JP5018195B2 - Heat dissipation device - Google Patents

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Description

本発明は柔軟性を有し、熱伝導率が高く放熱効果に優れたグラファイトシートを用いて半導体モジュールなどの発熱部品からヒートシンクや電子機器のシャーシなどの放熱部材に放熱する放熱装置に関するものである。   The present invention relates to a heat radiating device that radiates heat from a heat generating component such as a semiconductor module to a heat radiating member such as a heat sink or a chassis of an electronic device by using a graphite sheet having flexibility and high thermal conductivity and excellent heat dissipation. .

近年、電子機器の小型、高性能化に伴って、電子部品の小型、高性能化も著しく進歩する中で、高性能ではあるが発熱量も大きな、例えばパワーアンプや、ソリッドステートリレーに代表される半導体モジュールなどの発熱部品が、小型の電子機器の中で使用されるに至っている。   In recent years, along with the downsizing and high performance of electronic devices, the downsizing and high performance of electronic components have been remarkably advanced, and high performance but high heat generation, such as power amplifiers and solid state relays. Heating parts such as semiconductor modules have been used in small electronic devices.

発熱量の大きな発熱部品が小型電子機器で使用される場合、この発熱部品から発散される熱を効率よく電子機器の外部に運び、放熱する手段が求められる。   When a heat generating component having a large heat generation amount is used in a small electronic device, a means for efficiently transferring heat dissipated from the heat generating component to the outside of the electronic device and dissipating heat is required.

従来、このような電子機器の中で使用される発熱部品からの放熱手段としては、冷却のための空気を送る冷却ファンや、真空状態の細管に水を封入して、水の蒸発潜熱を利用して熱を運ぶヒートパイプなどが多く用いられてきた。   Conventionally, as heat dissipation means from heat-generating components used in such electronic devices, water is enclosed in a cooling fan that sends air for cooling or a thin tube in a vacuum state, and the latent heat of evaporation of water is used. Heat pipes that carry heat are often used.

しかし、特に携帯電話機などのような薄型の電子機器においては、上記のファンやヒートパイプは使用しにくいため、シート状の熱伝達材料を発熱部品と放熱部材との間に挟み、熱結合を良くして効率の良い放熱を行う方法が取られている。   However, especially in thin electronic devices such as mobile phones, the above fans and heat pipes are difficult to use, so a sheet-like heat transfer material is sandwiched between the heat-generating component and the heat-dissipating member to improve thermal coupling. Therefore, a method of performing efficient heat dissipation is taken.

なお、本出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
特開2005−197601号公報
For example, Patent Document 1 is known as prior art document information relating to the invention of the present application.
JP 2005-197601 A

パワーアンプやソリッドステートリレー(以下SSRと略する)に代表される半導体モジュールなどの発熱部品は、ヒートシンクや電子機器筐体のシャーシなどの放熱部材に固定する際に放熱部材との密着性が求められるが、機械的に加圧して密着させた場合、発熱部品内部の断線などの故障が生じることがある。   Heat-generating parts such as semiconductor modules such as power amplifiers and solid-state relays (hereinafter abbreviated as SSR) require adhesion to the heat-dissipating members when they are fixed to heat-dissipating members such as heat sinks and chassis of electronic equipment chassis. However, when mechanically pressurized and brought into close contact, failure such as disconnection inside the heat-generating component may occur.

このためこのような発熱部品は、通常剛性を有する硬い成型樹脂や金属のケースに入れられ、このケース両端でネジ止めなどにより放熱部材に固定して用いられることが多い。   For this reason, such a heat-generating component is usually placed in a hard molded resin or metal case having rigidity, and is often used by being fixed to a heat radiating member by screws or the like at both ends of the case.

この時に放熱に使用されるヒートシンクやシャーシなどの放熱部材も金属を加工した剛性を有するものが広く使用されている。   At this time, a heat-dissipating member such as a heat sink or a chassis used for heat dissipation is widely used having a rigidity obtained by processing a metal.

しかし、図7に示すように、このような発熱部品71の両端を取付固定ネジ72、73で締め付けてヒートシンクなどの放熱部材74に取り付けた際、締め付けに伴って発生する歪により発熱部品71と放熱部材74との間に隙間部75が形成される場合がある。   However, as shown in FIG. 7, when both ends of the heat generating component 71 are fastened with mounting fixing screws 72 and 73 and attached to a heat radiating member 74 such as a heat sink, the heat generating component 71 and the heat generating component 71 are A gap 75 may be formed between the heat dissipating member 74.

このような隙間部が形成されると、発熱部品と放熱部材との熱結合が低下するため、発熱部品71と放熱部材74との間にシリコンパッドなどの柔軟性がある熱伝達材料を挟んで熱結合をとることが行われている。   When such a gap is formed, the thermal coupling between the heat generating component and the heat radiating member is lowered, and therefore a flexible heat transfer material such as a silicon pad is sandwiched between the heat generating component 71 and the heat radiating member 74. Thermal bonding is performed.

しかし、シリコンパッドなどの熱伝達材料は熱伝導率がせいぜい数W/(m・K)であり、発熱部品71の中央部の局所的な発熱を面方向に広げることができず、放熱効果としては低くなってしまうという課題があった。   However, a heat transfer material such as a silicon pad has a thermal conductivity of at most several W / (m · K), and the local heat generation at the center of the heat generating component 71 cannot be spread in the surface direction. There was a problem of becoming low.

そこで本発明は上記のような従来の問題点を解決し、面方向に熱伝導率が高いグラファイトシートにより発熱部品中央部の局所的な発熱を分散させるとともに、発熱部品と放熱部材との間に形成される隙間部を埋めて熱結合をより効率的に行い、効果的な放熱を行うための放熱装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention solves the conventional problems as described above, and disperses local heat generation at the center of the heat generating component by the graphite sheet having high thermal conductivity in the plane direction, and between the heat generating component and the heat radiating member. An object of the present invention is to provide a heat dissipating device for effectively performing heat radiation by filling a gap formed and performing heat coupling more efficiently.

そして本発明の放熱装置は、発熱部品と、この発熱部品に取り付ける放熱部材と、この放熱部材と前記発熱部品との間に形成される隙間部に配設されるグラファイトシートとを有し、前記グラファイトシートはその一部を折り畳むことにより前記隙間部に対応する部分に肉厚部を設けたことを特徴とする放熱装置である。   The heat dissipating device of the present invention includes a heat generating component, a heat dissipating member attached to the heat generating component, and a graphite sheet disposed in a gap formed between the heat dissipating member and the heat generating component, The graphite sheet is a heat dissipating device in which a thick part is provided in a part corresponding to the gap part by folding a part thereof.

半導体モジュールなどの発熱部品をヒートシンクや電子機器のシャーシなどの放熱部材に取り付けた際に生じる隙間部に、グラファイトシートの一部を折り畳むことにより肉厚部を設けたグラファイトシートを挟んだ放熱装置であり、極めて簡便で工業的に容易な方法で、優れた熱結合を実現でき、発熱部品から効果的な放熱を行うことができる。   A heat dissipation device that sandwiches a graphite sheet with a thick part by folding a part of the graphite sheet into a gap that occurs when a heat-generating component such as a semiconductor module is attached to a heat dissipation member such as a heat sink or chassis of an electronic device. In addition, excellent thermal coupling can be realized by an extremely simple and industrially easy method, and effective heat radiation can be performed from the heat-generating component.

以下、本発明の放熱装置の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an embodiment of a heat dissipation device of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は本発明の放熱装置の一例を示す分解斜視図であり、発熱部品であるパワーアンプやSSRなどの半導体モジュール11の両端部を肉厚部21aを有するグラファイトシート21を挟んで放熱部材であるヒートシンク12の両端部に取付固定ネジ13、14でネジ止めして取り付け、放熱装置17を構成している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of a heat radiating device of the present invention. Both ends of a semiconductor module 11 such as a power amplifier or SSR as a heat generating component are sandwiched by a heat radiating member with a graphite sheet 21 having a thick portion 21a interposed therebetween. A heat radiating device 17 is configured by screwing the heat sink 12 to both ends with mounting fixing screws 13 and 14.

図1の下向きの矢印Aは取付固定ネジ13、14の挿入方向を示す。   A downward arrow A in FIG. 1 indicates the insertion direction of the mounting fixing screws 13 and 14.

図2は本実施の形態1の放熱装置で用いる、肉厚部21aを有するグラファイトシート21の構成を示し、図2(a)は折り畳みにより肉厚部21aを形成する前の平面図、図2(b)は肉厚部21a形成後の平面図、図2(c)は肉厚部21a形成後の側面図を示す。   2 shows a configuration of the graphite sheet 21 having the thick portion 21a used in the heat dissipation device of the first embodiment, and FIG. 2 (a) is a plan view before the thick portion 21a is formed by folding, FIG. FIG. 2B is a plan view after the thick portion 21a is formed, and FIG. 2C is a side view after the thick portion 21a is formed.

図2(a)において、略矩形状のグラファイトシート21はその中央付近に2本の折り曲げ線22、23と、ネジ止めで固定するための穴15b、16bを形成している。   In FIG. 2A, a substantially rectangular graphite sheet 21 is formed with two folding lines 22 and 23 and holes 15b and 16b for fixing by screwing in the vicinity of the center thereof.

そして、図2(a)のグラファイトシート21の一部を折り曲げ線22、23により折り畳んで、図2(b)、(c)のように中央付近に肉厚部21aを有するグラファイトシート21を得る。   Then, a part of the graphite sheet 21 shown in FIG. 2A is folded by folding lines 22 and 23 to obtain a graphite sheet 21 having a thick portion 21a near the center as shown in FIGS. 2B and 2C. .

なお図2(c)では折り畳みの説明のため、厚み方向の寸法を誇張して示している。   In FIG. 2C, the dimension in the thickness direction is exaggerated for the purpose of folding.

ここで、折り畳み後のグラファイトシートはつながった状態で折り畳まれることが特に重要で、例えば折り畳んで肉厚部21aを形成したグラファイトシート21の代わりに、同等の寸法に一枚一枚が切り離されたグラファイトシートを重ねて肉厚部21aを構成しても実施の形態1のような効果は得られない。   Here, it is particularly important that the folded graphite sheets are folded in a connected state. For example, instead of the graphite sheet 21 that is folded to form the thick portion 21a, each piece is cut into the same size. Even if the thick sheets 21a are formed by stacking graphite sheets, the effect as in the first embodiment cannot be obtained.

これは、グラファイトシートはグラファイトの結晶構造の異方性により、面方向での熱伝導率は約600〜1200W/(m・K)と高いが、厚み方向の熱伝導率は約10W/(m・K)以下と小さいため、一枚一枚が切り離されたグラファイトシートで積層形成された肉厚部では、各々のグラファイトシートの平面間の熱移動が制限されるためである。   This is because the graphite sheet has a high thermal conductivity of about 600 to 1200 W / (m · K) in the plane direction due to the anisotropy of the crystal structure of graphite, but the thermal conductivity in the thickness direction is about 10 W / (m -K) Since the thickness is small, the heat transfer between the planes of each graphite sheet is limited in the thick portion formed by lamination with the graphite sheets separated one by one.

これに対して本発明の放熱装置に用いるグラファイトシートでは、折り畳まれた部分が全て平面方向でつながったままで折り畳まれているため、図1の半導体モジュール11から伝わった熱がグラファイトシートの平面方向に伝えられて全体に行き渡り、この熱をヒートシンク12の広い面に伝えることができるため、効率よく放熱を行うことができるものである。   On the other hand, in the graphite sheet used for the heat radiating device of the present invention, since the folded portions are all folded in a plane direction, the heat transmitted from the semiconductor module 11 in FIG. 1 is in the plane direction of the graphite sheet. Since the heat is transmitted to the entire surface and this heat can be transmitted to the wide surface of the heat sink 12, heat can be efficiently radiated.

また、切断した個々のグラファイトシートを重ねて使用する場合、グラファイトシートどうしが非常に滑りやすく、半導体モジュール11とヒートシンク12の間に挟んで取付固定ネジ13、14で締め付ける際に位置ずれを起こしやすい。   Further, when individual cut graphite sheets are used in an overlapping manner, the graphite sheets are very slippery and are likely to be displaced when they are sandwiched between the semiconductor module 11 and the heat sink 12 and tightened with the mounting fixing screws 13 and 14. .

このため半導体モジュール11の中央部の最も発熱する部分に厚みの厚い箇所が来るように設定するのは困難となる。   For this reason, it is difficult to set so that the thickest part comes to the most heat-generating part of the central part of the semiconductor module 11.

これに対して、本実施の形態1のグラファイトシート21は、折り畳みにより全体が平面方向でつながったまま肉厚部21aを形成しているため、グラファイトシート21両端部の穴に取付固定ネジ13、14を差し込んで固定することにより、極めて容易にかつ適確に発熱温度が高い半導体モジュール11の中央部に肉厚部21aを固定することができる。   On the other hand, the graphite sheet 21 according to the first embodiment forms the thick part 21a while being connected in the plane direction by folding, so the mounting fixing screws 13 are formed in the holes at both ends of the graphite sheet 21. By inserting and fixing 14, the thick portion 21 a can be fixed to the central portion of the semiconductor module 11 having a high heat generation temperature extremely easily and accurately.

なお、図2(a)に示す折り畳み前のグラファイトシート21は、略矩形状と単純な形状であるため、1枚の大きな熱分解グラファイトシートから打ち抜く際の打ち抜きロスが少なく、最も打ち抜き数を多くできるという特徴も有している。   Since the graphite sheet 21 before folding shown in FIG. 2 (a) is substantially rectangular and simple, there is little punching loss when punching from one large pyrolytic graphite sheet, and the number of punches is the largest. It also has the feature of being able to do.

このようにして構成した放熱装置17において、半導体モジュール11に所定の電力を印加したときの半導体モジュール11の温度を測定した。   In the heat dissipation device 17 configured as described above, the temperature of the semiconductor module 11 when a predetermined power was applied to the semiconductor module 11 was measured.

温度測定は、半導体モジュール11に取り付けた熱電対(図示せず)により行った。   The temperature was measured by a thermocouple (not shown) attached to the semiconductor module 11.

上記図2(c)に示したグラファイトシート21を挟んで測定した結果、半導体モジュール11の温度は85℃であった。   As a result of measurement with the graphite sheet 21 shown in FIG. 2C interposed therebetween, the temperature of the semiconductor module 11 was 85 ° C.

比較例として、図6に示す肉厚部を設けていない従来のグラファイトシート61を上記と同様に半導体モジュール11とヒートシンク12の間に挟み、所定の電力を印加したときの半導体モジュール11の温度を測定した結果、その温度は90℃であった。   As a comparative example, the temperature of the semiconductor module 11 when a predetermined power is applied between the semiconductor module 11 and the heat sink 12 in the same manner as described above with the conventional graphite sheet 61 not provided with the thick portion shown in FIG. As a result of measurement, the temperature was 90 ° C.

この結果より、従来に比べて本実施の形態1による放熱装置では放熱効果が向上していることが解る。   From this result, it can be seen that the heat dissipation effect is improved in the heat dissipation device according to the first embodiment as compared with the conventional case.

この放熱効果の違いは以下の理由による。   This difference in heat dissipation effect is due to the following reasons.

すなわち、図1の半導体モジュール11とヒートシンク12を取付固定ネジ13、14を締め付けて固定した時、半導体モジュール11がヒートシンクと接する下面、あるいはヒートシンク12が半導体モジュール11と接する上面がどちらも硬い成型樹脂や金属板のような剛性が高い材質であるため、半導体モジュール11の上面が上に向かって弓なりに変形し、半導体モジュール11とヒートシンク12の間に隙間部が形成される。   That is, when the semiconductor module 11 and the heat sink 12 shown in FIG. 1 are fixed by tightening the fixing screws 13 and 14, the lower surface where the semiconductor module 11 contacts the heat sink or the upper surface where the heat sink 12 contacts the semiconductor module 11 is hard molding resin. Since the material is highly rigid such as a metal plate, the upper surface of the semiconductor module 11 is deformed like a bow upward, and a gap is formed between the semiconductor module 11 and the heat sink 12.

比較例の図6に示した従来のグラファイトシート61のように、全体にわたって厚みが同じである場合、この隙間部を埋めることが出来ず、熱伝達に支障を来たす結果、放熱効果が低下してしまうものである。   As in the case of the conventional graphite sheet 61 shown in FIG. 6 of the comparative example, when the thickness is the same throughout, this gap cannot be filled, resulting in hindrance to heat transfer, resulting in a decrease in heat dissipation effect. It is what will end up.

これに対して、図2(c)に示すグラファイトシート21を用いた場合には、この半導体モジュール11の中央部に対応する部分に肉厚部21aを形成しているため、この隙間部を埋めて、半導体モジュール11とヒートシンク12に密着することが出来る。   On the other hand, when the graphite sheet 21 shown in FIG. 2C is used, the thick portion 21a is formed in the portion corresponding to the central portion of the semiconductor module 11, so that the gap portion is filled. Thus, the semiconductor module 11 and the heat sink 12 can be in close contact with each other.

さらにこの肉厚部21aは連続した1枚のグラファイトシート21の一部を折り畳んで形成したものであるため、平面方向に熱伝導率が大きなグラファイトシートの特性を十分発揮することができ、放熱効果を向上することができるものである。   Furthermore, since this thick part 21a is formed by folding a part of one continuous graphite sheet 21, the characteristics of the graphite sheet having a large thermal conductivity in the plane direction can be sufficiently exhibited, and the heat dissipation effect. Can be improved.

ここで、半導体モジュール11の発熱に関しては、定格の温度から1、2℃上昇するだけでも半導体モジュール11の寿命に与える影響は大きいため、放熱による温度低下が数度でも放熱効果としては顕著なものであり、本実施の形態1の放熱装置で効率的な放熱効果が得られていることがわかる。   Here, the heat generation of the semiconductor module 11 has a significant effect on the life of the semiconductor module 11 even if the temperature rises by 1 ° C. or 2 ° C. from the rated temperature. Thus, it can be seen that an efficient heat dissipation effect is obtained in the heat dissipation device of the first embodiment.

次に、このグラファイトシート21の作製方法について説明する。   Next, a method for producing the graphite sheet 21 will be described.

まず、厚み75μmのポリイミドフィルムを焼成炉にてArまたはN2などの不活性雰囲気下で2500℃で2時間加熱して熱分解グラファイトシートを作製する。 First, a 75 μm thick polyimide film is heated at 2500 ° C. for 2 hours in an inert atmosphere such as Ar or N 2 in a baking furnace to produce a pyrolytic graphite sheet.

熱分解後のグラファイトシートの厚みは130μmであった。   The thickness of the graphite sheet after pyrolysis was 130 μm.

次にローラー圧延により熱分解後のグラファイトシートの柔軟化処理を行う。   Next, the graphite sheet after thermal decomposition is softened by roller rolling.

この柔軟化処理は、後の工程で所定形状に打ち抜いたグラファイトシートを折り畳むために、熱分解後のグラファイトシートに十分な柔軟性を持たせる目的で行うものである。   This softening treatment is performed for the purpose of giving the graphite sheet after pyrolysis sufficient flexibility in order to fold the graphite sheet punched into a predetermined shape in a later step.

この柔軟化処理後のグラファイトシートの厚みは100μmで、光交流放熱定数測定装置(アルバック理工製レーザーピット)を用いて測定した熱伝導率は1000w/(m・K)であった。   The thickness of the graphite sheet after the softening treatment was 100 μm, and the thermal conductivity measured using an optical AC heat radiation constant measuring device (Laser Pit manufactured by ULVAC-RIKO) was 1000 w / (m · K).

グラファイトシートとしては上記熱分解グラファイトシートのかわりにエキスパンド法によるいわゆる膨張黒鉛シートを使用することも考えられるが、膨張黒鉛シートは天然の黒鉛粉末を酸処理した後、加熱膨張させた黒鉛粉末をプレス成形し、シート状にしたものであり、熱分解グラファイトシートのような、折り畳みに耐えうる柔軟性に乏しいため、本実施の形態1では熱分解グラファイトシートを用いている。   As the graphite sheet, it is possible to use a so-called expanded graphite sheet by an expanding method instead of the pyrolytic graphite sheet. However, the expanded graphite sheet is obtained by pressing a natural graphite powder after acid treatment and then pressing the expanded graphite powder. In the first embodiment, the pyrolytic graphite sheet is used because it is molded and formed into a sheet shape and is not flexible enough to withstand folding, such as a pyrolytic graphite sheet.

柔軟化処理後の熱分解グラファイトシートは、トムソン型などの打ち抜き型を用いて打ち抜いて、図2(a)の平面図に示す形状のグラファイトシート21を得る。   The pyrolytic graphite sheet after the softening treatment is punched using a punching die such as a Thomson die to obtain a graphite sheet 21 having a shape shown in the plan view of FIG.

折り畳み前のグラファイトシート21の厚みとしては、柔軟化処理後の厚みが100μmのものを用いたが、特にこれに限定されるものではなく、20μm〜1000μm程度のものが好ましい。   As the thickness of the graphite sheet 21 before folding, a thickness after the softening treatment of 100 μm was used, but the thickness is not particularly limited, and a thickness of about 20 μm to 1000 μm is preferable.

グラファイトシート21の厚みが20μm未満の場合、取り扱いが難しくなり、また半導体モジュール11の下面とヒートシンク12の上面の平行度が出ていない場合、グラファイトシート21がこれらの面に接触しない箇所が生じる場合もあるので、グラファイトシート21の厚みとしては20μm以上が望ましい。   When the thickness of the graphite sheet 21 is less than 20 μm, it becomes difficult to handle, and when the parallelism between the lower surface of the semiconductor module 11 and the upper surface of the heat sink 12 does not come out, there is a place where the graphite sheet 21 does not contact these surfaces. Therefore, the thickness of the graphite sheet 21 is preferably 20 μm or more.

またグラファイトシート21の厚みが1000μmを超えて厚くなると、グラファイトシートは平面方向に比べて厚み方向では熱伝導率が低いため、グラファイトシート21自体の熱抵抗が増加し、放熱効率が低下する場合があるためである。   Further, when the thickness of the graphite sheet 21 exceeds 1000 μm, the graphite sheet has a lower thermal conductivity in the thickness direction than in the planar direction, so that the thermal resistance of the graphite sheet 21 itself increases and the heat dissipation efficiency may decrease. Because there is.

以下、本発明の放熱装置17に用いる他のグラファイトシートについて図3〜5を用いて説明する。   Hereinafter, other graphite sheets used for the heat dissipation device 17 of the present invention will be described with reference to FIGS.

図3〜5は図2に示したグラファイトシート21の肉厚部21aを他の形態で形成したものであり、同じ構成要素には同じ符号を付して説明は省略する。   3 to 5 show a case where the thick portion 21a of the graphite sheet 21 shown in FIG. 2 is formed in another form, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

(実施の形態2)
実施の形態2で用いるグラファイトシートは、実施の形態1で用いた熱分解グラファイトシートを、図3に示す形状としたものである。
(Embodiment 2)
The graphite sheet used in the second embodiment is the pyrolytic graphite sheet used in the first embodiment having the shape shown in FIG.

図3(a)に示す打ち抜き後のグラファイトシート31は略十字形状を有しており、本体部32とこの上に折り畳まれる折り畳み部33、34を有する。   The punched graphite sheet 31 shown in FIG. 3A has a substantially cross shape, and has a main body portion 32 and folding portions 33 and 34 that are folded on the main body portion 32.

そこで、折り畳み部33、34は、本体部32の上下両端に向かい合って形成されており、折り畳み部34がまず折り曲げ線36により本体部32に重なるように折り曲げられる。続いて折り曲げ線35により、折り畳み部33が折り畳み部34の上に重なるように折り曲げられ、図3(b)の平面図及び図3(c)の側面図に示す肉厚部31aを形成している。   Therefore, the folding parts 33, 34 are formed to face both the upper and lower ends of the main body part 32, and the folding part 34 is first bent so as to overlap the main body part 32 by a folding line 36. Subsequently, the folding part 33 is folded by the folding line 35 so as to overlap the folding part 34, thereby forming a thick part 31a shown in the plan view of FIG. 3B and the side view of FIG. Yes.

このようにして折り畳まれたグラファイトシート31を実施の形態1と同様に、図1の半導体モジュール11とヒートシンク12の間に挟んで半導体モジュール11の温度を測定した結果は83℃であった。   As in Embodiment 1, the graphite sheet 31 folded in this way was sandwiched between the semiconductor module 11 and the heat sink 12 shown in FIG.

これは、半導体モジュール11にヒートシンク12をネジ止めで固定したとき、半導体モジュール11の底面が上方に弓形に反って、ヒートシンク12との密着性が低下するのに対して、図3に示すグラファイトシート31はより曲面に近い肉厚部31aを有するため、図2に示すグラファイトシート21よりも半導体モジュール11への密着性が良く、放熱効果が上がったためと考えられる。   This is because, when the heat sink 12 is fixed to the semiconductor module 11 with screws, the bottom surface of the semiconductor module 11 warps upward and the adhesiveness with the heat sink 12 decreases, whereas the graphite sheet shown in FIG. Since 31 has a thick portion 31a closer to a curved surface, it is considered that the adhesion to the semiconductor module 11 is better than that of the graphite sheet 21 shown in FIG.

(実施の形態3)
実施の形態1で用いた熱分解グラファイトシートを、図4に示したグラファイトシート41の形状とすることにより、打ち抜き数と放熱効果を両立させることも可能である。
(Embodiment 3)
By making the pyrolytic graphite sheet used in Embodiment 1 the shape of the graphite sheet 41 shown in FIG. 4, it is possible to achieve both the number of punches and the heat dissipation effect.

実施の形態3のグラファイトシート41では、図4(a)に示したように折り畳み部43と44は同一の形状としている。   In the graphite sheet 41 of the third embodiment, the folding portions 43 and 44 have the same shape as shown in FIG.

そして、グラファイトシート41の本体部42に、折り曲げ線46、45により折り畳み部44、43が折り曲げられ、図4(b)の平面図及び図4(c)の側面図に示す肉厚部41aを形成している。   And the folding parts 44 and 43 are bend | folded by the folding lines 46 and 45 at the main-body part 42 of the graphite sheet 41, and the thick part 41a shown to the top view of FIG.4 (b) and the side view of FIG.4 (c) is shown. Forming.

この図4(a)のグラファイトシート41を、実施の形態1と同様に半導体モジュール11とヒートシンク12の間に挟んで、半導体モジュール11の温度を測定した結果は84℃であった。   The graphite sheet 41 of FIG. 4A was sandwiched between the semiconductor module 11 and the heat sink 12 as in the first embodiment, and the temperature of the semiconductor module 11 was measured to be 84 ° C.

(実施の形態4)
図5(a)に示す実施の形態4で用いるグラファイトシート51は、図4(a)に示すグラファイトシート41の変形例であり、折り畳み部53、54を本体部52の上下両側に設けるのではなく、図5(a)に示すように打ち抜き後のグラファイトシート51の形状をT字型としたものであり、折り畳み部54を折り曲げ線56により折り畳み部53上に折り曲げ、その後折り曲げ線55により本体部52上に折り曲げて図5(b)の平面図及び図5(c)の側面図に示すような肉厚部51aを有するグラファイトシート51とするものである。
(Embodiment 4)
The graphite sheet 51 used in the fourth embodiment shown in FIG. 5A is a modification of the graphite sheet 41 shown in FIG. 4A, and the folding parts 53 and 54 are not provided on the upper and lower sides of the main body part 52. 5A, the shape of the graphite sheet 51 after punching is made into a T-shape, the folding portion 54 is folded on the folding portion 53 by a folding line 56, and then the main body is folded by the folding line 55. The graphite sheet 51 has a thick portion 51a as shown in the plan view of FIG. 5B and the side view of FIG.

あるいは、まず折り曲げ線55により折り畳み部53と54が本体部52上に来るように谷折りにした後、折り畳み線56により山折に折り返して折り畳み部54が最上層に来るようにして肉厚部51を形成してもよい。   Alternatively, first, the folding part 55 is folded so that the folding parts 53 and 54 are on the main body part 52 by the folding line 55, and then the folding part 56 is folded back into a mountain fold so that the folding part 54 comes to the uppermost layer. May be formed.

このグラファイトシート51を用いて実施の形態1と同様に半導体モジュール11の温度を測定した結果は84℃と、図3に示すグラファイトシート31とほぼ同等の結果が得られた。   The result of measuring the temperature of the semiconductor module 11 using this graphite sheet 51 as in the first embodiment was 84 ° C., which was almost the same as that of the graphite sheet 31 shown in FIG.

この実施の形態4のグラファイトシート51では打ち抜き形状をT字型としているため、実施の形態3のグラファイトシート41に比べて、より打ち抜きロスを低減することができる。   In the graphite sheet 51 of the fourth embodiment, the punching shape is T-shaped, so that the punching loss can be further reduced as compared with the graphite sheet 41 of the third embodiment.

上記実施の形態1〜4では図2〜5に示した形状のグラファイトシートを用いたが、これらの形状に限定されるものではなく、折り畳んで所望の場所に肉厚部を形成できる形状であればどのような形状でも構わない。   In the first to fourth embodiments, the graphite sheets having the shapes shown in FIGS. 2 to 5 are used. However, the shape is not limited to these shapes, and any shape that can be folded to form a thick portion at a desired location. Any shape can be used.

また、肉厚部21a、31a、41a、51aの厚みは、折り畳み前の厚みの3倍となる例を示したが、これに限定されるものではなく、例えば図3(a)に示したグラファイトシート31の折り畳み部33、34のうちどちらか一方だけとし、肉厚部の厚みが折り畳み前の厚みの2倍となるようにしてもよい。   Moreover, although the thickness part 21a, 31a, 41a, 51a showed the example which becomes 3 times the thickness before folding, it is not limited to this, For example, the graphite shown to Fig.3 (a) Only one of the folded portions 33 and 34 of the sheet 31 may be used, and the thickness of the thick portion may be twice the thickness before folding.

あるいは、例えば図4(a)に示したグラファイトシート41の上下どちらかの折り畳み部を、図5(a)に示すように折り畳み部が2個連続した構成にして、肉厚部の厚みが折り畳み前の厚みの4倍とすることもできる。   Alternatively, for example, the folded portion on either the upper or lower side of the graphite sheet 41 shown in FIG. 4A is configured such that two folded portions are continuous as shown in FIG. 5A, and the thickness of the thick portion is folded. It can also be 4 times the previous thickness.

肉厚部の厚みとしては、ネジによる締め付け圧力にもよるが、あまり厚くなりすぎると逆に半導体モジュール11とヒートシンク12間に隙間部が生じる場合があるので、折り畳み前の厚みの2倍〜4倍とすることが望ましい。   The thickness of the thick portion depends on the tightening pressure by the screw, but if it becomes too thick, a gap portion may be formed between the semiconductor module 11 and the heat sink 12. It is desirable to double.

肉厚部の厚みが2倍未満、即ち折り畳まない場合は、比較例1のように、グラファイトシートを用いても優れた放熱効果を発揮することができない。   When the thickness of the thick part is less than twice, that is, when it is not folded, even if a graphite sheet is used as in Comparative Example 1, an excellent heat dissipation effect cannot be exhibited.

ネジの締め付けに関しては、折り畳んだ肉厚部の厚みが折り畳み前の厚みの4倍以下であれば、熱分解グラファイトシートの柔軟性により、ネジの締め付けを加圧力に換算した場合、5〜20g/cm2程度の圧力で半導体モジュール11とヒートシンク12に十分密着させることができる。 Regarding the tightening of the screw, if the thickness of the folded thick part is 4 times or less than the thickness before the folding, 5-20 g / The semiconductor module 11 and the heat sink 12 can be sufficiently adhered with a pressure of about cm 2 .

また、放熱装置の組立上、グラファイトシートの折り畳みを確実にするため、接着剤や粘着剤を用いる必要がある場合には、これら接着剤や粘着剤は熱抵抗が大きいため、接着剤や粘着剤の厚みを20μm以下、出来れば10μm以下にするか、または折り畳み部全面に接着剤や粘着剤を塗布するのではなく、不連続のスポット状に塗布し、このスポット状に塗布された接着剤や粘着剤がない部分で折り畳みを接合して肉厚部21aを形成することが好ましい。   In addition, when it is necessary to use an adhesive or an adhesive to ensure the folding of the graphite sheet in assembling the heat dissipation device, these adhesives and adhesives have a large thermal resistance. The thickness of the adhesive is 20 μm or less, preferably 10 μm or less, or an adhesive or adhesive is not applied to the entire folding part, but is applied in a discontinuous spot shape. It is preferable to join the folds at the portion where there is no adhesive to form the thick portion 21a.

さらに、本実施の形態1では図1に示すように下面(底面)が矩形状の半導体モジュール11を用いた例を示したが、これに限定されるものではなく、例えば下面(底面)が楕円形状のパワーアンプなどの半導体モジュールでもよい。   Further, in the first embodiment, as shown in FIG. 1, an example in which the semiconductor module 11 having a rectangular bottom surface (bottom surface) is used is not limited to this. For example, the bottom surface (bottom surface) is an ellipse. A semiconductor module such as a shaped power amplifier may also be used.

また、放熱部材であるヒートシンク12は図1に示すような形状に限定されるものではなく円柱状のものや、フィンが上面と直角に下方に向かって伸びるようなものでもよい。   Moreover, the heat sink 12 which is a heat radiating member is not limited to the shape as shown in FIG. 1, and may be a cylindrical shape or a fin extending downward at right angles to the upper surface.

さらに放熱部材としては、ヒートシンク以外に電子機器筐体のシャーシや、平面状の金属板でもよい。   Further, the heat radiating member may be a chassis of an electronic device casing or a flat metal plate other than the heat sink.

また、上記実施の形態1〜4では半導体モジュール11の両端を2個の取付固定ネジ13、14で固定した例を示したが、これに限定されるものではなく、半導体モジュールの両端を固定する取付固定ネジは3個またはそれ以上でも同様に本発明の効果を発揮することができる。   Moreover, although the example which fixed the both ends of the semiconductor module 11 with the two attachment fixing screws 13 and 14 was shown in the said Embodiment 1-4, it is not limited to this, The both ends of a semiconductor module are fixed. The effect of the present invention can be exhibited in the same manner with three or more mounting fixing screws.

本発明の放熱装置は、半導体モジュールなどの発熱部材を、放熱部材であるヒートシンクに固定して放熱する放熱装置において、発熱部品と放熱部材との間に形成される隙間部に対応する部分に、グラファイトシートの一部を折り畳むことにより肉厚部を設けたグラファイトシートを挟むことにより、極めて簡便で工業的に容易な方法で、優れた熱結合を実現でき、効率的な放熱を行うことができるという効果を有し、電子機器などの放熱装置等に有用である。   The heat dissipating device of the present invention is a heat dissipating device that dissipates heat by fixing a heat generating member such as a semiconductor module to a heat sink that is a heat dissipating member, in a portion corresponding to a gap formed between the heat generating component and the heat dissipating member, By sandwiching a graphite sheet with a thick part by folding a part of the graphite sheet, it is possible to achieve excellent heat coupling and efficient heat dissipation by an extremely simple and industrially easy method. It is useful for heat dissipation devices such as electronic devices.

本発明の放熱装置の分解斜視図The exploded perspective view of the heat dissipation device of the present invention (a)本発明の実施の形態1における折り畳み前のグラファイトシートの平面図、(b)同折り畳み後のグラファイトシートの平面図、(c)同折り畳み後のグラファイトシートの側面図(A) Plan view of graphite sheet before folding in Embodiment 1 of the present invention, (b) Plan view of graphite sheet after folding, (c) Side view of graphite sheet after folding. (a)本発明の実施の形態2における他のグラファイトシートの折り畳み前の平面図、(b)同折り畳み後のグラファイトシートの平面図、(c)同折り畳み後のグラファイトシートの側面図(A) Plan view before folding of another graphite sheet in Embodiment 2 of the present invention, (b) Plan view of the graphite sheet after folding, (c) Side view of the graphite sheet after folding. (a)本発明の実施の形態3における更に他のグラファイトシートの折り畳み前の平面図、(b)同折り畳み後のグラファイトシートの平面図、(c)同折り畳み後のグラファイトシートの側面図(A) Plan view before folding of still another graphite sheet according to Embodiment 3 of the present invention, (b) Plan view of the graphite sheet after folding, (c) Side view of the graphite sheet after folding. (a)本発明の実施の形態4における更に他のグラファイトシートの折り畳み前の平面図、(b)同折り畳み後のグラファイトシートの平面図、(c)同折り畳み後のグラファイトシートの側面図(A) Plan view before folding of still another graphite sheet according to Embodiment 4 of the present invention, (b) Plan view of the graphite sheet after folding, (c) Side view of the graphite sheet after folding. (a)比較例1の従来のグラファイトシートの平面図、(b)同グラファイトシートの側面図(A) Plan view of a conventional graphite sheet of Comparative Example 1, (b) Side view of the graphite sheet 発熱部品と放熱部材との間の隙間部を説明するための断面図Sectional drawing for demonstrating the clearance gap between heat-emitting components and a thermal radiation member

符号の説明Explanation of symbols

11 半導体モジュール
12 ヒートシンク
13、14 取付固定ネジ
15a、15b、15c、16a、16b、16c ネジ止め用の穴
17 放熱装置
21、31、41、51 グラファイトシート
21a、31a、41a、51a 肉厚部
22、23 折り曲げ線
32 本体部
33、34 折り畳み部
35、36 折り曲げ線
42 本体部
43、44 折り畳み部
45、46 折り曲げ線
52 本体部
53、54 折り畳み部
55、56 折り曲げ線
61 グラファイトシート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Semiconductor module 12 Heat sink 13,14 Mounting fixing screw 15a, 15b, 15c, 16a, 16b, 16c Screw hole 17 Heat radiation device 21, 31, 41, 51 Graphite sheet 21a, 31a, 41a, 51a Thick part 22 , 23 Folding line 32 Main body part 33, 34 Folding part 35, 36 Folding line 42 Main body part 43, 44 Folding part 45, 46 Folding line 52 Main body part 53, 54 Folding part 55, 56 Folding line 61 Graphite sheet

Claims (2)

発熱部品と、この発熱部品に取り付ける放熱部材と、この放熱部材と前記発熱部品との間に形成される隙間部に配設される略矩形状のグラファイトシートとを有し、前記グラファイトシートの一部を長手方向に折り畳むことにより前記隙間部に対応する部分に肉厚部を設け、前記グラファイトシートの両端部に設けた穴に取付固定ネジを差し込んで固定することを特徴とする放熱装置。 And heat-generating component includes a heat radiating member attached to the heat generating component, and a substantially rectangular graphite sheets disposed in a gap portion formed between the heat generating component and the heat radiating member, the graphite sheet- A heat dissipating device characterized in that a thick portion is provided at a portion corresponding to the gap portion by folding the portion in the longitudinal direction, and fixing screws are inserted into holes provided at both ends of the graphite sheet . 前記グラファイトシートは熱分解グラファイトシートである請求項1に記載の放熱装置。 The heat dissipation device according to claim 1, wherein the graphite sheet is a pyrolytic graphite sheet.
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