(57)【要約】【課題】本発明は、放熱特性が向上した熱伝導性フィルム及び回路基板モジュールを提供する。【解決手段】本発明の一実施形態は、放熱部材４０と、放熱部材４０上に配置され、熱伝導フィラー１を含む熱伝導性フィルム１０と、熱伝導性フィルム１０上に形成される回路基板２０と、回路基板２０に配置される発熱素子３０と、を含み、熱伝導フィラー１は、熱伝導性フィルム１０において発熱素子３０に対応する領域と、この領域から平面状に所定の距離だけ延長した領域と、に分布する。【選択図】図１
2014130990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱部材と、
前記放熱部材上に配置され、熱伝導フィラーを含む熱伝導性フィルムと、
前記熱伝導性フィルム上に形成される回路基板と、
前記回路基板に配置される発熱素子と、を含み、
前記熱伝導フィラーは、熱伝導性フィルムにおいて発熱素子に対応する領域と、前記領域から平面状に所定の距離だけ延長した領域と、に分布する、回路基板モジュール。
【請求項２】
前記熱伝導フィラーが分布する領域において、発熱素子に対応する領域から平面状に延長した所定の距離をａ、前記回路基板の厚さをｂ、前記熱伝導性フィルムの厚さをｃとしたときに、２（ｂ＋ｃ）≦ａ≦１０（ｂ＋ｃ）を満たす、請求項１に記載の回路基板モジュール。
【請求項３】
前記熱伝導フィラーは、シリカコーティング窒化アルミニウム（ｓｉｌｉｃａ  ｃｏａｔｅｄ  ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ）、窒化ホウ素（ｂｏｒｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ）、アルミナ（ａｌｕｍｉｎａ）及び窒化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ）のうち一つ以上を含む、請求項１に記載の回路基板モジュール。
【請求項４】
前記熱伝導性フィルムは、前記熱伝導フィラー及び接着性樹脂の両方を含む第１領域と、前記接着性樹脂を含み前記熱伝導フィラーを含まない第２領域と、からなる、請求項１に記載の回路基板モジュール。
【請求項５】
前記熱伝導性フィルムは接着性樹脂をさらに含む、請求項１に記載の回路基板モジュール。
【請求項６】
前記接着性樹脂はエポキシ樹脂を含む、請求項５に記載の回路基板モジュール。
【請求項７】
前記放熱部材はアルミニウム（Ａｌ）又はこれらの合金を含む、請求項１に記載の回路基板モジュール。
【請求項８】
接着性樹脂と、
熱伝導フィラーと、を含み、
前記熱伝導フィラー及び前記接着性樹脂の両方を含む第１領域と、前記接着性樹脂を含み前記熱伝導フィラーを含まない第２領域と、からなる、熱伝導性フィルム。
【請求項９】
前記第１及び第２領域は、前記第２領域が前記第１領域を平面状に取り囲むように配置される、請求項８に記載の熱伝導性フィルム。
【請求項１０】
前記熱伝導フィラーは、シリカコーティング窒化アルミニウム（ｓｉｌｉｃａ  ｃｏａｔｅｄ  ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ）、窒化ホウ素（ｂｏｒｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ）、アルミナ（ａｌｕｍｉｎａ）及び窒化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ）のうち一つ以上を含む、請求項８に記載の熱伝導性フィルム。
【請求項１１】
前記接着性樹脂はエポキシ樹脂を含む、請求項８に記載の熱伝導性フィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱特性が向上した熱伝導性フィルム及び回路基板モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器は小型化される傾向にある一方、アプリケーションの多様性により電力消費量をあまり変化させることができないため、機器内における放熱対策がより重要視されている。
【０００３】
そのため、電子機器における放熱対策として、銅やアルミニウムなどの熱伝導率が高い金属材料で製作された放熱板やヒートパイプ、あるいはヒートシンクなどが広く用いられている。このような熱伝導性に優れた放熱部品は、放熱効果又は機器内の温度緩和を図るために、電子機器内における発熱部である半導体パッケージ、抵抗などの電子部品に近接するように配置される。
【０００４】
また、このような熱伝導性に優れた放熱部品は、発熱部である電子部品から低温場所にわたって配置される。また、電子部品と金属放熱部品を接着させた時に生じる空間を埋めるために、熱伝導性高分子複合シートが電子部品と金属放熱部品との間に配置される。
【０００５】
特に、半導体素子の場合、その寿命は温度に対して指数関数的に減少し、使用温度が１０℃増加するごとに寿命が半減すると報告されている。
【０００６】
したがって、熱放出をより効率的に行うことができる熱伝導性シートが必要である。
【０００７】
下記特許文献１は、フィラーの含量が垂直方向に異なる熱伝導性シートを開示しているが、フィラーの含量が水平方向に異なる熱伝導性シートは開示していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４‐２５０６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、放熱特性が向上した熱伝導性フィルム及び回路基板モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一実施形態は、放熱部材と、上記放熱部材上に配置され、熱伝導フィラーを含む熱伝導性フィルムと、上記熱伝導性フィルム上に形成される回路基板と、上記回路基板に配置される発熱素子と、を含み、上記熱伝導フィラーは、熱伝導性フィルムにおいて発熱素子に対応する領域と、上記領域から平面状に所定の距離だけ延長した領域と、に分布する回路基板モジュールを提供する。
【００１１】
上記回路基板モジュールは、上記熱伝導フィラーが分布する領域において、発熱素子に対応する領域から平面状に延長した所定の距離をａ、上記回路基板の厚さをｂ、上記熱伝導性フィルムの厚さをｃとしたときに、２（ｂ＋ｃ）≦ａ≦１０（ｂ＋ｃ）を満たすことができる。
【００１２】
上記熱伝導フィラーは、シリカコーティング窒化アルミニウム（ｓｉｌｉｃａ  ｃｏａｔｅｄ  ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ）、窒化ホウ素（ｂｏｒｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ）、アルミナ（ａｌｕｍｉｎａ）及び窒化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ）のうち一つ以上を含むことができる。
【００１３】
上記熱伝導性フィルムは、上記熱伝導フィラー及び上記接着性樹脂の両方を含む第１領域と、上記接着性樹脂を含み上記熱伝導フィラーを含まない第２領域と、からなることができる。
【００１４】
上記熱伝導性フィルムは接着性樹脂をさらに含むことができる。
【００１５】
上記接着性樹脂はエポキシ樹脂を含むことができる。
【００１６】
上記放熱部材はアルミニウム（Ａｌ）又はこれらの合金を含むことができる。
【００１７】
本発明の他の実施形態は、接着性樹脂と、熱伝導フィラーと、を含み、
上記熱伝導フィラー及び上記接着性樹脂の両方を含む第１領域と、上記接着性樹脂を含み上記熱伝導フィラーを含まない第２領域と、からなる熱伝導性フィルムを提供する。
【００１８】
上記第１及び第２領域は、上記第２領域が上記第１領域を平面状に取り囲むように配置されることができる。
【００１９】
上記熱伝導フィラーは、シリカコーティング窒化アルミニウム（ｓｉｌｉｃａ  ｃｏａｔｅｄ  ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ）、窒化ホウ素（ｂｏｒｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ）、アルミナ（ａｌｕｍｉｎａ）及び窒化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ）のうち一つ以上を含むことができる。
【００２０】
上記接着性樹脂はエポキシ樹脂を含むことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、熱伝導性フィルムの熱伝逹が行われる領域に含まれた熱伝導フィラーの量を増加させることができ、これにより放熱効率が向上し、熱伝導性フィルムと放熱部材及び回路基板との間の接着力を十分に確保することができる。
【００２２】
さらに、高価の原材料である熱伝導フィラーの熱伝導性フィルム内の全体含量を減少させて生産コストを低減することができる。
【００２３】
また、熱伝導性フィルム全体に含まれた高分子樹脂の含量を増加させることができ、これにより応力及び歪み、衝撃に強い回路基板モジュールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明一実施形態による回路基板モジュールを概略的に示した斜視図である。
【図２】図１の上部平面図である。
【図３】図１のＡ‐Ａ’断面図である。
【図４】熱源から放出された熱が基板に伝達される状態を示した熱解析グラフである。
【図５】熱伝導性フィルム下部の温度を正規化（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ）して示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがある。
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の回路基板モジュール及び熱伝導性フィルムについて説明する。
【００２７】
図１は本発明の一実施形態による回路基板モジュールを概略的に示す斜視図である。
【００２８】
図２は図１の上部平面図である。
【００２９】
図３は図１のＡ‐Ａ’断面図である。
【００３０】
図１から図３を参照すると、本発明の実施形態による回路基板モジュールは、放熱部材４０と、熱伝導性フィルム１０と、回路基板２０と、発熱素子３０と、を含むことができる。
【００３１】
上記回路基板上には様々な部品が実装されることができ、本発明の実施例の回路基板については印刷回路基板（ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ）を一例として説明する。
【００３２】
発熱素子３０は上記回路基板２０上に配置され、上記発熱素子は特に制限されないが、発光ダイオードパッケージ、抵抗などが挙げられる。
【００３３】
発熱素子３０が配置された回路基板２０の下部には熱伝導性フィルム１０が配置され、上記熱伝導性フィルムの下部には放熱部材４０が配置される。すなわち、回路基板と放熱部材との間に熱伝導性フィルムを配置することができる。
【００３４】
熱伝導性フィルム１０は、高分子樹脂と、熱伝導フィラー１と、を含むことができる。回路基板モジュールの絶縁材料として用いられる高分子樹脂は一般的に低い熱伝導度を有するため、最も放熱性に劣る素材である。したがって、これを解決するために、高熱伝導性を有するフィラーを添加する。
【００３５】
このような高分子樹脂と熱伝導フィラーが含有されたフィルムの熱伝導性を増加させる方法は、高い伝導度を有するフィラーの含有量を最大限に高めることである。
【００３６】
すなわち、フィラーが占める体積の割合を増加させることにより、熱伝導度が高いフィラーを介して熱伝逹が十分に行われるように誘導する。この際、フィルムの放熱特性は高分子樹脂とフィラーの熱伝導度及びフィラーの体積比によって決定される。
【００３７】
従来、熱伝導フィラーが高分子樹脂と混合して熱伝導性フィルムの内部に、フィルムの厚さ方向及び厚さと垂直な平面方向に均一に分布されていたのに対し、本発明の実施形態によると、熱伝導フィラーが熱伝導性フィルムの内部に局所的に分布される点において相違する。
【００３８】
すなわち、本発明の熱伝導性フィルムは、熱伝導フィラーが含まれた第１領域１１と、熱伝導フィラーが含まれていない第２領域１２とに分けられる。
【００３９】
上記第１領域１１は、熱伝導フィラーと、接着性樹脂と、を含むことができ、上記第２領域１２は、接着性樹脂を含み、熱伝導フィラーは含まないことができる。
【００４０】
熱伝導性フィルムにおいて上記第１領域は実質的に熱伝導性を確保し、上記第２領域は接着性を向上させる機能を果たすことができる。
【００４１】
ただし、熱伝導性フィルムの内部に熱伝導フィラーが全体的に含まれる場合、フィルムの接着性確保のために熱伝導フィラーの体積比を増加させるには限界があった。
【００４２】
しかし、本発明のように熱伝導フィラーが含まれた第１領域１１と、熱伝導フィラーが含まれていない第２領域１２とで熱伝導性フィルム１０を構成すると、接着力は第２領域によって確保することができ、これにより第１領域に含まれるフィラーの量を、従来よりも増加させることができる。
【００４３】
上記第１領域は熱伝導性フィルム内において発熱素子に対応する領域と、上記領域から平面状に所定の距離だけ延長した領域とすあることができる。
【００４４】
図２及び図３に示されたように、上記熱伝導フィラー１が分布する第１領域１１において、発熱素子３０に対応する領域から平面状に延長した所定の距離をａ、上記回路基板の厚さをｂ、上記熱伝導性フィルムの厚さをｃとしたとき、ａは２（ｂ＋ｃ）≦ａ≦１０（ｂ＋ｃ）を満たすことができる。
【００４５】
本発明で用いられる「平面状」とは、「放熱部材４０、熱伝導性フィルム１０及び回路基板２０の積層方向と垂直な方向の集合により形成される平面状」を意味する。
【００４６】
図４は回路基板２０’上に配置された熱源３０’から熱が伝達されることを示す熱解析グラフである。横長に図示されたものは回路基板２０’の断面を示しており、基板の上部左側には熱源３０’が配置されていることを示す。
【００４７】
発熱素子を熱源としたときに、熱源からの熱は全方向に伝達される。図４に図示されたように熱源から発生した熱が垂直方向だけでなく、全方向に放射状に広がる。そのため、発熱素子から発生した熱を放熱部材に効率的に伝達するために、上記第１領域は発熱素子に対応する領域より広く形成されなければならない。
【００４８】
図５は、本発明の実施形態と異なり、発熱素子が配置された回路基板の下部に熱伝導フィラーがフィルム内に均一に分散した熱伝導性フィルムを配置した後の、回路基板と接する面と反対側の面である熱伝導性フィルム下部面の温度を示すグラフである。
【００４９】
より具体的には、図５は熱伝導性フィルム下部面における最も高い温度に対する各位置での温度比を示す。すなわち、ｘ軸を「ａ」、ｙ軸を「ａでの温度／熱伝導性フィルム下部面における最も高い温度」として、位置に対する温度を正規化（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ）して示した。
【００５０】
図５に図示されたように、熱源の周囲でフィルム下部面の温度が高く示される。すなわち、熱源の周囲で熱伝逹が集中して行われ、熱源から離れた基板及び熱伝導フィルムでは熱源による影響が少ないことが温度解析グラフから分かる。
【００５１】
特に、ａが２（ｂ＋ｃ）未満である場合には正規化された温度が約０．５以上の値を示す。すなわち、フィルム下部の温度が初期温度の１／２に減少すると熱源で発生した熱の相当部分を伝達すると判断されるため、ａは２（ｂ＋ｃ）以上であることが好ましい。
【００５２】
また、ａが１０（ｂ＋ｃ）を超えると正規化された温度が０．０５未満を示すため、１０（ｂ＋ｃ）を超える区間では実質的な熱伝逹が行われないことが分かる。
【００５３】
したがって、フィラー含有量の減少による生産コストの低減及び熱伝導効果の上昇の両方を図るために、ａは、２（ｂ＋ｃ）≦ａ≦１０（ｂ＋ｃ）を満たすのが好ましいことが理解される。
【００５４】
上記熱伝導フィラー１は、シリカコーティング窒化アルミニウム（ｓｉｌｉｃａ  ｃｏａｔｅｄ  ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ）、窒化ホウ素（ｂｏｒｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ）、アルミナ（ａｌｕｍｉｎａ）及び窒化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ）のうち一つ以上を含むことができ、これに限定されず、高熱伝導性を有するものであれば、制限されることなく用いることができる。
【００５５】
さらに、熱伝導性フィルムに含有される高分子樹脂は、回路基板と放熱部材との接着力を向上させるために接着力を有する接着性樹脂であることができ、これに制限されないが、エポキシ樹脂を含むことができる。
【００５６】
さらに、これに限定されないが、上記エポキシ樹脂は、フェノールノボラック（ｐｈｅｎｏｌ  ｎｏｖｏｌａｃ）型エポキシ（ｅｐｏｘｙ）樹脂、クレゾールノボラック（Ｋｒｅｓｏｌ  ｎｏｖｏｌａｃ）型エポキシ（ｅｐｏｘｙ）樹脂、ビスフェノール（ｂｉｓｐｈｅｎｏｌ）Ａ型エポキシ（ｅｐｏｘｙ）樹脂、ビスフェノール（ｂｉｓｐｈｅｎｏｌ）Ｆ型エポキシ（ｅｐｏｘｙ）樹脂、ビスフェノール（ｂｉｓｐｈｅｎｏｌ）Ｓ型エポキシ（ｅｐｏｘｙ）樹脂、ビフェニル（ｂｉｐｈｅｎｙｌ）型エポキシ（ｅｐｏｘｙ）樹脂、ビフェニルノボラック（ｂｉｐｈｅｎｙｌ  ｎｏｖｏｌａｃ）型エポキシ（ｅｐｏｘｙ）樹脂、トリスヒドロキシフェニルメタン（ｈｙｄｒｏｘｙ  ｐｈｅｎｙｌ  Ｍｅｔｈａｎ）型エポキシ（ｅｐｏｘｙ）樹脂、テトラフェニルエタン（ｔｅｔｒａ  ｐｈｅｎｙｌ  ｅｔｈａｎｅ）型エポキシ（ｅｐｏｘｙ）樹脂、ジシクロペンタジエンフェノール（ｄｉｃｙｃｌｏ  ｐｅｎｔａｄｉｅｎｅ  ｐｈｅｎｏｌ）型エポキシ（ｅｐｏｘｙ）樹脂、芳香族ビスフェノール（ｂｉｓｐｈｅｎｏｌ）化合物又はポリフェノール（ｐｏｌｙｐｈｅｎｏｌ）化合物の水素添加化合物のエポキシ（ｅｐｏｘｙ）樹脂、シクロヘキセンオキシド（ｃｙｃｌｏｈｅｘｅｎｅ  ｏｘｉｄｅ）のような脂環式エポキシ（ｅｐｏｘｙ）樹脂、グリシジルアミン（ｇｌｙｃｉｄｙｌ  ａｍｉｎｅ）型エポキシ（ｅｐｏｘｙ）樹脂及びこれらの混合物であることができる。
【００５７】
さらに、成形性を改善するために、上記熱伝導性フィルムはフェノキシ樹脂をさらに含むことができる。
【００５８】
また、樹脂の硬化のために硬化剤をさらに含むことができる。
【００５９】
高分子樹脂内に熱伝導フィラー１を局所的に配置して第一領域１１を形成するためには、インクジェット吐出方法を利用して所望の領域にのみ熱伝導フィラーを塗布する方法を利用するか、硬化前の高分子樹脂及び熱伝導フィラー混合物の上下に電場を生成してフィラーを特定部位に集中させる方法を利用することができる。
【００６０】
さらに、上記第１領域及び第２領域１１、１２は平面方向で互いに区分されることができる。換言すると、放熱部材、熱伝導性フィルム及び回路基板の積層方向（以下、積層方向）では第１領域と第２領域とに分けられず、第１領域のみ又は第２領域のみが存在するが、積層方向と垂直な方向では第１領域と第２領域とに分けられる。
【００６１】
また、本発明の一実施形態による熱伝導性フィルムは、積層方向と垂直な平面において上記第２領域１２が第１領域１１を取り囲むように第１及び第２領域を配置することにより、相対的に樹脂の含量が低い第１領域によって回路基板２０と放熱部材４０との接着力が低下しないようにすることができる。
【００６２】
放熱部材４０は熱伝導性フィルム１０の下部に配置され、熱伝導性フィルムを介して回路基板２０と接合される。
【００６３】
上記放熱部材はこれに限定されないが、アルミニウム（Ａｌ）を含むことができ、回路基板に搭載される抵抗体のような発熱素子３０で発生する熱を放出させる機能を果たす。
【００６４】
本発明によると、熱伝導性フィルムにおいて熱伝逹が行われる領域（第１領域１１）に含まれる熱伝導フィラーの量を増加させることができ放熱効率が向上し、実質的に熱伝逹が行われない領域（第２領域１２）では高分子樹脂の含量が増加するため熱伝導性フィルムと放熱部材及び回路基板との間の接着力を十分に確保することができる。
【００６５】
さらに、高価の原材料である熱伝導フィラーの熱伝導性フィルム内の全体含量を減少させて生産コストを低減させることができる。
【００６６】
また、熱伝導性フィルム全体に含まれた高分子樹脂の含量を増加させることができ、これにより応力及び歪み、衝撃に強い回路基板モジュールを得ることができる。
【００６７】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。
【符号の説明】
【００６８】
１  熱伝導フィラー
１０  熱伝導性フィルム
１１  第１領域
１２  第２領域
２０  回路基板
３０  発熱素子
４０  放熱部材
【図１】
2014130990.tif 000003
【図２】
2014130990.tif 000004
【図３】
2014130990.tif 000005
【図４】
2014130990.tif 000006
【図５】
2014130990.tif 000007