JP3166060B2 - 放熱シート - Google Patents
放熱シートInfo
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- JP3166060B2 JP3166060B2 JP32136795A JP32136795A JP3166060B2 JP 3166060 B2 JP3166060 B2 JP 3166060B2 JP 32136795 A JP32136795 A JP 32136795A JP 32136795 A JP32136795 A JP 32136795A JP 3166060 B2 JP3166060 B2 JP 3166060B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- metal layer
- radiator
- heating element
- porous metal
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
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- Paints Or Removers (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は発熱体、例えば大量
の熱を発生する大電力半導体と、放熱体、例えば上記熱
を放散するフィンとの間に介装接着される放熱シートに
関するものである。
の熱を発生する大電力半導体と、放熱体、例えば上記熱
を放散するフィンとの間に介装接着される放熱シートに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、放熱体である筐体の内部に発熱体
である電子部品が収容され、この電子部品が発した熱を
放熱部材が上記筐体に伝達するように構成され、この放
熱部材が形状変化が可能な非塊性の金属材と、この金属
材の間に充満される気体と、上記金属材及び気体を封入
する熱良導性で絶縁性の柔軟な外袋とを備えた電子機器
用の放熱部材が開示されている（特開平６−２６８１１
３）。上記放熱部材の金属材は繊維状に加工して絡めた
繊維状金属材であり、気体は不活性気体である。この放
熱部材では、基板の表面の半導体チップや抵抗等の発熱
性電子部品と筐体との間や、基板の裏面と筐体との間
に、放熱部材が配置される。電子部品が発した熱は、直
接又は基板を介して外袋に伝達され、更に繊維状金属材
及び外袋を介して筐体に伝達される。この結果、特別な
加工や積層等を行うことなく、電子部品や筐体等に対す
る高い密着性が得られ、効率的な熱伝導効果を得ること
ができるようになっている。
である電子部品が収容され、この電子部品が発した熱を
放熱部材が上記筐体に伝達するように構成され、この放
熱部材が形状変化が可能な非塊性の金属材と、この金属
材の間に充満される気体と、上記金属材及び気体を封入
する熱良導性で絶縁性の柔軟な外袋とを備えた電子機器
用の放熱部材が開示されている（特開平６−２６８１１
３）。上記放熱部材の金属材は繊維状に加工して絡めた
繊維状金属材であり、気体は不活性気体である。この放
熱部材では、基板の表面の半導体チップや抵抗等の発熱
性電子部品と筐体との間や、基板の裏面と筐体との間
に、放熱部材が配置される。電子部品が発した熱は、直
接又は基板を介して外袋に伝達され、更に繊維状金属材
及び外袋を介して筐体に伝達される。この結果、特別な
加工や積層等を行うことなく、電子部品や筐体等に対す
る高い密着性が得られ、効率的な熱伝導効果を得ること
ができるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の電
子機器用の放熱部材では、繊維状金属材や不活性気体が
漏れないように外袋を構成しなければならず、外袋の材
質等の選定が難しく、また繊維状金属材及び不活性気体
の外袋への封入作業が比較的煩わしい不具合があった。
また、上記従来の電子機器用の放熱部材では、半導体等
と基板とを電気的に接続するワイヤが放熱部材により押
されて変形する恐れがあった。本発明の目的は、比較的
容易に製作でき、近接する部品を変形させることなく、
発熱体が発した熱をスムーズに放熱体に導くことができ
る放熱シートを提供することにある。
子機器用の放熱部材では、繊維状金属材や不活性気体が
漏れないように外袋を構成しなければならず、外袋の材
質等の選定が難しく、また繊維状金属材及び不活性気体
の外袋への封入作業が比較的煩わしい不具合があった。
また、上記従来の電子機器用の放熱部材では、半導体等
と基板とを電気的に接続するワイヤが放熱部材により押
されて変形する恐れがあった。本発明の目的は、比較的
容易に製作でき、近接する部品を変形させることなく、
発熱体が発した熱をスムーズに放熱体に導くことができ
る放熱シートを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように発熱体１４と放熱体１６との間に介装
された放熱シート１１の改良である。その特徴ある構成
は、気孔率が１０〜６０％である多数の気孔を有しＡｇ
により形成された可塑性多孔質金属層１２と、可塑性多
孔質金属層１２の多数の気孔に充填されゴム弾性と塑性
とを有するポリオレフィン系エラストマからなる充填材
１３とを備えたところにある。この放熱シート１１で
は、発熱体１４が発した熱の大部分は可撓性多孔質金属
層１２を介して放熱体１６に伝わり、残りの熱は発熱体
１４及び放熱体１６に密着した充填材１３を介して放熱
体１６に伝わる。この結果、発熱体１４が発した熱はス
ムーズに放熱体１６に導かれ、発熱体１４の温度上昇を
低く抑えることができる。
図１に示すように発熱体１４と放熱体１６との間に介装
された放熱シート１１の改良である。その特徴ある構成
は、気孔率が１０〜６０％である多数の気孔を有しＡｇ
により形成された可塑性多孔質金属層１２と、可塑性多
孔質金属層１２の多数の気孔に充填されゴム弾性と塑性
とを有するポリオレフィン系エラストマからなる充填材
１３とを備えたところにある。この放熱シート１１で
は、発熱体１４が発した熱の大部分は可撓性多孔質金属
層１２を介して放熱体１６に伝わり、残りの熱は発熱体
１４及び放熱体１６に密着した充填材１３を介して放熱
体１６に伝わる。この結果、発熱体１４が発した熱はス
ムーズに放熱体１６に導かれ、発熱体１４の温度上昇を
低く抑えることができる。
【０００５】また可塑性多孔質金属層の気孔率を１０〜
６０％としたのは、気孔率が６０％を越えると熱抵抗が
増大する不具合があり、気孔率が１０％未満では、気孔
が極めて小さいため充填材が気孔に十分に充填され難く
なり、かつ金属含有率の多い多孔質金属層の変形が容易
でないため発熱体や放熱体との接触面積が小さくなっ
て、発熱体や放熱体との接触抵抗が増え、熱抵抗が大き
くなる問題点があるからである。
６０％としたのは、気孔率が６０％を越えると熱抵抗が
増大する不具合があり、気孔率が１０％未満では、気孔
が極めて小さいため充填材が気孔に十分に充填され難く
なり、かつ金属含有率の多い多孔質金属層の変形が容易
でないため発熱体や放熱体との接触面積が小さくなっ
て、発熱体や放熱体との接触抵抗が増え、熱抵抗が大き
くなる問題点があるからである。
【０００６】
【発明の実施の形態】(a)発熱体 発熱体は基板に実装された半導体チップや抵抗体等であ
る。基板としては導体ペーストをスクリーン印刷したセ
ラミックグリーンシートを多数積層して８５０〜１６０
０℃前後の温度で焼成して作られるセラミック多層配線
基板や、セラミック基板の下面及び上面に金属薄板及び
回路基板がそれぞれ積層接着されたパワーモジュール用
基板等が挙げられる。
る。基板としては導体ペーストをスクリーン印刷したセ
ラミックグリーンシートを多数積層して８５０〜１６０
０℃前後の温度で焼成して作られるセラミック多層配線
基板や、セラミック基板の下面及び上面に金属薄板及び
回路基板がそれぞれ積層接着されたパワーモジュール用
基板等が挙げられる。
【０００７】(b)放熱体 放熱体はＣｕ若しくはＡｌの押出し成形や射出成形等に
より、又はＣｕ板若しくはＡｌ板のプレス成形により形
成される。放熱体はろう材を介して可塑性多孔質金属層
に接着される基部と、この基部に所定の間隔をあけて突
設された多数のフィン部とを有する。基部及びフィン部
はＣｕ又はＡｌにより一体的に成形される。また放熱体
として、フィン部のない基部のみにより形成されたプレ
ート状のものを用いることもできる。
より、又はＣｕ板若しくはＡｌ板のプレス成形により形
成される。放熱体はろう材を介して可塑性多孔質金属層
に接着される基部と、この基部に所定の間隔をあけて突
設された多数のフィン部とを有する。基部及びフィン部
はＣｕ又はＡｌにより一体的に成形される。また放熱体
として、フィン部のない基部のみにより形成されたプレ
ート状のものを用いることもできる。
【０００８】(c)可塑性多孔質金属層 可塑性多孔質金属層を単体で製造するときには下記の
方法により行われる。先ず平均粒径５〜１００μｍのＡ
ｇの金属粉と、水溶性樹脂バインダと、非水溶性炭化水
素系有機溶剤と、界面活性剤と、水とを混練した後、可
塑剤を添加して更に混練して得られた金属粉含有スラリ
ーをドクタブレード法により成形体にする。次いでこの
成形体を５〜１００℃で０．２５〜４時間保持して上記
成形体中の可塑剤を揮発させ発泡させた後、５０〜２０
０℃で０．５〜１時間保持し乾燥して薄板状多孔質成形
体にする。次にこの多孔質成形体を所定の雰囲気中で５
００〜１０６０℃で０．５〜４時間加熱して保持し、ス
ケルトン構造を有する気孔率９０〜９３％、厚さ０．５
〜５ｍｍの薄板状多孔質焼結体にする。更にこの多孔質
焼結体を厚さ０．２〜３ｍｍに圧延することにより、気
孔率が１０〜６０％の可塑性多孔質金属層が得られる。
方法により行われる。先ず平均粒径５〜１００μｍのＡ
ｇの金属粉と、水溶性樹脂バインダと、非水溶性炭化水
素系有機溶剤と、界面活性剤と、水とを混練した後、可
塑剤を添加して更に混練して得られた金属粉含有スラリ
ーをドクタブレード法により成形体にする。次いでこの
成形体を５〜１００℃で０．２５〜４時間保持して上記
成形体中の可塑剤を揮発させ発泡させた後、５０〜２０
０℃で０．５〜１時間保持し乾燥して薄板状多孔質成形
体にする。次にこの多孔質成形体を所定の雰囲気中で５
００〜１０６０℃で０．５〜４時間加熱して保持し、ス
ケルトン構造を有する気孔率９０〜９３％、厚さ０．５
〜５ｍｍの薄板状多孔質焼結体にする。更にこの多孔質
焼結体を厚さ０．２〜３ｍｍに圧延することにより、気
孔率が１０〜６０％の可塑性多孔質金属層が得られる。
【０００９】上記Ａｇの可塑性多孔質金属層では金属粉
として平均粒径５〜１００μｍのＡｇ粉が用いられる。
水溶性樹脂バインダとしてはメチルセルロース、ヒドロ
キシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチ
ルセルロース、カルボキシメチルセルロースアンモニウ
ム、エチルセルロース等が用いられ、非水溶性炭化水素
系有機溶剤としてはネオペンタン、ヘキサン、イソヘキ
サン、ヘプタン等が用いられる。また界面活性剤として
は市販の台所用中性合成洗剤（例えばアルキルグルコシ
ドとポリオキシエチレンアルキルエーテルの２８％混合
水溶液）が用いられ、可塑剤としてはエチレングリコー
ル、ポリエチレングリコール、グリセリン等の多価アル
コールや、イワシ油、菜種油、オリーブ油等の油脂や、
石油エーテル等のエーテルや、フタル酸ジエチル、フタ
ル酸ジＮブチル、フタル酸ジエチルヘキシル、フタル酸
ジＮオクチル等のエステルが用いられる。
として平均粒径５〜１００μｍのＡｇ粉が用いられる。
水溶性樹脂バインダとしてはメチルセルロース、ヒドロ
キシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチ
ルセルロース、カルボキシメチルセルロースアンモニウ
ム、エチルセルロース等が用いられ、非水溶性炭化水素
系有機溶剤としてはネオペンタン、ヘキサン、イソヘキ
サン、ヘプタン等が用いられる。また界面活性剤として
は市販の台所用中性合成洗剤（例えばアルキルグルコシ
ドとポリオキシエチレンアルキルエーテルの２８％混合
水溶液）が用いられ、可塑剤としてはエチレングリコー
ル、ポリエチレングリコール、グリセリン等の多価アル
コールや、イワシ油、菜種油、オリーブ油等の油脂や、
石油エーテル等のエーテルや、フタル酸ジエチル、フタ
ル酸ジＮブチル、フタル酸ジエチルヘキシル、フタル酸
ジＮオクチル等のエステルが用いられる。
【００１０】可塑性多孔質金属層を発熱体及び放熱体
と一体的に形成するときには下記の方法により行われ
る。基板の上面の導体又は金属薄膜の表面に上記多孔質
金属層となる金属粉含有スラリーを塗布し、この金属粉
含有スラリーの上面に放熱体を重ね、更にこの状態で金
属粉含有スラリーを発泡し焼成し圧延することにより、
多孔質金属層が形成される。上記金属粉含有スラリーは
平均粒径５〜１００μｍのＡｇの金属粉と、水溶性樹脂
バインダと、非水溶性炭化水素系有機溶剤と、界面活性
剤と、水とを混練した後、可塑剤を添加して更に混練し
て得られる。上記Ａｇの多孔質金属層では金属粉として
平均粒径５〜１００μｍのＡｇ粉が用いられる。水溶性
樹脂バインダ及び界面活性剤としては、上記に記載し
たものと同様のものが用いられる。基板の上面に金属粉
末スラリーを介して放熱体を重ねた状態で、５〜１００
℃で０．２５〜４時間保持して上記スラリー中の可塑剤
を揮発させ発泡させた後、５０〜２００℃で３０〜６０
分間保持し乾燥して上記スラリーを薄板状多孔質成形体
にする。次にこの多孔質成形体をセラミック基板及び放
熱体とともに所定の雰囲気中で５００〜１０６０℃で
０．５〜４時間加熱して保持し、多孔質成形体をスケル
トン構造を有する気孔率９０〜９３％、厚さ０．５〜５
ｍｍの薄板状多孔質焼結体にする。更にこの多孔質焼結
体を基板及び放熱体とともに圧延して多孔質焼結体の厚
さを０．２〜３ｍｍにすることにより、金属粉含有スラ
リーから気孔率１０〜６０％の多孔質金属層が成形され
る。
と一体的に形成するときには下記の方法により行われ
る。基板の上面の導体又は金属薄膜の表面に上記多孔質
金属層となる金属粉含有スラリーを塗布し、この金属粉
含有スラリーの上面に放熱体を重ね、更にこの状態で金
属粉含有スラリーを発泡し焼成し圧延することにより、
多孔質金属層が形成される。上記金属粉含有スラリーは
平均粒径５〜１００μｍのＡｇの金属粉と、水溶性樹脂
バインダと、非水溶性炭化水素系有機溶剤と、界面活性
剤と、水とを混練した後、可塑剤を添加して更に混練し
て得られる。上記Ａｇの多孔質金属層では金属粉として
平均粒径５〜１００μｍのＡｇ粉が用いられる。水溶性
樹脂バインダ及び界面活性剤としては、上記に記載し
たものと同様のものが用いられる。基板の上面に金属粉
末スラリーを介して放熱体を重ねた状態で、５〜１００
℃で０．２５〜４時間保持して上記スラリー中の可塑剤
を揮発させ発泡させた後、５０〜２００℃で３０〜６０
分間保持し乾燥して上記スラリーを薄板状多孔質成形体
にする。次にこの多孔質成形体をセラミック基板及び放
熱体とともに所定の雰囲気中で５００〜１０６０℃で
０．５〜４時間加熱して保持し、多孔質成形体をスケル
トン構造を有する気孔率９０〜９３％、厚さ０．５〜５
ｍｍの薄板状多孔質焼結体にする。更にこの多孔質焼結
体を基板及び放熱体とともに圧延して多孔質焼結体の厚
さを０．２〜３ｍｍにすることにより、金属粉含有スラ
リーから気孔率１０〜６０％の多孔質金属層が成形され
る。
【００１１】(d)可塑性多孔質金属層への充填材の充填
方法 充填材はポリオレフィン系エラストマが用いられる。
方法 充填材はポリオレフィン系エラストマが用いられる。
【００１２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、可
塑性多孔質金属層の多数の気孔にゴム弾性と塑性とを有
する充填材を充填したので、発熱体が発した熱の大部分
は可撓性多孔質金属層を介して放熱体に伝わり、残りの
熱は発熱体及び放熱体に密着した充填材を介して放熱体
に伝わる。この結果、発熱体が発した熱はスムーズに放
熱体に導かれ、発熱体の温度上昇は低く抑えることがで
きる。また、外袋の材質等の選定が難しく、繊維状金属
材及び不活性気体の外袋への封入作業が煩わしい従来の
電子機器用の放熱部材と比較して、本発明では放熱シー
トが可塑性多孔質金属層の多数の気孔に充填材を充填す
るという比較的簡単な作業で済むので、製造コストの押
上げは僅かで済む。更に、半導体等と基板とを電気的に
接続するワイヤが放熱部材により押されて変形する恐れ
があった従来電子機器用の放熱部材と比較して、本発明
では近接する部品を変形させることはない。
塑性多孔質金属層の多数の気孔にゴム弾性と塑性とを有
する充填材を充填したので、発熱体が発した熱の大部分
は可撓性多孔質金属層を介して放熱体に伝わり、残りの
熱は発熱体及び放熱体に密着した充填材を介して放熱体
に伝わる。この結果、発熱体が発した熱はスムーズに放
熱体に導かれ、発熱体の温度上昇は低く抑えることがで
きる。また、外袋の材質等の選定が難しく、繊維状金属
材及び不活性気体の外袋への封入作業が煩わしい従来の
電子機器用の放熱部材と比較して、本発明では放熱シー
トが可塑性多孔質金属層の多数の気孔に充填材を充填す
るという比較的簡単な作業で済むので、製造コストの押
上げは僅かで済む。更に、半導体等と基板とを電気的に
接続するワイヤが放熱部材により押されて変形する恐れ
があった従来電子機器用の放熱部材と比較して、本発明
では近接する部品を変形させることはない。
【図１】本発明一実施形態の放熱シートを含む発熱体及
び放熱体の断面図。
び放熱体の断面図。
１１ 放熱シート １２ 可塑性多孔質金属層 １３ 充填材 １４ 発熱体 １６ 放熱体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 初鹿 昌文 埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地 三 菱マテリアル株式会社総合研究所内 (56)参考文献 特開 平７−14950（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−141514（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−266356（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−113838（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−209157（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−218672（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−335652（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/373 H05K 7/20
Claims (1)
- 【請求項１】 発熱体(14)と放熱体(16)との間に介装さ
れた放熱シート(11)において、気孔率が１０〜６０％である 多数の気孔を有しＡｇによ
り形成された可塑性多孔質金属層(12)と、 前記可塑性多孔質金属層(12)の多数の気孔に充填されゴ
ム弾性と塑性とを有するポリオレフィン系エラストマか
らなる充填材(13)とを備えたことを特徴とする放熱シー
ト。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32136795A JP3166060B2 (ja) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | 放熱シート |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32136795A JP3166060B2 (ja) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | 放熱シート |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09162336A JPH09162336A (ja) | 1997-06-20 |
| JP3166060B2 true JP3166060B2 (ja) | 2001-05-14 |
Family
ID=18131782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32136795A Expired - Lifetime JP3166060B2 (ja) | 1995-12-11 | 1995-12-11 | 放熱シート |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3166060B2 (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1154971A (ja) * | 1997-08-06 | 1999-02-26 | Kobe Nippon Denki Software Kk | 電子装置の冷却構造 |
| DE10009678C1 (de) * | 2000-02-29 | 2001-07-19 | Siemens Ag | Wärmeleitende Klebstoffverbindung und Verfahren zum Herstellen einer wärmeleitenden Klebstoffverbindung |
| EP1436835A2 (en) * | 2001-10-18 | 2004-07-14 | Honeywell International, Inc. | Electrically conductive thermal interface |
| US7083850B2 (en) | 2001-10-18 | 2006-08-01 | Honeywell International Inc. | Electrically conductive thermal interface |
| JP4380774B2 (ja) * | 2008-03-19 | 2009-12-09 | トヨタ自動車株式会社 | パワーモジュール |
| CN102804368B (zh) | 2009-06-10 | 2015-12-02 | 丰田自动车株式会社 | 半导体装置 |
| WO2014052018A1 (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-03 | Dow Global Technologies Llc | Low-density, metal-based components for wireless-communication towers |
| CN102917574B (zh) * | 2012-10-24 | 2015-05-27 | 华为技术有限公司 | 导热垫、制造导热垫的方法、散热装置和电子设备 |
| JP6021745B2 (ja) * | 2013-06-10 | 2016-11-09 | 三菱電機株式会社 | 冷却部材および半導体装置 |
| JP6524461B2 (ja) * | 2014-10-11 | 2019-06-05 | 国立大学法人京都大学 | 放熱構造体 |
| KR102191613B1 (ko) * | 2017-09-15 | 2020-12-15 | 주식회사 엘지화학 | 복합재 |
| JP7043794B2 (ja) * | 2017-11-06 | 2022-03-30 | 三菱マテリアル株式会社 | ヒートシンク付パワーモジュール用基板およびヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法 |
| KR20200002454A (ko) * | 2018-06-29 | 2020-01-08 | 주식회사 엘지화학 | 복합재 |
| KR102007807B1 (ko) * | 2018-09-18 | 2019-08-06 | 주학식 | 실리콘 복합 시트 및 그 제조 방법 |
| KR102705039B1 (ko) | 2018-12-28 | 2024-09-10 | 삼성전자주식회사 | 접착 필름, 이를 이용한 반도체 장치, 및 이를 포함하는 반도체 패키지 |
| US20220219233A1 (en) * | 2019-06-17 | 2022-07-14 | Lg Chem, Ltd. | Method for manufacturing composite material, and composite material |
| KR102408088B1 (ko) * | 2019-12-18 | 2022-06-13 | 한국세라믹기술원 | 고방열 산화알루미늄-엘라스토머 복합소재 및 이의 제조 방법 |
-
1995
- 1995-12-11 JP JP32136795A patent/JP3166060B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09162336A (ja) | 1997-06-20 |
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