15。熱傳導薄片15，係接合於散熱台座33之內面(本體部33a)的大致全體。熱傳導薄片15，係與第2圖所示同樣，成為：以銅或鋁等之一對傳熱性金屬板17包夾石墨薄片16之兩側的構造。因而，熱傳導薄片15，係具有充分使熱擴散的熱擴散效果。

如此的散熱台座33及熱傳導薄片15，係形成比冷卻元件5之散熱面7的面積還大且為基板2之表面積以下的尺寸者，在本實施形態中，係成為比冷卻元件5之散熱面7的面積還大且與基板2之表面積大致同等的大小。在此情況下，熱傳導薄片15，係接合於在電子元件3接合有吸熱面6的冷卻元件5之散熱面7側。

即便是在如此的第2實施形態中，也是設置有微型風扇19。微型風扇19，雖然是設置在散熱台座33中的彎曲壁部33b，但是也可設置於基板2，也可設置於散熱台座33及基板2之雙方，在沒有必要的情況也可省略。藉由如此的微型風扇19動作就可在基板2與散熱台座33之間流通空氣流並且在基板2與支撐台座31之間流通空氣流，且空氣流可流通於藉由支撐台座31及散熱台座33所形成 的箱形狀之內部。因此，可將基板2與支撐台座31及散熱台座33之間的熱急速地散熱。

即便是在如此的第2實施形態中，來自電子元件3之熱可從冷卻元件5之吸熱面6側吸收且從冷卻元件5之散熱面7側傳遞至台座11中的散熱台座33之熱傳導薄片15。熱傳導薄片15，由於是成為比冷卻元件5之散熱面7側的面積還大的散熱面積，且從冷卻元件5之散熱面7散熱的熱會擴散至散熱面積較大的熱傳導薄片15之全體，所以散熱面7之熱可既迅速又優異地傳熱至熱傳導薄片15。之後，從散熱台座33散熱至外部。在如此的構造中，藉由冷卻元件5與熱傳導薄片15之組合，可提高散熱性並可將電子元件3之熱有效率地散熱。

熱傳導薄片15，係成為比冷卻元件5之散熱面7側的面積還大且為基板2之表面積以下的面積。可將熱傳導薄片15設定為與基板2大致相同的大小，且可將從基板2產生的熱透過熱傳導薄片15而從散熱台座33予以散熱。因此，不僅是來自基板2上之電子元件3的局部熱，也可將從基板2全體發出的熱有效率地散熱。

由於僅是具備冷卻元件5及熱傳導薄片15的散熱台座33及支撐台座31之構成零件，所以可以簡單的構造有效率地將從基板發出的熱進行散熱。

在本實施形態中，在散熱效率優異的情況下也可省略支撐台座31。

在將台座11收納於由樹脂等所形成的電氣連接箱35 內時，也可在電氣連接箱35之壁部，設置風扇36並在電氣連接箱35內吸取外部空氣，且將所吸取的外部空氣如箭頭A所示地吹送至散熱台座33之表面以改善來自散熱台座33之表面的散熱性。

(第3實施形態)

第4圖係顯示本發明之第3實施形態的散熱構造31。

在本實施形態中，係藉由對散熱台座33之表面側吹送微小液滴(霧)來降低散熱台座33之表面側的溫度並予以冷卻。本實施形態的散熱構造31與第2實施形態的散熱構造21之不同點係在於：具備後述的噴嘴37、管路39、霧產生裝置41來取代風扇36。

如第4圖所示，在電氣連接箱35之兩側的壁部，係分別配置有噴出微細液滴的噴嘴37。此等的噴嘴37、37，係中介管路39來與霧產生裝置41分別連結。從噴嘴37、37噴出的霧，係30μm以下的液滴，且從噴嘴37、37噴出後立即氣化。此時藉由奪走散熱台座33之表面的熱來冷卻散熱台座33之表面。

在此情況下，從噴嘴37、37噴出的霧雖然也會落在基板2，但是由於是30μm以下的微小液滴，所以不會影響基板2之導通。

在本實施形態中，藉由微小液滴所構成的霧來冷卻散熱台座33之表面，藉此可效率佳地冷卻散熱台座33，且可將貼附於散熱台座33的熱傳導薄片15之熱效率佳地傳 至散熱台座33。結果，來自冷卻元件5之散熱面的熱，可透過熱傳導薄片15、散熱台座33效率佳地釋放，甚至可效率佳地利用冷卻元件5之冷卻能力。

在本實施形態中，係使用：上述微小液滴(霧)為30μm以下的液滴，且為即便觸及基板2也無損導電性的液滴，由縱使觸及基板2也會立即氣化之程度的微小液滴所構成的霧。

以上，雖然已就本發明之一實施形態加以說明，但是本發明並未被限定於上述實施形態，其能夠進行各種的變化。

1‧‧‧散熱構造

2‧‧‧基板

2a‧‧‧安裝面

3‧‧‧電子元件

3a‧‧‧表面

5‧‧‧冷卻元件

6‧‧‧吸熱面

7‧‧‧散熱面

9‧‧‧支撐構件

11‧‧‧台座

13‧‧‧板材

15‧‧‧熱傳導薄片

16‧‧‧石墨薄片

17‧‧‧傳熱性金屬板

19‧‧‧微型風扇

21‧‧‧散熱構造

31‧‧‧散熱構造(第3實施形態)

31‧‧‧支撐台座(第3實施形態)

33‧‧‧散熱台座

33a‧‧‧本體部

33b‧‧‧彎曲壁部

35‧‧‧電氣連接箱

36‧‧‧風扇

37‧‧‧噴嘴

39‧‧‧管路

41‧‧‧霧氣產生裝置

第1圖係顯示本發明之第1實施形態的散熱構造之剖視圖。

第2圖係顯示傳熱薄片之構造的剖視圖。

第3圖係顯示本發明之第2實施形態的散熱構造之剖視圖。

第4圖係顯示本發明之第3實施形態的散熱構造之剖視圖。

1‧‧‧散熱構造

2‧‧‧基板

2a‧‧‧安裝面

3‧‧‧電子元件

3a‧‧‧表面

5‧‧‧冷卻元件

6‧‧‧吸熱面

7‧‧‧散熱面

9‧‧‧支撐構件

11‧‧‧台座

13‧‧‧板材

15‧‧‧熱傳導薄片

19‧‧‧微型風扇

Claims (6)

1. 一種散熱構造，係將來自基板上之電子元件的熱予以散熱的散熱構造，其特徵為具備：冷卻元件，其吸熱面接合於前述電子元件的表面；以及台座，其係連接於前述冷卻元件之散熱面之側而可供來自前述電子元件之熱進行散熱，前述台座，係包含：金屬製板材，其係具有比前述冷卻元件之散熱面的面積還大且為前述基板之表面積以下的面；以及熱傳導薄片，其係具有比前述冷卻元件之散熱面的面積還大且為前述基板之表面積以下的面，其中一方的面接合於前述板材而另一方的面接合於前述冷卻元件之散熱面。
2. 如申請專利範圍第1項所述的散熱構造，其中，前述台座之板材，係包含：支撐台座，其係支撐前述基板；以及散熱台座，其係覆蓋由前述支撐台座所支撐的前述基板並且於內面側接合有前述熱傳導薄片。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述的散熱構造，其中具備：支撐構件，其係隔著空間而連結前述台座與前述基板；以及微型風扇，其係將前述台座與前述基板之間的空間內 之熱朝向外部釋放。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述的散熱構造，其中，前述熱傳導薄片，係包含：石墨薄片；以及一對傳熱性金屬板，其係接合於前述石墨薄片之雙面並夾入前述石墨薄片。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述的散熱構造，其中，前述冷卻元件為帕耳帖元件。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述的散熱構造，其中，對前述台座或前述熱傳導薄片，吹送微小液滴。