JPH1092988A

JPH1092988A - ヒートシンク及び放熱シート

Info

Publication number: JPH1092988A
Application number: JP8265438A
Authority: JP
Inventors: Mitsuharu Sato; 光晴佐藤; Eikichi Yoshida; 栄吉吉田
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 1998-04-10
Anticipated expiration: 2016-09-12
Also published as: JP3881730B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体素子からの発熱を効率よく放熱でき、
その上、放射ノイズを抑制できるヒートシンク及び放熱
シートを提供すること。【解決手段】軟磁性体粉末、有機結合剤及び熱伝導性
粉末からなる複合磁性体で形成されたヒートシンク１を
ＩＣパッケージ上に取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒートシンク及び
放熱シートに関し、特に、ＩＣ、ダイオード等の半導体
素子に用いられるヒートシンク及び、ヒートシンクと組
み合わせて用いられる放熱シートに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ダイオード等の半導体素子は、使
用中に温度が上昇すると、性能が低下したり、ひどいと
きには、破壊したりしていた。

【０００３】そこで、図２に示すように、冷却手段とし
て、ヒートシンク２１等を用い、接着テープ２を介し
て、ＩＣパッケージ３に接着させて、発生する熱を放熱
し、半導体素子を冷却していた。

【０００４】又、さらに放熱の効果を上げるため、図５
に示すように、ヒートシンク４１とＩＣパッケージ３の
間に放熱シート７を挿入していた。

【０００５】ところで、近年の情報処理の高速デジタル
化や信号周波数の高周波化によって、ＩＣ等からの放射
ノイズ（輻射ノイズ）が問題となっている。さらに、小
型、軽量化によって、部品間の実装密度が高まり、上記
の放射ノイズによる電磁干渉が問題となっている。

【０００６】又、上記のように、放熱にアルミニウム等
のヒートシンクを用いているため、これがアンテナとし
て働き、半導体素子からの放射ノイズ、及び近接する他
の部品からの放射ノイズの授受を行い、悪影響を及ぼし
ていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決し、半導体素子からの発熱を効率よく放熱でき、
その上、放射ノイズを抑制できるヒートシンク及び放熱
シートを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、軟磁性体粉
末及び有機結合剤からなる複合磁性体により形成されて
いることを特徴とするヒートシンクである。

【０００９】又、本発明は、軟磁性体粉末、有機結合剤
及び熱伝導性粉末からなる複合磁性体により形成されて
いることを特徴とするヒートシンクである。

【００１０】又、本発明は、導電板の両側に、前記複合
磁性体が設けられたことを特徴とする上記ヒートシンク
である。

【００１１】又、本発明は、表面の少なくとも一部が、
前記複合磁性体により形成されていることを特徴とする
上記ヒートシンクである。

【００１２】又、本発明は、貫通孔を有することを特徴
とする上記ヒートシンクである。

【００１３】又、本発明は、軟磁性体粉末及び有機結合
剤からなる複合磁性体により形成されていることを特徴
とする放熱シートである。

【００１４】又、本発明は、軟磁性体粉末、有機結合剤
及び熱伝導性粉末からなる複合磁性体により形成されて
いることを特徴とする放熱シートである。

【００１５】又、本発明は、導電板の両側に、前記複合
磁性体が設けられたことを特徴とする上記放熱シートで
ある。

【００１６】又、本発明は、表面の少なくとも一部が、
前記複合磁性体により形成されていることを特徴とする
上記放熱シートである。

【００１７】又、本発明は、貫通孔を有することを特徴
とする上記放熱シートである。

【００１８】従って、本発明により、半導体素子から発
生した熱を消散し、さらに半導体素子から発生した輻射
ノイズを吸収し、かつ、近傍の他の部品からのノイズを
吸収するため、熱による素子の性能低下、破壊がなくな
り、その上、放射ノイズによる電磁干渉がなくなる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明は、軟磁性体粉末、有機結
合剤及び熱伝導性粉末からなる複合磁性体を、ヒートシ
ンク及び放熱シートに用いたものである。実施の形態
は、次のようなものがある。（１）ヒートシンク又は放熱シート自体を複合磁性体で
形成する。必要に応じて貫通孔を設ける。（２）ヒートシンク又は放熱シートの表面に複合磁性体
を設ける。（３）放熱器のヒートパイプを複合磁性体に埋め込む。（４）ヒートシンクと半導体素子の間に複合磁性体を挿
入する。

【００２０】本発明のヒートシンク及び放熱シートの形
状としては、図１に示すように、板状、コ字状、皿状等
のものが使用できる。又、構造としては、図３に示すよ
うに、複合磁性体のみからなるもの、又は銅板等の導電
板の両側に、複合磁性体を形成したものが使用できる。

【００２１】軟磁性体粉末には、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合
金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金が使用できる。有機結合剤には、
ポリエチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリスチレ
ン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラー
ル樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ニトリ
ル−ブタジエン系ゴム等の熱可塑性樹脂あるいはそれら
の共重合体、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系
樹脂、イミド系樹脂等が使用できる。熱伝導性粉末に
は、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、立方晶ＢＮ、ＢｅＯ、絶縁性Ｓ
ｉＣの他、熱伝導性強化材（カプトン）等が使用でき
る。

【００２２】

【実施例】本発明の実施例を以下に詳細に説明する。

【００２３】（実施例１）まず、表１の配合比の軟磁性
体粉末、有機結合剤及び熱伝導性粉末からなる複合磁性
体の層を有する図１（ａ）の形状、図３（ａ）の構造の
ヒートシンクを作製した。大きさは、３.８×１０.２
（ｃｍ）とした。

【００２４】

【００２５】即ち、まず、カップリング処理を施した軟
磁性体粉末、有機結合剤及び熱伝導性粉末をニーダーで
混練し、平行に配置したロールで圧延し、厚さ０.５ｍ
ｍのシート状の複合磁性体を作製した。次に、得られた
シートを２枚張り合わせ、図３（ａ）に示すような構造
の厚さ１ｍｍのヒートシンク１ａ（試料１）を得た。

【００２６】なお、得られた試料を振動試料型磁力計及
び走査型電子顕微鏡を用いて解析したところ、磁化容易
軸及び磁性粒子の配向方向は、いずれもこの層の面内方
向であった。

【００２７】又、ここで用いた軟磁性体粉末は、Ｏ₂分
圧２０％のＮ₂−Ｏ₂混合ガス雰囲気中で気相酸化し、Ａ
ｒ雰囲気中、６５０℃で２時間アニール処理したもの
で、表面に酸化皮膜が形成されている。

【００２８】又、同様にして、図３（ｂ）の構造のヒー
トシンク１ｂ（試料２）を作製した。厚さ０.１８ｍｍ
の極薄の銅板６の両側を、複合磁性体５のシートで挟ん
で積層して、ロールで圧延して得た。全体の厚さを１ｍ
ｍとした。

【００２９】又、比較例として、図３（ｃ）の構造のヒ
ートシンク１ｃ（試料３）を作製した。厚さ０.１８ｍ
ｍの極薄の銅板６の両側に、ポリフッ化ビニルからなる
絶縁体１８のシートを積層して得た。全体の厚さを０.
３ｍｍとした。

【００３０】次に、試料１〜３について、表面抵抗率、
透過減衰量、結合減衰量及び放熱量を評価した。

【００３１】透過減衰量、結合減衰量の測定には、図９
に示すように、電磁界波源用発振器１２と電磁界強度測
定器１３のそれぞれに電磁界送信用微小ループアンテナ
２２、電磁界受信用微小ループアンテナ２３を接続した
装置を用いた。透過減衰量は、図９（ａ）に示すよう
に、電磁界送信用微小ループアンテナ２２、電磁界受信
用微小ループアンテナ２３との間に試料を位置させて測
定した。結合減衰量は、図９（ｂ）に示すように、試料
の同一面で、電磁界送信用微小ループアンテナ２２、電
磁界受信用微小ループアンテナ２３とを対向させて測定
した。電磁界強度測定器１３には、図示しないスペクト
ラムアナライザ接続されている。周波数１００〜１００
０ＭＨｚにおいて、試料が存在しない状態での電磁界強
度を基準として測定した。

【００３２】放熱量は、シリコン系熱伝導性接着テープ
（太陽金網社製サームアタッチ）を用い、試料１〜３を
半導体素子上に接着し、試料が存在しない状態を基準と
して、試料温度との差（ΔＴ）で表した。従って、数値
が大きいと効果がある。条件は、エアフローなしとし
た。なお、周囲温度は、２１〜２４℃であった。

【００３３】

【００３４】表２より、本発明のヒートシンク（試料
１、２）は、従来（試料３）と比べ、同等以上の特性が
得られていることがわかる。又、試料１と２を比べる
と、試料１は結合減衰量の点で優れ、試料２は、放熱量
の点で優れていることがわかる。

【００３５】以上、図１（ａ）に示すような形状のヒー
トシンクの例を取り上げたが、形状はこれに限定され
ず、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示した形状のヒートシン
ク１ｂ、１ｃも使用できる。ヒートシンク１ｃをＩＣパ
ッケージに実装すると、図２のようになる。

【００３６】この実施例のヒートシンクは、厚さがない
ので、電子機器の小型化に寄与することができる。

【００３７】この実施例では、ヒートシンク自体を複合
磁性体で形成したが、アルミニウム製のヒートシンクの
表面に、板状あるいはシート状の複合磁性体を貼付する
等の手段により設けてもよい。

【００３８】（実施例２）実施例１と同様な化合物、配
合比で図４に示すような形状のヒートシンクを作製し
た。構造は、図３（ａ）の構造とした。ヒートシンク３
１には、熱が逃げやすいように千鳥状に貫通孔４が設け
られている。又、ＩＣパッケージ３の上部を覆うことが
できる凹部が設けられている。このヒートシンク３１を
ＩＣパッケージ３上に実装すると、図４（ａ）の状態と
なる。

【００３９】この実施例のヒートシンクは、実装高さが
あまりとれないような場合に、有効である。

【００４０】なお、この実施例では、千鳥状に、断面が
円状の貫通孔を設けたが、これに限定されない。例え
ば、格子状に設けてもよいし、断面が角状でもよい。
又、図１（ａ）の形状のヒートシンクも使用できる。

【００４１】（実施例３）実施例１と同様な化合物、配
合比で図５に示すような形状の放熱シートを作製した。
構造は、図３（ａ）の構造とした。

【００４２】図５に示すように、この実施例の放熱シー
ト７は、ＩＣパッケージ３上に、ＩＣパッケージ３とヒ
ートシンク４１の間に挟まれるように、設置して使用す
る。

【００４３】この実施例では、放熱シート自体を複合磁
性体で形成したが、Ａｌ₂Ｏ₃等の熱伝導性の基板に、シ
ート状の複合磁性体を貼付する等の手段により設けても
よい。又、図１（ｂ）の形状の放熱シートも使用でき
る。

【００４４】（実施例４）この実施例では、ヒートシン
クと一体に組み合わせることができる複合磁性体の例を
示す。実施例１と同様な化合物、配合比で図６に示すよ
うな形状の複合磁性体を作製した。構造は、図３（ａ）
の構造とした。図６に示すように、複合磁性体１５に
は、ヒートシンク５１の放熱用のピンが挿入できる、断
面が円状の貫通孔１４が設けられている。

【００４５】図６（ａ）に示すように、複合磁性体１５
は、ヒートシンク５１と組み合せ、ＩＣパッケージ３と
ヒートシンク５１との間になるように、ＩＣパッケージ
３上に設置して使用する。

【００４６】又、この実施例では、図１（ａ）の形状の
複合磁性体を使用したが、図１（ｂ）の形状も使用でき
る。

【００４７】（実施例５）この実施例では、放熱器と一
体に組み合わせることができる複合磁性体の例を示す。
実施例１と同様な化合物、配合比で図７に示すような複
合磁性体を作製した。図７に示すように、複合磁性体２
５には、放熱器８のヒートパイプ９が挿入できるような
貫通しない孔を設けた。

【００４８】図７に示すように、この実施例の放熱器８
は、ヒートパイプ９を複合磁性体２５の孔に挿入し、Ｉ
Ｃパッケージ３上に設置して使用する。

【００４９】（実施例６）この実施例では、スイッチン
グ素子に用いられる放熱シート及びヒートシンクの例に
ついて示す。実施例１と同様な化合物、配合比で図８
（ａ）に示すような放熱シートを作製した。

【００５０】図８（ａ）に示すように、放熱シート１７
は、スイッチング素子１０とともにフィン１６を有する
ヒートシンク６１にねじ止めして使用する。

【００５１】又、図８（ｂ）に示すように、ヒートシン
ク６１の全体を複合磁性体で構成することもできる。

【００５２】なお、実施例２〜８において、ヒートシン
ク等を図３（ａ）の構造としたが、図３（ｂ）の構造と
しても同様の効果が得られる。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、半導体素子からの発熱
を効率よく放熱でき、その上、放射ノイズを抑制できる
ヒートシンク及び放熱シートを提供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明及び従来のヒートシンクの形状を示す斜
視図。図１（ａ）は、板状のヒートシンクの斜視図。図
１（ｂ）は、コ字状のヒートシンクの斜視図。図１
（ｃ）は、皿状のヒートシンクの斜視図。

【図２】図１（ｃ）のヒートシンクをＩＣパッケージ上
に取り付けた状態を示す側面図。

【図３】本発明及び従来のヒートシンクの構造を示す側
面図。図３（ａ）は、複合磁性体のみからなる本発明の
ヒートシンクの側面図。図３（ｂ）銅板と、その両側が
複合磁性体からなる本発明のヒートシンクの側面図。図
３（ｃ）は、銅板と、その両側にコーティングされた絶
縁体からなる従来のヒートシンクの側面図。

【図４】本発明のヒートシンクをＩＣパッケージ上に取
り付けた状態を示す側面図及びヒートシンクの平面図。
図４（ａ）は、ヒートシンクをＩＣパッケージ上に取り
付けた状態を示す側面図。図４（ｂ）は、ヒートシンク
の平面図。

【図５】本発明及び従来の放熱シートをＩＣパッケージ
上に取り付けた状態を示す側面図。

【図６】ヒートシンクを複合磁性体とともにＩＣパッケ
ージ上に取り付けた状態を示す側面図及び複合磁性体の
平面図。図６（ａ）は、ヒートシンクを複合磁性体とと
もにＩＣパッケージ上に取り付けた状態を示す側面図。
図６（ｂ）は、複合磁性体の平面図。

【図７】ヒートパイプの周囲に複合磁性体を設け、ＩＣ
パッケージ上に取り付けた状態を示す側面図。

【図８】放熱シート及びヒートシンクをスイッチング素
子に取り付けた状態を示す斜視図。図８（ａ）は、放熱
シートをスイッチング素子に取り付けた状態を示す斜視
図。図８（ｂ）は、ヒートシンクをスイッチング素子に
取り付けた状態を示す斜視図。

【図９】透過減衰量及び結合減衰量の測定方法を示す説
明図。図９（ａ）は、透過減衰量の測定方法を示す説明
図。図９（ｂ）は、結合減衰量の測定方法を示す説明
図。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１１、２１、３１、４１、５
１、６１ヒートシンク２接着テープ３ＩＣパッケージ４、１４貫通孔５、１５、２５複合磁性体６銅板７、１７放熱シート８放熱器９ヒートパイプ１０スイッチング素子１２電磁界波源用発振器１３電磁界強度測定器１６フィン１８絶縁体２２電磁界送信用微小ループアンテナ２３電磁界受信用微小ループアンテナ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軟磁性体粉末及び有機結合剤からなる複
合磁性体により形成されていることを特徴とするヒート
シンク。
【請求項２】軟磁性体粉末、有機結合剤及び熱伝導性
粉末からなる複合磁性体により形成されていることを特
徴とするヒートシンク。
【請求項３】導電板の両側に、前記複合磁性体が設け
られたことを特徴とする請求項１または２記載のヒート
シンク。
【請求項４】表面の少なくとも一部が、前記複合磁性
体により形成されていることを特徴とする請求項１〜３
のいずれかに記載のヒートシンク。
【請求項５】貫通孔を有することを特徴とする請求項
１〜４のいずれかに記載のヒートシンク。
【請求項６】軟磁性体粉末及び有機結合剤からなる複
合磁性体により形成されていることを特徴とする放熱シ
ート。
【請求項７】軟磁性体粉末、有機結合剤及び熱伝導性
粉末からなる複合磁性体により形成されていることを特
徴とする放熱シート。
【請求項８】導電板の両側に、前記複合磁性体が設け
られたことを特徴とする請求項６または７記載の放熱シ
ート。
【請求項９】表面の少なくとも一部が、前記複合磁性
体により形成されていることを特徴とする請求項６〜８
のいずれかに記載の放熱シート。
【請求項１０】貫通孔を有することを特徴とする請求
項６〜９のいずれかに記載の放熱シート。