JP2837331B2 - 接合部材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩ（大規模集積回
路）のような発熱部品とヒートシンク材から成る放熱部
材との接合に用いられる接合部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器は、小型化、軽量化およ
び薄型化などを実現させるために、数多くのＬＳＩが使
用されている。ＬＳＩとは、いくつかの集積回路（Ｉ
Ｃ）を１枚のチップ上に作り、それを相互に配線し、よ
り高次の集積化を行った回路であり、当該チップは、熱
可塑性樹脂またはセラミックなどで形成された保護部材
（パッケージ）で覆われている。

【０００３】前記ＬＳＩの許容電力を大きくするため
に、前記ＬＳＩには、ヒートシンク材などから成る放熱
部材が取付けられている。前記放熱部材は、アルマイト
などの熱伝導性が良好な金属で形成され、ＬＳＩの駆動
時に発生する熱の放熱効果を高める。

【０００４】ＬＳＩから発生した熱は、前記保護部材か
ら前記放熱部材に伝わり、放熱される。したがって、前
記保護部材と前記放熱部材との間に隙間が生じると、保
護部材から放熱部材への熱伝導性が悪くなり、放熱部材
の放熱効果が低下する。そのため、保護部材と放熱部材
とを密着して接合する必要がある。

【０００５】従来は接合に、熱伝導性ヒートシンク接着
剤（商品名「ＣＡＳＴＡＬＬ １５２０」）などが使用
されている。この熱伝導性ヒートシンク接着剤は、エポ
キシ系樹脂である主材に接着力を強化するための副材を
混合させて形成される液体状の接着剤に、アルミ粉末な
どを混合して形成されている。

【０００６】前記熱伝導性ヒートシンク接着剤を、前記
保護部材の接着面上に塗布し、その上に前記放熱部材を
配置し、適度の圧力を加え、数分から十数時間放置す
る。前記熱伝導性ヒートシンク接着剤は硬化し、保護部
材と放熱部材とは接合する。ＬＳＩに発生した熱は、保
護部材から前記アルミ粉末を介して放熱部材へ伝導す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述した熱伝導性ヒー
トシンク接着剤は、エポキシ系の接着剤であるため、接
着剤が完全に硬化し、前記保護部材と放熱部材とを接合
させるのに数分から十数時間を要する。このため作業時
間が長くなり、製造コストの上昇を招く。

【０００８】また、前記接着剤はペースト状であるた
め、前記保護部材の接着面に均一な厚さに塗布し、また
必要かつ充分量を塗布することは熟練した技術を要し、
実現が困難である。保護部材の接着面に塗布した接着剤
が不均一な厚さになると、保護部材と放熱部材との間に
隙間が生じ、保護部材から放熱部材への熱伝導が悪くな
る。さらに塗布された接着剤の量が多すぎると、保護部
材と放熱部材との接合作業において、保護部材と放熱部
材との間から接着剤がはみ出し、保護部材から外部に突
出している端子などに付着し、端子間の接触不良の原因
となる。また前記接着剤の飛沫が飛び散り、前述した端
子間の接触不良の原因となる。

【０００９】また前記接着剤はペースト状であるため、
前記接着剤を用いて前記保護部材に放熱部材を接合させ
ると、保護部材から放熱部材を取り外すのが容易ではな
い。したがって、たとえばサービスメンテナンスなどに
よる部品交換が生じた場合に、作業上不都合が生じる。
また保護部材から放熱部材を取り外した場合、保護部材
の接着面に前記接着剤の残渣が残り、保護部材の接着面
が汚く、凹凸の粗雑面となるという問題が生じる。した
がって保護部材に再度別の放熱部材を接合する際、保護
部材と放熱部材との接合が充分にできず、そのため保護
部材から放熱部材への熱伝導性効果も悪くなるという問
題が発生する。

【００１０】本発明の目的は、発熱部品と放熱部材とを
均一な間隔で、かつ熱伝導性が良好な状態で接合できる
とともに、作業の簡略化を図ることができる接合部材を
提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、所定の熱およ
び接合部材の厚さ方向の圧力を加えることによって、発
熱部品と放熱部材とを接合する接合部材であって、前記
接合部材は、熱伝導性が良好な粒子を含むゴム系熱可塑
性樹脂をシート状に形成して成り、前記シートの厚さは
前記粒子径よりも大きく、かつ前記加熱および接合部材
の厚さ方向の前記加圧による圧縮によって、前記粒子が
発熱部品と放熱部材の各々に接着するように前記シート
の厚さと前記粒子径とが選ばれることを特徴とする接合
部材である。また本発明は、前記接合部材の少なくとも
一方の面に接着剤を塗布し、剥離可能な保護シートで当
該面を保護してなることを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明に従えば、発熱部品と放熱部材とを接合
する接合部材は、熱伝導性が良好な粒子を含むゴム系熱
可塑性樹脂を均一な厚みでシート状に形成して成り、前
記樹脂シートの厚さは、前記粒子径よりも大きく設定さ
れている。

【００１３】前記接合部材は、均一な厚さのシート状で
あるため、前記発熱部品と放熱部材とを接合するのに必
要かつ充分な量の接合部材を、容易に供給することがで
きる。また前記接合部材を前記発熱部品の接着面に単に
貼着するだけで、容易に均一な厚さの接合部材を準備す
ることができる。

【００１４】前記接合部材は熱可塑性樹脂で形成されて
いるため、接合部材の厚さ方向（図１〜図５の上下方
向）に熱圧着することにより前記樹脂は溶融し、流れ出
し、前記接合部材が厚さ方向に圧縮される。接合部材が
圧縮されることにより、前述した粒子の一部が前記発熱
部品と放熱部材とに接触する。前記放熱部材を介して前
記粒子に熱および圧力が加わり、前記粒子の発熱部品お
よび放熱部材と接触する部位が塑性変形する。このため
前記粒子と前記放熱部材および発熱部品との接触面積が
広くなり、前記粒子を介して前記発熱部品から放熱部材
への良好な熱伝導が実現される。また前記接合部材は熱
可塑性樹脂で形成されているため、熱を加えることで容
易に溶融し、常温に戻すことで容易に硬化する。したが
って、発熱部品と放熱部材とを短時間で接合することが
できる。また溶融に必要な熱を加えることにより、前記
発熱部品から前記放熱部材を容易に取り外すことができ
る。

【００１５】前記接合部材は、ゴム系樹脂で形成されて
いるため、前記発熱部品および放熱部材が熱による線膨
張係数の違いで伸縮しても、前記接合部材は発熱部品お
よび放熱部材の伸縮に対応して伸縮する。したがって、
前記接合部材が前記発熱部品および放熱部材から外れる
ような事故を未然に防ぐことができる。特に本発明によ
れば、接合部材に熱を加えるとともに、その接合部材の
厚さ方向に圧力を加えて圧縮することによって、熱伝導
粒子が発熱部品と放熱部材の各々に接着し、これによっ
て熱伝導率が向上する。さらに本発明に従えば、発熱部
品と放熱部材とを接合する作業能率を上げるために、接
合部材の少なくとも一方の面には接着剤が塗布され、そ
の接着剤が塗布された面は、剥離可能な保護シートで保
護される。したがってこの接着剤を用いて、発熱部品と
放熱部材とを接合するにあたり、発熱部品と放熱部材と
のいずれか一方に本件接合部材を仮固定した後、いずれ
か他方を配置して接合することができる。こうして接合
作業の効率が向上される。また保護シートによって接着
剤が塗布された面が保護されるので、本件接合部材を巻
回して収納することができ、あるいは積載して収納する
ことができ、接合部材同志が接着剤によって接着してし
まうことを避けることができる。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明の一実施例である接合部材１
の構造を示す断面図である。接合部材１は、熱伝導粒子
２を含む熱可塑性樹脂をシート状に成型してなる。接合
部材１の一方表面３には、保護シート７が剥離可能に貼
り付けられる。

【００１７】熱伝導粒子２は、アルミニウム、アルミナ
およびマグネシウムなどから成る合金で形成される金属
粒子であり、良好な熱伝導性を有する。接合部材１を形
成する熱可塑性樹脂は、ブチレンゴム、スチレンなどの
ゴム系熱可塑性樹脂で実現される。保護シート７は、前
記接合部材１から容易に剥離可能になるように、表面張
力が小さい材料たとえばフッ素樹脂などから成る。保護
シート７の一方表面７ａと接着している接合部材１の一
方表面３には、接着剤が塗布されており、接合部材１
は、着体または被着体に容易に貼着することができる。

【００１８】前記接合部材１は、均一な厚さに形成され
る。参照符Ｔａは接合部材１の厚さを示し、本実施例で
は数百μｍに選ばれている。また参照符Ｔｂは前記熱伝
導粒子２の粒子径を示し、本実施例においては、数十μ
ｍに選ばれている。接合部材１において、厚さＴａは粒
子径Ｔｂよりも大きく選ばれる。

【００１９】図２は、前記接合部材１を用いて大規模集
積回路（以下「ＬＳＩ」と略す）５と放熱部材６とを接
合した状態を示す斜視図である。接合部材１は、図２に
おいて分り易くするために斜線を付して示す。接合部材
１は、前記保護シート７を剥離することで容易に着体で
あるＬＳＩ５に貼着することができる。

【００２０】ＬＳＩ５は、複数の集積回路（ＩＣ）を１
枚のチップ上に形成し、それらを相互に配線し、より高
次の集積化を行った回路をＬＳＩパッケージ５ａ内部に
収納して形成される。ＬＳＩパッケージ５ａは、良好な
熱伝導性を有する熱硬化性樹脂またはセラミックなどで
形成される。またＬＳＩパッケージ５ａには複数の端子
５ｂが突設されており、ＬＳＩ５は、これらの端子５ｂ
を介して他の回路に接続される。ＬＳＩ５の動作時に、
ＬＳＩパッケージ５ａ内部に配設された複数の集積回路
部品から熱が発生し、ＬＳＩ５の内部温度を上昇させ
る。ＬＳＩ５の内部温度は予め定められている限界温度
を越えるとＬＳＩ５の破損の原因となる。したがってＬ
ＳＩ５の内部温度の上昇を抑制するために、ＬＳＩパッ
ケージ５ａの表面に放熱部材６が接合される。

【００２１】放熱部材６は、アルマイトなどのような良
好な熱伝導性を有する金属から成り、その一方表面は、
前記接合部材１と接合している。また他方表面には、図
２に示すように多数の直方体状の突起６ａが設けられて
いる。突起６ａを設けることにより、放熱部材６の他方
表面の表面積が広くなり、放熱部材６の放熱効果を高め
ることができる。

【００２２】図３は、前記接合部材１を用いてＬＳＩパ
ッケージ５ａと放熱部材６との接合作業を説明するため
の図である。接合部材１は、図３において分り易くする
ため斜線を付して示す。保護シート７を剥離し、接合部
材１をＬＳＩパッケージ５ａの上方側表面に貼着する。
次に放熱部材６の下方側表面が接合部材１と密着するよ
うに、放熱部材６を配置する。

【００２３】次に、図３図示の矢符Ｒ１方向から熱およ
び圧力を数秒から数十秒間加える。その後加熱温度を下
げ、前記接合部材１を形成する樹脂が硬化するまで圧力
を加え続ける。接合部材１を形成する樹脂は、常温では
数秒から数十秒で硬化する。圧力および加熱条件は、着
体であるＬＳＩパッケージ５ａおよび被着体である放熱
部材６の素材によって異なる。したがって着体および被
着体が破損しない程度の圧力および温度条件を設定して
接合作業を行う。熱および圧力は、たとえば超音波溶着
機またはパルス波発生ヒータ等の簡単な治工具を用いる
ことで容易に加えることができる。

【００２４】前述したように接合部材１を形成する樹脂
は、常温では数秒から数十秒で硬化する。したがって接
合作業に要する時間は、従来の接着剤を用いた場合と比
べて格段に短くなり、作業効率の改善が可能となる。ま
た前記接合部材１は、厚さが数百μｍと薄く、しかも厚
さが均一なシート状の形状である。このためＬＳＩパッ
ケージ５ａと放熱部材６との間に隙間を作ることなく、
しかも必要かつ充分な量の接合部材１を、容易に供給す
ることができる。これにより、接合作業中に接合部材１
が放熱部材６とＬＳＩパッケージ５ａとの間からはみ出
し、端子５ｂなどに付着するのを防止することができ
る。また従来の接着剤のように、接合作業中に飛沫が飛
び散り、端子５ｂの接続不良の原因となることも防止で
きる。

【００２５】図４および図５は、図３で述べた接合作業
に用いた接合部材１の機能を説明するための拡大断面図
である。図４は熱および圧力を加える前の接合部材１の
構造を示す拡大断面図であり、図５は熱および圧力を加
えた後の接合部材１の構造を示す拡大断面図である。参
照符Ｔｃは、熱圧着後の接合部材１の厚さを示す。

【００２６】図５に示すように、接合部材１に熱および
圧力を加えることにより、接合部材１を構成する熱可塑
性樹脂が溶融し、接合部材１の厚さが厚さＴａから厚さ
Ｔｃに圧縮される。それに伴い熱伝導粒子２がＬＳＩパ
ッケージ５ａおよび放熱部材６と接着し、ＬＳＩパッケ
ージ５ａおよび放熱部材６を介して、前記熱伝導粒子２
に熱および圧力が加わる。そのため熱伝導粒子２は、Ｌ
ＳＩパッケージ５ａとの接触面および放熱部材６との接
触面が塑性変形し、幾分つぶれた格好になり、熱伝導粒
子２を介して放熱部材６とＬＳＩパッケージ５ａとの間
に良好な熱伝導性が生じる。したがって熱伝導粒子２を
介してＬＳＩ５に発生した熱が、放熱部材６に伝導され
る。

【００２７】前述したように接合部材１は、均一な厚さ
のシート状の形状である。また接合部材１に含まれる熱
伝導粒子２はすべてほぼ同じ粒子径を有し、接合部材１
中に一様に分布している。したがって放熱部材６の接着
面６ｂには、熱伝導粒子２を介してＬＳＩ５で発生した
熱が均一に伝わり、良好な熱伝導が実現される。

【００２８】また接合部材１を構成する熱可塑性樹脂に
は、ゴム成分が含まれており、またＬＳＩ５から発生す
る程度の熱では溶融しない。したがってＬＳＩ５から発
生する熱のため、接合部材１が溶け、ＬＳＩ５と放熱部
材６との接合が外れるという問題が避けられる。またＬ
ＳＩパッケージ５ａや放熱部材６が熱による線膨張係数
の違いで伸縮しても、接合部材１もそれに対応して伸縮
する。これによって、より一層高い信頼性を有する接合
が実現される。

【００２９】さらに溶融するのに必要な熱量以上の熱を
接合部材１に加えると、接合部材１を構成する熱可塑性
樹脂は溶融する。したがって、たとえばサービスメンテ
ナンスなどによる部品交換が生じた場合でも、前記熱可
塑性樹脂を溶融することで、作業者は容易に被着体の取
り外しができる。取り外した後の接合部材１の残渣は、
ゴム系熱可塑性樹脂であるため、たとえば熱を加える
か、あるいはシンナーなどの溶剤によって容易に取り除
くことができる。よって再度ＬＳＩ５に別の放熱部材を
接合させるとき、容易に接合することができ、しかも良
好な熱伝導性を再現することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、発熱部品
と放熱部材とを短時間で接合でき、しかも発熱部品から
放熱部材への良好な熱伝導を実現することができる。ま
た熟練した技術を必要とせず、必要かつ充分な量の接合
部材を供給することができる。これにより接合作業の効
率化が可能となり、安価で高品質の製品を市場へ供給す
ることができる。特に本発明によれば、接合部材に熱を
加えることによって、および接合部材にその厚さ方向に
圧力を加えて圧縮することによって、熱伝導粒子が発熱
部品と放熱部材の各々に接着し、これによって熱伝導率
が向上される。本発明では、このように熱伝導粒子が発
熱部品と放熱部材の各々に接着するように、前記粒子の
粒子径と、前記シートの粒子径よりも大きい厚さとを選
ぶ。このようにして熱伝導率が向上し、発熱部品から放
熱部材への良好な熱伝導が上述のように実現される。さ
らに本発明によれば、接合部材の少なくとも一方の面に
接着剤を塗布し、その塗布された接着剤の面を保護シー
トで剥離可能に保護するので、発熱部品と放熱部材とを
接合する接合作業時に、接合部材の接着剤によって発熱
部品または放熱部材のいずれか一方に接合部材を仮固定
し、その後、いずれか他方を配置して接合する。これに
よって作業効率を向上することができる。さらにこの保
護シートが、接着剤の塗布された面を保護するので、接
合部材を巻回して収納することができ、また接合部材を
積載して収納することができ、接合部材同志の接着を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である接合部材１の構造を示
す断面図である。

【図２】ＬＳＩ５と放熱部材６との接合状態を示す斜視
図である。

【図３】ＬＳＩ５と放熱部材６との接合作業を説明する
ための図である。

【図４】熱圧着前の接合部材１の構造を示す断面図であ
る。

【図５】熱圧着後の接合部材１の構造を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 接合部材 ２ 熱伝導粒子 ５ ＬＳＩ ５ａ ＬＳＩパッケージ ６ 放熱部材 ６ａ 突起 ７ 保護シート

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の熱および接合部材の厚さ方向の圧
   力を加えることによって、発熱部品と放熱部材とを接合
   する接合部材であって、 前記接合部材は、熱伝導性が良好な粒子を含むゴム系熱
   可塑性樹脂をシート状に形成して成り、 前記シートの厚さは前記粒子径よりも大きく、かつ前記
   加熱および接合部材の厚さ方向の前記加圧による圧縮に
   よって、前記粒子が発熱部品と放熱部材の各々に接着す
   るように前記シートの厚さと前記粒子径とが選ばれるこ
   とを特徴とする接合部材。
2. 【請求項２】 前記接合部材の少なくとも一方の面に接
   着剤を塗布し、剥離可能な保護シートで当該面を保護し
   てなることを特徴とする請求項１記載の接合部材。