JP2003060140A

JP2003060140A - ヒートシンクおよび放熱装置

Info

Publication number: JP2003060140A
Application number: JP2001249594A
Authority: JP
Inventors: Fumiyoshi Otsuka; 文義大塚
Original assignee: OTSUKA DENKI KK
Current assignee: OTSUKA DENKI KK
Priority date: 2001-08-20
Filing date: 2001-08-20
Publication date: 2003-02-28

Abstract

(57)【要約】【課題】限られた大きさおよび重さの中で熱放散性を
向上させることができるヒートシンクを提供する。【解決手段】発熱体の熱を受ける底板部１１と、この
底板部１１に立設された複数の放熱フィン１２とを備え
てなるヒートシンクにおいて、底板部１１および放熱フ
ィン１２をグラファイトで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロプロセッ
サを収納した半導体パッケージなどの放熱のために使用
されるヒートシンクおよび放熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、マイクロプロセッサなどの半
導体チップを収納した半導体パッケージにおいては、半
導体チップの発熱による誤動作や損傷を防止するため、
ヒートシンクと称する放熱部材を取り付け、これによ
り、半導体チップから発生した熱を外に放出するように
している。

【０００３】ヒートシンクは、一般に、パッケージの基
板に取り付けられる底板部と、この底板部に立設された
複数の放熱フィンで構成され、半導体チップで発生した
熱は、基板を通して底板部および放熱板に伝わり、それ
らの表面から放散される。

【０００４】ところで、従来のヒートシンクには、高い
熱放散性を得るため、アルミニウムや銅などの熱伝導率
の高い金属材料が使用されている。

【０００５】しかしながら、近時、半導体チップの小型
化、高集積化が進み、それに伴い半導体チップの発熱量
も増大してきており、上記のような従来のヒートシンク
では、十分な放熱効果を期待できなくなりつつある。

【０００６】すなわち、発熱量の増大した半導体チップ
からの熱を十分に放散させるためには、ヒートシンクを
大きくするか、あるいは、放熱板の厚さおよび間隙を小
さくして、十分な放熱面積を確保する必要がある。しか
しながら、ヒートシンクを大きくした場合には、これを
収納した電子機器は大きなものとなってしまう。また、
放熱板の厚さや間隙を小さくすることは、アルミニウム
や銅などの加工上の制約から限度がある。また、たとえ
加工ができたとしても、重量が重くなってしまうという
問題が残る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のヒートシンクでは、その寸法や重量を大きくすること
なしに熱放散性を高めるには限度があり、最近の半導体
チップの小型化、高集積化に十分に対応できなくなりつ
つある。そのうえ、半導体チップの小型化、高集積化は
今後ますます進む傾向にある。このため、限られた大き
さおよび重さの中で熱放散性を向上させることができる
ヒートシンクの開発が強く要望されている。

【０００８】本発明はこのような要望に応えるためにな
されたもので、限られた大きさおよび重さの中で熱放散
性を向上させることができるヒートシンクおよびそれを
用いた放熱装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願の請求項１記載のヒートシンクは、発熱体に接
触固定されて前記発熱体からの熱を受ける底板部と、こ
の底板部に立設された複数の放熱フィンとを備えてな
り、前記底板部および放熱フィンが、グラファイトから
なることを特徴とする。

【００１０】上記構成のヒートシンクにおいては、底板
部および放熱フィンが、グラファイトという、熱伝導性
に優れ、かつ、柔軟で密着性の良好な材料で形成されて
いるので、優れた放熱効果が得られる。

【００１１】本願の請求項２記載のヒートシンクは、請
求項１記載のヒートシンクにおいて、底板部および放熱
フィンを構成するグラファイトが、熱伝導性に異方性を
有しその良好な熱伝導性を示す方向が前記放熱フィンの
放熱面方向に向いていることを特徴とする。

【００１２】上記構成のヒートシンクにおいては、グラ
ファイトの熱伝導性の良好な方向が放熱フィンの放熱面
方向に向いているので、熱放散性が向上し、高い放熱性
能を備えることができる。

【００１３】本願の請求項３記載のヒートシンクは、請
求項１または２記載のヒートシンクにおいて、底板部お
よび放熱フィンを構成するグラファイトの良好な熱伝導
性を示す方向の熱伝導率が400〜500 W/ｍ・Kであること
を特徴とする。

【００１４】上記構成のヒートシンクにおいては、底板
部および放熱フィンが、熱伝導性が良好な方向の熱伝導
率が400〜500 W/ｍ・Kのグラファイトという、従来の銅
やアルミニウムなどより高い熱伝導率を有する材料で形
成されているので、限られた大きさ、重さの中での熱放
散性を向上させることができ、その結果、半導体チップ
の小型化、高集積化による発熱量の増大にも十分対応可
能となり、半導体パッケージやそれを備えた電子機器の
信頼性を向上させることができる。

【００１５】本願の請求項４記載のヒートシンクは、請
求項１乃至３のいずれか1項記載のヒートシンクにおい
て、グラファイトは、アルミニウムより小さい密度を有
するものであることを特徴とする。

【００１６】上記構成のヒートシンクにおいては、銅や
アルミニウムからなら従来のヒートシンクに比べ、軽量
化を図ることができるとともに、限られた大きさおよび
重さの中での熱放散性をさらに向上させることができ
る。

【００１７】なお、本発明のヒートシンクは、請求項５
に記載したように、半導体装置に適用した場合に特に有
用である。

【００１８】また、本願の請求項６記載の放熱装置は、
発熱体に熱拡散シートを介して接触固定されて前記発熱
体からの熱を受ける底板部と、この底板部に立設された
複数の放熱フィンとを備えてなり、前記底板部および放
熱フィンが、グラファイトからなることを特徴とする。

【００１９】上記構成の放熱装置においては、熱拡散シ
ートによって発熱体の熱が水平方向に速やかに拡散し
て、ヒートシンクの底板部に伝熱される。

【００２０】上記熱拡散シートとしては、請求項７に記
載したように、グラファイトシートが例示される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。図１は、本発明のヒートシンクの一
実施形態を示す斜視図である。図１に示すように、この
ヒートシンクは、半導体パッケージなどの発熱体に直接
もしくは他の伝熱部材を介して取り付けられる底板部１
１と、この底板部１１に立設された互いに平行な複数の
板状放熱フィン１２を具備する。

【００２２】そして、これらの底板部１１および板状放
熱フィン１２は、熱伝導性に異方性を有しその良好な熱
伝導性を示す方向の熱伝導率が400〜500 W/ｍ・Kで、密
度が1.2〜2 g/cm³のグラファイトにより、その熱伝導性
の良好な方向が放熱フィン１２の放熱面方向に向くよう
に加工成形されている。

【００２３】このように構成されるヒートシンクにおい
ては、底板部１１および板状放熱フィン１２が、良好な
熱伝導性を示す方向の熱伝導率が400〜500 W/ｍ・Kのグ
ラファイトで形成され、かつ、その良好な熱伝導性を示
す方向が放熱フィン１２の放熱面方向に向いているの
で、発熱体からの熱は底板部１１から板状放熱フィン１
２へ速やかに伝達され、それらの表面から放散される。
熱伝導率が400〜500 W/ｍ・Kと、従来の銅やアルミニウ
ムの熱伝導率より高いため（銅およびアルミニウムの熱
伝導率は、それぞれ約380 W/ｍ・Kおよび約200 W/ｍ・Kで
ある）、熱放散性が向上し、高い放熱性能を備えること
ができる。

【００２４】また、上記グラファイトは、密度が1.2〜2
g/cm³で、アルミニウム（密度2.70g/cm³）や銅（密度
8.96 g/cm³）などに比べ小さいため、ヒートシンクを軽
量化することができるとともに、同じ大きさおよび重さ
のものにあっては、その熱放散性を向上させ、放熱性能
を高めることができる。

【００２５】さらに、グラファイトは柔軟性があり、発
熱体に良好に密着させることができるため、接触熱抵抗
を小さくすることができる。

【００２６】また、さらに、グラファイトは導電性を有
するため、電磁シールド材としても機能させることがで
きる。

【００２７】なお、上記ヒートシンクの製造にあたって
は、フレーク状のグラファイトを圧縮成形するなどして
上記条件を満足する厚板状のグラファイトを得、これを
切削加工する方法や、フレーク状のグラファイトを所定
の形状に押出成形する方法などを用いることができる。

【００２８】ちなみに、予め酸処理したフレーク状の天
然グラファイトを、約3000℃に加熱して発泡させた後、
圧縮成形により厚さ約16mmのグラファイト厚板を得、こ
の厚板について、熱伝導率（長さ−幅方向および厚さ方
向）、熱抵抗および密度を測定したところ、長さ−幅方
向の熱伝導率が400 W/ｍ・K、厚さ方向の熱伝導率が5W/
ｍ・K、熱抵抗が0.175℃・in²/W、密度が1.33 g/cm³であ
った。

【００２９】次に、上記ヒートシンクの使用例を記載す
る。図２は、上記ヒートシンクを半導体チップを収納す
る半導体パッケージに適用した例を示したものである。

【００３０】ヒートシンク１０は、半導体チップをそれ
ぞれ収納する半導体パッケージ２０の上面に、底板部１
１の下面を接触させて固定されている。グラファイトは
柔軟性があるため、半導体パッケージ２０の上面と底板
部１１の下面とは良好に密着している。図中、２１は、
半導体パッケージ２０に取り付けられ、内部の半導体チ
ップに電気的に接続されたリードピンである。

【００３１】このようなヒートシンク１０が取り付けら
れた半導体パッケージ２０においては、各半導体チップ
の動作によって発生した熱は、その大部分がヒートシン
ク１０の底板部１１から速やかに板状放熱フィン１２に
伝わり、それらの表面から放散され、一部が、リードピ
ン２１を介してプリント基板などに伝わり、冷却され
る。この結果、熱による半導体の誤動作や損傷などが防
止される。

【００３２】なお、ヒートシンク１０は、図３に示すよ
うに、半導体パッケージ２０の上面に平行に高い熱拡散
性を示す熱拡散シート３０を介して接触固定するように
してもよい。ここで用いる熱拡散シート３０としては、
異方性がありその長さ方向および幅方向の熱伝導率が厚
さ方向のそれより高いグラファイトシートが例示され
る。

【００３３】このような熱拡散シート３０を使用するこ
とにより、半導体チップからの熱は熱拡散シート３０内
を水平方向に速やかに広がり、底板部１１を介して板状
放熱フィン１２に伝熱されるため、より効率のよい放熱
が可能となる。

【００３４】なお、上記実施形態は、本発明を、底板部
１１に複数の板状放熱フィン１２を互いに平行に立設し
た構造のヒートシンクに適用した例であるが、本発明は
このような例に限定されるものではなく、例えば底板部
１１に多数の棒状の放熱フィンを立設した構造のヒート
シンクをはじめ、従来より知られる各種の形状のヒート
シンクに広く適用できることはいうまでもない。

【００３５】また、上記実施形態では、底板部１１およ
び板状放熱フィン１２を構成するグラファイトが、いず
れもその良好な熱伝導性を示す方向が放熱フィン１２の
放熱面方向に向いているが、板状放熱フィン１２を構成
するグラファイトのみを同様に構成し、底板部１１は、
その熱伝導性の良好な方向が底板部１１の底面にほぼ平
行になるように構成してもよい。このようなヒートシン
クにおいては、熱は底板部１１内を水平方向に速やかに
広がり、板状放熱フィン１２に伝熱されるため、上述し
たような熱拡散シート３０を使用することなしに、効率
のよい放熱を行うことができる。

【００３６】さらに、本発明のヒートシンクは、上述し
た半導体パッケージに限らず、電源トランスを始め、ヒ
ートシンクが一般に使用されている用途に広く用いるこ
とができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ヒートシンクの底板部および放熱フィンがグラファイト
で形成されているので、限られた大きさおよび重さの中
で熱放散性を向上させることができ、近年の半導体チッ
プの小型化、高集積化にも十分対応することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヒートシンクの一実施形態を示す斜視
図。

【図２】本発明のヒートシンクの使用例を示す側面図。

【図３】本発明のヒートシンクの他の使用例を示す側面
図。

【符号の説明】

１０………ヒートシンク１１………底板部１２………板状放熱フィン２０………半導体パッケージ３０………熱拡散シート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱体に接触固定されて前記発熱体から
の熱を受ける底板部と、この底板部に立設された複数の
放熱フィンとを備えてなり、前記底板部および放熱フィ
ンが、グラファイトからなることを特徴とするヒートシ
ンク。
【請求項２】前記底板部および放熱フィンを構成する
グラファイトが、熱伝導性に異方性を有しその良好な熱
伝導性を示す方向が前記放熱フィンの放熱面方向に向い
ていることを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
【請求項３】前記底板部および放熱フィンを構成する
グラファイトの良好な熱伝導性を示す方向の熱伝導率が
400〜500 W/ｍ・Kであることを特徴とする請求項１また
は２記載のヒートシンク。
【請求項４】前記グラファイトは、アルミニウムより
小さい密度を有するものであることを特徴とする請求項
１乃至３のいずれか1項記載のヒートシンク。
【請求項５】前記発熱体が、半導体装置であることを
特徴とする請求項１乃至４のいずれか1項記載のヒート
シンク。
【請求項６】発熱体に熱拡散シートを介して接触固定
されて前記発熱体からの熱を受ける底板部と、この底板
部に立設された複数の放熱フィンとを備えてなり、前記
底板部および放熱フィンが、グラファイトからなること
を特徴とする放熱装置。
【請求項７】前記熱拡散シートが、グラファイトシー
トからなることを特徴とする請求項６記載の放熱装置。