JPS58116756A - 黒鉛熱シンク取付け装置 - Google Patents

黒鉛熱シンク取付け装置

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JPS58116756A
JPS58116756A JP57227169A JP22716982A JPS58116756A JP S58116756 A JPS58116756 A JP S58116756A JP 57227169 A JP57227169 A JP 57227169A JP 22716982 A JP22716982 A JP 22716982A JP S58116756 A JPS58116756 A JP S58116756A
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heat
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、関連し良熱タンクに対する電子装置勢の職付
けにおける改良に関し、特に、主として粉砕可能な伸張
黒鉛粒子材料を介して半導体装置と熱タンクの間に高品
質熱伝達特性を設ける。低コスト複合構造の新規の改良
し九薄型の容易に適用できる取付はパッド装置に関する
。
−知のように、轟腋技術の現在の開発段階では小型半導
体装置および超小臘回路モジ為−ルの適用は、それらの
装置を増々高パワーで作動させる際それらが賃尾良く放
出し蓄積を防止することのできる自己発生熱に関して厳
しく制限されている。
場合によっては、使用の環境によって複雑な強制流体冷
却装置を使用することが可能であるが、非常（一般的で
経済的な手板けむしろ熱によって損傷を受は易い領域か
ら熱を伝導ｉよび放射させるのを補助するより簡単なフ
ィン付金属押出し品ｔたは型打ち品の取付けを伴うもの
である。このため、半導体ｔｘは超小型回路ｚニットと
その関連した熱タンク構造体の間の熱インピーダンスを
最小に保ち、局在する高温スポットの形成を防止する均
一なものにすることが重畳である。これらの特性は、単
に熱発生ユニットの成る部分をその熱タンクの相補面と
隣接させることによって、必ずしも満足のｉ〈程度まで
実現されるとは限らない。
というの蝶、見かけによらず、各合せ面は通常実際の確
実な接触においては篤くほど少ない一部の面積しか接触
しない九めである。１つには、このような接触不十分お
よびそれに伴う熱伝達の不足は比較的大きな表面の不完
全性によって生じる傾向があシ、その影響は相補面に対
して正確な仕上げや他の成形を行なうことによっである
糧度打消すことが可能である。また１つには、このよう
な接触不十分は微視的な表面の不規則性に起因すると考
えられ、これは共動部分を非常に慎重に形成し仕上げ九
場合でも界面に残る。１つの部分を他の部分から電気的
ＫＭ縁することが全豪になった場合、熱伝導の開−は非
常に複雑になる。
半導体等の装置からそれらの熱シンクへの熱流を増進す
べく使用されてきた先行技術のうちには、接合面間にシ
リコーン等の無定形油またはグｙ　−スを塗布するもの
がある。このような充填剤の厄介な性質、並びに絶縁！
イカおよびフェス絶縁層の使用については、米ｆｊ特許
第Ｌ２２Ｌ７５７号で言及されている。膜に含まれた熱
グリースおよび（を九は）粉末金属も同様に、米国特許
第４，０１２゜６９７号において熱伝達を増加させるた
めに提案され九、但しこのような小さな「ビロー（枕）
」の製作および取扱いは明らかに特殊な問題も伴う、冷
却フィンは粉末金属を添加したエポキシ接合剤を介して
固定しく米国籍許纂３，２８１．ＨＩ号）、大面積エポ
キシ膜は絶縁する一方でさらに大量の熱を伝達すると首
われている（米国特許第３，１Ｂ１１，０４１号）、米
国再発行特許第２５．１８４号においては。
非導電性塑性被覆剤に２硫化そリプデンを添加して熱伝
導を促進し、１＋電気絶縁が重要でない場合はへこんだ
可鍛金属クエ／Ｓ−をはさんで熱伝達を増加させた（米
国脣許第４，１５１，５４７号）。
本発明は、熱シンクに対する電子装置の取付けの便宜お
よび有効性を増進することを目的とじておシ、特に、そ
のような結合体の製造および組立てにおいて節約および
効率を達成し、それらが非常に確実な低伝導率熱結合を
形成するのを可能にすることを目的としている。１つの
好適な実施偶においては、熱を引出そうとする電子牛導
体！装置の相補面を対向して配設しようとする金鵬熱シ
ンクの選択面に、粉砕可能な伸張黒鉛材料の薄いシート
を重ね、該材料と熱シンクの閣の界面に沿つ九微小な空
−は前記シートおよび熱シンクの両方に付着した也めて
薄い被膜によって充填する。パラフィン等の被覆剤は黒
鉛シートおよび金属熱７ンクに良好に付着し、該シート
を物理的に適所に保持するとともに、熱伝運脅性を増進
する謝きをする。シートの反対側の同様の被膜は、牛導
体懺飯をボルト締めするか−Ｃうでなけれは適所に強固
に締付けた際、該ａｍの相補面と結合する。熱タンクお
よび半導体装ｋｔ電気絶縁しなけれはならない場合、前
記２つの伸張黒鉛シート間に薄い絶縁朧性展をはさんで
、付着充填材の同様の極めて薄−被膜量で適所に付着す
る。
従って、本発明の１つの目的は、電子半導体装置から熱
タンクへの極めて有効な熱伝達を促進する新規の改良熱
パッド取付は装置を提供することであり、該パッドは伸
張黒鉛粒子から成る取扱いの谷易な粉砕可能なシートを
備ルて−る。
さらに別の目的は、さらに薄い被膜を介して熱シンクお
よび半導体装置の表面に固着し九薄いシート形式の粉砕
可能な伸張黒鉛粒子を含んで−る独特の便利な熱整合取
付は装置を提供することであり、前記被膜の材料は、熱
伝導に対する補助として空隙を充填しかり熱シンクの卓
付けに対する補助として前記シートを適所に付着し、粉
砕可能なシートおよび被膜は共に変形可能であｃｍ度お
よび圧力の影響で順応する。
本発明の好適な実施例を添付ｗＪ面を参照して以下説明
する。
図面において、種々の図会ｍを通して同様の参照番号は
同一を九は対応する部分を指示する。より詳細には、第
１図において、改良熱シンキング組立体の１実施例５は
多数のリプを九はフィン６＆および平面基部６ｂを有す
る押出し金属熱シンクロを備えてお）、骸基部に扛ポル
）７Ｎ郷の留め具を介して電子半導体パッケージｙｔ取
付ける。
パッケージ１は周知のタイプのテ０−３パワートランジ
スタとわかるが熱シンクロと同様単にガ示的なもので、
他の半導体装置および回路モジ瓢−ルおよび熱シンク構
成にも、薄臘の粉砕可能な取付はパッド８の重要な特徴
を利用して−る改良取付は構成が有利に作用する。前記
取付はパッドはそれが共動しようとする牛晦体パッケー
ジのおよその輪郭、−この場合はＴＯ−３パツケージの
底部輪郭を有しており、極めて薄い底面層Ｓｔ介して４
／／り基ｓ６ｂのほぼ平坦な上面に自己付着する。前記
層の厚さは約０．００２５４１１１　（＄／１ｏ、ｏｏ
ｏインチ）程度であって、前記熱シンク上面とａ種の可
撓性伸張黒鉛製品であるはるかに厚−主層１０の下面と
の両方に付着する。主層１０は熱７ンク６に対するパッ
ケージＴの艦い締付けに伴う圧力下で有利に変形し、ま
比選択的な方向で有利な熱伝導性を示すので、該層をつ
くる材料は憔めて１費である。同時に、ｗｉ層は極端な
温度に耐える一方その可撓性を保持し、また￥１ｔａｔ
ｔ、＜は化学的に不活性で物理的全体性を有し、その取
付は中容易に取扱うことができかつ鮎く締付けた際粉砕
した〕破壊し九りしないようにする。これらの特性は、
黒鉛から成るシート材料、特に、最初に伸張させ次いで
突き固めた黒鉛粒子からつくった可撓性シートでｌＩ税
する。このような材料は例えば米国特ｌＦＦｍ３．４０
４．０６１号に記賊嘔れておシ、ＵｎｉｏｎＯ＆ｒｂｉ
１１・社から登録商標ＧｆｉムＦＯＩＬＯ名で市販され
ている１層１０に対しては約０．１２７〜０．２５４Ｗ
　（Ｓ　〜１０／１，０００インチ）ｓｆｉｔｏ厚さが
適歯である。但し、はるかに大振の装置の取付けに使用
ｔ　ｈ　場合Ｂ約０−７ｇ２　ｍｍ　（３０７１，００
０インチ）ｔでか前記層に適当な厚さである。伸張黒鉛
シートの上に、好ましくは層Ｓｔ−構成しているのと同
じ充填付着タイプの材料でで１１九別の慣めて港い被膜
１１を設ける。これに関連して、層ｔたは被膜９および
１１は共ＫｉｔＥ的Ｋｉｋめて薄く保ち、従って仕上げ
た圧秦組立体中に装置１かも熱シンクロへの熱の流れを
妨げる余分な量の材料は無いが、他の場合ならば一見平
滑な伸俵愚鉛シートおよび熱タンクと半導体装置の隣接
面間に存在し得る多数の微小な空隙すなわちすき間を実
質的に充填するのに十分な材料を、硬質の状態ではなく
流動状態で含んで−る。慎重に仕上＆′ｆ′友部品でも
表面の不規則性は微視的尺度では非常に粗いことがあり
、従って最適な熱伝達のため広−面積のものにしようと
する接続部は、冥除の［１１０点状接触部の非常に小さ
な合計面積のみを含む結果になシ、残りは空気で満たさ
れた空隙でめってこれは熱伝導が多小劣る。しかしなが
ら、熱伝導のため最適な材料ではなくても凝固物置を微
小な空−に充填した場合、前記接続部での熱結合は着し
く改良され、熱伝達特性は前記空隙充填材の厚さが大き
くない＠ｐ増強する傾向がめる。被膜−および１１の厚
さがわずか約Ｃ０，００２５４ｍ　（Ｕｏ　、ｏｏｏイ
ンチ）であるのはこのためである。
２つの被膜−および１１は、それらがもたらす熱の「イ
ンピーダンス費合」に加えて、ｉｌ′う筐でもなくかな
シ濶滑度の關い面を有する伸張黒鉛層１０に良好に付着
しなければならない。さらに、下部ｗＬ農９は熱タンク
と容易に付着しなければならず、ｔｘ上上部層膜１１好
ましくは装置７を熱シンクロおよび取付はパッド３の加
工した半組立体に締付ける前に保験閂横物を全豪とする
ほど粘着性のｔまでわってはならない。ｔた前記被膜は
好ましくは薄−液体として温布できるようになっており
、＃液体は温ＦｊＬ変化ｔ７ｔは溶剤の蒸発とともによ
り固体の状態をとる。例えは通常のノくラフインはこの
ような賛件を満たし、高直のうちに嘉鉛層１０上に薄く
被憶し次いで縦画させることができる。熱シ／り６と予
め散付けて使用雀が具合拭く処理することのできる熱シ
／りおよび取付はパッドの半組立体を形成する友め、熱
シ／りの受は面および（または）層１０の底面にパラフ
ィンを塗布してもよく、熱および圧力を加える除に所望
の付着および充填が生じる。別の実施例においては、菖
わゆるｌ罵Ｐテフロン水＃１液を同様に塗布し次ｉで焼
成してもよく、従ってテフロンは軟化しにかわの態様で
付着する。ポリエチレンおよび亜鉛添加高伝４単ペース
トも前配被模に便用することかできる。現在、底面層Ｓ
の好適な仮板材はＬｏｏｔｉｔ・３２４釜栴造接着剤（
Ｌｏｏｔｉｔ・社線）として市販されているもので、そ
れ自体の溶剤（トリクロルエチレン）の電蓄の約３０〜
４０倍に希釈することを必簀とする濃厚な′４Ｂ負であ
る。
希釈後、１ｉ１２＋負を熱シンク上に重布し浴剤を′＃
発させて薄い粘着性の層を残す。これとは別に、油性剤
（銅塩）物買（ＬＯＯｌｉｔ・７２４肴）を黒鉛層１０
の下面上に噴糧し、２つのＩＩＩＩｔ加圧下で合わせ１
１該物負は「ば化」を誘発しこれによって所望の付層が
設けられる。エポキシ樹脂および硬化剤も同体の適δｒ
（ｊ！！化付増をもたらす。
第２図のように、牛尋体装ぽ吟Ｔ′は上述のタイプの取
付はパッド８′とともに別個に組立ててもよい。その場
合、装置′Ｔパの下面を伸張黒鉛シート１０’上の他涙
に浮い或撲１１′に付膚し、下面９′は用途−に従って
核種してもしなくてもよい。＃ｔＩＩＬとその熱タンク
の間に電気絶縁が必責でおる吻曾。
パッド１が隣殖しようとする熱シンク面は、その材料の
性質がそれｔ詐す場合Ｆｉ陽憶処理してもよい。第３凶
において、同じ取付はパッド８′を拡大して示し、徴Ｍ
９’および１１′の厚さ９１および１１１は伸張黒鉛シ
ート１０の厚さ１０１よシはるかに小さくなっている。
このような複合取付はパッドは幾分可撓性でおるが幕造
的全体性を有しており、別個のユニットとしてつくり取
扱いかつ取付けることができる。これらの実施例におい
て、４７１膜Ｖおよび１１′が取付けに先立って粘着性
のままでおる場合、わるいはそうしなければ汚損される
可能性がある場合は、剥Ｍ町舵な保龜塑性膜またはパケ
ット（図示せず）で一時的に板積してもよい。柔軟で可
撓性の伸汝蝋鉛増１ｑは、１１ｊ記米国籍許第３，４０
４，０８１号に配植されているように加工された材料の
ものにしてもよく、ｔた、物理的に、かつ熱がより自由
に伝４される方向に関して、崇方性を有すると思われる
。伸張黒鉛層中には異買の結合剤残ｗ物は何ら存在しな
いことが好ましく、これは、層をつくろうとする伸張黒
鉛の細長い粒子の塊りを適当に圧−することによって悄
脂等を使用せずに達成することができる。伸張し圧秘し
た細長い黒鉛粒子が押潰している横方向１３に対しても
横断する横断方向１２においては、熱伝導はあまり好ま
しくない傾向がある。しかしながら、これらの横断方向
は層１σと熱シンクおよび電子装置の瞬渋面との間に前
記の点状接触すがつくられる方向であり、横方向１３の
優先的な熱伝導は広がって熱の引込みをも打消す傾向が
ある。
前述のように陽憶処理灯場合によっては必簀な電気絶縁
を…」に設けることがめるが、別の絶縁膜ｆｔ取付はパ
ッドに組込むのが壱判でおる場合もめる。第４図はその
ようなユニットの１つｒｔ示し、伸張黒鉛材料の２つの
ＩｗｌＤ’および１０”、および厭の一１！ｌＩま尺は
ｆＩｔＪ温組性物質（例えはカプトン、すなわちデエポ
ンのポリイミド４Ｉ７’Ｘ）〜の中間電気絶縁膜または
層１４を設けている。鈑杷縁層の厚さ１５は憾めて小さ
く保ちユニットの熱インピーダンスを増加させる傾向を
最小にすることが嵐責である。同体の塩山で、該層とそ
れがはさまれている黒鉛層の−、嘗の界面扛可能な限り
熱効率を良くしなければならず、この目的Ｆｉ他めて薄
φ被膜１６および１１によって朱友され、瞑被展は絶縁
層を伸張黒鉛層１０′および１０＃と省着させ、界面の
すき間に生じる他の場合ならば問題を生じる空１！ＩＦ
ｔ−光撫するという点で被膜９および１１（第１凶）と
−ｊ様である。蕗出愚鉛層の一方を九は円方も１１′の
ように同様に被覆して前述の利点を実現することができ
る。
Ｕｎｉｏｎ　Ｃａｒｂｉｌｅ社のＧｒ＆ｆＯ１ｌ物質は
実質的に純粋な伸張黒鉛材料として良好に機能する。但
し、前記米１．ｉ＆ｌ特許第３，４０４，０６１号で百
及されているような他の点鉛材料も有効な結果をも九ら
すと思われる。金Ｆｉ＆ま几は他の伝導率の市い粒子ま
たはフィラメントを材料に添加して所期の効果を高めて
もよい。
従って、ここで説明した特定の実施例は限定するもので
社なく開示として示し友ものであシ、尚尿石には、広い
観点から特許請求の範囲に記載し次ように本発明の精神
および＆Ｍｆｌから逸脱することなく、榛々の俊東例、
組合せ例および代用例を達成することができることを理
解されたい。
【図面の簡単な説明】
第１図は熱シンクの一部の立体図、並びに電子牛尋体装
置用改良パッドタイプ取付け＠皺の破断図で、半導体！
＆賑およびその貿め具は、取付は装置を兇せる九め「分
所組立て」式に熱シンクから分離して示してνす、第２
図は下面が改良取付けＷ；ｃ置に対して熱伝達関係にな
っているＴｏ−３型パワートランジスタユニツトを示し
、第３図は第１図およびｍ２凶のような取付はパッド鉄
直の帳１１ｒ面図を拡大し寸法を参照して示し、第４図
は電気絶縁膜を組込んでいる代用取付はパッド装置の横
断面図である。 ５・・・熱シンキング結合体、６・・・熱シンク、６ａ
・・・フィン、６ｂ・・・＃ｍ、？・・・半４体パッケ
ージ。 Ｔ＆・・・ボルト、８・・・取付はパッド、９・・・紙
１１［Ｉ鳩、１◎・・・１増、１１・・・上面層、１４
・・・電気絶縁膜。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）　　伸張黒鉛から成るはぼ平坦で薄い層と、上記
    層に付着し、上記層と熱シンクの１ｌｌｌ！＃面間の空
    隙を充積し上記層を熱シンクに付着することを可Ｗくす
    る性質を有している付看充項材の相対的にはるかに博９
    ｗＬ膜とを儂えていることを特徴とする電子鉄属と熱シ
    ンクの間で熱の伝達を行なう取付は装置。
  2. （２）　　上記層は細長い伸張黒鉛粒子が約０．７６２
    １１Ｉ（”／１，００．０インチ）までの層６厚さに部
    分的に圧縮されている濃密な可撓性で柔軟な材料であル
    、上記被膜の厚さは約０．ＯＱ、２５４Ｍ（’／１０，
    ０００インチ）程度であることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項に記載の取付は装置。
  3. （３）　　上記層の厚さは約０−１２７〜Ｇ−２５４ｍ
    （５〜”／１＃０００インチ）でおり、上記被膜の材料
    は熱シンクの表面と付着可能であることを特徴とする特
    許請求の範囲第２項に記載の取付は装置。
  4. （４）　　上記被膜の上記材料は比較的低温で融解可能
    であって、それが隣接している熱タンクの表面上に流れ
    次いで＃！固してそれと付着することを特徴とする特許
    請求の範囲第３項に配板の取付は装置。
  5. （５）　　上記材料は、漱化状態で上！ｅＭＭとして虐
    布したｌｋ凝固するパラフィンであることを特徴とする
    特許請求の範囲第４項に記載の取付は鉄属。
  6. （６）　　上記被膜の上記材料は、上記層に細布し燕シ
    ンクの表向とｍ接させ友後硬化可舵な塑性智買であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の取付は装
    置。
  7. （７）上記材料は、トリクロルエチレンの重量の約３０
    〜４０ｆｆｌに希釈し次後上記層上にｍｓしたＬＯＯｔ
    ｉｔ・３２４番接着剤の被膜を構成し、上記被膜はＬｏ
    ｏｔｉｔｅ　７２４誉活性剤物賞をその上に有して臂る
    熱シンクの表面とｌｌｌ１ｊＩさせた際硬化可能である
    ことを待機とする脣ＨｔｆＩＩ＋１求の軛囲第６項に記
    載の取付は装置。
  8. （８）　　上記層はＧｒａｆｏｉｌから成ることを特徴
    とする特許請求の範囲第７項に記載の取付は装置。
  9. （９）　　上記被膜の上記材料は、加圧下で上記熱シン
    クの表面と自己付着する接着剤であることを特徴とする
    特許請求の範囲第３項に配植の取付は装置。 峙　上記層上に重なっておシ、付着充填材の第２の薄い
    被膜によって該層と付着し交電気絶縁材の薄膜をさらに
    備えておシ、上記第２４１を膜は上記層と上記薄膜の両
    方に付着しその隣接面間の空隙を光横することを特徴と
    する特許請求の範囲第３項に記載の取付は装置。 （ロ）上記薄膜上に重なっている伸張黒鉛から成る第２
    の平坦で薄い層と、上記第２層と上記薄膜の両方に付着
    しその隣接面間の空隙を充填する付着充填材の第３の薄
    い被膜とをさらに備えていることを特徴とする特許請求
    の範囲第１０項に記載の取付は装置。 翰　電子装置の相補面に対面し鉄面から熱を伝達するよ
    うに配置した面を有する熱シンクと、上記熱タンク面上
    に重なっている伸張黒鉛から成る薄層と、上記熱シンク
    面と上記層の両方に付着しその間の空ｉｔ−夾質的に充
    填する付着充填材の相対的にはるかに薄い被膜とを備え
    ていることを特徴とする電子装置用熱シンクおよび取付
    は装置１ｅ組立体。 （至）上記層は、はるかに大きな厚さから約０．７６２
    箇（”／１，０００インチ）まで圧縮した細長い伸張黒
    鉛粒子から成っておシ、上記被膜は約０．００２５４ｍ
    ｍ　（１／１　ｏ　、　ＯＯ０インチ）程度であること
    を特徴とする特許請求の範囲第１２項に記載の熱シンク
    および取付は装ｒＩＩｔＩｉｊｉ立体。 α４　上記層は約０　、１２７〜０．２５４ｍ（５〜ｔ
    ｏ／１，０００インチ）であシ、上記被膜は上記層上に
    も電なっていることを特徴とする特許請求の範囲第１０
    項に記載の熱タンクおよび取付は装置組立体。 に）上記被膜の上記材料は、上記層および上記熱シンク
    の上記面に波布した後硬化することを特徴とする特許請
    求の範囲第１３項に１叔の熱シンクおよび取付は装置組
    立体。 （ト）上記熱タンク面は上記被覆材を硬化する活性剤を
    有していることを特徴とする特許請求の範囲第１５項に
    記載の熱シンクおよび取付は装置組立体。 ｎ　上記被覆材は希釈したＬｏｏｔｉｔ・３２４番接着
    剤から＊Ｃ，該接着接着剤釈はそのトリクロルエチレン
    の重量の約３０〜４０倍であシ、上記活性剤はＩＪＯＯ
    ｔ４ｔ・７２４香の物質から成ることを特徴とする特許
    請求の範囲第１１項に記載の熱シンクおよび取付は装置
    組立体。 −上記層はＧｒ＆ｆＯ１ｌから成ることを特徴とする特
    許請求の範囲第１３項に記載の熱シンクおよび取付は装
    置組立体。 翰　上記細長い伸張黒鉛粒子は、上記薄層の縦方向で互
    いにほぼ平行に方向付けられていることを特徴とする特
    許請求の範囲第１８項に記載の熱タンクおよび取付は装
    置組立体。 釦　上記層上に重なってお９付着充填材の第２の薄い被
    膜によって該層と付着した電気絶縁材の薄膜をさらに備
    えており、上記第２被Ｍｅｉ上記層と上記薄膜の両方に
    付着しそのｌＩ接面間の空隙を充填することを特徴とす
    る特許請求の範囲餉１ｓ項に記載の熱タンクおよび取付
    は装置組立体。 （至）上記薄膜上に重なっている伸張黒鉛から成る第２
    の平坦で薄ｉ層と、上記第２層と上記ｌ＃膜の両方に付
    着しその隣接面間の空隙を充填する付着充填材の第３の
    薄い被膜とを備えていることを特徴とする特許請求の範
    囲第２０項に記載の熱シンクおよび取付は装置組立体。 翰　和尚に大きな厚さから約０．１２７〜０．２５４ｍ
    （５〜１０／１ｔ０００インチ＞Ｓ度の層ｔｖ厚ｉ＜ｍ
    公的に圧縮し九細長い伸張黒鉛粒子から成るは１１平坦
    で薄い製置な層を備えておシ、上記層は、電子装置と熱
    シンクの表面の間ではさむようにして隣接しようとする
    電子装置のそれとほぼ同じ輪郭および表面積を有してい
    ることを特徴とする電子装置と熱タンクの間で熱の伝道
    を行なう取付は装置。
JP57227169A 1981-12-28 1982-12-27 黒鉛熱シンク取付け装置 Pending JPS58116756A (ja)

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