JP2019161063A - 電子部品の放熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体の熱を効率よく放熱体へ伝達して放熱効果を向上させることが可能な電子部品の放熱構造を提供する。【解決手段】放熱構造２０は、半導体デバイス１０、基板１１、ヒートスプレッダ１３、銅インレイ１４、絶縁層１５、ヒートシンク１６を備える。基板１１は、半導体デバイス１０が第１面１１ａに配置され、半導体デバイス１０の熱が伝達される。ヒートスプレッダ１３は、第１面１１ａにおいて半導体デバイス１０に近接配置され、基板１１に伝達された熱を拡散する。銅インレイ１４は、基板１１内に設けられ、第１面１１ａ側において半導体デバイス１０とヒートスプレッダ１３とにまたがるように配置された銅インレイ１４ａと、ヒートスプレッダ１３から熱が伝達される位置に配置された銅インレイ１４ｂとを有する。ヒートシンク１６は、基板１１の第２面１１ｂに配置され、銅インレイ１４を介して伝達される熱を大気に放出する。【選択図】図２

Description

本発明は、電子部品の放熱構造に関する。

近年、半導体デバイス（発熱体）の小型化に伴って、基板上に配置された半導体デバイスにおいて発生した熱が局所的に基板に対して伝達されるため、発熱体の熱をより効率よく放熱体から放熱させる放熱構造が求められている。
例えば、特許文献１には、発熱体において発生した熱を効果的に放熱するために、基板上に設けられた受熱部と放熱部との間に放熱経路が設けられたプリント配線板の構造について開示されている。

具体的には、特許文献１に開示されたプリント配線板は、基板の内部に設けられた厚銅箔層と、厚銅箔層と受熱部とを連通させる位置に設けられ銅製の伝熱柱状体が配置された受熱部側スルーホールと、厚銅箔層と放熱部とを連通させる位置に設けられ銅製の伝熱柱状体が配置された放熱部側スルーホールとを備えている。

特開２０１２−２２２１７９号公報 特開２００８−２０５４５３号公報 特開２０１２−１９９３３２号公報 特開平６−２８３６３５号公報

しかしながら、上記従来のプリント配線板の放熱構造では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、上記公報に開示されたプリント配線板の放熱構造では、発熱体の熱が、ビア（Via）を介して基板の内部に設けられた厚銅箔層に伝達され、厚銅箔層を介して面方向に伝達される構成となっている。このため、ビアの部分で熱抵抗が大きくなって、効率よく放熱体へ熱を伝達することが難しいという課題がある。

本発明の課題は、発熱体の熱を効率よく放熱体へ伝達して放熱効果を向上させることが可能な電子部品の放熱構造を提供することにある。

第１の発明に係る電子部品の放熱構造は、発熱体と、支持体と、熱拡散体と、柱状体と、放熱体と、を備えている。支持体は、第１面と第１面とは反対側の第２面とを有し、発熱体が第１面に配置され、発熱体の熱が伝達される。熱拡散体は、第１面における発熱体と近接する位置に配置され、発熱体から支持体に伝達された熱を第１面に平行な方向へ拡散する。柱状体は、支持体の内部において第１面に交差する方向に沿って設けられており、支持体に伝達された熱を第１面側から第２面側へ伝達するとともに、第１面側において発熱体と熱拡散体とにまたがるように配置された第１柱状体と、熱拡散体から熱が伝達される位置に配置された第２柱状体とを有する。放熱体は、支持体の第２面に配置され、第１面側から柱状体を介して伝達される熱を大気に放出する。

ここでは、半導体デバイス等の発熱体において生じた熱を放熱体から放出する放熱構造において、支持体の第１面に、発熱体と熱拡散体とを配置している。そして、支持体の第２面側に、発熱体において生じた熱を大気へ放出する放熱体を配置している。さらに、支持体の内部には、第１面に交差する方向に沿って、高い熱伝導率を有する複数の柱状体が設けられている。そして、複数の柱状体は、第１面側において、発熱体と熱拡散体とにまたがるように配置された第１柱状体と、熱拡散体に対向する位置に配置された第２柱状体とを有している。

ここで、本電子部品の放熱構造は、例えば、回路基板、電力変換装置等に適用される放熱構造である。
発熱体には、例えば、半導体デバイス、コンデンサ、抵抗チップ等の電子部品が含まれる。
支持体には、例えば、樹脂製やセラミック製の基板等が含まれる。

熱拡散体は、例えば、銅、アルミニウム、鉄、セラミック等、熱伝導率の高い金属等によって形成されたヒートスプレッダであって、発熱体において生じた熱を第１面の面方向に拡散するために、第１面に設けられている。
柱状体は、例えば、銅等の熱伝導率の高い金属によって形成されており、第１面から第２面にかけて熱を伝達するために、支持体の内部に複数設けられている。また、柱状体は、第１面に隣接して配置された発熱体と熱拡散体とにまたがるように、支持体の内部に設けられており、第１面に平行な断面が所定の面積以上になっている。

放熱体は、例えば、銅、アルミニウム、鉄等の熱伝導率の高い金属等によって形成されたヒートシンクであって、発熱体において生じた熱を所定の方向へ放出するために、支持体の第２面側に設けられている。
これにより、発熱体において生じた熱は、接触している第１面に伝達された後、第１面および柱状体（第１柱状体）の第１面側の部分を介して、第１面において発熱体に隣接配置された熱拡散体へと伝達される。そして、熱拡散体は、伝達された熱を、第１面の面方向に拡散して、発熱体から離れた位置にある柱状体（第２柱状体）に対して熱を伝達することができる。

よって、熱拡散体において第１面の面方向に拡散された熱は、熱拡散体に接触する第１面の部分および柱状体（第１柱状体および第２柱状体）を介して、第２面側へ伝達され、第２面に接触している放熱体から大気へと放出される。
この結果、発熱体におい生じた熱を効率よく放熱体へ伝達して、従来よりも放熱効果を向上させることができる。

第２の発明に係る電子部品の放熱構造は、第１の発明に係る電子部品の放熱構造であって、発熱体の熱は、支持体の第１面側を介して熱拡散体に伝達され、複数の熱拡散体によって第１面の面方向に拡散され、柱状体を介して第２面側の放熱体へ伝達される。
ここでは、発熱体において生じた熱の伝達経路を特定する。
すなわち、発熱体において生じた熱は、支持体の第１面を介して、第１面における発熱体に隣接する位置に設けられた熱拡散体へと伝達される。そして、熱拡散体は、第１面から伝達された熱を、第１面の面方向に沿って拡散する。さらに、熱拡散体によって第１面方向に拡散された熱は、柱状体を介して第２面側へ伝達され、第２面に配置された放熱体から大気へ放出される。

これにより、第１面においては、発熱体と接触する部分だけでなく、熱拡散体が設けられた効果によって第１面において発熱体から離れた位置まで熱が伝達される。
この結果、従来よりも、発熱体において生じた熱を他の部材へ伝達しやすくなるとともに、放熱体への熱伝達率を上げて、放熱効果を向上させることができる。

第３の発明に係る電子部品の放熱構造は、第１または第２の発明に係る電子部品の放熱構造であって、熱拡散体は、第１面において、発熱体を挟み込むように複数配置されている。
ここでは、発熱体を挟み込むように、複数の熱拡散体を第１面に配置している。
これにより、発熱体において生じた熱は、第１面を介して複数の熱拡散体へ伝達され、熱拡散体によって第１面の面方向に拡散される。
この結果、従来よりも、発熱体において生じた熱を他の部材へ伝達しやすくなるとともに、放熱体への熱伝達率を上げて、放熱効果を向上させることができる。

第４の発明に係る電子部品の放熱構造は、第１から第３の発明のいずれか１つに係る電子部品の放熱構造であって、支持体は、第１面および第２面にそれぞれ配置され、伝熱性を有する伝熱層を、さらに有している。
ここでは、支持体の第１面および第２面を覆うように、伝熱層が配置されている。
ここで、伝熱層には、例えば、電子部品の基板の表面を覆う銅箔等の薄い伝熱性を有する層が含まれる。
これにより、発熱体において生じた熱を、支持体の第１面および第２面を覆うように配置された伝熱層を介して、面方向へ効率よく伝達することができる。

第５の発明に係る電子部品の放熱構造は、第１から第４の発明のいずれか１つに係る電子部品の放熱構造であって、支持体の第２面と放熱体との間に配置され、柱状体から伝達された熱を放熱体へ伝達するとともに、支持体と放熱体との間を電気的に絶縁する絶縁層を、さらに備えている。

ここでは、支持体の第２面と放熱体との間に、絶縁層が設けられている。
これにより、支持体（柱状体を含む）の第１面側から第２面側へと伝達されてきた熱を伝達する一方で、支持体の第２面と放熱体との間における電気的絶縁状態を担保することができる。
この結果、例えば、支持体として電気回路基板を用いた場合でも、熱の伝達経路が電気回路へ悪影響を及ぼすことを防止することができる。

第６の発明に係る電子部品の放熱構造は、第１から第５の発明のいずれか１つに係る電子部品の放熱構造であって、発熱体および熱拡散体と第１面との間に配置されたはんだ層を、さらに備えている。
ここでは、例えば、支持体として電気回路基板を用いた場合において、発熱体および熱拡散体をはんだ層を介して支持体に固定している。
これにより、安価な方法によって確実に発熱体および熱拡散体を支持体の第１面に固定するとともに、熱の伝達を促すことができる。

第７の発明に係る電子部品の放熱構造は、第１から第６の発明のいずれか１つに係る電子部品の放熱構造であって、熱拡散体は、第１面に向かって突出し、支持体に挿入される突起部と有している。
ここでは、熱拡散体における第１面と対向する部分に、第１面に向かって突出する突起部が設けられている。
これにより、突起部が第１面に刺さるように配置されることで、熱拡散体が第１面において位置ずれを起こすことを防止することができる。

第８の発明に係る電子部品の放熱構造は、第１から第７の発明のいずれか１つに係る電子部品の放熱構造であって、第１面において発熱体および熱拡散体の周囲を覆うように配置されたレジスト層を、さらに備えている。

ここでは、第１面において、発熱体と発熱体に隣接して配置された熱拡散体の周囲を覆うようにレジスト層が設けられている。
これにより、製造過程において形成されるレジスト層を、熱拡散体の周囲に残すことで、熱拡散体が第１面において位置ずれを起こすことを防止することができる。

第９の発明に係る電子部品の放熱構造は、第１から第８の発明のいずれか１つに係る電子部品の放熱構造であって、柱状体は、銅インレイを含む。
ここでは、支持体の第１面から第２面へと熱を伝達する柱状体として、銅インレイを用いる。
これにより、安価かつ伝熱性の高い銅を用いた柱状体を用いて、効率よく、第１面側から第２面側へと熱を伝達することができる。

第１０発明に係る電子部品の放熱構造は、第１から第９の発明のいずれか１つに係る電子部品の放熱構造であって、支持体は、伝熱性を有する樹脂製の基板、またはセラミック基板を含む。
ここでは、支持体として、伝熱性を有する樹脂製の基板やセラミック基板を用いる。
これにより、発熱体において生じた熱を、支持体を介して、所定の方向へ伝達することができる。

第１１発明に係る電子部品の放熱構造は、第１から第１０の発明のいずれか１つに係る電子部品の放熱構造であって、発熱体は、半導体デバイス、コンデンサ、抵抗チップを含む。
ここでは、発熱体として、半導体デバイス、コンデンサ、抵抗チップを挙げている。
これにより、半導体デバイス、コンデンサ、および抵抗チップ等の発熱体を含む電子部品において、効率よく放熱体へ熱を伝達して放熱することができる。

本発明に係る電子部品の放熱構造によれば、発熱体の熱を効率よく放熱体へ伝達して放熱効果を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る放熱構造の全体構成を示す斜視図。 図１の放熱構造の断面図。 （ａ）は、図２のＡ部分の拡大図。（ｂ）は、図２のＢ部分の拡大図。 図２の放熱構造における半導体デバイスにおいて生じた熱の伝達経路を示す断面図。 図２の放熱構造における熱抵抗回路を示す図。 本発明の実施例に係る放熱構造において測定される温度（ｔ１，ｔ２）の測定位置を示す断面図。 本発明の比較例に係る放熱構造において測定される温度（ｔ１，ｔ２）の測定位置を示す断面図。 （ａ）は、本実施例と比較例とにおける温度ｔ１を比較したグラフ。（ｂ）は、本実施例と比較例とにおける温度ｔ２を比較したグラフ。 本発明の他の実施形態に係る放熱構造の構成を示す断面図。 本発明のさらに他の実施形態に係る放熱構造の構成を示す断面図。

本発明の一実施形態に係る電子部品の放熱構造（以下、放熱構造２０と示す。）について、図１〜図５を用いて説明すれば以下の通りである。
本実施形態に係る放熱構造２０は、半導体デバイス１０等の発熱体を含む電力変換装置等における放熱効果を高めるために構成されている。そして、放熱構造２０は、図１および図２に示すように、半導体デバイス（発熱体）１０と、基板（支持体）１１と、はんだ層１２ａと、ヒートスプレッダ１３と、銅インレイ（柱状体）１４と、絶縁層１５と、ヒートシンク１６と、を備えている。

半導体デバイス（発熱体）１０は、図１および図２に示すように、基板１１のほぼ中央に配置されている。そして、半導体デバイス１０は、電力変換装置等の各種装置に搭載されており、電力供給によって発熱する。
このため、本実施形態の放熱構造２０では、半導体デバイス１０において生じた熱を、効率よく大気へ放出する構造を採用している。

基板（支持体）１１は、ガラスエポキシ等の樹脂によって形成された板状の部材であって、半導体デバイス１０およびヒートスプレッダ１３を支持する。そして、基板１１は、図１および図２に示すように、第１面１１ａ、第２面１１ｂ、本体部１１ｃ、および銅箔（伝熱層）１１ｄ，１１ｅを有している。
第１面１１ａは、図２における基板１１の上面を構成しており、半導体デバイス１０およびヒートスプレッダ１３が接触した状態で配置されている。そして、第１面１１ａは、基板１１に含まれる銅箔１１ｄによって形成されている。

第２面１１ｂは、図２における基板１１の下面を構成しており、ヒートシンク１６と接触した状態で配置されている。そして、第２面１１ｂは、基板１１に含まれる銅箔１１ｅによって形成されている。
本体部１１ｃは、ガラスエポキシ等の樹脂によって成形されており、基板１１の中央部分の層を構成する。そして、本体部１１ｃは、円柱状の複数の銅インレイ１４が第１面１１ａから第２面１１ｂにかけて埋め込まれるように配置されている。

銅箔１１ｄ，１１ｅは、基板１１の表面および裏面側にそれぞれ配置された銅製の薄膜であって、導電性および伝熱性を有している。これにより、第１面１１ａ側に配置された銅箔１１ｄは、基板１１の第１面１１ａに配置された電気回路を電気的に接続する。
はんだ層１２ａは、図１および図２に示すように、基板１１の第１面１１ａに対して、半導体デバイス１０等を電気的に接続しつつ固定するために、製造過程における半田付け工程において形成される。そして、はんだ層１２ａは、銅箔１１ｄ，１１ｅと同様に、導電性および伝熱性を有している。

ヒートスプレッダ１３は、銅製のブロック体であって、発熱体（半導体デバイス１０）と放熱体（ヒートシンク１６）との間における緩衝体として、放熱性を向上させるために設けられている。そして、ヒートスプレッダ１３は、図１および図２に示すように、基板１１の第１面１１ａにおける半導体デバイス１０の近傍に隣接して配置されている。
より詳細には、２つのヒートスプレッダ１３が、図１および図２に示すように、図中における左右から半導体デバイス１０を挟み込むように配置されている。そして、ヒートスプレッダ１３は、半導体デバイス１０において生じた熱を、第１面１１ａに沿って面方向に拡散する。

これにより、半導体デバイス１０において生じた熱を、半導体デバイス１０が配置された第１面１１ａに沿って面方向に拡散することができる。よって、半導体デバイス１０から離れた位置にある銅インレイ１４（銅インレイ１４ｂ）に対しても十分に熱を伝達することができる。
ここで、本実施形態の放熱構造２０では、図２等に示すように、放熱性を向上させるために、ヒートスプレッダ１３が第１面１１ａに配置されている。

このため、第１面１１ａ側の空間に余裕がある場合には、ヒートスプレッダ１３の厚みを増大させることで、ヒートスプレッダ１３における伝熱性をさらに向上させることができる。さらに、第１面１１ａにヒートスプレッダ１３を追加するだけの簡易な構成により、放熱構造２０の放熱性を容易に向上させることができる。
さらに、基板１１の第１面１１ａにヒートスプレッダ１３が追加されたことで、熱伝導率の高いヒートスプレッダ１３の表面からも熱を放出することができるため、放熱性をさらに向上させることができる。

銅インレイ（柱状体）１４は、図１および図２に示すように、銅によって形成された円柱状の部分であって、導電性および伝熱性を有している。そして、銅インレイ１４は、基板１１の第１面１１ａ側と第２面１１ｂ側とにそれぞれ配置された銅箔１１ｄ，１１ｅと上下の端部が接続されるように配置されている。
これにより、基板１１の第１面１１ａ側と第２面１１ｂ側との間において、４つの銅インレイ１４を介して電気的に接続されるとともに、銅インレイ１４が熱伝達の経路となることで、半導体デバイス１０において生じた熱を効率よく第１面１１ａ側から第２面１１ｂ側へ伝達することができる。

また、銅インレイ１４は、図２に示すように、半導体デバイス１０の直下に配置された銅インレイ（第１柱状体）１４ａと、半導体デバイス１０から離れた位置に配置された銅インレイ（第２柱状体）１４ｂと、を有している。
銅インレイ（第１柱状体）１４ａは、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、半導体デバイス１０の直下の位置、すなわち、平面視において半導体デバイス１０の一部が重なる位置に配置されている（図１参照）。

これにより、半導体デバイス１０において生じた熱を、銅箔１１ｄを介して銅インレイ１４ａに対しても効率よく伝達することができる。
さらに、銅インレイ１４ａは、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、半導体デバイス１０とヒートスプレッダ１３とにまたがる位置、すなわち、平面視において半導体デバイス１０とヒートスプレッダ１３とに一部が重なる位置に配置されている（図１参照）。

これにより、半導体デバイス１０から銅箔１１ｄを介して銅インレイ１４ａに伝達された熱を、銅インレイ１４ａの第１面１１ａ側の端部において、半導体デバイス１０に隣接配置されたヒートスプレッダ１３に対しても伝達することができる。
銅インレイ（第２柱状体）１４ｂは、半導体デバイス１０から離れた位置、かつヒートスプレッダ１３の直下であって、銅インレイ１４ａの外側に隣接して配置されている。そして、銅インレイ１４ｂは、半導体デバイス１０から銅箔１１ｄおよび銅インレイ１４ａの一部を介してヒートスプレッダ１３に伝達された熱を、第１面１１ａ側から第２面１１ｂ側へと伝達する。

これにより、ヒートスプレッダ１３によって第１面１１ａの面方向に拡散された熱を、銅インレイ１４ｂを介して、第１面１１ａ側から第２面１１ｂ側へと伝達することができる。
絶縁層１５は、基板１１とヒートシンク１６との間における電気的な絶縁を確保するために、図１および図２に示すように、基板１１の第２面１１ｂとヒートシンク１６との間に設けられている。そして、絶縁層１５は、導電性を有さず、伝熱性を有している。

これにより、複数の銅インレイ１４を介して、第１面１１ａ側から第２面１１ｂ側へと伝達された熱を、ヒートシンク１６へ伝達することができる。
ヒートシンク１６は、高い熱伝導率を有するアルミニウム製の金属ブロック体であって、図１および図２に示すように、絶縁層１５を介して、基板１１の第２面１１ｂ側に接触するように設けられている。また、ヒートシンク１６は、第２面１１ｂと同等か、あるいは第２面１１ｂよりも面積が大きい。

これにより、ヒートシンク１６は、基板１１および複数の銅インレイ１４等を介して第１面１１ａ側から第２面１１ｂ側へと伝達されてきた熱を、効率よく、大気へと放出することができる。

＜半導体デバイス１０からの熱の伝達経路＞
本実施形態の放熱構造２０では、以上のような構成を備え、半導体デバイス１０において生じた熱を、効率よくヒートシンク１６へ伝達することで、放熱性を向上させる。
具体的には、放熱構造２０は、図４に示す経路に沿って、半導体デバイス１０において生じた熱を、第１面１１ａ側から第２面１１ｂ側へと伝達し、ヒートシンク１６から放出する。
すなわち、半導体デバイス１０において生じた熱は、図４に示すように、まず、半導体デバイス１０からはんだ層１２ａを介して基板１１の第１面１１ａへ伝達される。

次に、第１面１１ａに伝達された熱は、図４に示すように、銅箔１１ｄおよび銅インレイ１４ａの端部を介して、図４における左右方向（第１面１１ａの面方向）へと伝達される。
次に、第１面１１ａを介してヒートスプレッダ１３に伝達された熱は、図４に示すように、銅箔１１ｄよりも厚みが大きいヒートスプレッダ１３において、効率よく第１面１１ａの面方向に沿って拡散される。

ここで、図５に示すヒートスプレッダ１３における熱抵抗は、ヒートスプレッダ１３の厚みを大きくすることによって、小さくすることができる。すなわち、ヒートスプレッダ１３は、基板１１の第１面１１ａに半導体デバイス１０に隣接して配置されているため、第１面１１ａ側の空間次第で、必要な熱抵抗になるように厚みをコントロールすることができる。

次に、ヒートスプレッダ１３において面方向に拡散された熱は、図４に示すように、ヒートスプレッダ１３の直下に配置された複数の銅インレイ１４を介して、第１面１１ａ側から第２面１１ｂ側へと伝達される。
ここで、ヒートスプレッダ１３の直下には、図４に示すように、第１面１１ａ側における銅インレイ１４ａの端面の全体と、銅インレイ１４ｂの端面の一部とが配置されている。

次に、基板１１の第２面１１ｂ側へ伝達された熱は、図４に示すように、絶縁層１５を介してヒートシンク１６へと伝達される。
このとき、ヒートシンク１６に対して伝達される熱は、半導体デバイス１０を中心とする円の中心が最も熱量が大きく、径方向外側になるほど熱量が小さくなりやすい。
しかし、本実施形態の放熱構造２０では、上述したように、基板１１の第１面１１ａにおける半導体デバイス１０に隣接する位置にヒートスプレッダ１３が設けられている。

これにより、ヒートスプレッダ１３が設けられていない従来の構成と比較して、第１面１１ａの面方向における熱の伝達効率を向上させることで、半導体デバイス１０を中心とする円の中心と外側とにおける熱量の差を縮小することができる。
よって、半導体デバイス１０において生じた熱を、銅箔１１ｄ等を介して伝達されたヒートスプレッダ１３において第１面１１ａの面方向に沿って効率よく拡散し、銅インレイ１４等を介してヒートシンク１６へと伝達することで、効率よく大気へ放出することができる。

＜主な特徴＞
本実施形態の放熱構造２０は、図２等に示すように、半導体デバイス１０、基板１１、ヒートスプレッダ１３、銅インレイ１４、絶縁層１５、ヒートシンク１６を備える。基板１１は、半導体デバイス１０が第１面１１ａに配置され、半導体デバイス１０の熱が伝達される。ヒートスプレッダ１３は、第１面１１ａにおける半導体デバイス１０と近接する位置に配置され、半導体デバイス１０から基板１１に伝達された熱を第１面１１ａの面方向に沿って拡散する。銅インレイ１４は、基板１１の内部に設けられている。そして、銅インレイ１４は、第１面１１ａ側において半導体デバイス１０とヒートスプレッダ１３とにまたがるように配置された銅インレイ１４ａと、ヒートスプレッダ１３から熱が伝達される位置に配置された銅インレイ１４ｂとを有する。ヒートシンク１６は、基板１１の第２面１１ｂに配置され、銅インレイ１４を介して伝達される熱を大気に放出する。

これにより、半導体デバイス１０において生じた熱は、基板１１の第１面１１ａ側を介してヒートスプレッダ１３に伝達され、ヒートスプレッダ１３によって第１面１１ａの面方向に拡散され、銅インレイ１４を介して第２面１１ｂ側に配置されたヒートシンク１６へ伝達される。
このとき、第１面１１ａにおいて、ヒートスプレッダ１３が半導体デバイス１０に隣接する位置に配置されたことにより、半導体デバイス１０において生じた熱は、ヒートスプレッダ１３によって第１面１１ａの面方向に沿って拡散される。

よって、半導体デバイス１０の直下に配置された銅インレイ１４ａからだけでなく、半導体デバイス１０から離れた位置に配置された銅インレイ１４ｂからも半導体デバイス１０において生じた熱が効率よく伝達され、基板１１の第２面１１ｂ側に設けられたヒートシンク１６の全体から効率よく熱を放出することができる。
この結果、半導体デバイス１０において生じた熱を、従来よりも効率よくヒートシンク１６へ伝達して放熱効果を向上させることができる。

また、本実施形態の放熱構造２０では、基板１１からみて、発熱体としての半導体デバイス１０が配置された第１面１１ａとは反対側の第２面１１ｂに配置されたヒートシンク１６から効率よく熱を放出する構成において、基板１１の第１面１１ａにおける半導体デバイス１０に隣接する位置に、ヒートスプレッダ１３を追加しただけの簡素な構成により、放熱効果を向上させることができる。

特に、第１面１１ａ側の空間に余裕がある場合には、第１面１１ａに設けられるヒートスプレッダ１３の厚みを大きくすることで、ヒートスプレッダ１３の熱抵抗をさらに低下させて熱伝達効率の高い構造とすることができる。

本発明の一実施例に係る放熱構造２０において、放熱効果を検証する実験を実施した。
なお、本実施例の放熱構造２０の構成は、図２に示す放熱構造２０と同様であるため、同じ機能を持つ構成には同じ符号を付し、ここでは、その詳細な説明は省略する。
具体的には、本実施例では、放熱構造２０における放熱効果を検証するために、図６に示すように、半導体デバイス１０の表面温度ｔ１と、半導体デバイス１０の直下に配置された銅インレイ１４ａではなく半導体デバイス１０から離れた位置に配置された端側の銅インレイ１４ｂの表面温度ｔ２を測定した。

実験条件としては、半導体デバイスの発熱量３０Ｗ、ヒートシンクの温度５０℃（固定）、銅箔１１ｄ，１１ｅおよびヒートスプレッダ１３および銅インレイ１４の熱伝導率４．０２×１０^２（Ｗ／ｍ／ｄｅｇ）、はんだ層１２ａの熱伝導率６．４×１０^１（Ｗ／ｍ／ｄｅｇ）、絶縁層１５の熱伝導率２Ｗ／ｍ／ｄｅｇ、基板１１の本体部１１ｃ（ガラスエポキシ）の熱伝導率２．９３×１０^−１（Ｗ／ｍ／ｄｅｇ）、ヒートシンク１６の熱伝導率２．３７×１０^２（Ｗ／ｍ／ｄｅｇ）とした。

本実施例の構成によれば、上記実施形態において説明した通り、半導体デバイス１０において生じた熱は、基板１１の第１面１１ａ側（銅箔１１ｄおよび銅インレイ１４ａの表面を含む）を介してヒートスプレッダ１３へ伝達される。そして、ヒートスプレッダ１３は、伝達された熱を、第１面１１ａに沿って面方向へ拡散した後、銅箔１１ｄおよび銅インレイ１４ａ，１４ｂを介して第２面１１ｂ側へ伝達する。さらに、第２面１１ｂ側へ伝達された熱は、絶縁層１５を介してヒートシンク１６へ伝達され、ヒートシンク１６から大気へと放出される。

比較例

本実施例の比較例に係る放熱構造３２０の構成を図７に示す。
図７に示す比較例の放熱構造３２０では、図６の本実施例の放熱構造２０と比較して、基板１１の第１面１１ａ上に、ヒートスプレッダが設けられていない点で異なっている。
すなわち、比較例の放熱構造３２０では、図７に示すように、基板１１の第１面１１ａ上には、発熱体としての半導体デバイス１０のみが配置されている。

よって、放熱構造３２０の構成では、半導体デバイス１０において生じた熱は、主に、基板１１の第１面１１ａ側に配置された銅箔１１ｄを介して、第１面１１ａの面方向に伝達される。
しかし、比較例の放熱構造３２０では、図６の本実施例と比較すると、第１面１１ａにヒートスプレッダ１３が配置されていないため、第１面１１ａの面方向における熱の伝達が十分でないおそれがある。

本比較例では、上述した本実施例と同様に、放熱構造３２０における放熱効果を検証するために、図７に示すように、半導体デバイス１０の表面温度ｔ１と、半導体デバイス１０の直下に配置された銅インレイ１４ａではなく半導体デバイス１０から離れた位置に配置された端側の銅インレイ１４ｂの表面温度ｔ２を測定した。
以下、本実施例と比較例とを比較した結果について示す。

＜本実施例と比較例との比較結果＞
本実施例の放熱構造２０と比較例の放熱構造３２０とにおいて、半導体デバイス１０の表面温度ｔ１と、半導体デバイス１０から離れた位置に配置された端側の銅インレイ１４ｂの表面温度ｔ２の測定結果を比較した結果を、図８（ａ）および図８（ｂ）に示す。
その結果、半導体デバイス１０の表面温度ｔ１は、図８（ａ）に示すように、本実施例の放熱構造２０では、９０．３℃であったのに対して、比較例の放熱構造３２０では、９７．２℃であった。

このため、本実施例では、ヒートスプレッダ１３が半導体デバイス１０に近接配置されていることで、半導体デバイス１０において生じた熱が、比較例の放熱構造３２０よりも他の部品へ伝達されやすいため、半導体デバイス１０の表面温度ｔ１が比較例よりも６．９℃も低かったものと推測される。
一方、半導体デバイス１０から離れた位置に配置された端側の銅インレイ１４ｂの表面温度ｔ２は、図８（ｂ）に示すように、本実施例の放熱構造２０では、６８．４℃であったのに対して、比較例の放熱構造３２０では、６０．６℃であった。

このため、本実施例では、ヒートスプレッダ１３が半導体デバイス１０に近接配置されていることで、第１面１１ａの面方向におけるヒートスプレッダ１３の熱拡散効果が得られる。よって、半導体デバイス１０において生じた熱が、比較例の放熱構造３２０よりも第１面１１ａの面方向へ拡散され、半導体デバイス１０から離れた位置にある端側の銅インレイ１４ｂに対しても十分な熱が伝達された結果、その表面温度ｔ２が比較例よりも７．８℃も高かったものと推測される。

以上の結果から、本実施例に係る放熱構造２０によれば、半導体デバイス１０において生じた熱を、基板１１の第１面１１ａにおいて半導体デバイス１０に隣接する位置に配置されたヒートスプレッダ１３を用いて面方向へ拡散することで、比較例よりも高い放熱効果を得ることができることが分かった。
よって、半導体デバイス１０の直下に配置された銅インレイ１４ａからだけでなく、半導体デバイス１０から離れた位置に配置された銅インレイ１４ｂからも半導体デバイス１０において生じた熱が効率よく伝達された結果、基板１１の第２面１１ｂ側に設けられたヒートシンク１６の全体から効率よく熱を放出することができることが分かった。

［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
（Ａ）
上記実施形態では、半導体デバイス１０およびヒートスプレッダ１３を、はんだ層１２ａによって固定した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図９に示すように、ヒートスプレッダ１３の基板１１の第１面１１ａに対向する面に、複数の突起部１３ａが設けられており、突起部１３ａが第１面１１ａに埋め込まれた放熱構造１２０であってもよい。
この場合には、ヒートスプレッダ１３が基板１１に対して面方向において固定されるため、実装時等におけるヒートスプレッダ１３の位置ずれ、傾き等の発生を効果的に防止することができる。

（Ｂ）
上記実施形態では、半導体デバイス１０およびヒートスプレッダ１３を、はんだ層１２ａによって固定した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、図１０に示すように、半導体デバイス（発熱体）１０およびヒートスプレッダ１３の周囲を取り囲むようにレジスト層１２ｂを残した放熱構造２２０であってもよい。
この場合には、ヒートスプレッダ１３が基板１１に対して面方向における移動を、製造過程において形成されるレジスト層１２ｂによって規制することができるため、実装時等におけるヒートスプレッダ１３の位置ずれ、傾き等の発生を効果的に防止することができる。

（Ｃ）
上記実施形態では、第１面１１ａにおいて半導体デバイス１０とヒートスプレッダ１３とにまたがるように配置された銅インレイ１４ａが２つ設けられた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、半導体デバイスの両側にそれぞれ配置されたヒートスプレッダにまたがるように配置された単一の銅インレイを用いた構成であってもよい。

（Ｄ）
上記実施形態では、基板１１の第１面１１ａ上に、２つのヒートスプレッダ１３が半導体デバイス１０を挟み込むように２つ配置された構成を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、第１面において半導体デバイス等の発熱体に隣接配置されるヒートスプレッダは、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

（Ｅ）
上記実施形態では、基板１１の第１面１１ａ側から第２面１１ｂ側へと熱を伝達する銅インレイ１４が基板１１内に４つ設けられた構成を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、支持体に設けられる銅インレイ等の柱状体の数は４つに限らず、ヒートスプレッダ（熱拡散体）が設けられている第１面の領域に合わせて適切な数の柱状体が設けられていればよい。

（Ｆ）
上記実施形態では、発熱体として、半導体デバイス１０を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、発熱体は、コンデンサ、抵抗チップ等の電子部品であってもよい。

（Ｇ）
上記実施形態では、ガラスエポキシを材料とする樹脂製の基板１１を支持体として用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、支持体は、ガラスエポキシ以外の伝熱性のある樹脂を用いて形成されたものであってもよいし、樹脂以外のセラミック基板等を用いてもよい。

（Ｈ）
上記実施形態では、基板１１の第１面１１ａに対して、発熱体（半導体デバイス１０）と熱拡散体（ヒートスプレッダ１３）とがはんだ層１２ａを介して半田付けされた構成を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、発熱体および熱拡散体は、半田付けに限らず、他の方法を用いて第１面に固定されていてもよい。

（Ｉ）
上記実施形態では、伝熱性を有する柱状体として、銅インレイ１４を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、柱状体として、伝熱性を有する銅以外の金属（例えば、アルミニウム、鉄等）、セラミック等によって成形された部材を用いてもよい。

（Ｊ）
上記実施形態では、基板１１の第２面１１ｂとヒートシンク１６との間に絶縁層１５が設けられた放熱構造２０を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、基板１１上に電気回路等が設けられていない構成である場合には、基板１１とヒートシンク１６とを電気的に絶縁する必要がないため、絶縁層を含まない構成であってもよい。

（Ｋ）
上記実施形態では、ヒートスプレッダ１３が、銅によって成形されている例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、ヒートスプレッダ（熱拡散体）としては、熱伝導率が高い素材であれば、銅以外の金属（例えば、アルミニウム、鉄等）、セラミック等の他の材料で成形されていてもよい。

（Ｌ）
上記実施形態では、ヒートシンク１６が、アルミニウムによって成形されている例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、ヒートシンク（放熱体）としては、熱伝導率が高い素材であれば、アルミニウム以外の金属、材料等で成形されていてもよい。

本発明の電子部品の放熱構造は、発熱体の熱を効率よく放熱体へ伝達して放熱効果を向上させることができるという効果を奏することから、各種電子部品の放熱構造として広く適用可能である。

１０ 半導体デバイス（発熱体）
１１ 基板（支持体）
１１ａ 第１面
１１ｂ 第２面
１１ｃ 本体部
１１ｄ，１１ｅ 銅箔（伝熱層）
１２ａ はんだ層
１２ｂ レジスト層
１３ ヒートスプレッダ（熱拡散体）
１３ａ 突起部
１４ 銅インレイ（柱状体）
１４ａ 銅インレイ（第１柱状体）
１４ｂ 銅インレイ（第２柱状体）
１５ 絶縁層
１６ ヒートシンク（放熱体）
２０ 放熱構造（電子部品の放熱構造）
１２０ 放熱構造（電子部品の放熱構造）
２２０ 放熱構造（電子部品の放熱構造）

Claims (11)

1. 発熱体と、
   第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを有し、前記発熱体が前記第１面に配置され、前記発熱体の熱が伝達される支持体と、
   前記第１面における前記発熱体と近接する位置に配置され、前記発熱体から前記支持体に伝達された熱を前記第１面に平行な方向へ拡散する熱拡散体と、
   前記支持体の内部において前記第１面に交差する方向に沿って設けられており、前記支持体に伝達された熱を前記第１面側から前記第２面側へ伝達するとともに、前記第１面側において前記発熱体と前記熱拡散体とにまたがるように配置された第１柱状体と、前記熱拡散体から熱が伝達される位置に配置された第２柱状体とを有する柱状体と、
   前記支持体の前記第２面に配置され、前記第１面側から前記柱状体を介して伝達される熱を大気に放出する放熱体と、
   を備えている電子部品の放熱構造。
2. 前記発熱体の熱は、前記支持体の前記第１面側を介して前記熱拡散体に伝達され、前記熱拡散体によって前記第１面の面方向に拡散され、複数の前記柱状体を介して前記第２面側の前記放熱体へ伝達される、
   請求項１に記載の電子部品の放熱構造。
3. 前記熱拡散体は、前記第１面において、前記発熱体を挟み込むように複数配置されている、
   請求項１または２に記載の電子部品の放熱構造。
4. 前記支持体は、前記第１面および前記第２面にそれぞれ配置され、伝熱性を有する伝熱層を、さらに有している、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の電子部品の放熱構造。
5. 前記支持体の前記第２面と前記放熱体との間に配置され、前記柱状体から伝達された熱を前記放熱体へ伝達するとともに、前記支持体と前記放熱体との間を電気的に絶縁する絶縁層を、さらに備えている、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の電子部品の放熱構造。
6. 前記発熱体および前記熱拡散体と前記第１面との間に配置されたはんだ層を、さらに備えている、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の電子部品の放熱構造。
7. 前記熱拡散体は、前記第１面に向かって突出し、前記支持体に挿入される突起部と有している、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の電子部品の放熱構造。
8. 前記第１面において、前記発熱体および前記熱拡散体の周囲を覆うように配置されたレジスト層を、さらに備えている、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の電子部品の放熱構造。
9. 前記柱状体は、銅インレイを含む、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の電子部品の放熱構造。
10. 前記支持体は、伝熱性を有する樹脂製の基板、またはセラミック基板を含む、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の電子部品の放熱構造。
11. 前記発熱体は、半導体デバイス、コンデンサ、抵抗チップを含む、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の電子部品の放熱構造。

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