JP2002093962A - 電子部品用放熱体、電子部品装置、電気回路装置、及びコンピュータ - Google Patents
電子部品用放熱体、電子部品装置、電気回路装置、及びコンピュータInfo
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Abstract
ート部34との間にサーマルグリース37を介在させる
CPUパッケージ21において、熱膨張率の差に因る配
線基板24の撓み運動に伴うサーマルグリース37内の
気泡生成を防止する。 【解決手段】 通孔38が、プレート部34のほぼ中心
に、プレート部34を貫通するように、形成される。
Description
体、電子部品装置、電気回路装置、及びコンピュータに
関し、詳しくは熱伝導性半流動材内の気泡生成を防止す
る電子部品用放熱体、電子部品装置、電気回路装置、及
びコンピュータに関するものである。
基板72の撓み過程におけるサーマルグリース74内の
気泡75の生成を示す図である。CPUチップ71は配
線基板72の所定部に実装され、ヒートシンク73は、
CPUチップ71の上側に配置され、CPUチップ71
より大きい広さをもち、下面側においてCPUチップ7
1の上面に当てられる。CPUチップ71とヒートシン
ク73とを直接、接触させても、両者の接触面の細かい
凹凸のために、また、CPUチップ71の強度上、ヒー
トシンク73を配線基板72に固定しているボルト(図
示せず)によりヒートシンク73をCPUチップ71へ
強く押し付けることができないために、CPUチップ7
1とヒートシンク73との実質的な接触面積は小さく、
CPUチップ71からヒートシンク73への熱伝導経路
の熱抵抗は高くなる。また、熱設計上、CPUチップ7
1とヒートシンク73との接触部は、CPUチップ71
からヒートシンク73までの熱伝導経路において、熱密
度の最も高い部分となっている。これに対処するため
に、サーマルグリース74をCPUチップ71の上面と
ヒートシンク73の下面との間に介在させて、両者の間
に、熱抵抗の増大原因になる空気が残らないようにして
いる。
に、「ポンプアウト」と言う問題が生じ得ることが知られ
るところとなった。すなわち、ヒートシンク73は両端
を配線基板72の所定部にボルトを介して固定されてお
り、また、配線基板72とヒートシンク73とは熱膨張
率に差異があるので、電子部品装置の温度の変化に伴
い、配線基板72の撓み量が増減し、CPUチップ71
とヒートシンク73との間隙寸法が増減する。図7
(a)、(b)、及び(c)はサーマルグリース74の中
心部のCPUチップ71−ヒートシンク73間の間隙寸
法がそれぞれ標準、標準より小、及び標準となったとき
のサーマルグリース74の状態変化を示している。サー
マルグリース74は、(a)では、CPUチップ71の
頂面の範囲にちょうど収まるように、存在し、(b)で
は、間隙量縮小のために、該範囲から外へ膨らみ、
(c)では、(b)のときに該範囲の外へ膨らんだCPU
チップ71の一部が該範囲へ戻らず、あるいは戻るのが
遅れ、結果として、気泡75がサーマルグリース74内
に取り込まれてしまう。気泡75は大きな熱抵抗となる
ので、サーマルグリース74における気泡75の生成は
防止しなければならない。
ヒートシンクと基材とを半田付けする場合に、基材面と
半田との間に空気が残るのを回避するために、基材面
に、残留空気を円滑に排出する溝を形成するとともに、
該溝に半田が適切に埋まるように、該溝を金属面とする
ことを開示する。該先行文献は、サーマルグリース等の
熱伝導性半流動材内の気泡生成を抑止する技術について
はなんら言及しておらず、また、該溝は熱伝導性半流動
材内の気泡生成を抑止することはできない。
ような「ポンプアウト」に因る熱伝導性半流動材内の気
泡生成を有効に防止できる電子部品用放熱体、その電子
部品用放熱体を装備する電子部品装置、その電子部品装
置を装備する電気回路装置、及びその電気回路装置を装
備するコンピュータを提供することである。
放熱体は次のものを有している。 ・発熱体からの熱を受ける受熱面 ・受熱面からの伝導熱を放射する放熱部 ・一端において受熱面へ開口し他端において受熱面以外
の部位へ開口し一端側から導入される熱伝導性半流動材
が進退する1個又は複数個の通孔
通孔に限定されない。例えば、電子部品用放熱体が柱状
部分を有し、通孔が該柱状部分に形成されている場合に
は、通孔は、一端側から該柱状部分の中心線方向へ延
び、途中から該柱状部分の周部へ向かって屈曲して、他
端を該周部に開口させるものであってよい。通孔の個数
及び各通孔の径は、電子部品用放熱体を装備する電子部
品装置において電子部品と電子部品用放熱体との間隙の
寸法増減にもかかわらず、熱伝導性半流動材の先端が該
通孔内に留まるのを保証できるものに設定される。な
お、典型的な例では、電子部品用放熱体は、金属製、例
えばアルミニウム製であり、電子部品用放熱体の熱伝導
率は熱伝導性半流動材の約200倍であり、熱伝導性半
流動材の層において通孔の対応部位は、発熱体から電子
部品用放熱体への熱伝達経路の熱抵抗を増大させること
になるので、通孔の個数及び径は小さい程、通孔形成に
よる熱抵抗の増大を抑制することができる。
である。熱伝導性半流動材とは例えばサーマルグリース
である。
動材は、その層厚の変化に伴い、周辺の方へ膨縮するこ
とになるが、通孔の存在により、熱伝導性半流動材は、
その層厚の変化に伴い通孔内への導入量を変化させて、
周辺の方への膨縮を抑制される。こうして、熱伝導性半
流動材の放射方向への膨縮に伴う熱伝導性半流動材内へ
の気泡の侵入が防止される。
時に熱伝導性半流動材の層に気泡が存在する可能性もあ
るが、熱伝導性半流動材が電子部品用放熱体の通孔に進
入するのを目安にして、熱伝導性半流動材を電子部品用
放熱体の受熱面と発熱体との間へ充填する熱伝導性半流
動材の量を選べは、製造段階における熱伝導性半流動材
の層への気泡の侵入を防止できる。
発明の電子部品用放熱体において、さらに、次のものを
有している。 ・受熱面を一方の面側にもつプレート部 ・プレート部をその厚さ方向へほぼ直線で延びる通孔
熱面に対して反対側のプレート部の面において複数個の
放熱用フィンを有していてもよいし、また、プレート部
だけから成るものであってもよい。
純な直線で穿設されればよいので、通孔の製造を簡単化
できる。
第1の発明の電子部品用放熱体において、通孔は、受熱
面のほぼ中心に1個だけ設けられている。
子部品用放熱体の伝導率より低く、熱伝導性半流動材の
層において通孔の対応部位では、発熱体から電子部品用
放熱体までの熱抵抗が増大する(ただし、この通孔の形
成による熱抵抗の増大は気泡の生成による熱抵抗の増大
よりはるかに小さい。)。このため、通孔の個数及び径
は小さい方が好ましい。受熱面が比較的小さいときは、
周辺方向への熱伝導性半流動材の押出し抑制のために必
要な通孔の容積は小さくて済み、受熱面における受熱量
の分布がほぼ一様であるときには、通孔は受熱面のほぼ
中心に1個あれば十分であり、また、通孔を1個のみに
することにより通孔の形成に因る熱伝導性半流動材の層
における熱抵抗の増大を抑制できる。
第1の発明の電子部品用放熱体において、通孔は、受熱
面において分布して、複数個、設けられている。
孔が受熱面のほぼ中心に1個だけであると、周辺方向へ
の熱伝導性半流動材の押出しを抑制するために必要な通
孔の径又は長さは増大する。通孔の長さ増大に制約があ
る場合には、通孔の径を増大することになるが、通孔の
径の増大は熱伝導性半流動材の層における通孔の対応部
位の熱抵抗を増大させる。通孔が1個のみである場合
に、その通孔の径を増大させることは、熱伝導性半流動
材の層における該通孔の対応部位の温度上昇を際立たせ
ることになる。第4の発明によれば、1個の大きな通孔
を設ける代わりに、複数個の通孔を分散して設けること
により、各通孔の径を小さく維持しつつ、熱伝導性半流
動材の層の通孔の対応部位における温度上昇を抑制でき
る。
している。 ・第1又は第2の発明のいずれかの発明の電子部品用放
熱体 ・発熱体としての電子部品 ・電子部品の所定面と電子部品用放熱体の受熱面との間
に介在する熱伝導性半流動材
伝導性半流動材を介して電子部品用放熱体の受熱面へ伝
導し、電子部品用放熱体の放熱部から放出される。熱伝
導性半流動材の層の両面間の距離が減少すると、熱伝導
性半流動材は電子部品用放熱体の通孔を進行し、また、
該距離が増大すると、熱伝導性半流動材は電子部品用放
熱体の通孔を退行する。これにより、熱伝導性半流動材
の層の側面の膨縮は抑制され、熱伝導性半流動材内へ気
泡が取り込まれて、熱伝導性半流動材の層の熱抵抗が増
大するのが防止される。
の発明の電子部品装置において、電子部品はLSIであ
る。
CPU(中央処理装置)、メモリコントローラ、及びビ
デオコントローラ等を含む。
している。 ・第5の発明の電子部品装置 ・電子部品装置が実装されている配線基板
ーボードである。
ト等の締付け手段等により固定されているとともに、配
線基板と電子部品用放熱体とは熱膨張率が相違してい
る。したがって、電気回路装置の温度変動に伴い、配線
基板が電子部品用放熱体に対する撓み度を変化させ、電
子部品と電子部品用放熱体との間の間隙の寸法が増減す
る。電子部品用放熱体に通孔がない場合には、電子部品
と電子部品用放熱体との間の間隙の寸法増減に伴い、熱
伝導性半流動材の層の側面は膨縮し、気泡が熱伝導性半
流動材内に入り込み、熱伝導性半流動材の層の熱抵抗を
増大させることがある。第7の発明では、電子部品用放
熱体における通孔の存在により、電子部品と電子部品用
放熱体との間の間隙の増減に伴い、熱伝導性半流動材が
通孔内で進退し、これにより、熱伝導性半流動材の層の
側面の膨縮は抑制され、気泡が熱伝導性半流動材内に取
り込まれるのが防止される。
電気回路装置を装備し、電子部品はCPUである。
トップ型のパーソナルコンピュータを含む。
している。 ・第3又は第4の発明の電子部品用放熱体 ・発熱体としての電子部品 ・電子部品の所定面と電子部品用放熱体の受熱面との間
に介在する熱伝導性半流動材
9の発明の電子部品装置において、電子部品はLSIで
ある。
有している。 ・第9の発明の電子部品装置 ・電子部品装置が実装されている配線基板
1記載の電気回路装置を装備し、電子部品はCPUであ
る。
図面を参照して説明する。図1はデスクトップコンピュ
ータ10の正面図である。デスクトップコンピュータ1
0は、コンピュータ本体11、キーボード12、ディス
プレイ13、及び左右スピーカ14を装備している。
0のコンピュータ本体11に装備されるマザーボード2
0の概略図である。マザーボード20は配線基板本体2
4を有し、配線基板本体24には、CPUパッケージ2
1の他に、チップ22、及びIC23等のIC類、さら
に、ISAやPCIのスロット25、シリアル/パラレ
ルコネクタやキーボード/マウスコネクタ等のコネクタ
26、さらにメモリソケット27等が実装されている。
る。CPUチップ31は配線基板本体24に取り付けら
れ、ヒートシンク32は、CPUチップ31の上方に配
置され、周辺部の所定個所において複数個のボルト33
により配線基板本体24に固定されている。ヒートシン
ク32は、CPUチップ31の頂面に対して平行に広が
ってCPUチップ31の頂面を覆うプレート部34と、
プレート部34の上面において等間隔で相互に平行に配
置されプレート部34から起立している複数個のフィン
部35とを有している。プレート部34は、その下面に
おいてCPUチップ31の頂面に当てられるが、CPU
チップ31の強度上、あまり強くCPUチップ31の頂
面に当てることができない。また、CPUチップ31の
頂面及びプレート部34の下面の凹凸の存在により、C
PUチップ31の頂面とプレート部34の下面とを直
接、接触させても、実質的な接触面積は小さい。すなわ
ち、CPUチップ31の頂面及びプレート部34の下面
との間に空気が残り、両者間の熱抵抗増大の原因にな
る。これに対処するため、サーマルグリース37がCP
Uチップ31の頂面とプレート部34の下面との間に充
填され、CPUチップ31の頂面及びプレート部34の
下面との間に空気は除去される。サーマルグリース37
としては例えば信越化学工業(株)のシリコングリース
G765が採用される。プレート部34の下面における
サーマルグリース37の付着面は受熱面39を構成す
る。通孔38は、サーマルグリース37の中心に位置
し、プレート部34を上下方向へ直線で貫通し、下端は
サーマルグリース37に開口し、上端はプレート部34
の上面に開口している。
るCPUパッケージ21のサーマルグリース37の状態
を示す図である。CPUパッケージ21は、最初、
(a)の第1の温度T1にあり、次に、(b)の第2の
温度T2(T2はT1とは異なる値。)となり、次に、
(c)の第1の温度T1に戻る。(b)では、配線基板
本体24がヒートシンク32の方へ凸に撓み、CPUチ
ップ31の頂面とヒートシンク32のプレート部34の
下面との間隙(以下、この間隙を適宜、「間隙A」と言
うことにする。)の寸法は特に受熱面39の中心のサー
マルグリース37の近辺において縮小する。この縮小に
より該縮小部位から押出されるサーマルグリース37
は、サーマルグリース37の周辺の方へ向かうのを抑制
され、通孔38へ導入され、通孔38を上へ進行する。
(c)では、配線基板本体24がヒートシンク32の方
へ凸の撓みを解消されて、間隙Aは元の標準寸法に戻
る。この戻りにより通孔38内のサーマルグリース37
が下へ退行して、間隙Aの寸法の増大した部分へ円滑に
供給される。こうして、サーマルグリース37の側面部
の膨縮は抑制され、サーマルグリース37へ気泡が取り
込まれるのが防止される。
PUパッケージ21の正面図である。冷却ファン装置5
0は、ファン52を有し、ヒートシンク32の上部に固
定される。ファン52の回転によりヒートシンク32の
フィン部35の間の間隙に空気が強制的に流され、CP
Uチップ31の冷却効果が向上する。
PUパッケージ21の正面図である。ヒートシンク60
は、上下方向へ延びる所定径の柱部61と、柱部61の
延び方向へ等間隔で柱部61に固定されかつ柱部61か
ら水平方向へ広がる複数個のフィン部62とを有し、最
下部のフィン部62をCPUチップ31の頂面に対峙さ
せている。縦通孔63は、柱部61の中心線に沿って延
び柱部61を貫通している。柱部61を上下方向へ貫通
する縦通孔63の代わりに、柱部61の途中で直角に屈
曲して柱部61の周部へ開口する屈曲通孔64を設けて
もよい。また、柱部61ではなく、最下段のフィン部6
2に1個又は複数個の通孔65を設けることもできる。
タ本体に装備されるマザーボードの概略図である。
のサーマルグリースの状態を示す図である。
の正面図である。
の正面図である。
程におけるサーマルグリース内の気泡の生成を示す図で
ある。
Claims (12)
- 【請求項1】 発熱体からの熱を受ける受熱面、 前記受熱面からの伝導熱を放射する放熱部、及び 一端において前記受熱面へ開口し他端において前記受熱
面以外の部位へ開口し 一端側から導入される熱伝導性半流動材が進退する1個
又は複数個の通孔、を有していることを特徴とする電子
部品用放熱体。 - 【請求項2】 前記受熱面を一方の面側にもつプレート
部、及び前記プレート部をその厚さ方向へほぼ直線で延
びる前記通孔、を有していることを特徴とする請求項1
記載の電子部品用放熱体。 - 【請求項3】 前記通孔は、前記受熱面のほぼ中心に1
個だけ設けられていることを特徴とする請求項1記載の
電子部品用放熱体。 - 【請求項4】 前記通孔は、前記受熱面において分布し
て、複数個、設けられていることを特徴とする請求項1
記載の電子部品用放熱体。 - 【請求項5】 請求項1又は2記載の前記電子部品用放
熱体、 前記発熱体としての電子部品、及び前記電子部品の所定
面と前記電子部品用放熱体の前記受熱面との間に介在す
る熱伝導性半流動材、を有していることを特徴とする電
子部品装置。 - 【請求項6】 前記電子部品はLSIであることを特徴
とする請求項5記載の電子部品装置。 - 【請求項7】 請求項5記載の電子部品装置、及び前記
電子部品装置が実装されている配線基板、を有している
ことを特徴とする電気回路装置。 - 【請求項8】 請求項7記載の電気回路装置を装備し、
前記電子部品はCPUであることを特徴とするコンピュ
ータ。 - 【請求項9】 請求項3又は4記載の前記電子部品用放
熱体、 前記発熱体としての電子部品、及び前記電子部品の所定
面と前記電子部品用放熱体の前記受熱面との間に介在す
る熱伝導性半流動材、を有していることを特徴とする電
子部品装置。 - 【請求項10】 前記電子部品はLSIであることを特
徴とする請求項9記載の電子部品装置。 - 【請求項11】 請求項9記載のの電子部品装置、及び
前記電子部品装置が実装されている配線基板、を有して
いることを特徴とする電気回路装置。 - 【請求項12】 請求項11記載の電気回路装置を装備
し、前記電子部品はCPUであることを特徴とするコン
ピュータ。
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