(57)【要約】【課題】放熱パッケージの放熱信頼性は維持して構造的信頼性を向上させる放熱パッケージを提供する。【解決手段】発熱素子１０が一面に実装され、雌ネジ状の溝部を持つ熱伝導板２０；前記溝部に螺合され、雄ネジ状の螺合部を持つヒートパイプ３０；前記溝部と前記螺合部の間に塗布される接着剤；及び前記ヒートパイプ３０の一側に連結された冷却部４０；を含む。【選択図】図１
2011044680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱素子が一面に実装され、雌ネジ状の溝部を持つ熱伝導板；
前記溝部に螺合され、雄ネジ状の螺合部を持つヒートパイプ；
前記溝部と前記螺合部の間に塗布される接着剤；及び
前記ヒートパイプの一側に連結された冷却部；を含むことを特徴とする、発熱素子の放熱パッケージモジュール。
【請求項２】
前記溝部は前記熱伝導板の一側から他側に貫通することを特徴とする、請求項１に記載の発熱素子の放熱パッケージモジュール。
【請求項３】
前記螺合部は断面丸形のネジ部を有することを特徴とする、請求項１に記載の発熱素子の放熱パッケージモジュール。
【請求項４】
発熱素子が一面に実装され、雌ネジ状の溝部を持つ熱伝導板；
前記溝部に螺合され、雄ネジ状の螺合部を持つヒートパイプ；
前記溝部と前記螺合部の間に塗布される接着剤；
前記接着剤に混合されたポリマーコア；及び
前記ヒートパイプの一側に連結された冷却部；を含み、
前記溝部の表面または前記螺合部の表面のいずれか一方には微細パターンが形成されたことを特徴とする、発熱素子の放熱パッケージモジュール。
【請求項５】
前記微細パターンは前記ネジ状と同一方向に形成されたことを特徴とする、請求項４に記載の発熱素子の放熱パッケージモジュール。
【請求項６】
発熱素子が一面に実装され、雌ネジ状の溝部を持ち、前記溝部の表面に形成された第１微細パターンを持つ熱伝導板；
前記溝部に螺合され、雄ネジ状の螺合部を持ち、前記螺合部の表面に形成された第２微細パターンを持つヒートパイプ；
前記溝部と前記螺合部の間に塗布される接着剤；
前記接着剤に混合されたポリマーコア；及び
前記ヒートパイプの一側に連結された冷却部；を含むことを特徴とする、発熱素子の放熱パッケージモジュール。
【請求項７】
前記第１微細パターンと前記第２微細パターンは前記雌ネジ状と前記雄ネジ状とそれぞれ同一方向に形成され、前記第１微細パターンと前記第２微細パターンは互いに対応する位置に形成されることを特徴とする、請求項６に記載の発熱素子の放熱パッケージモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発熱素子の放熱パッケージモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子の光量は放熱パッケージの設計に非常に敏感な影響を受ける。実際に、印加される電源の６０％〜８０％ほどが熱として放出されることを考慮すると、放熱パッケージの放熱設計は発光素子の放熱効率と熱信頼性の分野で非常に重要であると言える。また、発光素子の外の発熱素子を実装したパッケージモジュールの場合、そのモジュールの効率は設計された放熱パッケージモジュールの放熱能力に大きく影響を受ける。
【０００３】
一般に、発熱素子の放熱パッケージモジュールは強制空冷式を多く採用している。この際、その放熱パッケージモジュールの部品としては、ヒートシンク（ｈｅａｔ ｓｉｎｋ）、ヒートパイプ（ｈｅａｔ ｐｉｐｅ）、ファン（ｆａｎ）、ブロアー（ｂｌｏｗｅｒ）などに寄り掛かって使って来た。
【０００４】
また、発熱素子とヒートシンクとの間にはインターフェース材料（ＴＩＭ；ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）を使うことで、空間に発生する熱抵抗を最小化するようにしている。また、放熱パッケージモジュールそのものにおいても、冷却部品間の熱抵抗を最小化するために、その連結部にソルダペーストまたは放熱グリースを使って冷却部品を連結することにより熱伝達特性を向上させて来た。
【０００５】
従来の放熱パッケージモジュールは、一般に、発熱素子、発熱素子が実装される熱伝導板、放出された熱を伝達するヒートパイプ、及び伝達された熱を外部に放出する冷却部でなっている。
【０００６】
この際、発熱素子が固定された熱伝導板とヒートパイプを組み立てるために、ヒートパイプを熱伝導板に強制に押し込んだ後、プレスで加圧をする方式を用いて来た。このような強制押込方式は、ヒートパイプの表面に損傷を与え、信頼性テストの際にヒートパイプの漏水の危険が存在し、接着剤としてソルダペーストを使った場合には、リフロー（Ｒｅｆｌｏｗ）工程でヒートパイプと熱伝導板の結合の際、接着状態が良くない問題点を引き起こすと知られている。
【０００７】
これによって、放熱パッケージモジュールは、高温信頼性、衝撃及び振動テストで亀裂が発生する問題を引き起こすことになった。特に、外部振動によって、ソルダペースト材料とヒートパイプ、あるいはソルダペースト材料と熱伝導板の間に亀裂が発生し、その接触面での熱抵抗が増加してパッケージの寿命が短縮される問題が発生した。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明は前述したような問題点を解決するためになされたもので、単純なソルダペーストまたは放熱グリースによる結合方式でない、結合形状の変更によって構造的信頼性を向上させることをその目的とている。
【０００９】
また、本発明は、熱伝導板の溝部及びヒートパイプの螺合部が螺旋状を持って螺合され、熱伝導板の溝部及びヒートパイプの螺合部の表面に微細パターンを持ち、ソルダペーストまたは放熱グリースにポリマーコアをさらに含むことで、放熱信頼性及び構造信頼性を共に向上させることができる放熱パッケージを提案することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の一面によれば、発熱素子が一面に実装され、雌ネジ状の溝部を持つ熱伝導板；前記溝部に螺合され、雄ネジ状の螺合部を持つヒートパイプ；前記溝部と前記螺合部の間に塗布される接着剤；及び前記ヒートパイプの一側に連結された冷却部；を含む、発熱素子の放熱パッケージモジュールが提供される。
【００１１】
前記溝部は前記熱伝導板の一側から他側に貫通することができる。
【００１２】
前記螺合部は断面丸形のネジ部を有することができる。
【００１３】
本発明の他の面によれば、発熱素子が一面に実装され、雌ネジ状の溝部を持つ熱伝導板；前記溝部に螺合され、雄ネジ状の螺合部を持つヒートパイプ；前記溝部と前記螺合部の間に塗布される接着剤；前記接着剤に混合されたポリマーコア；及び前記ヒートパイプの一側に連結された冷却部；を含み、前記溝部の表面または前記螺合部の表面のいずれか一方には微細パターンが形成された、発熱素子の放熱パッケージモジュールが提供される。
【００１４】
前記微細パターンは前記ネジ状と同一方向に形成されることができる。
【００１５】
本発明のさらに他の面によれば、発熱素子が一面に実装され、雌ネジ状の溝部を持ち、前記溝部の表面に形成された第１微細パターンを持つ熱伝導板；前記溝部に螺合され、雄ネジ状の螺合部を持ち、前記螺合部の表面に形成された第２微細パターンを持つヒートパイプ；前記溝部と前記螺合部の間に塗布される接着剤；前記接着剤に混合されたポリマーコア；及び前記ヒートパイプの一側に連結された冷却部；を含む、発熱素子の放熱パッケージモジュールが提供される。
【００１６】
前記第１微細パターンと前記第２微細パターンは前記雌ネジ状と前記雄ネジ状とそれぞれ同一方向に形成され、前記第１微細パターンと前記第２微細パターンは互いに対応する位置に形成されることができる。
【００１７】
本発明の特徴及び利点は添付図面に基づいた以降の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【００１８】
本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び請求範囲に使用された用語や単語は通常的で辞書的な意味に解釈されてはいけなく、発明者がその自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されなければならない。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明は単純な強制押込方式による結合方式ではない螺合方式を採用することにより、構造的な形状変更によって放熱パッケージの構造信頼性を向上させることができる。
【００２０】
また、本発明は、冷却部品間の熱抵抗が生じないように、熱伝導板とヒートパイプの間にポリマーコアを含む接着剤を使って結合させることにより、熱伝達特性を維持し、放熱パッケージの構造信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の好適な実施例による発熱素子の放熱パッケージモジュールを示す斜視図である。
【図２】本発明の好適な実施例による熱伝導板を図１の線Ａ−Ａ’に沿って切断した断面図である。
【図３】本発明の好適な実施例によるヒートパイプの斜視図である。
【図４】本発明の好適なさらに他の実施例による熱伝導板を図１の線Ａ−Ａ’に沿って切断した断面図である。
【図５】本発明の好適なさらに他の実施例によるヒートパイプの斜視図である。
【図６】本発明の好適な実施例による熱伝導板の溝部にヒートパイプの螺合部が螺合した形状を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の目的、利点及び特徴は添付図面を参照する以下の詳細な説明及び好適な実施例からもっと明らかになろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同じ構成要素には、たとえ異なる図面に表示されていても、できるだけ同一符号を付けることにする。また、本発明の説明において、関連の公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにすることができると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。
【００２３】
以下、添付図面に基づいて本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
【００２４】
図１は本発明の好適な実施例による発熱素子の放熱パッケージモジュールを示す斜視図、図２は前記放熱パッケージモジュールに含まれる熱伝導板を図１の線Ａ−Ａ’に沿って切断した断面図、図３は前記熱伝導板と螺合するヒートパイプの斜視図である。
【００２５】
図１に基づいて本発明の好適な実施例による放熱パッケージモジュールを説明すれば次のようである。
【００２６】
本実施例による放熱パッケージモジュールは、発熱素子１０を一面に実装し、溝部を持つ熱伝導板２０、前記溝部に螺合される螺合部を持つヒートパイプ３０、前記溝部と前記螺合部の間に塗布される接着剤、及び前記ヒートパイプ３０の一側に連結された冷却部４０を含むことを特徴とする。
【００２７】
ここで、発熱素子１０とは、発光素子のように素子が作動するとき、外部に熱を発生する素子をいう。特に、発光素子は電気エネルギーを光エネルギーに変換させる素子をいい、発光素子は発光ダイオード（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）と噴射レーザーダイオード（ＩＬＤ；Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）などのＩＣチップ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｃｈｉｐ）でなることができる。発光素子のうち、ＬＥＤは値段が安くて広い温度範囲で動作するので多様な分野で広く使用されており、近年一般の照明だけでなく自動車照明用にも広く使用されている。
【００２８】
また、熱伝導板２０は一面に発熱素子１０を実装する。熱伝導板２０は発熱素子１０を固定して支持するとともに、発熱素子１０で発生する熱をヒートパイプ３０に伝達する。
【００２９】
そして、ヒートパイプ３０は熱伝導板２０を通じて伝達された熱を吸収して冷却部４０に伝達する。ヒートパイプ３０は、パイプの内部に動作流体を含んで蒸発及び凝結によって熱を伝達する方式と、パイプの内部に動作流体を含まないで熱伝導性の非常に高い物質でなって熱を伝達する方式とに区分される。本発明によるヒートパイプは前述した２種方式のいずれでも採用することができる。
【００３０】
また、接着剤はソルダペーストと放熱グリースを例として挙げることができるもので、熱伝導板２０の溝部とヒートパイプ３０の螺合部の間に塗布され、溝部と螺合部の間に生じる空間を防止することにより、熱伝導板とヒートパイプの熱伝導性を向上させる役目をする。また、リフロー工程によって硬化した接着剤は熱伝導板とヒートパイプをさらに堅く結合させる。
【００３１】
最後に、冷却部４０は、図１に示すように、フィン（Ｆｉｎ）状を持ち、ヒートパイプを通じて伝達された熱を外部に放出する役目をする。ただ、冷却部４０は図１に示すフィン状に制限されなく、冷却ファンをさらに含む形状に構成できる。
【００３２】
図２に基づいて本発明の好適な実施例による熱伝導板を詳細に説明すれば次のようである。
【００３３】
図２に示すように、熱伝導板２０は雌ネジ状の溝部２１を持つ。
【００３４】
ここで、溝部２１は熱伝導板の厚さ方向の一側から中心部側に形成されることができる。このような溝部２１は後述するヒートパイプ３０の螺合部３１が螺合する領域である。
【００３５】
この際、溝部２１は熱伝導板２０の中心部方向に一部を貫通するように形成されることもできるが、ヒートパイプ３０と熱伝導板２０の接触面積を増やすために、厚さ方向の一側から他側にまったく貫通するように形成されることが好ましい。
【００３６】
また、溝部２１は雌ネジ状を持つ。ここで、雌ネジ状とは、溝部の内側面にネジ部が形成された形状を意味する。この形状によって、後述する雄ネジ状の螺合部３１を持つヒートパイプ３０が熱伝導板２０と螺合するとき、一層堅固に結合することができる。
【００３７】
一方、雌ネジのピッチまたはネジ部の深さなどのネジ部の形状は、後述するヒートパイプ３０の螺合部３１に形成された雄ネジと螺合し易くなるように、雄ネジの形状に対応することが好ましい。
【００３８】
図３に基づいて本発明の好適な実施例によるヒートパイプを詳細に説明すれば次のようである。
【００３９】
図３に示すように、ヒートパイプ３０は雄ネジ状の螺合部３１を持つ。
【００４０】
ここで、螺合部３１はヒートパイプ３０の一側に形成され、その長さは前述した熱伝導板の溝部２１の長さに対応することが好ましい。また、螺合部３１がヒートパイプ３０の中間地点に形成されることができるが、ヒートパイプ３０の中間地点から一側端まで形成されることが好ましい。これにより、ヒートパイプ３０が熱伝導板２０に位置する程度を調節することができる。
【００４１】
また、螺合部３１は雄ネジ状を持つ。ここで、雄ネジ状とはパイプの外面にネジ部がある形状を意味する。
【００４２】
この際、前述した熱伝導板２０の溝部２１とヒートパイプ３０の螺合部３１が螺合することにより、単純な圧延結合とは異なり、結合過程で発生する亀裂の頻度が減少し、溝部２１と螺合部３１の接触面積を増やすことができるので熱伝導性が向上する。
【００４３】
一方、雄ネジの断面形状は、三角形、四角形、鋸歯形などの多様な形状を持つことができる。この際、雄ネジの断面形状は、接触面を増やすとともに、溝部２１と螺合部３１の螺合を摩擦なしで得るように、丸状を持つことが好ましい。
【００４４】
図４は本発明の好適なさらに他の実施例による熱伝導板を図１の線Ａ−Ａ’に沿って切断した断面図、図５は前記熱伝導板と螺合するヒートパイプの斜視図、図６は熱伝導板の溝部にヒートパイプが結合した形状を示す断面図である。
【００４５】
以下、図４〜図６に基づいて本発明のさらに他の実施例による発熱素子の放熱パッケージモジュールを説明する。ただ、図１〜図３に基づいて説明した放熱パッケージと同等な構成についての詳細な説明は省略する。
【００４６】
図４に基づいて本発明の好適な実施例による熱伝導板を詳細に説明すれば次のようである。
【００４７】
ここで、熱伝導板２０は雌ネジ状の溝部２１を持ち、雌ネジの表面には微細パターン２２をさらに含むことができる。
【００４８】
この際、微細パターン２２は雌ネジの表面に内側に形成される微細溝部を意味する。このような微細溝部の断面形状は、三角形、四角形、丸形などの多様な形状を持つことができるので、微細パターンの形状は制限されない。また、微細パターン２２は雌ネジの表面に実線または破線の形状を持ち、連続して形成されることが好ましい。
【００４９】
ここで、微細パターン２２は、図４に示すように、雌ネジの進行方向と同一方向に形成されることが好ましい。雌ネジはネジ山が一定のねじり角を持って内表面に形成される。この際、微細パターンも雌ネジのねじり角と同一角度を持って形成されれば、微細パターンは雌ネジのネジ山と同一方向に形成できる。また、微細パターン２２の幅を調節するとともに隣接した微細パターンの間隔を調節することで、一つのネジ山に多数の微細パターン２２を形成することができる。
【００５０】
一方、微細パターン２２は機械的エッチングによって形成することができ、ヒートパイプ３０の螺合部３１と溝部２１の結合過程で、後述するポリマーコアを含む接着剤で埋め込まれる。微細パターンに接着剤が埋め込まれれば、熱伝導性は向上し、熱伝導板２０の溝部２１とヒートパイプ３０の螺合部３１は一層強く結合される。
【００５１】
また、雄ネジ状を持つヒートパイプ３０の螺合部３１が溝部に螺合するとき、接着剤とポリマーコア（図示せず）は微細パターン２２に自然に入り込む。
【００５２】
この際、ポリマーコアは、高分子でなった中心核と、その中心核を包んでいる接触層とからなる球状の粒子であることができる。ここで、中心核は高分子でなっているので、応力緩和能力に優れ、接触層は金属メッキ層で形成されているので、熱伝導性を持つ。中心核を成す高分子と金属メッキ層は特定の種類に限定されないが、接続層は熱伝導性に優れた金またはニッケルでなることが好ましい。
【００５３】
また、ポリマーコアの直径は特に制限されなく、多様な大きさのポリマーコアが本実施例に適用可能である。ただ、ポリマーコアが前述した微細パターン２２に挿入されるように微細パターンの大きさを考慮して対応の大きさを有するポリマーコアを採用することが好ましい。
【００５４】
したがって、微細パターン２２にポリマーコアが挿入されることにより、熱伝導板２０からヒートパイプ３０への熱伝導性は維持されながら、熱伝導板２０で発生する亀裂は雌ネジの表面に進行するときに進行方向が変わるか遅延され、熱伝導板２０に続けて加わる衝撃をポリマーコアが吸収することで亀裂の進展を延ばすことができる。
【００５５】
図５に基づいて本発明の好適な実施例によるヒートパイプを詳細に説明すれば次のようである。
【００５６】
ここで、ヒートパイプ３０は雄ネジ状の螺合部３１を持ち、雄ネジの表面には微細パターン３２をさらに含む。
【００５７】
この際、雄ネジの表面の微細パターン３２は前述した熱伝導板２０に形成された溝部２１の微細パターン２２と同一形状を持ち、同様な方式で形成されることができる。また、螺合部３１の雄ネジ表面に形成された微細パターン３２は、溝部２１の微細パターン２２にポリマーコアが挿入されることと同様に、螺合部３１の微細パターン３２にポリマーコアが挿入されて固定できる。
【００５８】
このようなポリマーコアも、ヒートパイプ３０で発生する亀裂の進行方向を変えるか遅延させ、ヒートパイプ３０に加わる衝撃を吸収する。
【００５９】
一方、雌ネジの表面に形成された微細パターン２２と雄ネジ表面に形成される微細パターン３２は別途の機械的エッチングによって形成できるので、互いに異なる形状を持つことができる。ただ、別個の形状を持つ場合であっても、図４を参照して前述したように、ネジ部の形状と同一方向に形成されることが好ましい。
【００６０】
図６は熱伝導板２０の溝部２１にヒートパイプ３０の螺合部３１が螺合した形状を示す断面図である。図６に基づいて溝部２１と螺合部３１の螺合形状を説明すれば次のようである。
【００６１】
この際、溝部２１と螺合部３１はいずれもその表面に微細パターンを持つように形成できる。すなわち、溝部２１の表面には第１微細パターン２２が形成され、螺合部３１の表面には第２微細パターン３２が形成される。この際、第１微細パターン２２と第２微細パターン３２にポリマーコアがそれぞれ挿入されて固定できる。
【００６２】
一方、微細パターンが形成されなかった螺合部３１の表面と溝部２１の表面との間にポリマーコア５１が位置することができ、やはり応力緩和能力は維持して放熱パッケージに適用される衝撃を緩和させる役目をする。
【００６３】
また、図６に示すように、第１微細パターン２２と第２微細パターン３２はネジ方向と同一方向に形成され、対応の位置に形成できる。これにより、ポリマーコア５１は前記微細パターン２２、３２の間に位置することができる。
【００６４】
この際、ポリマーコア５１は微細パターン２２、３２の間に均等に挿入されるので、溝部２１または螺合部３１で発生する亀裂を遅延させることができ、放熱パッケージに加わる衝撃を緩和させることができる。
【００６５】
一方、図６は螺合部３１の単位ネジ山に三つの微細パターン３２が形成されたものを示しているが、これは一例に過ぎなく、接着剤５０に含まれるポリマーコア５１の大きさによってエッチング程度を異にして微細パターン３２の大きさを調節することができる。
【００６６】
本発明は以上に説明した実施例に限定されるものではなく、本発明の思想及び範囲を逸脱しない範囲内で多様に修正及び変形可能であることは当該技術分野の当業者に明らかであろう。したがって、そのような変形例及び修正例は本発明の範疇内に属するものとして見なさなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、結合形状の変更によって構造的信頼性を向上させる放熱パッケージに適用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１０    発熱素子
２０    熱伝導板
２１    溝部
２２    微細パターン
３０    ヒートパイプ
３１    螺合部
３２    微細パターン
４０    冷却部
５０    接着剤
５１    ポリマーコア
【図１】
2011044680.tif 000003
【図２】
2011044680.tif 000004
【図３】
2011044680.tif 000005
【図４】
2011044680.tif 000006
【図５】
2011044680.tif 000007
【図６】
2011044680.tif 000008