CN114424337A - 散热片、散热片层叠体、结构体及发热元件的散热处理方法 - Google Patents

散热片、散热片层叠体、结构体及发热元件的散热处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114424337A
CN114424337A CN202080066100.8A CN202080066100A CN114424337A CN 114424337 A CN114424337 A CN 114424337A CN 202080066100 A CN202080066100 A CN 202080066100A CN 114424337 A CN114424337 A CN 114424337A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
heat sink
dissipating grease
grease
sink
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080066100.8A
Other languages
English (en)
Inventor
和田光祐
金子政秀
野野垣良三
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denka Co Ltd
Original Assignee
Denka Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denka Co Ltd filed Critical Denka Co Ltd
Publication of CN114424337A publication Critical patent/CN114424337A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3737—Organic materials with or without a thermoconductive filler
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3672—Foil-like cooling fins or heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

对于本发明的散热片而言，在配置于铝板上的散热片与玻璃板之间夹入散热润滑脂后，进行100次循环的热循环试验的情况下，进行100次循环的热循环试验之后的散热润滑脂的面积(S2)、与进行热循环试验之前的散热润滑脂的面积(S1)的面积比(S2/S1)为1.0～2.0。本发明的散热片层叠体(10)包含本发明的散热片(1)及形成于本发明的散热片(1)的面上的散热润滑脂层(11)。本发明的结构体(20)具备本发明的散热片(1)、发热元件(21)、及介在于散热片(1)与发热元件(21)之间的散热润滑脂(11)。本发明的发热元件的散热处理方法包括在本发明的散热片上涂布散热润滑脂的工序、及在涂布有散热润滑脂的散热片上配置发热元件的工序。根据本发明，可以提供在使散热润滑脂介在于发热元件与散热片之间时能够抑制散热润滑脂的泵出现象的散热片、包含该散热片的散热片层叠体、具备该散热片的结构体及使用了该散热片的发热元件的散热处理方法。

Description

散热片、散热片层叠体、结构体及发热元件的散热处理方法
技术领域
本发明涉及散热片、包含该散热片的散热片层叠体、具备该散热片的结构体及使用了该散热片的发热元件的散热处理方法。
背景技术
在功率器件、晶体管、晶闸管、CPU等发热元件中，如何高效地对使用时产生的热进行散热成为了重要课题。一直以来，作为这样的散热对策，通常实施使由发热元件产生的热向散热器等散热部件传导从而散热的操作。为了使由发热元件产生的热高效地向散热部件进行热传导，期望在发热元件与散热部件之间用散热材料填埋接触界面处的气隙。从容易操作的方面考虑，作为这样的散热材料，一直以来使用了散热片(例如，参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-39060号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，散热片不能追随发热元件的安装面中的微小凹凸，因此，有时散热片与发热元件的密合性变得不充分。因此，有时发热元件与散热片之间的接触热阻变大。
本申请的发明人开展了深入研究，结果发现，通过使散热润滑脂介在于发热元件与散热片之间，能够降低发热元件与散热片之间的接触热阻。但是，本申请的发明人还发现，若使散热润滑脂介在于发热元件与散热片之间，则由于散热片的热膨胀及热收缩而导致散热润滑脂发生显著的泵出现象(散热润滑脂从安装部分流出的现象)。
因此，本发明的目的在于，提供在使散热润滑脂介在于发热元件与散热片之间时能够抑制散热润滑脂的泵出现象的散热片、包含该散热片的散热片层叠体、具备该散热片的结构体及使用了该散热片的发热元件的散热处理方法。
用于解决课题的手段
本申请的发明人为了达成上述目的而开展了深入研究，结果发现，通过使用在将散热润滑脂夹在载置于铝板上的散热片与玻璃板之间并进行了规定的热循环试验的情况下、热循环试验后的散热润滑脂的面积与热循环试验前的散热润滑脂的面积的面积比在规定范围内这样的散热片，能够达成上述的目的。
本发明基于上述的见解，其主旨如下。
[1]散热片，将10s-1的剪切速度下的25℃的粘度为22Pa·s、并且粘合线厚度(BLT)为52μm的散热润滑脂3.2ml以每单位面积为0.2MPa的紧固力夹入配置于铝板上的180mm×100mm的散热片与玻璃板之间，使散热润滑脂扩张之后，进行100次循环的将-40℃的温度的30分钟保持及125℃的温度的30分钟保持作为1次循环的热循环试验的情况下，进行100次循环的热循环试验之后的散热润滑脂的面积(S2)、与进行热循环试验之前的已扩张的散热润滑脂的面积(S1)的面积比(S2/S1)为1.0～2.0。
[2]如上述[1]所述的散热片，其中，面积比(S2/S1)为1.0～1.7。
[3]散热片层叠体，其包含：上述[1]或[2]所述的散热片，所述散热片具有第1面及第1面的相反侧的第2面；以及散热润滑脂层，所述散热润滑脂层形成于散热片的第1面及第2面中的至少一个面上。
[4]结构体，其具备：上述[1]或[2]所述的散热片；发热元件，所述发热元件载置于散热片上；以及散热润滑脂，所述散热润滑脂介在于散热片与发热元件之间。
[5]发热元件的散热处理方法，其包括下述工序：在具有第1面及第1面的相反侧的第2面的、权利要求1或2所述的散热片中的第1面及第2面中的至少一个面上涂布散热润滑脂的工序；以及在涂布有散热润滑脂的散热片的面上配置发热元件的工序。
发明效果
根据本发明，可以提供在使散热润滑脂介在于发热元件与散热片之间时能够抑制散热润滑脂的泵出现象的散热片、包含该散热片的散热片层叠体、具备该散热片的结构体及使用了该散热片的发热元件的散热处理方法。
附图说明
[图1]图1为用于对本发明的一个实施方式的散热片层叠体及结构体进行说明的图。
[图2]图2为用于对本发明的一个实施方式的散热片层叠体及结构体的变形例进行说明的图。
[图3]图3为实施例的热循环试验中使用的面积比评价用夹具的分解图。
[图4]图4为用于对面积比评价用夹具中的散热润滑脂的扩展进行说明的图。
[图5]图5为用于对使用了粘弹性测定装置的粘合线厚度的测定方法进行说明的图。
具体实施方式
[散热片]
对于本发明的散热片而言，将10s-1的剪切速度下的25℃的粘度为22Pa·s、并且粘合线厚度为52μm的散热润滑脂3.2ml以每单位面积为0.2MPa的紧固力夹入配置于铝板上的180mm×100mm的散热片与玻璃板之间，使散热润滑脂扩张之后，进行100次循环的将-40℃的温度的30分钟保持及125℃的温度的30分钟保持作为1次循环的热循环试验的情况下，进行100次循环的热循环试验之后的散热润滑脂的面积(S2)、与进行热循环试验之前的已扩张的散热润滑脂的面积(S1)的面积比(S2/S1)为1.0～2.0。具体地，对于本发明的散热片而言，在后述的实施例中记载的使用了玻璃板的热循环试验中，进行100次循环的热循环试验之后的散热润滑脂的面积(S2)、与进行热循环试验之前的已扩张的散热润滑脂的面积(S1)的面积比(S2/S1)为1.0～2.0。若上述面积比(S2/S1)大于2.0，则有在使散热润滑脂层介在于发热元件与散热片之间时散热润滑脂的泵出现象变得显著的情况。需要说明的是，散热润滑脂的25℃时的粘度的值22Pa·s通常是所使用的散热润滑脂的25℃时的粘度的值之一。另外，散热润滑脂的粘合线厚度的值52μm通常是所使用的散热润滑脂的粘合线厚度的值之一。通过以使用这样的粘度及粘合线厚度的散热润滑脂测定的上述面积比在特定范围内的方式进行调整，从而在使用了通常的散热润滑脂的情况下，能够有效地抑制泵出现象。
粘合线厚度可以使用粘弹性测定装置来测定。参照图5，对使用了粘弹性测定装置的粘合线厚度的测定方法进行说明。将直径为8mm的圆柱状的测定用夹具、和圆板状的测定用夹具安装于粘弹性测定装置。然后，利用使试样沿压缩方向变形的粘弹性测定装置的功能，如图5(a)所示，以10N的应力将圆柱状的测定用夹具41向圆板状的测定用夹具42推压。将此时的圆柱状的测定用夹具41与圆板状的测定用夹具42的间隔设定为零。接下来，如图5(b)所示，以圆柱状的测定用夹具41与圆板状的测定用夹具42之间的间隔成为1mm的方式，使圆柱状的测定用夹具41从圆板状的测定用夹具42离开。然后，配置圆柱状的测定用夹具41与圆板状的测定用夹具42之间的散热润滑脂43。如图5(c)所示，以10N的应力再次将圆柱状的测定用夹具41向圆板状的测定用夹具42推压。由于在圆柱状的测定用夹具41与圆板状的测定用夹具42之间存在散热润滑脂43，因此圆柱状的测定用夹具41与圆板状的测定用夹具42的间隔变得大于零。将此时的圆柱状的测定用夹具41与圆板状的测定用夹具42的间隔作为粘合线厚度。
例如，可以通过压纹加工等形成与散热片的表面交叉的线状槽，由此得到能使上述面积比(S2/S1)为1.0～2.0的散热片。在对上述面积比(S2/S1)进行调整的基础上、在散热片整体上形成线状槽是特别有效的。认为通过在散热片上整体地形成多个槽，从而即使存在散热片等的膨胀、收缩，也能够预先将散热润滑脂储存在槽中，由此能够减小上述面积比(S2/S1)。另外，优选相邻的槽之间的距离为100～1500μm，槽的深度为5～25μm，槽的宽度为5～25μm。另外，通过缩短相邻的槽之间的距离、加深槽的深度、或者增大槽的宽度，能够减小上述面积比(S2/S1)。需要说明的是，可以仅在散热片的2个主面中的一个面上形成槽，也可以在两个面上形成槽。
(面积比(S2/S1))
从在使散热润滑脂介在于发热元件与散热片之间时、能够更大程度地抑制散热润滑脂的泵出现象这样的观点考虑，进行100次循环的热循环试验之后的散热润滑脂的面积(S2)、与进行热循环试验之前的已扩张的散热润滑脂的面积(S1)的面积比(S2/S1)为1.0～2.0，优选为1.0～1.7，更优选为1.0～1.5，进一步优选为1.0～1.3。
(散热片的表面粗糙度)
从在使散热润滑脂介在于发热元件与散热片之间时、能够更大程度地抑制散热润滑脂的泵出现象这样的观点考虑，本发明的散热片的表面粗糙度以算术平均粗糙度(Ra)计优选为1.2～3.5μm，更优选为1.5～3.2μm，进一步优选为2.0～3.0μm。另外，本发明的散热片的表面粗糙度以十点平均粗糙度(Rz)计优选为10～25μm，更优选为14～23μm，进一步优选为17～23μm。需要说明的是，算术平均粗糙度(Ra)及十点平均粗糙度(Rz)是依照JISB0601：2013测定的值。
需要说明的是，如上所述，可以通过例如槽形成等而以物理方式对表面进行调整从而调整面积比(S2/S1)，但也可以为其他方法。例如，也可以以化学方式对散热片的表面状态进行调整，从而调整S2/S1。具体而言，可考虑改性成与散热润滑脂的相容性高的表面的方法。
(散热片的成分)
本发明的散热片的成分只要是散热片中通常使用的成分，就没有特别限定。例如，本发明的散热片可以含有树脂粘结剂及热导率高的填充材料。
＜树脂粘结剂＞
本发明的散热片中使用的树脂粘结剂只要是通常可用于散热片的树脂粘结剂，就没有特别限定。作为本发明的散热片中使用的树脂粘结剂，可举出例如环氧树脂、有机硅树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯、氟树脂、氨基甲酸酯树脂、聚酰胺(例如聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺等)、聚酯(例如聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等)、聚苯醚、聚苯硫醚、全芳香族聚酯、聚砜、液晶聚合物、聚醚砜、聚碳酸酯、马来酰亚胺改性树脂、ABS树脂、AAS(丙烯腈-丙烯酸橡胶·苯乙烯)树脂、AES(丙烯腈·乙烯·丙烯·二烯橡胶-苯乙烯)树脂等。它们可以单独使用1种，或者组合2种以上而使用。从使散热片的操作容易这样的观点及进一步提高散热片的密合性这样的观点考虑，树脂粘结剂优选为橡胶或弹性体。这些之中，从耐热性、耐气候性、电绝缘性及化学稳定性的观点考虑，优选为有机硅树脂。
从不含成为金属腐蚀的原因的离子性杂质、在反应后不产生副产物这样的观点考虑，本发明的散热片中使用的有机硅树脂优选为加成反应型有机硅树脂。加成反应型有机硅树脂是使用铂化合物作为催化剂、通过烯基与键合于硅原子的氢原子之间的氢化硅烷化反应进行固化而得到的有机硅树脂。加成反应型有机硅中包括例如Wacker AsahikaseiSilicone Co.,Ltd.制的商品名“LR3303-20A/B”的有机硅。
＜填充材料＞
本发明的散热片中使用的填充材料只要是通常可用于散热片的填充材料，就没有特别限定。作为本发明的散热片中使用的填充材料，可举出例如无机系填充材料、金属系填充材料等。作为无机系填充材料，可举出例如氧化锌、氧化铝、氮化硼、氮化铝、碳化硅、氮化硅等。作为金属系填充材料，可举出例如铝、银、铜等。它们可以单独使用1种，或者组合2种以上而使用。这些之中，从电绝缘性的观点考虑，优选为无机系填充材料，无机系填充材料之中，从热导率及化学稳定性的观点考虑，更优选为氮化硼。另外，氮化硼在热传导性上具有各向异性，因此进一步优选为抑制了该热传导性的各向异性的块状氮化硼粒子。需要说明的是，块状氮化硼粒子是使六方晶氮化硼的鳞片状粒子凝集成块状而得到的粒子。
填充材料的平均粒径优选为8～90μm。若填充材料的平均粒径为8μm以上，则可以增高填充材料的含量。另一方面，若填充材料的平均粒径为90μm以下，则能够将散热片减薄。从这样的观点考虑，填充材料的平均粒径更优选为20～70μm，进一步优选为25～50μm，特别优选为25～45μm。需要说明的是，填充材料的平均粒径例如可以使用Beckman-Coulter,Inc.制激光衍射散射法粒度分布测定装置(LS-13 320)来测定。作为填充材料的平均粒径，可以采用在测定处理之前未被供于均化器的情况下进行测定而得到的平均粒径。需要说明的是，得到的平均粒径例如为基于体积统计值的平均粒径。
相对于树脂粘结剂及填充材料的合计100体积％而言的填充材料的含量优选为30～85体积％，更优选为40～80体积％。填充材料的含量为30体积％以上的情况下，散热片的热导率提高，容易得到充分的散热性能。另外，填充材料的含量为85体积％以下的情况下，能够抑制在散热片的成型时易于产生孔隙的情况，能够提高散热片的绝缘性、机械强度。
＜增强层＞
本发明的散热片可以具备增强层。增强层担负进一步提高散热片的机械强度的作用，此外，在散热片被沿厚度方向压缩时，还发挥抑制散热片沿平面方向的拉伸、确保绝缘性的效果。作为增强层，可举出例如玻璃布、氧化铝布、聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、丙烯酸树脂等的树脂膜、棉、麻、芳族聚酰胺纤维、纤维素纤维、尼龙纤维、聚烯烃纤维等的布纤维网布、芳族聚酰胺纤维、纤维素纤维、尼龙纤维、聚烯烃纤维等的无纺布、不锈钢、铜、铝等的金属纤维网布、铜、镍、铝等的金属箔等。它们可以单独使用1种，或者组合2种以上而使用。这些之中，从热传导性、绝缘性及成本的观点考虑，优选为玻璃布。
使用玻璃布作为增强层的情况下，可以使用通常市售那样的具有开口部的玻璃布。从热传导性的观点考虑，玻璃布的厚度优选为10μm～150μm，更优选为20～90μm，进一步优选为30～60μm。玻璃布的厚度为10μm以上的情况下，能够抑制玻璃布在操作时毁坏。另一方面，玻璃布的厚度为150μm以下的情况下，能够抑制由玻璃布导致的散热片的热导率的降低。市售的玻璃布中包括纤维直径为4～9μm的玻璃布，可以将它们用于散热片1。另外，玻璃布的拉伸强度例如为100～1000N/25mm。另外，从取得热传导性及强度的均衡性这样的观点考虑，玻璃布的开口部的一边的长度优选为0.1～1.0mm。可用于散热片1的玻璃布中包括例如Unitika公司制、商品名“H25F104”。
使用增强层的情况下，可以以在散热片的厚度方向中央配置增强层的方式，在增强层的两面涂布散热片用组合物从而制造散热片，也可以在增强层的一面涂布散热片用组合物从而制造散热片。
需要说明的是，本发明的散热片中也可以包含除树脂粘结剂、填充材料及增强层以外的成分。其他成分为添加剂、阻燃剂、硅油、硅烷材料、硅烷偶联剂、铂催化剂、固化剂、着色剂等，在散热片的体积即100体积％中，可以为例如5体积％以下，优选为3体积％以下，更优选为1体积％以下。
＜基材树脂层＞
本发明的散热片可以具备基材树脂层。基材树脂层担负进一步提高散热片的耐热性的作用。在该情况下，本发明的散热片包含：含有上述的树脂粘结剂及填充材料的树脂组合物层；和与该树脂组合物层相邻的基材树脂层。而且，优选树脂组合物层的一个面是上述的面积比(S2/S1)成为1.0～2.0的面，在树脂组合物层的另一面侧配置基材树脂层。另外，树脂组合物层可以具备上述的增强层。
基材树脂层优选包含玻璃化转变温度为200℃以上的树脂。若玻璃化转变温度为200℃以上，则可得到充分的耐热性，能够维持层叠体的绝缘性、热传导性良好。基材树脂层可以为由涂膜形成的层，也可以为由膜形成的层。
作为构成基材树脂层的树脂，可举出聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酰胺(特别是芳香族聚酰胺)、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯(PTFE)或四氟乙烯·全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)等，其中，优选为聚酰亚胺。另外，可以单独使用或者组合数种而使用。
基材树脂层中的树脂的含量没有特别限定，但关于下限，优选为78体积％以上，更优选为80体积％以上，进一步优选为82体积％以上。关于上限，优选为92体积％以下，更优选为90体积％以下，进一步优选为88体积％以下。
基材树脂层优选含有无机填料。通过使基材树脂层含有无机填料，能够提高绝缘性、热传导性、剥离强度等。尤其可推测剥离强度升高的原因在于，由无机填料在基材树脂层与树脂组合物层的界面处形成凹凸，产生锚定效应。作为无机填料，可以使用与上述的填充材料同样的无机填料。
基材树脂层中的无机填料的含量没有特别限定，但关于下限，优选为8体积％以上，更优选为10体积％以上，进一步优选为12体积％以上。关于上限，优选为22体积％以下，更优选为20体积％以下，进一步优选为18体积％以下。
另外，在基材树脂层中，可以包含少量的上述其他成分，也可以包含少量的杂质。需要说明的是，在基材树脂层中，上述树脂与无机填料的总含量优选为90体积％以上，更优选为95体积％以上，进一步优选为97体积％以上。
从绝缘性、热传导性、加工性的观点考虑，基材树脂层的厚度优选为以下的范围。关于下限，优选为0.010mm以上。通过设定为0.010mm以上，能够进一步改善绝缘性，并且还能够改善加工性。更优选为0.012mm以上，进一步优选为0.015mm以上。关于上限，优选为0.100mm以下。更优选为0.070mm以下，进一步优选为0.050mm以下。
作为成为基材树脂层的膜，可以依照已知的膜制作方法来制作。另外，也可以获得在市场上销售的制品并使用。
在具备基材树脂层的散热片的情况下，在成为基材树脂层的基材片材上涂布树脂组合物(散热片用组合物)。作为向基材片材的涂布方法，可以使用以往已知的方法、例如涂布机法、刮刀法、挤出成型法、注射成型法、加压成型法等。在具备基材树脂层的散热片的情况下也同样地，可以以在散热片的厚度方向中央配置基材树脂层的方式，在基材树脂层的两面涂布散热片用组合物，也可以仅在一面涂布散热片用组合物。
＜散热片的形态＞
本发明的散热片的形态没有特别限定。可以为片状品，也可以为卷状品。
[散热片层叠体]
如图1所示，本发明的一个实施方式的散热片层叠体10包含本发明的一个实施方式的散热片1、及形成于散热片1的面上的散热润滑脂层11。由此，能够降低发热元件21与散热片1之间的接触热阻，并且能够抑制散热润滑脂的泵出现象。需要说明的是，形成有散热润滑脂层11的散热片1的表面具有面积比(S2/S1)在上述范围内这样的表面状态。
(散热润滑脂)
本发明的一个实施方式的散热片层叠体10中使用的散热润滑脂11只要是通常可用作散热材料的散热润滑脂，就没有特别限定。散热润滑脂例如是对液态聚合物及填充材料进行混炼并制成糊状而得到的产物。作为填充材料，例如可以使用与在上述的本发明的散热片中使用的填充材料相同的填充材料。这些之中，从电绝缘性的观点考虑，优选为无机系填充材料，无机系填充材料之中，从热导率及绝缘性、成本的观点考虑，更优选为氧化铝。另外，氧化铝的形状可以为球状、破碎状、板状、不定形等中的任意形状，但从流动性的观点考虑，特别优选为球状。作为液态聚合物，可举出例如聚烯烃、烷基芳香族、脂环式化合物等烃油、聚二醇、苯基醚等聚醚类、二酯、多元醇酯等酯类、芳香族磷酸酯等磷化合物、有机硅等硅化合物、氟代聚醚等卤化物、矿物油、氟硅酮(fluorosilicone)、丙烯酸树脂、氨基甲酸酯树脂等。这些液态聚合物之中，从耐热性、耐气候性、电绝缘性及化学稳定性的观点考虑，优选为有机硅。
如上所述，本发明中，散热润滑脂的种类没有特别限定，但通常的散热润滑脂的25℃时的粘度的值为10～400Pa·s，使用具有这样的粘度的通常的散热润滑脂的情况下，能够更有效地抑制泵出现象。本发明的散热片对于粘度低的散热润滑脂是特别有效的。粘度低的散热润滑脂从散热润滑脂的操作容易性等的观点考虑是优选的，但在容易发生泵出现象这一点上存在问题。根据本发明的散热片，即使使用粘度低的散热润滑脂，也能够抑制泵出现象。所谓粘度低的散热润滑脂，是25℃时的粘度的值为300Pa·s以下的散热润滑脂。
如上所述，本发明中，散热润滑脂的种类没有特别限定，但通常的散热润滑脂的粘合线厚度的值为10～120μm，使用具有这样的粘合线厚度的通常的散热润滑脂的情况下，能够更有效地抑制泵出现象。本发明的散热片对于粘合线厚度小的散热润滑脂是特别有效的。粘合线厚度小的散热润滑脂从热阻等的观点考虑是优选的，但在容易发生泵出现象这一点上存在问题。根据本发明的散热片，即使使用粘合线厚度小的散热润滑脂，也能够抑制泵出现象。所谓粘合线厚度小的散热润滑脂，是粘合线厚度的值为60μm以下的散热润滑脂。
关于本发明的一个实施方式的散热片层叠体10中使用的散热润滑脂11的使用量，只要槽的形状等在上述的优选范围内，则每180mm×100mm的散热片可以为1.5～8.0ml，可以为2.3～4.5ml，可以为2.6～3.8ml。另外，通常的散热润滑脂的10s-1的剪切速度下的25℃的粘度在15～1000Pa·s的范围内时是有效的，为了使其在上述范围内，可以通过例如真空脱泡·混合这样的方法进行调整。
(本发明的一个实施方式的散热片层叠体的变形例)
本发明的一个实施方式的散热片层叠体可以如下所述地变形。
图1所示的本发明的一个实施方式的散热片层叠体10中，仅在散热片1的一面侧配置有散热润滑脂11。但是，也可以如图2所示的散热片层叠体10A那样，在散热片1的两侧配置有散热润滑脂11、12。由此，还能够降低散热片1与散热器30之间的接触热阻。需要说明的是，在该情况下，散热片1的两个表面具有散热润滑脂的上述面积比(S2/S1)在上述范围内这样的表面状态。
[结构体]
如图1所示，本发明的一个实施方式的结构体20具备本发明的一个实施方式的散热片1、载置于散热片1上的发热元件21、及介在于散热片1与发热元件21之间的散热润滑脂11。由此，能够降低发热元件21与散热片1之间的接触热阻，并且能够抑制散热润滑脂11的泵出现象。需要说明的是，配置有散热润滑脂11的散热片1的表面具有散热润滑脂的上述面积比(S2/S1)在上述范围内这样的表面状态。需要说明的是，对于散热润滑脂11而言，可以使用与上述的散热片层叠体中使用的散热润滑脂同样的物质。
(发热元件)
作为发热元件，可举出例如功率器件、晶体管、晶闸管、CPU、IGBT模块、二极管等。
(本发明的一个实施方式的结构体的变形例)
本发明的一个实施方式的结构体可以如下所述地变形。
＜变形例1＞
图1所示的本发明的一个实施方式的结构体20中，仅在散热片1的一面侧配置有散热润滑脂11。但是，也可以如图2所示的结构体20A那样，在散热片1的两侧配置有散热润滑脂11、12。由此，还能够降低散热片1与散热器30之间的接触热阻。需要说明的是，在该情况下，散热片1的两个面具有散热润滑脂的上述面积比(S2/S1)在上述范围内这样的表面状态。
＜变形例2＞
也可以代替发热元件而将安装有发热元件的基板载置于散热片。
[发热元件的散热处理方法]
本发明的发热元件的散热处理方法包括下述工序：在具有第1面及第1面的相反侧的第2面的、本发明的散热片中的第1面及第2面中的至少一个面上涂布散热润滑脂的工序；以及在涂布有散热润滑脂的散热片的面上配置发热元件的工序。由此，能够降低发热元件与散热片之间的接触热阻，并且能够抑制散热润滑脂的泵出现象。需要说明的是，在散热润滑脂的涂布中，可使用例如自动分配、丝网印刷法。
以上的本发明的一个实施方式的散热片层叠体10及结构体20以及其变形例10A、20A只不过为一个方式，不对本发明的散热片层叠体及结构体进行限定。
实施例
以下，对于本发明，利用实施例及比较例来进行详细说明。需要说明的是，本发明不限定于以下实施例。
对实施例及比较例的散热片进行以下的评价。
(散热片的厚度)
使用测厚仪(Mitutoyo Corporation制，型号：547-301)，在任意10个部位测定散热片的厚度，将其平均值作为该散热片的厚度。
(散热片的表面粗糙度)
使用共聚焦显微镜(Keyence Corporation制，商品名“LT·9010M”)，在测量长度为10,000μm、测量间距为10μm、测量速度为500μm的条件下，依照JIS B0601：2013对散热片的表面粗糙度进行测定。
(散热润滑脂的面积比(S2/S1)的测定)
使用图3所示的面积比评价用夹具100进行热循环试验，调查散热润滑脂的上述面积比(S2/S1)。首先，参照图3对面积比评价用夹具100进行说明。
面积比评价用夹具100包含：载置散热片200的铝板110、与铝板110组合来夹持散热片200及滴加至散热片的散热润滑脂300的透明玻璃板120、对玻璃板120进行固定的透明的树脂制的玻璃板固定板130、以及用于将铝板110与玻璃板120之间紧固的螺栓140及螺母150。在铝板110上设置有用于使螺栓140的螺纹部141通过的孔111。在玻璃板固定板130上设置有用于将玻璃板120嵌合的中空部131、和用于使螺栓140的螺纹部141通过的孔132。需要说明的是，中空部131的深度比玻璃板120的厚度稍小。
需要说明的是，作为铝板110，使用材质A-5052的铝板。铝板110的大小为180mm×100mm×10mm。另外，玻璃板120的大小为70mm×55mm×10mm。此外，作为玻璃板固定板130，使用聚氯乙烯系树脂。玻璃板固定板130的大小为180mm×100mm×30mmmm。
接下来，对面积比的测定方法进行说明。将设置有用于使螺栓140的螺纹部141通过的孔210的、大小为180mm×100m的散热片200载置于铝板110。然后，在载置于铝板110的散热片110之上滴加3.2ml散热润滑脂300。散热片200上的滴加散热润滑脂300的位置是相当于在散热润滑脂300上载置的玻璃板120的中心的位置。
接下来，将嵌入有玻璃板120的玻璃板固定板130载置于滴加有散热润滑脂300的散热片200上。由此，散热润滑脂300被散热片200及玻璃板120夹持。然后，在铝板110的孔111、散热片200的孔210、及玻璃板固定板130的孔131中插入螺栓140的螺纹部141后，使用螺母150，将铝板110与玻璃板120之间紧固。铝板110与玻璃板120之间的每单位面积的紧固力为0.2MPa。如图4所示，可以透过玻璃板120及玻璃板固定板130观察散热润滑脂300的扩展情况。然后，透过玻璃板120及玻璃板固定板130对散热润滑脂300进行拍摄，由拍摄的图像测定已扩展的散热润滑脂300的面积(S1)。需要说明的是，图4中，被夹入玻璃板120与散热片之间的散热润滑脂300的面积相当于本发明的散热片中的散热润滑脂的面积(S1)。
使夹着散热片200及散热润滑脂300的面积比评价用夹具100呈水平地进行热循环试验。将-40℃的温度的30分钟保持及125℃的温度的30分钟保持作为1次循环，进行100次循环的热循环试验。对于进行100次循环的热循环试验之后的面积比评价用夹具100，透过玻璃板120及玻璃板固定板130对散热润滑脂300进行拍摄，由拍摄的图像测定已扩展的散热润滑脂300的面积(S2)。需要说明的是，图4中，100次循环的热循环试验后的被夹入玻璃板120与散热片之间的散热润滑脂300的面积相当于本发明的散热片中的散热润滑脂的面积(S2)。然后，算出100次循环的热循环试验后的散热润滑脂的面积(S2)与热循环试验前的散热润滑脂的面积(S1)的面积比(S2/S1)。需要说明的是，面积比评价试验中使用了以下的散热润滑脂。
散热润滑脂：电化株式会社制，商品名：GFC-PF3，10s-1的剪切速度下的25℃的粘度：22Pa·s，粘合线厚度：52μm，滴加的量：3.2ml
(使用了发热元件的热循环试验)
在面积比评价用夹具100中，代替玻璃板120及玻璃板固定板130而配置功率模块组件(PM-Assy)(株式会社东芝制，型号：TO-3P形状晶体管)，进行热循环试验。该热循环试验中，在载置于铝板(Ryosan Company,Limited制，型号：40CH104)的散热片上滴加0.16ml散热润滑脂。散热片上的滴加散热润滑脂的位置是相当于在散热润滑脂上载置的PM-Assy的中心的位置。然后，将PM-Assy载置于滴加有散热润滑脂的散热片上。由此，散热润滑脂被散热片及PM-Assy夹持。然后，在铝板的孔、散热片的孔、及PM-Assy的孔中插入螺栓的螺纹部后，使用螺母，将铝板与PM-Assy之间紧固。铝板与PM-Assy之间的每单位面积的紧固力为1.0MPa。在该阶段中，确认了没有散热润滑脂从PM-Assy与散热片之间的流出后，使PM-Assy呈水平地进行热循环试验。将-40℃的温度的30分钟保持及125℃的温度的30分钟保持作为1次循环，进行100次循环的热循环试验。然后，在100次循环的热循环试验之后，确认了有无散热润滑脂从PM-Assy与散热片之间的流出。
实施例及比较例的散热片如下所述地制作。
[实施例1]
(六方晶氮化硼的制作)
将硼酸、三聚氰胺、及碳酸钙(均为试剂特级)以质量比为70：50：5的比例混合，在氮气气氛中，经1小时从室温升温至1400℃，于1400℃保持3小时后，经4小时升温至1900℃，于1900℃保持2小时后，冷却至室温，从而制造六方晶氮化硼。使其破碎后，进行粉碎，进行筛分，制作块状氮化硼粒子。所制作的块状氮化硼粒子的平均粒径为50μm。
(散热片用组合物的制作)
在110g的有机硅树脂(Wacker Asahikasei Silicone Co.,Ltd.制，型号：LR3303-20A)和110g的有机硅树脂(Wacker Asahikasei Silicone Co.,Ltd.制，型号：LR3303-20B)中添加650g所制作的块状氮化硼粒子，然后，以固态成分浓度成为60wt％的方式添加作为粘度调节剂的甲苯，使用涡轮型搅拌叶片，利用搅拌机(HEIDON公司制，商品名：Three-OneMotor)混合15小时，制作散热片用组合物。
(散热片前体片材的制作)
利用逗号涂布机，将上述的散热片用组合物以每一面的厚度为0.5mm的方式涂敷于Teflon(注册商标)片材上，于75℃进行5分钟干燥。其后，使用平板加压机(株式会社柳濑制作所制)，在温度为120℃、压力为50kgf/cm2的条件下进行10分钟的加压，制作厚度为0.30mm的片材。接着，在常压、150℃的温度下对其进行4小时的二次加热，制作散热片前体片材。
(散热片前体片材的粗糙化处理)
准备在表面具备沿第1方向延伸的多个第1突条及沿与第1方向不同的第2方向延伸、并且与第1槽交叉的多个第2突条的转印用片材。需要说明的是，转印用片材中的相邻的第1突条之间的距离及相邻的第2突条之间的距离为1.0mm。另外，第1突条及第2突条的宽度为10μm。此外，第1突条及第2突条的高度为20μm。另外，第1方向及第2方向所成的角度为90°。此外，第1突条及第2突条为以直线状延伸的突条。另外，第1突条及第2突条的截面的形状为四边形。
在散热片前体片材上载置上述转印用片材后，使用平板加压机(株式会社柳濑制作所制)，在温度为165℃、压力为150kgf/cm2的条件下进行30分钟的加压，在散热片前体片材的表面形成槽，制作实施例1的散热片。
[实施例2]
将在散热片前体片材的表面形成槽时的平板加压机的压力从150kgf/cm2变更为220kgf/cm2，除此以外，与实施例1同样地操作，制作实施例2的散热片。
[实施例3]
在散热片前体片材的表面形成槽时的平板加压机的压力从150kgf/cm2变更为50kgf/cm2，除此以外，与实施例1同样地操作，制作实施例3的散热片。
[实施例4]
在制成散热片前体片材时，将作为基材树脂层的聚酰亚胺膜(DU PONT-TORAYCO.,LTD.制，商品名Kapton 100H，厚度为0.026mm)配置于Teflon(注册商标)片材上后，利用逗号涂布机，将上述的散热片用组合物以0.2mm的厚度涂敷于聚酰亚胺膜上，于75℃进行5分钟干燥，在聚酰亚胺膜的一面涂敷了散热片用组合物。接下来，以聚酰亚胺膜成为上侧的方式颠倒过来，利用逗号涂布机，将散热片用组合物以0.2mm的厚度涂敷于聚酰亚胺膜上，于75℃进行5分钟干燥，制作在两面涂敷有散热片用组合物的散热片用组合物的片材。除此以外，与实施例1同样地操作，制作实施例4的散热片。
[比较例1]
不在散热片前体片材的表面形成槽，除此以外，与实施例1同样地操作，制作比较例1的散热片。
将实施例1～3及比较例1的散热片的评价结果示于表1。
[表1]
表1
Figure BDA0003556177300000181
由以上的评价结果可知，若将面积比(S2/S1)为1.0～2.0的散热片用于发热元件的安装，则泵出现象得以被抑制。另一方面，可知若将上述面积比(S2/S1)大于2.0的散热片用于发热元件的安装，则显著发生泵出现象。
另外，依照JIS C2110中记载的方法，通过短时击穿试验(室温：23℃)对实施例1及实施例4的绝缘击穿电压进行评价。实施例4的绝缘击穿电压高出3kV左右。
附图标记说明
1、200 散热片
10、10A 散热片层叠体
11、11A、12、43、300 散热润滑脂
20、20A 结构体
21 发热元件
30 散热器
41 圆柱状的测定用夹具
42 圆板状的测定用夹具
100 面积比评价用夹具
110 铝板
120 玻璃板
130 玻璃板固定板
140 螺栓
150 螺母

Claims (5)

1.散热片，将10s-1的剪切速度下的25℃的粘度为22Pa·s、并且粘合线厚度为52μm的散热润滑脂3.2ml以每单位面积为0.2MPa的紧固力夹入配置于铝板上的180mm×100mm的散热片与玻璃板之间，使前述散热润滑脂扩张之后，进行100次循环的将-40℃的温度的30分钟保持及125℃的温度的30分钟保持作为1次循环的热循环试验的情况下，
进行100次循环的前述热循环试验之后的前述散热润滑脂的面积(S2)、与进行前述热循环试验之前的已扩张的前述散热润滑脂的面积(S1)的面积比(S2/S1)为1.0～2.0。
2.如权利要求1所述的散热片，其中，前述面积比(S2/S1)为1.0～1.7。
3.散热片层叠体，其包含：
权利要求1或2所述的散热片，所述散热片具有第1面及前述第1面的相反侧的第2面；以及
散热润滑脂层，所述散热润滑脂层形成于前述散热片的前述第1面及前述第2面中的至少一个面上。
4.结构体，其具备：
权利要求1或2所述的散热片；
发热元件，所述发热元件载置于前述散热片上；以及
散热润滑脂，所述散热润滑脂介在于前述散热片与前述发热元件之间。
5.发热元件的散热处理方法，其包括下述工序：
在具有第1面及前述第1面的相反侧的第2面的、权利要求1或2所述的散热片中的前述第1面及前述第2面中的至少一个面上涂布散热润滑脂的工序；以及
在涂布有前述散热润滑脂的前述散热片的面上配置发热元件的工序。
CN202080066100.8A 2019-09-25 2020-09-24 散热片、散热片层叠体、结构体及发热元件的散热处理方法 Pending CN114424337A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019173941 2019-09-25
JP2019-173941 2019-09-25
PCT/JP2020/035909 WO2021060319A1 (ja) 2019-09-25 2020-09-24 放熱シート、放熱シート積層体、構造体及び発熱素子の放熱処理方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114424337A true CN114424337A (zh) 2022-04-29

Family

ID=75166978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080066100.8A Pending CN114424337A (zh) 2019-09-25 2020-09-24 散热片、散热片层叠体、结构体及发热元件的散热处理方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220392824A1 (zh)
EP (1) EP4020543B1 (zh)
JP (1) JP7522752B2 (zh)
CN (1) CN114424337A (zh)
WO (1) WO2021060319A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3089750B1 (fr) * 2018-12-11 2021-07-16 Valeo Equip Electr Moteur Convertisseur de tension et procédé de fabrication d’un convertisseur de tension

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4457694B2 (ja) * 2003-05-19 2010-04-28 株式会社デンソー 電子部品の放熱構造
JP4413649B2 (ja) * 2004-03-03 2010-02-10 日産自動車株式会社 放熱構造体及びその製造方法
JP5383599B2 (ja) * 2010-06-21 2014-01-08 三菱電機株式会社 半導体モジュールユニットの製造方法
CN102373481B (zh) * 2010-08-18 2014-01-08 中国砂轮企业股份有限公司 表面改质导热颗粒及制备方法和应用
KR101653369B1 (ko) * 2014-11-24 2016-09-01 도레이첨단소재 주식회사 열전도성 점착제 조성물 및 이로부터 제조된 열전도성 박막 점착시트
JP7080183B2 (ja) * 2016-11-28 2022-06-03 リンテック オブ アメリカ インコーポレーテッド 三次元成形用導電性シート
JP7027094B2 (ja) * 2017-09-28 2022-03-01 デンカ株式会社 放熱部品付きパワーモジュール
US10941251B2 (en) * 2018-03-22 2021-03-09 Momentive Performance Materials Inc. Silicone polymer and composition comprising the same

Also Published As

Publication number Publication date
US20220392824A1 (en) 2022-12-08
EP4020543A1 (en) 2022-06-29
WO2021060319A1 (ja) 2021-04-01
EP4020543A4 (en) 2022-11-09
JP7522752B2 (ja) 2024-07-25
JPWO2021060319A1 (zh) 2021-04-01
EP4020543B1 (en) 2023-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8404768B2 (en) Thermal interface materials and methods for making thereof
CN105829450B (zh) 固化型导热油脂、散热结构及散热结构的制造方法
KR102550135B1 (ko) 반도체 디바이스의 제조 방법, 열전도 시트, 및 열전도 시트의 제조 방법
CN112955506B (zh) 导热性组合物、导热性构件、导热性构件的制造方法、散热结构、发热复合构件、散热复合构件
CN111944224A (zh) 一种片状垂直粒子导热界面材料及其制备方法
US20240010898A1 (en) Thermally conductive sheet and method for manufacturing thermally conductive sheet
CN114424337A (zh) 散热片、散热片层叠体、结构体及发热元件的散热处理方法
JP2013131564A (ja) 熱伝導性シート、この熱伝導性シートを用いた半導体装置及び半導体装置の製造方法
KR102530044B1 (ko) 반도체 디바이스의 제조 방법 및 열전도 시트
WO2021060318A1 (ja) 放熱シート、放熱シート積層体、構造体及び発熱素子の放熱処理方法
US20240262979A1 (en) Thermally-conductive sheet and thermally-conductive sheet production method
JP3739335B2 (ja) 放熱部材及びパワーモジュール
CN114207044A (zh) 导热性片和导热性片的制造方法
CN114430936A (zh) 散热片
CN114430860A (zh) 散热片
JP7338738B2 (ja) 半導体デバイスの製造方法、熱伝導シート、及び熱伝導シートの製造方法
US20240124758A1 (en) Heat-conductive sheet, heat-conductive sheet production method, and electronic equipment
WO2022181206A1 (ja) 熱伝導シート、熱伝導シートの製造方法、電子機器
CN117480600A (zh) 导热片及导热片的制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination