JP4005953B2 - 熱伝導スペーサ - Google Patents

Description

本発明は、回路装置における発熱性の電子部品の放熱を促進させるための熱伝導用部材に関する。

従来、プリント配線基盤等の基板上に設置された１つ以上の、多くの場合複数の半導体集積回路装置（ＩＣ）等の発熱性電子部品の放熱を促進させるために、それぞれの発熱性電子部品に、各１つの熱伝導性のシリコンゴム等からなる熱伝導用シートの一面側を密接させ、該各熱伝導用シートの他面側を共通のヒートシンクとしての１つの金属板、例えば上記基板を含む回路装置のための金属製シャーシに密接させることが行われていた。
特開平７−１１１３７８号公報

そして上記回路装置をラインで組み立てる際には予め、１つの、又は複数の場合は形状（大きさ）と厚みが同じではない熱伝導用シートをいちいち基板（例えばプリント配線基盤）上の所定の発熱性電子部品の位置を確認してその上面に正確に貼り付けていき、その後ヒートシンクをなすべきシャーシ上の所定位置に、該熱伝導用シートを貼着した電子部品が取り付けられた上記基板を取り付けるようにしていた。そのためいちいち基板上の所定の発熱性電子部品の位置を探して正確にその上に熱伝導用シートを貼り付けていくのに大きい手間が掛かっていた。

本発明の課題は、全体として掛ける手間を従来に比べて格段に少なくし、従って製造コストも大幅に削減して上記回路装置の製作を可能にする熱伝導用スペーサを提供することである。

請求項１に記載の熱伝導スペーサは、発熱性電子部品が設置された基板とヒートシンクとの間に介装される熱伝導スペーサであって、
一方の面が前記ヒートシンクに密着させられる電気絶縁性又は導電性材料の支持シートと、
前記発熱性電子部品近傍の基板面に密接させるべく予め決められた形状と厚みとを有して前記支持シートの他方の面に取り付けられた熱伝導用シートとからなり、
前記熱伝導用シートの一部は前記支持シートに設けられた孔にはまり込んで前記支持シートの一方の面側に露呈されていて、該露呈している表面が直接前記ヒートシンクに接して用いられることを特徴とする。

この熱伝導スペーサは、基板上の発熱性電子部品近傍の基板面に対して所定の熱伝導用シートが当接し得るよう、予め熱伝導用シートを１つの所定形状の支持シート上に配設しておくので、これを別のラインにおいて自動機を用いて効率的に製作することが可能となる。また、このように、上記熱伝導用シートは、基板面に対して当接される態様をとるため、該熱伝導用シートの厚みは、上記基板と支持シートとの間隔にほぼ一致させればよく、発熱性電子部品の形状に左右されることなく製作できる。
しかも、熱伝導用シートの一部は支持シートに設けられた孔にはまり込んで支持シートの一方の面側に露呈されていて、その露呈している表面が直接ヒートシンクに接して用いられる。すなわち熱伝導用シートを直接ヒートシンクに密接させることができるので、ヒートシンクへの伝熱をより有効に行える。

請求項２に記載の熱伝導スペーサは、基板上に設置された発熱性電子部品とヒートシンクとの間に介装される熱伝導スペーサであって、
一方の面が前記ヒートシンクに密着させられる電気絶縁性又は導電性材料の支持シートと、
前記発熱性電子部品近傍の基板面に密接させるべく予め決められた形状と厚みとを有して前記支持シートの他方の面に取り付けられた複数の熱伝導用シートとからなり、
各々の前記熱伝導用シートの一部は前記支持シートに設けられた孔にはまり込んで前記支持シートの一方の面側に露呈されていて、該露呈している表面が直接前記ヒートシンクに接して用いられることを特徴とする。

この熱伝導スペーサは、基板上の発熱性電子部品に対して所定の熱伝導用シートが対応し得るよう、予め熱伝導用シートを１つの所定形状の支持シート上に配設しておくので、これを別のラインにおいて自動機を用いて効率的に製作することが可能となり、一方上記回路装置の組立ラインではこの発明の熱伝導スペーサを基板付き発熱性電子部品とヒートシンクとに対して所定の位置関係に容易に配置し得てそれらを固定するだけでよくなる。
しかも、各々の熱伝導用シートの一部は支持シートに設けられた孔にはまり込んで支持シートの一方の面側に露呈されていて、その露呈している表面が直接ヒートシンクに接して用いられる。すなわち、各々の熱伝導用シートを直接ヒートシンクに密接させることができるので、ヒートシンクへの伝熱をより有効に行える。

請求項１又は２に記載の熱伝導スペーサにおいて、支持シートを電気絶縁用シートとすれば、通常金属製とされるヒートシンクに対して基板上の電子回路を電気絶縁的環境に置くことができる。

その場合、電気絶縁用シートを合成樹脂にすれば、安価かつ製造容易にして、軽量で電気絶縁性のシートを得ることができる。合成樹脂として例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリイミド等を好ましく用いることができる。

また、前記電気絶縁用シートは熱伝導性充填材を混入した合成樹脂にできる。

合成樹脂に熱伝導性充填材を混入すると、電気絶縁性を何ら損なうことなく熱伝導性も、熱伝導用シートと同程度に高めておくことができる。

請求項１又は２に記載の熱伝導スペーサにおいて、支持シートを導電性材料で構成すれば、熱伝導性に加え、ＥＭＣ効果（電磁適合性）をも得られる。なお、この場合の導電性材料としては、金属材料でもよいし、ＥＭＣ効果を高める素材としてのカーボン、カーボンファーバー、金属粒子等を混入した材料を使用してもよい。

請求項１又は２に記載の熱伝導スペーサにおいて、熱伝導用シートは熱伝導性充填材を混入した弾性材にできる。

この場合、熱伝導用シートとして生ゴム、天然ゴム、合成ゴム（加硫ゴム及び熱可塑性エラストマーを含む）等のゴムを含む弾性材に、粉末状の熱伝導性充填材を混入したものを用いる。このため合成樹脂を用いる場合に比べて弾力性に富み発熱性電子部品に密着させ易くなる。ゴムは具体的には例えば、シリコーンゴム、ウレタン系ゴム、スチレン系ゴム等の合成ゴムを好ましく用いることができる。熱伝導性は熱伝導性充填材を混入して付与するので熱伝導性の調節を容易かつ安価に行うことができる。
上記熱伝導性充填材としてアルミナ、ベリリヤ、マグネシヤ、シリカファイバー、酸化亜鉛、窒化アルミニュウム、コージライト、チタン酸アルミニュウム、遷移金属酸化物系のセラミックス等のセラミックスを用いるときは、電気絶縁性も高く保持されて有利である。一方、銀、銅、カーボンブラック、黒鉛、炭素繊維等の非電気絶縁性の材料も用いることができる。
又この熱伝導用シートの、例えば合成樹脂からなる電気絶縁用シート又は金属のヒートシンクの面と接触する表面部分に、いわゆる皺加工、サンドブラスト加工等の粗面加工の予備加工を行っておくことによって、接触面同士を押圧したときに密着する面積が増えることによって熱伝導性が向上されるとともに上記押圧した際に両接触面同士が接着し合う性質が生じるために熱伝導用シートの電気絶縁用シート又はヒートシンクに対する接合に有利に利用できる。

請求項１又は２に記載の熱伝導スペーサにおいて、支持シートの熱伝導用シートが取り付けられない部分に孔を設け該孔を通気孔として用いることができる。

支持シートに孔を設け、更にヒートシンクの対応位置にも孔を設けて通気孔を形成するれば、熱の対流による発散をより促進できる。

請求項１又は２に記載の熱伝導スペーサにおいて、支持シートの部分がヒートシンクが設けられる側に折れ曲げられて形成される如き舌状突起片を備え、該舌状突起片を介してヒートシンクと弾力的に接触させて用いることができる。

その舌状突起片の部分で支持シートはヒートシンクに対して一段と強く、従って一段と密着性を増して接するので、熱伝導がより有効に行われる。

請求項１又は２に記載の熱伝導スペーサにおいて、熱伝導用シートの支持シートと接する面又は該支持シートの該熱伝導用シートと接する面のいずれかに予め設けた粘着材層を介して該熱伝導用シートと該支持シートとを接着することができる。

こうすると、熱伝導スペーサの製造工程で熱伝導用シートと支持シートとを所定の位置関係で固定するのに、粘着材層を予めいずれか一方のシートの接触しあう部分に塗布しておくことで、該粘着材層を設けたシートと他方のシートとを圧接するようにするだけで両者の取付ができ、熱伝導スペーサの製作が容易となる。

請求項１又は２に記載の熱伝導スペーサにおいて、熱伝導スペーサは、発熱性電子部品と、該発熱性電子部品が設けられた基板が取り付けられたシャーシに対して一体的に設けられたヒートシンクをなす金属板との間に加圧介装させて用いることができる。

このように用いると、発熱性電子部品を設けた基板をシャーシを用いて使用する際に発熱性電子部品とヒートシンクとに対する熱伝導スペーサの密着性、従って伝熱的結合をより充分にかつ容易に得ることができる。

［実施例］
図１に示すように、熱伝導スペーサ１は、合成樹脂シートの打ち抜き加工で形成した電気絶縁用シート２の片面側に、複数のそれぞれ予め決められた厚みと断面形状をもつシリコーンゴム製の熱伝導用シート３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを予め決められた配置で取り付けて形成されている。

この熱伝導スペーサ１は、例えば次のようにして使用される。
まず金属製シャーシ４のヒートシンクをなすべき一方の金属板部分４２の側に所定位置関係を保持して熱伝導スペーサ１を仮止めしておく。
次いでＩＣチップ等の発熱性電子部品７ｂ，７ｄが取り付けられたプリント配線基板（図２では簡略して描かれている）６をロッキングカードスペーサ５１、５２にて金属製シャーシ４の他方の金属板部分４１に固定する。このプリント配線基板６の固定はロッキングカードスペーサ５１、５２のスナップ止めによるので、殆どワンタッチでプリント配線基板６が金属板部分４１に対し所定面方向位置と所定高さに固定される。
これにより、熱伝導スペーサ１はシャーシ４の金属板部分４２と発熱性電子部品７ｂ，７ｄとの間に正しくかつ所定の加圧下に介装され、熱伝導スペーサ１の熱伝導用シート３ｂ，３ｄの面は発熱性電子部品７ｂ，７ｄに密着し、電気絶縁用シート２の面はヒートシンク４２に密着する。しかして発熱性電子部品７ｂ、７ｄからの熱がヒートシンク４２側へ充分に良好に伝達されるようになる。

図３は、熱伝導用シート３ａ、３ｂの電気絶縁用シート２に対する取り付け構造を示している。
熱伝導用シート３ａ、３ｂの一方の面側の周縁部には、ほぼ段差が電気絶縁用シート２の厚みに等しくされた段部３１ａが形成されており、この部分を電気絶縁用シート２に設けた孔２１に強くはめ込んで取り付けが行われている。そして上記熱伝導スペーサ１を、発熱性電子部品７ａ、７ｂとヒートシンク４２との間に介装したときには、各熱伝導用シート３ａ、３ｂは直接ヒートシンク４２に密設するようにして用いられる。

上記実施例の熱伝導スペーサ１において、図４に断面構造を示す電気絶縁用シート２０１を使用することもできる。すなわち、その本体をなす電気絶縁性シート部分、ここでは合成樹脂の部分２０２のヒートシンクと接する側に、合成樹脂部分２０２の面に密着して形成された金属の薄膜技術によるコーティング層２０３を備える。金属コーティング層２０３は、例えば別途設けられるヒートシンクと接触させてヒートシンクの一部をなすようにして用いられ、熱伝導用シートからヒートシンクへの熱の伝導性をより効率化する。

また、図５に示す構造の電気絶縁用シート２０４を用いることもできる。この電気絶縁用シート２０４は、その熱伝導用シートが取り付けられない部分に、通気用の孔２０５、２０５・・・が設けられ、ヒートシンク側の対応部位にも設けられた孔と協働して通気孔を形成して、対流による放熱を促進するようにする。なお、上記電気絶縁用シート２０４は、そのヒートシンクと接するべき側の表面に、ヒートシンク又はその一部をなすべき金属表面層２０６が設けられている場合を示す。

或いは、図６に示す構造の電気絶縁用シート２０７を用いることもできる。この電気絶縁用シート２０７は、その舌片状に切断された部分が上記ヒートシンクが設けられる側に折れ曲げられて形成される如き舌状突起片２０８、２０８を備え、該舌状突起片を介して上記ヒートシンクと弾力的に接触させて用いるようにする。上記舌状突起片２０８、２０８の部分で電気絶縁用シート２０７はヒートシンクに対して一段と強く、従って一段と密着性を増して接するので、熱の発散がより有利に行われる。なお、上記電気絶縁用シート２０７は、そのヒートシンクと接するべき側の表面に、ヒートシンクの一部をなすべき金属表面層２０９が設けられている場合を示す。

熱伝導スペーサ１は、図７に示す使用形態とすることができる。
即ち、熱伝導用シート３ａ、３ｂは、基板６に対して、発熱性電子部品１７ｂ，１７ｄとは反対側の面に圧接される。一方、電気絶縁用シート２における熱伝導用シート３ａ、３ｂが設けられた面とは反対側の面は、ヒートシンク４２に密着する。この結果、発熱性電子部品１７ｂ，１７ｄから発生した熱は基板６を介してヒートシンク４２側へ充分良好に伝達される。

この図７の形態は、特に発熱性電子部品１７ｂ，１７ｄが挿入実装タイプの部品である場合に都合がよい。すなわち、部品から延出したリード線が、基板６の当該各発熱性電子部品とは反対側の面に突出し、はんだ付けされているような部品である場合には、このはんだ等に上記熱伝導用シート３ａ、３ｂを密着させて熱を奪う構成とすればよい。この場合、熱伝導用シート３ａ、３ｂの厚みはいずれも金属板部分４２と基板６の裏面との間の間隔にほぼ一致させればよいため、発熱性電子部品１７ｂ，１７ｄの高さ等を考慮する必要がなくなる。また、このため、熱伝導用シート３ａ、３ｂの厚みを薄く構成することができ、熱伝導用シートのコスト削減にもつながる。また更に、熱伝導用シート３ａ、３ｂを各発熱性電子部品１７ｂ，１７ｄの各々について設ける必要がなく、一体的の薄いシートとして構成することができる。

なお、上記の例では、挿入実装タイプの発熱性電子部品に好適だと述べたが、表面実装タイプ、その他のタイプの発熱性電子部品に使用してもよいことはもちろんである。ただし、この場合発熱性電子部品から発生した熱は、基板を介して伝達されるため、熱伝導用シートを発熱性電子部品の近傍に配置する必要がある。また、図７では、好適な例として熱伝導用シート３ａ、３ｂが発熱性電子部品１７ｂ，１７ｄのちょうど裏側に配置される構成を示しているが、多少ずれていてもかまわない。また、発熱性電子部品１７ｂ，１７ｄを、基板６に対して熱伝導用シート３ａ、３ｂとは反対側に設けているが（図７においては、基板６の下面）、同じ側（図７においては、基板６の上面）に設けてもよいことはもちろんである。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明の実施の形態は、上記の実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の態様で実施できることはいうまでもない。

上記実施例では、熱伝導スペーサ１の支持シートとして電気絶縁用シート２を使用したが、該電気絶縁用シートではなく、導電性材料で構成される支持シートを使用してもよい。具体的には、図２における電気絶縁用シート２を導電性材料のシートで構成してもよい。このようにすれば、熱伝導性に加え、ＥＭＣ効果をも得られる。なお、この場合の導電性材料としては、金属材料でもよいし、ＥＭＣ効果を高める素材としてのカーボン、カーボンファーバー、金属粒子等を混入した材料を使用してもよい。

本発明の実施形態の熱伝導スペーサの斜視図である。 上記熱伝導スペーサを、プリント配線基板上に設けた発熱性電子部品と共に、ヒートシンクをなす金属製のシャーシ内に設置した状態の部分断面を示す図である。 図２の部分拡大図である。 電気絶縁用シートの変形例（１）の部分断面を示す図である。 電気絶縁用シートの変形例（２）の部分断面を示す図である。 電気絶縁用シートの変形例（３）の部分断面を示す図である。 熱伝導スペーサを発熱性電子部品とは反対側の基板面に接触させる例の説明図である。

符号の説明

１…熱伝導スペーサ
２、２０１，２０４，２０７…電気絶縁用シート
３ａ，３ｂ…熱伝導用シート
４２、４３…ヒートシンク
６…基板、
７ａ，７ｂ，７ｄ，１７ｂ，１７ｄ・・・…発熱性電子部品

Claims (2)

1. 発熱性電子部品が設置された基板とヒートシンクとの間に介装される熱伝導スペーサであって、
   一方の面が前記ヒートシンクに密着させられる電気絶縁性又は導電性材料の支持シートと、
   前記発熱性電子部品近傍の基板面に密接させるべく予め決められた形状と厚みとを有して前記支持シートの他方の面に取り付けられた熱伝導用シートとからなり、
   前記熱伝導用シートの一部は前記支持シートに設けられた孔にはまり込んで前記支持シートの一方の面側に露呈されていて、該露呈している表面が直接前記ヒートシンクに接して用いられること
   を特徴とする熱伝導スペーサ。
2. 基板上に設置された発熱性電子部品とヒートシンクとの間に介装される熱伝導スペーサであって、
   一方の面が前記ヒートシンクに密着させられる電気絶縁性又は導電性材料の支持シートと、
   前記発熱性電子部品近傍の基板面に密接させるべく予め決められた形状と厚みとを有して前記支持シートの他方の面に取り付けられた複数の熱伝導用シートとからなり、
   各々の前記熱伝導用シートの一部は前記支持シートに設けられた孔にはまり込んで前記支持シートの一方の面側に露呈されていて、該露呈している表面が直接前記ヒートシンクに接して用いられること
   を特徴とする熱伝導スペーサ。

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