JPH07162177A

JPH07162177A - 放熱体

Info

Publication number: JPH07162177A
Application number: JP5309407A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Fujimori; 良経藤森; Toshiya Sakamoto; 敏也坂本; Jun Monma; 旬門馬; Tomiya Sasaki; 富也佐々木; Hideo Iwasaki; 秀夫岩崎; Hiromi Shizu; 博美志津; Naoyuki Sori; 尚行蘓理; Takashi Sano; 孝佐野
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Development and Engineering Corp
Priority date: 1993-12-09
Filing date: 1993-12-09
Publication date: 1995-06-23

Abstract

(57)【要約】【目的】発熱部と放熱部との距離を充分短かく設定でき
ない場合においても、放熱・廃熱効果が充分大きい放熱
体を提供する。【構成】発熱部１１において発生した熱６を離れた放熱
部１２に伝達するために、上記発熱部１１と放熱部１２
とを接続するように設けた高熱伝導性担持体１３と、発
熱部１１および放熱部１２に対する高熱伝導性担持体１
３の接続面を少なくとも含む高熱伝導性担持体１３の表
面部に形成された可撓性放熱層１４とを備え、この可撓
性放熱層１４は樹脂マトリックス１５中に高熱伝導性充
填材１６を分散してなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は発熱部から放熱部に熱を
伝達する放熱体に係り、特に発熱部と放熱部とが相互に
離れている場合においても効率的に熱伝達が可能な放熱
体に関する。

【０００２】

【従来の技術】トランス、モータ、産業機械等の電気機
械、トランジスタ、コンデンサ、ＬＳＩパッケージ等の
電子・電気部品、複合機やレーザビームプリンタ（ＬＢ
Ｐ）等のＯＡ機器、Ｘ線診断装置や超音波診断装置等の
医療機器、Ｘ線回折装置等の分析装置等は、動作時の発
熱により、寿命が短かくなり、また信頼性も低下し易く
なる。この対策として、例えば電子・電気部品の発熱部
と、放熱フィン等の冷却手段から成る放熱部との間に熱
伝導性および密着性に優れたシート状の放熱体を介装
し、発熱部で発生した熱を効率的に放熱部に伝達せし
め、放熱させる構造が広く採用されている。また上記Ｏ
Ａ機器、医療機器または分析機器では、冷却ファン等の
強制換気設備を付設することにより発熱部からの熱の放
出を実施していた。

【０００３】より具体的に説明すると、例えば半導体装
置分野においては、図７に示すようなモジュール構造体
１が使用されている。すなわちモジュール構造体１は、
電気絶縁性を有するセラミックス基板２上面に、発熱体
となるＬＳＩやパワーＩＣ等の半導体素子３が搭載さ
れ、さらに半導体素子３にて発生した熱を効率的に放散
させるために、半導体素子３の上面に放熱部品としての
放熱フィン４が接合されて構成される。そして半導体素
子３と放熱フィン４とが互いに近接して対向配置してい
る場合には、両者を直接密着させたり、または放熱体
（サーマルコンパウンド）を介して密着させ、接触熱抵
抗の原因となる空気層を除去することによって伝熱抵抗
を低減することも、ある程度までは可能である。

【０００４】しかしながら、発熱体としての半導体素子
３および放熱部品としての放熱フィン４の接合面には微
小な凹凸が形成されているため、そのまま接合したまま
では完全に密着することがなく、介在する空気層が接触
熱抵抗となり、放熱特性が低下してしまう。そこで放熱
フィン４と半導体素子３との接触圧力を高めたり、両者
の接合面に熱伝導性が良好な有機樹脂接着剤５や放熱グ
リースを充填して空気層を除去し、伝熱抵抗を低減した
りする方策がとられている。

【０００５】あるいは有機樹脂中に六方晶系窒化ほう素
（ＢＮ），Ａｌ₂Ｏ₃，ＢｅＯなどのセラミックス粉末
を添加した充填材を接合面に介在させることにより、凹
凸を減少させると共に熱伝導性を上昇させるような工夫
もなされている。また半導体素子から冷却フィンなどの
放熱部品までの熱抵抗を低減するため、および半導体素
子に湿分が侵入することを防止するために半導体素子の
上面に熱伝導性の良いシリコン樹脂を封止材として介在
させる構造も採用されている。

【０００６】この樹脂接着剤５や放熱グリースを介在さ
せることにより、接合面に生じた空隙（凹凸）を埋める
ことによって熱接触抵抗を低減し、半導体素子３にて発
生した熱６を放熱フィン４方向に円滑に伝達せしめ、放
熱特性の改善を図っている。

【０００７】一方、図８に示すようにセラミックス多層
基板７上に半導体素子３を搭載した半導体パッケージ８
をボード９に実装する場合において、半導体素子３にて
発生した熱６をボード９側からも放散させる場合には、
セラミックス多層基板７とボード９との間に、シート状
またはグリース状（ペースト状）の放熱体１０を介在さ
せている。

【０００８】上記の放熱体１０は、一般的なマトリック
ス樹脂中に熱伝導性充填材を複合化した混合物で構成さ
れている。マトリックス樹脂としては、例えばシリコー
ンゴム、シリコーンオイルが一般的に用いられ、熱伝導
性充填材としては、例えば窒化硼素、窒化アルミニウム
等の粒子状、板状、繊維状の形状を有するものが用いら
れる。また形態としては、シート、グリース、接着剤、
封止材、注型材などがある。

【０００９】また上記のようなマトリックス樹脂へ熱伝
導性充填材を複合化して得られる放熱体は各種製法によ
って製造されるが、特にシート状放熱体は、大別して下
記の３通りの製造方法によって製造されている。

【００１０】第１の方法は、マトリックス樹脂（例えば
シリコーンゴム）と熱伝導性素材（例えば窒化ほう素）
を配合し混合して原料混合体とし、この原料混合体を通
常のゴム材料と同様にロール、カレンダ、押出し機等に
よりシート状に成形し、得られた成形体をプレスして加
硫するという方法である。

【００１１】第２の方法は、マトリックス樹脂（例えば
シリコーンゴム）と熱伝導性素材（例えば窒化ほう素）
を混合し溶剤に希釈した後、ドクターブレード法に従っ
てシート状に成形し、乾燥してプレスして加硫するとい
う方法である。

【００１２】第３の方法は、マトリックス樹脂（例えば
シリコーンゴム）１００重量部に対して熱伝導性素材
（例えば窒化ほう素）が２００重量部以上配合されてい
るという熱伝導性素材高充填配合物を用いる製法であっ
て、上記原料をニーダ等の密閉式混練機に掛けて混合し
て粉末状ゴム材に形成し、これを所定のシート成形用金
型に一定量充填しプレスして加硫するという方法であ
る。

【００１３】上記製法によって調製されたシート状放熱
体は、通常、電子機器等の発熱部に密着して置かれ、放
熱フィンや筐体等へ熱を効果的に運搬する役割を果す。
一方、グリース状放熱体はＬＳＩパッケージ等の発熱部
に生じた熱を放熱フィンに伝達させる役割を持つ。いず
れも伝熱パスが充分短かく、放熱特性を改善することが
できる。特に高い熱伝導特性を発揮させるためには、高
熱伝導率を有する充填材を使用することが肝要である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
放熱体の使用態様は図７および図８に示すように、発熱
部としての半導体素子３と放熱部としての放熱フィン４
等が互いに対向して近接した位置に配設可能となるよう
な場合に限定されていた。すなわち発熱部と放熱部との
距離が充分に小さい場合には有効であるが、その距離が
充分に短縮できない場合には、樹脂マトリックスに熱伝
導性充填材を複合した放熱体を、発熱部と放熱部との間
に単に介装しただけでは放熱・廃熱効果を充分に発揮で
きない問題点があった。例えば従来の放熱体の熱伝導率
は、良好なものでも３Ｗ／ｍ・Ｋ程度と小さく、その伝
熱距離が増大するに従って放熱体自身に蓄積される熱量
も増大し、放熱効果が少なくなる難点があった。

【００１５】近年、電子機器の小型化、電子部品の高密
度実装化の要請が高まり、また電子機器のデザイン上の
制約から、発熱部と放熱部とを近接して対向配置できな
い場合も発生しており、回路設計の空間的自由度が少な
くなり、放熱設計にも多大な労力を有するケースが発生
している。

【００１６】また上記電子機器の小型化と歩調を合せ
て、半導体素子等の電子部品の高集積化および高出力化
が進行し、動作時における電子部品からの発熱量も比例
して増大し、より効果的な熱放散機構の開発が同時に要
請されている。

【００１７】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、発熱部と放熱部との距離を充分短かく設定
できない場合においても、放熱・廃熱効果が充分大きい
放熱体を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
達成するため、種々の伝熱部材によって発熱部と放熱部
とを接続してその放熱特性および伝熱部材の装着性等を
実験により比較評価した。その結果、高熱伝導性を有す
る担持体により発熱部と放熱部とを接続するとともに発
熱部および放熱部に対する担持体の接続面に可撓性を有
する放熱層を形成したときに、放熱特性および装着性が
共に優れた放熱体が得られることが判明した。本発明は
上記知見に基づいて完成されたものである。

【００１９】すなわち本発明に係る放熱体は、発熱部に
おいて発生した熱を離れた放熱部に伝達するために、上
記発熱部と放熱部とを接続するように設けた高熱伝導性
担持体と、発熱部および放熱部に対する高熱伝導性担持
体の接続面を少なくとも含む高熱伝導性担持体の表面部
に形成された可撓性放熱層とを備え、この可撓性放熱層
は樹脂マトリックス中に高熱伝導性充填材を分散してな
ることを特徴とする。また樹脂マトリックス中に分散し
た高熱伝導性充填材が、可撓性放熱層の厚さ方向に貫通
するように配向させるとよい。さらに高熱伝導性充填材
が、可撓性放熱層の厚さ方向に対して所定角度で傾斜し
て配向することもできる。また高熱伝導性担持体は、可
撓性を有する金属箔で構成するとよい。さらに高熱伝導
性担持体の熱伝導率を可撓性放熱層の熱伝導率より大き
く設定するとよい。また可撓性放熱層の熱伝導率を３Ｗ
／ｍ・Ｋ以上に設定したことを特徴する。

【００２０】上記高熱伝導性担持体は、発熱部と放熱部
とを接続して主たる放熱経路を形成するために設けられ
るものであり、後述する可撓性放熱層を担持する。この
担持体を構成する部材としては、その機能上、特に高熱
伝導性を有し、かつ発熱部と放熱部との位置関係に対応
して自在に屈曲可能な可撓性を有する部材で構成され
る。また担持体構成材の熱伝導率は、可撓性放熱層の熱
伝導率より大きく設定することが肝要であり、その構成
材の具体例としては、金、銀、銅、アルミニウム、錫等
の高熱伝導率を有する金属薄板または金属箔で好適であ
る。

【００２１】一方、可撓性放熱層は、発熱部および放熱
部に対する上記高熱伝導性担持体の密着性を改善し、接
触熱抵抗を低減するために、担持体に一体に形成され
る。この可撓性放熱層は軟質な樹脂マトリックス中に電
気絶縁性を有する多数の高熱伝導性充填材を分散せし
め、上記高熱伝導性充填材が放熱層の厚さ方向を貫通
（表裏貫通）するとともに、充填材の両端面が樹脂マト
リックスの表面に露出するように、放熱層の厚さ方向に
直立または傾斜して樹脂マトリックス中に配向せしめて
形成される。

【００２２】なお放熱層の厚さ方向に直立または傾斜し
て配向した多数の熱伝導性充填材の長軸が全て一定方向
に揃う必要はなく、種々の配向角度を有する熱伝導性充
填材が混在した配向組織でも構わない。

【００２３】上記可撓性放熱層によれば、マトリックス
樹脂中に配合する熱伝導性充填材の両端面が放熱層の厚
さ方向に貫通しマトリックス樹脂の表面に露出するよう
に、放熱層の厚さ方向に直立または傾斜して配向させて
いるため、放熱層の厚さ方向に熱伝導性が良好な連続し
た放熱経路が形成される。したがって、放熱層の厚さ方
向に効果的に熱を伝達することが可能であり、放熱体を
装着した電子・電気機器の冷却効率を大幅に改善するこ
とができる。

【００２４】特に、熱伝導性充填材を放熱層の厚さ方向
に対して傾斜させるようにマトリックス樹脂中に配向す
ることにより、直立して配向した場合と比較して放熱層
の厚さ方向の柔軟性および可撓性をより高めることが可
能になり、発熱部品および放熱部品から受ける応力の緩
和作用が発揮される他、発熱部品および放熱部品に対す
る放熱層の密着性も向上する。

【００２５】上記樹脂マトリックスを構成する材料とし
ては、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリエステル、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリ
ウレタン樹脂、シリコーン樹脂などの可撓性（柔軟性）
に富む材料が好適であるが、比較的硬度の大きなエポキ
シ樹脂等で構成してもよい。

【００２６】一方、上記樹脂マトリックス中に分散され
る高熱伝導性充填材としては電気絶縁性および高熱伝導
率を有していれば特に限定されないが、窒化硼素、窒化
アルミニウム、窒化けい素等の窒化物、酸化アルミニウ
ム、酸化けい素などの酸化物、炭化けい素等の炭化物が
好適である。また放熱層全体として熱伝導率を向上させ
るために、高熱伝導性充填材は複合体（放熱層）容積に
対して４０〜７６重量％の割合で添加される。添加量が
４０容積％未満においては、熱伝導率の改善効果が少な
い一方、添加量が７６容積％を超える場合においては、
充填材粒子を保持固定する樹脂マトリックスの割合が相
対的に低下し、放熱層の構造強度が低下すると共に、可
撓性が消失してしまう。上記組成の放熱層によれば、３
〜２３Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率が得られる。

【００２７】前記高熱伝導性担持体は、上記可撓性放熱
層を介して発熱部および放熱部に接続される。可撓性放
熱層は、発熱部および放熱部に押圧される際に、その表
面形状に応じて変形し表面に空隙等を残すことなく密着
する。したがって、接触熱抵抗が小さく、放熱体全体と
しての放熱特性が優れる。なお可撓性放熱層の熱伝導率
は、３Ｗ／ｍ・Ｋ以上に設定するとよい。

【００２８】本発明に係る放熱体の可撓性放熱層を形成
する場合において、微細なＡｌＮ原料粉末をそのままマ
トリックス樹脂中に充填してもよいが、さらに、ＡｌＮ
原料粉末を一旦成形焼結して高熱伝導度のＡｌＮ焼結体
とし、そのＡｌＮ焼結体を改めて粉砕して調製したＡｌ
Ｎ焼結体粉末を充填材として添加することにより、さら
に放熱体の熱伝導率を高めることができる。またマトリ
ックス中に分散させる充填材として、さらに高い熱導率
を有するＡｌＮ単結晶体を使用する場合についても、粗
大なＡｌＮ単結晶体を粉砕して調製した微細なＡｌＮ単
結晶体粉末を使用することが、熱伝導特性の異方性を回
避するために好ましい。

【００２９】すなわち本願発明者らの実験測定結果によ
れば、平均粒径０．５〜１μｍのＡｌＮ原料粉末をプレ
ス成形したままでは３０〜４０Ｗ／ｍ・Ｋ程度と低い熱
伝導率しか保持せず、このＡｌＮ原料粉末をそのままア
クリル樹脂中に分散せしめてシート状放熱層を調製した
場合、シート状放熱層の熱伝導率は１．０〜２．０Ｗ／
ｍ・Ｋと低い値しか取り得ない。

【００３０】しかるに本願発明のように、ＡｌＮ原料粉
末を一旦焼結すると、１２０〜２６０Ｗ／ｍ・Ｋ程度の
極めて高い熱伝導率を保持するようになる。放熱層の構
成材料となる上記窒化アルミニウム焼結体は、本質的に
高熱伝導性を備える材料であるが、その原料材質や焼結
条件、熱処理条件によって種々の熱伝導率を有するもの
が得られるため、放熱層の要求特性から一般に１５０Ｗ
／ｍ・Ｋ以上、好ましくは１７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱
伝導率を有するＡｌＮ焼結体を使用することが望まし
い。

【００３１】上記のようなＡｌＮ焼結体は通常下記のよ
うな手順で製造される。すなわち、平均粒径０．１〜５
μｍ程度の窒化アルミニウム原料粉末に、焼結助剤とし
て周期律表のIIa 族あるいはIIIa族元素の化合物を０．
１〜５重量％添加した混合粉末を成形し、得られた成形
体を、Ｎ₂ガスまたはアルゴンガスなどの非酸化性雰囲
気中で温度１６００〜１９５０℃で２〜１０時間焼結し
て製造される。

【００３２】このようにして得られた多結晶質のＡｌＮ
焼結体には原料粉末中に混入していた酸素等の不純物に
よって形成された酸化物粒界相が残っており、この粒界
相が熱伝導の妨げになっていると考えられる。

【００３３】そこでＡｌＮ焼結体の熱伝導率をさらに向
上させるために、さらにカーボン蒸気や一酸化炭素ガ
ス，窒素ガスを含む還元雰囲気中で温度１８００〜１９
００℃で２〜１００Ｈｒ程度熱処理することにより、Ａ
ｌＮ焼結体の高純度化が図られる。すなわち粒界相を構
成していたＡｌ₅Ｙ₃Ｏ₁₂等の酸化物は、カーボンと窒
素とが共存している雰囲気中で高温で還元窒化されＡｌ
Ｎになる一方、酸素はカーボンあるいはカーボン化合物
と結合して焼結体外に放出される。その結果、ＡｌＮ焼
結体組織から熱伝導を阻害する粒界相の酸化物が除去さ
れ２００〜２６０Ｗ／ｍ・Ｋ程度の高熱伝導率を有する
ＡｌＮ焼結体が得られる。

【００３４】特に上記のような条件で調製した多結晶質
のＡｌＮ焼結体をさらに還元雰囲気中で高温度で焼成
し、焼結体表面から分解蒸発したＡｌＮ分解ガスを冷却
し、粒子成長させることにより、粒界相がなく、熱伝導
率が２００〜２５０Ｗ／ｍ・ＫのＡｌＮ単結晶体が得ら
れる。

【００３５】このようにして得られた粗大なＡｌＮ焼結
体は通常のボールミル、アトライタまたは振動ボールミ
ル等の混合粉砕機を使用し、乾式粉砕法または湿式粉砕
法または双方を組み合せた粉砕工程において所定粒径と
なるように粉砕される。粉砕されたＡｌＮ焼結体は分級
しておく。また粉砕時に粉末に酸素が付着すると熱伝導
性の低下を招くため、上記粉砕操作は非酸化性雰囲気中
で実施する方が好ましい。

【００３６】樹脂マトリックス中に分散させる窒化アル
ミニウム焼結体粉末等の平均粒径は樹脂マトリックス中
への分散を良好にするために、７０μｍ以下に設定する
とよい。平均粒径が７０μｍを超えるように粗大になる
と、粒子表面の凹凸が大きくなって伝熱抵抗となる空気
層が形成され易くなるためである。ＡｌＮ焼結体の粉砕
後の平均粒径は１０〜２０μｍの範囲に設定することが
より好ましい。

【００３７】また上記のように粉砕して得られた充填材
としての窒化アルミニウム焼結体粉末等のマトリックス
樹脂に対する濡れ性を改善し、分散性を高める目的で、
上記充填材用粉末をマトリックス樹脂中に混合する前
に、予め表面改質処理を施すことが望ましい。表面改質
処理の具体例としては、粉砕して得た窒化アルミニウム
焼結体粉末等の充填材に対して０．１〜１０重量％のカ
ップリング剤、界面活性剤等を滴下し、充分に混合して
おく。上記カップリング剤等は各充填材粒子表面に薄い
被膜層（コーティング層）を形成し、充填材粒子の樹脂
に対する濡れ性を著しく向上させる。その結果、マトリ
ックス樹脂中に充填材粒子粉末等が均一に分散した複合
体組織が得られる。また、このコーティング層が撥水効
果を与え、ＡｌＮ粒子の耐水性を著しく向上させる。

【００３８】そして本発明に係る放熱体は、上記ＡｌＮ
焼結体粉末の体積分率が４０〜７０％となるように高分
子樹脂粉末を混練配合して、さらに有機バインダ等を添
加して原料混合体を調製し、しかる後に原料混合体をド
クターブレード法、グラビアコート法等を使用してテー
プ状の高熱伝導性担持体上に直接塗布し、必要に応じて
テープ状の高熱伝導性担持体上から不要部を離脱して可
撓性放熱体を形成する。または上記ＡｌＮ焼結体粉末の
体積分率が４０〜７０％となるように高分子樹脂粉末を
配合し加熱下混練した複合体を押し出し成形法，射出成
形法等を用いて一旦可撓性放熱体を成形した後、テープ
状の高熱伝導性担持体と一体化してテープ状の放熱体を
形成してもよい。または上記ＡｌＮ焼結体粉末の体積分
率が４０〜７０％となるように高分子樹脂粉末を配合し
加熱下混練した複合体を延伸ロール法等を用いて延伸さ
せた後、テープ状の高熱伝導性担持体と一体化してテー
プ状の放熱体を形成してもよい。上記のような各種処理
方法により、高熱伝導性担持体の所定表面部に可撓性放
熱層が一体に形成された本発明の放熱体が製造される。

【００３９】上記可撓性放熱層は、担持体の全表面に亘
って形成してもよいが、発熱部および放熱部に対する担
持体の接合面のみに形成してもよい。また担持体として
柔軟性を有する薄板状金属部材を用いることにより、発
熱部と放熱部とが離れている場合においても、担持体を
発熱部と放熱部との位置関係に対応した形状に容易に変
形可能であり、発熱部と放熱部とを容易に接続し放熱経
路を形成することができる。

【００４０】なお、上記可撓性放熱層を形成した部位を
除く担持体の表面に、電気絶縁性を有する材料で粘着層
を部分的に形成してもよい。特に発熱部と放熱部とが遠
く離れ、長尺の放熱体を使用する場合において、この粘
着層を設けた部分を装置のシャーシ等に固着させること
により放熱体の中間部を固定することが可能となる。

【００４１】

【作用】上記構成に係る放熱体によれば、発熱部と放熱
部とが離れている場合においても高熱伝導性担持体を接
続することによって、発熱部と放熱部との間に連続した
放熱経路が形成され、放熱体における蓄熱効果を最小限
に抑制することができる。また発熱部および放熱部に対
して可撓性放熱層を介して担持体を接続しているため、
接続面における放熱体の密着性が良好であり、発熱部と
放熱部との間の熱抵抗を大幅に低減でき、放熱体全体の
放熱特性を大幅に改善することができる。

【００４２】

【実施例】次に本発明の一実施例について添付図面を参
照して説明する。

【００４３】実施例１図１に示すような放熱体１０ａを下記の手順で製造し
た。すなわち高熱伝導性充填材１６としての平均粒径２
５μｍの窒化硼素（ＢＮ）粉末（可撓性放熱層全体に対
して２０重量％）を、予めトルエン、メチルイソブチル
ケトン，ｎ−ブタノール混合溶媒に溶解した樹脂マトリ
ックス１５としてのポリ塩化ビニル樹脂中に添加し、ボ
ールミルにて充分撹拌して分散後、可塑剤としてのジブ
チルフタレート（ＤＢＰ）を可撓性放熱層１４全体に対
して５重量％となるように添加し、撹拌分散して塗工液
を調製した。

【００４４】次に高熱伝導性担持体１３としての厚さ１
００μｍの純銅箔の両表面上にドクターブレード法を用
いて上記塗工液を塗布して厚さ７００μｍの可撓性放熱
層１４を形成して、実施例１に係る放熱体１０ａを調製
した。

【００４５】次に得られた放熱体１０ａの放熱特性を評
価するために、図５に示すような加熱装置２０内に充填
し、その伝熱特性の測定および評価を行なった。

【００４６】ここで加熱装置２０は、図５に示すよう
に、周囲への熱の流出を防止するために周囲を断熱材２
１で被覆した装置本体２０ａの内底部に板状ヒータ２２
を配置し、この板状ヒータ２２の上面に所定高さｔのテ
フロン製の囲い２３と蓋２４とを配して構成される。

【００４７】伝熱特性の測定操作は下記のように実施し
た。すなわち放熱体１０ａを加熱装置２０の板状ヒータ
２２の上面に載置した状態で、板状ヒータ２２の設定温
度を１００℃に固定し、板状ヒータ２２の表面温度Ｔ0
と、放熱体１０ａの上面側の表面温度Ｔ1 とを経時的に
測定し、両表面の温度差ΔＴ（＝Ｔ0 −Ｔ1 ）と時間と
の関係について図６に示す結果を得た。

【００４８】実施例２一方、実施例２として発熱部１１と放熱部１２とが近接
できず、すなわち対向配置できない場合を想定し、図２
に示すような放熱体１０ｂを調製した。すなわちこの放
熱体１０ｂは、発熱部１１において発生した熱６を離れ
た放熱部１２に伝達するために、上記発熱部１１と放熱
部１２とを接続するように設けた高熱伝導性担持体１３
と、発熱部１１および放熱部１２に対する高熱伝導性担
持体１３の接続面となる高熱伝導性担持体１３の表面部
に形成された可撓性放熱層１４とを備え、この可撓性放
熱層１４は樹脂マトリックス１５中に高熱伝導性充填材
１６を分散して構成される。すなわち水平方向に１００
mm離れた発熱部１１と放熱部１２とを接続する担持体１
３の、上記発熱部１１および放熱部１２との接続面部の
みに可撓性放熱層１４を形成している。この実施例２に
係る放熱体１０ｂの担持体１３および可撓性放熱層１４
の仕様は、実施例１に係る放熱体１０ａのものと同一と
した。

【００４９】そして実施例２に係る放熱体１０ｂを図２
に示すように発熱部１１と放熱部１２との間に懸け渡し
た状態で、発熱部１１の設定温度を１００℃に固定し、
発熱部１１の表面温度Ｔ0 と、放熱部１２の表面温度Ｔ
1 とを経時的に測定し、両表面の温度差ΔＴ（＝Ｔ0 −
Ｔ1 ）と時間との関係について図６に示す結果を得た。

【００５０】実施例３実施例２において、担持体１３の両面全体に可撓性放熱
層１４を形成して実施例３に係る放熱体１０ｃを調製
し、実施例２と同一条件で放熱特性を測定して図６に示
す結果を得た。

【００５１】実施例４〜６樹脂マトリックスとしてのポリエステル樹脂を予めトル
エン・メチルエチルケトン混合溶媒中に溶解せしめ、こ
の溶液中に、平均粒径６μｍおよび平均粒径２０μｍの
窒化アルミニウム粉末を添加し、充分に撹拌分散を行な
い複合体を調製した。さらに可塑剤としてのジブチルフ
タレート（ＤＢＰ）を複合体全体に対して５重量％にな
るように添加し、ボールミルで混合分散を行ない均一な
塗工液を得た。

【００５２】次に高熱伝導性担持体としての厚さ２５０
μｍの純アルミニウム箔の表面上に、上記塗工液をドク
ターブレード法により厚さ１mmに塗布して可撓性放熱層
を形成し、実施例４〜６に係る放熱体をそれぞれ調製し
た。実施例４に係る放熱体は、図１に示す実施例１に係
る放熱体１０ａと同様に、対向配置される発熱部と放熱
部との間に介装されるように使用されるため、アルミニ
ウム箔の両面全体に可撓性放熱層を形成して調製され
た。また実施例５に係る放熱体は、図２に示す実施例２
の放熱体１０ｂと同様に、１００mm離れた発熱部と放熱
部とを接続するように延設されたテープ状アルミニウム
箔の、発熱部および放熱部に接続する表面のみに可撓性
放熱層を形成して調製された。さらに実施例６に係る放
熱体は、実施例５において担持体としてのアルミニウム
箔の両面全体に可撓性放熱層を形成して調製した。

【００５３】そして上記実施例４〜６に係る放熱体につ
いては、対応する実施例１〜３と同一条件で放熱特性の
測定試験を実施したところ、図６に示すように、前記対
応する実施例１〜３とほぼ同一の放熱特性を有すること
が確認された。

【００５４】比較例１高熱伝導性担持体として熱伝導性が良好な純銅（実施例
１〜３）やアルミニウム（実施例４〜６）等の金属箔を
使用せずに、厚さ１００μｍのポリエステルフィルム
（熱伝導率：０．４Ｗ／ｍ・Ｋ）を用意した。次にこの
ポリエステルフィルムの両面全体に、実施例１で調製し
た塗工液をドクターブレード法により塗布して厚さ７０
０μｍの可撓性放熱層を一体に形成し、比較例１に係る
放熱体を製造した。

【００５５】得られた放熱体は、実施例１と同様に図５
に示す加熱装置２０の板状ヒータ２２と蓋２４との間に
密着して装着され、この状態で板状ヒータ２２の表面温
度Ｔ0 と放熱体の表面温度Ｔ1 とを測定し、温度差ΔＴ
（＝Ｔ0 −Ｔ1 ）の時間に対する変化を観測した。

【００５６】上記実施例１〜６および比較例１に係る各
放熱体の放熱特性の測定結果を図６にまとめて示す。

【００５７】図６に示す結果から明らかなように、担持
体として可撓性放熱層よりも熱伝導率が大きな純銅箔や
アルミニウム箔を使用した実施例１〜６に係る放熱体に
よれば、放熱経路における蓄熱量が少なく、発熱部で発
生した熱を効率的に放熱部に伝達することが可能であ
り、放熱性能が極めて優れていることが確認された。

【００５８】一方、担持体として熱伝導率が小さいポリ
エステルフィルムを使用した比較例１に係るテープ状放
熱体においては、可撓性放熱層の熱伝導率を高く設定し
ても、担持体の蓄熱作用によって放熱特性が不充分とな
るため、各実施例と比較して放熱特性が相対的に低下す
ることが判明した。

【００５９】以上の実施例においては、粒子状の高熱伝
導性充填材１６を樹脂マトリックス１５中に均一に分散
して可撓性放熱層１４を形成した構成例を示している
が、図３および図４に示すように、繊維状または柱状の
高熱伝導性充填材１６ａ，１６ｂを樹脂マトリックス１
５の厚さ方向に直立または傾斜して配向せしめて、それ
ぞれ可撓性放熱層１４ａ，１４ｂをそれぞれ形成し、こ
れらの可撓性放熱層１４ａ，１４ｂをそれぞれ担持体１
３の所定位置に一体に形成して放熱体１０ｄ，１０ｅを
構成してもよい。

【００６０】上記可撓性放熱層１４ａ，１４ｂによれ
ば、マトリックス樹脂１５中に配合する熱伝導性充填材
１６ａ，１６ｂの両端面が放熱層の厚さ方向に貫通しマ
トリックス樹脂１５の表面に露出するように、放熱層１
４ａ，１４ｂの厚さ方向に直立または傾斜して配向させ
ているため、放熱層１４ａ，１４ｂの厚さ方向に熱伝導
性が良好な連続した放熱経路が形成される。したがっ
て、放熱層の厚さ方向に効果的に熱を伝達することが可
能であり、放熱体１０ｄ，１０ｅを装着した電子・電気
機器の冷却効率を大幅に改善することができる。

【００６１】特に、熱伝導性充填材１６ｂを放熱層１４
ｂの厚さ方向に対して傾斜させるようにマトリックス樹
脂１５中に配向することにより、直立して配向した場合
と比較して放熱層１４ｂの厚さ方向の柔軟性および可撓
性をより高めることが可能になり、発熱部品および放熱
部品から受ける応力の緩和作用が発揮される他、発熱部
品および放熱部品に対する放熱層１４ｂの密着性も向上
する。

【００６２】

【発明の効果】以上説明の通り本発明に係る放熱体によ
れば、発熱部と放熱部とが離れている場合においても高
熱伝導性担持体を接続することによって、発熱部と放熱
部との間に連続した放熱経路が形成され、放熱体におけ
る蓄熱効果を最小限に抑制することができる。また発熱
部および放熱部に対して可撓性放熱層を介して担持体を
接続しているため、接続面における放熱体の密着性が良
好であり、発熱部と放熱部との間の熱抵抗を大幅に低減
でき、放熱体全体の放熱特性を大幅に改善することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る放熱体の一実施例を示す断面図。

【図２】本発明に係る放熱体の一実施例を示す断面図。

【図３】本発明に係る放熱体の他の実施例を示す断面
図。

【図４】本発明に係る放熱体のその他の実施例を示す断
面図。

【図５】放熱体の放熱特性を測定するために使用した加
熱装置の構成を示す断面図。

【図６】本発明に係る放熱体の放熱特性を比較例ととも
に示すグラフ。

【図７】従来の放熱体を使用したモジュール構造体の構
成例を示す断面図。

【図８】従来の放熱体を介して半導体パッケージをボー
ドに装着した状態を示す断面図。

【符号の説明】

１モジュール構造体２セラミックス基板３半導体素子４放熱フィン（放熱部）５有機樹脂接着剤６熱７セラミックス多層基板８半導体パッケージ９ボード１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ放熱
体１１発熱部１２放熱部（冷却フィン）１３高熱伝導性担持体１４，１４ａ，１４ｂ可撓性放熱層１５樹脂マトリックス１６，１６ａ，１６ｂ高熱伝導性充填材２０加熱装置２０ａ装置本体２１断熱材２２板状ヒータ２３囲い２４蓋

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 23/29 23/31 23/373 (72)発明者門馬旬神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者佐々木富也神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者岩崎秀夫神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者志津博美神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者蘓理尚行神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者佐野孝神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地東芝マテリアルエンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱部において発生した熱を離れた放熱
部に伝達するために、上記発熱部と放熱部とを接続する
ように設けた高熱伝導性担持体と、発熱部および放熱部
に対する高熱伝導性担持体の接続面を少なくとも含む高
熱伝導性担持体の表面部に形成された可撓性放熱層とを
備え、この可撓性放熱層は樹脂マトリックス中に高熱伝
導性充填材を分散してなることを特徴とする放熱体。
【請求項２】樹脂マトリックス中に分散した高熱伝導
性充填材が、可撓性放熱層の厚さ方向に貫通するように
配向されたことを特徴とする請求項１記載の放熱体。
【請求項３】高熱伝導性充填材が、可撓性放熱層の厚
さ方向に対して所定角度で傾斜して配向したことを特徴
とする請求項１記載の放熱体。
【請求項４】高熱伝導性担持体は、可撓性を有する金
属箔で構成したことを特徴とする請求項１記載の放熱
体。
【請求項５】高熱伝導性担持体の熱伝導率を可撓性放
熱層の熱伝導率より大きく設定したことを特徴とする請
求項１記載の放熱体。
【請求項６】可撓性放熱層の熱伝導率を３Ｗ／ｍ・Ｋ
以上に設定したことを特徴する請求項１記載の放熱体。