WO2024085051A1 - 放熱基板及び放熱装置 - Google Patents

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WO2024085051A1
WO2024085051A1 PCT/JP2023/036982 JP2023036982W WO2024085051A1 WO 2024085051 A1 WO2024085051 A1 WO 2024085051A1 JP 2023036982 W JP2023036982 W JP 2023036982W WO 2024085051 A1 WO2024085051 A1 WO 2024085051A1
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WO
WIPO (PCT)
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heat dissipation
base
cover member
dissipation substrate
pipe mounting
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/036982
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
隆志 宮本
和貴 西本
Original Assignee
京セラ株式会社
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Publication date
Application filed by 京セラ株式会社 filed Critical 京セラ株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating

Definitions

  • This disclosure relates to a heat dissipation substrate and a heat dissipation device.
  • JP 2010-161177 A shows a heat dissipation device in which the pipe body of a heat pipe is held by a heat dissipation substrate.
  • the heat dissipation substrate of the present disclosure comprises: A substrate including a carbon material; a cover member located on an outer surface of the base; a pipe mounting portion which is a groove or a through hole located across the base and the cover member; Equipped with.
  • the heat dissipation device of the present disclosure comprises: The heat dissipation substrate; a heat pipe having a pipe body; Equipped with The pipe body is mounted on the pipe mounting portion.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a heat dissipation substrate according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing components of a heat dissipation board according to the first embodiment of the present disclosure.
  • 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1A.
  • 1B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1A.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a heat dissipation substrate according to a second embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a heat dissipation substrate according to a third embodiment.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view showing a heat dissipation substrate according to a fourth embodiment.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view showing a heat dissipation substrate according to a fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a perspective view showing a heat dissipation substrate according to a fourth embodiment.
  • 4B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4A.
  • 4B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 4A.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a heat dissipation substrate according to a fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a heat dissipation substrate according to a sixth embodiment.
  • FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view showing a heat dissipation substrate according to a seventh embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing a heat dissipation substrate according to an eighth embodiment.
  • FIG. 13 is a partially enlarged view showing a heat dissipation substrate according to an eighth embodiment.
  • 1 is a side view showing a heat dissipation device according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a side view showing a heat dissipation device according to a second embodiment of the present disclosure.
  • FIGs. 1A and 1B are a perspective view showing a heat dissipation substrate according to a first embodiment of the present disclosure, and an exploded perspective view of components thereof.
  • FIGs. 2A and 2B are a cross-sectional view taken along line AA and line BB in FIG. 1A.
  • the heat dissipation substrate 10 of the first embodiment has a base 11 containing a carbon material and pipe mounting portions 15a to 15c located on the base 11.
  • the heat dissipation substrate 10 may be a substrate that exerts a heat dissipation effect by quickly transmitting heat received from an external heat source to the pipe mounting portions 15a to 15c.
  • the base 11 may be a block piece mainly composed of graphite.
  • the main component may mean a volume ratio of 80% or more.
  • the base 11 may be a block piece in which the crystal orientation of graphite is aligned.
  • the base 11 may be configured by joining a plurality of the above-mentioned block pieces.
  • the graphite may be pyrolytic graphite.
  • the above-mentioned graphite may be highly oriented graphite that has a thermal conductivity equivalent to that of copper or aluminum, or a thermal conductivity higher than that of copper or aluminum, and has anisotropic thermal conductivity.
  • the base 11 being a block piece of graphite makes it easier to process a three-dimensional structure such as the pipe mounting parts 15a to 15c, compared to sheet-like graphite. Furthermore, the base 11 can support a pipe body (for example, a pipe body mounted on the pipe mounting parts 15a to 15c). Furthermore, the base 11 being a block piece of graphite makes it easier to fix the base 11 in a state in which pressure is applied from the base 11 to the heat source.
  • the thermal conductivity can be measured by a laser flash method. In the case where graphite has anisotropy in thermal conductivity, "having a thermal conductivity equivalent to or higher than that of copper or aluminum" means having a thermal conductivity equivalent to or higher than that of copper or aluminum in at least one direction.
  • Having a thermal conductivity equivalent to or higher than that of copper or aluminum means, for example, that the thermal conductivity is 200 W/m ⁇ K or more, more preferably 370 W/m ⁇ K or more, and even more preferably 450 W/m ⁇ K or more.
  • the graphite used in this embodiment may have a thermal conductivity of 800 W/m ⁇ K or more in one direction.
  • the heat dissipation substrate 10 may further include a cover member 20 located on the outer surface of the base 11.
  • the base 11 may include, as its outer surface, a first surface 11a, a second surface 11b located on the opposite side of the first surface 11a, and multiple side surfaces smaller than the first surface 11a and the second surface 11b.
  • the cover member 20 may be located on multiple outer surfaces of the base 11 (i.e., the first surface 11a, the second surface 11b, and the multiple side surfaces) excluding the pipe mounting portions 15a to 15c.
  • the thermal conductivity of the base 11 may be higher than that of the cover member 20. This configuration provides high thermal diffusivity in the base 11, improving the heat dissipation properties of the heat dissipation substrate 10. If the thermal conductivity of the base 11 is anisotropic, the thermal conductivity of the base 11 in at least the Z direction described below may be higher than the thermal conductivity of the cover member 20. This configuration improves the thermal conductivity in the direction from the second surface 11b of the heat dissipation substrate 10 toward the pipe mounting portions 15a-15c, improving the heat dissipation properties of the heat dissipation substrate 10.
  • the cover member 20 may be made of metal. This configuration can improve the thermal conductivity of the cover member 20, and reduce the reduction in the heat dissipation properties of the heat dissipation substrate 10 caused by the cover member 20.
  • the cover member 20 may include metal plating. The metal plating allows the cover member 20 to cover the fine details of the base 11, and reduces the release of fragments of the outer surface of the damaged base 11 to the outside. This makes it unnecessary to increase the hardness of the base 11, and increases the freedom of the material to be used.
  • the thermal conductivity of the cover member 20 may be 90 W/m ⁇ K or more. If the thermal conductivity of the cover member 20 is 90 W/m ⁇ K or more, the reduction in the heat dissipation properties of the heat dissipation substrate 10 caused by the cover member 20 can be further reduced.
  • the cover member 20 may include a first plate 21 located on the first surface 11a of the base 11, a second plate 22 located on the second surface 11b of the base 11, and a metal plating 23 located on the outer peripheral surface of the combined structure of the base 11, the first plate 21, and the second plate 22.
  • the first plate 21 and the second plate 22 provide high strength to the upper and lower surfaces of the heat dissipation substrate 10, making it easy to fix the heat dissipation substrate 10 by pressing the upper or lower surface against the heat source. This fixation improves the thermal conductivity from the heat source to the heat dissipation substrate 10. Furthermore, by holding the heat dissipation substrate 10 via the upper and lower surfaces with high strength, the heat dissipation substrate 10 can be easily handled.
  • the metal plating 23 is located on the outside of the first plate 21 and the second plate 22, the metal plating 23 is continuous on the outer peripheral surface of the heat dissipation substrate 10, and the peripheral end portion of the metal plating 23 is less likely to appear on the outer peripheral surface, which reduces peeling of the metal plating 23.
  • the hardness of the cover member 20 may be higher than the hardness of the base 11. With this configuration, even if an external force is applied to the cover member 20, the force is dispersed and acts on the base 11. Therefore, it is possible to reduce damage to the base 11 inside the cover member 20.
  • the hardness may be Vickers hardness.
  • the hardness of the cover member 20 may be preferably 10 times or more, more preferably 20 times or more, that of the base 11.
  • the hardness of the cover member 20 may be preferably Vickers hardness 200 MPa or more, more preferably Vickers hardness 500 MPa, and even more preferably Vickers hardness 900 MPa or more.
  • the hardness of the base 11 may be Vickers hardness 10 MPa or more and 40 MPa or less.
  • the Vickers hardness can be measured using the measurement method specified in JIS (Japanese Industrial Standards) _Z_2244:2009.
  • the first plate 21 and the second plate 22 may be mainly composed of copper or aluminum. Copper or aluminum can be used as the material for the first plate 21 and the second plate 22. Copper has a high thermal conductivity of about 370 W/m ⁇ K and has good workability, making it easy to process the cover member 20. Aluminum has a high thermal conductivity of about 200 W/m ⁇ K and is lighter than copper, making it possible to reduce the weight of the cover member 20.
  • the metal plating 23 may be made of various metals such as nickel, gold, and silver. The metal plating 23 may be a single layer or multiple layers. When the metal plating 23 is made of multiple layers, it may be, for example, two layers of gold and nickel. When the metal plating 23 contains gold and nickel, it may contain an alloy of gold and nickel.
  • the first plate 21 and the second plate 22 may be joined to the base 11 via a joining material such as solder or a thermally conductive resin.
  • a joining material such as solder or a thermally conductive resin.
  • the pipe mounting portions 15a to 15c may be configured to be capable of mounting a pipe body included in a heat pipe.
  • the heat dissipation substrate 10 may have multiple pipe mounting portions 15a to 15c, or may have one pipe mounting portion.
  • the cross-sectional shape of the pipe mounting portions 15a to 15c may be circular, elliptical, rectangular, polygonal, or a combination of these.
  • the cross section may be a vertical cross section (see FIG. 2A) perpendicular to the direction in which the pipe mounting portions 15a to 15c extend.
  • the number of the multiple pipe mounting portions 15a to 15c is three, but is not limited to this.
  • the number of the multiple pipe mounting portions 15a to 15c may be two, or four or more.
  • the number of the multiple pipe mounting portions 15a to 15c is three or more.
  • heat can be dispersed to each of the pipe mounting parts 15a-15c compared to when there are two or fewer pipe mounting parts, so heat from the base 11 can be transferred more efficiently to the pipes mounted on the pipe mounting parts 15a-15c.
  • the pipe mounting portions 15a to 15c may be located across the base 11 and the cover member 20. By having parts of the pipe mounting portions 15a to 15c located on the base 11, the thermal resistance from the base 11 to the pipe body can be reduced, and heat can be efficiently sent to the pipe body. This improves the heat dissipation performance of the heat dissipation substrate 10. Furthermore, by having parts of the pipe mounting portions 15a to 15c located on the cover member 20, the holding strength of the pipe body mounted on the pipe mounting portions 15a to 15c can be improved. In the first embodiment, the pipe mounting portions 15a to 15c penetrate the metal plating 23, and parts of the pipe mounting portions 15a to 15c are located on the metal plating 23.
  • Each of the pipe mounting parts 15a to 15c may be a through hole.
  • the pipe mounting parts 15a to 15c, which are through holes, may be located between the first surface 11a and the second surface 11b of the base 11 along the first surface 11a of the base 11.
  • the pipe mounting parts 15a to 15c may penetrate the metal plating 23 on the side surface of the heat dissipation substrate 10.
  • the inner surface of the pipe mounting parts 15a to 15c is not covered by the cover member 20 (e.g., the metal plating 23), and the base 11 may be located on the inner surface of the pipe mounting parts 15a to 15c when the pipe body is not mounted.
  • the base 11 which has a high thermal conductivity, is close to the pipe body, and heat can be efficiently sent from the heat dissipation substrate 10 to the pipe body. Furthermore, by covering the inner surfaces of the pipe mounting parts 15a to 15c, the pipe body protects the surface parts of the base 11 exposed on the inner surfaces of the pipe mounting parts 15a to 15c, reducing damage to the surface parts of the base 11.
  • the base 11 may have anisotropy of thermal conductivity.
  • the anisotropy may be a property in which the thermal conductivity in one of three mutually orthogonal directions is higher than the thermal conductivity in the other direction.
  • the thermal conductivity in one of the three mutually orthogonal directions may be 100 times or more higher than the thermal conductivity in the other direction.
  • the direction of heat conduction can be controlled, so that heat management becomes easier.
  • the anisotropy may be a property in which the thermal conductivity in two of the three mutually orthogonal directions is higher than the thermal conductivity in the other direction of the three mutually orthogonal directions.
  • the thermal conductivity in two of the three mutually orthogonal directions may be 100 times or more higher than the thermal conductivity in the other direction. In this case, heat management becomes easier.
  • the above three directions do not have to be orthogonal to each other, and it is sufficient that the remaining direction intersects with a plane along the two directions.
  • the direction in which the multiple pipe mounting parts 15a to 15c are lined up is called the X direction
  • the direction in which each of the multiple pipe mounting parts 15a to 15c extends is called the Y direction
  • the plane extending in the X and Y directions is called the XY plane
  • the direction intersecting (e.g. perpendicular to) the XY plane is called the Z direction.
  • the thermal conductivity of the base 11 in the Z direction may be higher than the thermal conductivity in at least one direction along the XY plane of the base 11.
  • the direction of heat conduction can be more strongly controlled to the Z direction from the heat source toward the pipe mounting parts 15a to 15c. Furthermore, it is preferable that the thermal conductivity of the base 11 in the Z direction is higher than the thermal conductivity of the base 11 in the Y direction. In this case, the path that heat takes from the heat source to the pipe body can be made shorter than when the thermal conductivity in the Z direction is equal to or less than that in the Y direction. This allows the heat dissipation substrate 10 to dissipate heat more efficiently.
  • the thermal conductivity of the base 11 in the X direction may be higher than the thermal conductivity of the base 11 in the Y direction.
  • the thermal conductivity of the base 11 in the X direction is 100 times or more higher than the thermal conductivity of the base 11 in the Y direction, the heat can be more efficiently dispersed and sent to the multiple pipe mounting parts 15a to 15c lined up in the X direction.
  • Fig. 3A is a cross-sectional view showing a heat dissipation substrate according to embodiment 2.
  • Fig. 3B is a cross-sectional view showing a heat dissipation substrate according to embodiment 3.
  • the heat dissipation substrates 10A and 10B according to embodiments 2 and 3 differ mainly in the Z-direction positions of the pipe mounting portions 15a to 15c, which are through holes, and other components may be similar to those of embodiment 1.
  • the pipe mounting parts 15a to 15c which are through holes, may be positioned offset from the center in the Z direction of the base 11.
  • the distance L1 from the pipe mounting part 15b to the first surface 11a and the distance L2 from the pipe mounting part 15b to the second surface 11b may be different.
  • the distance means the length between the closest points. According to this configuration, by bringing the surface with the shorter distance (the second surface 11b in FIGS.
  • the thermal resistance from the heat source to the pipe mounting part 15b can be reduced, and heat can be efficiently sent to the pipe body. Therefore, the heat dissipation performance of the heat dissipation substrate 10 can be further improved.
  • the height of the heat dissipation substrate 10 can be secured by making the distance L1 to the opposite surface (the first surface 11a in FIGS. 3A and 3B) longer. By ensuring the height of the heat dissipation substrate 10, the strength of the heat dissipation substrate 10 can be improved.
  • the relationship between the distances L1 and L2 may be a relationship that holds true in any longitudinal section in the Y direction, or a relationship that holds true in a partial range of longitudinal sections in the Y direction.
  • the longitudinal section refers to a section perpendicular to the Y direction. The more locations where the relationship between the distances L1 and L2 holds true, the greater the range over which the effect of the distances L1 and L2 described above can be obtained.
  • the relationship between the distances L1 and L2 may be established for only one pipe mounting portion 15b, or may be established for any or all of the multiple pipe mounting portions 15a-15c.
  • the base 11 in the second and third embodiments may have a configuration having two layers of block pieces 111, 112.
  • the layer means a layer extending in a direction along the XY plane.
  • a bonding material 118 may be located between the two layers of block pieces 111, 112.
  • the bonding material 118 may be solder, a thermally conductive adhesive, a thermally conductive filler (such as grease), or the like. With this configuration, the height of the base 11 can be easily ensured.
  • the thicknesses T1 and T2 of the two layers of block pieces 111 and 112 may be the same as each other as shown in FIG. 3A, or may be different as shown in FIG. 3B. In either case, the relationship between the distances L1 and L2 described above can be realized.
  • the thicknesses T1 and T2 of the block pieces 111 and 112 may be greater than half the dimension T15 in the Z direction of the pipe mounting parts 15a to 15c.
  • the boundary surface where the bonding material 118 is located may be located at a position halfway in the Z direction of the pipe mounting parts 15a to 15c, or closer to the first surface 11a than that position.
  • the bonding material 118 Since the bonding material 118 has a lower thermal conductivity than the block pieces 111 and 112 alone, heat retention occurs at the bonding material 118 when heat is conducted in the Z direction of the base 11. Therefore, with the above configuration, more heat is absorbed by the pipe body before heat retention occurs, and the heat dissipation performance of the heat dissipation board 10 can be further improved.
  • the thermal conductivity in the Z direction may be higher than the thermal conductivity in at least one direction along the XY plane in each of the block pieces 111, 112. Furthermore, the thermal conductivity in the X direction may be higher than the thermal conductivity in the Y direction. With this configuration, the effect of the anisotropy of thermal conductivity described in embodiment 1 is similarly achieved.
  • FIG. 4A and Fig. 4B are an exploded perspective view and a perspective view showing a heat dissipation substrate according to embodiment 4.
  • Fig. 5A and Fig. 5B are a cross-sectional view taken along line AA in Fig. 4A and a cross-sectional view taken along line BB in Fig. 4A.
  • the heat dissipation substrate 10C of the fourth embodiment differs mainly in the configuration of the pipe mounting portions 16a to 16c.
  • the components having the same reference numerals as those of the first embodiment may be the same as those of the heat dissipation substrate 10 of the first embodiment unless otherwise specified.
  • the heat dissipation substrate 10C may have pipe mounting portions 16a-16c that are grooves.
  • the cross-sectional shape of the pipe mounting portions 16a-16c may be a circular arc, an oval arc, a rectangular shape, a polygonal shape including a V-shape, or the like.
  • the above cross section may refer to a vertical cross section perpendicular to the direction in which the pipe mounting portions 16a-16c extend.
  • the pipe mounting portions 16a to 16c may be located on the first surface 11a side of the base 11. With this arrangement, the second surface 11b side can be made flat with the pipe body mounted on the pipe mounting portions 16a to 16c, making it easier to bring the heat source closer to the second surface 11b side. This shortens the distance between the heat source and the pipe mounting portions 16a to 16c, and reduces the thermal resistance from the heat source to the pipe mounting portions 16a to 16c.
  • the pipe mounting portions 16a to 16c may be located across the base 11 and the cover member 20. That is, as shown in FIG. 5A, in a vertical section perpendicular to the direction in which the pipe mounting portions 16a to 16c extend, the cover member 20 located on the surface may be divided by the pipe mounting portions 16a to 16c (e.g., grooves).
  • the base 11 located below the cover member 20 may be located (e.g., exposed) at the bottom of the pipe mounting portions 16a to 16c (e.g., the bottom of the grooves).
  • the base 11 By positioning the base 11 on at least a portion of the inner surface of the pipe mounting portions 16a to 16c, the base 11, which has a high thermal conductivity, can be brought into close proximity with the pipe body, and heat can be efficiently transferred from the base 11 to the pipe body. This improves the heat dissipation properties of the heat dissipation substrate 10C.
  • the direction in which the multiple pipe mounting portions 16a to 16c are lined up is called the X direction
  • the direction in which each of the multiple pipe mounting portions 16a to 16c extends is called the Y direction
  • the plane extending in the X and Y directions is called the XY plane
  • the direction intersecting (e.g. perpendicular to) the XY plane is called the Z direction.
  • the thermal conductivity of the base 11 in the Z direction may be higher than the thermal conductivity of the base 11 in at least one direction along the XY plane.
  • the thermal conductivity of the base 11 in the X direction may be higher than the thermal conductivity of the base 11 in the Y direction.
  • the pipe mounting portions 16a to 16c that are grooves may be located from one end to the other end of the heat dissipation substrate 10C in the Y direction.
  • the pipe mounting portions 16a to 16c that are grooves may be located only in a partial range in the Y direction.
  • the pipe mounting portions 16a to 16c that are grooves may be located only in the central region in the Y direction, and the pipe body may be mounted so that it is in contact with the upper surface of the heat dissipation substrate 10C at one end and the other end in the Y direction or separated upward.
  • the pipe mounting portions 16a to 16c that are grooves and the pipe mounting portions 16a to 16c that are through holes may be connected in the Y direction, and the pipe body may be mounted on the grooves and across the through holes.
  • the upper side does not have to match the up-down relationship in the actual usage state.
  • the upper side is, for example, the direction from the second surface 11b to the first surface 11a of the heat dissipation substrate 10C in the Z direction.
  • the pipe bodies 61a to 61c may be joined to the pipe mounting portions 16a to 16c via a joining material such as solder or a thermally conductive adhesive, or may be positioned via a thermally conductive filler (such as grease).
  • a joining material such as solder or a thermally conductive adhesive
  • a thermally conductive filler such as grease
  • the heat dissipation substrate 10C may include a metal plate 30 (see FIG. 4A) that covers at least a portion of the pipe mounting portions 16a to 16c from above.
  • the metal plate 30 holds the pipes 61a to 61c mounted on the pipe mounting portions 16a to 16c by sandwiching them from above.
  • the metal plate 30 may have the function of receiving heat from the cover member 20 and sending it to the pipes 61a to 61c by being close to the upper portions of the pipes 61a to 61c of the heat dissipation substrate 10C.
  • the material of the metal plate 30 may be mainly copper, aluminum, etc. Copper has a high thermal conductivity of about 370 W/m ⁇ K and has good workability, making it easy to process the cover member 20. Aluminum also has a high thermal conductivity of about 200 W/m ⁇ K and is lighter than copper, making it possible to reduce the weight of the cover member 20.
  • the metal plate 30 may have a main body portion 31 located above the pipe mounting portions 16a to 16c, and a flange portion 32 connected to the peripheral portion of the main body portion 31.
  • the flange portion 32 may be joined to the cover member 20 to fix the metal plate 30.
  • a thermally conductive filler (e.g., grease, etc.) 44 (see FIG. 7) may be located between the main body portion 31 of the metal plate 30 and the pipe bodies 61a to 61c. This configuration simplifies the process of mounting the pipe bodies 61a to 61c and the process of fixing the metal plate 30.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a heat dissipation substrate according to embodiment 5.
  • a heat dissipation substrate 10D of embodiment 5 may be similar to embodiment 4 except for the fixing structure of the metal plate 30.
  • the flange portion 32 may be joined to the cover member 20 on the first surface 11a side via a bonding material 41 such as solder or a thermally conductive adhesive.
  • a bonding material 41 such as solder or a thermally conductive adhesive.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view showing a heat dissipation substrate according to embodiment 6.
  • a heat dissipation substrate 10E of embodiment 6 may be similar to embodiment 4 except that the fixing structure of the metal plate 30 is different.
  • the flange portion 32 may be configured to be screwed to the combined structure of the base 11 and the cover member 20. That is, the combined structure of the base 11 and the cover member 20 may have a screw hole 18 at a portion overlapping with the flange portion 32, and the flange portion 32 may have a screw hole 33 at a corresponding position.
  • the screw hole 18 may have a female thread at the position of the second plate 22 or the position of the first plate 21.
  • the screw hole 18 may penetrate the base 11 and the cover member 20 from the first surface 11a side to the second surface 11b side.
  • Fig. 7 is an enlarged cross-sectional view showing a heat dissipation substrate of embodiment 7.
  • the heat dissipation substrate 10F of embodiment 7 may be the same as those of embodiments 4 to 6, except that the positions of the pipe mounting portions 16a to 16c, which are grooves, in the Z direction (i.e., the depth direction) are different.
  • Fig. 7 shows an example in which the joining structure of the metal plate 30 of embodiment 5 is adopted, but the joining structure of embodiment 6 may also be adopted.
  • Pipe bodies 61a to 61c are mounted on the pipe mounting portions 16a to 16c.
  • the length of the facing portion 63 between the pipe bodies 61a to 61c and the base 11 and the cover member 20 may be greater than the length of the facing portion 62 between the pipe bodies 61a to 61c and the metal plate 30.
  • the facing portions 62 and 63 are indicated by thick dashed lines and thick solid lines.
  • the above-mentioned longitudinal section refers to a section where the pipe mounting portions 16a to 16c are covered by the metal plate 30, and is perpendicular to the direction in which the pipe mounting portions 16a to 16c extend.
  • the path that transfers heat from the heat source to the pipe bodies 61a to 61c via the base 11 and the cover member 20 has a smaller thermal resistance than the path that transfers heat via the metal plate 30 in between. Therefore, the size relationship between the opposing portions 62 and 63 reduces the overall thermal resistance from the heat source to the pipes 61a to 61c, and heat can be efficiently transferred to the pipes 61a to 61c. This further improves the heat dissipation properties of the heat dissipation board 10F.
  • the size relationship between the opposing portions 62, 63 may be a relationship that holds from one end to the other end of the metal plate 30 in the Y direction, or may hold only in a certain range. The more locations where the size relationship between the opposing portions 62, 63 holds, the greater the range over which the above-mentioned effect can be obtained.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view and a partially enlarged view showing a heat dissipation substrate of embodiment 8.
  • the heat dissipation substrate 10G of embodiment 8 may be the same as those of embodiments 4 to 7, except that the positions of the pipe mounting portions 16a to 16c, which are grooves, in the Z direction (i.e., the depth direction) are different.
  • the metal plate 30 is omitted in FIG. 8, the configuration and fixing structure of the metal plate 30 may be the same as those of embodiments 4 to 7.
  • the length of the facing portion 66 between the pipes 61a-61c and the base 11 may be greater than the length of the facing portion 65 between the pipes 61a-61c and the cover member 20.
  • the facing portions 65, 66 are indicated by thick dashed and solid lines.
  • the above-mentioned longitudinal section refers to a section where the pipe mounting portions 16a-16c are covered by the metal plate 30, and is perpendicular to the direction in which the pipe mounting portions 16a-16c extend.
  • the thermal conductivity of the base 11 is higher than that of the cover member 20, when a heat source is close to the second surface 11b side, the thermal conduction path from the heat source to the pipes 61a-61c via the facing portion 66 has a lower thermal resistance than the thermal conduction path via the cover member 20 and the facing portion 65. Therefore, the size relationship between the opposing portions 65, 66 reduces the overall thermal resistance from the heat source to the pipe body, and the heat dissipation properties of the heat dissipation substrate 10G can be further improved.
  • the size relationship between the opposing portions 65, 66 may be a relationship that holds true in any longitudinal cross section from one end to the other end of the base 11 in the Y direction, or may be a relationship that holds true at at least one location between the one end and the other end. The more locations where the size relationship between the opposing portions 65, 66 holds true, the greater the range over which the aforementioned effect can be obtained.
  • FIG. 9A is a side view of a heat dissipation device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • Fig. 9B is a side view of a heat dissipation device according to the second embodiment of the present disclosure.
  • Figs. 9A and 9B show a state in which a heat dissipation device 100, 100A is attached to a heat-generating electronic device (e.g., a central processing unit (CPU)) 200.
  • a heat-generating electronic device e.g., a central processing unit (CPU)
  • the heat dissipation device 100 of the first embodiment includes the heat dissipation substrate 10 of the first embodiment described above and a heat pipe 60.
  • the heat pipe 60 has pipe bodies 61a to 61c, which are mounted on the pipe mounting portions 15a to 15c.
  • the heat dissipation substrate 10 may be replaced by the heat dissipation substrates 10A and 10B of the second and third embodiments.
  • the heat dissipation device 100A of the second embodiment includes the heat dissipation substrate 10C of the fourth embodiment described above and a heat pipe 60.
  • the heat pipe 60 has pipe bodies 61a to 61c, which are mounted on the pipe mounting portions 16a to 16c and are partially covered by the metal plate 30.
  • the heat dissipation substrate 10C may be replaced with the heat dissipation substrates 10D to 10G of the fifth to eighth embodiments.
  • the heat dissipation device 100, 100A may further include a heat sink thermally connected to the heat pipe 60, and/or a cooling mechanism (e.g., a cooling fan, a coolant circuit, etc.).
  • a cooling mechanism e.g., a cooling fan, a coolant circuit, etc.
  • the outer surface of the base 11 of the heat dissipation board 10, 10C may be covered by the cover member 20, and the inner surfaces of the pipe mounting portions 15a-15c, 16a-16c may be covered by the pipe bodies 61a-61c.
  • the outer surface of the base 11 is not exposed to the outside. Therefore, even if a material that has high thermal conductivity but does not necessarily require improved hardness of the outer surface is used as the base 11, the outer surface of the base 11 can be protected and damage to the base 11 can be reduced.
  • the pipe bodies 61a to 61c may be made of metal.
  • a thermally conductive filler 51 may be filled between the outer circumferential surfaces of the pipe bodies 61a to 61c and the inner surfaces of the pipe mounting portions 15a to 15c and 16a to 16c.
  • a hardening material i.e., a bonding material
  • solder or a thermally conductive resin adhesive may be used, or a non-hardening material such as a thermally conductive grease may be used.
  • the electronic device 200 may have a semiconductor element 210 and a heat spreader 222. Furthermore, the heat spreader 222 may function as a package that houses the semiconductor element 210. The heat spreader 222 may be in surface contact with the semiconductor element 210 via thermally conductive grease 55 or the like.
  • the heat dissipation device 100, 100A may be mounted so that the second surface 11b side of the heat dissipation substrate 10 is in surface contact with the heat spreader 222 via thermally conductive grease 53.
  • the heat dissipation device 100, 100A configured as described above receives heat from the heat-generating electronic device 200 via the heat dissipation substrate 10, 10C, and the heat is efficiently transferred to the heat pipe 60 in the heat dissipation substrate 10, 10C, and the heat is then released to the outside via the heat pipe 60. Therefore, high heat dissipation performance can be achieved in response to the electronic device 200 that generates a large amount of heat.
  • the heat dissipation substrate and heat dissipation device of the present disclosure are not limited to the above embodiments.
  • the first and second metal plates 21 and 22 and the metal plating 23 are shown as the cover member 20, but the first and second plates 21 and 22 may be omitted and the metal plating may be used as the cover member.
  • a film-like or plate-like resin may be used as the cover member.
  • Other details shown in the embodiments can be modified as appropriate.
  • the heat dissipation substrate is A substrate including a carbon material; a cover member located on an outer surface of the base; a pipe mounting portion which is a groove or a through hole located across the base and the cover member; Equipped with.
  • the heat dissipation substrate of (1) above is The cover member has a hardness greater than that of the base body.
  • the direction in which the plurality of pipe mounting parts are arranged is called the X direction
  • the direction in which each of the plurality of pipe mounting parts extends is called the Y direction
  • a plane extending in the X direction and the Y direction is called the XY plane
  • a direction intersecting the XY plane is called the Z direction
  • the thermal conductivity of the base in the Z direction is higher than the thermal conductivity of the cover member.
  • the cover member is made of metal.
  • the heat dissipation substrate of (4) above is The cover member includes a metal plating.
  • the substrate has a first surface and a second surface opposite to the first surface
  • the cover member includes a first plate located on the first surface, a second plate located on the second surface, and a metal plating located on the outer peripheral surface of the combined structure of the base and the first and second plates.
  • the heat dissipation substrate of (6) above, the pipe mounting portion is a through hole extending along the first surface between the first surface and the second surface, The vias extend through the metal plating.
  • the heat dissipation substrate of (7) above, A distance from the pipe mounting portion to the first surface is different from a distance from the pipe mounting portion to the second surface.
  • the heat dissipation substrate (6) is the pipe mounting portion is a groove located on the first surface side of the base, In a vertical cross section intersecting the direction in which the groove extends, the groove divides the first plate, and the base is located at the bottom of the groove.
  • the heat dissipation substrate of (9) above, The nozzle further includes a metal plate that covers at least a portion of the pipe mounting portion from above the groove.
  • the cover member has screw holes into which the metal plate can be screwed.
  • the heat dissipation device comprises: The heat dissipation substrate according to (10) or (11), a heat pipe including a pipe body mounted on the pipe mounting portion; Equipped with In a vertical cross section of the area where the pipe mounting portion is covered by the metal plate, a length of an opposing portion between the pipe body and the base and the cover member is greater than a length of an opposing portion between the metal plate and the pipe body; Heat dissipation device. (13) The heat dissipation device according to (12) above, In the vertical cross section, the length of the opposing portion between the pipe body and the base body is greater than the length of the opposing portion between the pipe body and the cover member.
  • the heat dissipation device according to (12) or (13) above The pipe body is made of metal, and a thermally conductive filler is located between the pipe body and the heat dissipation substrate. (15) Any one of the heat dissipation devices according to (12) to (14) above, The outer surface of the base body is covered by the cover member and the pipe body.
  • This disclosure can be used in heat dissipation substrates and heat dissipation devices.

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Abstract

放熱基板は、炭素材を含む基体と、基体の外面に位置するカバー部材と、基体及びカバー部材にわたって位置する溝又は貫通孔であるパイプ搭載部とを備える。

Description

放熱基板及び放熱装置
 本開示は、放熱基板及び放熱装置に関する。
 特開2010-161177号公報には、ヒートパイプのパイプ体を放熱基板により保持した構造の放熱装置が示されている。
 本開示の放熱基板は、
 炭素材を含む基体と、
 前記基体の外面に位置するカバー部材と、
 前記基体及び前記カバー部材にわたって位置する溝又は貫通孔であるパイプ搭載部と、
 を備える。
 本開示の放熱装置は、
 上記放熱基板と、
 パイプ体を有するヒートパイプと、
 を備え、
 前記パイプ体が前記パイプ搭載部に搭載されている。
本開示の実施形態1に係る放熱基板を示す斜視図である。 本開示の実施形態1に係る放熱基板の構成要素を示す分離斜視図である。 図1AのA-A線における断面図である。 図1AのB-B線における断面図である。 実施形態2に係る放熱基板を示す断面図である。 実施形態3に係る放熱基板を示す断面図である。 実施形態4に係る放熱基板を示す分離斜視図である。 実施形態4に係る放熱基板を示す斜視図である。 図4AのA-A線における断面図である。 図4AのB-B線における断面図である。 実施形態5に係る放熱基板を示す断面図である。 実施形態6に係る放熱基板を示す断面図である。 実施形態7の放熱基板を示す拡大断面図である。 実施形態8の放熱基板を示す断面図である。 実施形態8の放熱基板を示す部分拡大図である。 本開示の実施形態1の放熱装置を示す側面図である。 本開示の実施形態2の放熱装置を示す側面図である。
 以下、本開示の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
 (実施形態1)
 図1A及び図1Bは、本開示の実施形態1に係る放熱基板を示す斜視図及び構成要素の分離斜視図である。図2A及び図2Bは、図1AのA-A線における断面図、並びに、B-B線における断面図である。
 実施形態1の放熱基板10は、炭素材を含む基体11と、基体11に位置するパイプ搭載部15a~15cとを有する。放熱基板10は、外部の熱源から受けた熱をパイプ搭載部15a~15cへ速やかに送ることで、放熱作用を及ぼす基板であってもよい。
 基体11は、黒鉛が主成分のブロック片であってもよい。主成分とは体積比80%以上であることを意味してもよい。基体11は、黒鉛の結晶方位が揃ったブロック片であってもよい。基体11は、複数の上記ブロック片が接合された構成であってもよい。黒鉛は、熱分解黒鉛であってもよい。上記の黒鉛は、銅又はアルミニウムと同等の熱伝導率、あるいは、銅又はアルミニウムよりも高い熱伝導率を有し、かつ、熱伝導率の異方性を有する高配向グラファイトであってもよい。基体11が黒鉛のブロック片であることで、シート状の黒鉛と比較して、パイプ搭載部15a~15cなどの立体的な構造の加工が容易となる。さらに、基体11によりパイプ体(例えばパイプ搭載部15a~15cに搭載されたパイプ体)の支持が可能となる。さらに、基体11が黒鉛のブロック片であることで、熱源に基体11から圧力が加わる状態で基体11を固定することが容易となる。熱伝導率は、レーザーフラッシュ法により測定できる。黒鉛が熱伝導率の異方性を有する場合において、「銅又はアルミニウムと同等の熱伝導率、あるいは、銅又はアルミニウムよりも高い熱伝導率を有する」とは、少なくとも一つの方向において、銅又はアルミニウムと同等の熱伝導率、あるいは、銅又はアルミニウムよりも高い熱伝導率を有することを意味する。「銅又はアルミニウムと同等の熱伝導率、あるいは、銅又はアルミニウムよりも高い熱伝導率を有する」とは、例えば、熱伝導率が200W/m・K以上であることを意味し、より好ましくは370W/m・K以上であり、さらに好ましくは450W/m・K以上である。本実施形態において採用される黒鉛では、一方向における熱伝導率が800W/m・K以上であってもよい。
 放熱基板10は、基体11の外面に位置するカバー部材20を、更に備えてもよい。基体11は、外面として、第1面11aと、第1面11aの反対側に位置する第2面11bと、第1面11a及び第2面11bよりも小さい複数の側面を含んでもよい。そして、カバー部材20は、パイプ搭載部15a~15cを除く、基体11の複数の外面(すなわち第1面11a、第2面11b及び複数の側面)に位置してもよい。カバー部材20を有することで、基体11の外面部の強度が低くても、当該強度をカバー部材20により補うことができる。したがって、カバー部材20を有することで、基体11の材料選定の自由度が向上し、放熱性をより向上できる素材を採用することが可能となる。
 基体11の熱伝導率は、カバー部材20の熱伝導率よりも高くてもよい。当該構成により、基体11における熱の高い拡散性が得られ、放熱基板10の放熱性を向上できる。基体11の熱伝導率に異方性がある場合、少なくとも後述するZ方向における基体11の熱伝導率が、カバー部材20の熱伝導率より高くてもよい。当該構成により、放熱基板10の第2面11bからパイプ搭載部15a~15cへ向く方向の熱の伝導性が向上し、放熱基板10の放熱性を向上できる。
 カバー部材20は、金属であってもよい。当該構成により、カバー部材20の熱伝導率も向上でき、放熱基板10の放熱性がカバー部材20によって低下してしまうことを低減できる。カバー部材20は、金属めっきを含んでもよい。金属めっきにより、基体11の細部にわたってカバー部材20により覆うことができ、破損した基体11の外面部の断片が外部に放出されてしまうことを低減できる。このため、基体11の硬度向上が必須ではなくなるため、採用する材料の自由度が向上する。カバー部材20の熱伝導率は、90W/m・K以上であってもよい。カバー部材20の熱伝導率が90W/m・K以上である場合には、カバー部材20によって放熱基板10の放熱性が低下してしまうことをより低減できる。
 カバー部材20は、より具体的には、基体11の第1面11aに位置する第1板21と、基体11の第2面11bに位置する第2板22と、基体11、第1板21及び第2板22とを合わせた構成の外周面に位置する金属めっき23とを含んでもよい。第1板21及び第2板22により、放熱基板10の上面部及び下面部の高い強度が得られ、上面部又は下面部を熱源側に押し付けて放熱基板10を固定することが容易となる。このような固定により、熱源から放熱基板10への熱の伝導性が向上する。さらに、強度の高い上面部及び下面部を介して放熱基板10を保持することで、放熱基板10の取扱いが容易となる。さらに、金属めっき23が、第1板21及び第2板22の外側にも位置することで、金属めっき23が放熱基板10の外周面において連続し、当該外周面に金属めっき23の周端部が現れにくいため、金属めっき23の剥がれを低減できる。
 カバー部材20の硬度は、基体11の硬度より高くてもよい。当該構成により、カバー部材20に外力が加わっても、当該力が分散されて基体11に作用する。したがって、カバー部材20の内側で基体11が破損してしまうことを低減できる。硬度としては、ビッカース硬さが採用されてもよい。カバー部材20の硬度は、好ましくは基体11の硬度の10倍以上、より好ましくは20倍以上であってもよい。また、カバー部材20の硬度は、好ましくはビッカース硬さ200MPa以上、より好ましくはビッカース硬さ500MPa、さらに好ましくはビッカース硬さ900MPa以上であってもよい。なお、基体11の硬度は、ビッカース硬さ10MPa以上40MPa以下であってもよい。なお、ビッカース硬さは、JIS(Japanese Industrial Standards)_Z_2244:2009に規定の測定方法を用いて測定できる。
 第1板21及び第2板22は、主成分が銅又はアルミニウムであってもよい。第1板21及び第2板22の素材として、銅やアルミニウムを採用することができる。銅は、370W/m・K程度の高い熱伝導率を有するとともに、良好な加工性を有するため、カバー部材20の加工が容易となる。また、アルミニウムは、200W/m・K程度の高い熱伝導率を有するとともに、銅と比べて軽量であるため、カバー部材20の軽量化が図れる。金属めっき23は、例えばニッケルや金、銀等の種々の金属を用いてもよい。また、金属めっき23は、単層であってもよく、複数層であってもよい。金属めっき23が複数層からなる場合には、例えば、金とニッケルとの2層であってもよい。また、金属めっき23が金とニッケルとを含む場合には、金とニッケルの合金を含んでもよい。第1板21及び第2板22は、はんだ、熱伝導性樹脂などの接合材を介して基体11に接合されていてもよい。当該構成により、上述した放熱基板10の放熱性の向上、放熱基板10の強度の向上、基体11の外面部の破損の低減、並びに、カバー部材20に加わった外力の分散作用をより得ることができる。
 パイプ搭載部15a~15cは、ヒートパイプに含まれるパイプ体を搭載可能な構成であってもよい。放熱基板10は、複数のパイプ搭載部15a~15cを備えてもよいし、1つのパイプ搭載部を備えてもよい。パイプ搭載部15a~15cの断面の形状は、円形状、長円形状、矩形状、多角形状、これらの組み合わせた形状等であってもよい。上記断面とは、パイプ搭載部15a~15cが延びる方向に直交する縦断面(図2Aを参照)であってもよい。本実施形態において、複数のパイプ搭載部15a~15cの本数は、3本となっているが、これに限定されない。複数のパイプ搭載部15a~15cの本数は、2本でもよく、また4本以上でもよい。複数のパイプ搭載部15a~15cの本数は、3本以上であるのが好ましい。パイプ搭載部15a~15cの本数が3本以上である場合には、2本以下である場合と比べ、熱をそれぞれのパイプ搭載部15a~15cに分散できるので、基体11の熱をより効率的にパイプ搭載部15a~15cに搭載されるパイプ体に伝達することができる。
 パイプ搭載部15a~15cは、基体11とカバー部材20とにわたって位置してもよい。パイプ搭載部15a~15cの一部が基体11に位置することで、基体11からパイプ体までの熱抵抗を小さくし、効率的にパイプ体へ熱を送ることができる。したがって、放熱基板10の放熱性を向上できる。さらに、パイプ搭載部15a~15cの一部がカバー部材20に位置することで、パイプ搭載部15a~15cに搭載されるパイプ体の保持強度を向上できる。実施形態1においては、パイプ搭載部15a~15cは、金属めっき23を貫通しており、パイプ搭載部15a~15cの一部が金属めっき23に位置する。
 パイプ搭載部15a~15cの各々は、貫通孔であってもよい。貫通孔であるパイプ搭載部15a~15cは、基体11の第1面11aに沿って、基体11の第1面11aと第2面11bとの間に位置してもよい。そして、パイプ搭載部15a~15cは、放熱基板10の側面の金属めっき23を貫通していてもよい。言い換えれば、パイプ搭載部15a~15cの内面は、カバー部材20(例えば金属めっき23)により覆われず、パイプ体が搭載されていない段階において、パイプ搭載部15a~15cの内面には、基体11が位置していてもよい。当該構成により、パイプ搭載部15a~15cにパイプ体が搭載されたときに、熱伝導率の高い基体11がパイプ体に近接し、放熱基板10からパイプ体へ効率的に熱を送ることかできる。さらに、パイプ体がパイプ搭載部15a~15cの内面を覆うことで、パイプ搭載部15a~15cの内面に露出した基体11の表面部をパイプ体が保護し、基体11の表面部が破損してしまうことを低減できる。
 <熱伝導率の異方性>
 基体11は、熱伝導率の異方性を有してもよい。当該異方性は、互いに直交する3つの方向のうち1つの方向の熱伝導率が、他の1つの方向の熱伝導率よりも高い特性であってもよい。この場合において、互いに直交する3つの方向のうち1つの方向の熱伝導率は、他の1つの方向の熱伝導率の100倍以上であってもよい。この場合には、熱伝導の方向を制御することができるため、熱管理が容易となる。当該異方性は、より好ましくは、互いに直交する3つの方向のうち2つの方向での熱伝導率が、互いに直交する3つの方向のうちの他の1つの方向の熱伝導率より高い特性であってもよい。この場合において、互いに直交する3つの方向のうち2つの方向の熱伝導率は、他の1つの方向の熱伝導率の100倍以上であってもよい。この場合には、より熱管理が容易となる。なお、上記3つの方向は、互いに直交していなくてもよく、2つの方向に沿った平面に、残りの1つの方向が交差する関係であればよい。
 以下では、複数のパイプ搭載部15a~15cが並ぶ方向をX方向、複数のパイプ搭載部15a~15cの各々が延びる方向をY方向、X方向とY方向とに延びる平面をXY平面、XY平面に交差(例えば直交)する方向をZ方向と呼ぶ。
 上記の異方性により、基体11のZ方向における熱伝導率は、基体11のXY平面に沿った少なくとも1つの方向における熱伝導率よりも高くてもよい。当該構成により、基体11の外面のうち、面積の大きい第2面11b(あるいは第1面11aでもよい)に熱源を近接配置することで、熱源から受けた熱を速やかにZ方向に伝導させ、パイプ搭載部15a~15cへ送ることができる。そして、パイプ体が熱を速やかに吸収することで、放熱基板10の放熱性をより向上できる。基体11のZ方向における熱伝導率が基体11のXY平面に沿った少なくとも1つの方向における熱伝導率の100倍以上である場合には、熱伝導の方向を熱源からパイプ搭載部15a~15cに向かうZ方向へとより強く制御できる。さらに、基体11のZ方向における熱伝導率が、基体11のY方向における熱伝導率よりも高いことが好ましい。この場合には、Z方向の熱伝導率がY方向以下である場合と比べ、熱が熱源からパイプ体に伝導するまでの経路を短くすることができる。このため、より効率的に放熱基板10の放熱ができる。
 基体11のX方向における熱伝導率は、基体11のY方向における熱伝導率よりも高くてもよい。当該構成によれば、熱源からの熱が第2面11bの一部に集中的に加わった場合でも、当該熱をX方向に速やかに分散させることができる。当該作用により、X方向に並んだ複数のパイプ搭載部15a~15cへ熱を分散させて送ることができる。そして、複数のパイプ体が熱を速やかに吸収することで、放熱基板10の放熱性をより向上できる。基体11のX方向における熱伝導率が基体11のY方向における熱伝導率の100倍以上である場合には、X方向に並んだ複数のパイプ搭載部15a~15cへ熱をより効率的に分散させて送ることができる。
 (実施形態2、3)
 図3Aは、実施形態2に係る放熱基板を示す断面図である。図3Bは、実施形態3に係る放熱基板を示す断面図である。実施形態2、3に係る放熱基板10A、10Bは、貫通孔であるパイプ搭載部15a~15cのZ方向の位置が異なる点が主に異なり、他の構成要素は実施形態1と同様であってもよい。
 実施形態2(図3Aを参照)及び実施形態3(図3Bを参照)のように、貫通孔であるパイプ搭載部15a~15cは、基体11のZ方向における中央から偏って位置してもよい。具体的には、複数のパイプ搭載部15a~15cのいずれか1つのパイプ搭載部15b(第1パイプ搭載部に相当)に注目したとき、パイプ搭載部15bから第1面11aまでの距離L1と、パイプ搭載部15bから第2面11bまでの距離L2とが異なっていてもよい。距離とは最も近接した箇所間の長さを意味する。当該構成によれば、距離の短い方の面(図3A及び図3Bでは第2面11b)を熱源に近接させることで、熱源からパイプ搭載部15bまでの熱抵抗を小さくすることができ、パイプ体に効率的に熱を送ることができる。よって、放熱基板10の放熱性をより向上できる。加えて、反対側の面(図3A及び図3Bでは第1面11a)までの距離L1が長いことで、放熱基板10の高さを確保できる。放熱基板10の高さを確保できることで、放熱基板10の強度を向上できる。
 上記の距離L1、L2の関係は、Y方向におけるどの箇所の縦断面においても成立する関係であってもよいし、Y方向における一部の範囲の縦断面において成立する関係であってもよい。上記の縦断面は、Y方向に直交する断面を意味する。上記の距離L1、L2の関係が成立する箇所が多いほど、前述した距離L1、L2による効果をより多くの範囲で得ることができる。
 さらに、上記の距離L1、L2の関係は、1つのパイプ搭載部15bのみについて成立してもよいし、複数のパイプ搭載部15a~15cのいずれか複数又は全てについて成立してもよい。上記の距離L1、L2の関係が成立するパイプ搭載部15a~15cが多いほど、前述した距離L1、L2による効果がより多くの範囲で得ることができる。
 実施形態2及び実施形態3の基体11は、2層のブロック片111、112を有する構成であってもよい。層とはX-Y平面に沿った方向に延びる層を意味する。二層のブロック片111、112の間には、接合材118が位置してもよい。接合材118は、はんだ、熱伝導性接着剤、熱伝導性充填剤(例えばグリスなど)等であってもよい。当該構成により、基体11の高さを容易に確保することができる。
 2層のブロック片111、112の厚みT1、T2は、図3Aに示すように互いに同一の厚みであってもよいし、図3Bに示すように互いに異なる厚みであってもよい。いずれにおいても、上述した距離L1、L2の関係を実現できる。
 2層のブロック片111、112を有する場合、各ブロック片111、112の厚みT1、T2はパイプ搭載部15a~15cのZ方向の寸法T15の半分より大きくてもよい。そして、接合材118が位置する境界面は、パイプ搭載部15a~15cのZ方向における半分の位置か、あるいは、当該位置よりも第1面11aの近くに位置してもよい。当該構成によれば、熱源に第2面11bが近接配置されることで、パイプ搭載部15a~15cと、熱源が近接される方のブロック片112とが対向する面の割合を多くできる。接合材118は、ブロック片111、112単体よりも熱伝導率が低いため、熱が、基体11のZ方向に伝導する際に接合材118の箇所で熱の滞留が生じる。したがって、上記構成により、熱の停滞が生じる前により多くの熱がパイプ体に吸収され、放熱基板10の放熱性をより向上できる。
 2層のブロック片111、112を有する場合においても、ブロック片111、112の各々において、XY平面に沿った少なくとも一方向の熱伝導率よりも、Z方向の熱伝導率が高くてもよい。さらに、Y方向の熱伝導率よりも、X方向の熱伝導率が高くてもよい。当該構成により、実施形態1で説明した熱伝導率の異方性による効果が同様に奏される。
 (実施形態4)
 図4A及び図4Bは、実施形態4に係る放熱基板を示す分離斜視図及び斜視図である。図5A及び図5Bは、図4AのA-A線における断面図、並びに、図4AのB-B線における断面図である。
 実施形態4の放熱基板10Cは、パイプ搭載部16a~16cに関する構成が主に異なる。実施形態4の放熱基板10Cのうち、実施形態1と同一符号を付した構成要素は、特に言及しない範囲で実施形態1の放熱基板10と同様であってもよい。
 放熱基板10Cは、溝であるパイプ搭載部16a~16cを有してもよい。パイプ搭載部16a~16cの断面の形状は、円弧状や長円の弧状、矩形状やV字状を含む多角形状などであってもよい。上記断面は、パイプ搭載部16a~16cが延びる方向に直交する縦断面を意味してもよい。パイプ搭載部16a~16cが溝であることで、放熱基板10Cにパイプ体を組み合わせる工程を簡素化できる。
 パイプ搭載部16a~16cは、基体11の第1面11a側に位置してもよい。当該配置により、パイプ搭載部16a~16cにパイプ体を搭載した状態で、第2面11b側を平坦にできることから、第2面11b側に熱源を近接させやすい。したがって、熱源とパイプ搭載部16a~16cとの距離を短くし、熱源からパイプ搭載部16a~16cまでの熱抵抗を小さくすることができる。
 パイプ搭載部16a~16cは、基体11とカバー部材20とにわたって位置してもよい。すなわち、図5Aに示すように、パイプ搭載部16a~16cが延びる方向と直交する縦断面において、表層に位置するカバー部材20はパイプ搭載部16a~16c(例えば溝)により分断されてもよい。そして、カバー部材20の下層に位置する基体11はパイプ搭載部16a~16cの底部(例えば溝の底)に位置(例えば露出)してもよい。パイプ搭載部16a~16cの内面の少なくとも一部に基体11が位置することで、熱伝導率の高い基体11とパイプ体とを近接することができ、基体11からパイプ体へ効率的に熱を送ることができる。よって、放熱基板10Cの放熱性を向上できる。
 以下では、複数のパイプ搭載部16a~16cが並ぶ方向をX方向、複数のパイプ搭載部16a~16cの各々が延びる方向をY方向、X方向とY方向とに延びる平面をXY平面、XY平面に交差(例えば直交)する方向をZ方向と呼ぶ。
 基体11のZ方向における熱伝導率は、基体11のXY平面にそった少なくとも1つの方向における熱伝導率よりも高くてもよい。当該構成により、第2面11b側から受けた熱源の熱を速やかにZ方向に伝導させてパイプ搭載部16a~16cへ送ることができる。そして、パイプ体が熱を速やかに吸収することで、放熱基板10Cの放熱性をより向上できる。
 基体11のX方向における熱伝導率は、基体11のY方向における熱伝導率よりも高くてもよい。当該構成によれば、熱源からの熱が第2面11bの一部に集中的に加わった場合でも、当該熱をX方向に速やかに分散させることができる。当該作用により、X方向に並んだ複数のパイプ搭載部16a~16cへ熱を分散させて送ることができる。そして、複数のパイプ体が熱を速やかに吸収することで、放熱基板10Cの放熱性をより向上できる。
 溝であるパイプ搭載部16a~16cは、放熱基板10CのY方向の一端から他端にかけて位置してもよい。あるいは、溝であるパイプ搭載部16a~16cは、Y方向における一部の範囲のみに位置する構成であってもよい。例えば、溝であるパイプ搭載部16a~16cがY方向における中央領域のみに位置し、Y方向における一端と他端においてはパイプ体が放熱基板10Cの上面に接触又は上方に離隔するように搭載される構成であってもよい。あるいは、溝であるパイプ搭載部16a~16cと貫通孔であるパイプ搭載部16a~16cとがY方向に連なり、パイプ体は溝上と貫通孔にわたって搭載される構成であってもよい。なお、上方は、実際の使用状態での上下関係と一致しなくてもよい。上方は、例えば、Z方向のうち放熱基板10Cの第2面11bから第1面11aに向かう方向である。
 パイプ体61a~61cは、パイプ搭載部16a~16cに、はんだ、熱伝導性接着剤などの接合材を介して接合されてもよいし、熱伝導性充填剤(例えばグリス等)を介して位置してもよい。
 放熱基板10Cは、パイプ搭載部16a~16cの少なくとも一部を上方から覆う金属板30(図4Aを参照)を備えてもよい。金属板30は、パイプ搭載部16a~16cに搭載されたパイプ体61a~61cを上方から挟むことで、パイプ体61a~61cを保持する。加えて、金属板30は、放熱基板10Cのパイプ体61a~61cの上部に近接することによりカバー部材20から熱を受けてパイプ体61a~61cへ送る機能を有してもよい。当該構成により、パイプ搭載部16a~16cの反対側においてもパイプ体61a~61cへ熱を送れるので、パイプ搭載部16a~16cが溝であっても放熱基板10Cの放熱性を向上できる。
 金属板30の素材は、主成分が銅、アルミニウムなどであってもよい。銅は、370W/m・K程度の高い熱伝導率を有するとともに、良好な加工性を有するため、カバー部材20の加工が容易となる。また、アルミニウムは、200W/m・K程度の高い熱伝導率を有するとともに、銅と比べて軽量であるため、カバー部材20の軽量化が図れる。
 金属板30は、パイプ搭載部16a~16cの上方に位置する本体部31と、本体部31の周縁部に連なるフランジ部32とを有してもよい。そして、フランジ部32が、カバー部材20に接合されることで、金属板30が固定されてもよい。金属板30の本体部31とパイプ体61a~61cとの間には、熱伝導性を有する充填剤(例えばグリス等)44(図7を参照)が位置してもよい。当該構成により、パイプ体61a~61cを搭載する工程、並びに、金属板30を固定する工程を簡素化できる。
 (実施形態5)
 図6Aは、実施形態5に係る放熱基板を示す断面図である。実施形態5の放熱基板10Dは、金属板30の固定構造の他は、実施形態4と同様であってもよい。
 図6Aに示すように、フランジ部32は、第1面11a側のカバー部材20とはんだ、熱伝導性接着剤などの接合材41を介して接合されていてもよい。当該構成により、基体11及びカバー部材20を介して第1面11a側に伝導された熱を、金属板30のフランジ部32と本体部31とを介してパイプ体61a~61cへ送ることができる。したがって、パイプ搭載部16a~16cが溝であり、パイプ体61a~61cの一部(例えば上部)が基体11又はカバー部材20から離間していても、当該離間した部分からも熱を吸収させることができる。よって、放熱基板10Cの放熱性をより向上できる。
 (実施形態6)
 図6Bは、実施形態6に係る放熱基板を示す断面図である。実施形態6の放熱基板10Eは、金属板30の固定構造が異なる他は、実施形態4と同様であってもよい。
 図6Bに示すように、フランジ部32は、基体11とカバー部材20とを合わせた構成にねじ止めされる構成であってもよい。すなわち、基体11とカバー部材20とを合わせた構成が、フランジ部32と重なる部位にねじ穴18を有し、フランジ部32は対応する位置にねじ穴33を有してもよい。ねじ穴18は、第2板22の位置又は第1板21の位置に雌ねじを有してもよい。ねじ穴18は、第1面11a側から第2面11b側にかけて、基体11及びカバー部材20を貫通していてもよい。当該構成により、ねじにより金属板30を固定することができ、金属板30の固定工程を簡素化できる。さらに、金属板30の固定構造の耐久性を向上できる。加えて、フランジ部32とカバー部材20との連結箇所の熱抵抗が小さくなり、放熱基板10Eの放熱性の向上に寄与する。
 (実施形態7)
 図7は、実施形態7の放熱基板を示す拡大断面図である。実施形態7の放熱基板10Fは、溝であるパイプ搭載部16a~16cのZ方向(すなわち深さ方向)の位置が異なる他は、実施形態4~実施形態6と同様であってもよい。図7では、実施形態5の金属板30の接合構造を採用した例を示しているが、実施形態6の接合構造が採用されてもよい。
 パイプ搭載部16a~16cにはパイプ体61a~61cが搭載される。図7に示すように、縦断面において、パイプ体61a~61cと金属板30との対向部62の長さよりも、パイプ体61a~61cと基体11及びカバー部材20との対向部63の長さのほうが大きくてもよい。図7において、対向部62、63を太破線と太実線で示す。上記の縦断面とは、パイプ搭載部16a~16cが金属板30に覆われる箇所の断面であり、かつ、パイプ搭載部16a~16cが延びる方向に直交する断面を意味する。第2面11b側に熱源が近接する場合、熱源から基体11及びカバー部材20を介してパイプ体61a~61cに熱を伝達する経路の方が、金属板30を途中に介在させて熱を伝達する経路よりも、熱抵抗が小さい。したがって、上記の対向部62、63の大小関係により、熱源からパイプ体61a~61cまでの総合的な熱抵抗を小さくし、効率的に熱をパイプ体61a~61cへ送ることができる。したがって、放熱基板10Fの放熱性をより向上できる。
 上記の対向部62、63の大小関係は、Y方向における金属板30の一端から他端にかけて成立する関係であってもよいし、一部の範囲でのみ成立する関係であってもよい。上記の対向部62、63の大小関係が成立する箇所が多いほど、前述の効果をより多くの範囲で得ることができる。
 (実施形態8)
 図8A及び図8Bは、実施形態8の放熱基板を示す断面図及び部分拡大図である。実施形態8の放熱基板10Gは、溝であるパイプ搭載部16a~16cのZ方向(すなわち深さ方向)の位置が異なる他は、実施形態4~7と同様であってもよい。図8では、金属板30を省略しているが、金属板30の構成及び固定構造は、実施形態4~7と同様であってもよい。
 図8に示すように、縦断面において、パイプ体61a~61cと基体11との対向部66の長さは、パイプ体61a~61cとカバー部材20との対向部65の長さより大きくてもよい。図8において、対向部65、66を太破線と太実線で示す。上記の縦断面とは、パイプ搭載部16a~16cが金属板30に覆われる箇所の断面であり、かつ、パイプ搭載部16a~16cが延びる方向に直交する断面を意味する。基体11の熱伝導率はカバー部材20の熱伝導率よりも高いので、第2面11b側に熱源が近接する場合、熱源から対向部66を介してパイプ体61a~61cに至るまでの熱伝導経路は、カバー部材20と対向部65とを介した熱伝導経路と比較して、熱抵抗が低い。したがって、上記の対向部65、66の大小関係により、熱源からパイプ体までの総合的な熱抵抗を小さくし、放熱基板10Gの放熱性をより向上できる。
 上記の対向部65、66の大小の関係は、基体11のY方向における一端から他端までのいずれの縦断面においても成立する関係であってもよいし、当該一端から他端のうちの少なくとも一箇所において成立する関係であってもよい。対向部65、66の大小の関係が成立する箇所が多いほど、前述の効果がより多くの範囲で得られる。
 (放熱装置)
 図9Aは、本開示の実施形態1の放熱装置の側面図である。図9Bは本開示の実施形態2の放熱装置の側面図である。図9A及び図9Bは、放熱装置100、100Aが、発熱する電子デバイス(例えばCPU:Central Processing Unit)200に装着された状態を示す。
 実施形態1の放熱装置100は、前述した実施形態1の放熱基板10と、ヒートパイプ60とを備える。ヒートパイプ60は、パイプ体61a~61cを有し、パイプ体61a~61cはパイプ搭載部15a~15cに搭載される。放熱基板10は、実施形態2、3の放熱基板10A、10Bに代替されてもよい。
 実施形態2の放熱装置100Aは、前述した実施形態4の放熱基板10Cと、ヒートパイプ60とを備える。ヒートパイプ60は、パイプ体61a~61cを有し、パイプ体61a~61cはパイプ搭載部16a~16cに搭載され、かつ、金属板30に一部が覆われる。放熱基板10Cは、実施形態5~8の放熱基板10D~10Gに代替されてもよい。
 放熱装置100、100Aは、さらに、ヒートパイプ60に熱伝導可能に接続されたヒートシンク、並びに、冷却機構(例えば冷却ファン、冷却液回路等)の一方又は両方を備えてもよい。
 放熱装置100、100Aにおいて、放熱基板10、10Cの基体11は、外面がカバー部材20に覆われ、パイプ搭載部15a~15c、16a~16cの内面がパイプ体61a~61cに覆われてもよい。当該構成により、基体11の外面が外部に露出しない。したがって、基体11として、熱伝導率が高い一方、外面部の硬度向上を必須としない素材を適用しても、基体11の外面部を保護し、基体11が破損することを低減できる。
 パイプ体61a~61cは金属であってもよい。パイプ体61a~61cの外周面とパイプ搭載部15a~15c、16a~16cの内面との間には、熱伝導性の充填剤51が充填されてもよい。充填剤51としては、はんだ、熱伝導性樹脂接着剤などの硬化する材料(すなわち接合材)が適用されてもよいし、熱伝導性グリスなどの非硬化性の材料が適用されてもよい。
 電子デバイス200は、半導体素子210と、ヒートスプレッダ222とを有してもよい。さらに、ヒートスプレッダ222は、半導体素子210を収容するパッケージとしての機能を有してもよい。ヒートスプレッダ222は、半導体素子210に熱伝導性グリス55等を介して面接触してもよい。
 放熱装置100、100Aは、放熱基板10の第2面11b側が、ヒートスプレッダ222に、熱伝導性グリス53を介して面接触するように装着されてもよい。
 上記構成の放熱装置100、100Aによれば、発熱する電子デバイス200から放熱基板10、10Cを介して熱を受け、放熱基板10、10Cにおいて効率的に熱をヒートパイプ60に送り、当該熱を、ヒートパイプ60を介して外部へ放出することができる。したがって、大きな発熱量を有する電子デバイス200に対応して、高い放熱性を実現できる。
 以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示の放熱基板及び放熱装置は上記の実施形態に限られるものでない。例えば、上記実施形態では、カバー部材20として、金属の第1板21及び第2板22と、金属めっき23とを示したが、第1板21及び第2板22を省略して金属めっきをカバー部材としても適用してもよい。また、カバー部材として、膜状又は板状の樹脂を適用してもよい。その他、実施形態で示した細部は適宜変更可能である。
 以下、本開示の一実施形態を示す。一実施形態において、
(1)放熱基板は、
 炭素材を含む基体と、
 前記基体の外面に位置するカバー部材と、
 前記基体及び前記カバー部材にわたって位置する溝又は貫通孔であるパイプ搭載部と、
 を備える。
(2)上記(1)の放熱基板は、
 前記カバー部材の硬度は、前記基体の硬度よりも高い。
(3)上記(1)又は(2)の放熱基板は、
 複数の前記パイプ搭載部を有し、
 前記複数のパイプ搭載部が並ぶ方向をX方向、前記複数のパイプ搭載部の各々が延びる方向をY方向、前記X方向と前記Y方向とに延びる平面をXY平面、前記XY平面に交差する方向をZ方向と呼んだときに、
 前記基体の前記Z方向における熱伝導率が、前記カバー部材の熱伝導率よりも高い。
(4)上記(1)から(3)のいずれか1つの放熱基板は、
 前記カバー部材は金属である。
(5)上記(4)の放熱基板は、
 前記カバー部材は金属メッキを含む。
(6)上記(1)から(5)のいずれか1つの放熱基板は、
 前記基体は、第1面と前記第1面とは反対に位置する第2面とを有し、
 前記カバー部材は、前記第1面に位置する第1板と、前記第2面に位置する第2板と、前記基体及び前記第1板及び前記第2板を合わせた構成の外周面に位置する金属メッキと、を含む。
(7)上記(6)の放熱基板は、
 前記パイプ搭載部は、前記第1面と前記第2面との間で前記第1面に沿って延びる貫通孔であり、
 前記貫通孔が前記金属メッキを貫通している。
(8)上記(7)の放熱基板は、
 前記パイプ搭載部から前記第1面までの距離と、前記パイプ搭載部から前記第2面までの距離とが異なる。
(9)上記(6)放熱基板は、
 前記パイプ搭載部は、前記基体の前記第1面側に位置する溝であり、
 前記溝が延びる方向に交差する縦断面において、前記溝は前記第1板を分断し、前記溝の底に前記基体が位置する。
(10)上記(9)の放熱基板は、
 前記パイプ搭載部の少なくとも一部を前記溝の上方から覆う金属板を更に備える。
(11)上記(10)の放熱基板は、
 前記カバー部材は前記金属板をねじ止め可能なねじ穴を有する。
(12)一実施形態において、放熱装置は、
 上記(10)又は(11)の放熱基板と、
 前記パイプ搭載部に搭載されたパイプ体を含んだヒートパイプと、
 を備え、
 前記パイプ搭載部が前記金属板に覆われた範囲の縦断面において、
 前記パイプ体と前記基体及び前記カバー部材との対向部の長さが、前記金属板と前記パイプ体との対向部の長さよりも大きい、
 放熱装置。
(13)上記(12)の放熱装置は、
 前記縦断面において、前記パイプ体と前記基体との対向部の長さは、前記パイプ体と前記カバー部材との対向部の長さよりも大きい。
(14)上記(12)又は(13)の放熱装置は、
 前記パイプ体は金属であり、前記パイプ体と前記放熱基板との間に熱伝導性を有する充填剤が位置する。
(15)上記(12)から(14)のいずれか1つの放熱装置は、
 前記基体の外面が前記カバー部材と前記パイプ体とに覆われている。
 本開示は、放熱基板及び放熱装置に利用できる。
 10、10A~10G 放熱基板
 11 基体
 11a 第1面
 11b 第2面
 111、112 ブロック片
 118 接合材
 15a~15c、16a~16c パイプ搭載部
 18 ねじ穴
 20 カバー部材
 21 第1板
 22 第2板
 23 金属めっき
 30 金属板
 31 本体部
 32 フランジ部
 33 ねじ穴
 41 接合材
 44、51 充填剤
 60 ヒートパイプ
 61a~61c パイプ体
 62、63、65、66 対向部
 L1、L2 距離
 T1、T2 厚み
 100、100A 放熱装置
 200 電子デバイス

Claims (15)

  1.  炭素材を含む基体と、
     前記基体の外面に位置するカバー部材と、
     前記基体及び前記カバー部材にわたって位置する溝又は貫通孔であるパイプ搭載部と、
     を備える放熱基板。
  2.  前記カバー部材の硬度は、前記基体の硬度よりも高い、
     請求項1記載の放熱基板。
  3.  複数の前記パイプ搭載部を有し、
     前記複数のパイプ搭載部が並ぶ方向をX方向、前記複数のパイプ搭載部の各々が延びる方向をY方向、前記X方向と前記Y方向とに延びる平面をXY平面、前記XY平面に交差する方向をZ方向と呼んだときに、
     前記基体の前記Z方向における熱伝導率が、前記カバー部材の熱伝導率よりも高い、
     請求項1又は請求項2に記載の放熱基板。
  4.  前記カバー部材は金属である、
     請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の放熱基板。
  5.  前記カバー部材は金属メッキを含む、
     請求項4記載の放熱基板。
  6.  前記基体は、第1面と前記第1面とは反対に位置する第2面とを有し、
     前記カバー部材は、前記第1面に位置する第1板と、前記第2面に位置する第2板と、前記基体及び前記第1板及び前記第2板を合わせた構成の外周面に位置する金属メッキと、を含む、
     請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の放熱基板。
  7.  前記パイプ搭載部は、前記第1面と前記第2面との間で前記第1面に沿って延びる貫通孔であり、
     前記貫通孔が前記金属メッキを貫通している、
     請求項6記載の放熱基板。
  8.  前記パイプ搭載部から前記第1面までの距離と、前記パイプ搭載部から前記第2面までの距離とが異なる、
     請求項7記載の放熱基板。
  9.  前記パイプ搭載部は、前記基体の前記第1面側に位置する溝であり、
     前記溝が延びる方向に交差する縦断面において、前記溝は前記第1板を分断し、前記溝の底に前記基体が位置する、
     請求項6記載の放熱基板。
  10.  前記パイプ搭載部の少なくとも一部を前記溝の上方から覆う金属板を更に備える、
     請求項9記載の放熱基板。
  11.  前記カバー部材は前記金属板をねじ止め可能なねじ穴を有する、
     請求項10記載の放熱基板。
  12.  請求項10又は請求項11に記載の放熱基板と、
     前記パイプ搭載部に搭載されたパイプ体を含んだヒートパイプと、
     を備え、
     前記パイプ搭載部が前記金属板に覆われた範囲の縦断面において、
     前記パイプ体と前記基体及び前記カバー部材との対向部の長さが、前記金属板と前記パイプ体との対向部の長さよりも大きい、
     放熱装置。
  13.  前記縦断面において、前記パイプ体と前記基体との対向部の長さは、前記パイプ体と前記カバー部材との対向部の長さよりも大きい、
     請求項12記載の放熱装置。
  14.  前記パイプ体は金属であり、前記パイプ体と前記放熱基板との間に熱伝導性を有する充填剤が位置する、
     請求項12又は請求項13に記載の放熱装置。
  15.  前記基体の外面が前記カバー部材と前記パイプ体とに覆われている、
     請求項12から請求項14のいずれか一項に記載の放熱装置。
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