JP2001358265A - 電磁波抑制伝熱成形体 - Google Patents

電磁波抑制伝熱成形体

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JP2001358265A
JP2001358265A JP2000177692A JP2000177692A JP2001358265A JP 2001358265 A JP2001358265 A JP 2001358265A JP 2000177692 A JP2000177692 A JP 2000177692A JP 2000177692 A JP2000177692 A JP 2000177692A JP 2001358265 A JP2001358265 A JP 2001358265A
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heat transfer
soft magnetic
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magnetic metal
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Naoki Fuse
直紀 布施
Yuji Kato
裕二 加藤
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Daido Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コア部が突出しているCPUの放熱を促進す
るとともに、CPUから放出されている電磁波の抑制も
なし得る電磁波抑制伝熱成形体を提供する。 【解決手段】 コア部2bを突出させて形成されている
CPU2に用いられる電磁波抑制伝熱成形体1であっ
て、前記電磁波抑制伝熱成形体1が前記コア部2bを収
納する凹部1bを有してなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電磁波抑制伝熱成形
体に関する。さらに詳しくは、コア部が突出しているC
PUからの電磁波を抑制しながらヒートシンクへの伝熱
を促進する電磁波抑制伝熱成形体に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、図8に示すように、CPU
2’の上面を放熱フィン3aを有する金属製ヒートシン
ク3に接続させ、CPU2’で発生した熱を放熱させる
ことがなされている。
【0003】しかるに、最近のCPUでは、図9に示す
ように、コア部2bがCPU2の本体2a上面から突出
させて設けられている。そのため、図10に示すよう
に、単に金属製ヒートシンク3をCPU2上面に接続し
ただけでは、CPU2の金属製ヒートシンク3への接触
面がコア部2b上面だけとなるので、充分な放熱がなさ
れないという問題がある。
【0004】それに加えて、CPU2からは熱以外にも
電磁波が発生しているため、この電磁波がCPU本体2
aと金属製ヒートシンク3との隙間および放熱フィン3
aから外部にノイズとして放出されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の課題に鑑みなされたものであって、コア部が突出し
ているCPUの放熱を促進するとともに、CPUから放
出されている電磁波の抑制もなし得る電磁波抑制伝熱成
形体を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の電磁波抑制伝熱
成形体は、コア部を突出させて形成されているCPUに
用いられる電磁波抑制伝熱成形体であって、前記電磁波
抑制伝熱成形体が前記コア部を収納する凹部を有してな
ることを特徴とする。
【0007】本発明の電磁波抑制伝熱成形体において
は、電磁波抑制伝熱成形体は、例えば軟磁性金属粉末を
含む電磁波吸収性熱伝導性シリコーンゴム組成物からな
るものとされる。ここで、軟磁性金属粉末は、例えば鉄
および鉄合金から選ばれる少なくとも1種とされ、鉄合
金は、例えばFe−Ni,Fe−Co,Fe−Cr,F
e−Si,Fe−Cr−Si,Fe−Cr−Alおよび
Fe−Al−Si合金から選ばれる少なくとも1種とさ
れる。
【0008】また、本発明の電磁波抑制伝熱成形体にお
いては、軟磁性金属粉末が、5〜80vol%含有され
てなるのが好ましく、また熱伝導性フィラーを含むのも
好ましい。この場合、軟磁性金属粉末および熱伝導性フ
ィラーをぞれぞれ5〜80vol%および85〜15v
ol%を含有し、かつ軟磁性金属粉末と熱伝導性フィラ
ーとの合計量が15〜90vol%とされ、また熱伝導
性フィラーが、非磁性の金属、金属酸化物、金属窒化
物、および炭化珪素から選ばれた少なくとも1種とされ
る。
【0009】しかして、本発明の電磁波抑制伝熱成形体
は半導体素子に装着される。
【0010】
【作用】本発明の電磁波抑制伝熱成形体は、前記の如く
構成されているので、CPUの放熱を促進させながら、
CPUから放出される電磁ノイズを抑制できる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる
実施形態のみに限定されるものではない。
【0012】図1に、本発明の一実施形態に係る電磁波
抑制伝熱成形体(以下、単に成形体という)が装着され
ている半導体素子を断面図で示す。なお、図1におい
て、図8〜図10と同一の符号を付したものは同一また
は類似の構成要素を示す。
【0013】成形体1は、CPU本体2a上面と略同一
サイズの電磁波抑制能力および伝熱特性が優れた素材か
らなる平板状部材であって、その下面のCPU2のコア
2bに対応する位置にコア2bを収納する凹部1bが形
成されている。
【0014】成形体1に用いられる電磁波抑制能力およ
び伝熱特性が優れた素材(成形体素材)としては、例え
ば軟磁性金属粉末を含むシリコーンゴム組成物、軟磁性
金属粉末に加えて熱電伝導性フィラーを充填したシリコ
ーンゴム組成物などがあげられる。
【0015】軟磁性金属粉末としては、鉄およびその合
金(鉄合金)があげられる。この鉄合金としては、Fe
−Ni(パーマロイ),Fe−Co,Fe−Cr,Fe
−Si,Fe−Cr−Si,Fe−Cr−AlおよびF
e−Al−Siなどがあげられ、これらの軟磁性金属粉
末は1種を単独で用いてもよいし、あるいは2種以上混
合して用いてもよい。また、軟磁性金属粉末の形状とし
ては、扁平状、粒子状のどちらでもよいが、表面積が大
きい点より扁平状の方が好ましい。ただし、扁平状の軟
磁性金属粉末を使用する場合には、充填量が少なくなり
易いので、粒子状の軟磁性金属粉末を併用してもよい。
【0016】扁平状の軟磁性金属粉末のサイズは、平均
粒径が0.1〜350μmであればよいが、平均粒径が
0.5〜100μmでかつアスペクト比が5〜20であ
るのが好ましい。また、粒子状の軟磁性金属粉末のサイ
ズは、平均粒径が0.1〜50μmであればよいが、平
均粒径が0.5〜20μmであるのが好ましい。
【0017】軟磁性金属粉末の配合量は、成形体素材の
全量に対して5〜80vol%であればよいが、20〜
75vol%であるのが好ましい。というのは、5vo
l%未満では充分な電磁波抑制能力を得ることが困難と
なるおそれがある一方、80vol%を超えると電磁波
抑制能力のそれ以上の向上が得られなくなるばかりでな
く、成形体素材の柔軟性が損なわれるからである。
【0018】ところで、軟磁性金属粉末を含有させたシ
リコーンゴム組成物は、それ自体で良好な伝熱特性を示
すが、さらに高い伝熱特性、つまり高い放熱特性を得る
ためには熱伝導性フィラーと併用するのが好ましい。そ
の場合、併用する熱伝導性フィラーとしては、非磁性の
銅やアルミニウムなどの金属、アルミナ、シリカ、マグ
ネシウム、ベンガラ、ベリリア、チタニアなどの金属酸
化物、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化硼素などの金
属窒化物、あるいは炭化珪素を用いることができる。し
かも、これらの熱伝導性フィラーは、1種を単独で用い
てもよく、あるいは2種以上を混合して用いてもよい。
この熱伝導性フィラーの平均粒径は、0.1〜50μm
であればよいが、0.5〜20μmであるのが好まし
い。
【0019】また、この熱伝導性フィラーは、前記軟磁
性金属粉末との細密充填化を図り、伝熱特性の向上を図
ることを目的とするものであるから、その配合割合は成
形体組成物の全量に対して85〜10vol%であれば
よいが、70〜20vol%であるのが好ましい。その
場合、軟磁性金属粉末と熱伝導性フィラーとの合計量が
15〜90vol%となるようにされるのが好ましく、
30〜85vol%となるようにされるのがさらに好ま
しい。というのは、軟磁性金属粉末と熱伝導性フィラー
との合計量が90vol%を超えると粘度が高くなっ
て、成形体素材を平板状に加工するのが困難となるおそ
れがあり、また硬化物の硬度も高くなるおそれがある一
方、軟磁性金属粉末と熱伝導性フィラーとの合計量が1
5vol%に満たないと、伝熱特性の向上効果が得られ
ないおそれがあるからである。
【0020】なお、トルエン、キシレンなどの有機溶剤
に溶解させて溶液とした場合には、軟磁性金属粉末と熱
伝導性フィラーとの合計量が90vol%を超えてもコ
ーティング法により成形体素材を平板状に加工できる
が、表面粗さが粗くなるために接触熱抵抗が大きくな
り、放熱特性が悪くなるという別の問題を生ずる。
【0021】軟磁性金属粉末と熱伝導性フィラーとを含
有させるシリコーンゴム組成物としては、シリコーンゲ
ル組成物、付加反応型シリコーンゴム組成物または過酸
化物加硫タイプのシリコーンゴム組成物を用いることが
できる。ただし、CPU2や金属製ヒートシンク3との
密着性を向上させて界面での接触熱抵抗を小さくする点
からは硬化後のゴム硬度は低い方がよいので、低硬度タ
イプのシリコーンゴム組成物やシリコーンゲル組成物を
用いるのが好ましい。
【0022】シリコーンゴム組成物の硬化物、つまり成
形体1の硬度は、アスカーCで80以下であればよい
が、CPU2や金属製ヒートシンク3との密着性を向上
させて効率よくノイズを減衰させるとともに放熱をさせ
る点から、アスカーCで50以下であるのが好ましい。
また、成形体1の熱伝導率は、3.0w/mk以上あれ
ばよいが、4.0w/mk以上であるのが好ましい。
【0023】このように、本実施形態においては、電磁
波抑制能力および伝熱特性に優れた素材により成形体1
を作製し、しかもその成形体1にCPU2のコア2bを
収納する凹部1bを設けているので、成形体1をCPU
本体2a上面に配設すると成形体1の下面がCPU本体
2a上面と密着する。そのため、CPU本体2aからの
ノイズが抑制されるとともに、CPU本体2aの放熱が
促進される。
【0024】
【実施例】以下、実施例により本発明をより具体的に説
明する。
【0025】実施例1および比較例1 コアを有するCPU上面に実施形態の成形体を貼付し、
さらにその上にアルミヒートシンクを実装したもの(実
施例1)と、実施例1と同一のコアを有するCPU上面
に市販のシリコーングリースを塗布し、さらにその上に
実施例1と同一のアルミヒートシンクを実装したもの
(比較例1)を作製して、ノイズ発生状況をスペクトル
アナライザにより確認した。
【0026】測定は、図2および図3に示すように、C
PU2(動作周波数:350MHz)が搭載されたマザ
ーボード61を電波暗室50内に設置する一方、電源6
2(100V,60HzのAC電源)、スイッチングレ
ギュレータ63およびディスプレイ64を電波暗室床下
ピット52内に収納して行った。また、電波暗室50内
に露出しているケーブル類65を銅箔テープ66にて被
覆した。電波暗室50は、CISPR Pub22 C
lass Bに準拠したFCCファインリグ電波暗室と
し、CPU2の中心から受信アンテナ67までの距離を
3mに設定して行った。また、電波暗室50の雰囲気温
度は21℃、湿度は64%であった。
【0027】なお、電源62、スイッチングレギュレー
タ63およびディスプレイ64を電波暗室床下ピット5
2内に収納したのは、電源62、スイッチングレギュレ
ータ63およびディスプレイ64からのノイズにより測
定精度が低下するのを避けるためであり、またケーブル
類65を銅箔テープ66にて被覆したのは、ケーブル類
65より不要ノイズが発生するのを避けるためである。
【0028】実施例1および比較例1の測定結果を図4
および図5にそれぞれ示す。
【0029】図4および図5により、放射ノイズの最大
レベルを示す1GHzにおけるレベルは、実施例1が4
1.1dBであり、比較例1が46.6dBであるのが
わかる。したがって、実施例1においては比較例1より
放射ノイズレベルが5.5dB改善されているのがわか
る。
【0030】実施例2および比較例2 コアを有するCPU上面に実施形態の成形体を貼付し、
さらにその上にアルミヒートシンクを実装したもの(実
施例2)と、図6に示すように、実施例2と同一のコア
2bを有するCPU2上面に実施例2の成形体に用いら
れている電波吸収体と同一材質の電波吸収体シート4を
CPU2上面に沿って貼付し、さらにその上に実施例2
と同一のアルミヒートシンク3を実装したもの(比較例
2)を作製し、アルミヒートシンク3のフィン3a先端
の温度を熱電対により測定した。測定は、実施例2およ
び比較例2のCPU2をそれぞれ恒温室に入れて行っ
た。
【0031】図7に測定結果を示す。なお、図7におい
て、点線は実施例2の測定結果を示し、実線は比較例2
の測定結果を示す。
【0032】図7より、実施例2においてはCPUの稼
働後100分程度で定常状態に達しているのに対し、比
較例2においては稼働後160分程度で定常状態に達し
ているのがわかる。また、最高温度は、実施例2におい
ては64℃程度であるのに対し、比較例2では74℃程
度であるのがわかる。したがって、実施例2は比較例2
より効率よく放熱しているのが理解される。
【0033】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の電磁波抑
制伝熱成形体によれば、CPUの放熱を促進させながら
CPUから放出される電磁ノイズを抑制できるという優
れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る成形体が装着されて
いる半導体素子の縦断面図である。
【図2】実施例1および比較例1に使用された測定装着
のブロック図である。
【図3】実施例1および比較例1に使用された測定方法
の概略図である。
【図4】実施例1の周波数成分に対するノイズレベルを
示す図である。
【図5】比較例1の周波数成分に対するノイズレベルを
示す図である。
【図6】比較例2の半導体素子の縦断面図である。
【図7】実施例2および比較例2の時間経過に対する放
熱フィン先端の温度変化を示す図である。
【図8】従来の半導体素子の縦断面図である。
【図9】コア部が突出しているCPUの概略斜視図であ
る。
【図10】コア部が突出しているCPUに金属製ヒート
シンクを実装した状態の縦断面図である。
【符号の説明】
1 成形体 2 CPU 2a CPU本体 2b コア 3 金属製ヒートシンク

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コア部を突出させて形成されているCP
    Uに用いられる電磁波抑制伝熱成形体であって、前記電
    磁波抑制伝熱成形体が前記コア部を収納する凹部を有し
    てなることを特徴とする電磁波抑制伝熱成形体。
  2. 【請求項2】 電磁波抑制伝熱成形体が軟磁性金属粉末
    を含む電磁波吸収性熱伝導性シリコーンゴム組成物から
    なることを特徴とする請求項1記載の電磁波抑制伝熱成
    形体。
  3. 【請求項3】 軟磁性金属粉末が、鉄および鉄合金から
    選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項
    2記載の電磁波抑制伝熱成形体。
  4. 【請求項4】 鉄合金が、Fe−Ni,Fe−Co,F
    e−Cr,Fe−Si,Fe−Cr−Si,Fe−Cr
    −AlおよびFe−Al−Si合金から選ばれる少なく
    とも1種であることを特徴とする請求項3記載の電磁波
    抑制伝熱成形体。
  5. 【請求項5】 軟磁性金属粉末が、5〜80vol%含
    有されてなることを特徴とする請求項2記載の電磁波抑
    制伝熱成形体。
  6. 【請求項6】 熱伝導性フィラーを含むことを特徴とす
    る請求項2記載の電磁波抑制伝熱成形体。
  7. 【請求項7】 軟磁性金属粉末および熱伝導性フィラー
    をぞれぞれ5〜80vol%および85〜15vol%
    を含有し、かつ軟磁性金属粉末と熱伝導性フィラーとの
    合計量が15〜90vol%であることを特徴とする請
    求項6記載の電磁波抑制伝熱成形体。
  8. 【請求項8】 熱伝導性フィラーが、非磁性の金属、金
    属酸化物、金属窒化物、および炭化珪素から選ばれた少
    なくとも1種であることを特徴とする請求項6記載の電
    磁波抑制伝熱成形体。
  9. 【請求項9】 請求項1ないし請求項8記載の電磁波抑
    制伝熱成形体が装着されてなることを特徴とする半導体
    素子。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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