(57)【要約】【課題】平面方向だけでなく厚さ方向の熱伝導性が優れた放熱構造を提供する。【解決手段】放熱構造を、被放熱体（ＣＰＵ）４に接触するように配置されたグラファイトシート３と、グラファイトシート３に食い込んだ錐形の突起群（突起）２ｄを有するヒートシンク部材２（ヒートシンク）とを備える構成とした。【選択図】図１
2008078564.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被放熱体に接触するように配置されたグラファイトシートと、前記グラファイトシートに食い込んだ錐形の突起群を有するヒートシンク部材とを備えることを特徴とする放熱構造。
【請求項２】
前記ヒートシンク部材は、放熱板を備えることを特徴とする請求項１に記載の放熱構造。
【請求項３】
前記突起群は前記グラファイトシートの厚さ方向に食い込んでいることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放熱構造。
【請求項４】
前記突起群は、高さが前記グラファイトシートの厚さに対して１／３〜１／２であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の放熱構造。
【請求項５】
前記突起群は、底面積の和が前記ヒートシンク部材の底面積の２０〜６７％であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の放熱構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、放熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＰＵ、レーザ発光ダイオード、パワートランジスタ等の電気・電子機器に搭載されている半導体素子等の電子部品は、使用によって発熱する。そこで、発熱した電子部品を冷却するために放熱板が使用されている。近年、放熱板に使用される熱伝導材料として、金属より軽量で、かつ耐熱性に優れているグラファイトシートを用いることが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−１３２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、グラファイトシートは平面方向への高い熱伝導特性を持つが、それに比べて厚さ方向への熱伝導性は１００分の１程度と低い。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決すべく、本発明に係る放熱構造は、被放熱体に接触するように配置されたグラファイトシートと、このグラファイトシートに食い込んだ略錐形の突起群を有するヒートシンク部材とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、平面方向だけでなく厚さ方向の熱伝導性に優れた放熱構造が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。本発明の実施の形態の一例として、ヒートパイプ５を埋め込んだヒートシンク２とグラファイトシート３からなる放熱構造体１を、被放熱体（熱源）としてのＣＰＵ４に装着した例をあげる。図１は、ＣＰＵ４に装着した放熱構造体１の側面図である。図２（ａ）は、ヒートシンク２の底面２ｃに形成された突起２ｄの一例を表す要部側面図である。図２（ｂ）は、ヒートシンク２の底面２ｃの一例を表す要部拡大図である。図２（ｃ）は、ヒートシンク２の底面２ｃの他の例を表す要部拡大図である。図２（ｄ）は、ヒートシンク２の底面２ｃに形成された突起２ｄの他の例を表す要部側面図である。
【０００７】
放熱構造体１は、ヒートシンク２とヒートシンク２に接続したグラファイトシート３とで構成される。この放熱構造体１は、被放熱体としてのＣＰＵ４の上に装着されて、ＣＰＵ４の熱を拡散する。ヒートシンク２は、放熱板２ａと、放熱板２ａから垂直に立ち上がるように一体に成形された複数の放熱フィン２ｂとから構成された金属製の部材である。放熱板２ａの素材として、銅、アルミ等があげられる。放熱板２ａには、金属製のヒートパイプ５が埋め込まれている。放熱板２ａの底面２ｃ、つまり、グラファイトシート３の上面３ａと接触する面には、複数の突起２ｄが形成されている。
【０００８】
突起２ｄは、グラファイトシート３の上面３ａから下面３ｂに向かって、グラファイトシート３の厚さ方向に食い込んでいる。突起２ｄは、図２（ａ）に示すように、高さｈを有する錐形の形状であり、例えば四角錐の場合には、図２（ｂ）に示すように底面積はａとｂの積によって表される。突起２ｄは、例えば図２（ａ）に示すように放熱板２ａの底面２ｃに行列状に配置してもよく、図２（ｂ）に示すように格子状に配置してもよい。突起２ｄは、例えば、放電加工やセラミックの金型に鋳型することにより形成することができる。
【０００９】
グラファイトシート３は、高熱伝導率の薄膜状のグラファイトであり、例えば高分子フィルムを配向させて高温で焼成することにより作製する。グラファイトシート３の上面３ａは放熱板２ａの底面２ｃと接触して突起２ｄが食い込み、グラファイトシート３の下面３ｂはＣＰＵ４の上面４ａと接触している。放熱板２ａ-グラファイトシート３-ＣＰＵ４の接合には、例えばバネで圧着することにより行う。
【００１０】
本発明の実施形態に係る放熱構造によれば、グラファイトシート３にヒートシンク２に形成された突起２ｄが食い込んでいるため、突起２ｄの周囲にＣＰＵ４から伝導された熱が廻り込み、ＣＰＵ４からの熱をヒートシンク２に伝え、ヒートシンク２によって熱を拡散する。このように、突起２ｄによりグラファイトシート３の厚さ方向の熱伝導性が向上し、熱伝導性に優れた放熱構造が提供される。
【００１１】
突起２ｄは、高さｈがグラファイトシート３の厚さＨに対して１／３〜１／２であることが好ましい。高さｈがこの範囲からにある場合には、ＣＰＵ４からの熱を効率よくヒートシンク２に伝える。
【００１２】
突起２ｄは、底面積の和が放熱板２ａの底面２ｃの面積の２０〜６７％であることが好ましい。底面積の和がこの範囲にある場合には、ＣＰＵ４からの熱を効率よくヒートシンク２に伝える。
【００１３】
なお、図２（ｄ）に示すように、突起２ｄは錐形の形状ではなく、円錐又は角錐の斜面２ｅが下方に湾曲した形状であってもよい。また、放熱板２ａの片側が放熱フィン状を有さないものであってもよい。また、図示していないが、放熱板２ａの底面２ｃにではなく、熱源であるＣＰＵ４のグラファイトシート３に接する面４ａに突起を設けても同様の効果が得られる。
【実施例】
【００１４】
上記実施の形態の実施例として突起を形成した放熱板をグラファイトシートに重ねることにより、グラファイトシートの厚さ方向の熱伝導性の変化を観察した。
【００１５】
１．試料の調製
放熱板１１として３０ｍｍ×３０ｍｍ×３ｍｍ厚の銅板を用意し、一方の面の図３（ａ）に示す中央の１０ｍｍ×１０ｍｍの範囲の斜線で示す突起作製部１１ａに、放電加工により複数の突起を作製した。突起形状は、四角錐、三角錐、六角錐及び円錐とし、比較例２では円柱、比較例３では半円とした。比較例１として、突起の無い銅板でも実施した。突起の底面積は、各実施例及び比較例において０．１ｍｍ×０．１ｍｍと近似した。突起の高さは、２５〜６７μｍの範囲とした。突起密度は、突起の底面積×突起の個数／（１０ｍｍ×１０ｍｍ）として算出し、１７〜１００％の範囲とした。グラファイトシートは、パナソニック社製高熱伝導率薄膜ＰＧＳグラファイトシートＥＹＧＳ１８２３１０（厚さ１００μｍ）を使用した。実施例の突起の要部拡大図を図３（ｂ）に、比較例２の突起の要部拡大図を図３（ｃ）に、比較例３の突起の要部拡大図を図３（ｄ）にそれぞれ示す。
【００１６】
２．測定方法
図３（ｅ）に示すように、熱源としての銅板１３（１００ｍｍ×１００ｍｍ×５ｍｍ厚）を４５℃に暖めて発泡スチロール１４の上に乗せ、銅板１３の上に、銅板１３の中央に位置するようにグラファイトシート１２を載せた。グラファイトシート１２の上面に、グラファイトシート１２と突起作製部１１ａが接触するように放熱板１１を載せた。放熱板１１の突起作製部１１ａを作製してないもう一方の面の中央には熱電対１５を取り付け、放熱板１１の温度を測定した。なお、グラファイトシート１２と放熱板１１は前もって室温（２４℃）と同じ温度にした。測定は恒温室で行い、温度上昇が３．５℃の場合を良とした。
【００１７】
３．試験結果
表１に、各実施例及び比較例における突起の形状、突起密度（％）、突起の高さ（μｍ）及び放熱板１１の温度上昇（℃）を示す。
【表１】
2008078564.tif 000003
【００１８】
比較例１に示すように、突起を有さない放熱板のみの場合には、温度上昇が２．１℃であった。これに対し、突起の形状が四角錐、三角錐、六角錐及び円錐であり、突起の高さが３３〜５０μｍ（突起の高さがグラファイトシートの厚さに対して１／３〜１／２の場合）、及び突起密度が１７〜６７％の範囲にある実施例１〜実施例６、及び実施例１２〜実施例１４では、比較例１よりも高い温度上昇を示した。中でも突起形状がである四角錐である実施例１〜実施例４で高い温度上昇を示した。これに対し、突起密度が７０％以上である実施例７〜実施例９では、比較例１よりも温度上昇が低かった。また、突起の高さがグラファイトシートの厚さに対して１／３以下である実施例１０、及び突起の高さがグラファイトシートの厚さに対して１／２以上である実施例１１では、比較例１よりも温度上昇が低かった。また、比較例２及び比較例３に示すように、突起形状が円柱及び半円の場合にも、比較例１よりも温度上昇が低かった。
【００１９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記の実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ＣＰＵに装着した放熱構造体の側面図である。
【図２】（ａ）ヒートシンクの底面に形成された突起の一例を表す要部側面図である。（ｂ）ヒートシンクの底面の一例を表す要部拡大図である。（ｃ）ヒートシンクの底面の他の例を表す要部拡大図である。（ｄ）ヒートシンクの底面に形成された突起の他の例を表す要部側面図である。
【図３】（ａ）放熱板の一面を示す模式図である。（ｂ）実施例の突起の要部拡大図である。（ｃ）比較例２の突起の要部拡大図である。（ｄ）比較例３の突起の要部拡大図である。（ｅ）測定方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
１…放熱構造体
２…ヒートシンク（ヒートシンク部材）
２ａ…放熱板
２ｂ…放熱フィン
２ｃ…底面
２ｄ…突起（突起群）
２ｅ…斜面
３…グラファイトシート
４…ＣＰＵ（被放熱体）
５…ヒートパイプ
【図１】
2008078564.tif 000004
【図２】
2008078564.tif 000005
【図３】
2008078564.tif 000006