(57)【要約】      （修正有）【課題】効果的に放熱効果を向上させ、製品の過酷な放熱要件を比較的容易に満たすことのできる放熱構造を提供する。【解決手段】放熱構造１００は、基板１１０と、電子部品１２０と、シールド１３０と、熱伝導性フィラー１４０とを含む。基板１１０は担持面１１０ａを有する。電子部品１２０は担持面１１０ａ上に設けられる。シールド１３０は電子部品１２０を覆い且つ基板１１０と共にキャビティＣを形成する。熱伝導性フィラー１４０はキャビティＣを満たす。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
放熱構造であって、  担持面を有する基板と、  前記担持面上に設けらた電子部品と、  前記電子部品を覆い且つ前記基板にキャビティを形成するシールドと、  前記キャビティに充填される熱伝導性フィラーと  を含む、  放熱構造。
【請求項２】
前記熱伝導性フィラーの材料が非固体熱伝導性材料と固体熱伝導性材料との組合せを含む、  請求項１に記載の放熱構造。
【請求項３】
前記非固体熱伝導性材料がサーマルグリス、電解液、又はそれらの組合せを含み、前記固体熱伝導性材料が熱伝導係数の高い半導体材料、金属酸化物、金属合金、又はそれらの組合せを含む、  請求項２に記載の放熱構造。
【請求項４】
前記熱伝導性フィラーが、少なくとも２層が積み重なった積層構造である、  請求項１に記載の放熱構造。
【請求項５】
前記積層構造の隣接する２つの層の材料が異なる、  請求項４に記載の放熱構造。
【請求項６】
前記熱伝導性フィラーが第１熱伝導性充填物と第２熱伝導性充填物とを含み、前記第１熱伝導性充填物が前記第２熱伝導性充填物中に分散され、前記第１熱伝導性充填物が顆粒状であり、前記第２熱伝導性充填物が流体状である、  請求項１に記載の放熱構造。
【請求項７】
前記キャビティ内が空隙を有さないよう、前記熱伝導性フィラーが前記キャビティを満たす、  請求項１に記載の放熱構造。
【請求項８】
前記シールドが少なくとも１つの封止部材を含み、前記少なくとも１つの封止部材が前記キャビティに密閉空間を形成するよう設けられる、  請求項１に記載の放熱構造。
【請求項９】
前記シールド上に設けられた放熱部材を更に含む、  請求項１に記載の放熱構造。
【請求項１０】
前記熱伝導性フィラーと前記電子部品が電気的に絶縁された、  請求項１に記載の放熱構造。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は構造に関するものであり、特に放熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】  既存の電子製品において、電子部品はシールドと基板との間のキャビティに設けられ、キャビティ内は熱伝導能力が劣る空気が充満している。このため、電子部品が発した熱量を効果的に伝導することができず、製品の放熱効果を劣らせる。更に、既存の電子製品のパワー出力は高まり続けており、材料の放熱性に対する要件が大幅に高まる傾向において、当業者は効果的に放熱効果を向上させ、製品の過酷な放熱要件を満たす構造を懸命に求めている。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】  本考案は、効果的に放熱効果を向上させ、製品の過酷な放熱要件を比較的容易に満たすことのできる放熱構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  本考案の放熱構造は、基板と、電子部品と、シールドと、熱伝導性フィラーとを含む。基板は担持面を有する。電子部品は担持面上に設けられる。シールドは電子部品を覆い且つ基板と共にキャビティを形成する。熱伝導性フィラーはキャビティに充填される。【０００５】  本考案の１つの実施形態において、上述した熱伝導性フィラーの材料は非固体熱伝導性材料と固体熱伝導性材料との組合せを含む。【０００６】  本考案の１つの実施形態において、上述した非固体熱伝導性材料はサーマルグリス、電解液又はそれらの組合せを含み、固体熱伝導性材料は熱導電係数の高い半導体材料、金属酸化物、金属合金、金属又はそれらの組合せを含む。【０００７】  本考案の１つの実施形態において、上述した熱伝導性フィラーは少なくとも２つの層が積み重なった積層構造である。【０００８】  本考案の１つの実施形態において、上述した積層構造の隣接する２つの層の材料は異なる。【０００９】  本考案の１つの実施形態において、上述した熱伝導性フィラーは、第１熱伝導性充填物と第２熱伝導性充填物とを含み、第１熱伝導性充填物が第２熱伝導性充填物中に分散され、第１熱伝導性充填物は顆粒状であり、第２熱伝導性充填物が流体状である。【００１０】  本考案の１つの実施形態において、キャビティ内に空隙を有さないよう上述した熱伝導性フィラーがキャビティに充填される。【００１１】  本考案の１つの実施形態において、上述したシールドは少なくとも１つの封止部材を含み、且つ少なくとも１つの封止部材はキャビティに密閉空間を形成するよう設けられる。【００１２】  本考案の１つの実施形態において、上述した放熱構造は放熱部材を更に含み、放熱部材はシールド上に設けられる。【００１３】  本考案の１つの実施形態において、上述した熱伝導性フィラーと電子部品は電気的に絶縁される。
【考案の効果】
【００１４】  上記に基づき、本考案の放熱構造は、キャビティ内の空隙率を下げるよう、シールドと基板とにより形成されたキャビティに熱伝導性フィラーが充填され、これによりキャビティ内に空気が存在することにより放熱効果が劣る課題を改善し、このため本考案の放熱構造は効果的に放熱効果を向上させ、製品の過酷な放熱要件を容易に満たすことができる。【００１５】  本考案の上述した特徴と利点を更に明確に理解できるよう、下記にて実施形態を挙げ、添付の図面と併せて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】−
【図７】図１〜７は、本考案のいくつかの実施形態による放熱構造の部分的な断面の概略図である。
【考案を実施するための形態】
【００１７】  以下に、符号を加え本考案の好ましい実施形態を詳細に記述し、図面にて説明する。可能であれば、明確に表現するため不要な部材は省略する。このほか、図面中の部材のサイズは説明の便宜上図示されたものであり、実際の部材のサイズ比を表すものではない。
【００１８】  本明細書で用いられる方向の用語（例えば、上、下、右、左、前、後、上部、下部）は図面での参照として用いられるのみであり、絶対的な方向を暗示することを意図していない。
【００１９】  図１〜７は、本考案のいくつかの実施形態による放熱構造の部分的な断面の概略図である。
【００２０】  図１を参照し、本実施形態において、放熱構造１００は、基板１１０と、電子部品１２０と、シールド１３０と、熱伝導性フィラー１４０とを含み、そのうち基板１１０は担持面１１０ａを有し、電子部品１２０は担持面１１０ａ上に設けられる。ここで、基板１１０は、例えばプリント回路板（ＰＣＢ）又は他の適した回路基板であり、電子部品１２０は、例えば（集積回路（ＩＣ）チップといった）アクティブコンポーネント又は他の熱量を発する電子部品であり、本考案は限定を加えない。このほか、図面では意図的に２つの電子部品１２０を図示しており、且つ全体的なレイアウトにおいて電子部品１２０はアレイ配置することができるが、本考案はこれに限定されず、電子部品１２０の数と配置は実際の状況により決定することができ、即ち１つ又は複数であってよく、アレイ配置又は非アレイ配置であってよい。
【００２１】  更に、シールド１３０は電子部品１２０を覆い、且つ基板１１０とキャビティＣを形成し、熱伝導性フィラー１４０がキャビティＣに充填される。これに基づき、本実施形態の放熱構造１００は熱伝導性フィラー１４０をシールド１３０と基板１１０とにより形成されたキャビティＣに充填することでキャビティＣ内の空隙率を低下させ、これにより、キャビティＣ内に空気が存在することにより放熱効果が劣る課題を改善する。このため、本実施形態の放熱構造１００は効果的に放熱効果を向上させることができ、製品の過酷な放熱要件を比較的容易に満たすことができる。
【００２２】  また、現在では、必要とされる放熱要件を達成するため、機械的方法で電子部品上にサーマルパッドを設けることが多い。しかし、電子部品のサイズが日増しに小さくなり、パッケージ統合が日増しに進む傾向において、上記のサーマルパッドを設ける方式は機械加工が複雑で難易度が高く、均一温度の要件を達成し難く（システム温度の制御が難しい）、放熱が緩慢であり、製造と組立てのコストが増加する。機械的方法で電子部品上にサーマルパッドを設けることと比較し、本実施形態の熱伝導性フィラー１４０は充填方式の加工を要するのみであり、且つ発熱体（即ち電子部品）を被覆することができ、このため本実施形態の放熱構造１００は加工の複雑さを軽減させ、均一温度の要件を達成し（システム温度を制御し易い）、製造と組立てのコストを低減することができるが、本考案はこれに限定されない。
【００２３】  いくつかの実施形態において、シールド１３０は少なくとも１つの封止部材１３２を含み、封止部材１３２はキャビティＣに密閉空間を形成するよう設けられる。更に、熱伝導性フィラー１４０は例えば次のステップで充填されてよい。先ず、シールド１３０は開口（図示せず）を有してよく、次いで熱伝導性フィラー１４０が上記開口によりキャビティＣ内に充填されてよく、その後、封止部材１３２（例えば封止テープ）で上記開口を封止し、これにより熱伝導性フィラー１４０は単純な加工方法で充填されることができるが、本考案はこれに限定されない。熱伝導性フィラー１４０は他の適した方法でキャビティＣ内に充填されてよい。
【００２４】  本実施形態において、封止部材１３２の数は１つであってよいが、本考案はこれに限定されない。封止部材１３２の数は実際の設計上の要件により決定されてよく、例えば、他の実施形態において、封止部材１３２の数は１つよりも多くてよく、他の実施形態は下記例にて説明を加える。
【００２５】  いくつかの実施形態において、熱伝導性フィラー１４０の材料は、非固体熱伝導性材料（例えばグリス状又は液状）と固体熱伝導性材料の組合せといった、異なる様態の熱伝導性材料を含んでよく、且つ固体熱伝導性材料は顆粒状であってよく、サイズは封止部材１３２の開口よりも小さく、このため容易に封止部材１３２の開口により充填することができ、加工の難易度を更に低下させる。例を挙げると、非固体熱伝導性材料はサーマルグリス、電解液、又はそれらの組合せを含み、固体熱伝導性材料は熱伝導係数の高い半導体材料、金属酸化物、金属合金、金属又はそれらの組合せを含む。ここで、サーマルグリスのベースは、例えばシリコーン樹脂、ポリウレタン、アクリレートポリマーである。半導体材料は、例えばシリコンである。金属酸化物は、例えば酸化ベリリウム（ＢｅＯ）である。金属合金は、例えばアルミニウム合金である。金属は、例えば銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）である。そのうち、４００Ｋにおいて、サーマルグリスの熱伝導率は通常３Ｗ／ｍ−Ｋ以下であり、シリコンの熱伝導率は１１７Ｗ／ｍ−Ｋであり、酸化ベリリウムの熱伝導率は１９６Ｗ／ｍ−Ｋであり、アルミニウム合金の熱伝導率は１００Ｗ／ｍ−Ｋであり、銅の熱伝導率は３９２Ｗ／ｍ−Ｋであり、金の熱伝導率は３１２Ｗ／ｍ−Ｋであり、銀の熱伝導率は４２０Ｗ／ｍ−Ｋである。
【００２６】  いくつかの実施形態において、熱伝導性フィラー１４０の材料が非導電性の電解液であるとき、封止部材１３２は安全装置とされてよく、例を挙げると、封止部材１３２は効果的に圧力を制御でき、電子部品１２０が過熱し熱伝導性フィラー１４０が沸点に達したとき、キャビティＣ内は電解液の沸騰により気体が発生してキャビティＣ内の圧力が上昇し続け、圧力が高くなりすぎると熱伝導性フィラー１４０が封止部材１３２を突き破りキャビティＣ外へ流出し、キャビティＣ内の圧力を解放でき、製品の破損させることもない。ただし、本考案はこれに限定されない。ここで、電解液の沸点は、例えば８０℃〜１５０℃の間である。
【００２７】  本実施形態において、キャビティＣ内には上記の非固体熱伝導性材料と固体熱伝導性材料とが同時に充填されてよく、詳細な実施形態は下記例にて説明を加える。
【００２８】  いくつかの実施形態において、放熱構造がサーマルパッドを用いる場合と比較し、本実施形態の放熱構造１００がシリコンを固体熱伝導性材料として用いるとき、電子部品動作後の最大温度を効果的に下げることができ（約１８％低下）、このため本実施形態の放熱構造１００は確実に放熱効果を効果的に向上させることができるが、本考案はこれに限定されない。
【００２９】  ここで説明すべき点として、以下の実施形態は上述した実施形態の部材符号と部分的内容を援用しており、同一又は類似の部材符号は同一又は類似の部材を示すために用いられ、同一の技術的内容の説明は省略している。省略部分の説明については上記実施形態を参照することができ、下記実施形態では繰り返さない。
【００３０】  図２を参照し、図１の放熱構造１００と比較し、本実施形態の放熱構造２００のキャビティＣ内の熱伝導性フィラー２４０は、第１熱伝導性層２４２と第２熱伝導性層２４４とが積み重なった積層構造であってよい。更に、第１熱伝導性層２４２と第２熱伝導性層２４４はキャビティＣ内に空隙を有さないようキャビティＣに充填されてよく、且つ第１熱伝導性層２４２と第２熱伝導性層２４４の材料は異なる。例を挙げると、第１熱伝導性層２４２は非導電性の固体熱伝導性材料（例えばシリコン）であってよく、第２熱伝導性層２４４は非固体熱伝導性材料（例えばサーマルグリス）であってよく、即ち、非導電性の固体熱伝導性材料（例えばシリコン）を含む第１熱伝導性層２４２が、非固体熱伝導性材料（例えばサーマルグリス）を含む第２熱伝導性層２４４と基板１１０との間に設けられる。このため第１熱伝導性層２４２は電子部品１２０を取り囲み直接電子部品１２０と接触し、電子部品１２０とは電気的に絶縁されるが、本考案はこれに限定されない。
【００３１】  いくつかの実施形態において、放熱構造がサーマルパッドを用いる場合と比較し、本実施形態の放熱構造２００がシリコンを第１熱伝導性層２４２の材料として用い、サーマルグリスを第２熱伝導性層２４４として用いるとき、電子部品動作後の最大温度を効果的に下げることができ（約１０％低下）、このため本実施形態の放熱構造２００は確実に放熱効果を効果的に向上させることができるが、本考案はこれに限定されない。
【００３２】  図３を参照し、図２の放熱構造２００と比較し、本実施形態の放熱構造３００の熱伝導性フィラー３４０の第１熱伝導性層３４２は非導電性の非固体熱伝導性材料（例えばサーマルグリス）であってよく、第２熱伝導性層３４４は導電性の固体熱伝導性材料（例えば金属、金属合金）であってよく、即ち、非導電性の非固体熱伝導性材料（例えばサーマルグリス）を含む第１熱伝導性層３４２が、導電性の固体熱伝導性材料（例えば金属、金属合金）を含む第２熱伝導性層３４４と基板１１０との間に設けられる。このため熱伝導性フィラー３４０中の第２熱伝導性層３４４は非導電性の第１熱伝導性層３４２により電子部品１２０と電気的に絶縁されるが、本考案はこれに限定されない。
【００３３】  図４を参照し、図２の放熱構造２００と比較し、本実施形態の放熱構造４００の熱伝導性フィラー４４０は、複数の第１熱伝導性層４４２と複数の第２熱伝導性層４４４とが積み重なった積層構造であってよい。更に、本実施形態において、熱伝導性フィラー４４０の第１熱伝導性層４４２と第２熱伝導性層４４４はいずれも非導電性の熱伝導性材料（固体又は非固体であってよい）であり、このため第１熱伝導性層４４２と第２熱伝導性層４４４はどちらも電子部品１２０と直接接触することができる。第１熱伝導性層４４２と第２熱伝導性層４４４の材料は上述したような各実施形態で実施されるものであってよく、ここでは繰り返さない。
【００３４】  図５を参照し、図２の放熱構造２００と比較し、本実施形態の放熱構造５００の熱伝導性フィラー５４０は、第１熱伝導性充填物５４２と第２熱伝導性充填物５４４とを含み、第１熱伝導性充填物５４２が第２熱伝導性充填物５４４中に分散され、且つ第１熱伝導性充填物５４２が顆粒状であり、第２熱伝導性充填物５４４が流体状である。換言すれば、顆粒状の第１熱伝導性充填物５４２と流体状の第２熱伝導性充填物５４４とが混合され、このため第２熱伝導性充填物５４４は、放熱構造５００の放熱効果が更に向上するよう、第１熱伝導性充填物５４２の間の間隙を充填することができが、本考案はこれに限定されない。ここで、第１熱伝導性充填物５４２の形状は立方体又は他の適した形状であってよい。このほか、第１熱伝導性充填物５４２は上述した任意の適した固体熱伝導性材料（例えばシリコン）であってよく、第２熱伝導性充填物５４４は上述した任意の適した非固体熱伝導性材料（例えばサーマルグリス）であってよい。
【００３５】  いくつかの実施形態において、放熱構造がサーマルパッドを用いる場合と比較し、本実施形態の放熱構造５００がシリコンを第１熱伝導性充填物５４２の材料として用い、サーマルグリスを第２熱伝導性充填物５４４の材料として用い、第１熱伝導性充填物５４２のキャビティＣ内における体積分率が１１％であるとき、電子部品動作後の最大温度を効果的に下げることができ（約２．４％低下）、このため本実施形態の放熱構造５００は確実に放熱効果を効果的に向上させることができるが、本考案はこれに限定されない。
【００３６】  説明すべき点として、放熱効果は実際の材料の選択により決まり、電子部品動作後の最大温度がサーマルパッドを用いたときの電子部品動作後の最大温度よりも低ければ、いずれも本考案の保護範囲に属する。
【００３７】  いくつかの実施形態において、第１熱伝導性充填物がシリコン顆粒を用い、且つ環境温度が５５℃、パッケージサイズが５５ｍｍ×４３ｍｍ×１６ｍｍ、パワーが４８ワット（Ｗ）、第１熱伝導性充填物のサイズが０．５ｍｍ×０．５ｍｍ×４１ｍｍ（規則的配列）、基板の担持面からシールドの上部までの距離が３．４ｍｍであるシミュレーション条件において、シミュレーション結果は表１に示すとおりである。キャビティ内の第１熱伝導性充填物の体積分率が大きいほど、放熱構造の放熱効果が好ましい。
【００３８】
【表１】
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【００３９】  図６を参照し、図１の放熱構造１００と比較し、本実施形態の放熱構造６００のシールド６３０の封止部材６３２の数は１つより多く（図６では概略的に３つを図示）、このため熱伝導性フィラー１４０は複数の開口からキャビティＣ内に充填されることができ、これにより熱伝導性フィラー１４０はキャビティＣ内に更に均一に分布されるが、本考案はこれに限定されない。
【００４０】  図７を参照し、図１の放熱構造１００と比較し、本実施形態の放熱構造７００は放熱部材７５０を更に含み、放熱部材７５０はシールド１３０上に設けられる。このため、本実施形態の放熱構造７００は更に優れた放熱効果を有する。説明すべき点として、図７の放熱部材７５０はフィン形式を図示しているが、本考案はこれに限定されず、放熱部材は任意の適した放熱部材を用いてよく、１つの放熱部材のみに限らず設けられてよい。
【００４１】  説明すべき点として、本考案の上述した各実施形態の放熱構造はいずれもアンテナ・イン・パッケージ（ＡｉＰ）の電子部品に応用されてよいが、本考案はこれに限定されない。本考案の放熱構造は任意の放熱を要する電子製品に応用されてよい。
【００４２】  まとめると、本考案の放熱構造は、熱伝導性フィラーがシールドと基板とにより形成されたキャビティに充填されることでキャビティ内の空隙率を低下させることにより、キャビティ内に空気が存在することにより放熱効果が劣る課題を改善する。このため、本考案の放熱構造は効果的に放熱効果を向上させることができ、製品の過酷な放熱要件を容易に満たすことができる。
【００４３】  本考案を上記の実施形態で開示したが、本考案を限定することを意図するものではなく、当業者は本考案の精神及び範囲から逸脱することなく、いくつかの改変や修正を行うことができ、故に本考案の保護範囲は添付の実用新案登録請求の範囲に従うものとする。
【符号の説明】
【００４４】１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００：放熱構造１１０：基板１１０ａ：担持面１２０：電子部品１３０：シールド１３２、６３２：封止部材１４０、２４０、３４０、４４０、５４０：熱伝導性フィラー２４２、３４２、４４２：第１熱伝導性層２４４、３４４、４４４：第２熱伝導性層５４２：第１熱伝導性充填物５４４：第２熱伝導性充填物７５０：放熱部材Ｃ：キャビティ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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