JP2005347616A - Heat spreader, manufacturing method thereof and electronic apparatus - Google Patents

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浩基 内田
Eiji Tokuhira
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Minoru Ishinabe
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat spreader excellent in thermal conductivity and in size stability, and to provide the manufacturing method of the heat spreader. <P>SOLUTION: The heat spreader has a first surface 10A and an opposite second surface, and comprises a matrix material 11, and a carbon fiber cloth 12 containing a carbon fiber material including a component extending along the first surface 10A. A plurality of the carbon fiber materials are disposed such that hypothetical projection lines of the plurality of the carbon fiber materials to the first surface 10A extend radially around a reference axis A1 extending in the direction Z of the thickness. In the manufacturing method of the heat spreader, a plurality of the carbon fiber cloths are disposed so as to extend radially along the reference axis and around the reference axis. Then, the plurality of the carbon fiber cloths are impregnated with the matrix material to obtain a carbon fiber reinforced material consisted of such members. Then, pieces of the heat spreader are cut out from the carbon fiber reinforced material. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、発熱部品と放熱部品の間に介在して当該発熱部品から放熱部品への熱伝導を担うヒートスプレッダ、ヒートスプレッダを含む電子装置、および、ヒートスプレッダ製造方法に関する。   The present invention relates to a heat spreader that is interposed between a heat generating component and a heat radiating component and conducts heat conduction from the heat generating component to the heat radiating component, an electronic device including the heat spreader, and a heat spreader manufacturing method.

コンピュータ内の発熱部品で生ずる熱をヒートシンクなどの放熱部品を利用して放熱する場合には、一般に、当該発熱部品および放熱部品の間にヒートスプレッダが設けられる。図23は、そのような冷却構造の一例として、半導体チップ101、ヒートシンク102、およびヒートスプレッダ60を含む積層構造を表す。   When heat generated by a heat generating component in a computer is radiated using a heat radiating component such as a heat sink, a heat spreader is generally provided between the heat generating component and the heat radiating component. FIG. 23 shows a stacked structure including the semiconductor chip 101, the heat sink 102, and the heat spreader 60 as an example of such a cooling structure.

半導体チップ101は、所定のCPUを構成する発熱部品としてのシリコンチップであり、基板103に搭載されている。ヒートシンク102は、表面積の大きな放熱フィンであり、熱伝導率の高い金属材料よりなる。ヒートスプレッダ60は、半導体チップ101にて発生する熱をヒートシンク102に伝えるためのものであり、半導体チップ101およびヒートシンク102の間に位置する。ヒートスプレッダ60および半導体チップ101の間は、ハンダ付けによるハンダやサーマルグリースなどの伝熱性の接合材料104が介在することにより、少なくとも熱的に接続されている。一方、ヒートスプレッダ60およびヒートシンク102の間は、サーマルグリース105が介在することにより熱的に接続されている。冷却構造に関する技術については、例えば下記の特許文献1〜4に記載されている。   The semiconductor chip 101 is a silicon chip as a heat generating component constituting a predetermined CPU, and is mounted on the substrate 103. The heat sink 102 is a heat radiating fin having a large surface area and is made of a metal material having high thermal conductivity. The heat spreader 60 is for transferring heat generated in the semiconductor chip 101 to the heat sink 102, and is located between the semiconductor chip 101 and the heat sink 102. The heat spreader 60 and the semiconductor chip 101 are at least thermally connected by interposing a heat conductive bonding material 104 such as solder by soldering or thermal grease. On the other hand, the heat spreader 60 and the heat sink 102 are thermally connected by the thermal grease 105 interposed therebetween. The technology related to the cooling structure is described in, for example, the following Patent Documents 1 to 4.

特開平11−279406号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-279406 特開2000−124369号公報JP 2000-124369 A 特開2000−273196号公報JP 2000-273196 A 米国特許第2002/0038704号明細書US 2002/0038704

従来の技術においては、ヒートスプレッダ60として、熱伝導率の高い金属材料(銅,銀,アルミニウムなど)よりなる金属板が採用される場合がある。これら高熱伝導性の金属材料は一般に熱膨張率も高いので、この場合、ヒートスプレッダ60の熱膨張率は、シリコンチップである半導体チップ101の熱膨張率(約3.5ppm/℃)よりも相当程度に大きい。そのため、ヒートスプレッダ60および半導体チップ101の間の接合材料104としては、面内方向における両者の熱膨張差を吸収し得るペースト状のもの(例えばサーマルグリース)を採用する必要がある。しかしながら、サーマルグリースなどのペースト状接合材料は、ハンダ付けハンダなどの金属接合材料に比べて熱抵抗が大きい(即ち熱伝導率が小さい)ので、接合材料104としてペースト状接合材料を採用すると、半導体チップ101からヒートスプレッダ60への熱伝導性は低い傾向にある。そのため、ヒートスプレッダ60として金属板を採用すると、冷却構造(放熱系)全体としては充分な放熱機能を得られない場合がある。   In the conventional technique, a metal plate made of a metal material (copper, silver, aluminum, etc.) having high thermal conductivity may be employed as the heat spreader 60. Since these highly heat-conductive metal materials generally have a high coefficient of thermal expansion, in this case, the coefficient of thermal expansion of the heat spreader 60 is considerably higher than that of the semiconductor chip 101 that is a silicon chip (about 3.5 ppm / ° C.). Big. Therefore, as the bonding material 104 between the heat spreader 60 and the semiconductor chip 101, it is necessary to employ a paste-like material (for example, thermal grease) that can absorb the thermal expansion difference between the two in the in-plane direction. However, a paste-like bonding material such as thermal grease has a higher thermal resistance (that is, a lower thermal conductivity) than a metal bonding material such as soldered solder. Thermal conductivity from the chip 101 to the heat spreader 60 tends to be low. Therefore, when a metal plate is employed as the heat spreader 60, there may be a case where a sufficient heat dissipation function cannot be obtained as the entire cooling structure (heat dissipation system).

一方、従来の技術においては、ヒートスプレッダ60として、シリコンチップと同程度の熱膨張率を示すセラミック系材料(窒化アルミ,アルミナ,炭化ケイ素など)よりなるセラミック板が採用される場合がある。この場合、ヒートスプレッダ60の熱膨張率は、シリコンチップである半導体チップ101の熱膨張率と同程度であり、従って、ヒートスプレッダ60および半導体チップ101の間の接続態様としては、熱抵抗の小さい(即ち熱伝導率の高い)ハンダ付けを採用することができる(即ち、接合材料104として金属接合材料を採用することができる)。しかしながら、シリコンチップと同程度の熱膨張率を示すセラミック系材料は、銅や銀などの高熱伝導性金属よりも熱伝導率が低い傾向にある。そのため、ヒートスプレッダ60として上述のようなセラミック板を採用する場合には、冷却構造(放熱系)全体として高い放熱機能を得るのは困難である。   On the other hand, in the conventional technique, a ceramic plate made of a ceramic material (aluminum nitride, alumina, silicon carbide, etc.) having a thermal expansion coefficient comparable to that of a silicon chip may be employed as the heat spreader 60. In this case, the thermal expansion coefficient of the heat spreader 60 is approximately the same as the thermal expansion coefficient of the semiconductor chip 101 that is a silicon chip. Therefore, as a connection mode between the heat spreader 60 and the semiconductor chip 101, the thermal resistance is small (that is, Soldering with high thermal conductivity can be employed (ie, a metal bonding material can be employed as the bonding material 104). However, a ceramic material showing a thermal expansion coefficient comparable to that of a silicon chip tends to have a lower thermal conductivity than a highly thermally conductive metal such as copper or silver. For this reason, when the above-described ceramic plate is employed as the heat spreader 60, it is difficult to obtain a high heat radiation function as the entire cooling structure (heat radiation system).

以上から理解できるように、冷却構造全体として高い放熱機能を得るうえでヒートスプレッダに求められる特性としては、熱伝導性と、面内方向における寸法安定性とが挙げられる。例えば図23のヒートスプレッダ60には、半導体チップ101にて生じた熱をヒートシンク102に効率よく伝えるべく、高い熱伝導率を有することが求められるとともに、半導体チップ101との接合を低熱抵抗のハンダ付けにより実現すべく、当該半導体チップ101(シリコンチップ)に近い熱膨張率を有することが求められるのである。近年、コンピュータや電子機器の高性能化および高機能化に伴ってCPU等の電子部品の発熱量が増大しているところ、これらの要求は特に強くなってきた。   As can be understood from the above, the characteristics required of the heat spreader for obtaining a high heat dissipation function as the entire cooling structure include thermal conductivity and dimensional stability in the in-plane direction. For example, the heat spreader 60 shown in FIG. 23 is required to have high thermal conductivity in order to efficiently transfer heat generated in the semiconductor chip 101 to the heat sink 102, and soldering with the semiconductor chip 101 is performed with low thermal resistance. Therefore, it is required to have a thermal expansion coefficient close to that of the semiconductor chip 101 (silicon chip). In recent years, the amount of heat generated by electronic components such as CPUs has increased with the increase in performance and functionality of computers and electronic devices, and these demands have become particularly strong.

上述の要求に応えるためのヒートスプレッダ用材料として、炭素繊維強化金属(CFRM)が注目を集めている。CFRMは、マトリックス金属と当該マトリックス金属中の炭素繊維とからなる材料である。マトリックス金属は、銅や銀などの高熱伝導性金属であり、炭素繊維は、繊維の延び方向に高い熱伝導率を示す。また、炭素繊維における繊維延び方向の熱膨張率は、小さい。   Carbon fiber reinforced metal (CFRM) is attracting attention as a heat spreader material for meeting the above-mentioned requirements. CFRM is a material composed of a matrix metal and carbon fibers in the matrix metal. The matrix metal is a high thermal conductivity metal such as copper or silver, and the carbon fiber exhibits high thermal conductivity in the fiber extending direction. Moreover, the thermal expansion coefficient in the fiber extending direction of the carbon fiber is small.

図24は、CFRMよりなる従来のヒートスプレッダ70を表す。図24(a)は、半導体チップ101およびヒートシンク102の間に配設されているヒートスプレッダ70の断面を表す。図の簡潔化の観点より、半導体チップ101およびヒートシンク102とヒートスプレッダ70との間の接合材料については省略する。図24(b)は、ヒートスプレッダ70の部分拡大斜視図である。   FIG. 24 shows a conventional heat spreader 70 made of CFRM. FIG. 24A shows a cross section of the heat spreader 70 disposed between the semiconductor chip 101 and the heat sink 102. From the viewpoint of simplifying the figure, the bonding material between the semiconductor chip 101 and the heat sink 102 and the heat spreader 70 is omitted. FIG. 24B is a partially enlarged perspective view of the heat spreader 70.

ヒートスプレッダ70は、高熱伝導性のマトリックス金属71と、当該マトリックス金属71中を延びる複数の炭素繊維72とからなる。複数の炭素繊維72は同一方向(X方向)に延びる。半導体チップ101およびヒートシンク102の間にヒートスプレッダ70が配設されているとき、炭素繊維72は、半導体チップ101およびヒートシンク102に平行に配向する。   The heat spreader 70 includes a matrix metal 71 having a high thermal conductivity and a plurality of carbon fibers 72 extending through the matrix metal 71. The plurality of carbon fibers 72 extend in the same direction (X direction). When the heat spreader 70 is disposed between the semiconductor chip 101 and the heat sink 102, the carbon fibers 72 are oriented parallel to the semiconductor chip 101 and the heat sink 102.

このようなヒートスプレッダ70では、マトリックス金属71の種類や炭素繊維72の含有密度によっては、X方向において、例えば600〜800W/mK程度の高い熱伝導率や、充分に小さな熱膨張率を得ることが可能である。しかしながら、半導体チップ101ないしヒートシンク102に略平行であってX方向に直交する方向(Y方向)においては、約30W/mK程度の低い熱伝導率しか得られず、且つ、熱膨張率は比較的大きい。また、ヒートスプレッダ70の厚さ方向(Z方向)においても、約30W/mK程度の低い熱伝導率しか得られない。このようなヒートスプレッダ70では、冷却構造中において求められる充分な寸法安定性および熱伝導性を得ることはできない。   In such a heat spreader 70, depending on the kind of the matrix metal 71 and the density of the carbon fibers 72, a high thermal conductivity of about 600 to 800 W / mK, for example, and a sufficiently small thermal expansion coefficient can be obtained in the X direction. Is possible. However, in the direction (Y direction) substantially parallel to the semiconductor chip 101 or the heat sink 102 and orthogonal to the X direction, only a low thermal conductivity of about 30 W / mK can be obtained, and the thermal expansion coefficient is relatively low. large. Also, only a low thermal conductivity of about 30 W / mK can be obtained in the thickness direction (Z direction) of the heat spreader 70. With such a heat spreader 70, sufficient dimensional stability and thermal conductivity required in the cooling structure cannot be obtained.

図25は、CFRMよりなる従来の他のヒートスプレッダ80を表す。図25(a)は、半導体チップ101およびヒートシンク102の間に配設されているヒートスプレッダ80の断面を表す。図の簡潔化の観点より、半導体チップ101およびヒートシンク102とヒートスプレッダ80との間の接合材料については省略する。図25(b)は、ヒートスプレッダ80の部分拡大斜視図である。   FIG. 25 shows another conventional heat spreader 80 made of CFRM. FIG. 25A shows a cross section of the heat spreader 80 disposed between the semiconductor chip 101 and the heat sink 102. From the viewpoint of simplifying the figure, the bonding material between the semiconductor chip 101 and the heat sink 102 and the heat spreader 80 is omitted. FIG. 25B is a partially enlarged perspective view of the heat spreader 80.

ヒートスプレッダ80は、高熱伝導性のマトリックス金属81と、当該マトリックス金属81中に配された複数の炭素繊維布82とからなる。複数の炭素繊維布82は、相互に平行に配置されている。各炭素繊維布82は、平織り布であり(織り組織は省略)、同一方向(X方向)に延びる複数の炭素繊維82aと、X方向に直交する同一方向(Y方向)に延びる複数の炭素繊維82bとからなる。半導体チップ101およびヒートシンク102の間にヒートスプレッダ80が配設されているとき、炭素繊維布82(炭素繊維82a,82b)は、半導体チップ101およびヒートシンク102に平行に配向する。   The heat spreader 80 includes a matrix metal 81 having a high thermal conductivity and a plurality of carbon fiber cloths 82 disposed in the matrix metal 81. The plurality of carbon fiber cloths 82 are arranged in parallel to each other. Each carbon fiber cloth 82 is a plain weave cloth (weave structure is omitted), and a plurality of carbon fibers 82a extending in the same direction (X direction) and a plurality of carbon fibers extending in the same direction (Y direction) orthogonal to the X direction. 82b. When the heat spreader 80 is disposed between the semiconductor chip 101 and the heat sink 102, the carbon fiber cloth 82 (carbon fibers 82 a and 82 b) is oriented in parallel to the semiconductor chip 101 and the heat sink 102.

炭素繊維82a,82bの総含有密度がヒートスプレッダ70の炭素繊維72の含有密度と同一であり、且つ、炭素繊維82aおよび炭素繊維82bの各含有密度が等しい場合を想定すると、ヒートスプレッダ70と比較して、ヒートスプレッダ80では、X方向の熱伝導性および寸法安定性は大きく低下する。ヒートスプレッダ70と比較して、ヒートスプレッダ80では、X方向に延びる炭素繊維の含有密度が半減しているからである。また、ヒートスプレッダ70と比較して、ヒートスプレッダ80では、Y方向の熱伝導性および寸法安定性は向上するが、それらの向上の程度は、ヒートスプレッダ70におけるX方向の熱伝導性および寸法安定性の半分程度まででしかない。ヒートスプレッダ80におけるX方向およびY方向の熱伝導率は、共に、例えば300〜340W/mK程度でしかない。加えて、ヒートスプレッダ80におけるZ方向については、ヒートスプレッダ70と同様に、約30W/mK程度の低い熱伝導率しか得られない。このようなヒートスプレッダ80では、冷却構造中において求められる充分な寸法安定性および熱伝導性を得ることができない場合がある。   Assuming that the total density of the carbon fibers 82a and 82b is the same as the density of the carbon fibers 72 of the heat spreader 70 and that the density of each of the carbon fibers 82a and 82b is equal, the heat spreader 70 is compared with the heat spreader 70. In the heat spreader 80, the thermal conductivity and dimensional stability in the X direction are greatly reduced. This is because the density of carbon fibers extending in the X direction is halved in the heat spreader 80 as compared with the heat spreader 70. In addition, compared with the heat spreader 70, the heat spreader 80 improves the thermal conductivity and dimensional stability in the Y direction, but the degree of improvement is half of the thermal conductivity and dimensional stability in the X direction of the heat spreader 70. It is only to the extent. The heat conductivity in the X direction and the Y direction in the heat spreader 80 is only about 300 to 340 W / mK, for example. In addition, in the Z direction in the heat spreader 80, as in the heat spreader 70, only a low thermal conductivity of about 30 W / mK can be obtained. In such a heat spreader 80, sufficient dimensional stability and thermal conductivity required in the cooling structure may not be obtained.

図26は、CFRMよりなる従来の他のヒートスプレッダ90を表す。図26(a)は、半導体チップ101およびヒートシンク102の間に配設されているヒートスプレッダ90の断面を表す。図の簡潔化の観点より、半導体チップ101およびヒートシンク102とヒートスプレッダ90との間の接合材料については省略する。図26(b)は、ヒートスプレッダ90の部分拡大斜視図である。   FIG. 26 shows another conventional heat spreader 90 made of CFRM. FIG. 26A shows a cross section of the heat spreader 90 disposed between the semiconductor chip 101 and the heat sink 102. From the viewpoint of simplifying the figure, the bonding material between the semiconductor chip 101 and the heat sink 102 and the heat spreader 90 is omitted. FIG. 26B is a partially enlarged perspective view of the heat spreader 90.

ヒートスプレッダ90は、高熱伝導性のマトリックス金属91と、当該マトリックス金属91中に配された複数の炭素繊維布92および複数の炭素繊維93とからなる。複数の炭素繊維布92は、相互に平行に配置されている。各炭素繊維布92は、平織り布(織り組織は省略)であり、同一方向(X方向)に延びる複数の炭素繊維92aと、X方向に直交する同一方向(Y方向)に延びる複数の炭素繊維92bとからなる。複数の炭素繊維93は、XY両方向に直行する同一方向(Z方向すなわち厚さ方向)に延びる。半導体チップ101およびヒートシンク102の間にヒートスプレッダ90が配設されているとき、炭素繊維布92(炭素繊維92a,92b)は、半導体チップ101およびヒートシンク102に平行に配向し、炭素繊維93は、半導体チップ101およびヒートシンク102に対して垂直に配向する。   The heat spreader 90 includes a matrix metal 91 having high thermal conductivity, and a plurality of carbon fiber cloths 92 and a plurality of carbon fibers 93 arranged in the matrix metal 91. The plurality of carbon fiber cloths 92 are arranged in parallel to each other. Each carbon fiber cloth 92 is a plain woven cloth (weave structure is omitted), and a plurality of carbon fibers 92a extending in the same direction (X direction) and a plurality of carbon fibers extending in the same direction (Y direction) orthogonal to the X direction. 92b. The plurality of carbon fibers 93 extend in the same direction (Z direction, that is, the thickness direction) perpendicular to both the XY directions. When the heat spreader 90 is disposed between the semiconductor chip 101 and the heat sink 102, the carbon fiber cloth 92 (carbon fibers 92a and 92b) is oriented in parallel to the semiconductor chip 101 and the heat sink 102, and the carbon fiber 93 is a semiconductor. Oriented perpendicular to the chip 101 and heat sink 102.

炭素繊維92a、炭素繊維92b、および炭素繊維93の各含有密度が等しい場合を想定すると、ヒートスプレッダ70と比較して、ヒートスプレッダ90では、X方向の熱伝導性および寸法安定性は大きく低下する傾向にある。ヒートスプレッダ70と比較して、ヒートスプレッダ90では、X方向に延びる炭素繊維の含有密度が1/4にまで低下せざるを得ないからである。ヒートスプレッダ70と比較して、ヒートスプレッダ90では、Y方向の熱伝導性および寸法安定性は向上するが、それらの向上の程度は、ヒートスプレッダ70におけるX方向の熱伝導性および寸法安定性の1/4程度まででしかない。加えて、ヒートスプレッダ70と比較して、ヒートスプレッダ90では、Z方向の熱伝導性は向上するが、ヒートスプレッダ70におけるX方向の熱伝導性の1/4程度まででしかない。ヒートスプレッダ90におけるXYZ各方向の熱伝導率は、例えば150〜200W/mK程度でしかない。このようなヒートスプレッダ90では、冷却構造中において求められる充分な寸法安定性および熱伝導性を得ることができない場合がある。   Assuming the case where the carbon fiber 92a, the carbon fiber 92b, and the carbon fiber 93 have the same content density, the heat spreader 90 tends to greatly decrease the thermal conductivity and dimensional stability in the X direction compared to the heat spreader 70. is there. This is because, compared with the heat spreader 70, in the heat spreader 90, the content density of the carbon fibers extending in the X direction has to be reduced to ¼. Compared with the heat spreader 70, the heat spreader 90 improves the thermal conductivity and dimensional stability in the Y direction, but the degree of improvement is 1/4 of the thermal conductivity and dimensional stability in the X direction of the heat spreader 70. It is only to the extent. In addition, as compared with the heat spreader 70, the heat spreader 90 improves the thermal conductivity in the Z direction, but is only about ¼ of the thermal conductivity in the X direction in the heat spreader 70. The thermal conductivity in each of the XYZ directions in the heat spreader 90 is only about 150 to 200 W / mK, for example. In such a heat spreader 90, sufficient dimensional stability and thermal conductivity required in the cooling structure may not be obtained.

本発明は、このような事情の下で考え出されたものであって、熱伝導性に優れるとともに寸法安定性にも優れるヒートスプレッダ、および、そのようなヒートスプレッダを製造するための方法を、提供することを目的とする。   The present invention has been conceived under such circumstances, and provides a heat spreader having excellent thermal conductivity and excellent dimensional stability, and a method for manufacturing such a heat spreader. For the purpose.

本発明の第1の側面によると、ヒートスプレッダが提供される。このヒートスプレッダは、第1面およびこれとは反対の第2面を有し、マトリックス材、および当該マトリックス材中を延びる複数の炭素繊維材を含む。複数の炭素繊維材は、第1面に対する当該複数の炭素繊維材の複数の仮想投影線が、第1面から第2面までの厚さの方向に延びる配向基準軸を中心として放射状に延びるように、配置されている。第1面に対する炭素繊維材の仮想投影線とは、第2面の側から第1面に対して垂直に炭素繊維材を仮想的に平行線投射した場合に第1面上に仮想的に投影される線を意味する。配向基準軸とは、複数の炭素繊維材の配向関係の基準として設定される仮想的な軸であり、その横断面が有意な面積を有しない場合、および、その横断面が有意な面積を有する場合を、含む。また、複数の仮想投影線が配向基準軸を中心として放射状に延びるとは、複数の仮想投影線の延長線の各々が配向基準軸を通過するように、当該複数の仮想投影線が配向していることを意味する。配向基準軸が有意な横断面を有しない場合、複数の仮想投影線の延長線は全て配向基準軸にて交差する。配向基準軸が有意な横断面を有する場合、任意の2つの仮想投影線の延長線は、配向基準軸内にて交差する場合も交差しない場合もある。このような本ヒートスプレッダを使用する際には、例えば、発熱部品(例えば、CPUを構成するシリコンチップ)を、配向基準軸が当該発熱部品を通過するように第1面上に接合し、放熱部品(例えばヒートシンク)を第2面に接合する。   According to a first aspect of the present invention, a heat spreader is provided. The heat spreader has a first surface and a second surface opposite to the first surface, and includes a matrix material and a plurality of carbon fiber materials extending through the matrix material. In the plurality of carbon fiber materials, a plurality of virtual projection lines of the plurality of carbon fiber materials with respect to the first surface extend radially about an orientation reference axis extending in a thickness direction from the first surface to the second surface. Is arranged. The virtual projection line of the carbon fiber material with respect to the first surface is virtually projected onto the first surface when the carbon fiber material is virtually projected parallel to the first surface from the second surface side. Means a line. An orientation reference axis is a virtual axis that is set as a reference for the orientation relationship of a plurality of carbon fiber materials. When the cross section does not have a significant area, the cross section has a significant area. Including cases. Further, the plurality of virtual projection lines extending radially about the orientation reference axis means that the plurality of virtual projection lines are oriented so that each extension line of the plurality of virtual projection lines passes through the orientation reference axis. Means that If the orientation reference axis does not have a significant cross section, the extension lines of the plurality of virtual projection lines all intersect at the orientation reference axis. If the orientation reference axis has a significant cross section, the extension of any two virtual projection lines may or may not intersect within the orientation reference axis. When such a heat spreader is used, for example, a heat generating component (for example, a silicon chip constituting a CPU) is joined on the first surface so that the orientation reference axis passes through the heat generating component, (For example, a heat sink) is bonded to the second surface.

本発明の第1の側面に係るヒートスプレッダにおいては、複数の炭素繊維材は、ヒートスプレッダの厚さ方向に延びる配向基準軸を中心として、それらの第1面に対する複数の仮想投影線が放射状に延びるように、配置されている。また、炭素繊維材については、上述のように、その延び方向において熱膨張率は低く且つ熱伝導率は高いことが知られている。したがって、本ヒートスプレッダ内の複数の炭素繊維材は、第1面に平行であり且つ配向基準軸を中心として放射状に延びる方向(本ヒートスプレッダの熱伝搬面内方向)において、熱伝導機能および熱膨張抑制機能を効率よく発揮することができる。複数の炭素繊維材が熱伝導機能を効率よく発揮することに起因して、発熱部品で生じて本ヒートスプレッダ内に流入した熱は、本ヒートスプレッダ内を熱伝搬面内方向に良好に拡散されることとなる。また、複数の炭素繊維材が熱膨張抑制機能を効率よく発揮することに起因して、本ヒートスプレッダにおいては、その熱伝搬面内方向の熱膨張率について、シリコンチップと同程度の低熱膨張率を実現することが可能である。したがって、本ヒートスプレッダと発熱部品の接合手法としては、低熱抵抗すなわち高熱伝導率のハンダ付けを採用することが可能である。このように、本発明の第1の側面に係るヒートスプレッダは、熱伝導性に優れるとともに寸法安定性にも優れるのである。このようなヒートスプレッダは、冷却構造(放熱系)全体として高い放熱機能を得るうえで好適である。   In the heat spreader according to the first aspect of the present invention, the plurality of carbon fiber materials have a plurality of virtual projection lines extending radially from the first surface with the orientation reference axis extending in the thickness direction of the heat spreader as the center. Is arranged. Further, as described above, it is known that the carbon fiber material has a low coefficient of thermal expansion and a high thermal conductivity in the extending direction. Accordingly, the plurality of carbon fiber materials in the heat spreader are parallel to the first surface and radially extend around the orientation reference axis (in the heat propagation surface direction of the heat spreader) and the heat conduction function and thermal expansion suppression. Functions can be exhibited efficiently. Due to the efficient performance of the heat conduction function of multiple carbon fiber materials, the heat generated in the heat-generating component and flowing into the heat spreader should be diffused well in the heat propagation plane in the heat spreader. It becomes. In addition, due to the fact that a plurality of carbon fiber materials efficiently exhibit the thermal expansion suppressing function, the present heat spreader has a low thermal expansion coefficient comparable to that of a silicon chip in terms of the thermal expansion coefficient in the heat propagation in-plane direction. It is possible to realize. Therefore, it is possible to employ soldering with low thermal resistance, that is, high thermal conductivity, as a joining method between the heat spreader and the heat generating component. Thus, the heat spreader according to the first aspect of the present invention is excellent in thermal conductivity and dimensional stability. Such a heat spreader is suitable for obtaining a high heat radiation function as the entire cooling structure (heat radiation system).

本発明の第1の側面における好ましい実施の形態では、複数の炭素繊維材の各々は、第1面に沿って延びる。このような構成は、本ヒートスプレッダの熱伝搬面内方向において、ヒートスプレッダ内の複数の炭素繊維材が熱伝導機能および熱膨張抑制機能を効率よく発揮するうえで好適である。   In a preferred embodiment of the first aspect of the present invention, each of the plurality of carbon fiber materials extends along the first surface. Such a configuration is suitable in order for the plurality of carbon fiber materials in the heat spreader to efficiently exhibit the heat conduction function and the thermal expansion suppressing function in the heat propagation in-plane direction of the heat spreader.

本発明の第1の側面における別の好ましい実施の形態では、複数の炭素繊維材は、第1面と配向基準軸との交差箇所を中心として放射状に延びる。このような構成によると、ヒートスプレッダ内の複数の炭素繊維材がヒートスプレッダの厚さ方向にも熱伝導機能を効率よく発揮することができる。   In another preferred embodiment of the first aspect of the present invention, the plurality of carbon fiber materials extend radially around the intersection of the first surface and the orientation reference axis. According to such a configuration, the plurality of carbon fiber materials in the heat spreader can efficiently exhibit a heat conduction function also in the thickness direction of the heat spreader.

本発明の第1の側面に係るヒートスプレッダは、好ましくは、厚さの方向に各々が延びる複数の炭素繊維材を更に含む。このような構成は、ヒートスプレッダの厚さ方向において高い熱伝導率を実現するうえで好適である。   The heat spreader according to the first aspect of the present invention preferably further includes a plurality of carbon fiber materials each extending in the thickness direction. Such a configuration is suitable for realizing high thermal conductivity in the thickness direction of the heat spreader.

本発明の第2の側面によると別のヒートスプレッダが提供される。このヒートスプレッダは、第1面およびこれとは反対の第2面を有し、マトリックス材と、3以上の複数の炭素繊維群とを含む。複数の炭素繊維群は、各々、マトリックス材中を延びる複数の炭素繊維材からなり、且つ、第1面に沿って延びる配向基準線を有する。各炭素繊維群の複数の炭素繊維材の各々は、第1面に対する当該炭素繊維材の仮想投影線が当該炭素繊維群における配向基準線に沿って延びるように、配置されている。複数の炭素繊維群における全ての配向基準線は、第1面から第2面までの厚さの方向に延びる配向基準軸を中心として放射状に延びる。各炭素繊維群の配向基準線とは、当該炭素繊維群に含まれる複数の炭素繊維材の配向関係の基準として設定される仮想的な線である。配向基準軸とは、3以上の複数の配向基準線の配向関係の基準として設定される仮想的な軸であり、その横断面が有意な面積を有しない場合、および、その横断面が有意な面積を有する場合を、含む。また、複数の炭素繊維群における全て配向基準線が配向基準軸を中心として放射状に延びるとは、全ての配向基準線の各々が配向基準軸を通過するように、当該複数の配向基準線が配向していることを意味する。配向基準軸が有意な横断面を有しない場合、3本以上の複数の配向基準線は全て配向基準軸にて交差する。配向基準軸が有意な横断面を有する場合、任意の2つの配向基準線は、配向基準軸内にて交差する場合も交差しない場合もある。隣り合う2つの配向基準線の成す内角度は180度未満である。このような本ヒートスプレッダを使用する際には、例えば、発熱部品(例えば、CPUを構成するシリコンチップ)を、配向基準軸が当該発熱部品を通過するように第1面上に接合し、放熱部品(例えばヒートシンク)を第2面に接合する。   According to the second aspect of the present invention, another heat spreader is provided. This heat spreader has a first surface and a second surface opposite to the first surface, and includes a matrix material and a group of three or more carbon fibers. Each of the plurality of carbon fiber groups includes a plurality of carbon fiber materials extending in the matrix material, and has an alignment reference line extending along the first surface. Each of the plurality of carbon fiber materials of each carbon fiber group is arranged such that a virtual projection line of the carbon fiber material with respect to the first surface extends along an alignment reference line in the carbon fiber group. All the alignment reference lines in the plurality of carbon fiber groups extend radially about the alignment reference axis extending in the thickness direction from the first surface to the second surface. The orientation reference line of each carbon fiber group is a virtual line set as a reference for the orientation relationship of a plurality of carbon fiber materials contained in the carbon fiber group. The orientation reference axis is a virtual axis that is set as a reference for the orientation relationship of a plurality of orientation reference lines of three or more. When the cross section does not have a significant area, the cross section is significant. The case of having an area is included. In addition, all the alignment reference lines in the plurality of carbon fiber groups extend radially around the alignment reference axis. The plurality of alignment reference lines are aligned so that each of the alignment reference lines passes through the alignment reference axis. Means that If the alignment reference axis does not have a significant cross section, all of the three or more alignment reference lines intersect at the alignment reference axis. If the orientation reference axis has a significant cross section, any two orientation reference lines may or may not intersect within the orientation reference axis. The inner angle formed by two adjacent alignment reference lines is less than 180 degrees. When such a heat spreader is used, for example, a heat generating component (for example, a silicon chip constituting a CPU) is joined on the first surface so that the orientation reference axis passes through the heat generating component, (For example, a heat sink) is bonded to the second surface.

本発明の第2の側面に係るヒートスプレッダにおいては、単一の炭素繊維群に含まれる複数の炭素繊維材は、炭素繊維群ごとに設定される配向基準線に平行に延びる。これとともに、3以上の複数の炭素繊維群の全ての配向基準線は、ヒートスプレッダの厚さ方向に延びる配向基準軸を中心として放射状に延びる。このような構成によると、ヒートスプレッダ内の複数の炭素繊維群(即ち複数の炭素繊維材)は、第1面に平行であり且つ配向基準軸を中心として放射状に延びる方向(本ヒートスプレッダの熱伝搬面内方向)において、熱伝導機能および熱膨張抑制機能を効率よく発揮することができる。複数の炭素繊維材が熱伝導機能を効率よく発揮することに起因して、発熱部品で生じて本ヒートスプレッダ内に流入した熱は、本ヒートスプレッダ内を熱伝搬面内方向に良好に拡散されることとなる。また、複数の炭素繊維材が熱膨張抑制機能を効率よく発揮することに起因して、本ヒートスプレッダにおいては、その熱伝搬面内方向の熱膨張率について、シリコンチップと同程度の低熱膨張率を実現することが可能である。したがって、本ヒートスプレッダと発熱部品の接合手法としては、低熱抵抗すなわち高熱伝導率のハンダ付けを採用することが可能である。このように、本発明の第2の側面に係るヒートスプレッダは、熱伝導性に優れるとともに寸法安定性にも優れるのである。このようなヒートスプレッダは、冷却構造(放熱系)全体として高い放熱機能を得るうえで好適である。   In the heat spreader according to the second aspect of the present invention, a plurality of carbon fiber materials included in a single carbon fiber group extend in parallel to an alignment reference line set for each carbon fiber group. At the same time, all orientation reference lines of the three or more carbon fiber groups extend radially about the orientation reference axis extending in the thickness direction of the heat spreader. According to such a configuration, the plurality of carbon fiber groups (that is, the plurality of carbon fiber materials) in the heat spreader are parallel to the first surface and extend radially around the orientation reference axis (the heat propagation surface of the heat spreader). In the inner direction), the heat conduction function and the thermal expansion suppressing function can be efficiently exhibited. Due to the efficient performance of the heat conduction function of multiple carbon fiber materials, the heat generated in the heat-generating component and flowing into the heat spreader should be diffused well in the heat propagation plane in the heat spreader. It becomes. In addition, due to the fact that a plurality of carbon fiber materials efficiently exhibit the thermal expansion suppressing function, the present heat spreader has a low thermal expansion coefficient comparable to that of a silicon chip in terms of the thermal expansion coefficient in the heat propagation in-plane direction. It is possible to realize. Therefore, it is possible to employ soldering with low thermal resistance, that is, high thermal conductivity, as a joining method between the heat spreader and the heat generating component. Thus, the heat spreader according to the second aspect of the present invention is excellent in thermal conductivity and dimensional stability. Such a heat spreader is suitable for obtaining a high heat radiation function as the entire cooling structure (heat radiation system).

本発明の第2の側面に係るヒートスプレッダは、好ましくは、厚さの方向に各々が延びる複数の炭素繊維材を更に含む。このような構成は、ヒートスプレッダの厚さ方向において高い熱伝導率を実現するうえで好適である。   The heat spreader according to the second aspect of the present invention preferably further includes a plurality of carbon fiber materials each extending in the thickness direction. Such a configuration is suitable for realizing high thermal conductivity in the thickness direction of the heat spreader.

本発明の第2の側面において、好ましくは、複数の炭素繊維群における複数の炭素繊維材の各々は、第1面に沿って延びる。このような構成は、本ヒートスプレッダの熱伝搬面内方向において、ヒートスプレッダ内の複数の炭素繊維群に含まれる複数の炭素繊維材が熱伝導機能および熱膨張抑制機能を効率よく発揮するうえで好適である。   In the second aspect of the present invention, preferably, each of the plurality of carbon fiber materials in the plurality of carbon fiber groups extends along the first surface. Such a configuration is suitable for a plurality of carbon fiber materials contained in a plurality of carbon fiber groups in the heat spreader to efficiently exhibit a heat conduction function and a thermal expansion suppressing function in the heat propagation plane direction of the heat spreader. is there.

本発明の第3の側面によると、第1または第2の側面に関して上述したいずれかの構成を有するヒートスプレッダと発熱性の電子部品とを備える電子装置が提供される。本電子装置においては、電子部品は、ヒートスプレッダの第1面において配向基準軸が通過する箇所に対して熱的に接続されている。本電子装置は、上述の第1または第2の側面のヒートスプレッダを含み、従って、発熱性電子部品の過度な温度上昇を抑制するための良好な冷却構造を実現するうえで好適である。   According to a third aspect of the present invention, there is provided an electronic device comprising a heat spreader and a heat-generating electronic component having any of the configurations described above with respect to the first or second aspect. In this electronic device, the electronic component is thermally connected to a location where the alignment reference axis passes on the first surface of the heat spreader. This electronic device includes the above-described heat spreader of the first or second side surface, and is therefore suitable for realizing a good cooling structure for suppressing an excessive temperature rise of the heat-generating electronic component.

本発明の第4の側面によると、第1または第2の側面に関して上述したいずれかの構成を有するヒートスプレッダと、発熱性の電子部品と、放熱体とを備える電子装置が提供される。本電子装置においては、電子部品は、ヒートスプレッダの第1面において配向基準軸が通過する箇所に対して熱的に接続されており、放熱体は、ヒートスプレッダの第2面に対して熱的に接続されている。本電子装置は、上述の第1または第2の側面のヒートスプレッダと、これから熱を受容して放散するための放熱体とを含み、従って、発熱性電子部品の過度な温度上昇を抑制するための良好な冷却構造を有する。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an electronic device comprising a heat spreader having any one of the configurations described above with respect to the first or second aspect, a heat-generating electronic component, and a radiator. In the present electronic device, the electronic component is thermally connected to the location where the orientation reference axis passes on the first surface of the heat spreader, and the heat radiator is thermally connected to the second surface of the heat spreader. Has been. The electronic device includes the above-described heat spreader of the first or second side surface and a heat radiating body for receiving and dissipating heat from the heat spreader. Therefore, for suppressing an excessive temperature rise of the heat-generating electronic component. Has a good cooling structure.

本発明の第5の側面によるとヒートスプレッダ製造方法が提供される。この製造方法は、配置工程と、含浸工程と、切断工程とを含む。配置工程では、複数の炭素繊維布を、配向基準軸に沿って、且つ、当該配向基準軸を中心として放射状に延びるように、配置する。炭素繊維布は、例えば、各々が第1方向に延びる複数の炭素繊維材と、第1方向に交差する方向に各々が延びる複数の炭素繊維材とからなる。配向基準軸とは、複数の炭素繊維布の配向関係の基準として設定される仮想的な軸であり、その横断面が有意な面積を有しない場合、および、その横断面が有意な面積を有する場合を、含む。複数の炭素繊維布が配向基準軸に沿いつつ配向基準軸を中心として放射状に延びるとは、複数の炭素繊維布の各々の延長面が配向基準軸を通過するように、当該複数の炭素繊維布が配向していることを意味する。含浸工程では、当該複数の炭素繊維布にマトリックス材を含浸することにより、マトリックス材および複数の炭素繊維材を含む炭素繊維強化材料体を得る。切断工程では、炭素繊維強化材料体を切断する。本工程での切断には、少なくとも、配向基準軸に交差する方向の切断が含まれ、このような切断工程において、炭素繊維強化材料体からヒートスプレッダ個片を切り出す。このような製造方法によると、本発明の第1の側面に係るヒートスプレッダを適切に製造することができる。   According to a fifth aspect of the present invention, a heat spreader manufacturing method is provided. This manufacturing method includes an arrangement step, an impregnation step, and a cutting step. In the arranging step, the plurality of carbon fiber cloths are arranged so as to extend radially along the orientation reference axis and centering on the orientation reference axis. The carbon fiber cloth includes, for example, a plurality of carbon fiber materials each extending in the first direction and a plurality of carbon fiber materials each extending in a direction intersecting the first direction. The orientation reference axis is a virtual axis that is set as a reference for the orientation relationship of a plurality of carbon fiber cloths. When the cross section does not have a significant area, the cross section has a significant area. Including cases. The plurality of carbon fiber cloths extending radially around the alignment reference axis while being along the alignment reference axis means that the plurality of carbon fiber cloths pass through the alignment reference axis. Means that they are oriented. In the impregnation step, the carbon fiber reinforced material body including the matrix material and the plurality of carbon fiber materials is obtained by impregnating the plurality of carbon fiber cloths with the matrix material. In the cutting step, the carbon fiber reinforced material body is cut. The cutting in this step includes at least cutting in a direction intersecting the orientation reference axis. In such a cutting step, the heat spreader pieces are cut out from the carbon fiber reinforced material body. According to such a manufacturing method, the heat spreader according to the first aspect of the present invention can be appropriately manufactured.

本発明の第1から第5の側面において、好ましくは、マトリックス材は、銀、銅、アルミニウム、およびマグネシウムよりなる群から選択される金属を含む。これら金属材料は、高い熱伝導率を示すので、マトリックス材として好適である。   In the first to fifth aspects of the present invention, preferably, the matrix material includes a metal selected from the group consisting of silver, copper, aluminum, and magnesium. Since these metal materials exhibit high thermal conductivity, they are suitable as matrix materials.

本発明の第1から第5の側面において、好ましくは、マトリックス材はアモルファス炭素を含む。アモルファス炭素は、高い熱伝導率を示すので、マトリックス材として好適である。   In the first to fifth aspects of the present invention, preferably, the matrix material includes amorphous carbon. Amorphous carbon is suitable as a matrix material because it exhibits high thermal conductivity.

図1および図2は、本発明の第1の実施形態に係るヒートスプレッダ10を表す。図1は、ヒートスプレッダ10の一部切り欠き斜視図であり、図2は、図1の線II−IIに沿った断面図である。   1 and 2 show a heat spreader 10 according to a first embodiment of the present invention. 1 is a partially cutaway perspective view of the heat spreader 10, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.

ヒートスプレッダ10は、マトリックス材11および複数の炭素繊維布12からなり、第1面10Aおよびこれとは反対の第2面10Bを有する。第1面10Aは発熱部品と熱的に接続される面であり、第2面10Bは放熱部品と熱的に接続される面である。   The heat spreader 10 includes a matrix material 11 and a plurality of carbon fiber cloths 12, and has a first surface 10A and a second surface 10B opposite to the first surface 10A. The first surface 10A is a surface that is thermally connected to the heat-generating component, and the second surface 10B is a surface that is thermally connected to the heat-radiating component.

マトリックス材11は、熱伝導率の高い例えば金属やアモルファス炭素からなり、図1においては、その一部を切り欠いて表す。マトリックス材11を構成するための金属としては、例えば、銀、銅、アルミニウム、およびマグネシウムよりなる群から選択される単体金属、或は、当該群から選択される金属を含む合金を、採用することができる。これら金属は、等方的に、150〜420W/mK程度の熱伝導率を示し且つ16〜26ppm/℃程度の熱膨張率を示す。また、アモルファス炭素は、等方的に、100〜250W/mK程度の熱伝導率を示し且つ−1〜10ppm/℃程度の熱膨張率を示す。マトリックス材11がアモルファス炭素よりなる場合、或は、マトリックス材11がアモルファス炭素とこれに含浸された他物質(例えば上述の金属)とからなる場合、ヒートスプレッダ10は、いわゆるカーボン カーボン コンポジット(C/Cコンポジット)に相当する材料構成を有することとなる。   The matrix material 11 is made of, for example, metal or amorphous carbon having high thermal conductivity, and a part of the matrix material 11 is cut out in FIG. As a metal for constituting the matrix material 11, for example, a single metal selected from the group consisting of silver, copper, aluminum, and magnesium or an alloy containing a metal selected from the group is adopted. Can do. These metals areotropically exhibit a thermal conductivity of about 150 to 420 W / mK and a coefficient of thermal expansion of about 16 to 26 ppm / ° C. Amorphous carbon isotropically exhibits a thermal conductivity of about 100 to 250 W / mK and a thermal expansion coefficient of about -1 to 10 ppm / ° C. When the matrix material 11 is made of amorphous carbon, or when the matrix material 11 is made of amorphous carbon and another substance impregnated therein (for example, the above-described metal), the heat spreader 10 is a so-called carbon carbon composite (C / C). It has a material structure corresponding to the composite).

複数の炭素繊維布12は、ヒートスプレッダ10の厚さ方向Zに各々が延びるとともに、当該厚さ方向Zに延びる配向基準軸A1を中心として放射状に延びるように、配置されている。すなわち、複数の炭素繊維布12の全ての延長面は、配向基準軸A1にて交差する。配向基準軸A1は、複数の炭素繊維布12ないしこれを構成する炭素繊維材の配向関係の基準として設定される仮想的な軸である。また、各炭素繊維布12は、平織り布(図1では織り組織を省略)であり、図2に示すように、第1面10Aに沿って延びる複数の炭素繊維材12aと、厚さ方向Zに延びる複数の炭素繊維材12bとからなる。炭素繊維材12a,12bは、複数の炭素繊維を束ねた炭素繊維糸であり、その繊維延び方向において、400〜800W/mK程度の高い熱伝導率を示すとともに、−5〜3ppm/℃程度の低い熱膨張率を示す。後述の実施形態における後出の炭素繊維材についても、同様である。また、ヒートスプレッダ10における炭素繊維材12a,12bの含有率は例えば10〜70vol%であり、炭素繊維材12aおよび炭素繊維材12bの含有比は例えば1:3〜5:1である。   The plurality of carbon fiber cloths 12 are arranged so as to extend in the thickness direction Z of the heat spreader 10 and to extend radially about the orientation reference axis A1 extending in the thickness direction Z. That is, all the extended surfaces of the plurality of carbon fiber cloths 12 intersect at the orientation reference axis A1. The orientation reference axis A1 is an imaginary axis that is set as a reference for the orientation relationship of the plurality of carbon fiber cloths 12 or the carbon fiber materials constituting the carbon fiber cloths 12. Each carbon fiber cloth 12 is a plain weave cloth (weave structure is omitted in FIG. 1). As shown in FIG. 2, a plurality of carbon fiber materials 12a extending along the first surface 10A and a thickness direction Z And a plurality of carbon fiber materials 12b extending in the direction. The carbon fiber materials 12a and 12b are carbon fiber yarns obtained by bundling a plurality of carbon fibers, and exhibit high thermal conductivity of about 400 to 800 W / mK in the fiber extending direction, and about −5 to 3 ppm / ° C. It exhibits a low coefficient of thermal expansion. The same applies to later-described carbon fiber materials in the embodiments described later. Moreover, the content rate of carbon fiber material 12a, 12b in the heat spreader 10 is 10-70 vol%, for example, and the content ratio of the carbon fiber material 12a and the carbon fiber material 12b is 1: 3-5: 1.

複数の炭素繊維布12に含まれる複数の炭素繊維材12aの第1面10Aに対する仮想投影線13は、図3に示すように、配向基準軸A1を中心として放射状に延びる。すなわち、複数の炭素繊維布12に含まれる複数の炭素繊維材12aは、第1面10Aに対するそれらの仮想投影線13が配向基準軸A1を中心として放射状に延びるように、配置されているのである。本実施形態では、複数の仮想投影線13の全ての延長線は、配向基準軸A1にて交差する。図の簡潔化の観点より、一部の延長線のみについて破線で示す。第1面10Aに対する各炭素繊維材12aの仮想投影線13は、第2面10Bの側から第1面10Aに対して垂直に当該炭素繊維材12aを仮想的に平行線投射した場合に第1面10A上に仮想的に投影される線であり、図3では実線で表す。また、同じ炭素繊維布12に含まれる複数の炭素繊維材12aの仮想投影線13は、第1面10A上にて略一致する。   As shown in FIG. 3, virtual projection lines 13 for the first surface 10A of the plurality of carbon fiber materials 12a included in the plurality of carbon fiber cloths 12 extend radially about the orientation reference axis A1. That is, the plurality of carbon fiber materials 12a included in the plurality of carbon fiber cloths 12 are arranged such that their virtual projection lines 13 with respect to the first surface 10A extend radially around the orientation reference axis A1. . In the present embodiment, all extension lines of the plurality of virtual projection lines 13 intersect at the orientation reference axis A1. From the viewpoint of simplifying the figure, only some of the extension lines are shown by broken lines. The virtual projection line 13 of each carbon fiber material 12a with respect to the first surface 10A is the first when the carbon fiber material 12a is virtually parallel projected from the second surface 10B side perpendicular to the first surface 10A. It is a line virtually projected on the surface 10A, and is represented by a solid line in FIG. Further, the virtual projection lines 13 of the plurality of carbon fiber materials 12a included in the same carbon fiber cloth 12 substantially coincide on the first surface 10A.

図4は、ヒートスプレッダ10の製造方法の一例を表す。本方法においては、まず、図4(a)に示すように、複数の炭素繊維布12’を、配向基準軸A1に沿って且つ当該配向基準軸A1を中心として放射状に、配置する(配置工程)。本工程では、最終的に得られるヒートスプレッダ10内での炭素繊維密度を略均一とすべく、配向基準軸A1から遠いほど、周方向に並列される炭素繊維布12の枚数が増大するように、炭素繊維布12’を配置するのが好ましい。次に、このように配置された複数の炭素繊維布12’に対し、図4(b)に示すようにマトリックス材11を含浸する(含浸工程)。含浸手法としては、例えば、熱間等方圧加圧(Hot Isostatic Pressing:HIP)装置を使用して炭素繊維布12’にマトリックス材11を含浸させる方法や、溶融状態のマトリックス材11中に炭素繊維布12’を浸漬する方法を、採用することができる。本工程により、マトリックス材11および複数の炭素繊維材12’を含む炭素繊維強化材料体10’が得られる。次に、この炭素繊維強化材料体10’の所定箇所を切断することによって、図4(c)に示すように複数のヒートスプレッダ10を切り出す(切断工程)。本工程での切断には、配向基準軸A1に直交する方向の切断が含まれる。以上のようにして、マトリックス材11および複数の炭素繊維布12からなるヒートスプレッダ10を製造することができる。   FIG. 4 shows an example of a method for manufacturing the heat spreader 10. In this method, first, as shown in FIG. 4A, a plurality of carbon fiber cloths 12 'are arranged radially along the orientation reference axis A1 and centered on the orientation reference axis A1 (arrangement step). ). In this step, in order to make the carbon fiber density in the finally obtained heat spreader 10 substantially uniform, the farther from the orientation reference axis A1, the more the number of carbon fiber cloths 12 arranged in the circumferential direction increases. It is preferable to arrange a carbon fiber cloth 12 '. Next, as shown in FIG. 4B, the matrix material 11 is impregnated into the plurality of carbon fiber cloths 12 'arranged in this manner (impregnation step). Examples of the impregnation technique include a method of impregnating the carbon fiber cloth 12 ′ with the matrix material 11 using a hot isostatic pressing (HIP) apparatus, or a carbon in the matrix material 11 in a molten state. A method of immersing the fiber cloth 12 'can be employed. By this step, a carbon fiber reinforced material body 10 ′ including the matrix material 11 and a plurality of carbon fiber materials 12 ′ is obtained. Next, a plurality of heat spreaders 10 are cut out as shown in FIG. 4C by cutting predetermined portions of the carbon fiber reinforced material body 10 '(cutting step). Cutting in this step includes cutting in a direction orthogonal to the orientation reference axis A1. As described above, the heat spreader 10 including the matrix material 11 and the plurality of carbon fiber cloths 12 can be manufactured.

図5は、ヒートスプレッダ10を含む冷却構造の一例を表す。本冷却構造は、半導体チップ101、ヒートシンク102、および本発明のヒートスプレッダ10を含む積層構造を有する。半導体チップ101は、所定のCPUを構成する発熱部品としてのシリコンチップであり、基板103に搭載されている。ヒートシンク102は、表面積の大きな放熱フィンであり、熱伝導率の高い金属材料よりなる。ヒートスプレッダ10は、その第1面10Aが半導体チップ101に向く配向で、半導体チップ101およびヒートシンク102の間に位置する。発熱部品である半導体チップ101は、ヒートスプレッダ10ないしその第1面10Aに対し、ハンダ104’によりハンダ付けされており、機械的かつ熱的に接合されている。また、半導体チップ101は、ヒートスプレッダ10の配向基準軸A1が当該半導体チップ101を通過するような位置にて、第1面10Aに対して接合されている。一方、ヒートスプレッダ10ないしその第2面10Bとヒートシンク102との間は、サーマルグリース105が介在することにより熱的に接続されている。   FIG. 5 shows an example of a cooling structure including the heat spreader 10. The cooling structure has a laminated structure including the semiconductor chip 101, the heat sink 102, and the heat spreader 10 of the present invention. The semiconductor chip 101 is a silicon chip as a heat generating component constituting a predetermined CPU, and is mounted on the substrate 103. The heat sink 102 is a heat radiating fin having a large surface area and is made of a metal material having high thermal conductivity. The heat spreader 10 is positioned between the semiconductor chip 101 and the heat sink 102 with the first surface 10 </ b> A oriented toward the semiconductor chip 101. The semiconductor chip 101 which is a heat-generating component is soldered to the heat spreader 10 or its first surface 10A by solder 104 ', and is mechanically and thermally bonded. The semiconductor chip 101 is bonded to the first surface 10 </ b> A at a position where the alignment reference axis A <b> 1 of the heat spreader 10 passes through the semiconductor chip 101. On the other hand, the heat spreader 10 or its second surface 10B and the heat sink 102 are thermally connected by the thermal grease 105 interposed therebetween.

半導体チップ101で熱が発生すると、この熱の一部は、ハンダ104’を介してヒートスプレッダ10に流入する。流入した熱は、ヒートスプレッダ10の面内方向においては、流入箇所から放射状に伝搬する。これとともに、流入した熱は、厚さ方向Zにも伝搬する。ヒートスプレッダ10内を伝搬して第2面10Bに到達した熱は、サーマルグリース105を介してヒートシンク102に流入した後、当該ヒートシンク102にて冷却構造外に放散される。ヒートスプレッダ10においては、複数の炭素繊維材12aは、配向基準軸A1を中心として、それらの第1面10A(発熱部品接合面)に対する複数の仮想投影線13が放射状に延びるように、配置されている。したがって、当該複数の炭素繊維材12aは、上述の熱伝搬面内方向において、熱伝導機能および熱膨張抑制機能を効率よく発揮することができる。   When heat is generated in the semiconductor chip 101, a part of this heat flows into the heat spreader 10 through the solder 104 '. The inflow heat propagates radially from the inflow location in the in-plane direction of the heat spreader 10. At the same time, the heat that has flowed in also propagates in the thickness direction Z. The heat that has propagated through the heat spreader 10 and reached the second surface 10 </ b> B flows into the heat sink 102 via the thermal grease 105 and is then dissipated outside the cooling structure by the heat sink 102. In the heat spreader 10, the plurality of carbon fiber materials 12a are arranged so that the plurality of virtual projection lines 13 with respect to the first surface 10A (heat generating component joining surface) extend radially about the orientation reference axis A1. Yes. Accordingly, the plurality of carbon fiber materials 12a can efficiently exhibit the heat conduction function and the thermal expansion suppressing function in the above-described heat propagation in-plane direction.

複数の炭素繊維材12aが熱伝導機能を効率よく発揮することに起因して、半導体チップ101で生じてヒートスプレッダ10内に流入した熱は、第1面10Aに平行であり且つ配向基準軸A1から放射状に延びる方向にヒートスプレッダ10内を良好に拡散される。加えて、ヒートスプレッダ10は、複数の炭素繊維材12bが厚さ方向Zに延びるので、厚さ方向Zにも熱伝導機能を適切に発揮することができる。また、複数の炭素繊維材12aが熱膨張抑制機能を効率よく発揮することに起因して、ヒートスプレッダ10においては、熱伝搬面内方向における熱膨張率について、半導体チップ101(シリコンチップ)と同程度の低熱膨張率を実現することが可能である。したがって、ヒートスプレッダ10と半導体チップ101との接合手法としてハンダ付けを採用し、両者間をハンダ104’で接合することが可能なのである。ハンダ104’は、低熱抵抗すなわち高熱伝導率を示し、半導体チップ101からヒートスプレッダ10への良好な熱伝達を実現することができる。このように、ヒートスプレッダ10は、熱伝導性に優れるとともに寸法安定性にも優れるのである。このようなヒートスプレッダ10は、冷却構造(放熱系)全体として高い放熱機能を得るうえで好適である。   The heat generated in the semiconductor chip 101 and flowing into the heat spreader 10 due to the plurality of carbon fiber materials 12a efficiently exhibiting the heat conduction function is parallel to the first surface 10A and from the orientation reference axis A1. The heat spreader 10 is diffused well in the radially extending direction. In addition, since the plurality of carbon fiber materials 12b extend in the thickness direction Z, the heat spreader 10 can appropriately exhibit a heat conduction function also in the thickness direction Z. In addition, due to the fact that the plurality of carbon fiber materials 12a efficiently exhibit the thermal expansion suppressing function, in the heat spreader 10, the thermal expansion coefficient in the heat propagation in-plane direction is comparable to that of the semiconductor chip 101 (silicon chip). It is possible to realize a low coefficient of thermal expansion. Therefore, it is possible to employ soldering as a joining method between the heat spreader 10 and the semiconductor chip 101 and to join the two with the solder 104 ′. The solder 104 ′ exhibits low thermal resistance, that is, high thermal conductivity, and can realize good heat transfer from the semiconductor chip 101 to the heat spreader 10. Thus, the heat spreader 10 is excellent in thermal conductivity and dimensional stability. Such a heat spreader 10 is suitable for obtaining a high heat radiation function as a whole cooling structure (heat radiation system).

ヒートスプレッダ10は、発熱性の電子部品と直接的には接合せずに使用することもできる。例えば、有意な長さを有する伝熱路部材(例えば金属よりなる)の一端を発熱性電子部品に少なくとも熱的に接続するとともに、ヒートスプレッダ10の第1面10Aにおいて配向基準軸A1が通過する箇所に対して伝熱路部材の他端を少なくとも熱的に接続することにより、ヒートスプレッダ10による発熱性電子部品からの熱受容機能を確保してもよい。また、ヒートスプレッダ10は、放熱体と直接的には接合せずに使用することもできる。例えば、有意な長さを有する伝熱路部材の一端をヒートスプレッダ10に少なくとも熱的に接続するとともに、伝熱路部材の他端を放熱体に少なくとも熱的に接続することにより、ヒートスプレッダ10から放熱体への熱放出機能を確保してもよい。このような使用態様が可能なことは、後述の実施形態のヒートスプレッダについても同様である。   The heat spreader 10 can be used without being directly joined to the heat-generating electronic component. For example, a location where one end of a heat transfer path member (for example, made of metal) having a significant length is at least thermally connected to the heat-generating electronic component and the orientation reference axis A1 passes through the first surface 10A of the heat spreader 10 However, the heat receiving function from the heat-generating electronic component by the heat spreader 10 may be secured by at least thermally connecting the other end of the heat transfer path member. Further, the heat spreader 10 can be used without being directly joined to the heat radiator. For example, one end of a heat transfer path member having a significant length is at least thermally connected to the heat spreader 10 and the other end of the heat transfer path member is at least thermally connected to the heat dissipator to dissipate heat from the heat spreader 10. The function of releasing heat to the body may be ensured. The fact that such a usage mode is possible is the same for the heat spreader of the embodiment described later.

ヒートスプレッダ10においては、配向基準軸A1について、例えば図6に示すように、有意な横断面積を有するものとして設定してもよい。本発明では、第1面10A上の所定位置(例えば中央)に所定の発熱部品(半導体チップ101)が接合されている場合に当該発熱部品を配向基準軸A1が通過可能な限りにおいて、配向基準軸A1の横断面積について適宜設定できる。この場合、複数の炭素繊維布12は、それら全ての延長面が配向基準軸A1内を通過するように配置されるが、任意の2つの延長面は必ずしも配向基準軸A1内にて交差する必要はない。すなわち、有意な横断面積を有する配向基準軸A1を設定する場合には、各炭素繊維布12の配向について自由度が生ずるのである。配向基準軸A1の横断面積が大きいほど、当該自由度は高くなる。本構成を採用する場合、発熱部品(半導体チップ101)は、第1面10A上において、当該第1面10Aと配向基準軸A1とが交差する箇所を包含する領域に接合される。したがって、本構成においも、第1面10A(発熱部品接合面)に対する複数の仮想投影線13が配向基準軸A1を中心として放射状に延びるように配置されている複数の炭素繊維材12aは、熱伝搬面内方向において、熱伝導機能および熱膨張抑制機能を効率よく発揮することができる。   In the heat spreader 10, the orientation reference axis A1 may be set as having a significant cross-sectional area as shown in FIG. 6, for example. In the present invention, when a predetermined heat generating component (semiconductor chip 101) is bonded to a predetermined position (for example, the center) on the first surface 10A, as long as the alignment reference axis A1 can pass through the heat generating component, the alignment reference. It can set suitably about the cross-sectional area of axis | shaft A1. In this case, the plurality of carbon fiber cloths 12 are arranged such that all of the extended surfaces thereof pass through the alignment reference axis A1, but any two extended surfaces need not necessarily intersect within the alignment reference axis A1. There is no. That is, when the orientation reference axis A1 having a significant cross-sectional area is set, a degree of freedom occurs with respect to the orientation of each carbon fiber cloth 12. The greater the cross-sectional area of the alignment reference axis A1, the higher the degree of freedom. When this configuration is adopted, the heat-generating component (semiconductor chip 101) is bonded to a region including a portion where the first surface 10A and the orientation reference axis A1 intersect on the first surface 10A. Therefore, also in this configuration, the plurality of carbon fiber materials 12a arranged so that the plurality of virtual projection lines 13 with respect to the first surface 10A (heat generating component joint surface) extend radially about the orientation reference axis A1 are In the propagation in-plane direction, the heat conduction function and the thermal expansion suppressing function can be efficiently exhibited.

図7および図8は、本発明の第2の実施形態に係るヒートスプレッダ20を表す。図7は、ヒートスプレッダ20の一部切り欠き斜視図であり、図8は、図7の線VIII−VIIIに沿った断面図である。   7 and 8 show a heat spreader 20 according to the second embodiment of the present invention. 7 is a partially cutaway perspective view of the heat spreader 20, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG.

ヒートスプレッダ20は、マトリックス材21および複数の炭素繊維材22からなり、第1面20Aおよびこれとは反対の第2面20Bを有する。第1面20Aは発熱部品と熱的に接続される面であり、第2面20Bは放熱部品と熱的に接続される面である。   The heat spreader 20 includes a matrix material 21 and a plurality of carbon fiber materials 22, and has a first surface 20A and a second surface 20B opposite to the first surface 20A. The first surface 20A is a surface thermally connected to the heat generating component, and the second surface 20B is a surface thermally connected to the heat radiating component.

マトリックス材21は、熱伝導率の高い例えば金属やアモルファス炭素からなり、図7においては、その一部を切り欠いて表す。マトリックス材21を構成するための材料については、第1の実施形態におけるマトリックス材11に関して上述したのと同様である。   The matrix material 21 is made of, for example, metal or amorphous carbon having a high thermal conductivity, and a part of the matrix material 21 is notched in FIG. The material for forming the matrix material 21 is the same as that described above with respect to the matrix material 11 in the first embodiment.

複数の炭素繊維材22は、第1面20Aと配向基準軸A2とが交差する箇所Sを中心として発散するように(放射状に延びるように)、配置されている。配向基準軸A2は、複数の炭素繊維材22の配向関係の基準として設定される仮想的な軸であり、ヒートスプレッダ20の厚さ方向Zに延びる。このような複数の炭素繊維材22の第1面20Aに対する仮想投影線23は、図9に示すように、配向基準軸A2を中心として放射状に延びる。すなわち、複数の炭素繊維材22は、第1面20Aに対するそれらの仮想投影線23が配向基準軸A2を中心として放射状に延びるように、配置されているのである。本実施形態では、複数の仮想投影線23の全ての延長線は、配向基準軸A2にて交差する。図の簡潔化の観点より、一部の延長線のみについて破線で示す。第1面20Aに対する各炭素繊維材22の仮想投影線23は、第2面20Bの側から第1面20Aに対して垂直に当該炭素繊維材22を仮想的に平行線投射した場合に第1面20A上に仮想的に投影される線であり、図9では実線で表す。本実施形態では、複数の炭素繊維材22に由来する仮想投影線23が第1面20A上にて一致または重なる場合は生じ得る。また、ヒートスプレッダ20における炭素繊維材22の含有率は例えば10〜70vol%である。   The plurality of carbon fiber materials 22 are arranged so as to diverge around the location S where the first surface 20A and the orientation reference axis A2 intersect (to extend radially). The orientation reference axis A <b> 2 is a virtual axis that is set as a reference for the orientation relationship of the plurality of carbon fiber materials 22, and extends in the thickness direction Z of the heat spreader 20. As shown in FIG. 9, virtual projection lines 23 for the first surface 20A of the plurality of carbon fiber materials 22 extend radially about the orientation reference axis A2. That is, the plurality of carbon fiber materials 22 are arranged so that their virtual projection lines 23 with respect to the first surface 20A extend radially around the orientation reference axis A2. In the present embodiment, all extension lines of the plurality of virtual projection lines 23 intersect at the orientation reference axis A2. From the viewpoint of simplifying the figure, only some of the extension lines are shown by broken lines. The virtual projection line 23 of each carbon fiber material 22 with respect to the first surface 20A is first when the carbon fiber material 22 is virtually projected parallel to the first surface 20A from the second surface 20B side. This line is virtually projected on the surface 20A, and is represented by a solid line in FIG. In the present embodiment, it may occur when the virtual projection lines 23 derived from the plurality of carbon fiber materials 22 coincide or overlap on the first surface 20A. Moreover, the content rate of the carbon fiber material 22 in the heat spreader 20 is 10-70 vol%, for example.

図10は、ヒートスプレッダ20を含む冷却構造の一例を表す。本冷却構造は、半導体チップ101、ヒートシンク102、および本発明のヒートスプレッダ20を含む積層構造を有する。ヒートスプレッダ20は、その第1面20Aが半導体チップ101に向く配向で、半導体チップ101およびヒートシンク102の間に位置する。発熱部品である半導体チップ101は、ヒートスプレッダ20ないしその第1面20Aに対し、ハンダ104’によりハンダ付けされており、機械的かつ熱的に接合されている。また、半導体チップ101は、ヒートスプレッダ20の配向基準軸A2が当該半導体チップ101を通過するような位置にて、第1面20Aに対して接合されている。一方、ヒートスプレッダ20ないしその第2面20Bとヒートシンク102との間は、サーマルグリース105が介在することにより熱的に接続されている。   FIG. 10 shows an example of a cooling structure including the heat spreader 20. This cooling structure has a laminated structure including the semiconductor chip 101, the heat sink 102, and the heat spreader 20 of the present invention. The heat spreader 20 is positioned between the semiconductor chip 101 and the heat sink 102 with the first surface 20 </ b> A oriented toward the semiconductor chip 101. The semiconductor chip 101, which is a heat generating component, is soldered to the heat spreader 20 or its first surface 20A by solder 104 'and is mechanically and thermally bonded. The semiconductor chip 101 is bonded to the first surface 20 </ b> A at a position where the alignment reference axis A <b> 2 of the heat spreader 20 passes through the semiconductor chip 101. On the other hand, the heat spreader 20 or its second surface 20B and the heat sink 102 are thermally connected by the thermal grease 105 interposed therebetween.

半導体チップ101で熱が発生すると、この熱の一部は、ハンダ104’を介してヒートスプレッダ20に流入する。流入した熱は、ヒートスプレッダ20の面内方向においては、流入箇所から放射状に伝搬する。これとともに、流入した熱は、厚さ方向Zにも伝搬する。ヒートスプレッダ20内を伝搬して第2面20Bに到達した熱は、サーマルグリース105を介してヒートシンク102に流入した後、当該ヒートシンク102にて冷却構造外に放散される。ヒートスプレッダ20においては、複数の炭素繊維材22は、配向基準軸A2を中心として、それらの第1面20A(発熱部品接合面)に対する複数の仮想投影線23が放射状に延びるように、配置されている。したがって、当該複数の炭素繊維材22は、上述の熱伝搬面内方向において、熱伝導機能および熱膨張抑制機能を効率よく発揮することができる。   When heat is generated in the semiconductor chip 101, part of the heat flows into the heat spreader 20 through the solder 104 '. The inflow heat propagates radially from the inflow location in the in-plane direction of the heat spreader 20. At the same time, the heat that has flowed in also propagates in the thickness direction Z. The heat that has propagated through the heat spreader 20 and reached the second surface 20 </ b> B flows into the heat sink 102 via the thermal grease 105, and is then dissipated outside the cooling structure by the heat sink 102. In the heat spreader 20, the plurality of carbon fiber materials 22 are arranged so that the plurality of virtual projection lines 23 with respect to the first surface 20A (heat generating component joining surface) extend radially about the orientation reference axis A2. Yes. Accordingly, the plurality of carbon fiber materials 22 can efficiently exhibit the heat conduction function and the thermal expansion suppressing function in the above-described in-plane direction of heat propagation.

複数の炭素繊維材22が熱伝導機能を効率よく発揮することに起因して、半導体チップ101で生じてヒートスプレッダ20内に流入した熱は、第1面20Aに平行であり且つ配向基準軸A2から放射状に延びる方向にヒートスプレッダ20内を良好に拡散される。加えて、ヒートスプレッダ20は、複数の炭素繊維材22の各々が厚さ方向Zにも延び成分を有するので、厚さ方向Zにも熱伝導機能を適切に発揮することができる。また、複数の炭素繊維材22が熱膨張抑制機能を効率よく発揮することに起因して、ヒートスプレッダ20においては、熱伝搬面内方向における熱膨張率について、半導体チップ101(シリコンチップ)と同程度の低熱膨張率を実現することが可能である。したがって、ヒートスプレッダ20と半導体チップ101との接合手法としてハンダ付けを採用し、両者間をハンダ104’で接合することが可能なのである。このように、ヒートスプレッダ20は、熱伝導性に優れるとともに寸法安定性にも優れるのである。このようなヒートスプレッダ20は、冷却構造(放熱系)全体として高い放熱機能を得るうえで好適である。   The heat generated in the semiconductor chip 101 and flowing into the heat spreader 20 due to the plurality of carbon fiber materials 22 exhibiting the heat conduction function efficiently is parallel to the first surface 20A and from the orientation reference axis A2. The inside of the heat spreader 20 is favorably diffused in the radially extending direction. In addition, since each of the plurality of carbon fiber materials 22 has a component extending in the thickness direction Z, the heat spreader 20 can appropriately exhibit a heat conduction function in the thickness direction Z as well. In addition, due to the fact that the plurality of carbon fiber materials 22 efficiently exhibit the thermal expansion suppressing function, in the heat spreader 20, the thermal expansion coefficient in the heat propagation in-plane direction is comparable to that of the semiconductor chip 101 (silicon chip). It is possible to realize a low coefficient of thermal expansion. Therefore, it is possible to employ soldering as a joining method between the heat spreader 20 and the semiconductor chip 101 and to join them together with the solder 104 ′. Thus, the heat spreader 20 is excellent in thermal conductivity and dimensional stability. Such a heat spreader 20 is suitable for obtaining a high heat radiation function as a whole cooling structure (heat radiation system).

ヒートスプレッダ20の配向基準軸A2については、ヒートスプレッダ10の配向基準軸A1と同様に、有意な横断面積を有するものとして設定してもよい。この場合、複数の炭素繊維材22は、それらの仮想投影線23の延長線の全てが配向基準軸A2内を通過するように配置されるが、任意の2つの延長線は必ずしも配向基準軸A2内にて交差する必要はない。すなわち、有意な横断面積を有する配向基準軸A2を設定する場合には、各炭素繊維材22の配向について自由度が生ずるのである。配向基準軸A2の横断面積が大きいほど、当該自由度は高くなる。本構成を採用する場合、発熱部品(半導体チップ101)は、第1面20A上において、当該第1面20Aと配向基準軸A2とが交差する箇所Sを包含する領域に接合される。したがって、本構成においても、第1面20A(発熱部品接合面)に対する複数の仮想投影線23が配向基準軸A2を中心として放射状に延びるように配置されている複数の炭素繊維材22は、熱伝搬面内方向において、熱伝導機能および熱膨張抑制機能を効率よく発揮することができる。   As with the orientation reference axis A1 of the heat spreader 10, the orientation reference axis A2 of the heat spreader 20 may be set as having a significant cross-sectional area. In this case, the plurality of carbon fiber materials 22 are arranged so that all the extension lines of the virtual projection lines 23 pass through the alignment reference axis A2, but any two extension lines are not necessarily the alignment reference axis A2. There is no need to cross within. That is, when the orientation reference axis A2 having a significant cross-sectional area is set, a degree of freedom occurs with respect to the orientation of each carbon fiber material 22. The greater the cross-sectional area of the orientation reference axis A2, the higher the degree of freedom. When this configuration is employed, the heat generating component (semiconductor chip 101) is bonded to a region including the portion S where the first surface 20A and the orientation reference axis A2 intersect on the first surface 20A. Therefore, also in this configuration, the plurality of carbon fiber materials 22 arranged so that the plurality of virtual projection lines 23 with respect to the first surface 20A (heat generating component joint surface) extend radially about the orientation reference axis A2 are In the propagation in-plane direction, the heat conduction function and the thermal expansion suppressing function can be efficiently exhibited.

図11〜図13は、本発明の第3の実施形態に係るヒートスプレッダ30を表す。図11は、ヒートスプレッダ30の一部切り欠き斜視図であり、図12および図13は、各々、図11の線XII−XIIおよび線XIII−XIIIに沿った断面図である。   11 to 13 show a heat spreader 30 according to a third embodiment of the present invention. FIG. 11 is a partially cutaway perspective view of the heat spreader 30, and FIGS. 12 and 13 are cross-sectional views taken along lines XII-XII and XIII-XIII of FIG. 11, respectively.

ヒートスプレッダ30は、マトリックス材31および複数の炭素繊維布32からなり、図11においては、その一部を切り欠いて表す。第1面30Aおよびこれとは反対の第2面30Bを有する。第1面30Aは発熱部品と熱的に接続される面であり、第2面30Bは放熱部品と熱的に接続される面である。   The heat spreader 30 includes a matrix material 31 and a plurality of carbon fiber cloths 32, and a part of the heat spreader 30 is cut out in FIG. The first surface 30A has a second surface 30B opposite to the first surface 30A. The first surface 30A is a surface that is thermally connected to the heat-generating component, and the second surface 30B is a surface that is thermally connected to the heat-radiating component.

マトリックス材31は、熱伝導率の高い例えば金属やアモルファス炭素からなる。マトリックス材31を構成するための材料については、第1の実施形態におけるマトリックス材11に関して上述したのと同様である。   The matrix material 31 is made of, for example, metal or amorphous carbon having high thermal conductivity. The material for forming the matrix material 31 is the same as that described above with respect to the matrix material 11 in the first embodiment.

各炭素繊維布32は、平織り布(図11では織り組織を省略)であり、図12および図13に示すように、第1面30Aに沿って延びる複数の炭素繊維材32aと、厚さ方向Zに延びる複数の炭素繊維材32bとからなる。複数の炭素繊維布32は複数の布群を構成し、単一の布群に含まれる各炭素繊維布32は、布群ごとに設定されている配向基準線Lに沿って延びるとともに、ヒートスプレッダ30の厚さ方向Zにも延びるように、配置されている。本実施形態では、図14によく表れているように4つの布群が構成されている。各配向基準線Lは、単一の布群に含まれる各炭素繊維布32ないし更にこれに含まれる炭素繊維材32aの配向関係の基準として設定される仮想的な線であり、第1面30Aに沿って延びる。複数の布群の複数(本実施形態では4本)の配向基準線Lは、図14によく表れているように、厚さ方向Zに延びる配向基準軸A3を中心として放射状に延びる。すなわち、複数の配向基準線Lは、配向基準軸A3にて交差する。配向基準軸A3は、複数の配向基準線Lないし複数の布群の配向関係の基準として設定される仮想的な軸である。   Each carbon fiber cloth 32 is a plain woven cloth (weave structure is omitted in FIG. 11), and as shown in FIGS. 12 and 13, a plurality of carbon fiber materials 32a extending along the first surface 30A, and the thickness direction And a plurality of carbon fiber materials 32b extending in Z. The plurality of carbon fiber cloths 32 constitute a plurality of cloth groups, and each carbon fiber cloth 32 included in the single cloth group extends along the orientation reference line L set for each cloth group, and the heat spreader 30. It is arrange | positioned so that it may also extend in the thickness direction Z. In the present embodiment, as shown in FIG. 14, four fabric groups are configured. Each orientation reference line L is an imaginary line set as a reference for the orientation relationship of each carbon fiber cloth 32 included in a single cloth group or further the carbon fiber material 32a included therein, and the first surface 30A. Extending along. A plurality (four in this embodiment) of alignment reference lines L of the plurality of fabric groups extend radially about the alignment reference axis A3 extending in the thickness direction Z, as shown well in FIG. That is, the plurality of alignment reference lines L intersect at the alignment reference axis A3. The orientation reference axis A3 is a virtual axis that is set as a reference for the orientation relationship between the plurality of orientation reference lines L or the plurality of fabric groups.

単一の布群に含まれる複数の炭素繊維材32aは一の炭素繊維群を構成する。また、同一の布群に含まれる複数の炭素繊維材32aの第1面30Aに対する仮想投影線33は、略一致し、図14に示すように、当該布群の配向基準線Lに沿って同一方向に延びる。第1面30Aに対する各炭素繊維材32aの仮想投影線33は、第2面30Bの側から第1面30Aに対して垂直に当該炭素繊維材32aを仮想的に平行線投射した場合に第1面30A上に仮想的に投影される線であり、図14では実線で表す。また、ヒートスプレッダ30における炭素繊維材32a,32bの含有率は例えば10〜70vol%であり、炭素繊維材32aおよび炭素繊維材32bの含有比は、例えば1:3〜5:1である。   A plurality of carbon fiber materials 32a included in a single cloth group constitute one carbon fiber group. Moreover, the virtual projection line 33 with respect to the 1st surface 30A of the some carbon fiber material 32a contained in the same cloth group substantially corresponds, and as shown in FIG. 14, it is the same along the orientation reference line L of the said cloth group. Extend in the direction. The virtual projection line 33 of each carbon fiber material 32a with respect to the first surface 30A is the first when the carbon fiber material 32a is virtually projected parallel to the first surface 30A from the second surface 30B side. The line is virtually projected on the surface 30A, and is represented by a solid line in FIG. Moreover, the content rate of carbon fiber material 32a, 32b in the heat spreader 30 is 10-70 vol%, for example, and the content ratio of the carbon fiber material 32a and the carbon fiber material 32b is 1: 3-5: 1, for example.

図15は、ヒートスプレッダ30の製造方法の第1の例を表す。本方法においては、まず、図15(a)に示すように、炭素繊維強化材料体30’を切断して個片30aを得る。炭素繊維強化材料体30’は、マトリックス材31および複数の炭素繊維布32’からなる。複数の炭素繊維布32’は、相互に平行であり、且つ、炭素繊維強化材料体30’内の一定方向に延びる。個片30aは、上述のマトリックス材31および炭素繊維布32からなり、本工程では、各個片30aに含まれる複数の炭素繊維布32が上述の単一の炭素繊維群を構成するように、炭素繊維強化材料体30’を切断する。本実施形態では、個片30aは、頂角が90°の二等辺三角形状を有し、当該個片30aに含まれる各炭素繊維布32は、当該形状の斜辺に対して直行する方向に延びる。このような個片30aを得た後、図15(b)に示すように、4つの個片30aを接合する。接合手段としては、例えば、ろう付けやハンダ付けを採用することができる。以上のようにして、マトリックス材31および複数の炭素繊維布32からなるヒートスプレッダ30を製造することができる。   FIG. 15 illustrates a first example of a method for manufacturing the heat spreader 30. In this method, first, as shown in FIG. 15 (a), the carbon fiber reinforced material body 30 'is cut to obtain individual pieces 30a. The carbon fiber reinforced material body 30 ′ includes a matrix material 31 and a plurality of carbon fiber cloths 32 ′. The plurality of carbon fiber cloths 32 ′ are parallel to each other and extend in a certain direction within the carbon fiber reinforced material body 30 ′. The piece 30a is composed of the matrix material 31 and the carbon fiber cloth 32 described above, and in this step, the carbon pieces so that the plurality of carbon fiber cloths 32 included in each piece 30a constitute the above-described single carbon fiber group. The fiber reinforced material body 30 ′ is cut. In this embodiment, the piece 30a has an isosceles triangle shape with an apex angle of 90 °, and each carbon fiber cloth 32 included in the piece 30a extends in a direction perpendicular to the oblique side of the shape. . After obtaining such an individual piece 30a, as shown in FIG. 15B, the four individual pieces 30a are joined. For example, brazing or soldering can be employed as the joining means. As described above, the heat spreader 30 including the matrix material 31 and the plurality of carbon fiber cloths 32 can be manufactured.

図16は、ヒートスプレッダ30の製造方法の第2の例を表す。本方法においては、まず、上述のと同様の炭素繊維強化材料体30’を切断することによって、図16(a)に示すような個片30bを所定数得る。個片30bは、正方形状を有し、当該個片30bに含まれる各炭素繊維布32’は、当該形状の対角線に沿って延びるとともに、厚さ方向にも延びる。次に、図16(b)および図16(c)に示すように、複数の個片30bを接合する。次に、この接合体における、図16(c)にて破線で示す箇所を切断する。このようにしても、ヒートスプレッダ30を製造することができる。本方法は、ヒートスプレッダ30を量産するうえで効率がよい。   FIG. 16 shows a second example of the method for manufacturing the heat spreader 30. In this method, first, a predetermined number of pieces 30b as shown in FIG. 16A are obtained by cutting the same carbon fiber reinforced material body 30 'as described above. The piece 30b has a square shape, and each carbon fiber cloth 32 'included in the piece 30b extends along the diagonal of the shape and also extends in the thickness direction. Next, as shown in FIGS. 16B and 16C, a plurality of pieces 30b are joined. Next, the part shown with a broken line in FIG.16 (c) in this joined body is cut | disconnected. Even in this way, the heat spreader 30 can be manufactured. This method is efficient in mass-producing the heat spreader 30.

図17は、ヒートスプレッダ30を含む冷却構造の一例を表す。本冷却構造は、半導体チップ101、ヒートシンク102、および本発明のヒートスプレッダ30を含む積層構造を有する。ヒートスプレッダ30は、半導体チップ101およびヒートシンク102の間に位置する。発熱部品である半導体チップ101は、ヒートスプレッダ30の第1面30Aまたは第2面30Bに対し、ハンダ104’によりハンダ付けされており、機械的かつ熱的に接合されている。また、半導体チップ101は、ヒートスプレッダ30の配向基準軸A3が当該半導体チップ101を通過するような位置にて、ヒートスプレッダ30に対して接合されている。一方、ヒートスプレッダ30の第2面30Bまたは第1面30Aとヒートシンク102との間は、サーマルグリース105が介在することにより熱的に接続されている。   FIG. 17 shows an example of a cooling structure including the heat spreader 30. This cooling structure has a laminated structure including the semiconductor chip 101, the heat sink 102, and the heat spreader 30 of the present invention. The heat spreader 30 is located between the semiconductor chip 101 and the heat sink 102. The semiconductor chip 101 that is a heat generating component is soldered to the first surface 30A or the second surface 30B of the heat spreader 30 by solder 104 'and is mechanically and thermally bonded. The semiconductor chip 101 is bonded to the heat spreader 30 at a position where the alignment reference axis A3 of the heat spreader 30 passes through the semiconductor chip 101. On the other hand, the second surface 30B or the first surface 30A of the heat spreader 30 and the heat sink 102 are thermally connected by the thermal grease 105 interposed therebetween.

半導体チップ101で熱が発生すると、この熱の一部は、ハンダ104’を介してヒートスプレッダ30に流入する。流入した熱は、ヒートスプレッダ30の面内方向においては、流入箇所から放射状に伝搬する。これとともに、流入した熱は、厚さ方向Zにも伝搬する。ヒートスプレッダ30内を伝搬して第2面30B(第1面30A)に到達した熱は、サーマルグリース105を介してヒートシンク102に流入した後、当該ヒートシンク102にて冷却構造外に放散される。ヒートスプレッダ30においては、各布群は、厚さ方向Zに延びつつ相互に平行な複数の炭素繊維布32(炭素繊維材32a,32aよりなる)により構成され、且つ、4つの布群は、それらの4本の配向基準線Lが配向基準軸A3を中心として放射状に延びるように、配置されている。したがって、ヒートスプレッダ30内の炭素繊維布32に含まれて第1面30Aに沿って延びる炭素繊維材32aは、上述の熱伝搬面内方向において、熱伝導機能および熱膨張抑制機能を効率よく発揮することができる。   When heat is generated in the semiconductor chip 101, a part of this heat flows into the heat spreader 30 through the solder 104 '. The inflowing heat propagates radially from the inflow location in the in-plane direction of the heat spreader 30. At the same time, the heat that has flowed in also propagates in the thickness direction Z. The heat that has propagated through the heat spreader 30 and reached the second surface 30 </ b> B (first surface 30 </ b> A) flows into the heat sink 102 via the thermal grease 105, and is then dissipated outside the cooling structure by the heat sink 102. In the heat spreader 30, each cloth group is configured by a plurality of carbon fiber cloths 32 (consisting of carbon fiber materials 32a and 32a) extending in the thickness direction Z and parallel to each other, and the four cloth groups are The four alignment reference lines L are arranged so as to extend radially around the alignment reference axis A3. Therefore, the carbon fiber material 32a included in the carbon fiber cloth 32 in the heat spreader 30 and extending along the first surface 30A efficiently exhibits the heat conduction function and the thermal expansion suppressing function in the above-described heat propagation in-plane direction. be able to.

複数の炭素繊維材32aが熱伝導機能を効率よく発揮することに起因して、半導体チップ101で生じてヒートスプレッダ30内に流入した熱は、第1面30Aに平行であり且つ配向基準軸A3から放射状に延びる方向にヒートスプレッダ30内を良好に拡散される。加えて、ヒートスプレッダ30は、複数の炭素繊維材32bの各々が厚さ方向Zに延びるので、厚さ方向Zにも熱伝導機能を適切に発揮することができる。また、複数の炭素繊維材32aが熱膨張抑制機能を効率よく発揮することに起因して、ヒートスプレッダ30においては、熱伝搬面内方向における熱膨張率について、半導体チップ101(シリコンチップ)と同程度の低熱膨張率を実現することが可能である。したがって、ヒートスプレッダ30と半導体チップ101との接合手法としてハンダ付けを採用し、両者間をハンダ104’で接合することが可能なのである。このように、ヒートスプレッダ30は、熱伝導性に優れるとともに寸法安定性にも優れるのである。このようなヒートスプレッダ30は、冷却構造(放熱系)全体として高い放熱機能を得るうえで好適である。   The heat generated in the semiconductor chip 101 and flowing into the heat spreader 30 due to the plurality of carbon fiber materials 32a efficiently exhibiting the heat conduction function is parallel to the first surface 30A and from the orientation reference axis A3. The inside of the heat spreader 30 is favorably diffused in the radially extending direction. In addition, since each of the plurality of carbon fiber materials 32b extends in the thickness direction Z, the heat spreader 30 can appropriately exhibit a heat conduction function also in the thickness direction Z. In addition, due to the fact that the plurality of carbon fiber materials 32a efficiently exhibit the function of suppressing thermal expansion, in the heat spreader 30, the thermal expansion coefficient in the heat propagation in-plane direction is comparable to that of the semiconductor chip 101 (silicon chip). It is possible to realize a low coefficient of thermal expansion. Therefore, it is possible to employ soldering as a joining method between the heat spreader 30 and the semiconductor chip 101 and to join them together with the solder 104 ′. Thus, the heat spreader 30 is excellent in thermal conductivity and dimensional stability. Such a heat spreader 30 is suitable for obtaining a high heat radiation function as a whole cooling structure (heat radiation system).

ヒートスプレッダ30においては、炭素繊維布32について、例えば図18に示すように、炭素繊維材32bとともに炭素繊維材32aが厚さ方向Zにも延び成分を有する態様で設けてもよい。この場合、炭素繊維材32a,32bは、共に、面内方向にも厚さ方向Zにも延び成分を有することとなる。したがって、本構成においては、ヒートスプレッダ30内の炭素繊維布32に含まれる炭素繊維材32a,32bは、熱伝搬面内方向および厚さ方向Zの両方向において、熱伝導機能および熱膨張抑制機能を効率よく発揮することができる。   In the heat spreader 30, the carbon fiber cloth 32 may be provided in such a manner that the carbon fiber material 32a extends in the thickness direction Z together with the carbon fiber material 32b and has a component as shown in FIG. In this case, both the carbon fiber materials 32a and 32b extend in both the in-plane direction and the thickness direction Z and have components. Therefore, in this configuration, the carbon fiber materials 32a and 32b included in the carbon fiber cloth 32 in the heat spreader 30 efficiently perform the heat conduction function and the thermal expansion suppression function in both the heat propagation in-plane direction and the thickness direction Z. Can demonstrate well.

ヒートスプレッダ30においては、布群ないし炭素繊維群の数を3または5以上に設定してもよい。図19は、布群ないし炭素繊維群の数を8に設定した場合を表す。布群ないし炭素繊維群の数が増大するほど、ヒートスプレッダ30に含まれる炭素繊維材32aの配向は、第1の実施形態のヒートスプレッダ10における炭素繊維材12aの配向に近似することとなる。このような構成によっても、ヒートスプレッダ30において高い熱伝導性および高い寸法安定性を得ることができる。   In the heat spreader 30, the number of fabric groups or carbon fiber groups may be set to 3 or 5 or more. FIG. 19 shows a case where the number of fabric groups or carbon fiber groups is set to eight. As the number of fabric groups or carbon fiber groups increases, the orientation of the carbon fiber material 32a included in the heat spreader 30 approximates the orientation of the carbon fiber material 12a in the heat spreader 10 of the first embodiment. Also with such a configuration, high heat conductivity and high dimensional stability can be obtained in the heat spreader 30.

[実施例1]
〔ヒートスプレッダの作製〕
第1の実施形態(ヒートスプレッダ10)の構成を有するヒートスプレッダとして、本実施例のヒートスプレッダを作製した。本実施例のヒートスプレッダの作製においては、まず、図20(a)に示すように、円筒容器41(内径65mm,高さ100mm,肉厚0.5mm)内に炭素繊維布12’を配置した(配置工程)。本実施例では円筒容器41は銅製である。また、本実施例の炭素繊維布12’は、繊維延び方向の熱伝導率が620W/mKである炭素繊維(商品名:K13C2U,三菱化学産資(株)製)からなる平織り布(厚さ0.25mm)であり、その横糸および縦糸の重量比は1:1である。本配置工程では、円筒容器41の中心を高さ方向に延びるように設定された配向基準軸A1に縦糸が沿うように各炭素繊維布12’を立設しつつ(従って、横糸は炭素繊維材12aに相当し、縦糸は炭素繊維12bに相当することとなる)、複数の炭素繊維布12’を、配向基準軸A1に沿って且つ当該配向基準軸A1を中心として放射状に、配置した。また、最終的に得られるヒートスプレッダ内での炭素繊維密度を略均一とすべく、配向基準軸A1から遠いほど、周方向に並列される炭素繊維布12’の枚数が増大するように、炭素繊維布12を配置した(図面上は配置態様を簡略化した)。
[Example 1]
[Production of heat spreader]
As the heat spreader having the configuration of the first embodiment (heat spreader 10), the heat spreader of this example was manufactured. In the production of the heat spreader of the present example, first, as shown in FIG. 20A, a carbon fiber cloth 12 ′ was placed in a cylindrical container 41 (inner diameter 65 mm, height 100 mm, wall thickness 0.5 mm) ( Placement process). In this embodiment, the cylindrical container 41 is made of copper. Further, the carbon fiber cloth 12 ′ of this example is a plain weave cloth (thickness) made of carbon fiber (trade name: K13C2U, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) having a thermal conductivity of 620 W / mK in the fiber extending direction. 0.25 mm), and the weight ratio of the weft and warp is 1: 1. In this arrangement step, each carbon fiber cloth 12 'is erected so that the warp yarns follow the orientation reference axis A1 set to extend in the height direction at the center of the cylindrical container 41 (therefore, the weft yarn is a carbon fiber material. 12a, and the warp yarn corresponds to the carbon fiber 12b), and a plurality of carbon fiber cloths 12 'were arranged radially along the orientation reference axis A1 and centered on the orientation reference axis A1. Further, in order to make the carbon fiber density in the finally obtained heat spreader substantially uniform, the carbon fiber is increased so that the number of the carbon fiber cloths 12 'arranged in the circumferential direction increases as the distance from the orientation reference axis A1 increases. The cloth 12 was arranged (the arrangement mode was simplified on the drawing).

次に、熱間等方圧加圧(Hot Isostatic Pressing:HIP)装置を使用して、上述のように配置された炭素繊維布12’にマトリックス材11を含浸することによって炭素繊維強化銅10’を得た(含浸工程)。具体的には、まず、図20(b)に示すように、炭素繊維布12が詰められた円筒容器41を、所定のノズルを有する鋼材製のカプセル42(内径115mm,内寸高さ100mm,底部厚さ15mm,頂部厚さ15mm,側壁42aの厚さ2mm)内の中央に入れた後、円筒容器41とカプセル42の隙間に銅粉末43(平均粒径100μm)を充填し、カプセル42の本体と蓋体42bとの間を全て溶接した。次に、真空ポンプ装置を使用して、ノズルを介してカプセル42内部を脱気することにより、カプセル42内を実質的に真空状態とした。次に、ノズルの先端を溶接してカプセル42を密封した。次に、HIP装置のチャンバ内にこのカプセル42を入れて熱間等方加圧処理を行った。このとき、チャンバ内の圧力を約100MPaとし、チャンバ内温度を1130℃(銅の融点より50℃高い)とし、加圧時間を5分とした。このような熱間等方加圧処理においては、カプセル42内の円筒容器41(本実施例では銅製)および銅粉末43が溶融するとともに、図20(c)に示すようにカプセル42の側壁42aがへこみ、その結果、炭素繊維間に銅が良好に含浸する。   Next, the carbon fiber reinforced copper 10 ′ is impregnated by impregnating the carbon fiber cloth 12 ′ arranged as described above with the matrix material 11 using a hot isostatic pressing (HIP) apparatus. (Impregnation step) was obtained. Specifically, first, as shown in FIG. 20 (b), a cylindrical container 41 packed with a carbon fiber cloth 12 is made into a steel-made capsule 42 having a predetermined nozzle (inner diameter 115 mm, inner dimension height 100 mm, The bottom part thickness is 15 mm, the top part thickness is 15 mm, and the side wall 42 a is 2 mm thick), and the gap between the cylindrical container 41 and the capsule 42 is filled with copper powder 43 (average particle size 100 μm). The entire body and the lid 42b were welded. Next, the inside of the capsule 42 was evacuated substantially by degassing the inside of the capsule 42 through a nozzle using a vacuum pump device. Next, the tip of the nozzle was welded to seal the capsule 42. Next, this capsule 42 was placed in the chamber of the HIP apparatus and subjected to hot isostatic pressing. At this time, the pressure in the chamber was about 100 MPa, the temperature in the chamber was 1130 ° C. (50 ° C. higher than the melting point of copper), and the pressurization time was 5 minutes. In such hot isostatic pressing, the cylindrical container 41 (made of copper in this embodiment) and the copper powder 43 in the capsule 42 are melted and the side wall 42a of the capsule 42 as shown in FIG. 20 (c). As a result, copper is well impregnated between the carbon fibers.

次に、機械切削によりカプセル42を除去することによって、図20(d)に示すような円柱状の炭素繊維強化銅10’(直径65mm,高さ100mm)を得た。次に、炭素繊維強化銅10’から、約30個のヒートスプレッダ(45mm×45mm,厚さ3mm)を機械切削により切り出した。このとき、上述の配向基準軸A1がヒートスプレッダの中心を当該ヒートスプレッダに対して垂直に通過するように、各ヒートスプレッダを切り出した。以上のようにして、本実施例のヒートスプレッダを作製した。本実施例のヒートスプレッダの炭素繊維含有率は30vol%である。   Next, the capsule 42 was removed by mechanical cutting to obtain a cylindrical carbon fiber reinforced copper 10 '(65 mm in diameter and 100 mm in height) as shown in FIG. Next, about 30 heat spreaders (45 mm × 45 mm, thickness 3 mm) were cut out from the carbon fiber reinforced copper 10 ′ by mechanical cutting. At this time, each heat spreader was cut out so that the above-mentioned alignment reference axis A1 passes through the center of the heat spreader perpendicularly to the heat spreader. As described above, the heat spreader of this example was manufactured. The carbon fiber content of the heat spreader of this example is 30 vol%.

〔物性測定〕
本実施例のヒートスプレッダについて、ヒートスプレッダの中心から径方向(面内方向)の熱伝導率および熱膨張率を測定し、また、厚さ方向の熱伝導率を測定した。径方向の熱伝導率および厚さ方向の熱伝導率は共に400W/mKであり、充分に高い値が得られた。また、径方向の熱膨張率は7ppm/℃であり、シリコンチップの熱膨張率に充分に近い値が得られた。これらの値は図22の表に掲げる。
(Physical property measurement)
About the heat spreader of a present Example, the thermal conductivity and thermal expansion coefficient of radial direction (in-plane direction) were measured from the center of the heat spreader, and the thermal conductivity of the thickness direction was measured. Both the thermal conductivity in the radial direction and the thermal conductivity in the thickness direction were 400 W / mK, and a sufficiently high value was obtained. Further, the thermal expansion coefficient in the radial direction was 7 ppm / ° C., and a value sufficiently close to the thermal expansion coefficient of the silicon chip was obtained. These values are listed in the table of FIG.

[実施例2,3]
〔ヒートスプレッダの作製〕
炭素繊維含有率を同一としつつ横糸および縦糸の含有比を1:1に代えて2:1(実施例2)または5:1(実施例3)とした以外は、実施例1と同様にして、実施例2,3のヒートスプレッダを作製した。
[Examples 2 and 3]
[Production of heat spreader]
The same as in Example 1, except that the content ratio of weft and warp was changed to 1: 1 and 2: 1 (Example 2) or 5: 1 (Example 3) while keeping the same carbon fiber content. The heat spreaders of Examples 2 and 3 were produced.

〔物性測定〕
実施例2,3のヒートスプレッダについて、ヒートスプレッダの中心から径方向の熱伝導率および熱膨張率と、厚さ方向の熱伝導率とを測定した。実施例2のヒートスプレッダの径方向の熱伝導率は470W/mKであり、厚さ方向の熱伝導率は300W/mKであり、共に充分に高い値が得られた。また、実施例2のヒートスプレッダの径方向の熱膨張率は4.5ppm/℃であり、シリコンチップの熱膨張率に充分に近い値が得られた。実施例3のヒートスプレッダの径方向の熱伝導率は560W/mKであり、厚さ方向の熱伝導率は250W/mKであり、共に充分に高い値が得られた。また、実施例3のヒートスプレッダの径方向の熱膨張率は3ppm/℃であり、シリコンチップの熱膨張率に充分に近い値が得られた。これらの値は図22の表に掲げる。
(Physical property measurement)
Regarding the heat spreaders of Examples 2 and 3, the thermal conductivity and thermal expansion coefficient in the radial direction and the thermal conductivity in the thickness direction were measured from the center of the heat spreader. The heat conductivity in the radial direction of the heat spreader of Example 2 was 470 W / mK, and the heat conductivity in the thickness direction was 300 W / mK, both of which were sufficiently high values. Further, the thermal expansion coefficient in the radial direction of the heat spreader of Example 2 was 4.5 ppm / ° C., and a value sufficiently close to the thermal expansion coefficient of the silicon chip was obtained. The heat spreader in the radial direction of the heat spreader of Example 3 was 560 W / mK, and the heat conductivity in the thickness direction was 250 W / mK, both of which were sufficiently high values. Further, the thermal expansion coefficient in the radial direction of the heat spreader of Example 3 was 3 ppm / ° C., and a value sufficiently close to the thermal expansion coefficient of the silicon chip was obtained. These values are listed in the table of FIG.

[実施例4〜6]
〔ヒートスプレッダの作製〕
マトリックス材として銅に代えてアルミニウムを採用した以外は、実施例1〜3と同様にして、実施例4〜6のヒートスプレッダを作製した。実施例4〜6のヒートスプレッダの製造においては、円筒容器41としてはアルミニウム製のものを使用し、且つ、熱間等方圧加圧処理に際して円筒容器41とカプセル42の隙間に充填する金属材料としては、銅粉末43に代えてアルミニウム粉末(平均粒径100μm)を使用した。実施例4〜6のヒートスプレッダでは、炭素繊維含有率は30vol%であり、且つ、炭素繊維布12の横糸および縦糸の含有比は、各々、1:1(実施例4)、2:1(実施例5)、および5:1(実施例6)である。
[Examples 4 to 6]
[Production of heat spreader]
Heat spreaders of Examples 4 to 6 were produced in the same manner as in Examples 1 to 3, except that aluminum was used instead of copper as the matrix material. In the manufacture of the heat spreaders of Examples 4 to 6, the cylindrical container 41 is made of aluminum and is used as a metal material that fills the gap between the cylindrical container 41 and the capsule 42 during the hot isostatic pressing process. Used aluminum powder (average particle size 100 μm) instead of copper powder 43. In the heat spreaders of Examples 4 to 6, the carbon fiber content is 30 vol%, and the content ratio of the weft and warp of the carbon fiber cloth 12 is 1: 1 (Example 4) and 2: 1 (implementation). Examples 5) and 5: 1 (Example 6).

〔物性測定〕
実施例4〜6のヒートスプレッダについて、ヒートスプレッダの中心から径方向の熱伝導率および熱膨張率と、厚さ方向の熱伝導率とを測定した。実施例4のヒートスプレッダの径方向の熱伝導率および厚さ方向の熱伝導率は共に350W/mKであり、充分に高い値が得られた。また、実施例4のヒートスプレッダの径方向の熱膨張率は6ppm/℃であり、シリコンチップの熱膨張率に充分に近い値が得られた。実施例5のヒートスプレッダの径方向の熱伝導率は420W/mKであり、厚さ方向の熱伝導率は270W/mKであり、共に充分に高い値が得られた。また、実施例5のヒートスプレッダの径方向の熱膨張率は4ppm/℃であり、シリコンチップの熱膨張率に充分に近い値が得られた。実施例6のヒートスプレッダの径方向の熱伝導率は500W/mKであり、厚さ方向の熱伝導率は220W/mKであり、共に充分に高い値が得られた。また、実施例6のヒートスプレッダの径方向の熱膨張率は3ppm/℃であり、シリコンチップの熱膨張率に充分に近い値が得られた。これらの値は図22の表に掲げる。
(Physical property measurement)
About the heat spreader of Examples 4-6, the thermal conductivity and thermal expansion coefficient of radial direction and the thermal conductivity of thickness direction were measured from the center of the heat spreader. Both the heat conductivity in the radial direction and the heat conductivity in the thickness direction of the heat spreader of Example 4 were 350 W / mK, and a sufficiently high value was obtained. Further, the thermal expansion coefficient in the radial direction of the heat spreader of Example 4 was 6 ppm / ° C., and a value sufficiently close to the thermal expansion coefficient of the silicon chip was obtained. The heat spreader in the radial direction of the heat spreader of Example 5 was 420 W / mK and the heat conductivity in the thickness direction was 270 W / mK, both of which were sufficiently high values. Further, the thermal expansion coefficient in the radial direction of the heat spreader of Example 5 was 4 ppm / ° C., and a value sufficiently close to the thermal expansion coefficient of the silicon chip was obtained. The heat spreader in the radial direction of the heat spreader of Example 6 was 500 W / mK and the heat conductivity in the thickness direction was 220 W / mK, both of which were sufficiently high values. Further, the thermal expansion coefficient in the radial direction of the heat spreader of Example 6 was 3 ppm / ° C., and a value sufficiently close to the thermal expansion coefficient of the silicon chip was obtained. These values are listed in the table of FIG.

[比較例1〜4]
〔ヒートスプレッダの構成〕
面内のX方向に延びる炭素繊維と、X方向に直交して面内のY方向に延びる炭素繊維と、厚さ方向(Z方向)に延びる炭素繊維材とを銅マトリックス中に有するヒートスプレッダ(45mm×45mm,厚さ3mm)を、比較例1のヒートスプレッダとして用意した。比較例1のヒートスプレッダでは、総炭素繊維含有率を30vol%とし、且つ、X方向炭素繊維、Y方向炭素繊維、およびZ方向炭素繊維の含有比を、1:1:1とした。
[Comparative Examples 1-4]
[Configuration of heat spreader]
A heat spreader (45 mm) having, in a copper matrix, carbon fibers extending in the X direction in the plane, carbon fibers extending in the Y direction in the plane perpendicular to the X direction, and carbon fiber materials extending in the thickness direction (Z direction). × 45 mm, thickness 3 mm) was prepared as a heat spreader of Comparative Example 1. In the heat spreader of Comparative Example 1, the total carbon fiber content was 30 vol%, and the content ratio of the X direction carbon fiber, the Y direction carbon fiber, and the Z direction carbon fiber was 1: 1: 1.

面内のX方向に延びる炭素繊維と、X方向に直交して面内のY方向に延びる炭素繊維とを銅マトリックス中に有するヒートスプレッダ(45mm×45mm,厚さ3mm)を、比較例2のヒートスプレッダとして用意した。比較例2のヒートスプレッダでは、総炭素繊維含有率を30vol%とし、且つ、X方向炭素繊維およびY方向炭素繊維の含有比を、1:1とした。   A heat spreader (45 mm × 45 mm, thickness 3 mm) having, in a copper matrix, carbon fibers extending in the in-plane X direction and carbon fibers orthogonal to the X direction and extending in the Y direction in the plane. Prepared as. In the heat spreader of Comparative Example 2, the total carbon fiber content was 30 vol%, and the content ratio of the X-direction carbon fiber and the Y-direction carbon fiber was 1: 1.

面内のX方向に延びる炭素繊維と、X方向に直交して面内のY方向に延びる炭素繊維と、厚さ方向(Z方向)に延びる炭素繊維材とをアルミニウムマトリックス中に有するヒートスプレッダ(45mm×45mm,厚さ3mm)を、比較例3のヒートスプレッダとして用意した。比較例3のヒートスプレッダでは、総炭素繊維含有率を30vol%とし、且つ、X方向炭素繊維、Y方向炭素繊維、およびZ方向炭素繊維の含有比を、1:1:1とした。   A heat spreader (45 mm) having carbon fibers extending in the X direction in the plane, carbon fibers extending in the Y direction in the plane perpendicular to the X direction, and a carbon fiber material extending in the thickness direction (Z direction) in the aluminum matrix. × 45 mm, thickness 3 mm) was prepared as a heat spreader of Comparative Example 3. In the heat spreader of Comparative Example 3, the total carbon fiber content was 30 vol%, and the content ratio of the X direction carbon fiber, the Y direction carbon fiber, and the Z direction carbon fiber was 1: 1: 1.

面内のX方向に延びる炭素繊維と、X方向に直交して面内のY方向に延びる炭素繊維とをアルミニウムマトリックス中に有するヒートスプレッダ(45mm×45mm,厚さ3mm)を、比較例4のヒートスプレッダとして用意した。比較例4のヒートスプレッダでは、総炭素繊維含有率を30vol%とし、且つ、X方向炭素繊維およびY方向炭素繊維の含有比を、1:1とした。   A heat spreader (45 mm × 45 mm, thickness 3 mm) having a carbon fiber extending in the in-plane X direction and a carbon fiber orthogonal to the X direction and extending in the in-plane Y direction in an aluminum matrix Prepared as. In the heat spreader of Comparative Example 4, the total carbon fiber content was 30 vol%, and the content ratio of the X-direction carbon fiber and the Y-direction carbon fiber was 1: 1.

〔物性測定〕
比較例1〜4のヒートスプレッダについて、ヒートスプレッダの中心から径方向の熱伝導率および熱膨張率と、厚さ方向の熱伝導率とを測定した。比較例1のヒートスプレッダの径方向および厚さ方向の熱伝導率は共に190W/mKであり、高い値が得られなかった。また、比較例1のヒートスプレッダの径方向の熱膨張率は10ppm/℃であった。比較例2のヒートスプレッダの径方向の熱伝導率は350W/mKであり、厚さ方向の熱伝導率は50W/mKであり、高い値が得られなかった。また、比較例2のヒートスプレッダの径方向の熱膨張率は5ppm/℃であった。比較例3のヒートスプレッダの径方向および厚さ方向の熱伝導率は共に170W/mKであり、高い値が得られなかった。また、比較例3のヒートスプレッダの径方向の熱膨張率は8ppm/℃であった。比較例4のヒートスプレッダの径方向の熱伝導率は310W/mKであり、厚さ方向の熱伝導率は20W/mKであり、高い値が得られなかった。また、比較例4のヒートスプレッダの径方向の熱膨張率は4ppm/℃であった。これらの値は図22の表に掲げる。
(Physical property measurement)
About the heat spreader of Comparative Examples 1-4, the thermal conductivity and thermal expansion coefficient of radial direction from the center of the heat spreader, and the thermal conductivity of thickness direction were measured. The heat conductivity in the radial direction and the thickness direction of the heat spreader of Comparative Example 1 was 190 W / mK, and a high value was not obtained. Further, the thermal expansion coefficient in the radial direction of the heat spreader of Comparative Example 1 was 10 ppm / ° C. The heat spreader in the radial direction of the heat spreader of Comparative Example 2 was 350 W / mK, the heat conductivity in the thickness direction was 50 W / mK, and a high value was not obtained. Moreover, the thermal expansion coefficient in the radial direction of the heat spreader of Comparative Example 2 was 5 ppm / ° C. The heat conductivity in the radial direction and the thickness direction of the heat spreader of Comparative Example 3 was 170 W / mK, and a high value was not obtained. Moreover, the thermal expansion coefficient in the radial direction of the heat spreader of Comparative Example 3 was 8 ppm / ° C. The heat spreader in Comparative Example 4 had a heat conductivity in the radial direction of 310 W / mK and a heat conductivity in the thickness direction of 20 W / mK, and a high value was not obtained. Moreover, the thermal expansion coefficient in the radial direction of the heat spreader of Comparative Example 4 was 4 ppm / ° C. These values are listed in the table of FIG.

[実施例7]
〔ヒートスプレッダの作製〕
C/Cコンポジットの材料構成を有するヒートスプレッダとして、本実施例のヒートスプレッダを作製した。本実施例のヒートスプレッダの作製においては、まず、炭素繊維強化材料体であるC/Cコンポジット(CX‐2002U,東洋炭素製)を切断することにより、図15(a)に示すような三角形状(頂角90°の二等辺三角形)の個片(斜辺45mm,厚さ3mm)を得た。本実施例で用いたC/Cコンポジットは、マトリックス材であるアモルファス炭素と、相互に平行な複数の炭素繊維材とからなる。本切断工程では、各個片に含まれる複数の炭素繊維材が、面内方向かつ斜辺に直行する方向に延びて第3の実施形態に関して上述した単一の炭素繊維群を構成するように、C/Cコンポジットを切断する。次に、銀ろう材(71Ag−Cu−Ti)によるろう付けにより、図15(b)に示すように4つの個片を接合した。以上のようにして、本実施例のヒートスプレッダ(45mm×45mm,厚さ3mm)を作製した。
[Example 7]
[Production of heat spreader]
A heat spreader of this example was manufactured as a heat spreader having a C / C composite material configuration. In the production of the heat spreader of the present example, first, a C / C composite (CX-2002U, manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.), which is a carbon fiber reinforced material body, is cut to obtain a triangular shape as shown in FIG. An isosceles triangle having an apex angle of 90 ° (oblique side 45 mm, thickness 3 mm) was obtained. The C / C composite used in this example is composed of amorphous carbon as a matrix material and a plurality of carbon fiber materials parallel to each other. In the present cutting step, the plurality of carbon fiber materials included in each piece extend in the in-plane direction and the direction perpendicular to the hypotenuse to form the single carbon fiber group described above with respect to the third embodiment. / C Cut the composite. Next, four pieces were joined by brazing with a silver brazing material (71Ag-Cu-Ti) as shown in FIG. As described above, the heat spreader (45 mm × 45 mm, thickness 3 mm) of this example was manufactured.

〔物性測定〕
本実施例のヒートスプレッダについて、ヒートスプレッダの中心から径方向の熱伝導率および熱膨張率を測定し、また、厚さ方向の熱伝導率を測定した。径方向の熱伝導率および厚さ方向の熱伝導率は共に370W/mKであり、充分に高い値が得られた。また、径方向の熱膨張率は2ppm/℃であり、シリコンチップの熱膨張率に充分に近い値が得られた。これらの値は図22の表に掲げる。本実施例のヒートスプレッダを、例えば図17に示すような冷却構造におけるヒートスプレッダとして組み込み、半導体チップ101での放熱量を50Wとすると、当該半導体チップ101の温度は70℃以上には昇温しなかった。
(Physical property measurement)
For the heat spreader of this example, the thermal conductivity and the thermal expansion coefficient in the radial direction from the center of the heat spreader were measured, and the thermal conductivity in the thickness direction was measured. Both the thermal conductivity in the radial direction and the thermal conductivity in the thickness direction were 370 W / mK, and a sufficiently high value was obtained. Moreover, the thermal expansion coefficient in the radial direction was 2 ppm / ° C., and a value sufficiently close to the thermal expansion coefficient of the silicon chip was obtained. These values are listed in the table of FIG. For example, when the heat spreader of the present embodiment is incorporated as a heat spreader in a cooling structure as shown in FIG. 17 and the heat dissipation amount in the semiconductor chip 101 is 50 W, the temperature of the semiconductor chip 101 did not rise above 70 ° C. .

[実施例8]
〔ヒートスプレッダの作製〕
C/Cコンポジットの材料構成を有する他のヒートスプレッダとして、本実施例のヒートスプレッダを作製した。本実施例のヒートスプレッダの作製においては、まず、実施例7と同様に、炭素繊維強化材料体であるC/Cコンポジット(CX‐2002U,東洋炭素製)を切断することにより、図15(a)に示すような三角形状(頂角90°の二等辺三角形)の個片(斜辺45mm,厚さ3mm)を得た。
[Example 8]
[Production of heat spreader]
As another heat spreader having a C / C composite material structure, a heat spreader of this example was manufactured. In the manufacture of the heat spreader of this example, first, as in Example 7, a C / C composite (CX-2002U, manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.), which is a carbon fiber reinforced material body, was cut to obtain FIG. A piece (an isosceles triangle having an apex angle of 90 °) as shown in (1) (oblique side 45 mm, thickness 3 mm) was obtained.

次に、HIP装置を使用して、4つの個片に銅を含浸しつつ、当該4つの個片を接合した。具体的には、まず、図21(a)に示すように、所定のノズルを有する鋼材製のカプセル51(内寸45mm×45mm×3mm,底部厚さ5mm,頂部厚さ5mm,側壁厚さ30mm)内に、図15(b)に示すような配向で4つの個片を入れた後、個片間の隙間、および個片とカプセル51との隙間に銅粉末52(平均粒径100μm)を充填し、カプセル51の本体と蓋体51aとの間を全て溶接した。次に、真空ポンプ装置を使用して、ノズルを介してカプセル51内部を脱気することにより、カプセル51内を実質的に真空状態とした。次に、ノズルの先端を溶接してカプセル51を密封した。次に、HIP装置のチャンバ内にこのカプセル51を入れて熱間等方加圧処理を行った。このとき、チャンバ内の圧力を約100MPaとし、チャンバ内温度を1130℃(銅の融点より50℃高い)とし、加圧時間を5分とした。このような熱間等方加圧処理においては、カプセル51内の銅粉末が溶融するとともに、図21(b)に示すようにカプセル51の蓋体51aがへこみ、その結果、個片に銅が良好に含浸するとともに、個片が銅により接合される。   Next, using the HIP device, the four pieces were joined while impregnating the four pieces with copper. Specifically, first, as shown in FIG. 21 (a), a steel capsule 51 having a predetermined nozzle (inner dimensions 45 mm × 45 mm × 3 mm, bottom thickness 5 mm, top thickness 5 mm, sidewall thickness 30 mm). ), Four pieces are put in the orientation as shown in FIG. 15B, and then copper powder 52 (average particle size of 100 μm) is placed in the gap between the pieces and the gap between the pieces and the capsule 51. It filled and welded between the main body of the capsule 51, and the cover body 51a. Next, the inside of the capsule 51 was evacuated substantially by degassing the inside of the capsule 51 through a nozzle using a vacuum pump device. Next, the tip of the nozzle was welded to seal the capsule 51. Next, the capsule 51 was placed in the chamber of the HIP apparatus and subjected to hot isostatic pressing. At this time, the pressure in the chamber was about 100 MPa, the temperature in the chamber was 1130 ° C. (50 ° C. higher than the melting point of copper), and the pressurization time was 5 minutes. In such a hot isostatic pressing process, the copper powder in the capsule 51 is melted, and the lid 51a of the capsule 51 is dented as shown in FIG. The impregnation is good and the pieces are joined by copper.

次に、機械切削によりカプセル51を除去することによって、図21(c)に示すように、本実施例のヒートスプレッダが得られた。以上のようにして、本実施例のヒートスプレッダを作製した。本実施例のヒートスプレッダの銅含有率は5vol%である。   Next, by removing the capsule 51 by mechanical cutting, as shown in FIG. 21C, the heat spreader of this example was obtained. As described above, the heat spreader of this example was manufactured. The copper content of the heat spreader of this example is 5 vol%.

〔物性測定〕
本実施例のヒートスプレッダについて、ヒートスプレッダの中心から径方向の熱伝導率および熱膨張率を測定し、また、厚さ方向の熱伝導率を測定した。径方向の熱伝導率および厚さ方向の熱伝導率は共に400W/mKであり、充分に高い値が得られた。また、径方向の熱膨張率は2ppm/℃であり、シリコンチップの熱膨張率に充分に近い値が得られた。これらの値は図22の表に掲げる。本実施例のヒートスプレッダを、例えば図17に示すような冷却構造におけるヒートスプレッダとして組み込み、半導体チップ101での放熱量を50Wとすると、当該半導体チップ101の温度は65℃以上には昇温しなかった。
(Physical property measurement)
For the heat spreader of this example, the thermal conductivity and the thermal expansion coefficient in the radial direction from the center of the heat spreader were measured, and the thermal conductivity in the thickness direction was measured. Both the thermal conductivity in the radial direction and the thermal conductivity in the thickness direction were 400 W / mK, and a sufficiently high value was obtained. Moreover, the thermal expansion coefficient in the radial direction was 2 ppm / ° C., and a value sufficiently close to the thermal expansion coefficient of the silicon chip was obtained. These values are listed in the table of FIG. For example, when the heat spreader of the present embodiment is incorporated as a heat spreader in a cooling structure as shown in FIG. 17 and the heat dissipation amount in the semiconductor chip 101 is 50 W, the temperature of the semiconductor chip 101 does not rise above 65 ° C. .

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.

(付記1)第1面およびこれとは反対の第2面を有するヒートスプレッダであって、
マトリックス材、および、当該マトリックス材中を延びる複数の炭素繊維材を含み、
前記複数の炭素繊維材は、前記第1面に対する当該複数の炭素繊維材の複数の仮想投影線が、前記第1面から前記第2面までの厚さの方向に延びる配向基準軸を中心として放射状に延びるように、配置されている、ヒートスプレッダ。
(付記2)前記複数の炭素繊維材は、前記第1面と前記配向基準軸との交差箇所を中心として放射状に延びる、付記1に記載のヒートスプレッダ。
(付記3)第1面およびこれとは反対の第2面を有するヒートスプレッダであって、
マトリックス材と、
前記マトリックス材中を延びる複数の炭素繊維材を各々が含み、且つ、前記第1面に沿って延びる配向基準線を各々が有する、3以上の複数の炭素繊維群と、を含み、
各炭素繊維群における前記複数の炭素繊維材の各々は、前記第1面に対する当該炭素繊維材の仮想投影線が当該炭素繊維群における前記配向基準線に沿って延びるように、配置され、
前記複数の炭素繊維群における前記複数の配向基準線は、前記厚さの方向に延びる配向基準軸を中心として放射状に延びる、ヒートスプレッダ。
(付記4)前記複数の炭素繊維材の各々は、前記第1面に沿って延びる、付記1または3に記載のヒートスプレッダ。
(付記5)前記厚さの方向に各々が延びる複数の炭素繊維材を更に含む、付記1から4のいずれか一つに記載のヒートスプレッダ。
(付記6)前記マトリックス材は、銀、銅、アルミニウム、およびマグネシウムよりなる群から選択される金属を含む、付記1から5のいずれか一つに記載のヒートスプレッダ。
(付記7)前記マトリックス材はアモルファス炭素を含む、付記1から6のいずれか一つに記載のヒートスプレッダ。
(付記8)付記1から7のいずれか一つに記載のヒートスプレッダと発熱性の電子部品とを備える電子装置であって、
前記電子部品は、前記ヒートスプレッダの前記第1面において前記配向基準軸が通過する箇所に対して熱的に接続されている、電子装置。
(付記9)付記1から7のいずれか一つに記載のヒートスプレッダと、発熱性の電子部品と、放熱体とを備える電子装置であって、
前記電子部品は、前記ヒートスプレッダの前記第1面において前記配向基準軸が通過する箇所に対して熱的に接続されており、
前記放熱体は、前記ヒートスプレッダの前記第2面に対して熱的に接続されている、電子装置。
(付記10)複数の炭素繊維布を、配向基準軸に沿って、且つ、当該配向基準軸を中心として放射状に延びるように、配置するための工程と、
当該複数の炭素繊維布にマトリックス材を含浸することにより、マトリックス材および複数の炭素繊維布を含む炭素繊維強化材料体を得るための工程と、
前記炭素繊維強化材料体を切断するための工程と、を含む、ヒートスプレッダ製造方法。
(Appendix 1) A heat spreader having a first surface and a second surface opposite to the first surface,
Including a matrix material and a plurality of carbon fiber materials extending through the matrix material;
The plurality of carbon fiber materials are centered on an orientation reference axis in which a plurality of virtual projection lines of the plurality of carbon fiber materials with respect to the first surface extend in a thickness direction from the first surface to the second surface. A heat spreader that is arranged to extend radially.
(Supplementary note 2) The heat spreader according to supplementary note 1, wherein the plurality of carbon fiber materials extend radially around a crossing point between the first surface and the orientation reference axis.
(Supplementary Note 3) A heat spreader having a first surface and a second surface opposite to the first surface,
Matrix material,
A plurality of carbon fiber groups each including a plurality of carbon fiber materials extending in the matrix material and each having an alignment reference line extending along the first surface,
Each of the plurality of carbon fiber materials in each carbon fiber group is arranged such that a virtual projection line of the carbon fiber material with respect to the first surface extends along the orientation reference line in the carbon fiber group,
The heat spreader, wherein the plurality of alignment reference lines in the plurality of carbon fiber groups extend radially around an alignment reference axis extending in the thickness direction.
(Additional remark 4) Each of these carbon fiber materials is a heat spreader of Additional remark 1 or 3 extended along the said 1st surface.
(Supplementary note 5) The heat spreader according to any one of supplementary notes 1 to 4, further comprising a plurality of carbon fiber materials each extending in the thickness direction.
(Supplementary note 6) The heat spreader according to any one of supplementary notes 1 to 5, wherein the matrix material includes a metal selected from the group consisting of silver, copper, aluminum, and magnesium.
(Appendix 7) The heat spreader according to any one of appendices 1 to 6, wherein the matrix material includes amorphous carbon.
(Appendix 8) An electronic device comprising the heat spreader according to any one of appendices 1 to 7 and a heat-generating electronic component,
The electronic device is an electronic device that is thermally connected to a location through which the orientation reference axis passes on the first surface of the heat spreader.
(Supplementary note 9) An electronic device comprising the heat spreader according to any one of supplementary notes 1 to 7, a heat-generating electronic component, and a radiator.
The electronic component is thermally connected to a location where the orientation reference axis passes on the first surface of the heat spreader,
The heat radiator is an electronic device that is thermally connected to the second surface of the heat spreader.
(Supplementary Note 10) A step of arranging a plurality of carbon fiber cloths so as to extend radially along the alignment reference axis and centering on the alignment reference axis;
A step for obtaining a carbon fiber reinforced material body including a matrix material and a plurality of carbon fiber cloths by impregnating the matrix material into the plurality of carbon fiber cloths;
And a step for cutting the carbon fiber reinforced material body.

本発明の第1の実施形態に係るヒートスプレッダの一部切り欠き斜視図である。1 is a partially cutaway perspective view of a heat spreader according to a first embodiment of the present invention. 図1の線II−IIに沿った断面図である。It is sectional drawing along line II-II of FIG. 第1の実施形態における炭素繊維材の第1面に対する仮想投影線を表す。The virtual projection line with respect to the 1st surface of the carbon fiber material in 1st Embodiment is represented. 第1の実施形態に係るヒートスプレッダの製造方法を表す。The manufacturing method of the heat spreader which concerns on 1st Embodiment is represented. 第1の実施形態に係るヒートスプレッダを含む冷却構造を表す。The cooling structure containing the heat spreader which concerns on 1st Embodiment is represented. 第1の実施形態に係るヒートスプレッダの変形例における、配向基準軸と、炭素繊維材の第1面に対する仮想投影線とを表す。The orientation reference axis | shaft in the modification of the heat spreader which concerns on 1st Embodiment, and the virtual projection line with respect to the 1st surface of a carbon fiber material are represented. 本発明の第2の実施形態に係るヒートスプレッダの一部切り欠き斜視図である。It is a partially cutaway perspective view of a heat spreader according to a second embodiment of the present invention. 図7の線VIII−VIIIに沿った断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 7. 第2の実施形態における炭素繊維材の第1面に対する仮想投影線を表す。The virtual projection line with respect to the 1st surface of the carbon fiber material in 2nd Embodiment is represented. 第2の実施形態に係るヒートスプレッダを含む冷却構造を表す。The cooling structure containing the heat spreader which concerns on 2nd Embodiment is represented. 本発明の第3の実施形態に係るヒートスプレッダの一部切り欠き斜視図である。It is a partially notched perspective view of the heat spreader which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図11の線XII−XIIに沿った断面図である。It is sectional drawing along line XII-XII of FIG. 図11の線XIII-XIIIに沿った断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII in FIG. 11. 第3の実施形態における炭素繊維材の第1面に対する仮想投影線、ないし当該第1面上に露出する炭素繊維布を、表す。The virtual projection line with respect to the 1st surface of the carbon fiber material in 3rd Embodiment, or the carbon fiber cloth exposed on the said 1st surface is represented. 第3の実施形態に係るヒートスプレッダの製造方法の一例を表す。An example of the manufacturing method of the heat spreader which concerns on 3rd Embodiment is represented. 第3の実施形態に係るヒートスプレッダの製造方法の他の例を表す。The other example of the manufacturing method of the heat spreader which concerns on 3rd Embodiment is represented. 第3の実施形態に係るヒートスプレッダを含む冷却構造を表す。The cooling structure containing the heat spreader which concerns on 3rd Embodiment is represented. 第3の実施形態に係るヒートスプレッダの変形例の断面図である。It is sectional drawing of the modification of the heat spreader which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係るヒートスプレッダの他の変形例における、炭素繊維材の第1面に対する仮想投影線を表す。The virtual projection line with respect to the 1st surface of a carbon fiber material in the other modification of the heat spreader which concerns on 3rd Embodiment is represented. 実施例1〜6におけるヒートスプレッダ製造方法を表す。The heat spreader manufacturing method in Examples 1-6 is represented. 実施例8におけるヒートスプレッダ製造方法を表す。The heat spreader manufacturing method in Example 8 is represented. 実施例1〜8および比較例1〜5の物性測定の結果をまとめた表である。It is the table | surface which put together the result of the physical-property measurement of Examples 1-8 and Comparative Examples 1-5. ヒートシンクおよびヒートスプレッダが利用されている、半導体チップのための冷却構造の一例を表す。1 represents an example of a cooling structure for a semiconductor chip in which a heat sink and a heat spreader are utilized. 従来のヒートスプレッダを表す。(a)は断面図であり、(b)は部分拡大斜視図である。Represents a conventional heat spreader. (A) is sectional drawing, (b) is a partial expansion perspective view. 従来の他のヒートスプレッダを表す。(a)は断面図であり、(b)は部分拡大斜視図である。It represents another conventional heat spreader. (A) is sectional drawing, (b) is a partial expansion perspective view. 従来の他のヒートスプレッダを表す。(a)は断面図であり、(b)は部分拡大斜視図である。It represents another conventional heat spreader. (A) is sectional drawing, (b) is a partial expansion perspective view.

符号の説明Explanation of symbols

10,20,30 ヒートスプレッダ
10A,20A,30A 第1面
10B,20B,30B 第2面
11,21,31 マトリックス材
12,12’,32,32’ 炭素繊維布
12a,12b,22,32a,32b 炭素繊維材
A1,A2,A3 配向基準軸
L 配向基準線
101 半導体チップ
102 ヒートシンク
103 基板
104’ ハンダ
105 サーマルグリース
10, 20, 30 Heat spreader 10A, 20A, 30A First side 10B, 20B, 30B Second side 11, 21, 31 Matrix material 12, 12 ', 32, 32' Carbon fiber cloth 12a, 12b, 22, 32a, 32b Carbon fiber material A1, A2, A3 Orientation reference axis L Orientation reference line 101 Semiconductor chip 102 Heat sink 103 Substrate 104 'Solder 105 Thermal grease

Claims (8)

第1面およびこれとは反対の第2面を有するヒートスプレッダであって、
マトリックス材、および、当該マトリックス材中を延びる複数の炭素繊維材を含み、
前記複数の炭素繊維材は、前記第1面に対する当該複数の炭素繊維材の複数の仮想投影線が、前記第1面から前記第2面までの厚さの方向に延びる配向基準軸を中心として放射状に延びるように、配置されている、ヒートスプレッダ。
A heat spreader having a first side and a second side opposite thereto,
Including a matrix material and a plurality of carbon fiber materials extending through the matrix material;
The plurality of carbon fiber materials are centered on an orientation reference axis in which a plurality of virtual projection lines of the plurality of carbon fiber materials with respect to the first surface extend in a thickness direction from the first surface to the second surface. A heat spreader that is arranged to extend radially.
前記複数の炭素繊維材は、前記第1面と前記配向基準軸との交差箇所を中心として放射状に延びる、請求項1に記載のヒートスプレッダ。   2. The heat spreader according to claim 1, wherein the plurality of carbon fiber materials extend radially around a crossing point between the first surface and the orientation reference axis. 第1面およびこれとは反対の第2面を有するヒートスプレッダであって、
マトリックス材と、
前記マトリックス材中を延びる複数の炭素繊維材を各々が含み、且つ、前記第1面に沿って延びる配向基準線を各々が有する、3以上の複数の炭素繊維群と、を含み、
各炭素繊維群における前記複数の炭素繊維材の各々は、前記第1面に対する当該炭素繊維材の仮想投影線が当該炭素繊維群における前記配向基準線に沿って延びるように、配置され、
前記複数の炭素繊維群における前記複数の配向基準線は、前記第1面から前記第2面までの厚さの方向に延びる配向基準軸を中心として放射状に延びる、ヒートスプレッダ。
A heat spreader having a first side and a second side opposite thereto,
Matrix material,
A plurality of carbon fiber groups each including a plurality of carbon fiber materials extending in the matrix material and each having an alignment reference line extending along the first surface,
Each of the plurality of carbon fiber materials in each carbon fiber group is arranged such that a virtual projection line of the carbon fiber material with respect to the first surface extends along the orientation reference line in the carbon fiber group,
The plurality of alignment reference lines in the plurality of carbon fiber groups extend radially around an alignment reference axis extending in a thickness direction from the first surface to the second surface.
前記複数の炭素繊維材の各々は、前記第1面に沿って延びる、請求項1または3に記載のヒートスプレッダ。   4. The heat spreader according to claim 1, wherein each of the plurality of carbon fiber materials extends along the first surface. 前記厚さの方向に各々が延びる複数の炭素繊維材を更に含む、請求項1から4のいずれか一つに記載のヒートスプレッダ。   The heat spreader according to any one of claims 1 to 4, further comprising a plurality of carbon fiber materials each extending in the thickness direction. 請求項1から5のいずれか一つに記載のヒートスプレッダと発熱性の電子部品とを備える電子装置であって、
前記電子部品は、前記ヒートスプレッダの前記第1面において前記配向基準軸が通過する箇所に対して熱的に接続されている、電子装置。
An electronic device comprising the heat spreader according to any one of claims 1 to 5 and an exothermic electronic component,
The electronic device is an electronic device that is thermally connected to a location through which the orientation reference axis passes on the first surface of the heat spreader.
請求項1から5のいずれか一つに記載のヒートスプレッダと、発熱性の電子部品と、放熱体とを備える電子装置であって、
前記電子部品は、前記ヒートスプレッダの前記第1面において前記配向基準軸が通過する箇所に対して熱的に接続されており、
前記放熱体は、前記ヒートスプレッダの前記第2面に対して熱的に接続されている、電子装置。
An electronic device comprising the heat spreader according to any one of claims 1 to 5, an exothermic electronic component, and a radiator.
The electronic component is thermally connected to a location where the orientation reference axis passes on the first surface of the heat spreader,
The heat radiator is an electronic device that is thermally connected to the second surface of the heat spreader.
複数の炭素繊維布を、配向基準軸に沿って、且つ、当該配向基準軸を中心として放射状に延びるように、配置するための工程と、
当該複数の炭素繊維布にマトリックス材を含浸することにより、マトリックス材および複数の炭素繊維布を含む炭素繊維強化材料体を得るための工程と、
前記炭素繊維強化材料体を切断するための工程と、を含む、ヒートスプレッダ製造方法。
A step of arranging a plurality of carbon fiber cloths along the alignment reference axis and extending radially about the alignment reference axis;
A step for obtaining a carbon fiber reinforced material body including a matrix material and a plurality of carbon fiber cloths by impregnating the matrix material into the plurality of carbon fiber cloths;
And a step for cutting the carbon fiber reinforced material body.
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