(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を備える電子装置であって、
シリコン系の樹脂で形成され、前記電子部品が実装されたフレキシブルプリント基板と、
ステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成された冷却手段と、を備え、
前記冷却手段の内部には、純水の流れる流路が形成され、
前記フレキシブルプリント基板と前記冷却手段とを、還元剤を用いたオイル貼りにより接着材料で接着させることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記フレキシブルプリント基板と前記冷却手段との接着面の全体に熱硬化性の接着材料を塗布し、当該接着材料の熱硬化により当該フレキシブルプリント基板と前記冷却手段とを接着させることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記冷却手段の表面のうち前記フレキシブルプリント基板と接着する面の表面積は、当該フレキシブルプリント基板の表面のうち当該冷却手段と接着する面の表面積と等しいか、または当該フレキシブルプリント基板の表面のうち当該冷却手段と接着する面の表面積よりも広いことを特徴とする請求項１または２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記電子部品と前記冷却手段との間には、前記フレキシブルプリント基板が配置されることを特徴とする請求項１から３に記載の電子装置。
【請求項５】
前記フレキシブルプリント基板の表面には金属パターンが形成され、
前記電子部品は、前記金属パターンの上に実装され、
前記流路は、前記金属パターンの幅と等しい幅か、または当該金属パターンの幅よりも広い幅で、前記冷却手段の内部のうち少なくとも当該金属パターンと対向する領域に形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品を冷却するために、冷却板を用いる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、電子部品を含んで構成される回路部を伝熱部の上に設け、伝熱部と冷却板とを貼り付ける技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１４９９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示されている技術では、伝熱部は金属で形成され、冷却板はアルミニウムで形成されている。このため、伝熱部と冷却板とを貼り付けた際に、これら伝熱部と冷却板との間に隙間が形成されやすい。伝熱部と冷却板との間に隙間が形成されていると、伝熱部と冷却板との接触面積が小さくなるので、その結果、伝熱部から冷却板に伝わる熱量が減少してしまう。
【０００５】
そこで、伝熱部と冷却板との隙間を埋めるために、伝熱部と冷却板との間にグリースを塗る必要がある。しかし、グリースは、熱サイクルによるポンプアップ現象により、伝熱部と冷却板との間から外に押し出されてしまう場合がある。この場合、伝熱部と冷却板との間に隙間が形成され、伝熱部から冷却板に伝わる熱量が減少してしまい、その結果、電子部品の冷却性能が低下してしまうおそれがあった。
【０００６】
上述の課題に鑑み、本発明は、電子部品の冷却性能の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１）  本発明は、電子部品（例えば、図１のベアチップ１４に相当）を備える電子装置（例えば、図１の電子装置１に相当）であって、絶縁材料で形成され、前記電子部品が実装された電子基板（例えば、図１の電子基板１０に相当）と、ステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成された冷却手段（例えば、図１の冷却部２０に相当）と、を備え、前記冷却手段の内部には、純水の流れる流路（例えば、図１の流路２１に相当）が形成され、前記電子基板と前記冷却手段とを、接着材料により接着させることを特徴とする電子装置を提案している。
【０００８】
この発明によれば、電子基板と冷却手段とを、接着材料により接着させることとした。このため、電子基板と冷却手段とが固着することになる。したがって、電子基板と冷却手段との間から外にグリースが押し出されてしまうことがないので、これら電子基板と冷却手段との間に隙間が形成されてしまうのを防止することができ、電子部品の冷却性能の低下を抑制することができる。
【０００９】
ここで、流路を流れる冷却流体に不純物が含まれていると、不純物により、流路の内部での冷却流体の流れが悪くなってしまうおそれがある。そこで、この発明によれば、冷却手段の内部に形成する流路に、純水が流れるようにすることとした。純水は、不純物の含有率が低いため、流路の内部での冷却流体の流れが悪くなるのを防止して、電子部品の冷却性能の低下をさらに抑制することができる。
【００１０】
ただし、アルミや銅で冷却手段を形成すると、冷却手段のうち純水と接触した部分からイオンが発生する。このイオンが純水中に溶け出すと、純水の比抵抗が下がってしまい、流路の内部に純水を流すためのポンプのみならず、場合によっては純水の温度を一定に保つチラー内部にも影響を及ぼしてしまう。そこで、この発明によれば、冷却手段をステンレス鋼で形成することとした。ステンレス鋼は、純水と接触してもイオンを発生させないので、流路の内部に純水を流すためのポンプや、純水の温度を一定に保つチラー内部が、イオンにより故障してしまうのを防止することができる。
【００１１】
また、この発明によれば、上述のように冷却手段をステンレス鋼で形成することとした。このため、アルミナを代表とするセラミックで冷却手段を形成した場合と比べて、冷却手段の製造コストの抑制と、冷却手段の強度の確保と、冷却手段の加工の容易性の確保と、を実現することができる。
【００１２】
また、仮にアルミや銅で冷却手段を形成した場合、アルミや銅の熱伝導率が高いので、電子部品で発生した熱が冷却手段の全体に広がりやすい。このため、電子部品で発生した熱を冷却手段の全体に逃がし、冷却手段の全体の熱を純水に逃がすという構造になるので、冷却手段の全体で熱を蓄えることができるように、冷却手段を厚く形成しなくてはならなくなってしまう。
【００１３】
そこで、この発明によれば、上述のように冷却手段をステンレス鋼で形成することとした。ステンレス鋼の熱伝導率は、アルミや銅の熱伝導率と比べると低いため、電子部品で発生した熱は、冷却手段の全体には広がりにくく、冷却手段のうち電子部品の近傍の温度と、冷却手段のうち流路の近傍の温度と、に温度差が発生しやすくなる。このため、電子部品と冷却手段との距離を短くして、電子部品で発生した熱を純水に直接的に逃がすことができるように、冷却手段を薄くすることが好ましくなる。したがって、アルミや銅で冷却手段を形成する場合と比べて、冷却手段を薄く形成することができる。
【００１４】
（２）  本発明は、（１）の電子装置について、前記電子基板と前記冷却手段との接着面の全体に熱硬化性の接着材料を塗布し、当該接着材料の熱硬化により当該電子基板と前記冷却手段とを接着させることを特徴とする電子装置を提案している。
【００１５】
この発明によれば、（１）の電子装置において、電子基板と冷却手段との接着面の全体に熱硬化性の接着材料を塗布し、接着材料の熱硬化により電子基板と冷却手段とを接着させることとした。このため、電子基板と冷却手段とを、隙間なく接着させることができるので、電子部品の冷却性能の低下をさらに抑制することができる。
【００１６】
なお、接着材料が熱硬化して形成される層のことを接着層と呼ぶこととすると、接着層の熱伝導率は、ステンレス鋼で形成された冷却手段の熱伝導率と比べると低い。このため、できる限り薄く接着材料を塗布することが好ましい。
【００１７】
また、塗布した接着材料に気泡が残っていると、接着層に空洞が形成されてしまい、電子部品の冷却性能が低下してしまう。このため、気泡が残らないように接着材料を塗布することが好ましい。
【００１８】
（３）  本発明は、（１）または（２）の電子装置について、前記冷却手段の表面のうち前記電子基板と接着する面の表面積は、当該電子基板の表面のうち当該冷却手段と接着する面の表面積と等しいか、または当該電子基板の表面のうち当該冷却手段と接着する面の表面積よりも広いことを特徴とする電子装置を提案している。
【００１９】
この発明によれば、（１）または（２）の電子装置において、冷却手段の表面のうち電子基板と接着する面の表面積は、電子基板の表面のうち冷却手段と接着する面の表面積と等しいか、または電子基板の表面のうち冷却手段と接着する面の表面積よりも広いこととした。このため、電子基板の表面のうち冷却手段と接着する面の全体が、冷却手段の表面のうち電子基板と接着する面の少なくとも一部と接着されることになる。したがって、電子基板と冷却手段との接着面の面積を広く確保することができ、電子部品の冷却性能を向上させることができる。
【００２０】
（４）  本発明は、（１）から（３）のいずれかの電子装置について、前記電子基板は、フレキシブルプリント基板であることを特徴とする電子装置を提案している。
【００２１】
ここで、電子基板が柔軟性を有していない場合には、電子基板と冷却手段とを貼り合わせようとすると、上述のように電子基板と冷却手段との間に隙間が形成されやすくなる。このため、接着材料を、ある程度の厚みで塗布する必要があり、その結果、接着層が厚くなってしまう。
【００２２】
そこで、この発明によれば、（１）から（３）のいずれかの電子装置において、電子基板をフレキシブルプリント基板で形成することとした。このため、電子基板が柔軟性を有しており、電子基板を冷却手段に密着させることができるので、電子基板と冷却手段との間に隙間が形成されにくくすることができる。したがって、接着材料を薄く塗布することができるので、その結果、接着層を薄くすることができる。よって、電子部品の冷却性能をさらに向上させることができる。
【００２３】
（５）  本発明は、（１）から（４）のいずれかの電子装置について、前記電子部品と前記冷却手段との間には、前記電子基板が配置されることを特徴とする電子装置を提案している。
【００２４】
この発明によれば、（１）から（４）のいずれかの電子装置において、電子部品と冷却手段との間に電子基板を配置することとした。このため、電子部品と冷却手段とは電子基板により絶縁されるので、電子部品と冷却手段とが短絡してしまうのを防止することができ、電子部品としてベアチップを用いる場合でも、本発明を適用することができる。
【００２５】
（６）  本発明は、（１）から（５）のいずれかの電子装置について、前記電子基板の表面には金属パターン（例えば、図１のパッド１１に相当）が形成され、前記電子部品は、前記金属パターンの上に実装され、前記流路は、前記金属パターンの幅（例えば、図３のパッド１１の幅Ｗ１に相当）と等しい幅か、または当該金属パターンの幅よりも広い幅で、前記冷却手段の内部のうち少なくとも当該金属パターンと対向する領域に形成されることを特徴とする電子装置を提案している。
【００２６】
この発明によれば、（１）から（５）のいずれかの電子装置において、流路は、金属パターンの幅と等しい幅か、または金属パターンの幅よりも広い幅で、冷却手段の内部のうち少なくとも金属パターンと対向する領域に形成されることとした。このため、金属パターンの全体が流路と対向することになる。したがって、電子部品で発生した熱をより多く、金属パターンおよび冷却手段を介して、流路を流れる純水に直接的に逃がすことができるので、電子部品の冷却性能をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、電子部品の冷却性能の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子装置の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電子装置に設けられた冷却部の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電子装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組み合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００３０】
なお、以下に示す各図では、説明および理解を容易にするために、ＸＹＺ直交座標系を設けた。ＸＹＺのそれぞれの向きについては、図ごとに後述する。
【００３１】
［電子装置１の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る電子装置１の斜視図である。図１において、右方に向かう向きをＸプラス方向とし、右上に向かう向きをＹプラス方向とし、上方に向かう向きをＺプラス方向とする。電子装置１は、電子基板１０および冷却部２０を備える。
【００３２】
電子基板１０は、ポリイミドを代表とする絶縁材料で形成されたフレキシブルプリント基板であり、電子基板１０の内部および一方の面には、銅を代表とする導体で金属パターンが適宜形成されている。図１では、電子基板１０の一方の面に、金属パターンの一種であるパッド１１、１２が４つずつ形成されている。なお、電子基板１０の厚みは、耐圧および温度抵抗を考慮して設計され、電子基板１０がポリイミドで形成されている場合には、例えば２５μｍとなる。
【００３３】
４つのパッド１１のそれぞれには、パワー素子のベアチップ１４が実装されている。ベアチップ１４は、隣接するパッド１２と、ボンディングワイヤ１３により電気的に接続されている。
【００３４】
図２は、図１の破線ＡＡを通り、ＸＹ平面と水平な平面における、冷却部２０の断面図である。図２において、図１に合わせて、右方に向かう向きをＸプラス方向とし、上方に向かう向きをＹプラス方向とし、紙面手前向きをＺプラス方向とする。
【００３５】
冷却部２０は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）で平板状に形成されている。この冷却部２０の内部には、中空の流路２１が形成されており、流路２１には、冷却流体として純水が流れる。
【００３６】
冷却部２０の一方の面の表面積は、電子基板１０の他方の面（ベアチップ１４が実装される面と対向する面）の表面積と等しいか、または電子基板１０の他方の面の表面積より広く形成されており、冷却部２０の一方の面と、電子基板１０の他方の面とは、接着材料により接着される。具体的には、まず、冷却部２０の一方の面と電子基板１０の他方の面との接着面の全体に、熱硬化性の接着材料を塗布する。次に、塗布した接着材料の熱硬化により、冷却部２０の一方の面と電子基板１０の他方の面とを接着させる。この結果、電子基板１０と冷却部２０との間には、図３に示すように接着層３０が形成される。
【００３７】
なお、図１では、冷却部２０の一方の面と、電子基板１０の他方の面と、が同一形状でかつ同一の表面積となるように、冷却部２０と電子基板１０とが形成されている。
【００３８】
図３は、図１の一点鎖線ＢＢを通り、ＸＺ平面に水平な平面における、電子装置１の断面図の一部である。図３において、図１、２に合わせて、右方に向かう向きをＸプラス方向とし、紙面奥向きをＹプラス方向とし、上方に向かう向きをＺプラス方向とする。
【００３９】
ここで、冷却部２０の一方の面から流路２１までのＺ方向の長さ（冷却部２０の厚さ方向における、冷却部２０の一方の面から流路２１までの間隔）をＬ１とし、流路２１のＺ方向の長さ（流路２１の高さ）をＬ２とし、流路２１から冷却部２０の他方の面までのＺ方向の長さ（冷却部２０の厚さ方向における、流路２１から冷却部２０の他方の面までの間隔）をＬ３とする。
【００４０】
ベアチップ１４の熱は、パッド１１、電子基板１０、接着層３０、および冷却部２０を介して、流路２１を流れる冷却流体に伝わり、ベアチップ１４が抜熱されることになる。ここで、長さＬ１が薄いほど、ベアチップ１４の熱が流路２１を流れる冷却流体に伝わりやすくなる。このため、長さＬ１を薄くすることが好ましい。
【００４１】
また、ＸＹ平面に平行な平面における流路２１の面積が広ければ広いほど、流路２１を流れる冷却流体にベアチップ１４の熱が伝わりやすくなる。ただし、ベアチップ１４の熱が効率的に伝わっていく範囲、すなわちベアチップ１４の熱が熱拡散する範囲は、限定的である。そこで、流路２１を、パッド１１の幅（Ｘ方向の長さ）と等しい幅か、またはパッド１１の幅よりも広い幅で、冷却部２０の内部のうち少なくともパッド１１と対向する領域に形成する。
【００４２】
なお、図３では、流路２１の幅Ｗ２は、パッド１１の幅Ｗ１よりも広く、パッド１１の全体が流路２１と対向している。
【００４３】
以上の電子装置１によれば、以下の効果を奏することができる。
【００４４】
電子装置１は、電子基板１０と冷却部２０とを、接着材料により接着させる。このため、電子基板１０と冷却部２０とが接着層３０を介して固着することになる。したがって、電子基板１０と冷却部２０との間から外にグリースが押し出されてしまうことがないので、これら電子基板１０と冷却部２０との間に隙間が形成されてしまうのを防止することができ、ベアチップ１４の冷却性能の低下を抑制することができる。
【００４５】
また、電子装置１は、冷却流体として純水を流路２１に流す。純水は、不純物の含有率が低いため、流路２１の内部での冷却流体の流れが悪くなるのを防止して、ベアチップ１４の冷却性能の低下をさらに抑制することができる。
【００４６】
また、電子装置１は、冷却部２０をステンレス鋼で形成する。ステンレス鋼は、純水と接触してもイオンを発生させないので、流路２１の内部に純水を流すためのポンプや、純水の温度を一定に保つチラー内部が、イオンにより故障してしまうのを防止することができる。
【００４７】
また、電子装置１は、上述のように冷却部２０をステンレス鋼で形成する。このため、アルミナを代表とするセラミックで冷却部２０を形成した場合と比べて、冷却部２０の製造コストの抑制と、冷却部２０の強度の確保と、冷却部２０の加工の容易性の確保と、を実現することができる。
【００４８】
また、電子装置１は、上述のように冷却部２０をステンレス鋼で形成する。ステンレス鋼の熱伝導率は、アルミや銅の熱伝導率と比べると低いため、ベアチップ１４で発生した熱は、冷却部２０の全体には広がりにくく、冷却部２０のうちベアチップ１４の近傍の温度と、冷却部２０のうち流路２１の近傍の温度と、に温度差が発生しやすくなる。このため、ベアチップ１４と冷却部２０との距離を短くして、ベアチップ１４で発生した熱を純水に直接的に逃がすことができるように、冷却部２０を薄くすることが好ましくなる。したがって、アルミや銅で冷却部２０を形成する場合と比べて、冷却部２０を薄く形成することができる。
【００４９】
また、電子装置１は、電子基板１０と冷却部２０との接着面の全体に熱硬化性の接着材料を塗布し、接着材料の熱硬化により電子基板１０と冷却部２０とを接着させる。このため、電子基板１０と冷却部２０とを、隙間なく接着させることができるので、ベアチップ１４の冷却性能の低下をさらに抑制することができる。
【００５０】
なお、接着層３０の熱伝導率は、ステンレス鋼で形成された冷却部２０の熱伝導率と比べると低いので、できる限り薄く接着材料を塗布することが好ましい。また、塗布した接着材料に気泡が残っていると、接着層３０に空洞が形成されてしまい、ベアチップ１４の冷却性能が低下してしまうので、気泡が残らないように接着材料を塗布することが好ましい。
【００５１】
また、電子装置１は、冷却部２０の一方の面の表面積を、電子基板１０の他方の面の表面積と等しいか、または電子基板１０の他方の面の表面積より広く形成する。このため、電子基板１０の他方の面の全体が、冷却部２０の一方の面の少なくとも一部と接着されることになる。したがって、電子基板１０と冷却部２０との接着面の面積を広く確保することができ、ベアチップ１４の冷却性能を向上させることができる。
【００５２】
また、電子装置１は、電子基板１０をフレキシブルプリント基板で形成する。このため、電子基板１０が柔軟性を有しており、電子基板１０を冷却部２０に密着させることができるので、電子基板１０と冷却部２０との間に隙間が形成されにくくすることができる。したがって、接着材料を薄く塗布することができるので、その結果、接着層３０を薄くすることができる。よって、ベアチップ１４の冷却性能をさらに向上させることができる。
【００５３】
また、電子装置１では、ベアチップ１４と冷却部２０との間に電子基板１０が介在する。このため、ベアチップ１４と冷却部２０とは電子基板１０により絶縁されるので、ベアチップ１４と冷却部２０とが短絡してしまうのを防止することができる。
【００５４】
また、電子装置１は、流路２１を、パッド１１の幅と等しい幅か、またはパッド１１の幅よりも広い幅で、冷却部２０の内部のうち少なくともパッド１１と対向する領域に形成する。このため、パッド１１の全体が流路２１と対向することになる。したがって、ベアチップ１４で発生した熱をより多く、パッド１１、電子基板１０、接着層３０、および冷却部２０を介して、流路２１を流れる純水に直接的に逃がすことができるので、ベアチップ１４の冷却性能をさらに向上させることができる。
【００５５】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【００５６】
例えば、上述の実施形態では、冷却部２０の一方の面と、電子基板１０の他方の面と、を接着材料により接着させることとした。ここで、電子基板１０がシリコーン系の樹脂で形成されている場合には、還元剤を用いたオイル貼りを行うことで、空気層を少なく貼り合わせることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１；電子装置
１０；電子基板
１１、１２；パッド
１３；ボンディングワイヤ
１４；ベアチップ
２０；冷却部
２１；流路
３０；接着層
【図１】
0006468921.tif 000002
【図２】
0006468921.tif 000003
【図３】
0006468921.tif 000004