JP2003332505A - Cooling structure and heat transfer member - Google Patents
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子などの
電子部品に設けられる冷却構造体、および、電子部品や
ノートパソコン内部の冷却機構に備え付けられる伝熱部
材に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cooling structure provided for an electronic component such as a semiconductor element, and a heat transfer member provided for a cooling mechanism inside the electronic component or a notebook computer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、半導体素子においては、高速化お
よび高機能化等が進むにつれて、動作時の発熱量が増大
する傾向にある。半導体素子を適切に動作させるために
は、素子で発生する熱を効率よく逃がす必要があり、半
導体素子の冷却手段として、ヒートシンクを備える冷却
構造体が採用される場合が多い。ヒートシンクは、放熱
性の高い材料により構成されており、熱伝導性の材料な
いし部材を介して半導体素子に付設される。熱伝導部が
半導体素子とヒートシンクの間に介在することによっ
て、これらの界面における熱抵抗は低減され、その結
果、ヒートシンクにおける放熱効率は向上する。また、
当該熱伝導部については、製造時や使用時の温度変化に
際して生ずる応力、すなわち半導体素子やヒートシンク
などの被着体間の熱膨張差に起因して作用する応力を緩
和する機能も要求される。2. Description of the Related Art In recent years, in semiconductor devices, the amount of heat generated during operation tends to increase as the speed and performance of semiconductor devices increase. In order to properly operate the semiconductor element, it is necessary to efficiently dissipate the heat generated in the element, and in many cases, a cooling structure including a heat sink is used as a cooling means for the semiconductor element. The heat sink is made of a material having a high heat dissipation property, and is attached to the semiconductor element via a thermally conductive material or member. By interposing the heat conducting portion between the semiconductor element and the heat sink, the thermal resistance at these interfaces is reduced, and as a result, the heat dissipation efficiency of the heat sink is improved. Also,
The heat conducting portion is also required to have a function of relieving stress generated during temperature change during manufacture or use, that is, stress acting due to a difference in thermal expansion between adherends such as semiconductor elements and heat sinks.
【０００３】このような冷却構造体における熱伝導部を
構成するための材料として、樹脂材料に対して無機フィ
ラーを添加した樹脂組成物が使用される場合がある。樹
脂材料としては、一般に、シリコーンオイルなどの低粘
度な樹脂が用いられる。無機フィラーとしては、一般
に、熱伝導性に優れる数種類の粒子が適当な比率で配合
されたものが用いられる。このような熱伝導性材料は、
例えば特公昭５９−５２１９５号公報や特公平６−１９
０２７号公報に開示されている。しかしながら、無機フ
ィラーと樹脂とを組み合わせてなるこのような樹脂組成
物の熱伝導率は、１〜３Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、低い。
そのため、半導体素子における近年の発熱量増大には適
切に対応できない傾向にある。A resin composition obtained by adding an inorganic filler to a resin material may be used as a material for forming the heat conducting portion in such a cooling structure. As the resin material, a low viscosity resin such as silicone oil is generally used. As the inorganic filler, generally, a mixture of several kinds of particles having excellent thermal conductivity in an appropriate ratio is used. Such a heat conductive material,
For example, Japanese Patent Publication No. 59-52195 and Japanese Patent Publication No. 6-19
No. 027 is disclosed. However, the thermal conductivity of such a resin composition obtained by combining an inorganic filler and a resin is about 1 to 3 W / m · K, which is low.
Therefore, there is a tendency that it is not possible to appropriately cope with the recent increase in the heat generation amount of the semiconductor element.
【０００４】熱伝導部を構成するための材料として、ハ
ンダ材料が使用される場合がある。ハンダ材料による
と、半導体素子とヒートシンクの間において高い熱伝導
性を達成することができる。しかしながら、熱伝導部を
ハンダ材料により構成する場合には、ハンダ接合時に被
着体をも高温に加熱する必要があるので、特に、半導体
素子に加わる熱ストレスが過大であるという問題を伴っ
てしまう。A solder material may be used as a material for forming the heat conducting portion. With the solder material, high thermal conductivity can be achieved between the semiconductor element and the heat sink. However, when the heat conducting portion is made of a solder material, it is necessary to heat the adherend to a high temperature at the time of soldering, so that there is a problem that the heat stress applied to the semiconductor element is excessive. .
【０００５】熱伝導部を構成するための材料として、常
温で液状である液体金属を利用するものが知られてい
る。液体金属を利用する熱伝導性材料は、例えば、特開
平８−５３６６４号公報および特表平８−５０８６１１
号公報に開示されている。しかしながら、液体金属は、
その粘度が低いため、熱伝導部から流出することによっ
て半導体素子や周辺回路の短絡を引き起こす危険性を潜
在的に有する。加えて、液体金属は、その粘度が低過ぎ
るために取り扱いにくいという問題も有する。更に、液
体金属は、腐蝕して水酸化物や酸化物を生じ易いため、
伝熱機能の持続について信頼性が懸念される。As a material for forming the heat conducting portion, a material that uses a liquid metal that is liquid at room temperature is known. Thermally conductive materials using liquid metal are disclosed in, for example, JP-A-8-53664 and JP-A-8-508611.
It is disclosed in the publication. However, liquid metal
Due to its low viscosity, there is a risk of causing a short circuit in the semiconductor element and peripheral circuits by flowing out from the heat conducting portion. In addition, the liquid metal has a problem that it is difficult to handle because its viscosity is too low. In addition, liquid metals are liable to corrode to form hydroxides and oxides,
There are concerns about the reliability of the heat transfer function.
【０００６】上掲の特開平８−５３６６４号公報に開示
されている技術においては、液体金属は、シリコーンオ
イルなどの樹脂材料中に分散されているので、材料自体
は適当な粘度を有するペースト状とすることができる。
したがって、液体金属の流出による短絡の危険性は解消
することができると考えられる。また、液体金属の各液
滴は、表面が樹脂材料で覆われて外気から遮断されてい
る。そのため、液体金属において水酸化物や酸化物の形
成が抑制されている。しかしながら、液体金属の表面が
樹脂材料で覆われているため、液体金属の有する高い熱
伝導性は損なわれてしまう。In the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-53664, the liquid metal is dispersed in a resin material such as silicone oil, so that the material itself is in a paste form having an appropriate viscosity. Can be
Therefore, it is considered that the risk of short circuit due to the outflow of liquid metal can be eliminated. The surface of each liquid metal droplet is covered with a resin material to be shielded from the outside air. Therefore, formation of hydroxide or oxide in the liquid metal is suppressed. However, since the surface of the liquid metal is covered with the resin material, the high thermal conductivity of the liquid metal is impaired.
【０００７】このように、従来は、電子部品用冷却構造
体において、高い熱伝導性を有しつつ取扱性および信頼
性に優れた熱伝導部を備えることは困難であった。その
ため、冷却機能に優れるとともに取扱性および信頼性に
も優れた冷却構造体の実現は困難であった。As described above, conventionally, it has been difficult to provide a cooling structure for electronic parts with a heat conducting portion having high heat conductivity and excellent handleability and reliability. Therefore, it has been difficult to realize a cooling structure having an excellent cooling function as well as excellent handleability and reliability.
【０００８】本発明は、このような事情のもとで考え出
されたものであって、冷却機能に優れるとともに取扱性
および信頼性に優れた冷却構造体、および、伝熱部材を
提供することを目的とする。The present invention was devised under such circumstances, and provides a cooling structure and a heat transfer member which are excellent in cooling function and handling and reliability. With the goal.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の側面に
よると電子部品の冷却構造体が提供される。この冷却構
造体は、電子部品で発生する熱を放散するための放熱材
と、メッシュ材および当該メッシュ材に担持されている
液体金属を含んで、電子部品および放熱材の間に介在し
て当該電子部品および放熱材に接している熱伝導部と、
熱伝導部における、電子部品および放熱材と接していな
い表面を被覆している封止材と、を備えることを特徴と
する。According to a first aspect of the present invention, there is provided a cooling structure for electronic components. This cooling structure includes a heat dissipation material for dissipating heat generated in the electronic component, a mesh material and a liquid metal carried on the mesh material, and is interposed between the electronic component and the heat dissipation material. A heat conducting part in contact with the electronic component and the heat dissipation material,
And a sealing material that covers a surface of the heat conducting portion that is not in contact with the electronic component and the heat dissipation material.
【００１０】このような構成の冷却構造体は優れた冷却
機能を有する。放熱材ないしヒートシンクと電子部品と
の間に介在している熱伝導部は、金属材料すなわち液体
金属を含んでいる。金属材料は高い熱伝導性を有してい
る。また、本発明において液体金属は、樹脂材料などに
より被覆されておらず、電子部品から放熱材へと連続す
る形態で存在する。更に、電子部品および放熱材に対す
る液体金属の密着性が高いため、電子部品および放熱材
と熱伝導部との間の熱抵抗は抑制されている。このよう
な熱伝導部を備える冷却構造体が電子部品に付設されて
いる場合、当該電子部品が発熱すると、その熱は、高熱
伝導率の熱伝導部を経て効率よく放熱材へ逃がされて、
放熱材にて効率よく放散され得る。このように、本発明
の構成によると、半導体素子などの電子部品の冷却構造
体において、優れた冷却機能を実現することができるの
である。The cooling structure having such a structure has an excellent cooling function. The heat conducting portion interposed between the heat sink or the heat sink and the electronic component contains a metallic material, that is, a liquid metal. Metallic materials have high thermal conductivity. Further, in the present invention, the liquid metal is not covered with a resin material or the like, and exists in a form in which the electronic component is continuously connected to the heat dissipation material. Furthermore, since the liquid metal has high adhesion to the electronic component and the heat dissipation member, the thermal resistance between the electronic component and the heat dissipation member and the heat conducting portion is suppressed. When a cooling structure including such a heat conducting portion is attached to an electronic component, when the electronic component generates heat, the heat is efficiently released to the heat radiating material via the heat conducting portion having a high thermal conductivity. ,
It can be efficiently dissipated by the heat dissipation material. As described above, according to the configuration of the present invention, an excellent cooling function can be realized in the cooling structure for the electronic component such as the semiconductor element.
【００１１】本発明に係る冷却構造体は取扱性に優れて
いる。本発明の冷却構造体における熱伝導部は液状の液
体金属を含んでいるものの、この液体金属は、メッシュ
材により担持されている。そのため、特に冷却構造体の
形成時において、電子部品に対して熱伝導部および放熱
材を容易に積層形成することが可能である。従来、冷却
構造体における熱伝導部を、液体金属を利用して構成す
る場合には、液体金属が液状であるため、特に冷却構造
形成時において熱伝導部の取扱が困難であった。これに
対し、本発明では、液体金属はメッシュ材により担持さ
れているため、冷却構造体の取扱が容易となっているの
である。The cooling structure according to the present invention has excellent handleability. Although the heat conducting portion in the cooling structure of the present invention contains a liquid metal in a liquid state, the liquid metal is carried by the mesh material. Therefore, especially when the cooling structure is formed, the heat conducting portion and the heat radiating material can be easily laminated on the electronic component. Conventionally, when the heat conducting portion in the cooling structure is formed by using a liquid metal, it is difficult to handle the heat conducting portion especially when the cooling structure is formed because the liquid metal is liquid. On the other hand, in the present invention, since the liquid metal is supported by the mesh material, the cooling structure can be easily handled.
【００１２】本発明に係る冷却構造体は、冷却機能など
において信頼性に優れている。本発明の冷却構造体にお
ける熱伝導部は液状の液体金属を含んでいるものの、こ
の液体金属はメッシュ材により担持されており、且つ、
熱伝導部において電子部品および放熱材と接していない
表面は封止材により被覆されている。封止材が、熱伝導
部において電子部品および放熱材と接していない表面を
被覆しているため、液体金属が熱伝導部から流出または
飛散することは、適切に防止される。その結果、熱伝導
部における液体金属含有量の低下に起因して熱伝導部の
伝熱機能が低下してしまうことや、液体金属の流出また
は飛散に起因して電子部品や周辺回路において短絡が引
き起こされることは、回避される。また、液体金属は腐
蝕され易い材料であり、腐蝕液体金属の熱伝導率は低い
が、本発明では、封止材による被覆機能により、液体金
属の腐蝕すなわち水酸化物や酸化物の形成は抑制され
る。熱伝導部については、このように、液体金属の流
出、および、液体金属の腐蝕に起因する熱伝導性の劣化
が抑制されている。その結果、本発明に係る冷却構造体
は、良好な冷却機能を持続可能であり、信頼性を有する
のである。The cooling structure according to the present invention is excellent in reliability in the cooling function and the like. Although the heat conducting portion in the cooling structure of the present invention contains a liquid metal in a liquid state, the liquid metal is supported by a mesh material, and
A surface of the heat conducting portion that is not in contact with the electronic component and the heat dissipation material is covered with a sealing material. Since the sealing material covers the surface of the heat conducting portion that is not in contact with the electronic component and the heat radiating material, the liquid metal is appropriately prevented from flowing out or scattering from the heat conducting portion. As a result, the heat transfer function of the heat conducting part is reduced due to the decrease in the liquid metal content in the heat conducting part, and a short circuit is caused in the electronic components and peripheral circuits due to the outflow or scattering of the liquid metal. What is triggered is avoided. Further, the liquid metal is a material which is easily corroded, and the thermal conductivity of the corroded liquid metal is low, but in the present invention, the coating function of the sealing material suppresses the corrosion of the liquid metal, that is, the formation of hydroxide or oxide. To be done. In this way, in the heat conducting portion, the outflow of the liquid metal and the deterioration of the thermal conductivity due to the corrosion of the liquid metal are suppressed. As a result, the cooling structure according to the present invention can sustain a good cooling function and has reliability.
【００１３】このように、本発明に係る冷却構造体は、
高い冷却機能を有するとともに、特に形成時の取扱性に
優れ、更には、その冷却機能において信頼性に優れてい
る。As described above, the cooling structure according to the present invention is
In addition to having a high cooling function, it is particularly easy to handle at the time of forming, and is also highly reliable in its cooling function.
【００１４】本発明の第２の側面によると電子部品が提
供される。この電子部品は、電子部品本体で発生する熱
を放散するための放熱材と、メッシュ材および当該メッ
シュ材に担持されている液体金属を含んで、電子部品本
体および放熱材の間に介在して当該電子部品本体および
放熱材に接している熱伝導部と、熱伝導部における、電
子部品本体および放熱材と接していない表面を被覆して
いる封止材と、を備える冷却構造体を有することを特徴
とする。According to a second aspect of the present invention, an electronic component is provided. This electronic component includes a heat dissipation material for dissipating heat generated in the electronic component body, a mesh material and a liquid metal carried on the mesh material, and is interposed between the electronic component body and the heat dissipation material. A cooling structure having a heat conducting portion in contact with the electronic component body and the heat dissipation member, and a sealing material covering a surface of the heat conducting portion that is not in contact with the electronic component body and the heat dissipation member. Is characterized by.
【００１５】本発明の第２の側面に係る電子部品は、第
１の側面に係る冷却構造体を備える。したがって、第２
の側面に係る電子部品によっても、冷却構造体における
冷却機能、取扱性、および信頼性について、第１の側面
に関して上述したのと同様の効果が奏される。The electronic component according to the second aspect of the present invention includes the cooling structure according to the first aspect. Therefore, the second
Also with the electronic component according to the second aspect, the same effects as those described above with respect to the first aspect can be obtained with respect to the cooling function, handleability, and reliability of the cooling structure.
【００１６】本発明の第３の側面によると伝熱部材が提
供される。この伝熱部材は、メッシュ材および当該メッ
シュ材に担持されている液体金属を含んで被着体当接面
を有する熱伝導部と、熱伝導部の被着体当接面以外を被
覆している封止材とを備えることを特徴とする。被着体
とは、伝熱部材との間で熱の出入を生じさせるべく伝熱
部材が付設される対象物をいい、被着体当接面とは、伝
熱部材において当該被着体が接することとなる熱伝導部
の表面の一部をいう。According to a third aspect of the present invention, a heat transfer member is provided. This heat transfer member covers a heat conducting portion including a mesh material and a liquid metal carried on the mesh material and having an adherend contact surface, and a heat conducting portion other than the adherend contact surface. And a sealing material that is present. The adherend refers to an object to which the heat transfer member is attached so as to generate heat in and out from the heat transfer member, and the adherend contact surface means the adherend in the heat transfer member. It refers to a part of the surface of the heat conducting part that is in contact with.
【００１７】このような伝熱部材は、本発明の第１の側
面における、封止材で被覆されている熱伝導部と同様の
構成を備える。したがって、当該伝熱部材によると、伝
熱機能について、第１の側面に関して上述した封止材付
き熱伝導部と同様の効果が奏される。Such a heat transfer member has the same structure as the heat conducting portion covered with the sealing material in the first aspect of the present invention. Therefore, according to the heat transfer member, with respect to the heat transfer function, the same effect as that of the heat conduction part with the sealing material described above with respect to the first side surface is obtained.
【００１８】本発明の第１および第２の側面において、
液体金属は、好ましくは、３０℃以下の融点または液相
線温度を有する。本発明で用いられる液体金属として
は、例えば、Ｇａ−Ｉｎ合金、Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ合金、
Ｇａ−Ｉｎ−Ｚｎ合金、Ｇａ−Ｓｎ合金、およびＧａ−
Ｚｎ合金が挙げられる。これらの液体金属は、電子部品
の冷却構造体の熱伝導部において、良好な伝熱機能を呈
する。In the first and second aspects of the present invention,
The liquid metal preferably has a melting point or liquidus temperature below 30 ° C. Examples of the liquid metal used in the present invention include Ga—In alloys, Ga—In—Sn alloys,
Ga-In-Zn alloy, Ga-Sn alloy, and Ga-
A Zn alloy is mentioned. These liquid metals exhibit a good heat transfer function in the heat conducting part of the cooling structure of the electronic component.
【００１９】メッシュ材は、好ましくは、２５〜７５％
の開口率を有する。メッシュ材としては、例えば、金属
繊維、アルミナ繊維、ガラス繊維、または樹脂繊維によ
り構成されているものが用いられる。メッシュ材を構成
するための金属繊維としては、例えば、ステンレス、
銅、ニッケル、銅合金、およびニッケル合金が挙げられ
る。金属繊維製のメッシュ材は、それ自体も高い熱伝導
性を有するため、熱伝導部を構成するメッシュ材として
好適である。The mesh material is preferably 25-75%
Have an aperture ratio of. As the mesh material, for example, one made of metal fiber, alumina fiber, glass fiber, or resin fiber is used. As the metal fiber for forming the mesh material, for example, stainless steel,
Copper, nickel, copper alloys, and nickel alloys are included. The metal fiber mesh material itself has high thermal conductivity, and thus is suitable as a mesh material forming the heat conducting portion.
【００２０】熱伝導部は、好ましくは、電子部品および
放熱材の離隔方向において３０〜３００μｍの厚みを有
する。熱伝導性および冷却構造体形成時の取扱性を考慮
すると、熱伝導部は３０〜３００μｍの厚みを有するの
が好ましい。The heat conducting portion preferably has a thickness of 30 to 300 μm in the direction in which the electronic component and the heat dissipating member are separated from each other. In consideration of heat conductivity and handleability when forming the cooling structure, the heat conducting portion preferably has a thickness of 30 to 300 μm.
【００２１】封止材は、好ましくは、絶縁性樹脂材料を
含んでいる。より好ましくは、封止材は、更に、熱伝導
性フィラーを含んでいる。本発明で用いられる絶縁性樹
脂材料としては、例えば、シリコーンオイル、シリコー
ンゲル、およびシリコーンゴムが挙げられる。また、絶
縁性樹脂材料としては、熱硬化性樹脂を用いてもよい
し、熱可塑性樹脂を用いてもよい。このような封止材に
よると、熱伝導部における液体金属の流出を適切に防止
することができるとともに、液体金属の腐蝕を適切に抑
制することができる。The sealing material preferably contains an insulating resin material. More preferably, the sealing material further contains a heat conductive filler. Examples of the insulating resin material used in the present invention include silicone oil, silicone gel, and silicone rubber. Further, as the insulating resin material, a thermosetting resin or a thermoplastic resin may be used. According to such a sealing material, it is possible to appropriately prevent the liquid metal from flowing out in the heat conducting portion, and it is possible to appropriately suppress the corrosion of the liquid metal.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る電子部品用
の冷却構造体Ｘを表す。冷却構造体Ｘは、ヒートシンク
１０と、熱伝導部２０と、封止材３０とを備え、半導体
素子４０などの電子部品に付設されている。半導体素子
４０は、例えば、ＭＣＭ基板などのマザー基板５０に搭
載されている。1 shows a cooling structure X for an electronic component according to the present invention. The cooling structure X includes a heat sink 10, a heat conducting portion 20, and a sealing material 30, and is attached to an electronic component such as the semiconductor element 40. The semiconductor element 40 is mounted on, for example, a mother board 50 such as an MCM board.
【００２３】ヒートシンク１０は、アルミニウム、銅、
または、これらの合金などにより形成されている。本実
施例では、ヒートシンク１０としては、放熱部として複
数の板状フィンが形成されているプレートフィン型ヒー
トシンクとして構成されたものを採用する。図１では、
ヒートシンク１０の板状フィンは、紙面に対して垂直な
方向に延びている。本発明においては、プレートフィン
型に代えて、いわゆるピン型またはタワー型のヒートシ
ンクを採用してもよい。The heat sink 10 is made of aluminum, copper,
Alternatively, it is formed of these alloys. In the present embodiment, as the heat sink 10, a heat sink configured as a plate fin type heat sink in which a plurality of plate fins are formed as a heat radiating portion is adopted. In Figure 1,
The plate-shaped fins of the heat sink 10 extend in a direction perpendicular to the paper surface. In the present invention, a so-called pin type or tower type heat sink may be adopted instead of the plate fin type.
【００２４】熱伝導部２０は、メッシュ材２１と、これ
に担持されている液体金属２２とからなる。本実施例で
は、メッシュ材２１は、ステンレス製の繊維が織り込ま
れたものである。熱伝導部２０に含まれるメッシュ材２
１について、図１では、その断面形状が模式的に表され
ている。本発明では、このようなステンレスメッシュ材
に代えて、他の金属繊維、アルミナ繊維、ガラス繊維、
または樹脂繊維により構成されたメッシュ材２１を用い
てもよい。他の金属繊維としては、例えば、銅、ニッケ
ル、銅合金、およびニッケル合金が挙げられる。金属繊
維製のメッシュ材２１は、それ自体も高い熱伝導性を有
するため、伝熱機能を担う熱伝導部を構成するメッシュ
材２１としては好適である。The heat conducting section 20 is composed of a mesh material 21 and a liquid metal 22 carried on the mesh material 21. In the present embodiment, the mesh material 21 is woven with stainless steel fibers. Mesh material 2 included in the heat conducting portion 20
1, the cross-sectional shape is schematically shown in FIG. In the present invention, instead of such a stainless mesh material, other metal fibers, alumina fibers, glass fibers,
Alternatively, a mesh material 21 made of resin fiber may be used. Other metal fibers include, for example, copper, nickel, copper alloys, and nickel alloys. Since the metal fiber mesh material 21 itself has high thermal conductivity, it is suitable as the mesh material 21 that constitutes the heat conducting portion having a heat transfer function.
【００２５】メッシュ材２１の開口率は２５〜７５％の
範囲であるのが好ましい。このような開口率範囲におい
て、メッシュ材２１は液体金属を良好に担持することが
可能となる。具体的には、メッシュ材２１の開口率が２
５〜７５％である場合に、図２に示すように、充分量の
液体金属２２がメッシュ材２１の開口を閉塞するような
担持状態が確保される。The aperture ratio of the mesh material 21 is preferably in the range of 25 to 75%. In such an aperture ratio range, the mesh material 21 can favorably carry the liquid metal. Specifically, the aperture ratio of the mesh material 21 is 2
In the case of 5 to 75%, as shown in FIG. 2, a supported state in which a sufficient amount of the liquid metal 22 blocks the opening of the mesh material 21 is secured.
【００２６】メッシュ材２１に担持されている液体金属
２２の担持量および担持状態は、メッシュ材２１の開口
径ないし開口広さに依存し、被着体に対する熱伝導部２
０の密着性や熱伝導性に影響を与える。メッシュ材２１
の開口率が２５％未満の場合、図３に示すように、メッ
シュ材２１に付着している液体金属２２の量は、少なく
なる。このような熱伝導部２０は、ヒートシンク１０お
よび半導体素子４０すなわち被着体に対する密着性が低
い傾向にある。また、熱伝導部２０全体に占めるメッシ
ュ材２１の体積比率が比較的大きいので、ガラス繊維や
樹脂繊維などのような熱伝導性の低いメッシュ材２１を
用いる場合には、熱伝導部２０自体の熱伝導率が低くな
ってしまう場合がある。The loading amount and loading state of the liquid metal 22 carried on the mesh material 21 depend on the opening diameter or the opening width of the mesh material 21, and the heat conduction part 2 for the adherend.
0 affects the adhesion and thermal conductivity. Mesh material 21
When the aperture ratio of <1> is less than 25%, the amount of the liquid metal 22 adhering to the mesh material 21 decreases as shown in FIG. Such a heat conducting portion 20 tends to have low adhesion to the heat sink 10 and the semiconductor element 40, that is, the adherend. In addition, since the volume ratio of the mesh material 21 to the entire heat conducting portion 20 is relatively large, when the mesh material 21 having low heat conductivity such as glass fiber or resin fiber is used, The thermal conductivity may decrease.
【００２７】一方、メッシュ材２１の開口率が７５％よ
り大きい場合、図４に示すように、液体金属２２はメッ
シュ材２１の開口を閉塞しにくくなる。このような熱伝
導部２０も、被着体に対する密着性が低くなる傾向にあ
る。被着体に対する熱伝導部２０の密着性が充分でない
と、これらの界面における熱抵抗が大きくなり、その結
果、熱伝導性が低下する傾向にある。On the other hand, when the opening ratio of the mesh material 21 is larger than 75%, the liquid metal 22 becomes difficult to close the opening of the mesh material 21, as shown in FIG. Such a heat conducting portion 20 also tends to have low adhesion to the adherend. If the adhesion of the heat conducting portion 20 to the adherend is not sufficient, the thermal resistance at these interfaces increases, and as a result, the thermal conductivity tends to decrease.
【００２８】熱伝導部２０において高い熱伝導率を得る
ためには、メッシュ材２１に対する液体金属２２の付着
量を適切な範囲とする必要があり、従って、メッシュ材
２１の開口率は２５〜７５％の範囲であるのが望まし
い。このような範囲において、開口率の最適値は、図１
に示す熱伝導部２０の厚みＬによって変化すると考えら
れる。同一開口率であっても、熱伝導部２０の厚みＬに
よってメッシュ材２１に対する液体金属２２の付着量は
変化する場合があるからである。In order to obtain a high thermal conductivity in the heat conducting portion 20, it is necessary to set the amount of the liquid metal 22 attached to the mesh material 21 within an appropriate range, and therefore the aperture ratio of the mesh material 21 is 25 to 75. It is preferably in the range of%. In such a range, the optimum value of the aperture ratio is as shown in FIG.
It is considered that it changes depending on the thickness L of the heat conducting portion 20 shown in FIG. This is because even if the aperture ratio is the same, the amount of the liquid metal 22 attached to the mesh material 21 may change depending on the thickness L of the heat conducting portion 20.
【００２９】本実施例では、液体金属２２としては、例
えば、Ｇａ−Ｉｎ合金、Ｇａ−Ｉｎ−Ｓｎ合金、Ｇａ−
Ｉｎ−Ｚｎ合金、Ｇａ−Ｓｎ合金、およびＧａ−Ｚｎ合
金などを用いることができる。液体金属２２は、半導体
素子４０の少なくとも通常の動作温度条件において液状
であり、３０℃以下の融点ないし液相線温度を有するの
が好ましい。In this embodiment, the liquid metal 22 is, for example, a Ga—In alloy, a Ga—In—Sn alloy, or a Ga—.
An In-Zn alloy, a Ga-Sn alloy, a Ga-Zn alloy, or the like can be used. The liquid metal 22 is liquid at least under the normal operating temperature condition of the semiconductor element 40, and preferably has a melting point or liquidus temperature of 30 ° C. or lower.
【００３０】このようなメッシュ材２１および液体金属
２２からなる熱伝導部２０は、半導体素子４０とヒート
シンク１０との間に介装されている。本実施形態では、
熱伝導部２０の厚みＬは、例えば３０〜３００μｍであ
る。The heat conducting portion 20 composed of the mesh material 21 and the liquid metal 22 as described above is interposed between the semiconductor element 40 and the heat sink 10. In this embodiment,
The thickness L of the heat conducting portion 20 is, for example, 30 to 300 μm.
【００３１】封止材３０は、熱伝導部２０の周囲を覆っ
ている。具体的には、封止材３０は、熱伝導部２０にお
ける半導体素子４０およびヒートシンク１０と接触して
いない表面を被覆している。本実施形態では、封止材３
０は、熱硬化性または熱可塑性の絶縁性樹脂材料よりな
る。そのような絶縁性樹脂材料としては、シリコーンオ
イル、シリコーンゲル、またはシリコーンゴムなどを用
いることができる。本発明においては、封止材３０とし
ては、絶縁樹脂材料に熱伝導性フィラーを添加した樹脂
組成物を用いてもよい。そのようなフィラーとしては、
アルミナフィラー、銅フィラー、銀フィラーなどを用い
ることができる。The sealing material 30 covers the periphery of the heat conducting portion 20. Specifically, the sealing material 30 covers the surface of the heat conducting portion 20 that is not in contact with the semiconductor element 40 and the heat sink 10. In this embodiment, the sealing material 3
0 is made of a thermosetting or thermoplastic insulating resin material. As such an insulating resin material, silicone oil, silicone gel, silicone rubber or the like can be used. In the present invention, as the sealing material 30, a resin composition obtained by adding a heat conductive filler to an insulating resin material may be used. Such fillers include
Alumina filler, copper filler, silver filler and the like can be used.
【００３２】このような構成の冷却構造体Ｘの形成にお
いては、まず、封止材３０付き熱伝導部２０を作製す
る。封止材３０付き熱伝導部２０の作製においては、ま
ず、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、メッシ
ュ材２１を樹脂材料３０’で被覆する。樹脂材料３０’
としては、封止材３０に関して上述した絶縁性樹脂材料
を用いる。樹脂材料３０’としては、液状樹脂材料より
もフィルム状樹脂材料の方が好ましい。フィルム状樹脂
材料は、膜厚を調整し易く、且つ、被覆後の乾燥工程を
行う必要がないからである。次に、図５（ｃ）に示すよ
うに、樹脂材料３０’に対して開口部３０’ａを形成す
る。開口部３０’ａの形成手法としては、炭酸ガスレー
ザ、ＵＶ−ＹＡＧレーザ、或は、樹脂材料３０’が感光
性を有する場合にはフォトリソグラフィーを採用するこ
とができる。このようにして、メッシュ材２１の周端部
に封止材３０を設けた構造体が得られる。本実施形態で
は、以上の手法に代えて、フィルム状の樹脂材料３０’
に対して予め開口部３０’ａを形成したものをメッシュ
材２１に対して直接貼り付けたり、或は、印刷法によっ
てペースト状の絶縁材料３０’をメッシュ材２１の周端
部に形成することによっても、図５（ｃ）に示すような
構造体を形成してもよい。In forming the cooling structure X having such a structure, first, the heat conducting portion 20 with the sealing material 30 is produced. In the production of the heat conduction part 20 with the sealing material 30, first, as shown in FIGS. 5A and 5B, the mesh material 21 is covered with the resin material 30 ′. Resin material 30 '
As the insulating material, the insulating resin material described above with respect to the sealing material 30 is used. As the resin material 30 ′, a film-shaped resin material is preferable to a liquid resin material. This is because the film-shaped resin material makes it easy to adjust the film thickness and does not require a drying step after coating. Next, as shown in FIG. 5C, an opening 30'a is formed in the resin material 30 '. As a method of forming the opening 30′a, a carbon dioxide gas laser, a UV-YAG laser, or photolithography when the resin material 30 ′ has photosensitivity can be adopted. In this way, the structure body in which the sealing material 30 is provided on the peripheral end portion of the mesh material 21 is obtained. In the present embodiment, instead of the above method, a film-shaped resin material 30 ′ is used.
With respect to the mesh material 21, a preformed opening 30'a may be directly attached to the mesh material 21, or a paste-like insulating material 30 'may be formed on the peripheral edge of the mesh material 21 by a printing method. Alternatively, the structure as shown in FIG. 5C may be formed.
【００３３】次に、図５（ｄ）に示すように、開口部３
０’ａに液体金属２２を充填し、メッシュ材２１に液体
金属２２を担持させる。このとき、ヘラなどを用いてメ
ッシュ材２１に液体金属２２を塗布してもよいし、或
は、メッシュ材２１を液体金属２２に浸漬してもよい。
開口部３０’ａに液体金属２２を充填する際に、開口部
３０’ａ以外の封止材３０表面に液体金属２２が付着し
た場合には、アセトンやアルコールなどを用いて当該液
体金属２２を除去しておくことが望ましい。このように
して、封止材３０付き熱伝導部２０を作製することがで
きる。このような封止材３０付き熱伝導部２０は、その
液体金属露出面を所定の被覆材で被覆しておいてもよ
い。そのように被覆しておけば、当該封止材３０付き熱
伝導部２０を所定箇所に付設するまでの間、液体金属２
２の腐蝕および脱落を防止することができる。Next, as shown in FIG. 5D, the opening 3
The liquid metal 22 is filled in 0′a, and the liquid metal 22 is supported on the mesh material 21. At this time, the liquid metal 22 may be applied to the mesh material 21 by using a spatula or the like, or the mesh material 21 may be dipped in the liquid metal 22.
When the liquid metal 22 is attached to the surface of the sealing material 30 other than the opening 30′a when the liquid metal 22 is filled in the opening 30′a, the liquid metal 22 is removed using acetone or alcohol. It is desirable to remove it. In this way, the heat conduction section 20 with the sealing material 30 can be manufactured. The heat conduction part 20 with the sealing material 30 may have its liquid metal exposed surface coated with a predetermined coating material. With such a coating, the liquid metal 2 can be used until the heat conducting portion 20 with the sealing material 30 is attached to a predetermined position.
It is possible to prevent the corrosion and the drop-off of No. 2.
【００３４】次に、上述のようにして作製された封止材
３０付き熱伝導部２０を、例えば半導体素子４０上に搭
載し、その上位に更にヒートシンク１０を搭載する。す
なわち、封止材３０付き熱伝導部２０を半導体素４０と
ヒートシンク１０との間に挟み込み、封止材３０を硬化
させる。これにより、半導体素子４０およびヒートシン
ク１０の間において、熱伝導部２０が密封される。この
ようにして、電子部品上において冷却構造体Ｘを形成す
ることができる。Next, the heat conducting portion 20 with the sealing material 30 manufactured as described above is mounted on, for example, the semiconductor element 40, and the heat sink 10 is further mounted on the upper side thereof. That is, the heat conduction part 20 with the sealing material 30 is sandwiched between the semiconductor element 40 and the heat sink 10, and the sealing material 30 is cured. As a result, the heat conducting portion 20 is sealed between the semiconductor element 40 and the heat sink 10. In this way, the cooling structure X can be formed on the electronic component.
【００３５】冷却構造体Ｘの形成においては、次のよう
な手法を採用してもよい。まず、液体金属２２をメッシ
ュ材２１に付着ないし担持させて熱伝導部２０を作製す
る。付着手法としては、ヘラなどを用いてメッシュ材２
１に液体金属２２を塗布する方法を採用してもよいし、
或は、メッシュ材２１を液体金属２２に浸漬する方法を
採用してもよい。次に、この熱伝導部２０を、例えば半
導体素子４０上に載置し、その上位に更にヒートシンク
１０を載置する。すなわち、熱伝導部２０を半導体素４
０とヒートシンク１０との間に挟み込む。次に、封止材
３０となる樹脂材料３０’を、半導体素子４０とヒート
シンク１０との間に挟み込まれている熱伝導部２０の周
囲に塗布し、これを硬化させる。これにより、半導体素
子４０およびヒートシンク１０の間において、熱伝導部
２０が密封される。封止材３０の形成においては、半導
体素子４０および／またはヒートシンク１０に対して、
熱伝導部２０を収容するためのスペースを開けて、樹脂
材料３０’を硬化可能な状態で予め起立形成しておいて
もよい。この場合、熱伝導部２０およびヒートシンク１
０は、熱伝導部２０が当該スペースに収容されるように
半導体素子４０上に積層載置され、その後、封止材３０
を硬化することによって、熱伝導部２０を半導体素子４
０とヒートシンク１０との間において密封する。このよ
うにして、電子部品上において冷却構造体Ｘを形成する
こともできる。In forming the cooling structure X, the following method may be adopted. First, the liquid metal 22 is attached to or carried by the mesh material 21 to produce the heat conducting portion 20. As a method of attachment, use a spatula or the like to mesh material 2
The method of applying the liquid metal 22 to 1 may be adopted,
Alternatively, a method of immersing the mesh material 21 in the liquid metal 22 may be adopted. Next, the heat conducting portion 20 is placed on, for example, the semiconductor element 40, and the heat sink 10 is further placed thereon. That is, the heat conducting portion 20 is connected to the semiconductor element 4
It is sandwiched between 0 and the heat sink 10. Next, the resin material 30 ′ that becomes the sealing material 30 is applied to the periphery of the heat conducting portion 20 sandwiched between the semiconductor element 40 and the heat sink 10 and cured. As a result, the heat conducting portion 20 is sealed between the semiconductor element 40 and the heat sink 10. In forming the encapsulant 30, with respect to the semiconductor element 40 and / or the heat sink 10,
A space for accommodating the heat conducting portion 20 may be opened, and the resin material 30 ′ may be preliminarily formed in a curable state. In this case, the heat conducting portion 20 and the heat sink 1
0 is stacked and mounted on the semiconductor element 40 so that the heat conducting portion 20 is housed in the space, and then the sealing material 30 is placed.
By curing the heat conductive portion 20 to the semiconductor element 4
0 and the heat sink 10 are sealed. In this way, the cooling structure X can be formed on the electronic component.
【００３６】本発明の冷却構造体Ｘは、優れた冷却機能
を有する。ヒートシンク１０と半導体素子４０との間に
介在している熱伝導部２０は、高い熱伝導率を有する液
体金属２２を含んでおり、当該液体金属２２は、樹脂材
料などにより被覆されずに半導体素子４０とヒートシン
ク１０との間を連絡している。更に、半導体素子４０お
よびヒートシンク１０に対する液体金属２２の密着性が
高いため、半導体素子４０およびヒートシンク１０と熱
伝導部２０との間の熱抵抗は抑制されている。そのた
め、半導体素子４０にて生ずる熱は、高伝導率の熱伝導
部２０を経て効率よくヒートシンク１０へ逃がされて、
当該ヒートシンク１０にて効率よく放散される。The cooling structure X of the present invention has an excellent cooling function. The heat conducting portion 20 interposed between the heat sink 10 and the semiconductor element 40 includes a liquid metal 22 having high thermal conductivity, and the liquid metal 22 is not covered with a resin material or the like and is a semiconductor element. There is a communication between 40 and the heat sink 10. Furthermore, since the liquid metal 22 has high adhesion to the semiconductor element 40 and the heat sink 10, the thermal resistance between the semiconductor element 40 and the heat sink 10 and the heat conducting portion 20 is suppressed. Therefore, the heat generated in the semiconductor element 40 is efficiently released to the heat sink 10 via the high-conductivity heat conducting portion 20,
The heat sink 10 efficiently dissipates the heat.
【００３７】本発明の冷却構造体Ｘは取扱性に優れてい
る。熱伝導部２０に含まれる液体金属２２は、メッシュ
材２１により担持されているため、冷却構造体Ｘの形成
時において、半導体素子４０に対して熱伝導部２０およ
びヒートシンク１０を容易に積層形成することができ
る。The cooling structure X of the present invention is excellent in handleability. Since the liquid metal 22 contained in the heat conducting section 20 is carried by the mesh material 21, the heat conducting section 20 and the heat sink 10 are easily laminated on the semiconductor element 40 when the cooling structure X is formed. be able to.
【００３８】本発明の冷却構造体Ｘは信頼性に優れてい
る。熱伝導部２０に含まれる液体金属２２はメッシュ材
２１により担持されており、且つ、熱伝導部２０におけ
る半導体素子４０およびヒートシンク１０と接していな
い表面は封止材３０により被覆されている。封止材３０
が、熱伝導部２０において半導体素子４０およびヒート
シンク１０と接していない表面を被覆しているため、液
体金属２２が熱伝導部２０から流出または飛散すること
は、適切に防止される。その結果、熱伝導部２０におけ
る液体金属含有量の低下に起因して熱伝導部２０の伝熱
機能が低下してしまうことや、液体金属２２の流出に起
因して半導体素子４０やマザー基板５０の回路において
短絡が引き起こされることは、回避される。また、液体
金属は腐蝕され易い材料であり、腐蝕液体金属の熱伝導
率は低いが、冷却構造体Ｘにおいては、封止材３０によ
る被覆機能により、液体金属２２の腐蝕すなわち水酸化
物や酸化物の形成は抑制されている。熱伝導部２０につ
いては、このように、液体金属２２の流出、および、液
体金属２２の腐蝕に起因する熱伝導性の劣化が抑制され
ている。その結果、冷却構造体Ｘは、良好な冷却機能を
持続可能であり、冷却機能において高い信頼性を有する
のである。The cooling structure X of the present invention has excellent reliability. The liquid metal 22 contained in the heat conducting portion 20 is carried by the mesh material 21, and the surface of the heat conducting portion 20 that is not in contact with the semiconductor element 40 and the heat sink 10 is covered with the sealing material 30. Sealing material 30
However, since the surface of the heat conducting portion 20 that is not in contact with the semiconductor element 40 and the heat sink 10 is covered, the liquid metal 22 is appropriately prevented from flowing out or scattering from the heat conducting portion 20. As a result, the heat transfer function of the heat conducting part 20 is deteriorated due to the decrease in the liquid metal content in the heat conducting part 20, and the semiconductor element 40 and the mother substrate 50 are caused due to the outflow of the liquid metal 22. Inducing a short circuit in the circuit is avoided. Further, the liquid metal is a material that is easily corroded, and the corrosive liquid metal has a low thermal conductivity, but in the cooling structure X, due to the covering function of the sealing material 30, the liquid metal 22 is corroded, that is, hydroxide or oxidation. The formation of objects is suppressed. As for the heat conducting portion 20, the deterioration of the heat conductivity due to the outflow of the liquid metal 22 and the corrosion of the liquid metal 22 is suppressed in this way. As a result, the cooling structure X can maintain a good cooling function and has high reliability in the cooling function.
【００３９】本発明の冷却構造体Ｘの熱伝導部２０は、
被着体すなわち半導体素子４０やヒートシンク１０から
の熱ストレスの影響を受けにくい。熱伝導部２０自体
は、これら被着体とは接合していないためである。The heat conducting portion 20 of the cooling structure X of the present invention is
It is unlikely to be affected by thermal stress from the adherend, that is, the semiconductor element 40 or the heat sink 10. This is because the heat conducting portion 20 itself is not joined to these adherends.
【００４０】また、図５（ｄ）に示す封止材３０付き熱
伝導部２０は、伝熱部材として、ノートパソコン内部の
冷却機構に備え付けることによっても、その伝熱機能を
活用することができる。具体的には、当該伝熱部材を、
ノートパソコン内部における、キーボード用配線パター
ンが形成されている基板、マザーボード、およびハード
ディスクなどに適宜付設することによって、ノートパソ
コン内部の冷却機構の伝熱経路にて、その伝熱機能を活
用することができる。ノートパソコン内部の冷却機構と
は、例えば、ノートパソコン内部で生じた熱を、ノート
パソコン筐体に伝えて、当該筐体から放散するための機
構である。Further, the heat conducting portion 20 with the sealing material 30 shown in FIG. 5 (d) can also utilize the heat conducting function by being provided as a heat conducting member in the cooling mechanism inside the notebook computer. . Specifically, the heat transfer member,
The heat transfer function can be utilized in the heat transfer path of the cooling mechanism inside the notebook computer by properly attaching it to the board, motherboard, hard disk, etc. in the notebook computer on which the wiring pattern for the keyboard is formed. it can. The cooling mechanism inside the notebook computer is, for example, a mechanism for transmitting heat generated inside the notebook computer to the casing of the notebook computer to dissipate the heat from the casing.
【００４１】[0041]
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例とともに記載
する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below together with comparative examples.
【００４２】[0042]
【実施例１】＜冷却構造体の作製＞開口率３０％のステ
ンレス製メッシュ材（１５ｍｍ×１５ｍｍ×１００μ
ｍ、繊維径５０μｍ）に対して、液体金属としての７
５．５％Ｇａ―２４．５％Ｉｎ合金を担持させることに
よって、熱伝導部を作製した。具体的には、メッシュ材
上に注いだ充分量の液体金属を、ヘラを用いてメッシュ
材の全体に対して塗布した。次に、液体金属を担持させ
た熱伝導部を２枚の銅板（１６ｍｍ×１６ｍｍ×１．５
ｍｍ）に挟み込んだ後、熱伝導部の周囲にシリコーンオ
イル（商品名：ＴＳＦ４５１−５０、ＧＥ東芝シリコー
ン製）を塗布することにより、２枚の銅板間に熱伝導部
を密封した。このようにして、本実施例の冷却構造体サ
ンプルを作製した。Example 1 <Production of Cooling Structure> Stainless steel mesh material (15 mm × 15 mm × 100 μm) with an aperture ratio of 30%
m, fiber diameter 50 μm), 7 as a liquid metal
A thermal conduction part was produced by supporting a 5.5% Ga-24.5% In alloy. Specifically, a sufficient amount of liquid metal poured onto the mesh material was applied to the entire mesh material using a spatula. Next, the heat conducting portion supporting the liquid metal was attached to two copper plates (16 mm × 16 mm × 1.5 mm).
mm) and then a silicone oil (trade name: TSF451-50, manufactured by GE Toshiba Silicones) was applied around the heat conducting portion to seal the heat conducting portion between the two copper plates. In this way, the cooling structure sample of this example was manufactured.
【００４３】＜熱伝導率測定＞上述のようにして作製し
た冷却構造体サンプルの熱伝導部について、所定の熱伝
導率測定装置を使用して熱伝導率を測定した。具体的に
は、当該サンプルの２枚の銅板の各々に熱電対の片方を
接触させ、一方の銅板部を冷却流水で冷却し且つ他方の
銅板部をヒータブロックで加熱しつつ、当該サンプルの
熱伝導部の熱伝導率を測定した。その結果、本実施例の
冷却構造体サンプルにおける熱伝導部は、２３Ｗ／ｍ・
Ｋの熱伝導率を示した。この結果は表１に掲げる。<Measurement of Thermal Conductivity> The thermal conductivity of the thermal conductive portion of the cooling structure sample produced as described above was measured using a predetermined thermal conductivity measuring device. Specifically, one of the thermocouples is brought into contact with each of the two copper plates of the sample, one of the copper plates is cooled with cooling running water, and the other of the copper plates is heated by the heater block, while the heat of the sample is heated. The thermal conductivity of the conductive part was measured. As a result, the heat conduction part in the cooling structure sample of this example was 23 W / m.
The thermal conductivity of K is shown. The results are listed in Table 1.
【００４４】＜高温高湿試験＞本実施例の冷却構造体サ
ンプルを高温高湿試験に付した。具体的には、温度８５
℃および湿度８５％の条件下で５００時間、サンプルを
放置した。この後、上述と同様にして熱伝導率測定を行
ったところ、本実施例のサンプルの熱伝導部は２０Ｗ／
ｍ・Ｋの熱伝導率を示した。この結果は表１に掲げる。<High Temperature and High Humidity Test> The cooling structure sample of the present example was subjected to a high temperature and high humidity test. Specifically, the temperature is 85
The sample was left for 500 hours under conditions of ° C and humidity of 85%. After that, when the thermal conductivity was measured in the same manner as described above, the thermal conductivity of the sample of this example was 20 W /
The thermal conductivity of m · K was shown. The results are listed in Table 1.
【００４５】[0045]
【実施例２および実施例３】開口率３０％のステンレス
製メッシュ材に代えて、開口率５０％のステンレス製メ
ッシュ材（１５ｍｍ×１５ｍｍ×６０μｍ、繊維径３０
μｍ）（実施例２）、または、開口率７０％のステンレ
ス製メッシュ材（１５ｍｍ×１５ｍｍ×１００μｍ、繊
維径５０μｍ）（実施例３）を用いた以外は実施例１と
同様にして、冷却構造体サンプルを作製した。これらの
サンプルについて、実施例１と同様の高温高湿試験の前
および後において、実施例１と同様にして熱伝導率測定
を行った。これらの結果は表１に掲げる。Example 2 and Example 3 Instead of the stainless mesh material having an opening ratio of 30%, a stainless mesh material having an opening ratio of 50% (15 mm × 15 mm × 60 μm, fiber diameter 30)
μm) (Example 2) or a stainless mesh material having an aperture ratio of 70% (15 mm × 15 mm × 100 μm, fiber diameter 50 μm) (Example 3), except that the cooling structure was used. Body samples were made. For these samples, the thermal conductivity was measured in the same manner as in Example 1 before and after the high temperature and high humidity test similar to that in Example 1. These results are listed in Table 1.
【００４６】[0046]
【比較例１および比較例２】開口率３０％のステンレス
製メッシュ材に代えて、開口率２０％のステンレス製メ
ッシュ材（１５ｍｍ×１５ｍｍ×８０μｍ、繊維径４０
μｍ）（比較例１）、または、開口率８０％のステンレ
ス製メッシュ材（１５ｍｍ×１５ｍｍ×１００μｍ、繊
維径５０μｍ）（比較例２）を用いた以外は実施例１と
同様にして、冷却構造体サンプルを作製した。これらの
サンプルについて、実施例１と同様の高温高湿試験の前
および後において、実施例１と同様にして熱伝導率測定
を行った。これらの結果は表１に掲げる。[Comparative Example 1 and Comparative Example 2] Instead of a stainless mesh material having an opening ratio of 30%, a stainless mesh material having an opening ratio of 20% (15 mm × 15 mm × 80 μm, fiber diameter 40)
μm) (Comparative Example 1) or a stainless steel mesh material (15 mm × 15 mm × 100 μm, fiber diameter 50 μm) having an opening ratio of 80% (Comparative Example 2), but in the same manner as in Example 1 except that the cooling structure was used. Body samples were made. For these samples, the thermal conductivity was measured in the same manner as in Example 1 before and after the high temperature and high humidity test similar to that in Example 1. These results are listed in Table 1.
【００４７】[0047]
【実施例４〜６】開口率３０％のステンレス製メッシュ
材に代えて、開口率３０％のガラス繊維製メッシュ材
（１５ｍｍ×１５ｍｍ×８０μｍ）（実施例４）、開口
率５０％のガラス繊維製メッシュ材（１５ｍｍ×１５ｍ
ｍ×５５μｍ）（実施例５）、または、開口率７０％の
ガラス繊維製メッシュ材（１５ｍｍ×１５ｍｍ×４０μ
ｍ）（実施例６）を用いた以外は実施例１と同様にし
て、冷却構造体サンプルを作製した。これらのサンプル
について、実施例１と同様の高温高湿試験の前におい
て、実施例１と同様にして熱伝導率測定を行った。これ
らの結果は表１に掲げる。Examples 4 to 6 Instead of a stainless mesh material having an opening ratio of 30%, a glass fiber mesh material having an opening ratio of 30% (15 mm × 15 mm × 80 μm) (Example 4), a glass fiber having an opening ratio of 50% Made mesh material (15mm × 15m
m × 55 μm) (Example 5), or a glass fiber mesh material having an aperture ratio of 70% (15 mm × 15 mm × 40 μm)
m) A cooling structure sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that (Example 6) was used. The thermal conductivity of these samples was measured in the same manner as in Example 1 before the same high temperature and high humidity test as in Example 1. These results are listed in Table 1.
【００４８】[0048]
【比較例３および比較例４】開口率３０％のステンレス
製メッシュ材に代えて、開口率２０％のガラス繊維製メ
ッシュ材（１５ｍｍ×１５ｍｍ×８０μｍ）（比較例
３）、または、開口率８０％のガラス繊維製メッシュ材
（１５ｍｍ×１５ｍｍ×３５μｍ）（比較例４）を用い
た以外は実施例１と同様にして、冷却構造体サンプルを
作製した。これらのサンプルについて、実施例１と同様
の高温高湿試験の前および後において、実施例１と同様
にして熱伝導率測定を行った。これらの結果は表１に掲
げる。[Comparative Example 3 and Comparative Example 4] Instead of a stainless mesh material having an opening ratio of 30%, a glass fiber mesh material (15 mm × 15 mm × 80 μm) having an opening ratio of 20% (Comparative Example 3) or an opening ratio of 80 % Glass fiber mesh material (15 mm × 15 mm × 35 μm) (Comparative Example 4) was used to prepare a cooling structure sample in the same manner as in Example 1. For these samples, the thermal conductivity was measured in the same manner as in Example 1 before and after the high temperature and high humidity test similar to that in Example 1. These results are listed in Table 1.
【００４９】[0049]
【比較例５】熱伝導部の周囲に封止材を形成しない以外
は実施例１と同様にして、冷却構造体サンプルを作製し
た。本比較例のサンプルについて、実施例１と同様の高
温高湿試験の前および後において、実施例１と同様にし
て熱伝導率測定を行った。これらの結果は表１に掲げ
る。Comparative Example 5 A cooling structure sample was prepared in the same manner as in Example 1 except that the sealing material was not formed around the heat conducting portion. The thermal conductivity of the sample of this comparative example was measured in the same manner as in Example 1 before and after the high temperature and high humidity test similar to that of Example 1. These results are listed in Table 1.
【００５０】[0050]
【比較例６〜９】熱伝導部の周囲に封止材を形成せず、
且つ、開口率３０％のステンレス製メッシュ材に代え
て、開口率５０％のステンレス製メッシュ材（１５ｍｍ
×１５ｍｍ×６０μｍ、繊維径３０μｍ）（比較例
６）、開口率７０％のステンレス製メッシュ材（１５ｍ
ｍ×１５ｍｍ×１００μｍ、繊維径５０μｍ）（比較例
７）、開口率２０％のステンレス製メッシュ材（１５ｍ
ｍ×１５ｍｍ×８０μｍ、繊維径４０μｍ）（比較例
８）、または、開口率８０％のステンレス製メッシュ材
（１５ｍｍ×１５ｍｍ×１００μｍ、繊維径５０μｍ）
（比較例９）を用いた以外は実施例１と同様にして、冷
却構造体サンプルを作製した。これらのサンプルについ
て、実施例１と同様の高温高湿試験の前および後におい
て、実施例１と同様にして熱伝導率測定を行った。これ
らの結果は表１に掲げる。[Comparative Examples 6 to 9] Without forming a sealing material around the heat conducting portion,
Moreover, instead of the stainless mesh material having the opening ratio of 30%, the stainless mesh material having the opening ratio of 50% (15 mm
× 15 mm × 60 μm, fiber diameter 30 μm) (Comparative Example 6), stainless mesh material with aperture ratio 70% (15 m
m × 15 mm × 100 μm, fiber diameter 50 μm) (Comparative Example 7), stainless mesh material with an aperture ratio of 20% (15 m
m × 15 mm × 80 μm, fiber diameter 40 μm) (Comparative Example 8), or stainless mesh material having an aperture ratio of 80% (15 mm × 15 mm × 100 μm, fiber diameter 50 μm)
A cooling structure sample was produced in the same manner as in Example 1 except that (Comparative Example 9) was used. For these samples, the thermal conductivity was measured in the same manner as in Example 1 before and after the high temperature and high humidity test similar to that in Example 1. These results are listed in Table 1.
【００５１】[0051]
【表１】 [Table 1]
【００５２】表１を参照すると、ステンレス製のメッシ
ュ材を用いて且つ封止材を備える実施例１〜３のサンプ
ルは、高温高湿試験の前においても後においても高い熱
伝導率を示すことが理解できよう。ガラス繊維製のメッ
シュ材を用いて且つ封止材を備える実施例４〜６のサン
プルも、表１に示すように熱伝導率試験前において高い
熱伝導率を示した。実施例４〜６については、表１には
掲げていないが、実施例１〜３と同様に、高温高湿試験
後においても実施例１〜３と同様に高い熱伝導率を示す
と考えられる。With reference to Table 1, the samples of Examples 1 to 3 using the mesh material made of stainless steel and including the sealing material show high thermal conductivity before and after the high temperature and high humidity test. Can be understood. The samples of Examples 4 to 6 using the glass fiber mesh material and including the sealing material also showed high thermal conductivity before the thermal conductivity test as shown in Table 1. Although Examples 4 to 6 are not listed in Table 1, it is considered that, like Examples 1 to 3, even after the high temperature and high humidity test, high thermal conductivity is exhibited as in Examples 1 to 3. .
【００５３】メッシュ材の開口率が２０％である比較例
１，３のサンプルの熱伝導率が低いのは、メッシュ材の
開口が狭すぎて、図３に示すように熱伝導部における液
体金属の担持量が少ないために熱伝導部と銅板との密着
性が低く、従って、２枚の銅板間の熱抵抗が高いためで
あると考えられる。また、メッシュ材の開口率が８０％
である比較例２，４のサンプルの熱伝導率が低いのは、
メッシュ材の開口が広すぎて、図４に示すように熱伝導
部における液体金属の担持量が少ないために熱伝導部と
銅板との密着性が低く、従って、２枚の銅板間の熱抵抗
が高いためであると考えられる。The samples of Comparative Examples 1 and 3 in which the aperture ratio of the mesh material is 20% have a low thermal conductivity because the apertures of the mesh member are too narrow and the liquid metal in the heat conducting portion is as shown in FIG. It is considered that this is because the adhesion between the heat conducting portion and the copper plate is low due to the small amount of carried copper and therefore the thermal resistance between the two copper plates is high. Also, the aperture ratio of the mesh material is 80%
The low thermal conductivity of the samples of Comparative Examples 2 and 4 is
Since the opening of the mesh material is too wide and the amount of liquid metal carried in the heat conducting portion is small as shown in FIG. 4, the adhesion between the heat conducting portion and the copper plate is low, and therefore the thermal resistance between the two copper plates is low. Is considered to be high.
【００５４】封止材を備えていない以外は実施例１〜３
および比較例１，２と同一の構成を備える比較例５〜９
のサンプルは、高温高湿試験を経ることによって、熱伝
導率は著しく低下してしまった。特に、比較例７〜９の
サンプルは、液体金属の腐蝕の程度が激しいために、適
切な熱伝導率測定を行うことができなかった。Examples 1 to 3 except that no sealing material was provided
And Comparative Examples 5 to 9 having the same configuration as Comparative Examples 1 and 2.
The sample of No. 2 had a markedly reduced thermal conductivity due to the high temperature and high humidity test. In particular, in the samples of Comparative Examples 7 to 9, the degree of corrosion of the liquid metal was severe, so that the appropriate thermal conductivity could not be measured.
【００５５】以上のまとめとして、本発明の構成および
そのバリエーションを、以下に付記として列挙する。As a summary of the above, the configurations of the present invention and variations thereof are listed below as supplementary notes.
【００５６】（付記１）電子部品で発生する熱を放散す
るための放熱材と、メッシュ材および当該メッシュ材に
担持されている液体金属を含んで、前記電子部品および
前記放熱材の間に介在して当該電子部品および放熱材に
接している熱伝導部と、前記熱伝導部における、前記電
子部品および前記放熱材と接していない表面を被覆して
いる封止材と、を備えることを特徴とする、冷却構造
体。
（付記２）前記液体金属は、３０℃以下の融点または液
相線温度を有する、付記１に記載の冷却構造体。
（付記３）前記液体金属は、Ｇａ−Ｉｎ合金、Ｇａ−Ｉ
ｎ−Ｓｎ合金、Ｇａ−Ｉｎ−Ｚｎ合金、Ｇａ−Ｓｎ合
金、およびＧａ−Ｚｎ合金からなる群より選択される金
属である、付記１または２に記載の冷却構造体。
（付記４）前記メッシュ材は、２５〜７５％の開口率を
有する、付記１から３のいずれか１つに記載の冷却構造
体。
（付記５）前記メッシュ材は、金属繊維、アルミナ繊
維、ガラス繊維、および樹脂繊維からなる群より選択さ
れる繊維材料により構成されている、付記１から４のい
ずれか１つに記載の冷却構造体。
（付記６）前記金属繊維は、ステンレス、銅、ニッケ
ル、銅合金、およびニッケル合金からなる群より選択さ
れる金属により構成されている、付記５に記載の冷却構
造体。
（付記７）前記熱伝導部は、前記電子部品および前記放
熱材の離隔方向において３０〜３００μｍの厚みを有す
る、付記１から６のいずれか１つに記載の冷却構造体。
（付記８）前記封止材は、絶縁性樹脂材料を含んでい
る、付記１から７のいずれか１つに記載の冷却構造体。
（付記９）前記絶縁性樹脂材料は、シリコーンオイル、
シリコーンゲル、またはシリコーンゴムである、付記８
に記載の冷却構造体。
（付記１０）前記絶縁性樹脂材料は、熱硬化性樹脂また
は熱可塑性樹脂である、付記８に記載の冷却構造体。
（付記１１）前記封止材は、更に、熱伝導性フィラーを
含んでいる、付記８から１０のいずれか１つに記載の冷
却構造体。
（付記１２）電子部品本体で発生する熱を放散するため
の放熱材と、メッシュ材および当該メッシュ材に担持さ
れている液体金属を含んで、前記電子部品本体および前
記放熱材の間に介在して当該電子部品本体および放熱材
に接している熱伝導部と、前記熱伝導部における、前記
電子部品本体および前記放熱材と接していない表面を被
覆している封止材と、を備える冷却構造体を有すること
を特徴とする、電子部品。
（付記１３）メッシュ材および当該メッシュ材に担持さ
れている液体金属を含んで被着体当接面を有する熱伝導
部と、前記熱伝導部の前記被着体当接面以外を被覆して
いる封止材と、を備えることを特徴とする、伝熱部材。(Supplementary Note 1) A heat dissipating material for dissipating heat generated in the electronic component, a mesh material, and a liquid metal carried on the mesh material are included, and are interposed between the electronic component and the heat dissipating material. And a heat conducting portion that is in contact with the electronic component and the heat radiating material, and a sealing material that covers a surface of the heat conducting portion that is not in contact with the electronic component and the heat radiating material. And the cooling structure. (Supplementary Note 2) The cooling structure according to Supplementary Note 1, wherein the liquid metal has a melting point or liquidus temperature of 30 ° C. or lower. (Supplementary Note 3) The liquid metal is a Ga—In alloy or Ga—I.
The cooling structure according to appendix 1 or 2, which is a metal selected from the group consisting of an n-Sn alloy, a Ga-In-Zn alloy, a Ga-Sn alloy, and a Ga-Zn alloy. (Supplementary Note 4) The cooling structure according to any one of Supplementary Notes 1 to 3, wherein the mesh material has an opening ratio of 25 to 75%. (Supplementary note 5) The cooling structure according to any one of supplementary notes 1 to 4, wherein the mesh material is made of a fiber material selected from the group consisting of metal fibers, alumina fibers, glass fibers, and resin fibers. body. (Supplementary Note 6) The cooling structure according to Supplementary Note 5, wherein the metal fiber is made of a metal selected from the group consisting of stainless steel, copper, nickel, copper alloys, and nickel alloys. (Supplementary note 7) The cooling structure according to any one of supplementary notes 1 to 6, wherein the heat conducting portion has a thickness of 30 to 300 μm in a direction in which the electronic component and the heat dissipation material are separated from each other. (Supplementary Note 8) The cooling structure according to any one of Supplementary Notes 1 to 7, wherein the sealing material contains an insulating resin material. (Supplementary Note 9) The insulating resin material is silicone oil,
Note 8 which is silicone gel or silicone rubber
The cooling structure according to. (Supplementary Note 10) The cooling structure according to Supplementary Note 8, wherein the insulating resin material is a thermosetting resin or a thermoplastic resin. (Supplementary note 11) The cooling structure according to any one of supplementary notes 8 to 10, wherein the sealing material further contains a heat conductive filler. (Supplementary Note 12) A heat-dissipating material for dissipating heat generated in the electronic component body, a mesh material and a liquid metal carried on the mesh material are included and are interposed between the electronic component body and the heat-dissipating material. Cooling structure including a heat conducting portion that is in contact with the electronic component body and the heat dissipation member, and a sealing material that covers a surface of the heat conducting portion that is not in contact with the electronic component body and the heat dissipation member. An electronic component having a body. (Supplementary Note 13) A heat conducting portion having an adherend contact surface including a mesh material and a liquid metal carried by the mesh material, and a portion other than the adherend contact surface of the heat conducting portion being covered. A heat transfer member, comprising:
【００５７】[0057]
【発明の効果】本発明によると、高い冷却機能を有する
とともに、特に形成時の取扱性に優れ、更には、その冷
却機能において信頼性に優れている冷却構造体を得るこ
とができる。このような冷却構造体を半導体素子などの
電子部品に付設することによって、発熱量の多い電子部
品であっても、適切に動作ないし機能させることが可能
となる。According to the present invention, it is possible to obtain a cooling structure having a high cooling function, particularly excellent handleability at the time of formation, and further excellent reliability in the cooling function. By attaching such a cooling structure to an electronic component such as a semiconductor element, it becomes possible to properly operate or function even an electronic component that generates a large amount of heat.
【図１】本発明に係る電子部品冷却構造体を表す。FIG. 1 shows an electronic component cooling structure according to the present invention.
【図２】本発明における熱伝導部の平面図である。FIG. 2 is a plan view of a heat conducting portion according to the present invention.
【図３】メッシュ開口率が小さい場合の液体金属の担持
状態を表す。FIG. 3 shows a supported state of liquid metal when the mesh aperture ratio is small.
【図４】メッシュ開口率が大きい場合の液体金属の担持
状態を表す。FIG. 4 shows a liquid metal supported state when the mesh aperture ratio is large.
【図５】本発明における封止材付き熱伝導部すなわち伝
熱部材の作製工程を表す。FIG. 5 shows a manufacturing process of a heat conducting portion with a sealing material, that is, a heat transfer member in the present invention.
Ｘ 冷却構造体 １０ ヒートシンク ２０ 熱伝導部 ２１ メッシュ材 ２２ 液体金属 ３０ 封止材 ３０’ 樹脂材料 ３０’ａ 開口部 ４０ 半導体素子 ５０ マザー基板 X cooling structure 10 heat sink 20 heat conduction part 21 mesh material 22 Liquid metal 30 sealing material 30 'resin material 30'a opening 40 Semiconductor element 50 mother board
Claims (6)
放熱材と、 メッシュ材および当該メッシュ材に担持されている液体
金属を含んで、前記電子部品および前記放熱材の間に介
在して当該電子部品および放熱材に接している熱伝導部
と、 前記熱伝導部における、前記電子部品および前記放熱材
と接していない表面を被覆している封止材と、を備える
ことを特徴とする、冷却構造体。1. A heat-dissipating material for dissipating heat generated in an electronic component, a mesh material and a liquid metal carried on the mesh material, and the heat-dissipating material being interposed between the electronic component and the heat-dissipating material. A heat conducting portion in contact with the electronic component and the heat radiating material; and a sealing material covering a surface of the heat conducting portion that is not in contact with the electronic component and the heat radiating material. , Cooling structure.
は液相線温度を有する、請求項１に記載の冷却構造体。2. The cooling structure according to claim 1, wherein the liquid metal has a melting point or liquidus temperature of 30 ° C. or lower.
−Ｉｎ−Ｓｎ合金、Ｇａ−Ｉｎ−Ｚｎ合金、Ｇａ−Ｓｎ
合金、およびＧａ−Ｚｎ合金からなる群より選択される
金属である、請求項１または２に記載の冷却構造体。3. The liquid metal is a Ga—In alloy, Ga
-In-Sn alloy, Ga-In-Zn alloy, Ga-Sn
The cooling structure according to claim 1, which is a metal selected from the group consisting of an alloy and a Ga—Zn alloy.
率を有する、請求項１から３のいずれか１つに記載の冷
却構造体。4. The cooling structure according to claim 1, wherein the mesh material has an opening ratio of 25 to 75%.
繊維、ガラス繊維、および樹脂繊維からなる群より選択
される繊維材料により構成されている、請求項１から４
のいずれか１つに記載の冷却構造体。5. The mesh material is composed of a fiber material selected from the group consisting of metal fibers, alumina fibers, glass fibers, and resin fibers.
The cooling structure according to any one of 1.
されている液体金属を含んで被着体当接面を有する熱伝
導部と、 前記熱伝導部の前記被着体当接面以外を被覆している封
止材と、を備えることを特徴とする、伝熱部材。6. A heat conducting portion including a mesh material and a liquid metal carried on the mesh material, the heat conducting portion having an adherend contact surface, and a portion other than the adherend contact surface of the heat conducting portion being covered. A heat transfer member, the heat transfer member comprising:
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